Bahan Magnetik Penyusun Inti Transformator

(1)

PRAKTIKUM II

BAHAN MAGNETIK PENYUSUN INTI TRANSFORMATOR

I. TUJUAN PERCOBAAN

Untuk menyelidiki pentingnya susunan inti terhadap efisiensi transformator.

II. JENIS PERCOBAAN

2.1. Daya primer dan skunder rangkaian transformator berinti besi 2.2. Daya primer dan sekunder rangkaian transformator berinit laminasi

III. 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

IV. DASAR TEORI

(2)

.

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.

(3)

Konstruksi Bagian-bagian Transformator 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.

(4)

3. Bushing

Bushing adalah sebuah konduktor yang diselubugi oleh isolator yang berfungsi untuk menghubungkan kumparan transformator ke jaringa luar, selain itu juga berfungsi sebagai penyekat antara konduktor dengan tangki transformator.

4. Tangki Transformator

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

(5)

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

(6)

V. PROSEDUR PERCOBAAN Percobaan 2.1

(7)

Gambar 2.3 Diagram pemasangan percobaan 2.1

Pertanyaan1 Sebutkan pengertian Transformator (Beserta contoh dan penjelasannya) dan jelaskan prinsip dasar suatu transformator !

Pertanyaan2 Mengapa transformator harus menggunakan sumber tegangan AC? Coba jelaskan menurut pendapat saudara.

Pertanyaan3 Sebutkan daan jelaskan kehilangan-kehilangan pada transformator yang mempengaruhi tingkat efisiensinya !

Pertanyaan4 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.

(8)

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).

5. Pada mutimeter A2, amati arus sekunder dan masukkan pada table 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 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).

(9)

8. Tekan dan lepaskan tombol “power”. Lampu indicator padam.

Percobaan 2.2 Daya Sekunder Rangkaian Trafo

Pada modul 61-400 susun test rig transformator mrnggunkan logam inti U seperti dalam percobaan 2. Buat hubungan seperti ditunjukkan dalam gamabr 3-3-5 (rangkaian uji) dan gambar 3-3-6 ( diagram potongan).

(10)

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 hukum, seperti hukum Faraday, hukum Lenz, dan lain lain, coba anda sebutkan hukum-hukum apa saja yang mempelajari tentang Transformator, dan jelaskan maksud dari hukum-hukum tersebut yang berhubungan dengan

Transformator ?

Pertanyaan 7 Rugi-rugi pada Transformator salah satunya dipengaruhi oleh Arus Pusar (Eddy Current). Apa yang anda ketahui dengan arus pusar dan bagaimana cara mengurangi efek Arus Pusar tersebut ? Coba jelaskan.

Pertanyaan 8 Kenapa Transformator sering bergetar atau beresonansi ?

Pengujian Rugi Inti Besar

(11)

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.

5. Pada wattmeter, amati pembacaan daya primer (lihat cara menggunakan wattmeter pada halaman 3-3-4) dan masukkan ke dalam contoh table 3-3-4 ( bagian table hasil).

6. Pada mutimeter A2, amati arus sekunder dan masukkan pada table 3-3-4 7. Setting circuit breaker pada posisi off (1)

(12)

Transformator adalah suatu alat untuk memindahkan daya listrik arus bolak-balik dari suatu rangkaian ke rangkaian lainnya secara induksi elektro magnetik. Bagian-bagian terpenting dari transformator :

1. Inti / teras / kern

2. Gulungan primer, dihubungkan dengan sumber listrik 3. Gulungan sekunder, dihubungkan dengan beban

(13)

magnet yang juga berubah-ubah pada intinya. Akibat adanya fluks magnet yang berubah-ubah, pada kumparan primer akan timbul GGL induksi.

(Dikutip dari : Buku berjudul “Teori Transformator”, karangan Drs. Sumanto, MA :

Penerbit Andi Offset Yogyakarta Tahun 1991.)

Transformator atau trafo adalah suatu alat listrik yang memindahkan energi listrik dari satu rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan magnet berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Trafo digunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunanya dalam sistem tenaga yaitu dengan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis Untuk tiap tiap keperluan, misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh.

