Transformator - · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi,...
Transcript of Transformator - · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi,...
Transformator Dasar Konversi Energi
Transformator
• Transformator adalah suatu peralatan listrik yang
termasuk dalam klasifikasi mesin listrik statis dan
berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari
tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya,
dengan frekuensi sama.
• Transformator juga didefinisikan sebagai alat listrik yang
dapat memindahkan energi listrik dari satu atau lebih
rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain melalui
suatu gandengan magnet berdasarkan prinsip induksi-
elektronagnet.
Dasar teori transformator
• “Apabila ada arus listrik bolak-balik yang
mengalir mengelilingi suatu inti besi maka
inti besi itu akan berubah menjadi magnit
dan apabila magnit tersebut dikelilingi oleh
suatu belitan maka pada kedua ujung
belitan tersebut akan terjadi beda
tegangan mengelilingi magnit, sehingga
akan timbul gaya gerak listrik (GGL)”.
Klasifikasi Transformator
• Berdasarkan frekuensi, transformator
dikelompokkan sebagai berikut:
• 1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz
• 2. frekuensi pendengaran, 50 – 20 kHz
• 3. frekuensi radio, di atas 30 kHz
Trafo dalam STL
• Dalam bidang tenaga listrik pemakaian
transformator dikelompokkan menjadi:
• 1. Transformator Daya
• 2. Transformator Distribusi
• 3. Transformator pengukuran: terdiri atas
trafo arus dan trafo tegangan.
• Kerja transformator yang berdasarkan induksi
elketromagnet, menghendaki adanya gandengan
magnet antara rangkaian primer dan sekunder
• Gandengan magnet ini berupa inti besi tempat
melakukan fluks bersama
• Berdasarkan cara melilitkan kumparan pada inti, dikenal
dua macam transformator, yaitu tipe inti dan tipe
cangkang.
•
Trafo Tanpa Beban
• Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang
sinusoid.
• Akan mengalir arus primer I0 yang sinusoid dan dengan menganggap belitan N1 reaktif murni,
I0 akan tertinggal 90O dari V1.
• Arus primer I0 akan menimbulkan fluks (𝜙) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoid
• 𝜙 = 𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠 sin 𝜔𝑡
• Fluks yang sinusoi ini, akan menghasilkan tegangan induksi e1 (Hukum Farraday)
• 𝑒1 = −𝑁1𝑑(𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠sin 𝜔𝑡)
𝑑𝑡= −𝑁1𝜔𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠 cos 𝜔𝑡 (tertinggal 90O dari 𝜙)
• Harga efektifnya :
• 𝐸1 =𝑁12𝜋𝑓𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠
2= 4,44 𝑁1𝑓𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠
V1 E1 E2
N1 N2
V1
I0
𝜙
E1
Di sisi sekunder
• Pada rangkaian sekunder, fluks 𝜙 bersama tadi akan menimbulkan e2 yang
besarnya:
• 𝑒2 = −𝑁2𝑑(𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠sin 𝜔𝑡)
𝑑𝑡= −𝑁2𝜔𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠 cos 𝜔𝑡
• Harga efektifnya :
• 𝐸2 =𝑁22𝜋𝑓𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠
2= 4,44 𝑁2𝑓𝜙𝑚𝑎𝑘𝑠
• Sehingga : 𝐸1
𝐸2=
𝑁1
𝑁2
• Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor, maka:
• 𝐸1
𝐸2=
𝑉1
𝑉2=
𝑁1
𝑁2= 𝑎
• 𝑎 = 𝑝𝑒𝑟𝑏𝑎𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠𝑖
• Dalam hal ini tegangan induksi E1 mempunyai besaran yang sama tetapi berlawanan
arah dengan tegangan sumber V1
V1 E1 E2
N1 N2
Arus Penguat
• Arus primer I0 yang mengalir pada saat kumparan sekunder tidak dibebani disebut
arus penguat. Dalam kenyataannya arus primer I0 bukanlah merupakan arus induktif
murni. Arus ini terdiri atas dua komponen yaitu:
1) Komponen arus pemagnetan IM, yang menghasilkan fluks 𝜙 .
