Monday, May 14, 2012

TRANSFORMATOR

Transformator merupakan suatu peralatan listrik elektromagnetik statis yang berfungsi untuk  memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya,dengan frekuensi yang sama dan perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet dan bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetis,dimana perbandingan tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan berbanding terbalik dengan perbandingan arusnya.
Dalam bidang teknik listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi:
1.  Transformator daya 
2.  Transformator distribusi
3.  Transformator pengukuran; yang terdiri dari transformator arus dan transformator tegangan. 

PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR
  Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi (self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka
mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi)

Dimana :  
e  =  gaya gerak listrik  (Volt)
N  =  jumlah lilitan (turn)
 dΦ/dt =  perubahan fluks magnet (weber/sec)
Perlu diingat bahwa hanya  tegangan listrik arus bolak-balik yang dapat ditransformasikan oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika, transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan arus bolak-balik antara rangkaian.
Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untuk mengurangi reluktansi (tahanan magnetis) dari rangkaian magnetis (common magnetic circuit).

Keadaan Transformator Tanpa Beban
Bila kumparan primer suatu  transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoidal, akan mengalirkan arus primer I0  yang juga sinusoidal  dan dengan menganggap belitan N1  reaktif murni.  I0  akan tertinggal 90 derajat  dari V1. Arus primer I0 menimbulkan fluks (Ф) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoidal.

Gambar 2.1  Transformator Dalam Keadaan Tanpa Beban

Gambar 2.2 Rangkaian Ekivalen Transformator Dalam Keadaan Tanpa

Gambar 2.3 Gambar Vektor Transformator Dalam Keadaan Tanpa Beban  

Gambar 2.4 Gambar Gelombang  Io Tertinggal  90o  Dari V1


 Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi е1 (Hukum Faraday): 
  Dimana  :  
 e1  =  gaya gerak listrik  (Volt)
 N1 =  jumlah belitan di sisi primer  (turn)
 ω   =  kecepatan sudut putar  (rad/sec)
 Φ   =  fluks magnetik  (weber) 

Gambar 2.5  Gambar Gelombang  e1 Tertinggal 90o  Dari Φ

Harga efektif :


Pada rangkaian sekunder, fluks (Φ) bersama tadi juga menimbulkan :


Harga efektifnya  :

Pada rangkaian sekunder, fluks (Φ) bersama tadi juga menimbulkan : 
Harga efektifnya  : 

Sehingga perbandingan antara rangkaian primer dan sekunder adalah : 

Dimana  :  
E1  =  ggl induksi di sisi primer  (Volt)
    E2  =  ggl induksi di sisi sekunder  (Volt)
    N1  =  jumlah belitan sisi primer  (turn)
    N2  =  jumlah belitan sisi sekunder  (turn)
    a   =  faktor transformasi


Keadaan Transformator Berbeban
Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, I2 mengalir pada kumparan sekunder, dimana


Gambar 2.6  Transformator Dalam Keadaan Berbeban 


Gambar 2.7  Rangkaian Ekivalen Transformator Dalam Keadaan Berbeban

Arus beban I2  ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N2  I2 yang cenderung menentang fluks (Ф) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I2', yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2, hingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi:
I1 = I0 + I2’ (Ampere)
Bila komponen arus rugi inti (Ic) diabaikan, maka I0 = Im , sehingga : 
I1 = Im + I2’ (Ampere)
Dimana:   
I1  =  arus pada sisi primer  (Ampere)
I'2     =     arus yg menghasilkan Φ'2  (Ampere)
I0  =  arus penguat  (Ampere)  
Im  =  arus pemagnetan  (Ampere)
Ic  =  arus rugi-rugi int i  (Ampere)

Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan IM, maka berlaku hubungan : 
N1 IM = N1 I1 – N2 I2
N1 IM = N1 (IM + I2’) – N2 I2  
N1 I2’ = N2 I2

Karena IM dianggap kecil, maka I2’ = I1. Sehingga :
N1 I1 = N2 I2 
I1/I2=N1/N2

RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR
  
 
Gambar 2.8  Blok Diagram Rugi – Rugi Pada Transformator 
Rugi Tembaga ( Pcu )
  Rugi yang disebabkan arus mengalir pada kawat tembaga yang terjadi pada kumparan
sekunder dapat ditulis sebagai berikut :
  Pcu = I.I.R  (Watt)
Formula ini merupakan perhitungan untuk pendekatan. Karena arus beban berubah–
ubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban. Dan perlu diperhatikan pula
resistansi disini merupakan resistansi AC. 

