TRANSPORMATOR

TRANSFORMATOR

4.1 Pendahuluan

Transpormator (trafo) pada umumnya banyak dipergunakan untuk sistem tenaga listrik maupun untuk ragkaian elektronik.

Dalam sistem tebaga listrik, trafo dipergunakan untuk memindahkan energi dari suatu rangkain listrk kerangkaian listrik berikutnya tanpa merubah frekuensi. Biasanya dapat menaikan atau menurunkan tegangan maupun arus, sehingga memungkinkan transmisi ekstra tinggi, pemakain pada siste tenaga dapat dibagi:

a. Trafo penaik tegangan (step up) atau disebut trafo daya, untuk menaikan teganganpembangkitan menjadi tegangan transmisi.b. Trafo penurun tegangan (Step down), dapat disebut trafo distribusi, untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi.

c. Trafo instrumen, untuk pengukuran yang terdiri dari trafo tegangan dan trafo arus, dipakai meurunkan tegangan dan arus agar dapat masuk ke meter-meter pengukur.

Trafo pada sistem tenaga untuk kapasitas besar dapat dihubungkan tiga fase dan untuk kapasitas kecildapat dihubungkan satu fase.

Dalam rangakain elektronik, trafo dipergunakan sebagai gandenagn impedans antara sumber dan beban, memisahkan satu rangkaian dari rangakaian yang lain, dapat menghambat arus searah sambil melakukan arus bolak-balik, daya cukup kacil.4.2 KONSTRUKSI TRANSPORMATOR.Umumnya konstruksi trafo daya secara singkat terdiri dari:

a. inti yangterbuat dari lembaran-lembaran plat besi lunak atau baja silikon yang diklem jdi satu.

b. Belitan dibuat dari tembaga yang cara membelitkan pada inti dapat konsentris atau sepiral.

c. Sistem pendinginan pada trafo-trafo dengan daya yang cukup besar.

d. Busing untuk menghubungkan rangkain dalam trafo dengan rangkaian luar.Antara inti dan belitan akan memberikan dua jenis trafo berikut,

a. jenis inti (core type) yakni belitan mengelilingi inti lihat gambar 4-1, untuk trafo dengan daya dan tegangan yang tinggi.

b. jenis cangkan (shell type) yakni inti mengelilingi nbelitan, lihat gambar 4-2, untuk trafo yang mempunyai daya dan teganagn rendah.

4-3. PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR.

Prinsip kerka trafo berdasarkan induksi elektro magnit, untuk memahami prinsip kerja tersebut lihat gambar 4-3 berikut,

Sisi belitan X1 X2 adalah sisi tegangan rendah dan sisi belitan H1 H2 adalah sisi tegangan tinggi.

Bila salahsatu sisi, baik sisi tegangan tinggi (TT), maupun sisi tegangan rendah (TR) dihubungkan dengan sumber tegangan bolak balik, maka sisi tersebut dengan sisi primer, sedangkan sisi lain yang dihubungkan dengan beban disebut sisi skunder.

Sisi belitan X1 X2 dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik sebesar V1=Vp, maka fluk bolak balik akan dibangtkitkan pada inti sebesar mm = mw akan melingkar dan menghubungkan belitan kawat sekunder serta menghasilkan tegangan induksi (EMF=GGL) balik pada belitan primer sebesar E1=Ep, naupun pada belitan skunder sebesar E2 = Es, yang akan mengikuti persamaan seperti berikut,E1 = Ep = 4,44 x f x Np x mm x 10-8 volt

atau

E2 = Ep = 4,44 x f x Np xmm volt ..................................................... (4-1)

E2=Es = 4,44 x f x Ns x mm volt

Atau E2 = Es = 4,44 x f x N8 x mw volt ................................(4-2)

Dengan

E1 = Ep= EMF (GGL) atau tagangan induksi yang dibangkitkan pada belitan pada belitan primer.E2 = Es= EMF (GGL) atau tegangan induksi yang dibangkitkan pada belitan skunder.

N1 = Np= banyaknya lilitan pada lilitan primer.

N2 = Ns= banyaknya lilitan pada lilitan skunder.

mm= fluks maksimum dalam besaran maxwell.mw= fluks maksimum dalam besaran weber.f= prekuensi arus dan tegangan sistem.

V1 = Vp= tegangan sumber yang masuk di primer.

V2 = Vs= tegangan sekunder ke beban.

