BAHAN MAGNETIK PENYUSUN INTI TRANSFORMATOR - ARFY PUTRI ANANDA

PRAKTIKUM II

BAHAN MAGNETIK PENYUSUN INTI TRANSFORMATOR

1. TUJUAN PERCOBAAN

Untuk menyelidiki pentingnya susunan inti terhadap efisiensi transformator.

2. ALAT DAN BAHAN

Modul magnetic dan elektomagnetic principles 61-400 Magnetic platform rig

Pemisah inti magnet Transformer clamb bar Kumparan

Inti U dilaminasi (rugi – rugi besar) Multimeter digital

3. DASAR TEORI

Transformator /Transformer/ Trafo adalah suatu peralatan listrik yang termasuk kedalam klasifikasi mesin listrik statis dan berfungsi untuk menyalurkan tenaga/ daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya, dengan frekuensi sama. Dalam pengoperasiannya, transformator – transformator tenaga pada umumnya ditanahkan pada titik netral, sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan atau proteksi.

Transformator sebagai mesin listrik yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan memiliki rugi-rugi daya

.

Prinsip Kerja Transformator

Transformator terdiri dari dua gulungan kawat yang terpisah satu sama lain, yang dibelitkan pada inti yang sama. Daya listrik dipisahkan dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan perantara garis gaya magnet (fluks magnet), yang dibagkitkan oleh aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer.

Untuk dapat membangkitkan tegangan listrik pada kumparan sekunder, fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan primer harus berubah-ubah. Untuk memenuhi hal ini, aliran listrik yang mengalir ,melalui kumparan primer haruslah aliran listrik bolak-balik.

Saat kumparan primer dihubungka ke sumber listrik AC, pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet bersama yang bolak-balik juga. Dengan adanya gaya gerak magnet ini, di sekitar kumparan primer timbul fluks magnet bersama yang juga bolak-balik. Adanya fluks magnet bersama ini pada ujung-ujung kumparan sekunder timbul gaya gerak listrik induksi sekunder yang mungkin sama, lebih tinggi, atau lebih rendah dari gaya gerak listrik primer. Hal ini tergantung pada perbandingan transformasi kumparan transformator tersebut.

Jika kumparan sekunder dihubungkan ke beban, maka pada kumparan sekunder timbul arus listrik bolak-balik sekunder akibat adanya gaya gerak magnet pada listrik induksi sekunder. Hal ini mengakibatkan timbulnya gaya gerak magnet pada kumparan sekunder dan akibatnya pada beban timbul tegangan sekunder.

Konstruksi Bagian-bagian Transformator 1. Inti besi

kumparan sekunder terinduksi GGL yang selanjutnya memasok energi listrik ke beban. Namun, inti besi juga memberikan efek negative pada operasi ternsformator, yaitu menyebabkan timbulnya rugi-rugi energi yang disebut rugi-rugi besi yaitu:

 Rugi-rugi arus pusar, rugi-rugi ini timbul akibat fluksi bolak-balik menerobos inti besi sehingga timbul arus pusar yang mengalir di dalam inti besi tersebut sehingga mengakibatkan timbulnya panas.

 Rugi-rugi histerisis, rugi-rugi ini juga menimbulkan panas pada inti besi tersebut. Nilai rugi histerisis proporsional dengan luas lengkung kemagnetan inti besi tersebut.

2. Kumparan Transformator

Kumparan atau lilitan adalah media tempat mengalirnya arus yang besarnya disesuaikan dengan kebutuhan. Kumparan menggunakan kawat tembaga yang dilapisi isolasi email, penggunaannya harus mempertimbangkan daya hantar arus yang tinggi, kemampuan menahan panas, dan tekanan elektromagnetis akibat pmbebanan yang berlebihan dan sebagainya.

Kumparan tersebut terdiri dari kumparan primer, dan kumparan sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap antar kumparan dengan isolasi padat seperti karton, pertinak dan lain-lain.

3. Bushing

diperhitungkan sesuai fungsinya untuk memperlebar area penyerapan panas dari kumparan, dan inti yang disalurkan melalui minyak trafo yang selanjutnya dibuang melalui udara di sekitarnya.

