Pengertian Transformator

Trafo adalah suatu peralatan listrik yang berguna untuk mengubah nilai tegangan atau arus dari nilai yang satu ke nilai yang lainnya sesuai dengan kebutuhan. Trafo bekerja berdasarkan pada hukum faraday. Jenis trafo sangat beragam tergantung pada tegangan kerja, fasa yang dipakai, dan untuk apa trafo tersebut digunakan. Salah satu jenis trafo yang dibahas kali ini adalah trafo tiga fasa yang umumnya memiliki tegangan kerja yang tinggi dan biasanya berada pada gardu induk yang berfungsi untuk menurunkan tegangan transmisi (tegangan tinggi) menjadi tegangan distribusi (menengah).

Transformator atau yang biasa di sebut trafo adalah suatu peralatan listrik yang termasuk dalam klasifikasi mesin listrik statis. Transformator 3 fasa pada dasarnya merupakan Transformator 1 fase yang disusun menjadi 3 buah dan mempunyai 2 belitan, yaitu belitan primer dan belitan sekunder.Sesuai dengan namanya maka trafo tiga fasa bekerja pada tegangan yang memiliki tiga buah fasa. Sebuah transformator tiga fasa secara prinsip sama dengan sebuah transformator satu fasa, perbedaan yang paling mendasar adalah pada sistem kelistrikannya yaitu sistem satu fasa dan tiga fasa. Sehingga transformator tiga fasa bisa dihubung bintang, segitiga, atau zig-zag. Transformator tiga fasa banyak digunakan pada sistem tranmisi dan distribusi tenaga listrik karena pertimbangan ekonomis. Transformator tiga fasa banyak sekali mengurangi berat dan lebar kerangka, sehingga harganya dapat dikurangi bila dibandingkan dengan penggabungan tiga buah transformator satu fasa dengan “rating” daya yang sama.

 Fungsi Transformator

Transformator berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya, dengan frekuensi sama. Sistem kerja transformator tenaga pada umumnya di tanahkan pada titik netral, sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan atau proteksi. Contoh dari transformator ini adalah transformator 250/50 kV yang ditanahkan secara langsung di sisi netral 50 kVPrinsip Kerjanya

Pada dasarnya transformator 3 fasa sama dengan transformator 1 fasa. Baik cara kerja maupun teori dasarnya yaitu bekerja pada dasar kerja induksi elektromagnetik.Sebuah transformator 3 fasa dapat diperoleh dari 3 buah transformator satu fasa atau unit transformator 3 fasa. Jika suplai 3 fasa yang

digunakan adalah V1,V2, dan V3 dan masing-masing menghasilkan fluks (φ1,φ2, dan φ3) yang masing-masing fluks beda fasa 120º, maka berdasarkan hukum faraday pada lilitan primer dan lilitan sekunder masing-masing akan menghasilkan ggl induksi dan masing-masing fasa juga berjarak 120º.Prinsip  kerja  suatu  transformator  adalah  induksi  bersama  (mutual  induction)  antara dua rangkaian  yang  dihubungkan  oleh  fluks  magnet.  Dalam  bentuk  yang  sederhana, transformator terdiri dari dua buah kumparan yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu alur induksi. Kedua kumparan tersebut mempunyai mutual induction yang  tinggi.  Jika  salah satu  kumparan  dihubungkan  dengan  sumber  tegangan  bolak-balik, fluks  bolak-balik  timbul  di dalam  inti  besi  yang  dihubungkan  dengan  kumparan  yang  lain menyebabkan  atau menimbulkan  ggl  (gaya  gerak  listrik)  induksi  (  sesuai  dengan  induksi elektromagnet) dari hukum faraday.

Konstruksi Transformator 3 Fasa

Secara umum sebuah transformator tiga fasa mempunyai konstruksi hampir sama, yang membedakannya adalah alat bantu dan sistem pengamannya, tergantung pada letak pemasangan, sistem pendinginan, pengoperasian, fungsi dan pemakaiannya. Bagian utama, alat bantu, dan sistem pengaman yang ada pada sebuah transformator daya.Untuk mengurangi kerugian yang disebabkan oleh arus pusar di dalam inti, rangkaian magnetik itu biasanya terdiri dari setumpuk laminasi tipis.Dalam jenis inti (core type) kumparan dililitkan disekitar dua kaki inti magnetik persegi. Dalam jenis cangkang (shell type) kumparan dililitkan sekitar kaki tengah dari inti berkaki tiga dengan laminasi silikon-steel.

