Mesin Arus Bolak Balik

(1)

TE091403

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Mesin Arus Bolak balik

(2)

Part 2 : TRAFO Mesin Arus Bolak Balik

ACARA PERKULIAHAN DAN KOMPETENSI

Pertemuan

ke-Kompetensi

Dasar Materi Pokok Indikator keberhasilan

Prosentase materi

4-7 Memahami Transformator

1. Macam trafo dalam sistem keelektrikan 2. Trafo ideal

3. Trafo tidak ideal 4. Trafo multi fasa 5. Rangkaian Ekivalen 6. Testing trafo

7. Regulasi Tegangan 8. Daya dan efisiensi 9. Kerja paralel 10. Autotrafo 11. Tap changers 12. Induksi Regulator 1. Mampu menjelaskan terbangkitnya

tegangan induksi pada transformator

2. Mampu menjelaskan aliran daya pada transformator. 3. Mampu menjelaskan penoperasian transformator 3 phasa. 28%

(3)

KONTRUKSI TRAFO

(4)

TRAFO IDEAL

Persamaan Tegangan dan Arus untuk trafo ideal

Daya pada trafo Ideal

(5)

(6)

Operasi pada Trafo tidak Ideal

(OPERATION OF REAL TRANSFORMER)

(7)

Arus tanpa Beban (No-load current) :

1. Arus magnetisasi, i_madalah arus yang diperlukan untuk membangkitkan fluks pada inti trafo.

2. Arus rugi-inti, i_h+eadalah arus yang dikonversikan menjadi rugi histerisis dan rugi daya karena arus eddy

(8)

(9)

Arus magnetisasi:

1. Arus magnetisasi pada trafo tidak berbentuk sinusoidal

2. Ketika mencapai puncak fluks terjadi saturasi pada inti trafo, sehingga untuk menaikkan fluks sedikit saja diperlukan arus magnetisasi yang sangat besar.

3. Komponen fundamental dari arus magnetisasi pada inti tertinggal 90 ° terhadap tegangan.

4. Komponen frekuensi yang lebih tinggi pada arus magnetisasi menyebabkan komponen harmonik yang lebih besar

(10)

Arus rugi-inti (Core-loss Current):

1. Arus rugi-inti mempunyai bentuk yang tidak liniear karena efek ketidak-liniearan dari histerisis.

2. Komponen fundamental dari arus rugi-inti mempunya fasa yang sama dengan tegangan pada inti.

(11)

(12)

Rangkaian ekuivalen untuk trafo tidak ideal

(Equivalent Circuit of a Real Transformer)

• Rugi tembaga (Copper losses)

•Rugi arus-Eddy (Eddy current losses) •Rugi histerisis (Hysteresis losses) •Fluks bocor (Leakage flux)

(13)

Pendekatan rangkaian ekuivalen trafo tidak ideal

(14)

Penyederhanaan rangkaian ekuivalen trafo tidak ideal

(Simplified Equivalent Circuit of a Real Transformer)

(15)

Menghitung parameter dari trafo tidak ideal

(Determining the Parameter of a Real Transformer)

Test hubung-terbuka (Open-circuit Test): 1. Menghitung nilai dari x_m

(16)

Determining the Parameter of a Real Transformer

(17)

Determining the Parameter of a Real Transformer

Test Hubung singkat (hort-circuit Test) 1. Menghitung nilai dari r_e

(18)

Determining the Parameter of a Real Transformer

(19)

a. Cari dan hitunglah rangkaian ekivalen trafo dengan referensi pada

kumparan tegangan tinggi-nya

b. Hitunglah regulasi tegangan beban penuh pada pf 0.8 tertinggal. c. Hitunglah rugi-rugi yang terjadi pada pengoperasian poin (b)

POC

Contoh 2-2.

Impedansi rangkaian ekuivalen dari trafo 20-kVA, 8000/240-V, 60-Hz, akan dihitung berdasarkan test hubung singkat dan hubung terbuka pada

sisi kumparan primer. Dari test tersebut dihasilkan nilai-nilai seperti

(20)

Regulasi tegangan pada Trafo

(Voltage Regulation of Transformer)

Regulasitegangan pada saat beban-penuh atau Full-load voltage regulation (VR):

(21)

Carilah rangkaian ekuivalen trafo dengan mengacu pada sisi kumparan

tegangan rendah- nya

POC

Contoh 2-2.

