4.3 - Transformer

Struktur dan Prinsip Kerja

Transformer ringkas mempunyai gegelung primer dan gegelung sekunder yang dipautkan oleh teras besi lembut berlamina. Transformer mengubah voltan input kepada voltan output yang berbeza nilainya.
$V_{P}$ dan $V_{S}$ ialah voltan primer/input dan voltan sekunder/output; $N_{P}$ dan $N_{S}$ ialah bilangan lilitan masing-masing.

Bekalan arus ulang-alik menghasilkan arus ulang-alik dalam gegelung primer.
Arus menghasilkan medan magnet yang berubah dari segi magnitud dan arah.
Teras besi lembut memautkan fluks magnet daripada gegelung primer kepada gegelung sekunder.
Medan magnet yang berubah mengaruh voltan ulang-alik merentasi gegelung sekunder.

\frac{V _{S}}{V _{P}} = \frac{N _{S}}{N _{P}}

Jenis	Lilitan dan voltan
Transformer injak naik	$N_{S} > N_{P}$ dan $V_{S} > V_{P}$ .
Transformer injak turun	$N_{S} < N_{P}$ dan $V_{S} < V_{P}$ .

Tenaga elektrik dipindahkan daripada litar primer kepada litar sekunder, yang membekalkan tenaga kepada alat yang disambungkan.
Transformer sebenar kehilangan tenaga, maka kuasa output lebih kecil daripada kuasa input.
Kecekapan transformer, $η$ , ialah:

η = \frac{Kuasa output}{Kuasa input} \times 100%

Transformer sebenar boleh mempunyai kecekapan sehingga 99%.
Transformer unggul tidak kehilangan tenaga: $η = 100%$ , dan kuasa input sama dengan kuasa output. Dengan arus primer $I_{P}$ dan arus sekunder $I_{S}$ :

V_{P} I_{P} = V_{S} I_{S}

Punca dan kesan	Cara mengurangkan kehilangan tenaga
Rintangan gegelung: arus memanaskan dawai gegelung yang panjang; haba dibebaskan ke persekitaran.	Gunakan dawai kuprum lebih tebal untuk mengurangkan rintangan.
Arus pusar: medan berubah mengaruh arus dalam teras besi dan memanaskannya.	Gunakan teras besi berlamina daripada kepingan nipis yang dilekatkan dengan gam penebat.
Histerisis: pemagnetan dan penyahmagnetan berulang tidak memulihkan semua tenaga yang dibekalkan; perbezaan tenaga memanaskan teras.	Gunakan besi lembut, yang memerlukan tenaga pemagnetan lebih kecil.
Kebocoran fluks magnet: sebahagian fluks daripada gegelung primer tidak dipautkan kepada gegelung sekunder.	Lilitkan gegelung sekunder di atas gegelung primer supaya fluks primer melaluinya.

Gegelung yang dibekalkan arus ulang-alik berfrekuensi tinggi menghasilkan medan magnet yang berubah pada frekuensi tinggi.
Medan ini mengaruh arus pusar pada dasar kuali, lalu memanaskannya. Arus pusar memberikan pemanasan yang berguna di sini walaupun menyebabkan kehilangan tenaga dalam transformer.

Transformer injak turun	Transformer injak naik
Pengecas telefon bimbit dan komputer riba, mesin fotokopi serta mesin kimpalan.	Ketuhar gelombang mikro, defibrilator dan mesin sinar-X.

Transformer unggul menerima $240 V$ dan membekalkan alat elektronik dengan $27 W$ pada $18 V$ . Gegelung sekundernya mempunyai 60 lilitan.
Bilangan lilitan primer:

N_{P} = \frac{V _{P} N _{S}}{V _{S}} = \frac{240 \times 60}{18} = 800

I_{S} = \frac{P _{output}}{V _{S}} = \frac{27}{18} = 1.5 A

I_{P} = \frac{V _{S} I _{S}}{V _{P}} = \frac{18 \times 1.5}{240} = 0.1125 A

Pada peringkat penghantaran, transformer injak naik meningkatkan voltan kabel dan mengurangkan arus kabel. Hal ini mengurangkan kehilangan tenaga elektrik daripada kabel.
Pada peringkat pengagihan, transformer injak turun menurunkan voltan secara berperingkat kepada nilai yang sesuai untuk pengguna industri dan kediaman.
Sistem yang ditunjukkan mempunyai penjanaan pada 20 kV, penghantaran pada 275 kV dan aras seterusnya 132 kV, 33 kV serta 11 kV. Industri berat menerima 33 kV, industri ringan 11 kV dan kawasan kediaman 230 V.