Dapatkan Performa Transformer Terbaik: Memahami Rugi Inti dan Rugi Tanpa Beban

Trafo adalah bagian yang sangat penting dari dunia kelistrikan kita. Trafo memberikan daya pada segala sesuatu. Ini termasuk pengisi daya telepon Anda dan bahkan seluruh kota. Namun, Anda harus tahu bahwa trafo membuang sejumlah kecil energi setiap kali bekerja. Energi yang terbuang ini membutuhkan biaya. Hal ini juga dapat mengubah seberapa baik trafo melakukan tugasnya. Pada artikel ini, Anda akan belajar tentang jenis utama kehilangan energi. Ini disebut kerugian inti. Orang juga menyebutnya kerugian tanpa beban. Ketika Anda memahami kerugian ini, Anda akan melihat mengapa memilih trafo yang tepat adalah masalah besar. Ini membantu menghemat energi dan membuat segala sesuatunya bekerja lebih baik. Mari kita mulai belajar tentang kerugian transformator.

Apa Itu Transformer dan Mengapa Kerugiannya Menjadi Masalah Besar?

Trafo adalah mesin yang sederhana, tetapi sangat kuat. Trafo mengubah listrik dari satu tingkat tegangan ke tingkat tegangan lainnya. Sebagai contoh, transformator besar pada tiang listrik dapat mengambil tegangan tinggi dan membuatnya menjadi tegangan yang lebih rendah dan lebih aman untuk rumah Anda. Setiap trafo memiliki setidaknya dua set kabel di dalamnya. Ini disebut belitan atau kumparan. Set pertama adalah lilitan primer, yang mengambil daya. Set kedua adalah belitan sekunder, yang mengirimkan daya keluar. Kabel-kabel ini paling sering dililitkan pada bagian besi yang disebut inti transformator.

Pengoperasian transformator tidaklah sempurna. Beberapa energi hilang ketika listrik melewati transformator. Kerugian transformator ini menjadi panas. Ini seperti menggosok tangan Anda bersama-sama. Mereka menjadi hangat karena gesekan. Transformator yang bekerja juga menghasilkan panas. Kehilangan panas ini adalah energi yang terbuang. Jika kita memahami mengapa kehilangan energi ini terjadi, kita dapat membuat transformator yang lebih baik. Trafo-trafo ini akan lebih efisien. Kerugian tertentu selalu terjadi. Kerugian lain berubah berdasarkan seberapa banyak listrik yang digunakan. Karena itu, menangani kerugian ini adalah bagian yang sangat penting dari desain transformator.

Apakah Ada Berbagai Jenis Kerugian Transformator?

Tidak, ada berbagai jenis rugi-rugi transformator. Kita dapat memilahnya menjadi dua kelompok besar. Yang pertama adalah rugi-rugi inti, yang juga disebut rugi-rugi tanpa beban. Yang kedua adalah rugi-rugi beban, yang juga disebut rugi-rugi tembaga. Cara utama mereka berbeda adalah kapan mereka terjadi. Kerugian inti selalu ada. Mereka terjadi kapan saja transformator diberi energi. Ini benar bahkan jika transformator tidak menyalakan apa pun. Tetapi kerugian beban berbeda. Mereka hanya terjadi ketika ada beban pada transformator.

Kerugian beban berasal dari kawat tembaga dalam belitan. Kawat ini menahan aliran listrik. Arus listrik melewati belitan primer dan sekunder. Bahan konduktor melawan aliran arus ini. Karena adanya hambatan, hal ini menghasilkan panas. Ketika lebih banyak arus mengalir, kerugian beban menjadi lebih besar. Orang terkadang menyebutnya kehilangan tembaga. Ini karena bagian belitan terbuat dari tembaga. Jumlah kerugian ini karena resistensi menjadi lebih besar dengan sangat cepat. Hal ini didasarkan pada kuadrat arus beban. Sebagai contoh, jika arus beban menjadi dua kali lipat, maka rugi tembaga akan menjadi empat kali lebih besar.

Apakah Rugi-rugi Inti Transformator Itu?

