TRANSFORMATOR
Di ajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Transformator
OLEH :
M.Anwar 0305031035
Haris Afandi 0305031023
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN
IKIP NEGERI
TRANSFORMATOR
1.Pengertian dasar transformator
Transformator adalah peralatan listrik (apparatus electrical) yang digunakan untuk mentransformasi (mengubah tegangan AC untuk dinaikkan (step up) atu untuk diturunkan (step down).
Transformator juga berfungsi untuk :
a. Mentranformasi AC tegangan rendah arus tinggi menjadi AC tegangan tinggi arus rendah atau sebaliknya.
b. Mentransformasi impendansi rangkaian menjadi impedansi yang berbeda supaya diperoleh pengalihan (transfer) daya yang lebih baik dari sumber ke beban. 2. Prinsip kerja transformator
GAMBAR 1.(a.TRANSFORMATOR SEDERHANA, b. DIAGRAM FASOR)**
A. Kondisi tak berbeban
Transformator energi mengubah energi listrik bertegangan tertenu menjadi energi listrik bertegangan lain pada frekuensi tetap, Sebagaimana gambar 1 di atas. Ketika kumparan primer (N ) dihubungkan dengan tegangan bolak-balik (ac)1 sebesar V maka kumparan primer ini menyerap arus sebesar1 I yang melilit pada0 inti akan membangkitkan medan magnet bolak-balik atau fluks (Φ). Dalam kumparan sekunder (N2) maka medan magnet akan menginduksikan tegangan
2
E yang tertinggal sebesar 0
Sehingga pada jepitannya, tegangan V2 =E2. Demikian pula dalam kuparan primernya diinduksikan tegangan (E yang menentang tegangan jepit yaitu:2)
1 1 E
V =−
Tegangan yang diinduksikan oleh medan magnet (fluks) pada suatu lilitan adalah sama besar baik kumparan primer maupun sekunder. Maka perbandingan antara tegangan-tegangan primer dan sekunder disebut dengan perbandinganoverset atau perbandingan transformasi ( ) 2 1 N N , sehingga; 2 1 2 1 N N V V = B. Kondisi berbeban
Bila kumparan sekunder dibebani, maka arus sekunder (I2) akan membangun medan magnet yang arahnay berlawanan dengan medan magnet aslinya. Ini berarti bahwa arus sekundernya akan berusaha untuk mematahkan fluks asli (Φ). Diman tegangan (V yang disuplai pada sisi primer adalah konstan.maka1) menurut hokum farady : fluks (Φ) adalah kontant juga. Hal ini dapat terjadi bila arus primernya (I1) dapa ditingkatkan sehingga usaha untuk melawan atau melenyapkan medan magnet dari I dapat dihalangi. Dengan demikian bila2 kerugian-kerugian dalam transformator tidak diperimbangkan, maka energi yang dibangkitkan pada cos Φ =1 sama dengan (V1 I1).
Sedangkan energi yang diberikan sama dengan (V2 I2 ). Denagn demikian,maka; 2 1 P P = 2 2 1 1.I V .I V =
3. RANGKAIAN EKIVALEN TRANSFORMATOR
Rangkaian ekivalen tansformator yang menggukan konsep transformator ideal adalah lahkah pertama untuk mempelajari transformator praktis; dimana terdapa:
a. Permeabilitas tak terhingga b. Terdapat tahanan gulungan
c. Rugi-rugi terjadi didalam teras besi yang disebabkan oleh perubahan-perubahan arah fluks secara periodic
d. Keseluruhan fluks yang menggandeng salah satu gulungan tidak menggandeng gulungan-gulungan yang lain.
