Alatubah

Alatubah (bahasa Inggeris: Transformers; Jawi: ‏الت اوبه‎code: ms is deprecated ‎) ialah peranti elektrik statik yang memindahkan tenaga dengan gandingan aruhan antara litar belitannya. Perubahan arus pada belitan primer mencipta perubahan pada fluks magnet dalam teras lalu menghasilkan fluks magnet yang berubah pada belitan sekunder. Perubahan fluks magnet ini mengaruh daya gerak elektrik (d.g.e.) atau voltan yang berubah pad belitan sekunder.

Transformer agihan dengan belitan sekunder pengulir tengah pada tiang yang digunakan untuk 'kuasa elektrik belahan fasa' bagi perkhidmatan komersial ringan dan perumahan di Amerika Syarikat.^[1]^[2]

Alatubah mempunyai dua jenis iaitu :

Alatubah Voltan (Potential Transformers)
Alatubah Arus (Current Transformers)

Alatubah bukan sahaja sering digunakan untuk mencipta voltan / arus yang lebih tinggi atau lebih rendah, tetapi turut digunakan untuk mengasingkan litar antara satu sama lain.

Alatubah mempunyai pelbagai saiz dari sekecil ibu jari yang digunakan di dalam peralatan elektrik mahupun elektronik seperti radio, televisyen, pembesar suara, mikrofon dan sebagainya hinggalah ke unit seberat ratusan tan yang digunakan pada sistem penjanaan, peghantara dan pengagihan tenaga elektrik. Alatubah hanya boleh berfungsi pada bekalan arus ulang alik sahaja.

Alatubah voltan sunting

Simbol bagi alatubah

Dengan menimbangkan alatubah voltan, tanpa sebarang kebocoran arus dan histerisis akan membuatkan alatubah berfungsi dengan nilai kecekapan yamg baik, binaan asas alatubah mempunyai bilangan lilitan primer dan sekunder N_P dan N_S yang dililitkan pada teras (tembaga) dan mempunyai 2 terminal masukan dan 2 terminal keluaran hidup dan neutral.

Alatubah voltan sekunder E_S =V_S sebagai suatu perkadaran dengan voltan primer V_P = E_P dan setiap bilangan lilitan diberi dengan persamaan

{\frac {V_{\text{P}}}{V_{\text{S}}}}={\frac {E_{\text{P}}}{E_{\text{S}}}}={\frac {N_{\text{P}}}{N_{\text{S}}}}=a

,

iaitu,

- V_P/V_S = E_P/E_S = a adalah nisbah voltan dan N_P/N_S = a adalah nisbah lilitan, nilai nisbah-nisbah ini masing-masing boleh ditinggikan atau direndahkan, Alatubah voltan mempunyai 2 jenis iaitu Alatubah menaik (Step up Transformers) dan Alatubah menurun (Step down Transformers)^[3]^[4]^[a]^[b].

- V_P mewakili voltan bekalan/utama,

- V_S mewakili voltan keluaran/sekunder, dan,

- E_P & E_S mewakili voltan teraruh d.g.e.^[c]

Sebarang impedans beban $Z_{L}$ yang disambungkan ke belitan sekunder transformer unggul menyebabkan arus mengalir tanpa kebocoran dari litar primer ke litar sekunder, kuasa ketara masukan dan keluaran adalah sama dengan persamaan

I_{P}\times V_{P}=I_{S}\times V_{S}

.

Dengan menggabungan kedua-dua persamaan, pengenalan alatubah voltan tersebut diperoleh

{\frac {V_{P}}{V_{S}}}={\frac {I_{S}}{I_{P}}}={\frac {N_{P}}{N_{S}}}=a

.

Rumus ini adalah anggaran mungkin bagi alatubah voltan komersial yang biasa, dengan nisbah voltan dan nisbah bilangan lilitan kedua-duanya adalah berkadaran songsan dengan nisbah arus yang terlibat.

