trafo distribusi
TRANSCRIPT
TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
A. TUJUAN PERCOBAAN
Setelah melakukan praktikum,mahasiswa diharapkan dapat :
1. Menentukan karakteristik-karakteristik trafo 3 fasa pada berbagai jenis
pembebanan.
2. Mengetahui rugi-rugi transformator pada berbagai jenis hubungan
transformator 3 fasa.
3. Mengetahui besarnya efisiensi transformator pada berbagai jenis
hubungan transformator.
B. TEORI DASAR
1. Pengertian Transformator
Transformator adalah suatu alat untuk memindahkan daya listrik
arus bolak-balik dari suatu rangkaian ke rangkaian lainnya secara
induksi elektromagnetik.
Transformator dapat dibedakan atas beberapa klasifikasi,yaitu trafo
daya;trafo distribusi dan trafo instrumentasi.Trafo yang akan
dipraktekkan adalah trafo distribusi.Transformator distribusi adalah trafo
yang memindahkan besaran tegangan yang besarnya di atas 1 MVA, dan
umumnya dipakai pada saluran transmisi.
Pada dasarnya,suatu transformator itu terdiri dari dua atau lebih
kumparan yang dihubungkan oleh medan magnetik bersama (mutual
magnetic field).Bila satu diantara kumparan inti,yang primernya
dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik,akan timbul fluks
bolak-balik yang amplitudonya bergantung pada tegangan primer dan
jumlah lilitan.Fluks bersama akan menghubungkan kumparan yang lain,
yang sekundernya akan menginduksikan tegangan di dalamnya yang
nilainya bergantung pada jumlah lilitan sekunder.
2. Prinsip Kerja
Transformator distribusi bekerja berdasarkan prinsip induksi
elektromagnetik dengan adanya gandengan magnet antara dua sisi,yaitu sisi
primer dan sisi sekunder,dimanagandengan ini dapat berupa tipe cangkang dan
tipe inti yang secara skema dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 1. Skema prinsip kerja transformator.
Dimana: V1 = Tegangan pada sisi masukan (primer)
V2 = Tegangan pada sisi keluaran (sekunder)
N1 = Jumlah lilitan pada sisi primer
N2 = Jumlah lilitan pada sisi sekunder
e1 = GGL yang timbul pada sisi primer
e2 = GGL yang timbul pada sisi sekunder
Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan, maka
akan mengalir arus bolak-balik I1 pada kumparan tersebut.Oleh karena itu
kumparan mempunyai inti,arus I1 menimbulkan fluks magnet yang juga
berubah-ubah pada intinya.Akibatnya adanya fluks magnet yang berubah-
ubah pada kumparan akan timbul GGL induksi e1.
V1 e1 N1 N2
Arah fluks
e2 V2
Besarnya GGL induksi pada kumparan primer adalah :
......................................... (1)
Dimana: e1 = GGL induksi pada kumparan primer
N1 = Jumlah lilitan kumparan primer
dΦ = Perubahan garis-garis gaya magnet dalam satuan weber
(1 weber = 108 maxwell)
dt = Perubahan waktu dalam detik
Besarnya GGL induksi pada kumparan sekunder adalah :
...................................... (2)
Dimana : N2 = Jumlah lilitan kumparan sekunder.
Harga efektifnya adalah :
=
= ........................................... (3)
Persamaan di atas menyatakan hubungan antara GGL (e) dan fluks (Φ)
serta belitan (N).Untuk sisi masukan besarnya fluks yang dihasilkan dapat
dituliskan:
...................................................
(4)
Untuk sisi keluaran tegangan GGL yang dihasilkan oleh fluks yang
mengalir dalam rangkaian magnetik dapat dituliskan :
= ...............................................
