kertas_penerangan ETE401
-
Upload
zunnur-zamzam -
Category
Documents
-
view
52 -
download
1
description
Transcript of kertas_penerangan ETE401
KOD DAN NAMA PROGRAM / PROGRAM CODE AND NAME
TEKNOLOGI ELEKTRIK
SEMESTER 4
NO. DAN TAJUK MODUL / MODULE NO. AND TITLE
ETE 401 SISTEM ELEKTRIK KUASA 2
KOMPETENSIM4K1 INTRODUCTION TO TRANSFORMERM4K2 IDENTIFY VOLTAGE TRANSFORMERM4K3 IDENTIFY CURRENT TRANSFORMER
NAMA MURID Tarikh:
OBJEKTIF:
Pada akhir kursus ini, para pelajar dapat
Memahami pengenalan kepada pengubah Mengenalpasti pengubah voltan Mengenalpasti pengubah arus
KOLEJ VOKASIONAL KULIMJALAN JUNJONG
09000 KULIM, KEDAH
KERTAS PENERANGAN
PRINSIP OPERASI
Pengubah adalah sebuah alat statik arus ulang alik yang digunakan untuk
mengalihkan kuasa elektrik dari satu litar ke litar yang lain dengan mengubah voltan dan
arus tetapi tanpa mengubah frekuensinya.
Prinsip kerja pengubah ialah kuasa ( power ), boleh dipindahkan secara efektif
melalui aruhan megnetik ( magnetic induction ) dari satu gelang lilitan kepada lilitan
yang lain dengan daya megnetik yang dihasilkan oleh arus ulangalik. Apabila arus
ulangalik ini dihidupkan ke lilitan utama ( primary ), arus yang mengalir ini membuat
teras besi ( iron core ) menjadi megnetik. Arus ini mulanya mengalir pada satu arah dan
kemudian sebaliknya.
Medan megnetik yang dihasilkan mengelilingi seluruh litar megnetik ( teras besi )
dan menghasilkan ( induce ) voltan ke litar utama ( primary ) dan pendua ( secondary )
kerana kedua – dua litar ini bersambung dengan medan megnetik yang sama.
Voltan yang dihasilkan di satu lilitan ( per turn ) di litar utama ( primary ) dan
lilitan pendua ( secondary ) adalah sama dan arah yang sama. Voltan yang dihasilkan di
lilitan pendua adalah bergantung kepada voltan yang di masukkan pada lilitan utama
dan bahagian lilitan di lilitan pendua. Oleh kerana voltan di lilitan utama dan pendua
berubah, arus di lilitan pendua juga berubah. Pengubah adalah alat elektrik yang boleh
memindahkan tenaga elektrik dari satu litar kepada satu atau lebih litar yang lain pada
frekuensi yang sama nilai. Ia boleh memindahkan nilai arus dan voltan yang berbeza
dari nilai asalnya. Pengubah hanya beroperasi pada voltan ulangalik.
Kuasa ( VA ) = Voltan x ArusLAMINATED CORE
Rajah 1
PENGUBAH @ PENGUBAH ( TRANSFORMER )
Pengubah satu fasa, 3 fasa dan sebagainya boleh digunakan dalam sistem elektrik
kerana kebolehannya untuk :
a) menaik dan menurunkan voltan
b) kecekapan pengubah adalah tinggi, nilai yang tertinggi yang boleh dicapai ialah
100 %, selalunya 98 %
c) dalam pengubah , ulangan pada lilitan primer dan sekunder adalah sama.
Pengubah juga memerlukan layanan yang sedikit. Oleh itu :
i. menyenangkan pekerjaan
ii. saiz pengubah bergantung kepada kuasa yang ia boleh bekalkan.
iii. Tidak mempunyai banyak komponen.
BINAAN PENGUBAH
Bahagian utama pengubah terdiri daripada :
a) Teras ( core )b) Lilitan ( winding )c) Penyejukan d) Penebatan dan tangki
Kita hanya akan melihat kepada bahagian teras dan lilitan sahaja.
TERAS
Diperbuat daripada kepingan besi dan keluli yang ditebat antara satu sama lain dan disusun supaya menjadi datu teras yang padat. Terdapat 2 jenis susutan voltan ( kehilangan ) yang berlaku pada teras ini iaitu :
a) Kehilangan arus pusarb) Kehilangan histerisis.
