BAB II TRANSFORMATOR - BAB-02 TRANSFORMATOR_30 FEb2018

BAB II

TRANSFORMATOR

Transformator adalah suatu peralatan elektronik yang digunakan untuk mentransfer energy listrik dari kumparan primer kekumparan sekunder, melalui sutau gandengan magnet yang bekerjanya berdasarkan induksi magnet., bekerjanya berdasarkan Hukum induksi Faraday. Model ranggkaiannya dapat dilihat pada Gambar 1

Gambar1. Rangkaian Trasfomator

Transformator dgiunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika industri. Penggunaaannya dalam system tenaga memungkinkan dipilihnya suatu tegangan yang sesuai dengan kebutuhan dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan ( mesin-mesin industry yang berbeda sumber teganganya), misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh.

Persamaan dasar :

e=−d_dt∅B

(2.1)

e = tegangan ggl ( emf ) [ volt ]

∅B = fluks magnet [ weber ]

t = waktu

Dalam bidang elektronika, transfomator digunakan antara lain sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban, untuk memisahkan satu rangkaian dari rangkaian yang lain ( sebagai proteksi ), dan juga digunakan sebagai bagian dari power supply dc.

Dalam bidang Tenaga listrik transfomator dikelompokan menjadi :

1. Transfomator daya , mengubah tegangan ac tinggi arusnya rendah menjadi tegangan rendah arusnya tinggi atau sebaliknya. Pada konversi ini besarnya frekuensi tetap. 2. Transfomator distribusi, mentransfer daya listrik dari satu rangkaian ke rangkaian

lainnya ( sisi primer ke sisi sekunder)

3. Transfomator pengukuran : yang terdiri dari transfomator arus dan transfomator tegangan.

Core type

• Windings are wrapped around two sides of a laminated square core.

Gambar fisik suatu trafo

Kerja trnasformator yang berdasarkan induksi electromagnet membutuhkan gandengan magnet anatara rangkaian primer dan sekunder. Gandengan magnet ini berupa : tipe inti ( core ) dan tipe cangkang.

Bila kumparan primer suatu transfomator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoidal, akan mengalir arus primer Io yang juga berupa gelombang sinus. Dengan menggangap kumparan N1 reaktif murni, Io akan tertinggal 90 0 _{dari V1. Arus primer Io} menimbulkan fluks ( Ф ) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoidal.

Ф = Ф maks sin wt

Fluk ( Ф ) yang sinusoidal ini akan menghasilkan tegangan induksi

e1=−N1 d_dt∅

e1=−N1d¿¿ cos wt ( tertinggal 90 0 dari Ф )

Harga efektifnya ( RMS/ Root Means Square) :

E1 =

N12. π . f .∅mkks

e2=−N2 d_dt∅

e2=−N2d¿ ¿ cos wt ( tertinggal 90 0 dari Ф )

Harga efektifnya ( RMS) sisi sekunder :

E2 =

N22. π . f .∅mkks

√2 =4,44. N2. f . Фmaks

Dari kedua persamaan akan diperoleh : E_E1

2=

N1

N2

Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor akan diperoleh :

E1

E2=

V1

V2=

N1

N2=a

a= N1/N2 , perbandingan trasnformasi

Transformer on load

Fig. a: Ideal transformer on load

TIPE TARNSFOMATOR

Kumparan primer dan sekunder pada kumparan yang sama

THREE PHASE TRANSFORMER

CONNECTIONS

Delta – wye (Δ – Y)

Wye – delta (Y- Δ)

Delta – delta (Δ – Δ)

Wye – wye (Y – Y)

Reference :Electric Machinery and Power System Fundamentals, Stephen J. Chapman

Cut view of transformer

Pembangkitan Trafo

Transmisi Tegangan Ekstra Tinggi

500 kV

Trafo

150 kV

150/20 kV

20k/220 V

Industri Berat Industri Ringan

Perumahan Bangunan Komersial

380/220 V

500/150 kV

20 kV

380/220 V

220 V 20 kV

Transmisi Tegangan Tinggi

Distribusi Primer

Transformer Tests

Electrical Machines

•The performance of a transformer can be calculated on the basis of equivalent circuit

•Thefour main parametersof equivalent circuit are: -R₀₁asreferred to primary(or secondaryR₀₂)

- theequivalent leakagereactanceX₀₁asreferredto primary (or secondaryX₀₂)

- MagnetisingsusceptanceB₀( or reactanceX₀) - corelossconductanceG₀(or resistanceR₀)

•Theaboveconstantscan beeasilydetermined bytwo tests - Oper circuit test (O.Ctest / No loadtest)

- Short circuit test (S.Ctest/Impedancetest)

•Thesetestsareeconomical andconvenient

- these tests furnish the result without actually loading the transformer

In Open Circuit Test the transformer’ssecondarywindingisopen-circuited, and

itsprimarywindingisconnectedtoafull-ratedlinevoltage.

