PRAKTIKUM II
BAHAN MAGNETIK PENYUSUN INTI TRANSFORMATOR
1. TUJUAN PERCOBAAN
Untuk menyelidiki pentingnya susunan inti terhadap efisiensi transformator.
JENIS PERCOBAAN
1. Daya primer dan skunder rangkaian transformator berinti besi 2. Daya primer dan sekunder rangkaian transformator berinit laminasi
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 step-Down Transformator Variabel (Step-up&Step-Down)
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.
Inti besi merupakan bahan ferro magnet berfungsi untuk melipatgandakan nilai atau mempermudah jalan fluksi yang ditimbulkan olej arus listrik yang dialirkan melalui kumparan. Inti besi juga berfungsi meghantarkan dan mengarahkan arus magnet (fluksi), sehingga hamper seluruh fluksi yang dibangkitkan kumparan primer menerobos kumparan sekunder sehingga di 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 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
Tangki transformator merupakan bagian untuk menempatkan perlengkapan transformator seperti: bushing, inti besi, kumpran (primer dan sekunder), minyak transformator, tap changer, dan sebagainya. Bentuk tangki transformator bermacam-macam sesuai produk mereknya, misalnya: bentuknya kotak (segi empat), dan oval. Dari berbagai bentuk ada yang menggunakan sirip-sirip dan ada pula yang tidak menggunakan sirip-sirip. Hal tersebut, 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
Gambar 2.1. Kurva histerisis
Bahan inti dari transformator sangat menentukan efisiensi daya dari transformator tersebut. Untuk itu perlu dipelajari sifat-sifat bahan magnet agar sesuai dengan kebutuhan yang kita inginkan.
4. PROSEDUR PERCOBAAN
Percobaan 2.1
Gambar 2.3 Diagram pemasangan percobaan 2.1
Pertanyaan 1 Sebutkan pengertian Transformator (beserta contoh dan penjelasannya) dan jelaskan prinsip dasar suatu transformator!
Pertanyaan 2 Mengapa transformator harus menggunakan sumber tegangan AC? Coba jelaskan menurut pendapat saudara.
Pertanyaan 3 Sebutkan dan jelaskan kehilangan – kehilangan pada transformator yang mempengaruhi tingkat efisiensinya !
Pertanyaan 4 Apakah yang dimaksud dengan Autodan trafo dan jelaskan cara kerjanya?
Pengujian Rugi Inti Besar
1. Setting circuit breaker pada posisi ON (1)
2. Tekan dan lepaskan tombol “power” pada panel depan. Lampu indicator hijau pada tombol seharusnya menyala.
3. Sesuaikan resistor variable 100 ohm untuk memberikan rangkaian primer 0,4 A pada multimeter A1.
4. Pada wattmeter, amati pembacaan daya primer (lihat cara menggunakan wattmeter pada halaman 3-3-4) dan masukan ke dalam contoh table 3-3-1 (bagian table hasil).
6. Setting circuit breaker ke posisi OFF (0)
7. Tekan dan lepaskan tombol “power”. Lampu indikator padam
Pengujian rugi Inti Rendah
1. Pada transformator test rig, longgarkan kedua thumbscrew yang melindungi pemisah pengapit dan pindahkan logan inti U dengan dua inti U terlaminasi (berdasarkan percobaan 2 untuk detail susunan). Pindahkan pemisah pengapit dan mankan dengan thumbscrew.
2. Setting circuit breaker ke posisi ON (1)
3. Tekan dan lepaskan tombol “power”. Indikator hijau seharusnya menyala.
4. Sesuaikan resistor variable 100 ohm untuk memberikan rangkaian primer 0,4 A pada multimeter A1.
5. Pada wattmeter, amati pembacaan daya primer (lihat cara menggunkan wattmeter pada halaman 3-8-4) dan masukkan ke dalam contoh table 3-3-2 ( bagian table hasil).
6. Pada mutimeter A2, amati arus sekunder dan masukkan pada table 3-3-2 7. Setting circuit breaker pada posisi Off (1)
8. Tekan dan lepaskan tombol “power”. Lampu indicator padam.
Percobaan 2.2 Daya Sekunder Rangkaian Trafo
Gambar 2.4. Rangkaian pengujian percobaan 2.2
Gambar 2.5. Percobaan 2.2 Diagram Pemasangan percobaan 2.2
Pertanyaan 5 Berapakah sudut fas diantara i1 (t) dan (t) pada sebuah transformator ideal? Mengapa demikian coba jelaskan?