Untuk mengurangkan kehilangan arus pusar, teras basi dibina dari kepingan besi. Bentuk kepingan besi adalah seperti dalam gambarajah 1.
rajah 2
BINAAN TERAS
Untuk mengurangkan kehilangan histerisis pula, teras ( bahan ) megnet diperbuat daripada besi @ keluli yang bermutu tinggi supaya luas lintasan tertutup histerisisnya kecil. @ jenis kekuli yang biasa digunakan untuk membuat teras ialah :
i. Hot rolled oriented silicon – ironii. Cold rolled oriented silicon – iron
Tebal kepingan ini antara 0.28mm – 0.35mm.Dilihat dari segi binaannya, terdapat 2 bentuk teras utama iaitu ;
a) Jenis coreb) Jenis shell
Celahan udara
Celahan udara
rajah 2
Perbezaan utama antara keduanya adalah dari segi rupa bentuk.
LILITAN
Ianya dibina dengan menggunakan dawai atau kepingan kuprum @ alumunium yang dililit pada teras, maka pengubah boleh dilihat seperti litar megnet.
Terdapat 2 jenis lilitan ( rajah 3 ) iaitu :
i. Lilitan primerii. Lilitan sekunder
V1
V2
V1 V2
Jenis Core Jenis shell
rajah 3
Bilangan lilitan ditentukan oleh nisbah voltan - naik / turun.
Binaan Asas
Sebuah pengubah mestilah mempunyai 3 binaan iaitu ‘teras’, ‘belitan’ dan
‘penutup atau pembalut’.
Teras pengubah dibuat daripada lapisan-lapisan besi yang telah diapit bersama
(lamina). Terdapat berbagai jenis teras, tetapi yang umumnya berbentuk tingkap dan
kelompang. Teras ini merupakan faktor penting bagi menguatkan uratdaya magnet yang
dihasilkan, ia dibuat berlapis-lapis agar kehilangan arus pusar dapat dikurangkan dalam
teras tersebut.
Belitan pengubah terbahagi kepada 2 iaitu :
i. Belitan Primer (Primary Winding).
ii. Belitan sekunder (Secondary Winding).
Belitan primer disambungkan kebekalan masuk sementara belitan sekunder
disambungkan keluar. Dari sinilah sama ada nilai voltan atau arus pengubah itu diambil
selepas “perpindahan”nya. Ia boleh memberi nilai voltan atau arus yang lebih dari nilai
bekalan yang diberikan iaitu dengan menambahkan bilangan belitan sekundernya.
Lilitan sekunder
I1 I2
BEBAN ( ZN )N2
N1
v1E1 E2
Lilitan primer
Belitan itu dililit secara lapisan’sandwich’, sepusat atau berasingan. Semuanya
ini dilakukan bagi mengelakan dari kebocoran uratdayanya di samping mengeluarkan
uratdaya yang berguna.
Penutup pengubah selain daripada menjadi pembalut, juga berfungsi untuk
menyejukan pengubah tersebut. Penutup pengubah itu kadang-kala diabaikan jika
penyejukan pengubah itu tidak diperlukan.
‘Step-up transformer’ mempunyai voltan sekunder yang lebih tinggi daripada
voltan primer, manakala ‘step-down transformer’ mempunyai voltan sekunder yang
rendah daripada voltan primer.
tran2/imc
Teras Berlapis
TERAS BERLAPIS JENIS KELOMPANG
Ip
Vp
Np
Is
Vs
Ns
tran1/imc
Teras Berlapis
TERAS BERLAPIS JENIS TINGKAP
Jenis Belitan Pengubah
tran3/imc
BelitanPrimer Belitan
Sekunder
Bp
Bs
BELITAN BERLAPIS BELITAN BERASINGAN
Kendalian Asas Transformer
Kendalian asas transformer berdasarkan dua hukum aruhan elektromagnet yang
penting iaitu Hukum Faraday dan Hukum Lenz. Hukum Faraday menyatakan bahawa
magnitud d.g.e. teraruh dalam suatu konduktor adalah berkadar langsung kepada
perubahan fluks merangkai gegelung (atau kadar pemotongan fluks magnet oleh
konduktor). Hukum Lenz pula menyatakan bahawa arus teraruh sentiasa mengalir pada
arah yang menentang perubahan fluks magnet (atau gerakan) yang menghasilkannya.