• Usually conducted on H.V side

• To fnd

(i) No load loss or core loss

(ii) No load current Io

Effisiensi dan Regulasi Tegangan

Transformer Voltage Regulation

and Efficiency

Electrical Machines

The output voltage of a transformer varies with the load even if the input voltage remains constant. This is because a real transformer has series impedance within it. Full load Voltage Regulation is a quantitythat compares the output voltage at no load with the output voltage at full load, defned by thisequation: the power in of a transformer.

– η in an Ideal transformer, no power losses

• PIN= VP. IPcos θP

• POUT= VS. IScos θS

• PIN= POUT = VP . IPcos θP= VS . IScos θS

• SOUT= SIN= VP . IP= VS . IS

Efficiency for a single phase

real transformer

• As mentioned previously, losses occur in a real

transformer and these losses must be taken into

count.

Regulasi Tegangan :

voltage

Secondary voltage on no-load

V₂is a secondary terminal voltage on full load

• Voltage regulation (VR) is the ability of a system

to provide near constant voltage over a wide

range of load conditions. Also it compares the V

O

at no load to V

O

at full load.

VOLTAGE REGULATION

• An Ideal transformer has a voltage regulation,

VR = 0%

Reference :http://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_regulation

All day ef

ciency

•All day efficiency is always less than the commercial efficiency

Transformer Efficiency

Electrical Machines

Transformer efciency is defned as (applies to motors, generators and transformers):

Typesof lossesincurred in atransformer: Copper I2_Rlosses

Hysteresislosses Eddycurrent losses

Therefore, for atransformer, efciency maybecalculated usingthefollowing:

Latihan Soal-Soal :

1. Berikan penjelasan mengenai dalahs atu system pembangkit tenaga listrik yang saudara ketahui.

2. Suatu trafo mempunyai spesifkasi : satu phase 250/3000 V, frekuensi 50 Hz, kerapatan flus ( B ) 1,2 Wb/ m2_{. Apabila nilai gaya gerak listrik} perbelitan sebesar 8 V. Tentukan

a). Jumlah lilitan/belitan di sisi primer dan sekunder ( Np dan Ns )

b). Luas Penampang inti ( A )

Jawab :

a) Dimana tegangan GGL :

Eeff1 ( V 1 atau Vp ) = GGL per belitan x Np ( 1) Eeff2 ( V2 atau Vs ) = GGL per belitan X Ns (2)

Data spesfikasi : 250 /3000 V artinya :

250 V = V1 = Vp = ( Tegangan effektif sisi Primer )

3000 V  V2 = Vs = ( Tegangan effektif sisi Sekunder )

Dari persamaan 1 : 250 V = 8 V x Np - Np = (250)/8 = 31,25 Dari persamaan 2 : 3000 V = 8 V x Ns - Ns = ( 3000/8 ) = 375

Atau bisa juga dihitung dengan rumus :

N_Np

s=

Vp

Vs

31,25_N

2 =

250

3000 Ns = 375

b) Luas Penampang inti :

 flux ( ∅m¿ = B. A = ( kerapatan flux x luas penampang )

3. Sebuah trafo ideal mempunyai daya input 25 KVA ( P ), lilitan primer 500 lilitan ( Np) dan sekunder 50 lilitan. Belitan primer dihubungkan dengan sumber listrik 3000 V / 50 Hz.

a) Gambar rangkaian ekivalen trafonya

b) Tentukan Arus primer dan sekunder beban penuh ( IP dan Is ) c) Gaya Gerak listrik sekunder maksimum ( GGL )

d) Flux maksimum pada inti

Rumus perbandingan arus ( untuk arus perbandinganya terbalik ) ;

i_is

p=

Vp

Vs

83,3_8,33=3000_V

s

Vs = (3000_83,3)(8,33)=300volt

GGl sekunder = Vs = 300 V

Atau dengan cara :

Hitung dulu melalui persamaan : ( sisi primer )

Eeff1 = Vp = GGL per belitan x N1

= GGL per belitan Np

3000 V = GGL per belitan. 500

Jadi : GGL untuk satu lilitan = ( 3000 V / 500 ) = 6 V

Sisi sekunder :

GL sekunder = E eff2 = Vs

= GGL per belitan x Ns

= 6 x 50

= 300 V.

GGL sekunder dalam harga maksimum =

Rumus nilai maksimum : Emax = ¿ ) Eeff2

= ( 1,41) ( 300 ) = 423 Volt

c). Flux magnet ( ∅m ) :

= 27 mWb

4. A transformer has 330 primary turns and 1240 secondary turns. The input voltage is 120 V and the output current is 15.0 A. What is the output voltage and input current?

TEST TRAFO

1). Test Open Circuit