Fliks maksimum dalam besaran maxwell dan fluks maksimum dalam besaran weber, hubungannya akan mengikuti persamaan berikut.mm = mw = Bm xA.............................................................(4-3)

Dengan,Bm= kerapatan fluks maksimum.A= luas penampang dari inti dalam m2

Untuk trafo ideal diatas berlaku persamaan berikut,

V1 = E1 = Vp = Ep dan V2 = E2 = Vs = Es..................................(4-4)

Contoh soal :

a. Suatu trafo ideal 60 Hz, beliltan primer mempunyai jumlah lilitan sebanyak 4800, diberi tegangan sumber sebesar 2300 volt, hitung;

b. fluks (mm)

c. lilitan sekunder bila tegangannya 230 volt.Penyelesaian:

a. V1 = E1 = 2300 volt

N1 = Np + 4800 ;f = 60 Hz

E1 = 4,44 x f Np x mm x 10-8 Volt 2300 = 4,44 x 60 x 4800 x mm x 10-8 volt

mm =

b. E2 = 4,44 x f x Ns x mm x10-8 volt

230 = 4,44 x 60x Ns x 1,8 x 105 x 10-8 volt

Ns =

Contoh soal 4-2 :

Fluks maksimum pada inti pada transformator 60Hz sebesar 3,76 x 106 maxwell. Trafo tersebut mempunyai lilitan primer sebeesar 1320 dan lilitan skunder sebanyak 46. hitung tegangahn induksi pada primer dan skunder htrafo.

Penyelesaian:

mm = 3,76 x 106 maxwell

N1=1320 lilitan ; N2 = 46 lilitan

f= 60 Mhz

E1= 4,44 x f x mm x N1 x 10-8 volt

= 4,44 x 60 x 3,76 x 106 x 1320 x 1-8 volt

= 1320 volt

E2= 4,44 x f x mm x N2 x 10-8 volt

= 4,44 xx 60 x 3,76 x 106 x 46 x 10-8 volt

= 460 volt

Tegangan induksi pada primer 13200 volt dan teganagn induksi pada skunder 460 volt.

4.4 PERBANDINGAN TRANSFORMATOR

Dari pesamaan (4-1) dan persamaan (4-2) didapatkan perbandingan EMF pada primer dan skunder sama dengan perbandingan banyaknya llitan dan skunder merupakan perbandingan (ratio) transpormasi dari transpormator dan dinyatakan oleh persamaan berikut.

Berdasarkan persamaan (4-4) maka untik trafo ideal berlaku perbandingan transformasi berikut.

Jika rugi-rugi trafo tidak diperhitungkan dan efisiansi dianggap 100% maka :

E1 x I1 x PF1 x = E2 x I2 x PF2..............(4-7)

Secara praktis faktor daya frimer (PF1) sama dengan faktor dayander (PF2) sehingga:

E1 x I1 = E2 x I2 ..................................(4-8)

Atau

Contoh soal 4-3

Suatu trafo ideal satu fase mempunyai 200 lilitan pada belitan primer dan 100 lilitan pada skunder, jika belitan primer dihubungkan dengan tegangan sumber besar 200 volt dan arus beban skunder 20 Ampere, hitung:

a. arus primer

b. tegangan skunderpenyelesaian :a. N1 = 200 lilitan ; N2 = 100 lilitan

E1 = 200 volt ; I2 = 20 Ampere

a =

I2 / I1 = a ( 20 / I1 = 2 ( I1 = 10 amperb. E1 / E2 = a ( E2 = 200/2 = 100 volt

Conttoh soal 4-4 :

Suatu trafo ideal satu fase mempunyai 400 lilitan primer dan 1000 lilitan skunder, luas penampang inti 60 cm2. jika belitan primer dihubungkan pada sumber tegangan 520 volt dan frekuensi 50 Hz, hitung: a. harga maksimum kerapan fluks pada inti.

b. Tegangan induksi padabelitan skunder.

Penyelesaian:

a. E1 = 4,44 x f x N1 x mw volt

= 4,44 xf N1 x Bm x A volt

520 = 4,44 x 50 x 400 x Bm x (60x x 10-4)

Bm= 0,976 weber / m2Tegangan induksi pada belitan skunder 1300 volt

4-8. Efisiensi Transfomator

Efisiensi dari setiap peralatan dalam bidang tekhnik adalah daya keluaran dibagi dengan daya masukan (input), dapat dinyatakan dalam persen (%) atau denagan persamaan :

Efisiensi () = daya keluaran X 100 % . (4-10) Daya masukkan

Dari pengujian beban nol dan pengujian hubung singkat didapatkan rugi total pada trafo sehingga :

Daya masukan = Daya keluaran + ( Rugi ...............(4-11)

Dengan demikian efisiensi trafo berdasarkan rugi-rugi yang ada :

Efisiensi () = daya masukan rugi rugi x 100% Daya masukan

Atau

Efisiensi () = [daya keluaran] X 100 % ..(4-12) [daya keluaran] + rugi

Daya keluaran trafo dalam besaran watt,

Po = V2 I2 cos Q2

Rugi trafo :

a. Rugi inti Pc = Wo dari pengujian beban nol

b. Rugi tembaga = I22 Re2 dari pengujian hubung singkat.