Rugi-rugi inti adalah kehilangan energi yang terjadi di dalam inti magnetik transformator. Hal ini terjadi karena adanya medan magnet bolak-balik. Transformator membutuhkan medan ini untuk melakukan tugasnya. Arus bolak-balik melewati kumparan primer. Hal ini membuat fluks magnet yang berubah-ubah pada bahan inti. Fluks yang berubah inilah yang memungkinkan transformator memindahkan energi. Ini memindahkannya dari belitan primer ke belitan sekunder. Tapi, tindakan yang sama ini juga membuat transformator kehilangan energi. Energi yang hilang ini berubah menjadi panas tepat di dalam inti.

Ada dua alasan utama untuk kerugian ini. Keduanya adalah histeresis dan arus pusar. Kami menyebutnya histeresis dan kerugian arus pusar saat kita membicarakannya bersama. Kerugian daya ini selalu ada jika transformator menyala. Ini karena tegangan selalu membuat medan magnet yang berubah-ubah. Tidak ada bedanya jika Anda menggunakan trafo untuk menyalakan lampu atau tidak. Kerugian terjadi sepanjang waktu. Itulah sebabnya mengendalikan kerugian inti adalah masalah besar untuk efisiensi transformator. Jika transformator menyala sepanjang hari dan sepanjang malam, itu akan membuang energi sepanjang waktu karena kerugian ini.

Mengapa Orang Menyebut Rugi Inti sebagai "Rugi Tanpa Beban"?

Nama "kehilangan tanpa beban" membantu kita memahami kapan kehilangan ini terjadi. Diberi nama demikian karena rugi-rugi tersebut tetap ada meskipun tanpa beban. Beban adalah sesuatu yang terhubung ke belitan sekunder. Sebuah "beban" adalah benda apa pun yang menggunakan daya dari trafo. Contohnya adalah bola lampu, motor, atau komputer. Bahkan ketika tidak ada yang terhubung, arus primer yang kecil masih masuk ke dalam transformator. Arus ini diperlukan untuk membuat fluks magnet di dalam inti.

Sedikit arus ini membuat inti transformator tetap siap untuk bekerja. Arus ini menjaga inti dalam keadaan magnetisasi. Energi yang digunakannya untuk pekerjaan ini adalah apa yang kita sebut sebagai rugi-rugi tanpa beban. Tindakan ini terjadi setiap saat ketika transformator menyala. Jadi, kerugian tidak pernah berubah. Jumlah arus beban yang masuk ke perangkat tidak berpengaruh pada kehilangan inti. Jadi, kerugian inti tetap sama jika transformator bekerja keras atau tidak melakukan apa-apa (tanpa beban). Hal ini sangat berbeda dengan rugi-rugi beban. Rugi-rugi beban adalah nol ketika tidak ada beban.

Apa yang Membuat Rugi Histerisis Terjadi pada Inti Transformator?

Rugi histerisis adalah salah satu bagian dari rugi inti. Cara yang baik untuk membayangkannya adalah dengan membayangkan bahan inti magnetik memiliki banyak magnet kecil di dalamnya. Arus bolak-balik pada kumparan primer mengalir dalam satu arah. Hal ini membuat magnet-magnet kecil tersebut berbaris. Kemudian, arus berganti dan mengalir ke arah lain. Sekarang, semua magnet kecil itu harus membalik dan berbaris ke arah yang baru. Hal ini terjadi berulang-ulang, sangat cepat. Material inti melawan perubahan yang cepat ini. Pertarungan ini disebut histeresis.

"Gesekan magnetik" ini, atau histeresis, menghabiskan energi. Energi yang diperlukan untuk terus membalik magnet kecil berubah menjadi panas. Kehilangan panas ini adalah kehilangan histeresis. Jumlah kerugian akibat histeresis didasarkan pada jenis bahan yang digunakan untuk inti. Beberapa bahan memiliki "gesekan" yang lebih sedikit daripada yang lain. Untuk transformator, pembangun memilih bahan inti magnetik dengan histeresis rendah. Contoh yang baik adalah baja silikon. Pilihan ini membantu meminimalkan jenis disipasi energi ini. Perubahan konstan dalam arah magnetik menyebabkan kerugian ini.

Bagaimana Arus Eddy Membuang Energi dalam Transformator?