Pertanyaan 6 Pada Transformator kita mempelajari beberapa hokum, seperti hokum Faraday, hokum Lenz, dan lain – lain. Coba anda sebutkan hokum – hokum apa saja yang mempelajari tentang transformator, dan jelaskan maksud dari hokum – hokum tersebut yang berhubungan dengan transformator?
Pertanyaan 8 Kenapa transformator sering bergetar atau beresonansi?
Pengujian Rugi Inti Besar
1. Setting circuit breaker pada posisi ON (1)
2. Tekan dan lepaskan tombol “power” pada panel depan. Lampu indikator hijau pada tombol seharusnya menyala.
3. Sesuaikan resistor variable 100 ohm untuk memberikan rangkaian primer 0,4 A pada multimeter A1.
4. Pada wattmeter , amati pembacaan daya primer (lihat cara menggunakan wattmeter pada halaman 3-3-4) dan masukkan ke dalam contoh table 3-3-3 (bagian table hasil)
5. Pada multimeter A2, amati arus sekunder dan masukkan pada atbel 3-3-3 6. Setting circuit breaker ke posisi off (0)
7. Tekan dan lepaskan tombol “power”. Lampu indikator padam
Pengujian Rugi Inti Rendah
1. Pada transformator test rig, longgarkan kedua thumbscrew yang melindungi pemisah pengapit dan pindahkan logam inti U dengan dua inti U terlaminasi (berdasarkan percobaan 2 untuk detail susunan). Pindahkan pemisah pengapit dan amankan dengan thumbscrew.
2. Setting circuit breaker ke posisi ON (1)
3. Tekan dan lepaskan tombol “power”. Indikator hijau seharusnya menyala.
4. Sesuaikan resistor variable 100 ohm untuk memberikan rangakian primer 0,4 A pada multimeter A1.
6. Pada mutimeter A2, amati arus sekunder dan masukkan pada table 3-3-4 7. Setting circuit breaker pada posisi off (1)
... ... ... ... ... ... ... ... ...
Transformator bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan perubahan medan magnet. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi. Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan, sehingga fluks magnet yang timbulkan akan mengalir ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance). Bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada kumparan sekunder. Jika efisiensi sempurna (100%), semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.
Dikutip dari : https://tanotocentre. wordpress.com/2009/06/06/transformator/
JENIS TRANSFORMATOR
Di dalam perkembangannya terdapat bermacam-macam jenis transformator atau trafo dan mempunyai berbagai fungsi, diantaranya :
1. Step-Up
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primernya, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat banyak ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.
3. Autotransformator
Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik. 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. Autotransformator Variabel
Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah.
5. Transformator Isolasi
Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.
Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.
7. Transformator Tiga Fasa
Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Transformator 3 fasa pada dasarnya merupakan Transformator 1 fase yang disusun menjadi 3 buah dan mempunyai 2 belitan, yaitu belitan primer dan belitan sekunder. Ada dua metode utama untuk menghubungkan belitan primer yaitu hubungan secara delta (Δ) dan bintang (Y). Sedangkan pada belitan sekundernya dapat dihubungkan secara segitiga, bintang dan zig-zag (Delta, Wye dan Zig-zag). Ada juga hubungan dalam bentuk khusus yaitu hubungan open-delta (VV connection).
Sebuah transformator 3 fasa dapat diperoleh dari 3 buah transformator satu fasa atau unit 3 fasa. Jika suplai 3 fasa yang digunakan adalah V1,V2, dan V3 dan masing-masing menghasilkan fluks (φ1,φ2, dan φ3) yang masing-masing-masing-masing fluks beda fasa 120º, maka berdasarkan hukum faraday pada lilitan primer dan lilitan sekunder masing-masing akan menghasilkan ggl induksi dan masing-masing fasa juga berjarak 120º.
