BAB I DASAR TEORI

(1)

BAB I DASAR TEORI

I.TRANSFORMATOR

Transformator atau trafo adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet tanpa perubahan frekuensi. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga listrik adalah untuk menaikkan tegangan yang dihasilkan dari generator pembangkit hingga mencapai 380 kV atau 500 kV dari 11 kV atau 22 kV yang bertujuan untuk menurunkan rugi tembaga sehingga transmisi lebih ekonomis. Kemudian melalui trafo step down, tegangan diturunkan menjadi 10 kV atau 20 kV kembali untuk bisa memberikan suplai pada jaringan distribusi. Kemudian tegangan tersebut diturunkan lagi menjadi 380 V untuk bisa dipakai pada beban seperti motor induksi. Dengan trafo pembakaian motor AC lebih digemari dibandingkan dengna motor DC.

Transformator mempunyai dua buah sisi, yaitu sisi primer dan sisi sekunder. Selain itu trafo juga memiliki dua buah konstruksi, yaitu tipe shell dan tipe core. Pada trafo dengan tipe shell, inti baja akan mengelilingi kumparan dan pada tipe core, kumparan akan mengelilingi bagian inti dari trafo.

II. KARAKTERISTIK TRANSFORMATOR

II.1.KEADAAN TRANSFORMATOR TANPA BEBAN

Bila kumparan primer transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoid maka akan mengalir arus primer Io yang juga

sinusoid dan dengn menganggap belitan N1 reaktif murni, Io akan

tertinggal 90o_{dari V}

1 dan fluks sefasa dengn Io. Dengan mengabaikan rugi

tahanan dan adanya fluks bocor:

2 1

N N V V E E

 

Arus primer Io yang mengalir dalam kenyataannya bukan merupakan

arus induktif murni, tapi terdiri atas komponen:

 Komponen arus pemagnetan (Im)

 Komponen arus rugi tembaga (Ic)

II.2.KEADAAN BERBEBAN

Apabila kumparan skunder dihubungkan dengan beban ZL, I2 akan

mengalir pada kumparan skunder dimana I2 = V2/ZL. Persaman arus yang mengalir: I1 = Io + I2’

Io = Im dianggap kecil

(2)

II.3. RANGKAIAN EKIVALEN

Rangkaian ekivalen dari transformator seperti pada gambar

Gambar 1.1 Rangkaian ekivalen transformator

Untuk memudahkan analisis (perhitungan) model rangkain diatas dapat diubah menjadi

Gambar 1.2 Rangkaian ekivalen transformator

III. TRANSFORMATOR TIGA FASA

Transformator 3 fasa dipakai karena pertimbangan ekonomi. Dari pembahasan berikut ini akan terlihat pemakaian inti besi pada transformator 3 fasa jauh lebih sedikit dibandingkan dengan pemakaian tiga buah transformator fasa tunggal.

Pada suatu bidang a b c d hanya diperlukan aliran fluks sebesar:

2 2

B A  



dan diketahui vektor tersebut adalah

A  2

3

Apabila digunakn transformator fasa tunggal, pada bagian tersebut akan mengalir fluks sebesar

A 

2 1

dan B

2 1

atau sebesar ØA.

Demikian juga halnya untuk bidang n, m, q, r.

Jadi pemakaian inti besi jelas menunjukkan penghematan pada transformator tiga fasa. Penghematan tersebut akan lebih terasa lagi bila kini kita merubah polaritas transformator sedemikian rupa sehingga arah ØB ke atas. Dengan arah ØB ke atas fluks yang mengalir pada bidang abcd menjadi

V1

a2 _a2

I1 I2’

I0

V1 E1 E2

Io

Ic Im

(3)

2 2

B A  

 dan besaran vektor ini hanya sebesar A

2 1

.

Apabila ditambah lagi dengan sistem pendingin yang bagus maka transformator tiga fasa menjadi lebih ekonomis.

Tegangan transformator tiga fasa dengan kumparan yang dihubungkan secara delta, yaitu VAB,VBCdan VCA masing masing berbeda fasa 120o

VAB+VBC+VCA = 0

Untuk beban yang seimbang IA = IAB - ICA

IB = IBC - IAB

IC = ICA – IBC

Gambar 1.3 (a) Hubungan delta

Gambar 1.3 (b) Diagram fasor hubungn delta

Dari fektor diagram diketahui arus IA (arus jala-jala) adalah 3x IAB (arus

fasa). Tegangn jala-jala dalam hubungan Delta sama dengan tegangn fasanya.