Trafo Jenis Inti Trafo Jenis Cangkang

Umumnya digunakan untuk transformator yang bekerja pada frekuensi dibawah beberapa ratus Hz. Silikon-steel memiliki sifat-sifat yang dikehendaki yaitu murah, rugi inti rendah dan permeabilitas tinggi pada rapat fluks tinggi. Inti transformator yang dipergunakan dalam rangkaian komunikasi pada frekuensi tinggi dan tingkat energi rendah, kadang-kadang dibuat dari campuran tepung ferromagnetik yang dimanfaatkan sebagai permalloy.

Inti trafoSeperti halnya pada transformator satu fasa inti besi berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluks dari kumparan primer ke kumparan sekunder sehingga akan didapatkan induksi medan yang lebih kuat. Sama seperti transformator satu fasa, berdasarkan cara melilit kumparannya ada dua jenis, yaitu tipe inti dan tipe cangkang.

Inti trafo dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis dari bahan besi silicon (Grain Oriented Silicon Steel) yang berisolasi, yang tujuannya adalah untuk mengurnagi panas (sebuah rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh Eddy Current

Sebuah transformator pada umumnya mempunyai inti atau core menggunakan baja terlaminasi silicon atau lebih dikenal sebagai CRGO Steel (Cold-Rolled Grain Oriented) dan nama umumnya adalah silicon steel.  CRGO merupakan bahan magnetik lunak yang paling penting yang digunakan saat ini.Pada di trafo kecil, trafo distribusi atau di trafo besar & generator, berorientasi listrik baja CRGO adalah suatu keharusan untuk produksi menghemat mesin listrik energi.

Grain Oriented Baja Listrik (CRGO) lebih terbatas dalam komposisi. Tekstur dikembangkan oleh serangkaian kerja dan operasi yang hati-hati, dan bahan harus tetap pada dasarnya di fase tunggal seluruh pengolahan, khususnya selama fase akhir karena transformasi fase menghancurkan tekstur. Untuk menghindari y loop sistem fase Fe-Si, baja komersial saat ini memiliki sekitar 3,25% Si. Varietas silikon yang lebih tinggi, yang mungkin digunakan atas dasar peningkatan resistivitas dan magnetic lebih rendah. Suhu, komposisi atmosfer, dan titik embun erat dikendalikan tanpa oksidasi permukaan. Selama perawatan ini, rekristalisasi primer terjadi, terbentuk kecil, seragam,

biji-bijian sama-sumbu. Lapisan magnesium silicate glass yang membentuk akan memberikan isolasi listrik antara laminasi berturut ketika berkumpul dalam inti transformator. Pada tahap ini, baja listrik yang dinilai dengan memotong sampel Epstein dari kumparan.Susunan laminasi ini pada dasarnya telah mempunyai sifat magnetis sehingga ketika diinduksi oleh aliran arus listrik maka akan timbul jalur flux magnet dan secara kualitatif dapat digambarkan oleh Gambar 5 berikut:

Inti Besi dan Laminasi yang diikat Fiber Glass Gambar 5

                            

Pada Gambar 6 diperlihatkan sebentuk interaksi sederhana antara flux magnet, arus listrik dan gaya mekanis pada susunan inti magnet dan lilitan/winding. Tampak bahwa gaya tolak-menolak muncul pada susunan tersebut, gaya inilah yang menjaga bentuk winding/lilitan sehingga tidak cekung ataupun cembung terhadap inti magnet dan winding-winding berikutnya.

Inti besi stator dari generator sinkron 3 fasa 100kva 380v 50hz

Komponen utama motor sinkron adalah • Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.• Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.

Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh, 2003):

Ns = 120 f / PDimana:f = frekwensi dari pasokan frekwensiP= jumlah kutub

Stator, adalah bagian yang tak berputar (diam) yang mempunyai bagian terdiri dari rangka stator yang merupakan salah satu bagian utama dari generator yang terbuat dari besi tuang dan ini merupakan rumah dari semua bagian-bagian generator, kutub utama beserta belitannya, kutub-kutub pembantu beserta belitannya, bantalan-bantalan poros

Perbedaan – perbedaan yang mendasar antara motor sinkron dan motor induksi berdasarkan pernyataan di atas meliputi kecepatan medan magnet putar rotor dan medan magnet putar stator, arus medan yang dihasilkan, dan juga konstruksi rotor yang akan dibahas pada bagian konstruksi

KonstruksiStator dari Mesin Sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik , seperti telah dibahas di sini, yang berbentuk laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang bagus berarti permebilitas dan resistivitas dari bahan tinggi.

 Gambar 4. Inti Stator dan Alur pada Stator

Gambar 4 memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar. Belitan jangkar (stator) yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga fasa, ada dua tipe yaitu :

a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding)

Stator sinkron pada generator merupakan gulungan kawat penghantar yang disusun sedemikian rupa dan ditempatkan pada alur-alur inti besi. Pada penghantar tersebut adalah tempat terbentuknya GGL induksi yang diakibatkan dari medan magnit putar dari rotor yang memotong kumparan penghantar stator.

Kumparan yang ditempatkan pada alur-alur tersebut dibagi menjadi 3 (tiga) grup, sehingga menjadi keluaran 3 phasa, dan biasanya disambung sistem bintang (Y). Inti besi stator terdiri dari laminasi-laminasi plat besi yang satu dan lainnya terisolasi dengan vernis atau kertas isolasi (implegnated paper). Tujuan dari laminasi-laminasi tersebut adalah untuk mengurangi besarnya arus pusar (Eddy Current), karena arus pusar ini dapat menimbulkan panas pada inti stator dan akhirnya dapat merusak isolasi kumparan penghantar

Pada mulanya stator akan dicatu oleh sumber tiga fasa sehingga akan muncul arus tiga fasa pada kumparan. Arus yang mengalir akan menimbulkan medan magnet putar. Kemampuan dan kualitas generator ditentukan juga oleh bahan inti besi dan bahan tembaga yang dipakai serta tingkat ketahanan isolasi terhadap panas yang melaluinya. Bahan inti dari stator merupakan bahan terpilih yang mempunyai tingkat permeabilitas magnetic yang tinggi, terbentuk dari lapisan lapisan plat yang terlaminasi satu sama lain. Hal ini adalah dimaksudkan untuk mengurangi rugi besi karena rugi arus hystrisis yang berpusar dalam inti besi. Terbuat dari besi tuang. Rangka motor merupakan rumah dari bagian-bagian motor yang lain.

Besi Tuang adalah Besi yang mempunyai kandungan karbon antara 2,5%- 4%, karena kandungannya hanya 2,5%- 4% maka besi tuang ini mempunyai kemampuan las yang rendah. Karbon dalam Besi Tuang dapat berupa sementit (Fe3C) atau biasa disebut dengan Karbon Bebas (grafit).

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI SIFAT MAMPU LAS PADA BESI TUANG :

1. Ketegangan saat pendinginan.Secara teori pengelasan (welding) material las (logam las / weld metal) akan berkontraksi selama pendinginan. Karena kerapuhan dari besi tuang inilah kontraksi cast iron mempunyai kemampuan yang lebih rendah dibandingkan Baja.

2. Bentuk yang tidak beraturan.Umumnya Besi Tuang ini dibuat dalam bentuk yang tidak berarturan atau boleh saya bilang artistic. Dengan adanya bentuk yang rumit besi tuang tersebut sedikit banyak mempunyai ketebalan yang tidak seragam hal ini akan mempengaruhi konstraksi tegangan yang terjadi pada material tersebut dan mudah terjadi retak dan perlu diingat juga yang melatarbelakangi ini adalah sifatnya yang mempunyai daya lentur yang sangat rendah.

3. HAZ yang keras.HAZ pada Besi Tuang yang berdekatan dengan Weld Metal akan mempunyai sifat yang keras. Pengerasan ini diakibatkan oleh adanya bagian HAZ yang tidak ikut mencair.

4. Pengikatan Karbon dari Base Metal.Akibat Pengelasan Besi tuang yang tercampur dengan logam dasar akan menyebabkan terjadinya pengikatan karbon pada sambungan las sehingga menyebabkan peningkatan kandungan sulfur dan pospor.dalam logam las tersebut.