(Diakses pada tanggal 26 September 2015 di Palembang, website :

http://dasarelektronika.com/pengertian-dan-fungsi-transformator/)

(14)

transformator yang sebagai penaik tegangan arus listrik. Transformator step up ini memiliki lilitar sekunder yang lebih banyak dibandingkan dengan lilitan primer sehingga fungsinya sebagai penaik tegangan arus listrik sangatlah jelas. Oleh karena itu, janganlah heran ketika anda menyalakan lemari es, televisi ataupun komputer listrik pada rumah anda untuk sesaat akan terasa seperti mengalami black out sepersekian detik. Hal ini adalah efek dari transformator step up yang sedang bekerja. Lalu, fungsi yang kedua dari transformator adalah menurunkan tegangan arus listrik. Jumlah lilitannya berbalik dengan transformator step up, jika step up lilitan yang terbanyak ada pada lilitan sekunder maka transformator step down ini lilitan yang terbanyak adalah lilitan primernya dibanding dengan lilitan sekunder. Contoh dari penggunaan transformator step down bisa dilihat ketika kita mencharge handphone kita ataupun ketika kita sedang mencharge baterai kamera kita. Memang ini sudah sesuai dengan fungsinya yang sebagai penurun tegangan arus bolak balik (AC). Baik transformator step up maupun step down secara tidak langsung memainkan peran yang sangat penting.

http://komponenelektronika.biz/fungsi-transformator.html)

Bentuk fisik dari transformator, dimana tegangan masukan (V1) berbentuk sinusioda dihubungan pada gulungan primer (N1). Arus arus masukan (I1) mengakibatkan aliran fluk (φ) pada gulungan (N1) maupun gulungan (N2). Fluk pada gulungan sekunder (N2) menyebabkan aliran arus (I2) dan tegangan (V2).

(15)

listrik. Bila pada salah satu kumparan pada transformator diberi arus listrik bolak balik maka jumlah garis gaya magnet berubah ubah akibatnya pada kumparan primer terjadi induksi. Kumparan sekunder menerima garis gaya magnet dari kumparan primer terjadi yang jumlahnya juga berubah ubah. Maka pada kumparan sekunder juga timbul induksi dan akibatnya antara dua ujung kumparan terdapat beda tegangan.

http://www.masuklis.com/2013/12/pengertian-transformator-dan-prinsip.html)

Hysteresis losses

Fluks Bocor; kebocoran fluks terjadi karena ada beberapa fluks yang tidak menembus inti besi dan hanya melewati salah satu kumparan transformator saja. Fluks yang bocor ini akan menghasilkan induktansi diri pada lilitan primer dan sekunder sehingga akan berpengaruh terhadap nilai daya yang disuplai dari sisi primer ke sisi sekunder transformator.

Operasi paralel transformator pada sistem fase-tiga

Operasi paralel berarti hubungan langsung terminal ke terminal antar transformator pada instalasi yang sama. Hanya dua belitan transformator yang dipertimbangkan.. Logikanya juga dapat diterapkan pada gugus tiga buah transformator fase-tunggal.

Untuk berhasilnya operasi paralel, transformator mensyaratkan:

 Hubungan sudut-fase sama – angka jarum jam sama (kemungkinan kombinasi tambahan disebutkan di bawah);

(16)

 Impedans hubung-pendek relative sama persentase impedans dengan toleransi. Ini juga berarti bahwa variasi impedans relatif lintas jumlah sadapan sebaiknya serupa untuk kedua transformator.

Dikutip dari : http://anugrarizkiansyah.blogspot.com/2012/06/transformator.html Auto trafo sering digunakan dalam aplikasi listrik untuk sistem interkoneksi beroperasi pada tegangan yang berbeda kelas. Aplikasi lain sedang dalam industri untuk menyesuaikan mesin dibangun (misalnya) untuk 480V persediaan untuk beroperasi pada 600V suplai.

Mereka juga sering digunakan untuk menyediakan konversi antara dua tegangan utama domestik Common band di dunia (100-130V dan 200-250V). Hubungan antara Inggris 400 kV dan 275 kV 'SuperGrid' jaringan biasanya three phase auto transformers dengan keran di akhir Common netral.

Panjang jalur distribusi listrik pedesaan, auto transformers khusus dengan keran otomatis peralatan yang mengubah tegangan dimasukkan sebagai regulator, sehingga pelanggan di ujung baris rata-rata menerima tegangan yang sama seperti yang lebih dekat ke sumbernya. Variabel rasio auto transformator mengkompensasi penurunan tegangan sepanjang garis.