Bagian lain dari rugi-rugi inti disebut rugi-rugi arus pusar. Perubahan medan magnet dalam inti transformator melakukan lebih dari satu hal. Ini membuat tegangan pada kumparan sekunder. Tetapi juga membuat tegangan di dalam inti besi itu sendiri. Inti adalah bahan konduktif. Jadi, tegangan ini membuat lingkaran kecil arus mengalir di dalam inti. Kami menyebut arus induksi yang tidak diinginkan ini sebagai arus eddy.

Lingkaran kecil aliran arus ini bergerak melalui inti. Bahan inti memiliki ketahanan terhadap listrik. Karena itu, arus pusar menghasilkan panas. Hal ini sangat mirip dengan bagaimana arus melewati belitan tembaga untuk membuat tembaga hilang. Energi yang dihamburkan sebagai panas oleh arus ini adalah kehilangan arus pusar. Kehilangan energi ini berbanding lurus dengan seberapa cepat perubahan arus dan seberapa kuat fluks magnet. Fluks yang lebih kuat menciptakan gaya magnet yang lebih besar. Hal ini akan menimbulkan arus pusar yang lebih besar.

Apakah Mungkin Menurunkan Rugi Arus Eddy pada Transformator?

Ya, kami dapat mengurangi kerugian inti. Kami secara khusus dapat menurunkan kehilangan arus pusar dengan desain transformator pintar. Cara terbaik untuk melakukannya adalah dengan mempersulit arus pusar mengalir. Kita tahu bahwa sepotong logam yang besar dan padat memungkinkan arus pusar yang besar terbentuk. Jadi, alih-alih menggunakan balok besi yang kokoh, para pembangun membuat inti transformator dari inti yang dilaminasi. Ini berarti inti terbuat dari banyak lembaran baja yang sangat tipis. Lembaran-lembaran ini disebut laminasi.

Setiap lembaran tipis, atau laminasi, memiliki lapisan khusus di atasnya. Lapisan ini berfungsi sebagai dinding yang tidak membiarkan listrik melewatinya. Sangat sulit bagi arus untuk melompat dari satu laminasi ke laminasi berikutnya. Hal ini memecah jalur melingkar besar yang ingin diikuti oleh arus pusar. Arus hanya dapat mengalir dalam lingkaran kecil di dalam setiap lembaran tipis. Hal ini menciptakan arus pusaran yang jauh lebih lemah, yang dikenal sebagai arus pusaran. Metode ini sangat menurunkan total kehilangan arus pusar. Menggunakan inti laminasi adalah cara normal untuk meminimalkan kerugian yang disebabkan oleh arus pusar dan meningkatkan efisiensi transformator. Kami melaminasi inti untuk mengurangi aliran arus pusar.

Bagaimana Bahan Inti Mengubah Efisiensi Transformator?

Bahan inti adalah masalah yang sangat besar untuk kinerja transformator. Hal ini juga mempengaruhi efisiensi transformator. Bahan inti yang bagus perlu melakukan dua hal dengan baik. Pertama, harus mudah dimagnetisasi dan kemudian dilepaskan dari magnet. Ini membantu meminimalkan kehilangan histeresis. Bahan dengan histeresis rendah tidak terlalu banyak melawan medan magnet yang berubah. Ini berarti lebih sedikit pemborosan energi. Baja silikon banyak digunakan karena memiliki kemampuan magnet yang hebat dan histeresis yang rendah.

Kedua, bahan inti harus memiliki daya tahan yang tinggi terhadap listrik. Hal ini membantu meminimalkan kehilangan arus pusar. Jika resistansi lebih tinggi, lebih sulit bagi arus pusar untuk mengalir, meskipun tegangannya sama. Menempatkan silikon ke dalam baja membuat resistansinya naik. Ini adalah alasan lain mengapa bahan ini merupakan pilihan yang tepat untuk transformator. Ketebalan laminasi juga berperan. Laminasi yang lebih tipis membantu mengurangi arus pusar lebih banyak lagi. Tujuan utamanya adalah memilih bahan yang dapat menangani fluks magnet yang kuat tetapi memiliki histeresis dan kerugian pusar sekecil mungkin.