Rugi Besi ( Pi )
  Rugi besi terdiri atas :
a)  Rugi histerisis (Ph), yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak – balik pada inti besi yang dinyatakan sebagai :
Ph = kh f Bmaks^1.6   (watt)
Kh   = konstanta
Bmaks = Fluks maksimum (weber)

b)  Rugi arus eddy (Pe) , yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi.
Dirumuskan sebagai :
  Pe = ke f^2 B^2maks (Watt)
Jadi, rugi besi ( rugi inti ) adalah :
  Pi = Ph + Pe  (Watt)  .

KONSTRUKSI TRANSFORMATOR 
Konstruksi Transformator Tiga Phasa
Untuk mengurangi kerugian yang disebabkan oleh arus pusar di dalam inti, rangkaian magnetik itu biasanya terdiri dari setumpuk laminasi tipis. Untuk konstruksi tipe inti dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9  Konstruksi Transformator Tiga Fasa Tipe Inti 
 Salah satu jenis konstruksi yang biasa dipergunakan yaitu tipe cangkang diperlihatkan pada Gambar 2.10 : 


Gambar 2.10  Transformator Tiga Fasa Tipe Cangkang 
Dalam jenis inti (core type) kumparan dililitkan disekitar dua kaki inti magnetik persegi. Dalam jenis cangkang (shell type) kumparan dililitkan sekitar kaki tengah dari inti berkaki tiga dengan laminasi silikon-steel. Umumnya digunakan untuk transformator yang bekerja pada frekuensi dibawah beberapa ratus Hz. Silikon-steel memiliki sifat-sifat yang dikehendaki yaitu murah, rugi inti rendah dan permeabilitas tinggi pada rapat fluks tinggi. Inti transformator yang dipergunakan dalam rangkaian komunikasi pada frekuensi tinggi dan tingkat energi rendah, kadang-kadang dibuat dari campuran tepung ferromagnetik yang dimanfaatkan sebagai permalloy.

Hubungan Transformator Tiga Phasa
Secara umum ada 3 macam jenis hubungan pada transformator tiga phasa yaitu :
1.  Hubungan Bintang (Y)
Hubungan bintang ialah hubungan transformator tiga fasa, dimana ujung-ujung awal atau
akhir lilitan disatukan. Titik dimana tempat penyatuan dari ujung-ujung lilitan merupakan titik netral.  Arus transformator tiga phasa dengan kumparan yang dihubungkan bintang yaitu; IA, IB, IC   masing-masing berbeda 120°.
Gambar 2.11  Transformator tiga phasa hubungan bintang.

Hubungan Segitiga/ Delta (Δ)
  Hubungan segitiga adalah suatu hubungan transformator tiga fasa, dimana cara
penyambungannya ialah ujung akhir lilitan fasa pertama disambung dengan ujung mula lilitan fasa
kedua, akhir fasa kedua dengan ujung mula fasa ketiga dan akhir fasa ketiga dengan ujung mula fasa
pertama. Tegangan transformator tiga phasa dengan kumparan yang dihubungkan segitiga yaitu; VA, VB, VC  masing-masing berbeda 120°.
Gambar 2.12  Transformator tiga phasa hubungan segitiga/delta.

3.  Hubungan Zigzag
Transformator  zig–zag merupakan transformator dengan tujuan khusus. Salah satu aplikasinya adalah menyediakan titik netral untuk sistem listrik yang tidak memiliki titik netral. Pada transformator zig–zag masing–masing lilitan tiga fasa dibagi menjadi dua bagian dan masing–masing dihubungkan pada kaki yang berlainan. 
Gambar 2.13  Transformator tiga phasa hubungan zig-zag. 