Impedans beban $Z_{L}$ ditakrifkan dalam pernyataan voltan dan arus litar sekunder seperti berikut

Z_{L}={\frac {V_{L}}{I_{L}}}={\frac {V_{S}}{I_{S}}}

.

Impedans ketara $Z_{L}^{\prime }$ bagi beban litar sekunder ini merujukb kepada litar belitan primer yang dikuasai oleh hubungan faktor pendaraban nisbah lilitan kuasa dua yang ditakrif seperti berikut ^[6]

Z_{L}^{\prime }={\frac {V_{P}}{I_{P}}}={\frac {aV_{S}}{I_{S}/a}}=a^{2}\times {\frac {V_{S}}{I_{S}}}=a^{2}\times {Z_{L}}

.

Alatubah arus sunting

Alatubah arus pula mempunyai fungsi yang sama seperti alatubah voltan tetapi dikendalikan untuk merendahkan nilai arus ulang alik sahaja. Alatubah kerap digunakan pada bahagian papan suis utama (Main Switch Board - MSB). Kebiasaannya alatubah arus digunakan pada pengguna Large Power Consumers (LPC) atau dengan lebih mudahnya Pengguna Kuasa Besar bagi sektor komersial, perdagangan dan pertanian bagi negara Malaysia. Tujuan merendahkan nilai arus ulang alik adalah untuk tidak merosakkan komponen elektrik atau elektronik seperti meter elektrik (TNB / SESB / SESCO). Alatubah arus mempunyai 12 jenis antaranya :

2000/5A
1600/5A
1200/5A
1000/5A
800/5A
600/5A
500/5A
400/5A
300/5A
200/5A
150/5A
100/5A

Nilai arus sekunder telah ditetapkan kepada nilai 5 Ampere sahaja. Manakala nilai arus primer pula ditentukan melalui proses pemerolehan bekalan elektrik dari syarikat pembekalan elektrik semasa pendaftaran permohonan bekalan elektrik berdasarkan permintaan kuasa yang diminta oleh wakil pengguna. Semakin besar kemampuan sesuatu industri maka semakin besar nilai bekalan masukan yang akan diberikan oleh syarikat pembekalan elektrik mengikut kiraan beban kuasa ketara (kVa). Semakim tinggi nilai beban kuasa ketara (kVa) maka semakin tinggi bekalan voltan tinggi akan diberikan mengikut piawaian yang diluluskan oleh Suruhanjaya Tenaga antaranya :

33kV
22kV (Johor dan Perak sahaja)
11kV
6.6kV (masih terdapat di Johor dan Perak)

Kecekapan sunting

Kecekapan alatubah voltan sunting

Kecekapan alatubah yang ideal adalah dengan mencatatkan nilai 100% tanpa kebocoran arus, kehilangan tembaga, kehilangan besi dan histerisis. Secara umumnya, kecekapan alatubah ialah

\eta ={\frac {P_{o}}{P_{i}}}\,100\%,

dengan P_o dan P_i masing-masing ialah kuasa masukan dan keluaran.

Kecekapan alatubah arus sunting

Kecekapan alatubah yang ideal adalah dengan mencatatkan nilai nisbah hendaklah sama dengan nilai kadaran arus primer bagi setiap alatubah arus yang digunakan.

Formula pengiraan kecekapan nisbah bagi alatubah arus ialah :

(Nilai arus primer (Ip) / Nilai arus sekunder (Is)) x 5

Dengan menganggapkan nilai ralat +-10% dari nilai nisbah tersebut, alatubah arus masih berfungsi dengan baik. Sekiranya ralat yang diterima melebihi dari ralat yang piawai tersebut, maka alatubah arus itu peelulah ditukar baharu bagi mengelakkan kerosakan pada peralatan elektrik dan elektronik.

