Rangkaian Kopling Magnetis

download Rangkaian Kopling Magnetis

of 39

Transcript of Rangkaian Kopling Magnetis

  • Rangkaian Kopling Magnetis

    (Mutual Inductance)Term 8

    Wendhi Yuniarto, MT

  • Mutual Inductance

    Mutual Inductance => induktansi yang terjadi pada lilitan primer dan skunder (L1 dan L2), dan sebagai jumlah kopling (k) diantara kedua lilitan yang di gandeng

    Jumlah Tegangan Induksi pada lilitan skunder yang dihasilkan oleh arus pada lilitan primer tergantung pada mutual inductance (LM)

    Jika pada lilitan primer (L1) berbentuk gel. Sinus, maka pada (L2) juga sama

  • Lines of Forces and Mutual Inductance

  • Coefficient Coupling

    Koefisien kopling (k) diantara (L1 dan L2) transformator adalah ratio flux (GGM) yang dihasilkan (L1) terhubung pada (L2) => 1-2 berbanding dengantotal flux pada (L1) => 1

    Example : jika hanya saja total flux yang dihasilkan oleh lilitan 1 terhubung pada lilitan 2, maka k = 0,5

    Koefisien kopling tergantung pada pendekatan fisik lilitan, dan tipe padacore material lilitan. Konstruksi dan bentuk core juga mepengaruhi

    3 Faktor yang mempengaruhi mutual inductance adalah : k, L1 dan L2 Formula untuk mutual inductance adalah :

    1 2

    1

    k

    1 2ML k L L

  • Practice

    Example : L1 total magnetic flux = 50 Wb, and link coil L2 = 20 Wb, determine k?Answer : => 20 Wb / 50 Wb = 0,4

    1. Question : Determine k when 1 = 500 Wb and 1-2 = 375 Wb

    2. Question : Two coils are wound on a single core, and the coefficient of coupling is 0.3. the inductance of coil 1 is 10 H. What is LM ?

    3. Question : Determine the mutual inductance when k = 0.5, L1 = 1 mH, and L2 = 600 H ?

    1 2

    1

    k

  • Transformer

    Skema transformer terdiri dari belitan primer dan belitan skunder Primer => source voltage (input) Skunder => load (output) Ada 3 kategori core material yang biasa digunakan ; udara, ferit, besi Inti Udara dan ferit => aplikasi frek. Tinggi magnetic coupling belitan

    primer dan skunder di-set dari tipe core material dan posisi belitan

    Inti besi => aplikasi pada audio frequency dan power application.

  • Basic Transformer

  • Core winding

  • Turns Ratio

    Turns Ratio = n ; Primer winding = Npri; Secondary winding = Nsec

    Parameter ini digunakan juga pada step-up dan step-down transfomator

    Arah belitan berpengaruh pada output yang dihasilkan (tergantung polaritas yang diinginkan)

    (titik/dot) biasanya sebagai awal belitan (+)

    secNn

    Npri

  • Winding direction

  • Step-Up/Down Transformers

    Rasio (perbandingan) Vsec dan Vpri sama dengan ratio jumlah belitan sekunder (Nsec) dan jumlah belitan primer Npri :

    Hubungan perbandingan belitan (n), dan tegangan skunder (Vsec) :

    sec sec

    pri pri

    V N

    V N

    sec priV nV

  • Practice

    Example : belitan pada primer = 100, belitan pada skunder = 400, perbandingannya adalah :

    => 400/100 = 4 atau (1:4)

    Question : a certain transformer has turns ratio of 10, if Npri = 500, what is Nsec? Question : when 240 V ac are applied to a transformer with a turns ratio of 4

    (1:4), what is Vsec?

    When 120 V ac are applied to transformer with a turns ratio 0,2 (5:1), what is Vsec ?

    secNn

    Npri

  • Ideal Transformer

    Daya yang diberikan oleh belitan skunder ke beban sama dengan daya dari belitan primer (ideal)

    Adanya rugi-rugi, menyebabkan daya yang diberikan belitan sekunder berkurang

    Daya tergantung pada tegangan dan arus Daya yang diberikan oleh belitan primer & skunder :

    pri pri priP V I

    sec sec secP V I

  • Loading the secondary

    Idealnya : =>

    Bentuk transposenya : =>

    Karena Nsec/ Npri sama dengan turns ratio (n), hubungan arus primer dan skunder menjadi :

    Sehingga didapat pemecahan untuk Isec :

    secpriP P sec secpri priV I V I

    sec

    sec

    pri

    pri

    I V

    I V sec sec

    pri pri

    V N

    V N

    sec

    priIn

    I

    sec

    1priI I

    n

  • Electromagnetic Devices

  • Practice

    The two transformers have loaded secondaries. If, as a result of the loaded secondary, the primary current is 100 mA in each case, what is the current through the load?

    - first tranformer (ratio 1:10)

    - second transformer (ratio 2:1)

    If the turns ratio of tranformer is 2, is the secondary current greater than or less than the primary current? By how much?

    A tranformers has 100 primary turns and 25 secondary turn, and Ipri is 0.5 A. what is the turn ratio? What is the value of Isec?