Berdasarkan daya keluaran dan rugi-rugi maka efisiensi trafo :

% = V2 + 122 cos 2 (100) (4-35) V2 I2 cos 2 + Pc + I22 re2

Contoh soal 4-8 :

Suatu trafo satu fase 25 kva ; 2200/220 voltmempunyai resitans primer 1,0 ohm dan resistans sekunder 0,01 ohm. Hitung efisiensi pada waktu beban penuh dengan faktor daya 0,8 jika rugi inti dari trafo sama dengan 80 % dari rugi tembaga pada waktu beban penuh .Penyelesaian :

a = 2200/220 = 10 ; Re2 = R2 + R1/A2

R = 0,01 + 1/100 = 0,02 ohm

Arus beban penuh sekunder I2 = 0,01 + 1/100 = 0,02 ohm

Rugi tembaga pada waktu beban penuh

Peu =I22 R2 = (113,6)2 x 0,02 = 258 wattRugi inti Pe = 80 % x 258 =206,4 watt

Rugi total = 258 +206,4 = 464,4 watt

Daya output = Po = V2 I2 cos O2 = 25x 0,8 kw

= 20.000 watt

Efisiensi ((%) = 20.000 x 100/20.000 + 464,4 = 97,7 %

Pada trafo yang komersial dikenal efisiensi sepanjang hari atau efisiensi operasional selama 24 jam dengan persamaan :

all day = energi keluaran dala KWH ...........(4-36) energi masukan dalam KWH

Contoh soalSuatu trafo satu fase, 5 kva mempunyai rugi inti 35 watt dan rugi tambaga 40 watt pada waktu beban penuh, trafo bekerja dengan takaran kva penuh dan faktor daya 0,8 mengikut untuk 6 jam, kemudian bekerja dengan setengah takaran kva untuk 12 jam pada faktordaya 0,5 mengikut selanjutnya tidak berbeban selama 6 jam.

Hitung efisiensi sepanjang hari trafo tersebut.

Penyelesaian :

Rugi tembaga pada beban penuh = 40 watt

Rugi tembaga setengah beban penuh = (0,5)2 x 40 = 10 watt

Rugi tembaga beban penuh selama 6 jam = 6 x 40 = 240 watt

Rugi tembaga 0,5 beban penuh selama 12 jam

= 12 x 10 = 120 watt

Rugi tembaga total selama 24 jam

= 240 + 120 = 360 watthour = 0,36 kwh

Rugi inti selama 24 jam = 24 x 35 = 840 wh n= 0,84 kwh

Rugi total selama 24 jam = 0,36 + 0,84 = 1,2 kwh

Energi keluaran selama 24 jam = 6 x daya keluaran pada waktu beban penuh + 12x setengah daya keluaran beban penuh = 6 x 5 x 0,8 + 12 x 2,5 x 0,5 = 39 kwh.Efisiensi sepanjang hari :( all day = 39 / 39 + 1,2 x 100= 97 %

4-9. Transformator tiga fase

Pembangkitan tenaga listrik dan pengirimannya sampai konsumen, biasanya dilakukan dalam sistem tiga fase pada pembangkit untuk menaikan tegangan dari tegangan pembangkitan menjadi tenaga tranmisi, juga didistribusi untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan sub transmisi maupun ke tegangan distribusi.

Kontruksi trafo 3 fase sama halnya seperti pada trafo satu fase yang terdiri dari jenis inti dan jenis cangkakng, juga dapat disusun dari tiga trafo satu fase menjadi satu trafo 3 fase.

Dalam hal kontroksi satu trafo 3 fase yang disusun dari 3 trafo satu fase, maka ketiga trafo satu fase tersebut harus identik, kalau tidak maka akan timbul kesalahan yang fatal, apalagi kalau kapasitas trafo tersebut cukup besar.

Pemilihan apakah mempergunakan satu trafo tiga fase yang terpadu atau satu trafo tiga fase yang disusun dari tiga trafo satu fase disesuaikan dengan kebutuhan.

Dalam bidang ketenagaan listrik, untuk tegangan sistem dibawah 230 kv, dapat dipergunakan satu kesatuan trafo tiga fase terpadu, tetapi untuk tegangan sistem lebih tinggi dari 230 kv dapat mempergunakan satu trafo tiga fase yang disusun dari tiga buah trafo satu fase, karena masalah pengangkutan dar pabrik pembuatan ke lokasi dimana akan dipasang.Adapun hubungan trafo 3 fase adalah sebagai berikut :

1. Tiga fase hubungan bintang/bintang (Y/Y)2. Tiga fase hubungan delta/delta ((/()

3. Tiga fase hubungan bintang /delta (Y/() atau sebaliknya delta/bintang ((/Y)

4. Tiga fase hubungan delta terbuka (V/V)

5. Tiga fase hubungan Scott (T/T)

2300 x 108

= 1,8 x 105 maxswell

4,44 x 60 x 4800

2300 x 108

= 480 lilitan

4,44 x 60 x 1,8

E1 N1

= = a (4-5)

E2 N2

E1 V1 N1

= = = a --------(4-6)

E2 V2 N2

E1 I2

= .. (4-9)

E2 I1

N1 200

= = 2

N2 100

PAGE 237