Aplikasi sunting

Pelbagai jenis reka bentuk alatubah dihasilkan untuk menampung keperluan sistem-sistem elektronik yang ada. Dalam pembekalan tenaga elektrik, alatubah memungkinkan transmisi daya elektrik dalam intensiti tinggi, yang mengurangi kerugian akibat pemanasan (rintangan) kabel. Hal ini memungkinkan stesen kuasa diletakkan secara ekonomikal daripada segi jarak dari kawasan pengguna tenaga.^[7] Semua kecuali sebahagian kecil tenaga elektrik dunia akan melepasi serangkaian alatubah sebelum mencapai pengguna.^[8]

Lihat juga sunting

Catatan sunting

^ "Nisbah lilitan sebuah transformer adalah nisbah bilangan lilitan dalam belitan voltan tinggi per belitan voltan rendah",^[5]
^ Alatubah voltan menurun menukarkan nilai voltan tinggi kepada nilai voltan rendah manakala Alatubah voltan menaik pula akan menukarkan nilai voltan rendah kepada voltan yang lebih tinggi, alatubah pengasing pula mempunyai nisbah lilitan 1:1 dengan voltan keluaran adalah sama dengan voltan masukan.
^ Memandangkan voltan bekasan bagi belitan alaubah voltan adalah sama dengan voltan teraruh, voltan teraruh tidak dimasukkan bagi memudahkan empat persamaan seterusnya.

Rujukan sunting

^ Knowlton, A.E. (Ed.) (1949). Standard Handbook for Electrical Engineers (ed. 8th). McGraw-Hill. m/s. 597, Fig. 6–42.CS1 maint: extra text: authors list (link)
^ Mack, James E. (2006). Chapter 15 - Distribution Transformers (PDF) (ed. 11th). New York: McGraw-Hill. m/s. 15-1 to 15-22. ISBN 0071467890. Unknown parameter |booktitle= ignored (bantuan); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (bantuan)
^ Winders, John J., Jr. (2002). Power Transformer Principles and Applications. CRC. m/s. 20–21.
^ Hameyer, Kay (2001). "§3.2 'Definition of Transformer Ratio' in Section 3 - Transformers". Electrical Machines I: Basics, Design, Function, Operation. RWTH Aachen University Institute of Electrical Machines. m/s. 27.
^ Knowlton, §6-13, p. 552
^ Tcheslavski, Gleb V. (2008)). "Slide 13 Impedance Transformation in Lecture 4: Transformers". ELEN 3441 Fundamentals of Power Engineering. Lamar University (TSU system member).
^ Heathcote, Martin (1998). J & P Transformer Book (ed. 12th). Newnes. ISBN 978-0-7506-1158-9.
^ Nailen, Richard (May 2005). "Why We Must Be Concerned With Transformers". Electrical Apparatus. Diarkibkan daripada yang asal pada 2009-04-29.

Bibliografi sunting

(Inggeris)Central Electricity Generating Board (1982). Modern Power Station Practice. Pergamon. ISBN 0-08-016436-6.
(Inggeris)Daniels, A.R. (1985). Introduction to Electrical Machines. Macmillan. ISBN 0-333-19627-9.
(Inggeris)Flanagan, William M. (1993). Handbook of Transformer Design & Applications (ed. 2nd). McGraw-Hill. ISBN 0-07-021291-0.
(Inggeris)Gottlieb, Irving (1998). Practical Transformer Handbook: for Electronics, Radio and Communications Engineers. Elsevier. ISBN 0-7506-3992-X.
(Inggeris)Hammond, John Winthrop (1941). Men and Volts: The Story of General Electric. J.B.Lippincott Company. m/s. see esp. 106–107, 178, 238.
(Inggeris)Harlow, James (2004). Electric Power Transformer Engineering. CRC Press. ISBN 0-8493-1704-5.
(Inggeris)Heathcote, Martin (1998). J & P Transformer Book (ed. 12th). Newnes. ISBN 0-7506-1158-8.
(Inggeris)Hindmarsh, John (1977). Electrical Machines and Their Applications (ed. 4th). Exeter: Pergammon. ISBN 0-08-030573-3.
(Inggeris)Kulkarni, S.V. (2004). Transformer Engineering: Design and Practice. CRC Press. ISBN 0-8247-5653-3. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (bantuan)
(Inggeris)McLaren, Peter (1984). Elementary Electric Power and Machines. Ellis Horwood. ISBN 0-470-20057-X.
(Inggeris)McLyman, Colonel William (2004). Transformer and Inductor Design Handbook. CRC. ISBN 0-8247-5393-3.
(Inggeris)Pansini, Anthony (1999). Electrical Transformers and Power Equipment. CRC Press. ISBN 0-88173-311-3.
(Inggeris)Ryan, H.M. (2004). High Voltage Engineering and Testing. CRC Press. ISBN 0-85296-775-6.
(Inggeris)Say, M.G. (1983). Alternating Current Machines (ed. 5th). London: Pitman. ISBN 0-273-01969-4.
(Inggeris)Winders, Jr., John J. (2002). Power Transformer Principles and Applications. CRC. ISBN 0-8247-0766-4.

