Trafo arus memungkinkan konversi arus tinggi menjadi kisaran arus yang dapat diukur. Relai yang tergabung dalam beberapa sistem proteksi diimplementasikan sedemikian rupa sehingga arus yang disuplai oleh transformator arus dapat digunakan untuk menggerakkannya. Juga dianggap sulit untuk mengukur arus bolak-balik magnitudo tinggi menggunakan amperemeter normal kisaran rendah dan dengan demikian, trafo arus digunakan sebagai tahap perantara untuk tujuan pengukuran dan isolasi.
Gambar 1. Berbagai trafo arus. Gambar milik Talema Group.
Magnetic komponen, secara umum, telah digunakan di berbagai perangkat elektronik berdaya listrik selama beberapa dekade. Mereka digunakan untuk mengontrol, mentransfer, dan mengkondisikan tenaga listrik pada berbagai tahap dan dalam berbagai bentuk.
Desainer selalu mencari material, topologi, dan proses yang lebih baru untuk meningkatkan kinerja. Ada suatu masa dalam sejarah di mana desain magnet dianggap lebih sebagai seni daripada sains. Ini karena desainnya sebagian besar bergantung pada teknik trial and error, rumus empiris, dan pertimbangan rule-of-thumb. Selain itu, ada beberapa upaya untuk menstandarisasi proses desain agar lebih andal dan berulang.
Baca terus untuk mempelajari lebih lanjut tentang prinsip kerja transformator arus dan konsep utama yang terlibat.
Transformer Arus dan Ikhtisar Sirkuit
Trafo arus digunakan untuk mengukur arus yang mengalir dalam rangkaian daya tinggi, biasanya untuk rangkaian pengukuran atau umpan balik. Penggunaan trafo arus lebih disukai daripada mengukur arus menggunakan shunt arus secara seri dengan jalur arus, karena kelebihan trafo arus seperti menyediakan isolasi antara rangkaian daya dan rangkaian pengukuran, kontribusi yang lebih rendah terhadap rugi daya, dan penolakan mode umum yang baik. [1]. Secara umum, transformator mendukung kopling AC, tegangan dan transformasi level saat ini bersama dengan isolasi DC [2].
Gambar 2. Penggunaan trafo arus untuk mengukur arus yang tinggi. [3]
Pertimbangan desain praktis untuk transformator arus diatur oleh kemampuan untuk menghantarkan nilai arus belitan primer dan sekunder yang diperlukan secara efektif. Ini berarti pilihan konduktor yang tepat bersama dengan kemampuan mencapai kopling daya yang memadai. Idealnya, pengaturan tegangan yang ketat tanpa kebocoran dan tidak ada kerugian arus - histeresis atau pusaran - serta distorsi arus yang menarik secara keseluruhan yang rendah diinginkan.
Jika semua tujuan desain ini perlu dipenuhi sepenuhnya, produk yang dihasilkan mungkin besar yang sekali lagi tidak dimaksudkan. Oleh karena itu, keseimbangan yang sangat sulit untuk dicapai dalam hal pencapaian desain terbaik berdasarkan pertimbangan ini.
Prinsip Kerja
Trafo arus termasuk dalam keluarga transduser arus yang menghasilkan arus sekunder sebanding dengan arus yang mengalir melalui sisi primer besarnya.
Gulungan primer dirancang sedemikian rupa sehingga terdiri dari satu atau lebih belokan yang memiliki luas penampang besar dan biasanya dihubungkan secara seri dengan rangkaian yang perlu dideteksi untuk aliran arus [4].
Gulungan sekunder memiliki jumlah lilitan yang lebih tinggi dan terbuat dari kawat dengan luas penampang yang lebih kecil. Gulungan sekunder dihubungkan ke koil operasi relai atau ke alat pengukur arus.
Gambar 3. Representasi dari sebuah trafo arus [4]
Area aplikasi untuk jenis trafo arus tertentu diatur oleh presisi, rasio arus primer ke sekunder, jenis insulasi yang digunakan, konstruksi mekanis, dan kondisi operasi eksternal.
Cara kerja transformator arus mirip dengan transformator daya konvensional karena pada dasarnya berfungsi sebagai transformator tegangan step-up. Biasanya, nilai arus akan lebih rendah di sisi tegangan tinggi dan sebaliknya. Jadi, ketika sisi primer diberi energi, lilitan ampere pada sisi primer akan menghasilkan medan magnet di inti.
Gaya gerak listrik diinduksi di sisi sekunder karena fluks magnet yang dihasilkan yang pada gilirannya menggerakkan arus sekunder. Ampere-belokan diseimbangkan di primer dan sekunder, dan juga penurunan tegangan primer jauh lebih sedikit, membuat arus primer tidak bergantung pada arus sekunder.
Wawasan Desain untuk Transformator Saat Ini
Desain trafo arus adalah kompromi dalam biaya, berat, jumlah belitan pada belitan, dan kinerjanya secara keseluruhan [1]. Meningkatkan area inti akan meningkatkan kinerja, tetapi berdampak negatif pada biaya dan ukuran keseluruhan. Inti ferit atau baja digunakan dan lebih banyak putaran sekunder lebih disukai. Biasanya, desain trafo arus yang baik berfokus pada tegangan rendah pada sisi sekunder, penggunaan material permeabilitas tinggi, area inti tinggi, dan lilitan sekunder yang besar.
Pertimbangan biasa untuk memilih material inti meliputi kehilangan inti yang rendah, nilai keengganan yang rendah, dan kerapatan fluks yang rendah. Kertas, pernis, bahan selotip, dan variannya digunakan untuk keperluan isolasi.
Trafo arus dapat berupa tipe luka atau tipe batang. Dalam kasus aplikasi tegangan rendah tipe luka, lilitan sekunder dililitkan pada bakelite diikuti oleh lilitan primer dengan insulasi yang sesuai di antara lapisan. Dalam tipe batang, batang tunggal membentuk belitan primer dan melewati pusat inti.
Gambar 4. Trafo arus dapat berupa tipe batang atau tipe luka.
Referensi utama:
- L. Umanand, SR Bhat, “Desain Magnetik komponen untuk Pengonversi Daya Modus Berubah ”, Wiley Eastern Limited.
- Marian K. Kazimierczuk, “Komponen Magnetik Frekuensi Tinggi”, John Wiley and Sons, Ltd.
- Marcel Dekkar, “Buku Pegangan Desain Transformer dan Induktor”, 2004.
- Transformer saat ini