Apabila bekalan AU diberikan kepada belitan primer, uratdaya akan wujud di
sekeliling belitan primer itu. Oleh kerana bekalan arus AU yang diberikan, maka aruhan
diri (self induction) akan terhasil di belitan itu.
Uratdaya yang wujud tadi akan berpindah ke belitan sekunder melalui teras
transformer untuk menghasilkan aruhan saling (mutual induction) di belitan sekunder.
Apabila keadaan ini berlaku dan jika kehilangan dalam transformer itu diabaikan,
maka voltan aruhan akan terhasil di belitan sekunder itu (voltan primer dan sekunder
adalah berkadar terus dengan bilangan belitan teras dan belitan teras berkadar
songsang dengan arus).
tran4/imc
Bs
Bp
BpBs
BELITAN SEPUSAT BELITAN BERASINGAN
Perhubungan Pengubah Ideal
Mana-mana alat yang memindahkan kuasa dari satu ‘titik’ ke satu ‘titik’ yang lain
akan mempunyai kehilangannya (internal losses). Oleh itu pengubah juga mempunyai
kehilangan dalamnya.
Pengubah yang dibuat sekarang mempunyai kecekapan antara 95% hingga
99%. Dengan kecekapan yang begitu tinggi, bolehlah menganalisa pengubah dengan
menganggapkan ia satu alat yang ideal.
Seperti yang diketahui, arus yang mengalir dalam satu gelung akan
menghasilkan ‘MMF’. MMF akan menghasilkan ‘flux’ (f) dimana magnitudnya
bergantung kepada litar magnetik. Jika MMF yang dihasilkan itu ialah arus ulangalik
(AU), maka flux juga akan berulangalik.
Rajah menunjukan
bekalan AU dibekalkan
kepada belitan primer bagi
satu pengubah. Kebanyakan
‘flux’ yang dihasilkan akan
tinggal di dalam teras (core).
Ianya akan mengaitkan
(links) belitan primer dan
sekunder, ini dipanggil
‘mutual flux’. Sedikit daripada
‘flux’ yang dihasilkan oleh
arus primer dan sekunder
akan bocor keluar daripada teras. Ini dipanggil ‘flux’ bocor (leakage flux), ditunjukan
sebagai Q1 dan Q2 dalam rajah.
f
Q1 Q2
I1
N1
I2
V2
N2
ide/imc
E1V1AC
NISBAH PENGUBAHAN
Disebuah pengubah sempurna ( ideal ), nisbah pengubahan di antara voltan, arus dan
bilangan lilitan adalah seperti berikut :
Vp = Np
Vs Ns
Dimana :
Vp = voltan lilitan utama
Vs = voltan lilitan pendua
Np = bilangan lilitan di lilitan utama
Ns = bilangan lilitan di lilitan pendua
Dan
KVA ( MASUK ) = KVA ( KELUAR )
VP X IP = Vs x Is
Vp / Vs = Is / Ip
Dimana :
Is = arus di lilitan pendua
Ip = arus di lilitan utama
Kesimpulan di antara arus dan juga bilangan lilitan ialah :
Vp / Vs = Is / Ip = Np / Ns
KEHILANGAN DI DALAM PENGUBAH
i. KEHILANGAN KUPRUM
Apabila arus melalui gelung ia akan menghasilkan haba ( I R ) dan menyebabkan kehilangan kuprum.
ii. KEHILANGAN HISTERISIS
Bagi setiap molekul besi di dalam teras boleh disifatkan sebagai magnet sementara. Apabila medan megnet di bentuk daripada arus ulangalik yang akan menyebabkan perubahan arah maka daya megnet yang kecil akan wujud dan bertentangan dengan medan megnet daripada bekalan.
iii. KEHILANGAN EDDY CURRUNT ( ARUS PUSAR )
Disebabkan oleh medan megnet bukan hanya membentuk voltan tetapi juga arus di dalam gelung. Begitu juga yang terjadi di dalam teras. Arus yang wujud di dalam teras berpusar seperti pusaran air akan menghasilkan haba yang akan mengakibatkan kehilangan tenaga.
iv. KEHILANGAN TENAGA PADA TERAS LOGAM
Ia berhubung dengan kehilangan Histerisis dan arus pusar. Ia bergantung kepada bahan teras logam serta pembentukkannya ( lamination ).
v. NO LOAD LOSE
Ia berlaku sekiranya gelung pendua terbuka ( tiada sambungan ke beban ) menyebabkan berlaku arus bocor pada primary mnyebabkan self induce voltan yang wujud pada gelung utama. Secara praktikalnya berlaku counter balance pada voltan yang asal di dalam gelung.