(5)
Perbandingan transformator dapat dituliskan sebagai berikut :
........................................ .(6)
Dimana: a = Perbandingan trafo
e1 = GGL pada sisi primer
e2 = GGL pada sisi sekunder
N1 = Jumlah lilitan belitan primer
N2 = Jumlah lilitan belitan sekunder
V1 = Tegangan yang timbul pada sisi primer
V2 = Tegangan yang timbul pada sisi sekunder
I1 = Arus yang timbul pada sisi primer
I2 = Arus yang timbul pada sisi sekunder
3. Rangkaian Ekivalen
Tidak seluruh fluks (Φ) yang dihasilkan oleh arus pemagnetan Im
merupakan fluks bersama (Φm), sebagian dari padanya hanya mencakup
kumparan primer (Φ1) atau kumparan sekunder saja (Φ2).Dalam model
rangkaian (rangkaian ekivlen) yang dipakai untuk menganlisa kerja suatu
transformator,adanya fluks bocor Φ1 dan Φ2 ditunjukkan sebagai reaktansi X1
dan X2.Sedangkan rugi tahanan ditunjukkan dengan R1 dan R2.Dengan
demikian model rangkaian dapt dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 2. Rangkaian ekivalen transformator.
R1 X1 I1
Rc
IC
Xm
Im
E1 E2
I2 R2 X2
Z
N1 N2
V1
Keterangan gambar:
V1 = Tegangan sumber
R1 = Tahanan belitan peimer
R2 = Tahanan belitan sekunder
X1 = Reaktansi belitan primer
X2 = Reaktansi belitan sekunder
I1 = Arus primer
I2 = Arus sekunder
Rc = Tahanan inti besi
Xm= Reaktansi inti besi
Ic = Harga arus yang membentuk rugi-rugi inti besi dalam
pembentukan magnet
Im = Harga arus efektif di dalam pembentukan magnet
e1 = GGL induksi pada kumparan primer
e2 = GGL induksi pada kumparan sekunder
N1 = Jumlah lilitan pada kumparan primer
N2 = Jumlah lilitan pada kumparan sekunder
Z = Beban
4. Rugi-rugi Trafo
Rugi-rugi trafo yang berupa rugi inti atau rugi bsi dan rugi yang terdapat
pada kumparan primer dan sekunder.Untuk mengurangi rugi besi haruslah
diambil inti besi yang penampangnya cukup besar agar fluks magnet mudah
mengalir di dalamnya.Untuk memperkecil rugi tembaga,harus diambil kawat
tembaga yang luas penampangnya cukup besar untuk mengalirkan arus yang
diperlukan.Rugi inti terdiri dari rugi arus Eddy dan rugi hysterisis.Rugi arus
Eddy timbul akibat adanya arus pusar inti yang dapat menghasilkan
panas.Adapun arus pusar inti ditentukan oleh tegangan induksi pada inti pada
inti yang menghasilkan perubahan –perubahan fluks magnet.Rugi hysterisis
merupakan rugi tenaga yang disebabkan oleh flukd magnet bolak balik.
Gambar 3. Proses timbulnya rugi-rugi inti dan rugi-rugi tembaga.
Rugi tembaga (PCU)
Rugi-rugi tembaga merupakan rugi-rugi yang disebabkan oleh arus beban
yang mengalir pada kawat yembaga.
................................................... (7)
Rugi besi (Pm)s
......................................
...(8)
Untuk mencari besarnya efisiensi pada trafo dapat kita lihat pada
persamaan berikut ini:
......
(9)
Dimana:
5. Hubungan – hubungan Transformator 3 fasa
Sunber Kumparan primer
Fluks Bersama
Kumparan Sekunder
Beban
Rugi TembagaRugi Tembaga
Fluks Bocor Fluks Bocor
Rugi inti = Hysterisis + Arus Eddy
Ada empat cara merangkai belitan primer dan sekunder pada trafo 3 fasa
untuk memindahkan energi dari sistem tiga fasa ke sistem 3 fasa yang lain,
diantaranya adalah sebagai berikut.