Bagaimana Rugi Inti Mempengaruhi Cara Kerja Transformator?

Rugi-rugi inti memiliki efek nyata pada pengoperasian transformator. Kerugian ini selalu terjadi. Mereka adalah pengurasan energi yang konstan selama transformator menyala. Energi yang terbuang ini menjadi panas. Panas ini membuat transformator menjadi lebih hangat. Jika trafo menjadi terlalu panas, isolasi pada belitan bisa rusak. Hal ini dapat membuat trafo tidak bertahan lama. Jadi, panas dari rugi-rugi inti perlu dikontrol. Hal ini sering kali membutuhkan sistem pendingin.

Terlebih lagi, rugi-rugi inti menurunkan efisiensi transformator. Efisiensi transformator memberi tahu kita berapa banyak daya yang dimasukkan keluar sebagai daya yang berguna. Setiap daya yang hilang sebagai panas adalah daya yang tidak mencapai perangkat yang seharusnya diberi daya. Selama masa pakai transformator, kehilangan energi yang stabil ini dapat menghabiskan banyak uang. Hal ini sangat benar untuk transformator daya besar yang menyala selama bertahun-tahun. Regulasi tegangan yang lebih baik dan efisiensi tinggi berasal dari kerugian yang lebih rendah. Inilah sebabnya mengapa perusahaan listrik akan membayar lebih untuk transformator efisiensi tinggi dengan kerugian inti yang rendah.

Apa Cara Paling Cerdas untuk Menurunkan Rugi-rugi Inti pada Transformator?

Untuk mengurangi kerugian inti dan meningkatkan kinerja transformator, pembangun bekerja pada dua hal utama. Mereka fokus pada bahan inti dan bagaimana inti dibuat. Idenya adalah untuk memperbaiki kerugian histeresis dan kerugian arus eddy. Langkah pertama adalah menggunakan bahan inti berkualitas tinggi. Ada jenis baja silikon khusus yang dibuat untuk memiliki histeresis yang sangat rendah. Beberapa model transformator baru bahkan menggunakan inti logam amorf. Ini bahkan memiliki kehilangan histeresis yang lebih rendah.

Untuk melawan kehilangan arus eddy, menggunakan inti yang dilaminasi adalah solusi terbaik. Laminasi harus setipis mungkin. Masing-masing juga membutuhkan lapisan yang baik untuk mengisolasinya dari yang lain. Trafo yang dibuat dengan baik dengan inti laminasi tipis berkualitas tinggi akan memiliki rugi-rugi inti yang sangat rendah. Ketika Anda memilih transformator, periksa angka kehilangan tanpa beban. Angka yang lebih rendah berarti lebih sedikit energi yang terbuang dan biaya operasional yang lebih murah dari waktu ke waktu. Ini membantu mengurangi penggunaan energi.

Hal-Hal Penting yang Perlu Diingat

Berikut ini adalah daftar singkat gagasan terpenting tentang rugi-rugi inti transformator:

• Sebuah transformator memiliki dua jenis rugi-rugi yang besar: rugi-rugi inti (yang merupakan rugi-rugi tanpa beban) dan rugi-rugi beban (yang merupakan rugi-rugi tembaga).
• Rugi-rugi inti selalu terjadi selama trafo memiliki daya, meskipun tidak ada yang terhubung dengannya.
• Rugi-rugi ini disebabkan oleh dua hal dalam inti transformator: rugi histerisis dan rugi arus pusar.
• Kehilangan histeresis seperti gesekan magnetik yang terjadi karena medan magnet yang berubah-ubah pada bahan inti.
• Kehilangan arus pusar berasal dari lingkaran kecil arus yang tidak diinginkan yang tercipta di dalam inti, dan hal ini menyebabkan panas.
• Kami dapat meminimalkan kehilangan histeresis dengan menggunakan bahan khusus seperti baja silikon.
• Kita dapat meminimalkan kehilangan arus pusar dengan membuat inti dari lembaran tipis berinsulasi yang disebut laminasi.
• Rugi-rugi inti yang lebih rendah menghasilkan efisiensi transformator yang lebih baik, lebih sedikit panas yang terbuang, dan tagihan listrik yang lebih kecil.