GAMBAR RANGKAIAN EKIVALEN TRASFORMATOR (***)
Keterangan:
G : konduktansi
1
V : tegangan supply
1
B : suseptansi induktif 2
1 dan R
R : tahanan gulungan primer dan sekunder 2
1 dan X
X : suseptansi induktif 2
1 dan E
E : tegangan induksi primer dan induksi sekunder 2 1 dan I I = 2 2 1 X I N N
: arus primer dan arus sekunder
Dalam rangkaian ekivalen, arus magnet I diperhitungkan dengan menambahkanE suseptansi induktif (B ) yang diparalel dengan konduktansi (G). pada transormator praktis1 dua gulungan, sejumlah flux yang menggandeng gulungan primer tidak menggandeng sekundernya. besarnya flux ini sebanding dengan arus primer dan menyebabkan jatu tegangan yang dapat diperhitungkan dengan menempatkan suatu reaktansi induktif X1 yang dinamakan reaktansi bocor (leakage reactance) dalam hubungan seri dengan gulungan primer transformator ideal. Reaktansi bocor X2 yang serupa dan sama ditambahkan pada gulungan sekunder untuk memperhitungkan tegangan yang disebabkan oleh flux yang menggandeng gulungan sekunder tetapi tidak menggandeng primernya.
Untuk mendapatkan rangkaian ekivalen seperti gambar 6.14, maka semua tegangan, aarus dan impedansi dikembalikan kerangkaian primer dari tarnsformator yang memilikiN lilitan. Dan untuk perbandingan transformasi1 a=N1/N2 , maka sebagaimana gambar 6.15 arus magnet yang jauh lebih kecil daripada arus beban diabaikan. Untuk menyederhanakan rangkaian dimisalkan pula:
2 2 1 ' R a R
R = + dan X1 =x1+a2x2
Pada gambar 6.16 semua impedansi dan tegangan pada rangkaian yang dihubungakn pada terminal sekunder dikembalikan ke sisi primer.
Perhitungan impedansi yang diukur pada terminal gulungan ini yang reaktansi bocornyaX1 dan R adalah:1 1 1 1 1 jB G jx R Z + + + = 4. PENGUJIAN TRANSFORMATOR
Sebuah transformator praktis dalam kinerjanya akan mengalami adanya penurunan efisiensi. Hal ini dapat dilihat dari dua Pengujian, yaitu:
a. Pengujian terbuka
Pada Pengujian ini, pada sisi sekunder dalam kondisi terbuka (open circuit). Watt meter pada rangkaian akan membaca kerugian-kerugian tanpa beban, yaitu
kerugian pada besi yang disebabkan oleh histeresis dan arus pusar (Eddy current). Hal ini akan terjadi pada semua beban. Factor daya tanpa beban dapat diperoleh dalam hubungannya dengan amper meter V /p Vs memberikan perbandingan lilitan. Gambar 11.9 dibawah ini menunjukkan rangkaian Pengujian transformator hubungan terbuka.(ii)
b. Pengujian hubung singkat
Tegangan terpasang kurang sehingga ampermeter A yang melintangs kumparan sekunder akan membaca arus beban penuh pada frekuensi
normal.tegangan primer sangat kecil sehimgga kerugian-kerugian besi dapat diabaikan. Ampermeter A akan membaca kerugian tembaga.(ii)
5. RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR
Pada kondisi sebuah transformator beroperasi, maka transformator akan
menimbulkan panas. Panas yang ditimbulkan oleh transformator ketika beroperasi ini yang disebut dengan rugi-rugi transformator.terdapat dua kerugian utama yaitu:
a. Rugi-rugi tembaga atau I .2 R
Rugi-rugi ini aadalah rugi dalam bentuk kehilangan daya yang terbuang dalam bentuk panas.hal ini disebabkan karena aruslistrik yang mengalir dalam kumparan sebagian terhambat atau terserap oleh hambabtan jenis dari bahan kumparan. Sehimgga untuk memperkecil rugi daya yang terbuang dalam bentuk panas, maka dipilih bahan kumparan yang memiliki tahanan jenis yang kecil. b. Rugi-rugi besi atau rugi magnet
5 $ 3 $ 7 ) / 8 . 6 , 7 ( 6 / $ (+)
Berdasarkan gambar grafik diatas, mak suatu bahan inti dapat dipilih untuk menentukan titik kejenuhan.karena sebuah transformator akan mengalami penurunan efisiensi jika dalam pemilihan bahan inti tersebut cepat mencapai titik kejenuhan.
Kurva di atas dapat dilihat dari tiga bagian yang berbeda. Ketika dimulai dari titik 0 ke tiik P, gaya magnetisasi cukup untuk memutar kelompok atom magnetic di dalam besi. Bagian titik P ke titik Q merupakan bagian kerja atau ekspansi, dimana kerapatan fluksi maksimum (B) dapat dihasilkan pada gaya magnetisasi. Yang mana permeabilitas atau perbandingan antara fluksi maksimum dengan gaya magnetisasi memiliki nilai yang constant.