(22)

(23)

Beban indukif (Inductive Load) Beban resistif (Resistive Load) Beban kapasitif (Capacitive Load)

(24)

(25)

Efisiensi trafo (Efficiency of Transformer)

Terdapat tiga jenis rugi-rugi pada trafo:

1. Rugi tembaga (P_R) . Rugi ini dinyatakan/direpresentasikan dengan resistansi seri pada rangkaian ekivalen.

2. Rugi Hysterisis 3. Rugi arus-Eddy

(26)

Autotrafo (Autotransformer)

Autotransformer Conventional transformer Series Winding Common Winding

(27)

(28)

1. Digunakan untuk keperluan khusus, yaitu jika rating tegangan primer dan sekunder tidak jauh berbeda.

2. Tidak terdapat isolasi antara kumparan primer dan sekunder

3. Memerlukan material magnetik yang lebih sedikit untuk rating KVA yang sama dibandingkan trafo pada umumnya.

4. Dapat dioperasikan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan (step-up or step down).

(29)

(30)

(31)

(32)

S

_in

S

_out

Rating daya pada Autotransformer

(33)

Mengeliminaasi I_H dari persamaan menggunakan

(34)

Polaritas Trafo (Polarity of Transformer)

Subtractive Polarity E = E1 – E2

(35)

Additive Polarity

E = E1 + E2

Jumper for test

(36)

Trafo Tiga-phasa (THREE PHASE TRANSFORMER)

Hampir semua sistem pembangkit dan distribusi di dunia ini

menggunakan sistem tiga phasa, sehingga penggunaan trafo tiga

phasa sangat penting untuk menopang sistem tersebut.

Salah satu cara yang paling mudah

adalah menggunakan tiga trafo satu

phasa yang dirangkai menjadi tiga

phasa

Sebagai alternatif adalah membuat

trafo tiga phasa yang terdiri dari tiga

set belitan yang digulung pada satu

inti besi.

(37)

Implementasi trafo tiga phasa

(38)

Jenis dari trafo tiga phasa

Tipe Core (Core Type)

Tipe Shell

(Shell Type)

(39)

Koneksi Trafo (Transformer Connections)

Belitan primer dan sekunder trafo dapat secara independen dihubungkan wye(Y) ataupun delta (d). Hal ini memberikan empat kemungkinan koneksi dari trafo tiga phasa, yaitu :

Setiap phasa pada trafo tiga phasa mempunyai karakteristik seperti trafo

satu phasa yang sudah dipelajari.

Impedansi, regulasi tegangan, effisiensi dan perhitungan sejenis untuk trafo tiga phasa dapat dilakukan dengan berbasis satu phasa menggunakan cara yang sama seperti yang

(40)

(41)

(42)

Permasalahan pada Trafo dengan koneksi Y-y

•Menggunakan pentanahan langsung (Solidly ground)

di titik netral trafo

•Menambahkan belitan ke-tiga (tertiary winding) yang

dikoneksikan delta.

•Jika beban pada rangkaian trafo tidak seimbang, maka

tegangan pada phasa trafo menjadi sangat tidak seimbang.

•Harmonik ke tiga menjadi besar

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

Karakteristik trafo dengan koneksi Y-D

•Harmonik ketiga terperangkap tersirkulasi di sisi delta, sehingga tidak timbul masalah dengan harmonik ke tiga.

•Lebih stabil terhadap operasi beban yang tidak seimbang •Tegangan sisi sekunder bergeser 30° tertinggal (lagging)

(48)

(49)

(50)

(51)

Trafo dengan koneksi D-D

Tidak mempunyai permasalahan dengan pergeseran phasa, ketidak seimbangan dan harmonik ke tiga

(52)

(53)

(54)

Operasi Parallel Trafo

Alasan mengapa mengoperasikan paralel dua atau lebih trafo.

•Beban bertambah sehingga melebihi kapasitas trafo. •Lebih murah/ekonomis dibandingkan dengan

mengganti trafo dengan kapasitas yang lebih besar •Memiliki kelebihan jika ditinjau dari segi keandalan.

(55)

Jika beban melebihi rating transformator, maka perlu menghubungkan transformator kedua secara paralel dengan transformator pertama.

Kumparan primer terhubung ke bus bar sumber, sedangkan kumparan sekunder dihubungkan ke bus bar beban.