1) Hubungan Y - ∆
Diagram penyambungan untuk hubungan ini dimana polaritas semuanya
adalah subtraktif dan juga terlihat kedudukan relatif dari tegangan-tegangan
jaringan (antara fasa/line to line) dan tegangan-tegangan perfasa (fasa ke
netral) terlihat bahwa terdapat pergeseran 30o antara tegangan jaringan primer
dengan sekunder,jika tegangan jaringan adalah V1 dan V2 maka trafo harus
dirancang agar primernya bekerja pada tegangan V1 / dan sekundernya
pada V2 seperti pada gambar nerikut:
R
t
s
r
T
S
Gambar 4. Trafo hubungan Y - ∆ .
2) Hubungan ∆ - Y
Dengan kembali menganggap bahwapolaritas semua trafo adalah
subtraktif.Diagram penyambungan ini menunjukkan menunjukkan hungan
waktu fasa antara tegangan primer dan sekunder disini terdapat pergeseran
sudut 90O,tetapi arahnya berlawanan dengan gambar 4.4.Trafo dirancang agar
primernya bekerja pada tegangan V1 dan sekundernya bekerja pada tegangan
V2 .
R
ST
W1 U1 V1 W1 U1 V1
V2 W2 U2
IT
IS
PRIMER
V2 W2 U2
IW
IU
IV
SEKUNDER
IR
R
S
R
s
t
r
Gambar 5. Trafo hubungan ∆ - Y
3) Hubungan Y – Y
Pada hubungan ini terminal-terminak ditandai secara subtraktif sesuai
aturan dengan tegangan primernya ditentukan R,S dan T sedangkan
sekundernya adalah r,s dan t .Perlu diingat bahwa jika tegangan primer adalah
P1 dan tegangan sekundernya adalah V2 maka tegangan primer dan sekunder
pada setiap trafo adalah V1 / dan V2 .
W1 U1 V1 W1 U1 V1
R
ST IT
IS
PRIMER
IW
IU
IV
SEKUNDER
V2 W2 U2
R
t
s
r
T
S
Gambar 6. Trafo hubungan Y – Y.
4) Hubungan ∆ - ∆
Pada gambar di bawah ini masing-masing polaritas dihubungkan secara
baik pada sisi primer dan sekundernya.Semua belitan primer dirncang untuk
bekerja pada tegangan V1 sedangkan belitan sekundernya dirancang untuk
mampu bekerja pada tegangan penuh V2.
W1 U1 V1 W1 U1 V1
R
ST IT
IS
PRIMER
IW
IU
IV
SEKUNDER
V2 W2 U2
R
t
s
r
T
S
Gambar 7. Trafo hubungan ∆ - ∆.
6. Pengujian Trafo
1) Beban Nol / Tanpa beban
Percobaan ini mempunyai beberapa tujuan diantaranya :
1. Membandingkan nilai tegangan primer dan tegangan sekunder.
2. Mengetahui karakteristik tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder.
Untuk selanjutnya percobaan beban nol dapat kita lihat pada gambar
rangkaian di bawah ini.
Gambar 8. Rangkaian pengujian tanpa beban.
W1 U1 V1 W1 U1 V1
R
ST IT
IS
PRIMER
IW
IU
IV
PRIMER
V2 W2 U2 V2 W2 U2
A
AV2V1
2) Berbeban
Percobaan berbeban dilakukan dengan tujuan yaitu :
1. Untuk mengetahui karakteristik suatu tarnsformator.
2. Untuk mengetahui rugi-rugi pada transformator.
3. Untuk mengetahui efisiensi transformator.
Rangkaian untuk percobaan berbeban dapat dilihat pada gambar di bawah
ini.
(a)
(b)
Gambar 9. Rangkaian pengujian berbeban.
A
V1 V2
R
L
C
aA
Untuk selanjutnya beban dapat diganti-ganti dengan beban R – C ; R – L ; dan
R – L – C . Kesemuanya ini dilakukan agar pada setiap pembebanan dapat
diketahui perubahan arus yang terjadi.