  • Solution (no.1, 2)

    - Part (a),Turns Ratio = 10, Secondary load current is

    - Part (b),Turns Ratio = 0.5, Secondary load current is

    => Solution no.2, greater than the primary, the value is 200mA

  • Solution no.3

  • Reflected Load Konsep refleksi beban adalah beban (RL) pada lilitan skunder direfleksikan dari lilitan primer trafo.

    Beban menghilang pada sumber primer menjadi resistansi (Rpri) dengan nilai yang ditentukan oleh perbandingan belitan dan harga beban resistasi sebenarnya.

    Rpri disebut Reflected Resistance.

  • continue

  • practice

    Transformer coupled to a load resistor of 100 . The transformer has a turns ratio of 4. what is reflected resistance seen by the source?

    The source sees a resistance of 6.25 just as if it were connected directly,

  • Practice

    If the turns ratio is 5 and RL is 500, what is the reflected resistance?

    If the turns ratio is 0.25 and RL is 150, what is the reflected resistance?

    To achieve a reflected resistance of 800, what turns ratio is required?

  • Impedance Matching

    Impedance : total effective resistance of an electrical circuit (an alternating current)

    Konsep Transfer daya maximum :pada saat sumber di hubungkan pada beban, maximum power akan diterima beban ketika resistansi beban sama dengan resistansi sumber internal yang tetap (fixed internal source resistance)

  • Cont.

  • Cont.

    Jika diketahui RLdan Rpri :

    Transpose :

    Didapat akar :

    Invert :

  • practice

    Characteristic resistance antenna system is 75, if the antenna and lead in cable is connected direcly to the 300 TV input, maximum power will not delivered to the input of the TV, and you will have poor signal reception. The solution is to use a matching transformer

    An amplifier has an 800 internal resistance. In order to provide maximum power to an 8 speaker, what turns ratio must be used in the coupling transformer?

  • Solution 1

  • Solution 2

    The reflected resistance must equal 800, the turns ratio can be determined :

  • Practical Transformer

    Winding resistance :resistansi belitan pada trafo seperti resistor yang dipasang seri pada belitan, efeknya mengurangi harga tegangan pada belitan skunder (kebanyakan relatif kecil dan dapat di abaikan)

    Losses in the core :ada energy yang ter-konversi pada core material, Konversi energy tersebut berbentuk panas, yang biasanya terjadi pada ferit core dan iron core, tetapi tidak terjadi pada air core.

    Konversi energy ini disebut hysterisis loss, dikarenakan eddy currentyang dihasilkan ketika tegangan di induksi pada core material oleh perubahan magnetic flux. Eddy current terjadi membentuk core resistance yang menghasilkan panas.

    Konversi dapat dikurangi dengan melapisi konstruksi dari core material. Hal ini meminimalkan terbentuknya eddy current.

  • Cont. Magnetic Flux Leakage :Ideal transformers,semua magnetic flux dihasilkan dari arsu

    belitan primer yang melewati core ke belitan skunder dan sebaliknya. Prakteknya, beberapa magnetic flux lines keluar dari core dan keluar disekelilingnya dan kembali ke akhir belitan.

    magnetic flux leakage mengurangi tegangan pada belitan skunder.

    Persentase magnetic flux pada belitan skunder menentukan koefisien kopling pada transformers.

  • Cont.

    Winding Capacitance :kapasitansi belitan adalah paralel kapasitansi dengan setiap belitan pada transformer (stray capacitance).

    pengaruhnya terutama pada trafo yang beroperasi pada frek.rendah, karena Xc yang sangat tinggi. Pada frek.tinggi, Xc berkurang dan menghasilkan bypass effect melewati belitan primer dan beban skunder.

  • Cont.

    Transformer Power Rating :Rating trafo, 2 kVA,500/50,60 Hz.

    2 kVA adalah power rating trafo

    500/50 adalah teg.primer atau skunder (sebaliknya)

    60 Hz adalah freq.

    jika 50 adalah skunder

    maka : IL = Psec / Vsec = 2 kVA / 50 V = 40 A

    jika 500 adalah skunder

    maka : IL = Psec / Vsec = 2 kVA / 500 V = 4 A

  • Cont.

    Transformer Efficiency :Terjadinya rugi-rugi daya pada trafo yang disebabkan beberapa hal

    Output < input

    (kebanyakan trafo daya mempunyai efisiensi 95%)

  • Home Work What does the impedance matching mean? What is the advantage of matching the load impedance to the impedance of

    source?

    A certain transformer has a rating of 25 kVA. If the secondary voltage is 500 V, how much load current can the transformer handle?

    The coeficient of coupling of a certain trnasformer is 0.95. what does this mean?

    A certain type of transformer has a primary current of 10 A and a primary voltage of 360 V. The secondary current is 100 A and the secondary voltage is 240 V. determine the efficiency of this transformer?

    A transformer has a primary current of 9 A with a primary voltage of 360 V. The secondary current is 45 A and the secondary voltage is 120 V. what is the efficiency?

  • Other Types of Transformers

    Tapped TransformerCT (Center Tap) adalah equivalent 2 belitan skunder dengan setengah dari total tegangan setiap belitan

  • Cont.

    Application of a center-tapped transformer in ac to dc conversion

    Tapped Transformers

  • Cont.

    Utility-pole transformer in a typical power distribution system

  • Multiple-Winding Transformer

    Multiple-primary transformer

    Multiple-secondary transformer