Jenis-jenis bahan konyruksi inti magnetisasi pada tansformator antara lain: o Baja silicon
Baja silicon digunakan sebagai laminasi tansformator. o Baja cor
Gander (yoke) yang terbuat dari besi cor atau baja cor, tetapi gander yang terbuat dari baja cor akan memberikan pengurangan dimensi. Karena kualitas atau mutu dari baja cor lebih bagus dari pada besi cor.
o Besi cor
Penggunaan besi cor seluruhnya hampir terbatas pada gander (yoke) Pada rugi-rugi magnet ini meliputi:
• Rugi-rugi arus pusar (Eddy current)
Desipasi pana yang ditimbulkan oleh transformator disebabkan karena fluksi bolak-balik yang mengindusir arus pusar didalam massa inti. Pengurangan rugi-rugi arus pusar ini, maka inti terbuat dari laminasi-laminasi. Dan untuk mengurangai arus sirkulasi yang kecil, maka inti harus memiliki tahanan ohm yang tinggi.
• Rugi-rugi karena kebocoran
Yang dimaksud dengan kerugian karena kebocoran ini disebabkan karena sebagian fluksi gulungan primertidak berhubungan dengan sekunder. Sehingga arus yang diserap akan lebih banyak dari kapasitas arus yang diperlukan. Secara paktis jenis transformator yang digunakan untuk mengurangi rugi-rugi karena kebocoran adalah transformator jenis selubung, seperti gambar 8 dibawah ini.
kebocoran ini juga dapat dikurangi dengn menauh masing-masing tungkai separoh dari gulungan primer dan sekunder, gulungan dengan tegangan yang lebih rendah menjadi lebih mendekati inti dan diisolasi dengan lapisan kertas yang dikempa.
• Rugi-rugi akibat histeresis
Kerugian histeresis merupakan kerugian yang terjadi setiap siklus karena penggunaan arus listrik yang cukup besar untuk pemutusan magnetisasi inti dari pada untuk memagnetisasinya. Untu mengurangi kerugian hesteresis yaitu penggunaan transformator dengan gulungan jenis roti lapis. Dimana penghantar-penghantar dibungkus dengan salah satu dari katun atau kertas manila atau keduanya. Untuk jenis kecil digumakan kawat-kawat email kecil.
6. KLASIFIKASI TRANSFORMATOR
Jenis-jenis transformator dapat diklasifikasikan menjadi beberapa type antara lain berdasarkan:
A. Bahan inti transformator
Jenis bahan penyusun inti tranformator dikalsifikasikan atas: o Baja silicon.
o Baja cor o Besi cor
B. Kontruksi atau type transformator
Kontruksi atau type transformator di bedakan menjadi dua yaitu: o Transformator type inti
o Dan Transformator type kulit kerang
GAMBAR TRANSFORMATOR TYPE KULIT KERANG(i*)
C. Frekuensi kerja transformator
Ditinjau dari frekuensi kerjanya, transformator dapat diklasifikasikan atas:
o Frekuensi daya (power frequensi) yaitu bekerja pada frekuensi 50 – 60 Hz o Frekuensi audio (audiofrequensi) yaitu bekerja pada frekuensi 50 – 20 KHz o Frekuensi radio (radio frequensi) yaitu bekerja pada frekuensi 20 KHz keatas o Tranformator pulsa (pulse transformator)
D. Metode pendinginan transformator
Ditinjau dari metode pendinginnanya, transformator dapat diklasifikasikan atas: o Natural cooling antara lain:
- Air natural cooling AN)
- Oil immersed natural cooling (ON)
- Oil immersed forced oil circulation with natural cooling (OFN) o Artificial cooling (udara) antara lain:
- Oil immersed forced oil circulation with air blast cooling (OFB) - air blast cooling air blast cooling (OB)
- air blast cooling (AB) o Artificial (air) antara lain:
- air blast cooling water cooling (OW)
- Oil immersed forced oil circulation with water cooling (OFW)
E. Fungsi kerja transformator
Ditinjau dari fungsi kerjanya, transformator dapat diklasifikasikan atas: Ø Tansformator tenaga atau daya (power transformator)
Transformator daya (power transformator) berfungsi untuk mentransformasikan harga arus dan tegangan pada harga daya dan frekuensi yang konstan (tetap), yakni menerima tegangan tinggi pada sisi primernya (lewat saluran transmisi) kemudian dijadikan tegangan menengah dan disalurkan ke beban atau konsumen. Transformator daya di tempatkan didalam sebuah gardu induk.
