Praktikum I

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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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

http://3.bp.blogspot.com/_iP6sj9A0n48/Sz4E-tKwgbI/AAAAAAAAADI/caglp1IqUqE/s1600-h/50px-Transformer_Step-up_Iron_Core.svg.png



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.



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.



V. DATA PERCOBAAN

No Hub.

V1 I1 Sudut Hub.

V2 I2 Rasio Rasio Sudut

Primer Defleksi Sekunder Tegangan Arus Defleksi

1 AB DE

2 AB FG

3 AB DG

4 BC DE

5 BC FG

6 BC DG

7 AC DE

8 AC FG

9 AC DG

Praktikum I

Documents

Transcript of Praktikum I