5. Penyerapan Minyak pada Besi Tuang.Karena bentuk karekteristik material ini rata-rata berpori maka kemungkinan terjadinya peresapan minyak dalam gravit yang menyebabkan porositas pada logam las. Biasanya sering dialami oleh para praktisi pada saat memperbaiki sambungan las ketika sedang dilakukannya perawatan.

Faktor yang menyebabkan terjadinya retak pada besi tuang setelah terjadinya pengelasan.

1. Chemical Composition : %C = Carbon terlalu tinggi. Unsur C yang tinggi memang akan menurunkan Titik Lebur baja (Mesti dibahas juga Diagram Fe-Fe3C) sehingga antara proses peleburan dan penuangan di cetakan lebih mudah. Tetapi karena sifatnya yang lunak akan menjadi sumber keretakan di paduan Besi Cor, apalagi yang C nya berbentuk Flake (Besi cor mempunyai Carbon bebas, mungkin seperti radikal bebas di tubuh kita). %P= Posphor dan %S= Sulphur Tinggi. Dalam paduan Fe, kadar P dan S tidak boleh lebih besar dari keteentuan. Karena lebih dari itu akan menyebabkan sumber keretakan (kalau di proses rolling pembuatan besi beton bisa pecah) . Lantas mengapa unsur P dan S ini tidak diturunkan saja? Dalam proses pengecoran, unsur P dan S sangat diperlukan untuk meningkatkan mampu alir dari cairan besi.

2. Faktor-faktor lain seperti bentuk yang kompleks dan lain tidak banyak berpengaruh, karena kebanyakan pada proses pengelasan Cast Iron, keretakan terjadi pada daerah HAZ.

3. Bagaimana pengaruh Oli ? Pengotor seperti ini lebih banyak berpengaruh terhadap terjadinya Porosity pada besi lasan.

Cara menghindari terjadinya keretakan pada pada proses pengelasan besi tuang.

1. Gunakan kawat las Nickel.2. Kontrol heat input dan Cooling rate.3. Sebelum mengelas harus dibersihkan terlebih dulu dari misalnya Oli, Cat dan sebagainya.

Pada umumnya Besi Tuang (Cast Iron) mempunyai bentuk yang rumit suatu contoh (pipe fitting, sprokect, pump, crank shaft mesin mobil dan beberapa peralatan yang terdapat pada pabrik gula) bukan dalam bentuk mild seperti steel yang sering kita temui dipasaran.

HUBUNGAN ANTRA BESI TUANG DENGAN TEGANGANDengan adanya bentuk yang rumit besi tuang tersebut sedikit banyak mempunyai ketebalan yang tidak seragam hal ini akan mempengaruhi konstraksi tegangan yang terjadi pada material tersebut dan mudah terjadi retak.Untuk menghindari timbulnya keretakan pada sebuah besi tuang karena ketegangan akibat konstraksi tegangan selama pengelasan sering dilakukan dengan memperluas bidang yang dipanasi dengan pemanasan awal untuk menyeimbangkan kontraksi tegangan dalam hal ini ada metode yang dilakukan dalam preheating :

1. Preheating setempat.Tujuannya untuk menghambat tingkat pendinginan sambungan las.2. Preheating keseluruhan.Mempunyai fungsi untuk melepaskan tegangan internal yang tersembunyi

dan untuk memperlambat pendinginan pengelasan. Hal ini cocok untuk material yang mempunyai bentuk rumit Seperti roda gigi, sproket dsb.

Alasan penggunaan kawat las besi tuang berbasis pada unsur nickel (ni).Nickel adalah suatu logam berwarna Putih perak, Mempunyai Berat Jenis 8.5 yang hampir sama dengan Tembaga.Nikel dijadikan sebagai bagian dari bahan kawat las cast iron karena nickel mempunyai

karakteristik low solubility pada carbon. Dengan menyatunya nickel & besi dapat menghindari terjadinya crack (retak) pada daerah fusion line akibat Adanya perbedaan expansion temperature pengelasan pada material cast iron. selain itu logam las ini mempunyai karakteristik yang lentur dan mudah untuk dimachining.Perlu diketahui juga tidak selamanya kawat las cast iron berbasiskan pada nickel tetapi ada juga kawat las yang berbasiskan tembaga (copper).