Daya pada Transformator

Pada transformator ideal, daya primer sama dengan daya sekunder. Secara otomatis dituliskan sebagai berikut.

P1 = P2 I1V1 = I2V2

Dimana P1 adalah daya primer, P2 daya sekunder, I1 arus primer, I2 arus sekunder, V1 tegangan primer dan V2 tegangan sekunder.

Pada kenyataannya P1 < P2 atau I1V1 < I2V2. Ini dikarenakan terdapat rugi-rugi. Rugi-rugi ini dapat berupa rugi akibat resistansi lilitan kumparan dan juga rugi-rugi inti.

P1 = P2 + Rugi-rugi

Dimana Rugi-rugi = Rugi kawat + rugi inti

Rugi inti dapat berupa rugi histerisis dan juga rugi akibat arus Eddy (arus putar). Pada gambar 3.1 menunjukkan histerisis pada bahan feromagnetik. Kurva tiap-tiap bahan berbeda menunjukkan cirri khas masing-masing bahan.

Gambar 2.1. Kurva histerisis

IDEAL TRANSFORMATOR

Pada transformator ideal, tidak ada energi yang diubah menjadi bentuk energi lain di dalam transformator sehingga daya listrik pada kumparan skunder sama dengan daya listrik pada kumparan primer. Pada transformator Ideal perbandingan antara tegangan sebanding dengan perbandingan jumlah lilitannya. Dengan demikian dapat dituliskan dengan persamaan berikut:

 Rugi-rugi tembaga; rugi-rugi yang disebabkan oleh pemanasan yang timbul akibat arus mengalir pada hambatan kawat penghantar yang terdapat pada kumparan primer dan sekunder dari transformator. Rugi-rugi tembaga sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir pada kumparan.

 Rugi-rugi arus eddy; rugi-rugi yang disebabkan oleh pemanasan akibat timbulnya arus eddy (pusar) yang terdapat pada inti besi transformator. Rugi-rugi ini terjadi karena inti besi terlalu tebal sehingga terjadi perbedaan tegangan antara sisinya maka mengalir arus yang berputar-putar di sisi tersebut. Rugi-rugi arus eddy sebanding dengan kuadrat tegangan yang disuplai ke transformator.

 Rugi-rugi hysteresis; rugi-rugi yang berkaitan dengan penyusunan kembali medan magnetik di dalam inti besi pada setiap setengah siklus, sehingga timbul fluks bolak-balik pada inti besi. Rugi-rugi ini tidak linear dan kompleks, yang dituliskan dalam persamaan:

Rangkaian Ekivalen Transformator

Dalam membuat rangkaian ekivalen transformator, kita harus memperhitungkan semua ketidaksempurnaan (cacat) yang ada pada transformator yang sebenarnya.Setiap cacat utama diperhitungkan dan pengaruhnya dimasukkan dalam membuat model transformator. Effect yang paling mudah untuk dimodelkan adalah rugi-rugi tembaga.Rugi-rugi tembaga dimodelkan dengan dengan resistor Rp di sisi primer transformator dan resistor Rs di sisi sekunder transformator.

Fluks bocor pada kumparan primer Φlp menghasilkan tegangan elp yang diberikan oleh persamaan:

Sedangkan Fluks bocor pada kumparan sekunder Φls menghasilkan tegangan elsyang diberikan oleh persamaan:

Dengan Lp induktansi diri lilitan primer dan Ls induktansi diri lilitan sekunder. Dengan demikian fluks bocor pada rangkaian ekivalen transformator akan dimodelkan sebagai induktor primer dan sekunder.

Kemudian yang terakhir adalah memodelkan pengaruh dari eksitasi inti transformator, yaitu dengan memperhitungkan arus magnetisasi Im, rugi-rugi arus eddy, dan rugi-rugi hysteresis. Arus magnetisasi Im adalah arus yang sebanding dengan tegangan pada inti transformator dan lagging (tertinggal) 90° dengan tegangan supplai, sehingga dapat dimodelkan sebagai reaktansi Xm yang dipasang paralel dengan sumber tegangan primer. Arus rugi inti (arus eddy dan hysteresis) merupakan arus yang sebanding dengan tegangan pada inti transformator dan satu phase dengan tegangan supplai, sehingga dapat dimodelkan dengan hambatan Rc yang dipasang paralel dengan sumber tegangan primer. Dengan demikian maka dihasilkan model untuk real transformator sebagai berikut.

