vektor diagram

Download Vektor Diagram

Post on 09-Jul-2015

299 views

Category:

Documents

13 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

BAB II TRANSFORMATOR

II.1.

Umum Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang dapat memindahkan

dan mengubah tegangan dan arus bolak-balik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain dengan nilai yang sama maupun berbeda besarnya pada frekuensi yang sama, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti yang terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan itu. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga yang dililitkan pada kaki inti transformator. Transformator digunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya, kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya jarak jauh. Penggunaan transformator yang sangat sederhana dan andal merupakan salah satu alasan penting dalam pemakaiannya pada penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik, karena arus bolakbalik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik terjadi kerugian energi sebesar watt. Kerugian ini akan banyak berkurang apabila tegangan dinaikkan setinggi mungkin. Dengan demikian maka saluransaluran transmisi tenaga listrik senantiasa

5

mempergunakan tegangan yang tinggi. Hal ini dilakukan terutama untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi, dengan cara mempergunakan transformator untuk menaikkan tegangan listrik di pusat listrik dari tegangan generator yang biasanya berkisar antara 6 kV sampai 20 kV pada awal transmisi ke tegangan saluran transmisi antara 100 kV sampai 1000 kV, kemudian menurunkannya lagi pada ujung akhir saluran ke tegangan yang lebih rendah. Transformator yang dipakai pada jaringan tenaga listrik merupakan transformator tenaga. Disamping itu ada jenisjenis transformator lain yang banyak dipergunakan dan pada umumnya merupakan transformator yang jauh lebih kecil. Misalnya transformator yang dipakai di rumah tangga untuk menyesuaikan tegangan dari lemari es dengan tegangan yang berasal dari jaringan listrik umum, transformator yang dipakai pada lampu TL dan transformatortransformator mini yang dipergunakan pada berbagai alat elektronik, seperti pesawat penerima radio, televisi, dan sebagainya.

II.2.

Konstruksi Transformator Pada dasarnya transformator terdiri dari kumparan primer dan sekunder yang

dibelitkan pada inti ferromagnetik. Transformator yang menjadi fokus bahasan disini adalah transformator daya. Konstruksi transformator daya ada dua tipe yaitu tipe inti (core type) dan tipe cangkang (shell type). Kedua tipe ini menggunakan inti berlaminasi yang terisolasi satu sama lainnya, dengan tujuan untuk mengurangi rugi-rugi arus eddy.

6

Tipe inti (Core form) Tipe inti ini dibentuk dari lapisan besi berisolasi berbentuk persegi dan kumparan transformatornya dibelitkan pada dua sisi persegi. Pada konstruksi tipe inti, kumparan mengelilingi inti besi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1Inti Kumparan

Gambar 2.1 Konstruksi transformator tipe inti (core form) Sedangkan konstruksi intinya pada umumnya berbentuk huruf U atau huruf L, dapat kita lihat pada gambar 2.2

Gambar. 2.2 Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk U dan L Tipe cangkang (Shell form) Jenis konstruksi transformator yang kedua yaitu tipe cangkang yang dibentuk dari lapisan inti berisolasi dan kumparan dibelitkan di pusat inti, dapat dilihat pada gambar 2.3.

7

Gambar 2.3 Transformator tipe cangkang (shell form) Pada transformator ini, kumparan atau belitan transformator dikelilingi oleh inti. Sedangkan konstruksi intinya pada umumnya berbentuk huruf E, huruf I atau huruf F seperti terlihat pada gambar 2.4

Gambar 2.4 Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk E, I dan F

II.3.