Pada saat mem-paralel-kan trafo, polaritas yang sama dari trafo yang di paralelkan harus terhubung ke bus bar yang sama.

Jika tidak, EMF induksi pada kedua trafo di kumparan sekunder yang mempunyai polaritas berbeda akan menghasilkan rangkaian ekivalen hubung singkat yang fatal/mematikan.

(56)

Kerja paralel trafo (Paralleling Transformer)

Bagaimana pengoperasikan dua atau lebih trafo secara paralel?

•Semua trafo harus dihubungkan secara tepat menurut polaritasnya menyebabkan gangguan seperti kasus hubung singkat.

•Trafo yang diparalelkan harus mempunyai perbedaan sudut phasa nol pada sisi sekunder dan urutan phasa harus dihubungkan dengan tepat menyebabkan arus putar (circulating current) dan dapat berakibat gangguan.

•Semua trafo harus mempunyai ratio tegangan yang sama untuk menghindari arus putar (circulating current) pada kondisi beban nol meningkatnya rugi-rugi tembaga

•Impedansi dasar per unit(berdasarkan rating MVA) setiap trafo harus sama atau perbedaan harus sekecil mungkin mengakibatkan pembebanan yang tidak seragam/tidak sama.

(57)

Perbagian beban pada kerja paralel trafo

(Load Division in Paralleling Transformer)

(58)

Contoh

Trafo satu phasa 600-kVA dengan resistansi 0.012-pu dan reaktansi 0.06-pu dihubungkan paralel dengan trafo 300-kVA, resistansi 0.014-pu, reaktansi 0.045-pu. Kedua trafo harus menanggung beban bersama 800-kVA, pf 0.8 tertinggal. Hitunglah bagaimana kedua trafo membagi bebannya jika tegangan sisi sekunder kedua trafo adalah 440-Volt.

(59)

Perbedaan rasio tegangan (Unequal Voltage Ratio)

(60)

Effisiensi maksimum (Maximum Efficiency)

(61)

(62)

Contoh

Hasil test Trafo 20-kVA adalah sebagai berikut:

Voltage (V) Current (A) Power (W)

OC test 200 4 120

SC test 60 10 300

a. Hitunglah efisiensi trafo ketika dibebani penuh dengan pf 0.8 tertinggal (lagging)

b. Hitunglah efisiensi maksimum dan pembebanannya pada pf seperti soal diatas.

(63)

Effisiensi harian (All-day Efficiency)

Rugi inti adalah konstan, tidak tergantung beban

Efisiensi harian tergantung pada “bagaimana trafo dibebani dalam sehari atau 24 jam”

(64)

Contoh

Sebuah trafo mempunyai efisiensi maksimum 98% ketika dibebani 15-kVA dengan pf 1 (unity power factor). Bandingkan efisiensi hariannya untuk

pembebanan sebagai berikut :

a. Beban penuh 20-kVA selama 12jam/hari dan tanpa beban untuk waktu yang lain

b. Beban penuh 20 kVA selama 4jam/hari dan 0.4 beban penuh untuk waktu yang lain

(65)

Trafo tiga belitan (Three Winding Transformer)

Tujuan penggunaan belitan ke-tiga (tertiary winding)

•Untuk men-suplai peralatan di substation (gardu induk/switchgear) yang mempunyai tegangan berbeda dengan belitan primer dan sekunder.

•Kompensator statis atau berputar (stator or rotating compensator) dapat di hubungkan ke belitan ini untuk keperluan injeksi daya reaktif

•Untuk menstabilkan kondisi beban tidak seimbang •Mereduksi tegangan harmonisa ke-3

(66)

Suplai tiga phasa dari dua trafo

(67)

Rangkaian Open-Delta (Open Delta Connection)

Sumber tiga phasa-Beban tiga phasa

(68)

-Part 2 : TRAFO Mesin Arus Bolak Balik

+ _{reaktif sementara yang lain membangkitkan}Salah satu dari trafo mengkonsumsi daya

Batasan kemampuan daya reaktif adalah 0.577 X X X X X X X X

(69)

a. Carilah rangkaian ekivalen trafo dengan acuan sisi tegangan tinggi b. Hitunglah regulasi tegangan beban penuh pada pf 0.8 tertinggal c. Hitunglah rugi-rugi trafo pada point b.

POC

Contoh 2-2.