C. ALAT DAN BAHAN
1. Trafo 3 Ø 1 buah
2. Regulator 3 Ø 1 buah
3. Wattmeter 2 buah
4. Amperemeter 6 buah
5. Voltmeter 8 buah
6. Multimeter 1 buah
7. Beban R, L dan C masing-masing 1 buah
8. Kabel secukupnya.
D. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Percobaan Beban Nol
a. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
b. Membuat rangkaian seperti pada gambar 10. (Trafo dihubung Y - Y).
c. Jika rangkaian sudah benar,memberi suplay tegangan (VL-N) sebesar 30
V.
d. Mencatat semua pembacaan alat ukur ke dalam tabel pengamatan
yang telah disediakan.
e. Mengulangi prosedur 3 dan 4 untuk suplay tegangan 40, 50, 60, dan
70 V.
f. Mengulangi prosedur 2 sampai 5 untuk hubungan trafo yang lainnya.
g. Percobaan selesai.
2. Percobaan Berbeban
a. Membuat rangkaian seperti pada gambar 10. (Trafo dihubung Y – Y).
Dengan beban R dan C.
b. Jika rangkaian sudah benar, memberi suplai tegangan (VL-L) sebesar
90 V.Memutar selektor pembebanan mulai dari 1, 2, 3, 4 dan 5.
c. Mencatat semua pembacaan alat ukur ke dalam tabel pengamatan
yang telah tersedia.
d. Percobaan selesai.
F. DATA HASIL PERCOBAAN TANPA BEBAN
a. Hubungan Y-Y (Y380 / Y220)Primer SekunderV1 (V) V2 (V) V3 (V) V12 (V) V23 (V) V31 (V) V1 (V) V2 (V) V3 (V) V12 (V) V23 (V) V31 (V)30 30 30 56 56 56 18 18 18 33 33 3340 40 40 75 75 75 24 24 24 44 44 4450 50 50 90 90 90 29 29 29 54 54 5460 60 60 107 107 107 34 34 34 64 64 6470 70 70 125 125 125 40 40 40 74 74 74
catatan : rasio belitan (a = 1.73)
b. Hubungan Y- (Y380 / 127)Primer Sekunder
V1 (V) V2 (V) V3 (V) V12 (V) V23 (V) V31 (V) V12 (V)V23 (V) V31 (V)
30 30 30 59 59 59 20 20 2040 40 40 75 75 75 25 25 2550 50 50 92 92 92 31 31 3160 60 60 108 108 108 37 37 3770 70 70 127 127 127 42 42 42
catatan : rasio belitan (a = 2.99)
c. Hubungan -Y ( 220 / Y 220)Primer Sekunder V12 (V) V23 (V) V31 (V) V1 (V) V2 (V) V3 (V) V12 (V) V23 (V) V31 (V)30 30 30 18 18 18 31 31 3140 40 40 23 23 23 41 41 4150 50 50 29 29 29 52 52 5260 60 60 34 34 34 61 61 6170 70 70 41 41 41 73 73 73catatan : rasio belitan (a = 1)
d. Hubungan - (220 / 127)Primer SekunderV12 (V) V23 (V) V31 (V) V12 (V) V23 (V) V31 (V)30 30 30 18 18 1840 40 40 24 24 2450 50 50 30 30 3060 60 60 35 35 3570 70 70 41 41 41catatan : rasio belitan (a = 1.73)
G. ANALISA HASIL PERCOBAAN TANPA BEBAN
a. Hubungan Y-Y (Y380 / Y220) dengan a =1,73
Mencari perbandingan belitan trafo hubungan Y-Y berdasarkan hasil
percobaan (data ke-1) , jika diketahui pada sisi primer V12 = 56 dan pada
sisi sekunder V12 = 33
maka,
Berikut tabel hasil perbandinagan belitan trafo hubungan Y-Y
Primer Sekunder aV1 (V) V12 (V) V1 (V) V12 (V)30 56 18 33 1,6940 75 24 44 1,750 90 29 54 1,6660 107 34 64 1,6770 125 40 74 1,68a rata-rata 1,68Grafik hubungan V12 (primer) dan V12 (sekunder)
Penjelasan Grafik :
Grafik diatas menunjukkan tegangan keluaran sisi sekunder lebih kecil
dari pada tegangan sisi primer (trafo berfungsi sebagai step down) dengan