Prinsip kerja transformator dapat dijelaskan berdasarkan induksi elektromagnetik, dimana antara sisi primer dan sisi sekunder terdapat penghubung magnetik. Gandengan magnet ini berupa inti besi tempat melakukan fluks bersama. Medan magnet berperan sangat penting sebagai rangkaian proses konversi energi. Melalui medium medan magnet, bentuk energi mekanik dapat diubah menjadi energi listrik, alat konversi ini disebut generator atau sebaliknya dari bentuk energi listrik menjadi energi mekanik, sebagai alat konversi disebut motor. Pada transformator, gandengan medan magnet berfungsi untuk memindahkan dan mengubah energi listrik dari rangkaian primer ke sekunder melalui prinsip induksi elektromagnetik. Dari sisi pandangan elektris , medan magnet mampu untuk menginduksikan tegangan pada konduktor sedangkan dari sisi pandangan mekanis medan magnet sanggup untuk menghasilkan gaya dan kopel (penggandeng).Dimana :
4.2 DATA HASIL PERCOBAAN
0,4 6,78 0,35 5,428 2,373 43,7 0,875 0,5
4.3 PENGOLAHAN DATA
a. Inti Laminasi
PP = VP x IP PS = VS x IS
= 13,57 x 0,4 = 6,78 x 0,35
= 5,428 VA = 2,373 VA
η = P sPp x 100%
= 2,373
5,428 x 100%
= 43,7 %
Rasio arus = Is
Ip Rasio tegangan =
Vs Vp
= 0,35
0,4 =
6,78 13,57
b. Inti Besi
PP = VP x IP PS = VS x IS
= 11,37 x 0,4 = 4,79 x 0,20
= 4,548 VA = 0,958 VA
η = P sPp x 100%
= 0,958
4,548 x 100%
= 21 %
Rasio arus = Is
Ip Rasio tegangan =
Vs Vp
= 0,20
0,4 =
4,79 11,37
5. TUGAS DAN JAWABAN
1. Jelaskan mengapa trafo menggunakan sumber AC ?
2. Kenapa transformator sering bergetar dan beresunnasi?
3. bagaiman cara mnegurangi efek dari arus pusar ?
Jawab :
mengalir dengan dua arah, kadang “maju” kadang “mundur”. Contoh arus DC adalah yang dihasilkan batereiatau aki, sedangkan contoh arus AC adalah listrik yang biasa digunakan di rumah.Listrik PLN menggunakan arus AC, sebab membuat sumber AC lebih murah daripadamembuat pembangkit listrik arus DC. Selain itu, arus AC juga lebih efisien jika ingindisalurkan ke tempat yang lebih jauh.
2. Transformator bergetar dan beresonansi dikarenakan adanya induksi magnetic kumparan dan inti besi. Karena adanya harmonic dalam sistem induksi akibat harmonic arus frekuensi tinggi. Namun jika dengungannya terlalu keras dan tidak seperti biasanya terjadi gangguan pada tidak kencangnya pegangan terminal kumparan.
6. ANALISA HASIL PERCOBAAN
Pada praktikum ini, kami membahas tentang bahan magnetic penyusun inti transformator. Sebelumnya kita harus terlebih dahulu mengetahui tentang transformator. Transformator atau trafo adalaha suatu alat yang dapat menaikkan atau menurunkan tegangan denfan frekuensi yang sama. Trafo terdapat lima jenis yaitu trafo step-up, trafo step-down, autotransformator, trafo arus dan trafo tegangan. Trafo juga memiliki dua rugi-rugi trafo yaitu rugi besi yang terdiri dari rugi-rugi arus pusar(arus Eddy) dan rugi-rugi histerisi. Dan rugi tembanga, rugi tembaga ini disebabkan karena kumparan atau lilitan pada trafo terbuat dari tembaga yang apabila dialiri arus maka akan megeluarkan panas.
7.KESIMPULAN
1. Inti laminasi lebih efisiensi dibandingkan dengan inti besi dengan bahan penyusun inti yang tebal.
2. Besar tegangan dan arus yang dihasilkan pada sisi primer maupun sekunder trafo berinti laminasi lebih besar dibandingkan trafo berinti besi tebal
3. Penyusun inti besi laminasi yang tipis dapat mengurangi rugi rugi yang diakibatkan oleh perputaran arus yang berada di inti,sedangkan penyusun inti besi yang tebal dapat mengalami rugi rugi yang diakibatkan oleh perputaran arus yang berada di inti.
4.Rugi-rugi berupa panas pada transfotmator timbul akibar pergerakkan fluksi pada lapisan inti transformator.
DAFTAR PUSTAKA
Tim Asisten Laboratorium Fenomena Medan Elektromagnetik.2016. Modul Praktikum Fenomena Medan Elektromagnetik Jurusan Teknik Elektro.
Universitas Sriwijaya :Inderalaya.
Sumardjati, Prih. 2008. Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik Jilid 3. Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional.
_____. 2009. Transformator. https://tanotocentre.wordpress.com/2009/06/06/trans formator/. (Diakses pada tanggal 27 September 2016)
_____. 2010. Jenis-jenis Trafo http://skemaku.com/jenis-jenis-tafo-pada-rangkaian
LAMPIRAN
Praktikum 2
Modul electromagnetic jumper
Inti Besi Multimeter