VA hubungan delta = 3Vp Ip = 3 VL (

3

L I

) = 3VL IL

Arus transformator 3 fasa dengankumparan yang dihubungkan secara bintang yaitu IA, IB dan IC, masing - masing berbeda fasa 120o

IN = IA + IB + IC = 0

VAB +VBN = VAN - VBN

VBC = VBN - VAN

VCA = VCN -VAN

I

A

I

C

I_B IBC

I_AC

I_AB

IB

IC

IA

IAB

ICA

IBC

IA

IB

(4)

Gambar 1.4 (a) Hubungan bintang

Gambar 1.4 (b)Diagram fasor hubungn bintang

VAB = 3VAN atau 3VP ; IP = IL

Jadi VA hubungn bintang = 3Vp Ip = 3 (

3

L V

) IL = 3VL IL

Setiap sisi primer atau sisi sekunder transformator tiga fasa dapat dihubungkan menurut tiga cara yaitu hubungn bintang, hubungan delta dan hubungn zig-zag.

Di dalam praktek hubungan bintang dan hubungan delta paling banyak digunakan. Ujung awal biasanya diberi simbol A, B, C sedangkan ujung akhirnya diberi simbol X, Y, Z untuk sisi tegangan tinggi.

Untuk sisi tegangan rendah ujung awal lilitan diberi simbol a, b, c dan ujung akhirnya diberi simbol X, Y, Z seperti pada Gambar 1.5.

Gambar 1.5 (a) sisi tegangan tinggi Gambar 1.5 (b).sisi tegangn rendah

Seperti telah diuraikan terdahulu, vektor tegangn primer dan sekunder suatu transformator dapat dibuat searah atau berlawanan dengan mengubah cara melilit kumparan. Untuk tranformator tiga fasa, arah tegangn akan menimbulkan perbedaan fasa. Arah dan besar perbedaan fasa tersebut mengakibatkan adanya berbagai kelompok hubungan pada transformator.

IV. ANGKA JAM TRANSFORMATOR TIGA FASA IC

VAN

VBN

VAB

VCN

VCA

VBC

A

B C

X

Y Z

a

b c

x

(5)

Untuk mengetahui angka jam sebuah transformator yang angka jamnya belum diketahui dapat dilakukan melalui beberapa cara. Antara lain ialah dengan membandingkan besar tegangan pada tiap-tiap terminal pada Transformator dan dengan melihat beda fasa tegangan input dan output.

1. Melihat Beda Fasa Tegangan Input Dan Output

Angka jam pada suatu Transformator menunjukkan arah GGL induksi dan arah perputaran vector tegangan induksi di sisi sekunder terhadap vector tegangan di sisi primer bila dilihat dari arah perputaran angka jam.

(terdapat dua belas arah angka jam) dimana vector tegangan di sisi primer dianggap sebagai arah jarum panjang (selalu menunjuk ke arah angka 12), dan vector tegangan di sisi sekunder dianggap sebagai arah jarum pendek seperti ditunjukkan pada Gambar 1.6

(6)

Vektor tegangan primer dan sekunder suatu transformator dapat dibuat searah atau berlawanan dengan merubah cara melilit kumparan. Untuk transformator tiga fasa, arah tegangan akan menimbulkan perbedaan fasa. Arah dan besar perbedaan fasa tersebut mengakibatkan adanya berbagai kelompok hubungan pada transformator.

Notasi untuk hubungan Delta, Bintang, dan Zig-zag, masing-masing adalah D, Y, dan Z untuk sisi tegangan tinggi. Dan notasi d, y, dan z untuk sisi tegangan rendah. Sudut antara jarum jam panjang dan pendek adalah pergeseran antara

vector A dan a.

Dengan melihat contoh pada Gambar 1.7 dan memperhatikan patokan yang telah diberikan diatas, diketahui bahwa perbedaan fasa pada Transformator diatas mempunyai kelompok hubungan Dy 11. Atau bisa juga dikatakan Angka Jam ialah besar sudut fasa antara tegangan di sisi sekunder terhadap tegangan di sisi primer seperti ditunjukkan pada Gambar 1.8

Gambar 1.7.Transformator Hubungan Bintang/Delta Dy11