PENGUBAH VOLTAN.
Pengubah voltan merupakan komponen elektrik yang dapat menaik dan menurunkan voltan serta menghantar arus elektrik diantara litar. Dicipta untuk mengawal voltan arus elektrik, terutamanya dalam senario voltan tinggi dimana pengubah voltan digunakan bagi menghasilkan tahap kuasa yang spesifik. Untuk itu pengubah ini selalu digunakan untuk peralatan yang memerlukan bekalan 500V ke atas, ia juga boleh didapati dalam perkakasan elektronik voltan rendah.
Pengubah jenis ini berkendali berdasarkan prinsip aruhan saling. Jika disambung bekalan, arus akan mengalir melalui lilitan utama dan aruhan saling yang dihasilkan oleh arus ini mengalir melalui teras pengubah. Ini akan menghasilkan daya gerak magnet yang berubah-ubah pada lilitan pendua pengubah. Jumlah lilitan pengalir pada kedua-dua lilitan mengawal sama ada arus meningkat, menurun atau pada nilai yang sama.
Pengubah jenis ini paling banyak digunakan, antaranya seperti pengubah loceng, kuasa, penggalak audio dan sebagainya.
i. Pengubah Loceng.
Pengubah loceng digunakan dalam kerja-kerja pemasangan loceng. Pengubah ini ialah jenis penurun (step down). Voltan yang biasa dikeluarkan ialah 12 V, 8 V, 4 V.
Penggunaannya amat menjimatkan kerana bekalannya berterusan dan tidak perlu dicas semula seperti bateri bekal.
Peraturan IEE berkaitan dengan pemasangan pengubah loceng ini ialah pada A-58, B-45 dan D-8.
A-58 - Pengubah loceng hendaklah disambung pada litar kecil akhir yang berasingan dan ia tidak memerlukan suis untuk kawalannya kerana ia dianggap bukan peralatan.
B-45 - Pendawaian loceng hendaklah dipisahkan daripada kabel-kabel kuasa dan lampu.
D-8 - Satu daripada punca belitan sekunder dan bekas logam pengubah hendaklah dibumikan.
ii. Pengubah Kuasa.
Pengubah ini digunakan untuk menaik dan menurunkan voltan pada sistem penghantaran dan pengagihan elektrik. Pengubah ini juga digunakan sebagai unit kawalan kuasa arus terus yang dipasang pada alat-alat elektronik seperti radio,
tranbell/imc
4 v
8 v
L.K.A.
tranpo/imc
AC +
-
ALATUBAH KUASA
televisyen, pemain kaset atau sebagai pengecas bateri sekunder. Contohnya seperti litar unit bekalan kuasa arus terus pada 'rectifier' gelombang penuh.
iii. Pengubah Penggalak (Booster Transformer).
Pengubah ini sebenarnya ialah pengubah dua belitan untuk menaikan kembali voltan pada suatu talian kepada nilai yang dikehendaki. Biasanya ia digunakan pada permulaan talian.
Pengubah ini boleh digunakan sebagai penggalak dengan syarat bahagian belitan voltan yang tinggi mampu membawa voltan talian dan bahagian belitan voltan rendah mempunyai nilai yang dikehendaki dan juga mampu membawa arus talian
PENGUBAH ARUS (CT)
1. ‘Current transformer’ (CT) atau dikenali sebagai pengubah arus banyak digunakan
dalam litar pengukuran dan perlindungan elektrik di industri.
Fungsi utamanya adalah mengubah nilai arus primer kepada nilai arus sekunder
iaitu nilai yang mampu diukur oleh jangka dalam keadaan selamat.
Didalam litar utama mungkin arus yang mengalir ialah 1000 A atau 2000 A atau
mungkin lebih tinggi lagi. Tiada jangka yang berkebolehan mengukur terus nilai
yang sebegitu tinggi tanpa mengunakan kaedah pengubahan arus.
Dalam perkara ini pengubah arus mestilah digunakan bagi merendahkan nilai yg
selamat disamping itu juga litar pendawaian sekunder (Permeteran dan
Perlindungan) akan menjadi lebih kecil saiz pengalirnya.
