Post on 14-Dec-2015
description
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
PRAKTIKUM I
KONSTANTA TRANSFORMASI
I. TUJUAN
Menghitung perbandingan antara :
Belitan primer dan belitan sekunder.
Tegangan primer dan tegangan sekunder.
Arus primer dan arus sekunder.
Tegangan induksi primer dan tegangan induksi sekunder.
Yang disebut dengan konstanta transformasi : a
Menghitung parameter rangkaian transformator beban nol.
II. ALAT –ALAT YANG DIGUNAKAN
Power Supply 189
Transformator Trainer TT 179
Transformator Dissectable TT 179
Load Unit LU 178
Kabel Penghubung
III. DASAR TEORI
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan
mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik
yang lain melalui suatu gandengan magnet berdasarkan prinsip induksi elektro
magnet.
Pada dasarnya transformator terdiri dari dua atau lebih kumparan yang terhubung
secara magnetik seperti pada gambar. Bila diantara kumparan primer diberi
sumber tegangan bolak-balik dan menghasilkan tegangan induksi primer yang
amplitudonya bergantung pada regangan primer dan jumlah lilitan.
Fluks bersama yang terjadi akan menghubungkan kumparan primer dan sekunder
secara magnetik. Pada kumparan sekunder juga akan terjadi tegangan induksi dan
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
tegangan sekunder. Dengan jumlah lilitan primer dan sekunder tertentu, kita akan
dapatkan tegangan sekunder yang diharapkan.
Gambar 1.1.1 Rangkaian magnetik Transformator
Keadaan Transformator Tanpa Beban
Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber
tegangan V1 yang sinusoid, akan mengalirkan arus primer I0 yang juga sinusoid
dan dengan menganggap belitab N1 reaktif murni, I0 akan tertinggal 90o dari V1.
Arus primer I0 akan menimbulkan fluks (Φ) yang sefasa dan berbentuk sinusoid.
Φ = Φ maks sin t
Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi e1 (hukum Faraday)
e1 = -N1
Gambar 1.1.2 (a) Transformator dua belitan. (b) diagram pasor
e1 = -N1 Φ
= -N1 Φ maks cos t (tertinggal 90o dari)
Harga Efektif
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
Pada rangkaian sekunder fluks bersama tadi menimbulkan
Sehingga
Dengan mengabaikan rugi tahanan dan fluks bocor,
a = konstanta Transformasi
Jika daya masukan sama dengan daya keluaran maka :
Pada Keadaan transformator tak berbeban, arus tanpa beban memiliki komponen
berikut:
1. Arus penguatan, arus yang aktif, yang dapat menimbulkan rugi-rugi besi,
disebut arus rugi besi Ic
2. Arus yang timbul karena adanya inti besi, dimana menimbulkan arus eddy
dan arus histerisis yang dikenal sebagai arus magnetisasi Im yang
merupakan jumlah dari arus eddy dan arus histerisis. Yang menimbulkan
rugi tembaga (Cu).
Arus Ic berhimpit dengan tegangan primer Im berhimpit dengan fluksi. Jumlah
vektor kedua komponen arus ini = Io.
ᶲ
IO IM
V1 IC ᶲO E1
Gambar 1.1.3 diagram fasor
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
Jadi perlu diingat :
1) Arus primer Io pada keadaan tidak berbeban jauh lebih kecil daripada
keadaan berbeban
2) Pada keadaan tak berbeban Io kecil, maka rugi Cu pada primer diabaikan,
jadi rugi pada praktisnya hanya rugi-rugi besi
3) Suatu hal yang prinsipiil bahwa rugi besiyang menentukan pergeseran
vektor arus, maka dikenal sebagai sudut memberi histerisis
Konstanta Transformasi yang telah kita peroleh sebelumnya
Dapat digunakan untuk mengklasifikasikan transformator menjadi:
a. Jika N1<N2 , berarti a > 1 , maka transformator tersebut dinamakan
transformator “Step UP” yang berfungsi menaikan tegangan
b. Jika N1>N2 , berarti a < 1 , Maka transformator tersebut dinamakan
transformator “step down” yang berfungsi menurunkan tegangan.
Untuk Transformator ideal pada keadaan tidak berbeban, V1= E1 dan E2 =
V2 ; dimana V1 dan V2 adalah tegangan ujung-ujung transformator.
Arah vektor E1 dan E2 berlawanan dengan arah vektor V1 atau V2.
Keadaan Transformator Berbeban
Apabila kumparan sekunder dihungkan dengan beban ZL, I2 mengalir pada
kumparan sekunder,
Dengan Θ2 = faktor kerja beban
Gambar 1.1.4 Transformator Berbeban
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
Arus beban I2 akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N2I2 yang
cenderung menentang fluks ( ) bersama yang telah ada akibat arus.
Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus
mengalir arus I’2, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2
hingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi:
I1 = Io + I’2
Bila rugi besi diabaikan (Ic diabaikan) maka Io = Im
I1 = Im + I’2
Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh
arus kemagnetan Im saja, berlaku hubungan :
N1 Im = N1 I1 – N1 I2
N1 Im = N1 (Im + I’2) – N2 I2
Sehingga
N1 I’2 = N2 I2
Karena nilai Im dianggap kecil maka I’2 = I1
Jadi N1 I1 = N2 I2
Atau
Untuk transformator ideal pada belitan-belitannya tidak ada tahanan, tapi trafo
sebenarnya selalu ada tahanan pada belitan-belitan primer dan sekunder. Akibat
dari tahanan ini, maka timbul jatuh tegangan dalam belitan-belitannya, yaitu:
1. Pada ujung sekunder vektor tegangan V2 lebih kecil daripada EMF induksi
sekunder E2 sebesar I2R2, dimana R2 tahanan belitan sekunder maka V2 =
E2 – I2R2.
2. Pada ujung primer vektor tegangan V1 lebih besar daripada EMF induksi
E1, sebesar I1R1, dimana R1 tahanan belitan primer, maka E1 = V1 – I1R1.
Rangakaian Ekivalen
Dalam pembahasan sebelumnya tahanan dan fluks bocor diabaikan.
Berikut jika keduanya tidak diabaikan. Tidak semua fluks yang dihasilkan oleh
arus kemagnetan Im merupakan fluks bersama ( ), sebagian hanya mencakup
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
kumparan primer ( ) atau kumparan sekunder saja ( ). Dalam rangkaian
ekuivalen adanya fluks bocor dan ditunjukkan sebagai reaktansi X1 dan
X2 sedangkan rugi tahanan ditunjukkan dengan R1 dan R2.
Dari model rangkaian, dapat diketahui hubungan penjumlahan vektor:
V1 = E1 + I1R1 + I1X1
E2 = V2 + I1R1 + I2X2
E1 = a E2
Gambar1.1.5 rangkaian ekivalen
Hingga E1 = a (I2 ZL + I2 R2 + I2 X2)
Karena
atau I2 = a I’2
Maka E1 = a2I’2 ZL + a
2 I’2 R2 + a
2 I’2 X2
Dan
V1 = a I’2 ZL + a I’2R2 + a I’2 X2 + I1R1 + I1X1
Persamaan terakhir mengandung pengertian, apabila parameter rangkaian
sekunder dinyatakan dalam harga rangkaian primer, harganya perlu dikalikan
dengan faktor a2. Sehingga bentuk penyederhanaan rangkaian menjadi:
Gambar1.1.6 rangkaian ekuivalen
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
Dasar-dasar Trafo
Rangkaian dibawah ini terdiri dari dua buah electromagnet dan
sebuah Galvanometer. Maksud dan tujuan dari rangkaian tersebut ialah
mencari cara bagaimana untuk mendapatkan bentuk suatu trafo yang
berdasarkan teori induksi magnit. Pada gambar galvanometer akan bergerak
dimana arah jarum pada galvano meter tersebut menunjukkan bahwa
terdapat induksi magnetik pada kumparan magnetik. Rangkaian tersebut
juga menunjukkan arah gaya medan magnet yang ditimbulkan pada lilitan
suatu kumparan yang diberi tegangan atau dialiri arus listrik yang
menginduksi kumparan yang berada berdekatan pada jarak tertentu.
Elektromagnet
G
Gambar 1.1.7. Prinsip Kerja Trafo
Cara Kerjanya
Dengan dihubungkan pada sumber tegangan arus searah, maka
sebagian dari garis gaya tadi akan melalui inti (kern) dari kumparan yang
kedua dan di dalam elektromagnit ini akan terjadi GML/GGL dari induksi
tadi. Pada kejadian ini alat ukur melakukan penyimpangan sesaat saja,
karena garis gaya tidak mengadakan perubahan sehingga jarum kembali ke
sikap 0.
Sewaktu lingkaran elektromagnit 1 diputuskan, maka elektromagnit
2 akan mendapat pengurangan garis gaya dan jarum alat ukur akan
melakukan penyimpangan / petunjuk dalam arah yang
berlawanan.Umumnya gejala yang semacam ini disebut sebagai induksi
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
timbal balik yang hanya akan timbul dalam rangkaian arus searah saat
menghubungkan dan memutuskan rangkain tersebut
Alat untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik. Prinsip kerjanya
berdasarkan pemindahan daya/energi listrik dari kumparan primer ke
kumparan sekunder dengan cara induksi.
Trafo umum :
1
1
2
2
N
V
N
V
Trafo :
a. Step Up : V2 > V1
b. Step Down : V1 > V2
Transformator ideal :
P in = P out atau V1I1 = V2I2
1
2
2
1
I
I
V
V
Transformator tak ideal :
P in P out
Bagian Utama
a. Inti Besi
Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang
ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari
lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas
(sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh “Eddy Current”.
b.Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan (kumparan
trafo)
Kumparan tersebut diisolasi baik terhadap inti besi maupun
terhadap kumparan lain dengan isolasi padat seperti karton, pertinax dan
lain-lain.