perbandingan belitan a = 1,68b. Hubungan Y-∆ (Y380 / Y127) dengan a = 2,99
Mencari perbandingan belitan trafo hubungan Y-∆ berdasarkan hasil
percobaan (data ke-1) , jika diketahui pada sisi primer V12 = 59 dan pada
sisi sekunder V12 = 20
maka,
Berikut tabel hasil perbandinagan belitan trafo hubungan Y-∆
Primer SekunderV12 (V) aV1 (V) V12 (V)30 59 20 2,9540 75 25 350 92 31 2,9660 108 37 2,9170 127 42 3a rata-rata 2,964
Grafik hubungan V12 (primer) dan V12 (sekunder)
Penjelasan Grafik :
Grafik diatas menunjukkan tegangan keluaran sisi sekunder lebih kecil
dari pada tegangan sisi primer (trafo berfungsi sebagai step down) dengan
perbandingan belitan a = 2,964c. Hubungan ∆-Y (Y220 / Y220) dengan a = 1
Mencari perbandingan belitan trafo hubungan ∆-Y berdasarkan hasil
percobaan (data ke-1) , jika diketahui pada sisi primer V12 = 30 dan pada
sisi sekunder V12 = 31
maka,
Berikut tabel hasil perbandinagan belitan trafo hubungan ∆-Y
SekunderV12 (V) Primer aV1 (V) V12 (V)30 18 31 0,9640 23 41 0,9750 29 52 0,9660 34 61 0,9870 41 73 0,95a rata-rata 0,964
Grafik hubungan V12 (primer) dan V12 (sekunder)
Penjelasan Grafik :
Grafik diatas menunjukkan tegangan keluaran sisi sekunder sama dengan
tegangan sisi primer (trafo tidak berfungsi sebagaimana mestinya karena
tidak menaikkan dan menurunkan tegangan) dengan perbandingan belitan
a = 0,964d. Hubungan ∆-∆ (Y220 / Y127) dengan a =1,73
Mencari perbandingan belitan trafo hubungan ∆-∆ berdasarkan hasil
percobaan (data ke-1) , jika diketahui pada sisi primer V12 = 30 dan pada
sisi sekunder V12 = 18
maka,
Berikut tabel hasil perbandinagan belitan trafo hubungan Y-Y
PrimerV12 (V) SekunderV12 (V) a30 18 1,6640 24 1,6650 30 1,6660 35 1,7170 41 1,70a rata-rata 1,678
Grafik hubungan V12 (primer) dan V12 (sekunder)
Penjelasan Grafik :
Grafik diatas menunjukkan tegangan keluaran sisi sekunder lebih kecil
dari pada tegangan sisi primer (trafo berfungsi sebagai step down) dengan
perbandingan belitan a = 1,678H. KESIMPULAN PERCOBAAN TANPA BEBAN
1. Untuk Hubungan Y–Y (380 V/220 V dengan a = 1,73)
hasil perhitungan perbandingan trafo pada sisi primer dan sisi sekunder
adalah 1,68 (a rata-rata), jadi trafo ini bertfungsi sebagai trafo step down
a>1.
2. Untuk hubungan Y–Δ (380 V/127 V dengan a = 2,99)
hasil perhitungan perbandingan trafo pada sisi primer dan sisi sekunder
adalah 2,964 (a rata-rata), jadi trafo ini berfungsi sebagai trafo step down
a>1.
3. Untuk hubungan Δ–Y (220 V/220 V dengan a = 1) hasil
perhitungan perbandingan trafo pada sisi primer dan sisi sekunder adalah
0,964 (a rata-rata), jadi trafo dengan hubung ini tidak berfungsi
sebagaimana trafo pada umumnya karena tidak menaikkan dan
menurunkan tegangan a = 1.
4. Untuk hubungan Δ–Δ (220 V/127 V dengan a = 1,73)
hasil perhitungan perbandingan trafo pada sisi primer dan sisi sekunder
adalah 1,678 (a rata-rata), jadi trafo ini berfungsi sebagai trafo step down
a>1.