Pautan luar sunting

(Inggeris)Pengenalan terhadap Transformer Arus
(Inggeris)Transformer (Interactive Java applet), 'Physics is fun' by Chui-king Ng
(Inggeris)Tutorial video HD tentang transformer
(Inggeris) Perbezaan Antara Transformer Step Up dan Step Down
(Inggeris)Litar transformer tiga fasa dari All About Circuits
(Inggeris)Bibliografi Buku-buku Transformer oleh P.M. Balma, dari Jawatankuasa Transformer IEEE

[6] "Nisbah lilitan sebuah transformer adalah nisbah bilangan lilitan dalam belitan voltan tinggi per belitan voltan rendah",^[5]

[7] Alatubah voltan menurun menukarkan nilai voltan tinggi kepada nilai voltan rendah manakala Alatubah voltan menaik pula akan menukarkan nilai voltan rendah kepada voltan yang lebih tinggi, alatubah pengasing pula mempunyai nisbah lilitan 1:1 dengan voltan keluaran adalah sama dengan voltan masukan.

[8] Memandangkan voltan bekasan bagi belitan alaubah voltan adalah sama dengan voltan teraruh, voltan teraruh tidak dimasukkan bagi memudahkan empat persamaan seterusnya.

[Knowlton_(1949)-1] Knowlton, A.E. (Ed.) (1949). Standard Handbook for Electrical Engineers (ed. 8th). McGraw-Hill. m/s. 597, Fig. 6–42.CS1 maint: extra text: authors list (link)

[Mack_(2006)-2] Mack, James E. (2006). Chapter 15 - Distribution Transformers (PDF) (ed. 11th). New York: McGraw-Hill. m/s. 15-1 to 15-22. ISBN 0071467890. Unknown parameter |booktitle= ignored (bantuan); Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (bantuan)

[Winders_(2002)-3] Winders, John J., Jr. (2002). Power Transformer Principles and Applications. CRC. m/s. 20–21.

[Hameyer_*2001)-4] Hameyer, Kay (2001). "§3.2 'Definition of Transformer Ratio' in Section 3 - Transformers". Electrical Machines I: Basics, Design, Function, Operation. RWTH Aachen University Institute of Electrical Machines. m/s. 27.

[5] Knowlton, §6-13, p. 552

[Tcheslavski_(2008)-9] Tcheslavski, Gleb V. (2008)). "Slide 13 Impedance Transformation in Lecture 4: Transformers". ELEN 3441 Fundamentals of Power Engineering. Lamar University (TSU system member).

[Heathcote1998-1-10] Heathcote, Martin (1998). J & P Transformer Book (ed. 12th). Newnes. ISBN 978-0-7506-1158-9.

[nailen-11] Nailen, Richard (May 2005). "Why We Must Be Concerned With Transformers". Electrical Apparatus. Diarkibkan daripada yang asal pada 2009-04-29.

[1]

[2]

[3]

[4]

[a]

[b]

[c]

[6]

[7]

[8]

[5]