1

TRANSFORMATORPertemuan 7-8

2

• Dasar Elektromagnet• Medan magnet berperan sangat penting sebagai

rangkaian proses konversi energi. Konversi energi listrik menjadi energi mekanik seperti yang terjadi pada generator atau konversi energi mekanik menjadi energi listrik dapat terjadi melalui media medan magnet. Pada transformator gandengan medan magnet berfungsi untuk memindahkan dan mengubah energi listrik dari rangkaian primer ke sekunder melalui prinsip induksi elektromagnet

3

Hukum FaradayHukum Faraday menyatakan apabila medan magnet berubah-ubah terhadap waktu, akibat arus bolak-balik yang berbentuk sinusoida, suatu medan listrik akan dibangkitkan atau diinduksikan. Secara matematis dapat dituliskan seperti pada persamaan 1. e adalah gaya gerak listrik hasil induksi, = N. merupakan fluks linkage dan menyatakan harga fluks yang berubah-ubah terhadap waktu.

dt

d

dt

dNe

4

Perubahan fluks yang menghasilkan gaya gerak listrik (ggl) dapat terjadi karena :– Perubahan fungsi waktu (t), akibat arus bolak-balik

yang berbentuk sinusoida – Fungsi putaran ( ), akibat berputarnya rotor pada

mesin-mesin dinamis.

Tegangan induksi dapat terjadi karena proses rotasi atau transformasi

e (induksi ) = e ( rotasi ) + e ( transformasi )

5

• Rangkaian Magnet

Arus listrik (i) yang dialirkan melalui penghantar yang dibelitkan pada inti besi yang berbentuk cincin toroidal, akan menghasilkan medan magnet yang sebanding dengan jumlah lilitan (N) dikalikan dengan besaran arus listrik. Amper-turn (Ni) disebut gaya gerak magnet (ggm).

turnampereNi Gaya gerak magnet adalah perbedaan potensial magnet yang cenderung menggerakkan fluks disekitar cincin toroidal. Gerak fluks ditentukan oleh gaya gerak magnet dan tahanan inti besi atau reluktansi ( )

weber

6

Reluktansi berbanding lurus dengan panjang ( l), berbanding terbalik dengan penampang luas bidang (A), dan tergantung pada bahan magnetik rangkaian magnet

weberturnampereA

L/

Analogi rangkaian magnet dan rangkaian listrik

AI

VR

A

7

• Prinsip kerja Tranformator

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 dan berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet

NP Nsv

p

v

s

E

p

E

p

E

s

Trafo

Np / Ns

8

• Jenis TransformatorTransformator digunakan dalam lingkup tenaga listrik atau elektronika. Dalam bidang tenaga listrik, transformator digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan sesuai kebutuhan. Transformator memberikan nilai ekonomis dalam kebutuhan pengiriman daya listrik jarak jauh. Dalam bidang elektronika, transformator digunakan untuk gandengan impedansi antara sumber dan beban, untuk memisahkan satu rangkaian dari rangkaian lain, dan untuk menghambat arus searah sambil mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian.Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi :– Transformator daya– Transformator distribusi– Transformator pengukuran

9

• Perbandingan TeganganPerbandingan tegangan antara kumparan primer dan sekunder dapat diturunkan dari keadaan transformator tanpa beban Bila kumparan primer transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoida, akan mengalirkan arus primer Io yang sinusoida dan mengasumsikan belitan N1 reaktir murni, Io akan tertinggal 900 dari V1. Arus primer Io menimbulkan fluks ( ) yang sefasa dan berbentuk sinusoida

tmaks sin

10

Berdasarkan hukum Faraday, fluks sinusoida

menimbulkan tegangan induksi

Harga efektif tegangan induksi

maksPmaksP

P fNfN

E

44.42

2

tNedt

tdNe

dt

dNe

maksPi

maksPi

Pi

cos

)sin(

11

Analisis Fasor : Trafo tanpa beban

E1V1

Io

Pada rangkaian sekunder, fluks () bersama

menimbulkan tegangan induksi

tNedt

dNe

maksSS

SS

cos

12

`Harga efektif tegangan induksi pada sisi sekunder

Perbandingan tegangan efektif antara sisi sekunder dan sisi primer

Dengan mengasumsikan tidak ada rugi tahanan dan fluks bocor V1 dan V2 masing-masing menyatakan tegangan

terminal sisi primer dan sisi sekunder.

S

P

S

P

S

P

N

N

V

V

E

E

S

P

S

P

N

N

E

E

maksSS fNE 44.4

13

• Perbandingan Arus

Perbandingan arus antara kumparan primer dan sekunder dapat diturunkan dari keadaan transformator berbeban

P

S

S

P

I

I

N

N

14

• Rangkaian Ekivalen

Sebuah transformator dapat di buat rangkaian ekivalen untuk

menganalisi kerja.

VP

Vs

Xp

ZL

XsRs

EsEpXmRc

Rp

15

• Parameter Transformator

Ada empat parameter transformator yaitu: Rc, Xm, Rek dan Xek. Rc menyatakan besar kerugian inti besi akibat rugi histeresis dan arus arus eddy, Xm menyatakan rugi magnetasi, Rek menyatakan rugi-rugi tahanan dan Xek menyatakan rugi akibat fluks bocor

Pengukuran Nilai Parameter

Nilai parameter transformator dapat dihitung melalui dua pengukuran pada transformator, yaitu pengukuran beban nol atau hubung terbuka dan pengukuran hubung singkat

16

• Pengukuran Hubung Terbuka

Pengukuran hubung terbuka dilakukan dengan kondisi transformator pada sisi sekunder tanpa beban. Pengukuran ini untuk menentukan nilai parameter transformator RC dan Xm. Pengukuran dilakukan dengan menghubungkan sisi primer dengan sumber tegangan Vo

XmRc

A

V

W

17

Besar arus yang mengalir diukur dengan ampermeter dan diperoleh besar arus Io. Daya yang masuk diukur dengan wattmeter dan diperoleh besar Po.

mc

cm

o

oo

o

oc

jXR

RjX

I

VZ

P

VR

2

18

• Pengukuran Hubung Singkat

Pengukuran hubung singkat dilakukan dengan kondisi transformator pada sisi sekunder diberi beban nol. Pengukuran ini untuk menentukan nilai parameter transformator Rek dan Xek. Pengukuran dilakukan dengan menghubungkan sisi primer dengan sumber tegangan Vhs

AV

W

RekXek

19

Besar arus yang mengalir diukur dengan ampermeter dan diperoleh besar arus Ihs. Daya yang masuk diukur

dengan wattmeter dan diperoleh besar Phs.

22

2

ekekek

ekekhs

hsek

hs

hsek

RZX

jXRI

VZ

I

PR

20

• Pengaturan Tegangan

Pengaturan tegangan suatu transformator ialah perubahan tegangan sekunder antara beban nol dan beban penuh pada suatu faktor kerja tertentu dengan

tegangan primer konstan

bebanpenuh

bebanpenuhpabeban

V

VVPengaturan

tan