Dikutip dari : Tanoto Information Center. 2015. Transformator,

(https://tanotocentre. wordpress.com/2009/06/06/transformator/ , Diakses pada tanggal 11 September 2016 di Palembang).

Prinsip kerja tranformator adalah sebagai berikut.

1. Kumparan primer dihubungkan sumber tegangan bolak-balik, maka besar dan arah tegangan itu berubah-ubah.

2. Dalam inti besi timbul medan magnet yang besar dan arahnya berubah-ubah pula. Perberubah-ubahan medan magnet ini menginduksi ke kumparan sekunder, sehingga menimbulkan tegangan bolak-balik pada kumparan sekunder.

a. Trafo step up adalah transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan AC. Trafoini memiliki ciri-ciri:

1. jumlah lilitan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer, 2. tegangan sekunder lebih besar daripada tegangan primer,

3. kuat arus sekunder lebih kecil daripada kuat arus primer.

b. Trafo step down adalah transformator yang berfungsi untuk menurunkan tegangan AC. Trafoini memiliki ciri-ciri:

1. jumlah lilitan sekunder lebih kecil daripadajumlah lilitan primer, 2. tegangan sekunder lebih kecil daripada tegangan primer,

3. kuat arus sekunder lebih besar daripada kuat arus primer. c.Trafo isolasi

Dikutip dari : _____. 2014. Generator dan Transformator, (http://adityafinlyt.akedmia.co.id/2014/03/induksi-elektromagnetik.html ), Diakses pada tanggal 11 September 2016 di Palembang).

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan gaya gerak listrik (ggl) dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.

Perhitungan di atas hanya berlaku apabila kopling primer-sekunder sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktek terjadi beberapa kerugian yaitu

1. kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.

2. Kerugian kopling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer-sekunder tidak sempurna, sehingga tidak semua fluks magnet yang diinduksikan primer memotong lilitan sekunder. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan secara berlapis-lapis antara primer dan sekunder. 3. Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar yang

terdapat pada lilitan-lilitan transformator. Kerugian ini sangat memengaruhi efisiensi transformator untuk frekuensi tinggi. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer dan sekunder secara semi-acak (bank winding)

5. Kerugian efek kulit. Sebagaimana konduktor lain yang dialiri arus bolak-balik, arus cenderung untuk mengalir pada permukaan konduktor. Hal ini memperbesar kerugian kapasitas dan juga menambah resistansi relatif lilitan. Kerugian ini dapat dikurang dengan menggunakan kawat Litz, yaitu kawat yang terdiri dari beberapa kawat kecil yang saling terisolasi. Untuk frekuensi radio digunakan kawat geronggong atau lembaran tipis tembaga sebagai ganti kawat biasa.

6. Kerugian arus Eddy. Kerugian yang disebabkan oleh ggl masukan yang menimbulkan arus dalam inti magnet yang melawan perubahan fluks magnet yang membangkitkan ggl. Karena adanya fluks magnet yang berubah-ubah, terjadi olakan fluks magnet pada material inti. Kerugian ini berkurang kalau digunakan inti berlapis-lapis.

Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus

sebagai akibat adanya kerugian pada transformator.Maka efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%.Untuk transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bisa mencapai 98%.

4.2. DATA HASIL PERCOBAAN

Inti besi :

Vin Vp Ip Vs Is Pp Ps Efiensi Rasio

Arus

Vin Vp Ip Vs Is Pp Ps Efiensi Rasio

 Daya primer dan Daya sekunder pada Inti Besi

 Rasio Arus dan Rasio Tegangan Rasio arus , a = Is

Efisiensi = Daya Sekunder_{Daya Primer} x100 = 1.35VA

3.2VA x100

= 42.1875 %

 Daya primer dan Daya sekunder pada Inti Laminasi Pp = Vp x Ip

 Rasio Arus dan Rasio Tegangan Rasio arus , a = Is

Ip

Rasio Tegangan , a = Vs

Vp

= _2.21V_V = 0.45  Efisiensi Transformator inti besi :