Busbar
A
Arus pendua 0 - 5A
Arah aliran arus
yg tinggi.
Alatubah arus
Arus maksima sekunder adalah 0 - 5 ampiar bagi kebanyakan sistem LV manakala
0 -1 ampiar bagi sistem HT.
2. Kendalian ‘CT’ adalah berbeza dari pengubah kuasa walaupun prinsip
kendaliannya adalah sama. Lilitan penduanya mengandungi belitan yang banyak
dan disambungkan kepada ammeter.
Ammeter yang menggunakan ‘CT’ ini telah dipiawaikan samada menggunakan
kadaran 1A atau 5A. Ammeter dipilih berdasarkan kepada nilai pendua ‘CT’.
Pengiraan nisbah ‘CT’ adalah seperti berikut...
Vp Is
─── = ─────
Vs Ip
Lilitan primer dililit hanya dengan beberapa lilitan sahaja atau pun biasanya diwakili bus
bar sebagai lilitan primer. Dalam keadaan ini arus utama adalah mengalir melalui bus bar
dan melalui teras ‘CT’.
3. Contoh.
Satu Ammeter mempunyai skil pesongan penuh ialah 5A di gunakan mengukur
arus utama 200A. Jika lilitan utama/Primer sebanyak 2 belitan, kirakan jumlah
belitan sekunder yang diperlukan bagi memberikan nilai skil pesongan penuh.
Np Is
─── = ─────
Ns Ip
Np x Ip
Ns = ─────────
Is
2t x 200A
Ns = ───────── = 80 belitan.
5A
Ns= ?Np= 2T
A
Pengubah kuasa memerlukan beban pada litar pendua bagi mengujudkan
pengaliran arus di litar primer yang mana menetapkan flux di dalam terasnya pada
nilai tetap.
Manakala ‘CT’, arus dari litar primer adalah arus utama dan mengalir tidak kira
lilitan pendua disambung atau tidak.
Oleh itu arus pendua perlu dialirkan melalui Ammeter bagi menstabilkan flux
didalam teras dan jika ammeter ditanggalkan, voltan yang merentangi di antara
punca ‘CT’ akan meningkat kepada nilai tinggi dan akan menyebabkan kerosakan
tebatan (Insulation Breakdown) atau akan menyebabkan lampau panas kepada
teras.
‘CT’ tidak boleh dikendalikan dalam keadaan lilitan pendua terbuka dan
perlindungan lampau beban tidak boleh dipasangkan kepada litar penduanyanya.
(IEE 473-01-03).
Jika Ammeter memerlukan penggantian, litar pendua Ct mestilah di litar pintaskan.
Ini tidak akan merosakan Ct.
Kuasa ketara alat pengubah arus (CT) ini dikadarkan dalam nilai Volt ampiar (VA)
dan di sebutkan BURDEN. Untuk mengurangkan kesalahan (ERROR) ammeter
atau voltmeter yg disambungkan mestilah dikendalikan pada nilai ‘burden’ yang
dikadarkan.
KEKUTUBAN PENGUBAH
Kumpulan belitan pada pengubah, sama ada belitan primer atau sekunder boleh
ditentukan dengan menggunakan jangka 'ohm'. Nilai rintangan yang tinggi menunjukan
belitan primer dan nilai rintangan yang rendah menunjukan belitan sekunder.
Selain dari itu, boleh juga mengguna voltmeter (jangka volt) untuk menentukan
kekutuban sesuatu pengubah.
1. Kaedah 'Subtractive'.
Misalkan: V1 = 220 Volt.
V2 = 280 Volt.
Sekiranya bacaan voltmeter V1 kurang daripada V2 maka titik 'common' bagi
sekunder adalah positif (+), ditandakan dengan X1 dan satu lagi hujungnya adalah negatif
(-), ditandakan dengan X2.
transub/imc
common jumper
V2
V1
H1 (+)
H2 (-)
X2 (-)
X1 (+)
P S
2. Kaedah 'Additive'.
Sekiranya bacaan voltmeter V1 lebih daripada bacaan V2, maka titik 'common'
bagi sekunder adalah negatif (-), ditandakan dengan X2 dan hujung satu lagi adalah positif
(+), ditandakan dengan X1.
tranadd/imc
P S
V2
V1
common jumper
H1 (+)
H2 (-)
X2 (-)
X1 (+)