Ø distribusi (distribution Transformator)
tansformator daya berfungsi untuk menstransformasikan tegangan menengah (tegangan input dari trafo gardu induk) menuju tegangan rendah untuk disalurkan ke beban. Transformator distribusi merupakan trafo daya, akan tetapi kapasitasnya lebih kecil dari transformator gardu induk. Transformator ini diletakkan di gardu induk atau di gardu pembangkit.
Ø Transformator satu fasa dan tranformator tiga fasa
Pada transformator satu fasa ditijau dari lilitannya terdiri dari dua gulungan yaitu primerr dan sekunder. Sedangkan menurut konstruksi, dan prinsip kerjanya sama dengan sama dengan pembahasan diatas.
Sedangkan pada sebuah transformator tiga fasa,dapat dibentuk dari tiga buah transformator fasa tunggal yang identik. Ketiga kumparan pada transformator tiga fasa dapat dihubungkan dengan sebuah tegangan nominal ∆ dan ketiga gulungan dengan tegangan nominal yang lain di hubung Y sehingga membentu sebuah
transformator tiga fasa.transformator ini disebut terhubung Y-∆. Atau juga terhubung secara Y-Y, ∆-∆. Ketiga sisinya dalah primer, ekunder dan tertier, dua pasang bisa terhubung Y dan satu pasang terhbung ∆.
GAMBAR TRANSFORMATOR TIGA FASA YANG TERHUBUNG Y-Y (i)
Ø Transformator instrument (instrument Transformator)
Transformator instrument adalah transformator pengukuran dan terbagi menjadi dua yaitu transformator arus dan transformator tegangan.
a. Transformator arus
Berfungsi untuk mentransformasikan harga arus dari besar menjadi kecil dengan harga transformasi tertentu. Transformator ini digunakan untuk pengukuran dan pendeteksian pada peralatan listrik yang memiliki harga arus yang besar.
Penggunaan ini bermaksud untuk :
§ Memperkecil bahaya resiko adanya arus besar
§ Mengukur arus secara langsung tanpa memutus rangkaian § Mendeteksi harga arus mendekati keakuratan
GAMBAR RANGKAIAN TRANSFORMATOR ARUS (*)
(i). analisis tenaga listrik, William D.Stevenson.Jr, hal.142-143 (*). Instrumentasi elektronik dan pengukuran, hal 119. W david cooper
b. Transformator tegangan
Transformator tegangan berfungsi untuk menstransformasikan harga tegangan dari tegangan tingkat tinggi ke rendah.untuk menghindari bahaya resiko tegangan yang sangat tinggi dan menghindari penggunaan alat ukur dengan dimensi dan reting tegangan yang tinggi.
GAMBAR RANGKAIAN TRANSFORMATOR TEGANGAN (*)
Ø Transformator penetesan (testing Transformator) dan ketiga gulungan dengan tegangan 7. EFISIENSI TRANSFORMATOR
Transformator praktis dilapangan pada sisi output mengalami penurunan daya. Hal ini dapat diperhitungkan sebagai kehilangan daya total yang merupakan penjumlahan kerugian-kerugian inti besi dan tembaga sebagai hasil dari Pengujian hubungan terbuka dan hubung singkat. Sehingga efisiensi sebuah transformator secara matematis dapat di formulakan sebagai berikut:
ugian keluaran keluaran daya masukan daya keluaran daya Efisiensi ker + = = tembaga rugi besi rugi keluaran keluaran P + + =
Sebuah transfor mator akan mengalami kerugian maksimum bila rugi-rugi tembaga sama dengan rugi-rugi besi.
Daftar pustaka
• Intrumentasi elektronik dan teknik pengukuran ,William david cooper, penrbit Erlangga 1994.( hal 19 )
• Analis System tenaga listrik , Stevenson D William . penrbit Erlangga 1994