Efisiensi = Daya Sekunder

Daya Primer x100

= 0.88VA 0.3VA x100

= 293.3 %

5. TUGAS DAN JAWABAN

1. Sebutkan macam-macam Trafo dan pengaplikasiannya? 2. Jelaskan mengapa Trafo menggunakan arus AC ?

Jawab :

1. Macam-macam trafo dan pengaplikasiannya : 1. Step-Up

Lambang transformator step-up

jumpai pada rangkaian inverter, televisi, dan rangkaian yang tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC. Trafo ini banyak digunakan pada rangkaian elektronika yang membutuhkan tegangan catu rendah.

3. Autotransformator

Skema transformator

Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali). 4. Trafo Arus

untuk sistem pengukuran dan proteksi, Mengisolasi rangkaian sekunder terhadap rangkaian primer, yaitu memisahkan instalasi pengukuran dan proteksi dari tegangan tinggi dan Memungkinkan standarisasi rating arus untuk peralatan sisi sekunder.Penggunaan Trafo Arus (Current Transformer/CT) dapat kita jumpai di titik-titik pengukuran PLN atau di panel-panel milik pelanggan dengan daya relatif besar. Untuk melihat fisik trafo arus agak sulit memang, karena lokasi trafo arus tersebut biasanya tersembunyi di dalam kotak panel sehingga agak sulit dilihat dari luar.

5. Trafo tegangan atau trafo potensial

6. ANALISA HASIL PERCOBAAN

Pada praktikum kali ini kami membahas tentang bahan magnetik penyusun inti transformator, kami melakukkan percobaan dengan menggunakan dua buah inti besi yang berbeda pertama inti besi tebal dan inti besi laminasi yaitu inti besi yang potongan besi penyusunnya tipis, pada inti besi yang tebal akan menghasilkan efisiensi yang rendah sekali, ini dikarenakan pada inti besi terdapat ruang untuk arus yang berputar dalam inti besi sehingga pada saat di arus menginduksi ke belitan sekunder akan terjadi rugi-rugi inilah yang menyebabkan efisiensi dari trafo dengan bahan penyusun inti besi yang besar menghasilkan efisiensi yang kecil, efisiensi yang kecil sangat buruk jika dijadikan bahan penyusun inti transformator karena akan banyak daya yang terbuang akibat rugi-rugi ini, sedangkan pada inti besi laminasi atau inti besi yang tipis, ketika dialiri oleh arus listrik efisiensi yang terhitung dari inti besi ini besar, lebih baik daripada inti besi tebal, ini dikarenakan arus yang berputar pada inti besi dapat dikurangi sehingga tidak rugi-rugipun dapat dikurangi yang terjadi akibat perputaran arus didalam inti besi ini jadi inti besi laminasi lebih baik dari pada inti besi tebal dari segi efisiensi.

7. KESIMPULAN

1. Inti laminasi lebih efisiensi dibandingkan dengan inti besi dengan bahan penyusun inti yang tebal.

2. Tegangan dan arus yang dihasilkan akan sangat berpengaruh terhadap besarnya daya yang disalurkan.

3. Luas permukaan inti laminasi lebih tipis dari inti besi sehingga dapat mengurangi panas yang timbul akibat arus pusar.

4. Nilai efisiensi inti laminasi lebih besar daripada nilai efisiensi intibesi.

DAFTAR PUSTAKA

Tim Laboratorium Fenomena Medan Elektromagnetik. 2016. Modul Praktikum Fenomena Medan Elektromagnetik. Laboratorium Fenomena Medan Elektromagnetik. Indralaya: Universitas Sriwijaya.

______. 2016. Transformator, https://tanotocentre.Wordpress.com/2009 / 06/06/transformator/. (Diakses pada tanggal 11 september 2016)

______. 2016. Induksi Elektromagnetik, http://adityafinlyt.academia.co.id/2014/ 03/induksi-elektromagnetik.html (Diakses pada tanggal 11 september 2016 di palembang)

LAMPIRAN a. Lampiran Alat

Modul 61--400

Multimeter

Inti Besi Tebal Jumper