Umumnya pada trafo terdapat kumparan primer dan kumparan
sekunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan / arus
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
bolak-balik maka kumparan tersebut timbul fluksi yang menginduksikan
tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka
akan mengalir arus pada kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat
transformasi tegangan dan arus.
c. Kumparan Tertier
Kumparan tertier diperlukan untuk memperoleh tegangan atau
kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu
dihubungkan delta.
Kumparan tertier sering dipergunakan juga untuk penyambungan
peralatan bantu seperti kondensator synchrone dan kapasitor shunt. Namun
demikian tak semua trafo daya mempunyai kumparan tertier.
d.Minyak trafo
Sebagian besar trafo tenaga, kumparan-kumparan dan intinya
direndam dalam minyak trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang
berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media
pemindah panas dan bersifat pula sebagai isolasi (daya tegangan tembus
tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Untuk itu
minyak trafo harus memenuhi beberapa persyaratan sebagai berikut :
Kekuatan isolasi tinggi
Sifat kimia yang stabil
Penyalur panas yang baik, berat jenis yang kecil, sehingga
partikel-partikel dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.
Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersikulasi dan
kemampuan pendingin lebih baik.
Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat
membahayakan.
Tidak merusak bahan isolasi padat.
e. Bushing
Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah
bushing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan
tangki trafo.
f. Tangki dan Konservator
Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak
trafo berada dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo,
tangki dilengkapi dengan konservator.
Peralatan Bantu
a. Pendingin
Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat
rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan
kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi di dalam trafo, maka
untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan tersebut trafo perlu
dilengkapi dengan sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar
trafo.
Media yang digunakan pada sistem pendingin dapat berupa :
Udara/gas, minyak dan air, pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara :
Alamiah (Natural)
Tekanan / paksaan
Macam-macam san system pendingin berdasarkan media dan cara
pengalirannya dapat diklalisifikasikan seperti itu.
b. Tap Changer (Perubah Tap)
Tap changer adalah perubah perbandingan transformator untuk
mendapatkan tegangan operasi sekunder sesuai yang diinginkan dari
tegangan jaringan /primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat
dilakukan baik dalam keadaan berbeban (on-load) atau dalam keadaan tak
berbebab (off-load) tergantung jenisnya.
c. Alat pernapasan
Karena pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara
luar, maka suhu minyakpun akan berubah-ubah mengikuti keadaan
tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya bila
suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke
dalam tangki.
Kedua proses di atas disebut pernafasan trafo. Permukaan minyak
trafo akan selalu bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai
tegangan tembus minyak trafo, maka untuk mencegah hal tersebut, pada
ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat
hygroskopis.
d. Indikator
Untuk mengawasi selama trafo beroperasi, maka perlu adanya
indicator pada trafo, sebagai berikut :
Indikator suhu minyak
Indikator permukaan minyak
Indikator sistem pendingin
Indikator kedudukan tap
Dan sebagainya
Macam-macam Trafo berdasarkan kegunaannya
a. Step down trafo
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada
lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan.
Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor
AC-DC.
N primer N sekunder
b. Step up trafo
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder
lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik
tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan
tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.
N primer N sekunder
c. Trafo pembalik fasa
trafo ini mempunyai fungsi sebagai pembalik fasa, banyak digunakan pada
rangkaian penguat suara yaitu padadaerah penguat frekuensi rendah. Trafo
ini biasanya dinamai trafo input, trafo ini mempunyai ciri khas yaitu
mempunyai center tap CT.
CT
d. Trafo saringan
trafo ini mempunyai tugas sebagai penyaring atau pemblokir sinyal
frekuensi tinggi. Rangkaian ini banyak sekali digunakan pada pemancar
televisi.
e. Auto trafo
Tugasnya sama seperti trafo biasa yang terdiri dari gulungan primer dan
sekunder , hanya bedanya trafo ini bekerja secara langsung. Trafo ini
banyak sekali digunakan pada trafo frekuensi rendah, atau dapat juga kita
gunakan dalam frekuensi tinggi. Misalnya dapat kita jumpai pada
rangkaian sumber daya di mana trafo ini biasanya disebut kumparan
peredam.
f. Trafo resonansi
Trafo resonansi ialah gulungan kawat yang mempunyai fungsi sebagai
lingkaran getaran bersama-sama dengan rangkaian kondensator. Oleh
karena itu rangkaian ini sering disebut dengan rangkaian LC. Pada
lingkaran getaran banyak sekali kita jumpai rangkaian ini. Bila digunakan
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
untuk frekuensi tinggi, maka tidak diperkenankan menggunakan inti besi
dan sebagai gantinya digunakan inti ferit namanya.
Rangkaian LC biasa juga disebut spoel antenna atau osilator.
Praktikum Mesin-Mesin Listrik
Lab. Konversi Energi Listrik
IV. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Susunlah rangkaian seperti pada gambar
Gambar 1.2 Rangkaian Percobaan Transformasi
2. Beri tegangan sumber bolak – balik pada belitan primer dengan hubungan
kumparan primer seperti dalam table data.
Catat hasil pengukuran ke dalam table hasil percobaan.