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

8

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).e=N d dt

Volt .............................................................. (2.1 )

Dimana :

e N

= gaya gerak listrik ( ggl ) [ volt ] = jumlah lilitan

d = perubahan fluks magnet dt

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 )

II.3.1. Keadaan transformator tanpa beban Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoidal, akan mengalir arus primer I0 yang juga sinusoidal,

9

dengan menganggap belitan N1 reaktif murni, I0 akan tertinggal 900 dari V1. Arus primer I0 menimbulkan fluks () yang sephasa dan juga berbentuk sinusoid.I1 V1 N1 E2 V2

E1

N2

Gambar 2.5 Transformator dalam keadaan tanpa beban

= max sin t Wb ......................................................... (2.2)Fluks yang sinusoidal ini akan menghasilkan tegangan induksi 1 (Hukum Faraday).e1 = N 1.e1 = N 1

d dtd max sin t dt

e1 = N1 max cos t (tertinggal 900 dari ) ................... (2.3)e1 = N1 max sin( wt 90)

Dimana : e1 = Gaya gerak listrik induksi N1 = Jumlah belitan di sisi primer = Kecepatan sudut putar = Fluks magnetik

10

Harga efektif:

E1 =

N1 max 2 N1 2 f max 2 N1 2 x 3,14 f max 2 N1 6,28 f max 2

E1 =

E1 =

E1 =

E1 = 4,44 N 1 f max (volt)................................................... (2.4)Dimana : E1 = Gaya geraqk listrik induksi (efektif) f = Frekuensi Bila rugi tahanan dan adanya fluksi bocor diabaikan akan terdapat hubungan:E1 V1 N = = 1 = a .......................................................... .(2.5) E 2 V2 N 2

Dimana : E1 = GGL induksi di sisi primer (volt) E2 = GGL induksi di sisi sekunder (volt) V1 = Tegangan terminal di sisi primer (volt) V2 = Tegangan terminal di sisi sekunder (volt) N1 = Jumlah belitan di sisi primer N2 = Jumlah belitan di sisi sekun a = Faktor transformasi

11

II.3.2. Keadaan transformator berbeban Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, akan mengalir arus I2 pada kumparan sekunder, dimana I 2 =V2 . ZL

2 , 2I1 V1 N1 E1 E2 I2

1

N2

V2

ZL

Gambar 2.6 Transformator dalam keadaan berbeban Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N2 I2 yang cenderung menentang fluks () 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:

I 1 = I 0 + I 2 ' (ampere) .................................................. (2.6)Bila komponen arus rugi tembaga (Ic) diabaikan, maka I0 = Im , sehingga:

I 1 = I m + I 2 ' (ampere) .................................................. (2.7)Dimana: I1 = arus pada sisi primer I0 = arus penguat Im = arus pemagnetan Ic = arus rugi-rugi tembaga

12

II.4.

Rangkaian Ekivalen Transformator Fluks yang dihasilkan oleh arus pemagnetan Im tidak seluruhnya merupakan

Fluks Bersama (M), sebagian darinya hanya mencakup kumparan pimer (1) atau mencakup kumparan sekunder (2) saja dalam model rangkaian ekivalen yang dipakai untuk menganalisis kerja suatu transformator, adanya fluks bocor 1 dengan mengalami proses transformasi dapat ditunjukan sebagai reaktansi X1 dan fluks bocor 2 dengan mengalami proses transformasi dapat ditunjukan sebagai reaktansi X2 sedang rugi tahanan ditunjukan dengan R1 dan R2, dengan demikian model rangkaian dapat dituliskan seperti gambar 2.7

I1

R1

X1

I2 'I0

I2

R2

X2

AC

ImXm Rc

IcN1 N2

ZL

Gambar 2.7 Rangkaian ekivalen sebuah transformator V1= I1R1+I1X1+E1 E1= aE2 E2= I2R2+I2X2+V2 I2= aI2 V1= I1R1+I1X1+a(I2R2+I2X2+V2) V1= I1R1+I1X1+aI2R2+aI2X2+aV2 V1= I1R1+I1X1+a(aI2R2)+a(aI2X2)+aV2 V1= I1R1+I1X1+a2I2R2+a2I2X2+aV2

13

V1= I1R1+I1X1+I2(a2R2+a2X2)+aV2 ................................ (2.8) Apabila semua parameter sekunder dinyatakan dalam harga rangkaian primer, harganya perlu dikalikan dengan faktor a2, dimana a = E1/E2. Sekarang model rangkaian menjadi sebagai terlihat pada gambar berikut.

I1

R1

X1

I2'I0

a2R2

a2X2

AC

ImXm Rc

Ic

a2Z

aV2

Gambar 2.8 Penyederhanaan rangkaian ekivalen transfor