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

VII. PENGOLAHAN DATA

a. Inti Besi Tebal

1). Daya Primer (S1)

S1 = V1 x I1

S1 = 11,06 x 0,50

S1 = 5,53 VA

2). Daya Sekunder (S2)

S2 = V2 x I2

S2 = 4 x 0,20

S2 = 0,80 Volt Ampere

3). Efisiensi (η)

η = s2

s1x100

η = _5,530,80x100

(22)

η = 14,466

b. Inti Laminasi

1). Daya Primer (S1)

S1 = V1 x I1

S1 = 16,85 x 0,50

2). Daya Sekunder (S2)

S2 = V2 x I2

S2 = 8,8 x 0,44

3). Efisiensi (η)

η = s2

s1x100

η = 3,87_8,42x100

η = 0,45961x100

(23)

VIII. ANALISA HASIL PERCOBAAN

Pada percobaan bahan magnetik penyusun inti transformator praktikan melakukan dua (2) percobaan yaitu, yang pertama daya primer dan sekunder rangkaian transformator berinti besi. Dan yang kedua yaitu, Daya primer dan sekunder rangkaian transformator berinti laminasi.Dari percobaan yang telah dilakukan didapatkan data hasil percobaan yang menunjukkan bahwa dari tegangan primer baik pada laminasi ataupun inti besi, tegangan primer lebih besar dari tegangan sekunder. Hal ini menunjukkan bahwa transformator tersebut mengalami penurunan nilai tegangan dari kumparan primer ke kumparan sekunder.

(24)

baik bahan magnetik penyusun inti transformator maka akan semakin baik juga efisiensi dayanya.

IX. KESIMPULAN

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

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

3. Semakin kecil persentase efisiensi yang dialami oleh bahan penyusun inti transformator maka semakin besar panas yang akan dialami oleh bahan penyusun tersebut

4. Semakin kecil daya yang dihasilkan oleh bahan penyusun inti transformator maka akan semakin besar juga rugi-rugi daya yang dialami bahan tersebut

(25)

X. TUGAS DAN JAWABAN

1. Apa yang dimaksud dengan auto-transformator?

2. Berapakah sudut fasa di antara i(t) dan (t) pada sebuah Transformator ideal? Mengapa demikian coba jelaskan?

3. Pada Transformator kita mempelajari beberapa hokum, seperti hokum Faraday, hokum Lenz, dan lain-lain, coba anda sebutkan hikum-hukum apa saja yang mempelajari tentang Transformator dan jelaskan maksud dari hukum-hukum tersebut yang berhubungan dengan Transformator?

4. Rugi-rugi pada Transformator salah satunya dipengaruhi oleh Arus Pusar (Eddy Current). Apa yang anda ketahui dengan arus pusar dan bagaimana cara mengurangi efek Arus Pusar tersebut? Coba jelaskan.

5. Kenapa transformator sering bergetar atau beresonansi?

JAWAB :

1. Autotransformator adalah trafo yang hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, biasanya lilitan primer trafo ini juga lilitan sekunder. Trafo ini tidak dapat memberikan isolasi listrik antara lilitan primer dan sekunder.

(26)

dihubungkan sedemikian rupa.Kerugian dan kelemahan yang besar melekat pada autotransformator adalah arus hubung singkat yang besar. Dengan demikian dibutuhkan suatu reaktansi yang tinggi didalam penggunaannya, disamping itu merupakan suatu kelemahan juga bahwa sisi primer dan sisi sekunder mempunyai hubungan yang langsung secara listrik. Autotransformator satu fasa banyak digunakan didalam rumah tangga untuk menyesuaikan berbagai alat listrik dengan tegangan jaring umum. transformator demikian biasanya berbentuk trafo geser.

2. Sudut fasa pada transformator ideal adalah 00_{, dikarenakan pada transformator}

kita mengunakan rumus S = V I Cos . Oleh karena itu jika sudut fasanya 0Ө maka nilai dari Cos 00 _{adalah 1. Sehingga pada persamaan sebelumnya}

didapatkan S = V I. Kemudian didapatkan bahwa daya primer (S1) sama

dengan daya sekunder (S2). Transformator tersebut dapat dikatakan ideal jika

nilai dari daya primer (S1) sama dengan daya sekunder (S2).

3. Hukum Maxwell

Persamaan Maxwell apabila disedehanakan akan menjadi:

Hl=IN

Dimana:

H = kuat medan magnet

l = panjang jalur I = arus listrik

(27)

4. Eddy Current adalah rugi-rugi yang 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. Untuk mengurangi efek arus ini, inti biasanya dikonstruksi menggunakan laminasi, sehingga medan magnet sebagian besar akan menginduksi arus pada rangkaian sekunder,juga efisiensi pada laminasi lebih besar dibandingkan dengan inti besi tebal.

(28)