I. DATA HASIL PERCOBAAN BERBEBAN
R CPRIMER SEKUNDER
KET.V1
(V)V2
(V)V3
(V)V12
(V)V23
(V)V31
(V)I1
(A)I2
(A)I3
(A)V1
(V)V2
(V)V3
(V)V12
(V)V23
(V)V31
(V)I1
(A)I2
(A)I3
(A)IN
(A)P1
(W)111 111 90 90 90 156 156 156 0,1 0,1 0,1 52 52 52 95 95 95 0.16 0,19 0,19 0 4
Seimbang222 222 90 90 90 156 156 156 0,18 0,18 0,18 52 52 52 95 95 95 0,29 0,38 0,35 0 3333 333 90 90 90 156 156 156 0,31 0,31 0,31 52 52 52 95 95 95 0,55 0,55 0,5 0 4444 444 90 90 90 156 156 156 0,41 0,41 0,41 52 52 52 95 95 95 0,74 0,74 0,67 0 4555 555 90 90 90 156 156 156 0,51 0,51 0,51 52 52 52 95 95 95 0,94 0,92 0,84 0 3
catatan : trafo dihubung Y-Y dan beban R diseri dengan beban C (hubung Y)
J. ANALISA HASIL PERCOBAAN BERBEBAN
a. Menghitung cos ø pada sisi beban
Sebagai contoh analisa data, maka diambil data ke-1 untuk hubungan
Y–Y.
Dik : P1 = 4 Watt
V1 = 52 Volt
I1 = 0.16 A
Dit : cos ø = ... ?
Peny :
Cos =
=
Ø = 0,48
Dengan menggunakan cara yang sama, maka hasil analisa untuk mencari
cos ø pada sisi beban trafo dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Jenis bebanP1 (W) V1 (V) I1 (A) cos ø Ket.
R C
111 111 4 52 0,16 0,48
Seimbang222 222 3 52 0,29 0,19333 333 4 52 0,55 0,13444 444 4 52 0,74 0,1555 555 3 52 0,94 0,06
cos ø rata-rata 0,192
b. Pembuktian In
Sebagai contoh analisa data, maka diambil data ke-1.
Dik : I1 = 0,16 A
I2 = 0,19 A
I3 = 0,19 A
Dit : In secara teori ?
Penye : In = I1 + I2 + I3
= 0,16 < 0o + 0,19 < 120o + 0,19 <240o
= (0,16 + j 0) + (-0,095+ j 0,16) + (-0,095 – j 0,16)
= -0,03 + j 0
= 0,03 < 180o
In = 0,03 < 180º A
Dengan menggunakan cara yang sama, maka hasil analisa untuk mencari
In teori dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
No. Beban In teori (A) ǀIn teoriǀ (A) In praktikum (A)
1.
R-C seimbang
0,03 < 180º 0,03 0
2. 0,077 < 165,06º 0,077 0
3. 0,047 < 57,99º 0,047 0
4. 0,069 < 59,74º 0,069 0
5. 0,092 < 49,38º 0,092 0
Pembahasan Tabel hasil analisa data :
Pada percobaan beban seimbang didapatkan IN (TEORI) ≈ IN (PRAKTIKUM),
dimana beban seimbang IN = 0.
K. KESIMPULAN PERCOBAAN BERBEBAN
1. Pada percobaan beban seimbang secara teori dan perhitungan didapatkan
tidak ada arus yang mengalir ke titik netral (hubungan Y) atau IN = 0.
2. Hasil analisa pembuktian IN = 0 didapatkan IN (TEORI) ≈ IN (PRAKTIKUM).
Berikut data perbandingan In secara teori dan In praktikum.
In teori (A) In praktikum (A)
0,03 0
0,077 0
0,047 0
0,069 0
0,092 0
3. Untuk percobaan beban seimbang ini didapatkan cos ø rata-rata beban
sebesar 0,192.