Jenis-Jenis Hubungan Transformator Tiga Phasa
Dalam pelaksanaanya, tiga buah lilitan phasa pada sisi primer dan sisi sekunder dapat dihubungkan dalam bermacam-macam hubungan, seperti bintang dan segitiga, dengan kombinasi Y-Y, Y-Δ,  Δ-Y,  Δ-Δ, bahkan untuk kasus tertentu liltan sekunder dapat dihubungakan secara berliku-liku (zig-zag), sehingga diperoleh kombinasi  Δ-Z, dan Y-Z. Hubungan zig-zag merupakan sambungan bintang istimewa, hubungan ini digunakan untuk mengantisipasi kejadian yang mungkin terjadi apabila dihubungkan secara bintang dengan beban phasanya tidak seimbang.  Di bawah ini pembahasan hubungan transformator tiga phasa secara umum : 
1.  Hubungan Wye-wye (Y-Y)
Pada hubungan bintang-bintang, rasio tegangan fasa-fasa (L-L) pada primer dan sekunder adalah sama dengan rasio setiap trafo. Sehingga, tejadi pergeseran fasa sebesar 30° antara tegangan fasa-netral (L-N) dan tegangan fasa-fasa (L-L) pada sisi primer dan sekundernya.
Hubungan bintang-bintang ini akan sangat baik hanya jika pada kondisi beban seimbang. Karena, pada kondisi beban seimbang menyebabkan arus netral (IN) akan sama dengan nol. Dan apabila terjadi kondisi tidak seimbang maka akan ada arus netral yang kemudian dapat menyebabkan timbulnya rugi-rugi. Hubungan Y-Y pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar 2.14
tegangan masing-masing primer phasa adalah : 
Tegangan phasa primer sebanding dengan tegangan phasa sekunder dan perbandingan belitan transformator maka, perbandingan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder pada transformator hubungan Y-Y adalah :

Gambar 2.14  Transformator 3 phasa hubungan Y-Y.
Hubungan Wye-delta (Y-Δ)
Transformator hubungan Y-Δ,  digunakan  pada  saluran transmisi  sebagai penaik tegangan. Rasio antara sekunder dan primer tegangan fasa-fasa adalah 1/ √3  kali  rasio  setiap  trafo.  Terjadi sudut 30° antara tegangan fasa-fasa antara primer dan sekunder yang berarti bahwa trafo Y-Δ tidak bisa diparalelkan dengan trafo Y-Y atau  trafo Δ-Δ. Hubungan transformator Y-Δ dapat dilihat pada Gambar 2.15. Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan tegangan phasa primer, dan tegangan  kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan phasa , sehingga diperoleh perbandingan tegangan pada hubungan Y-Δ adalah :

Gambar 2.15  Transformator 3 phasa hubungan Y-Δ. 

Hubungan Delta-wye (Δ-Y)
Transformator hubungan Δ-Y, digunakan untuk menurunkan tegangan dari tegangan transmisi ke tegangan rendah. Transformator hubungan Δ-Y dapat dilihat pada Gambar 2.16. Pada hubungan Δ-Y,  tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa primer, dan tegangan sisi sekundernya, maka perbandingan tegangan pada hubungan Δ-Y adalah :
Gambar 2.16  Transformator 3 phasa hubungan Δ-Y. 

Hubungan Delta - delta (Δ-Δ)
Pada transformator hubungan Δ-Δ, tegangan kawat ke kawat dan tegangan phasa sama untuk sisi primer dan sekunder transformator (VRS = VST = VTR = VLN), maka perbandingan tegangannya adalah :
Sedangkan arus pada transformator hubungan Δ-Δ adalah :  
Dimana :
    IL  = arus line to line
    IP  = arus phasa
Gambar 2.17  Transformator  3 phasa hubungan Δ-Δ.

TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
Transformator distribusi merupakan alat yang memegang peran penting dalam sistem distribusi.Transformator distribusi mengubah tegangan menengah menjadi tegangan rendah. Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator  step-down 20KV/400V. Tegangan fasa ke fasa sistem jaringan tegangan rendah adalah 380V. Karena terjadi drop tegangan, maka pada rak tegangan rendah dibuat di atas  380V  agar tegangan pada ujung penerima tidak lebih kecil dari 380V.
Pada kumparan primer akan mengalir  arus jika kumparan primer dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik, sehingga pada inti tansformator yang terbuat dari bahan ferromagnet akan terbentuk sejumlah garis-garis gaya magnet (fluks = Ф).Karena arus yang mengalir merupakan arus bolak-balik, maka fluks yang terbentuk pada inti akan mempunyai arah dan jumlah yang berubah-ubah. Jika arus yang mengalir berbentuk sinusoidal, maka fluks yang terjadi akan berbentuk sinusoidal pula. Karena fluks tersebut mengalir melalui inti yang mana pada inti tersebut terdapat belitan primer dan sekunder, maka pada belitan primer dan sekunder tersebut akan timbul ggl (gaya gerak listrik) induksi, tetapi arah ggl induksi primer berlawanan dengan arah ggl induksi sekunder. Sedangkan frekuensi masing-masing tegangan sama dengan frekuensi sumbernya.

Gambar 2.18  trafo distribusi

No comments:

Post a Comment