Karena sifat besi yang nonlinear, maka arus pemagnetan IM dan juga fluks 𝜙
dalam kenyataannya tidak berbentuk sinusoid.
2) Komponen arus rugi tembaga IC, menyatakan daya yang hilang akibat adanya
rugi histerisis dan arus eddy. IC sefasa dengan V1, dengan demikian hasil
perkalian antara IC x V1 merupakan daya (watt) yang hilang.
V1 RC IC IM XM
I0
IM
𝜙
IC V1 E1
I0
Keadaan Berbeban
• Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL.
• 𝐼2 mengalir pada kumparan sekunder, dengan 𝐼2 =𝑉2
𝑍𝐿 dan 𝜃2 = 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑟𝑗𝑎 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛.
• Arus beban 𝐼2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) 𝑁2𝐼2 yang cenderung
menentang fluks 𝜙 bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan 𝐼𝑀.
• Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir
𝐼2′, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban 𝐼2.
• Sehingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi:
• 𝐼1 = 𝐼0 + 𝐼2′
V1 E1 E2
N1 N2
ZL
I2
Perbandingan Arus
• Bila rugi besi diabaikan 𝐼𝐶 𝑑𝑖𝑎𝑏𝑎𝑖𝑘𝑎𝑛 maka 𝐼0 = 𝐼𝑀
• 𝐼1 = 𝐼𝑀 + 𝐼2′
• Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan
oleh arus pemagnetan 𝐼𝑀 saja, berlaku hubungan:
• 𝑁1𝐼𝑀 = 𝑁1𝐼1 − 𝑁2𝐼2
• 𝑁1𝐼𝑀 = 𝑁1 𝐼𝑀 + 𝐼2′ − 𝑁2𝐼2
• Sehingga:
• 𝑁1𝐼2′ = 𝑁2𝐼2
• Karena nilai 𝐼𝑀 dianggap kecil, maka
• 𝐼2′ = 𝐼1
• Jadi:
• 𝑁1𝐼1 = 𝑁2𝐼2 atau 𝐼1
𝐼2=
𝑁2
𝑁1
Rangkaian Ekivalen
• Dalam pembahasan sebelumnya kita mengabaikan adanya tahanan dan fluks bocor.
• Analisis selanjutnya akan memperhitungkan kedua hal tersebut.
• Tidak seluruh fluks 𝜙 yang dihasilkan oleh arus pemagnetan 𝐼𝑀 merupakan fluks
bersama 𝜙𝑀 , sebagian darinya mencakup kumparan primer 𝜙1 atau kumparan
sekunder saja 𝜙2 .
• Dalam model rangkaian ekivalen yang dipakai untuk menganalisis kerja suatu
transformator, adanya fluks bocor 𝜙1 dan 𝜙2 ditunjukkan sebagai reaktans 𝑋1dan 𝑋2.
• Sedangkan rugi tahanan ditunjukkan dengan 𝑅1dan 𝑅2.
• Dengan demikian model rangkaian dapat digambarkan sebagai berikut:
𝑅1 𝑋1
𝑅𝐶 𝐼𝐶 𝑋𝑀 𝐼𝑀
𝑁1
𝑉1 𝐸1
𝑅2 𝑋2
𝑍𝐿 𝐸2 𝑉2
𝑁2
Model Matematis • Dari model rangkaian ekivalen dapat dtuliskan hubugan (persamaan matematis) trafo
berbeban sebagai berikut:
• 𝑉1 = 𝐸1 + 𝐼1𝑅1 + 𝐼1𝑋1
• 𝐸2 = 𝑉2 + 𝐼2𝑅2 + 𝐼2𝑋2
•𝐸1
𝐸2=
𝑁1
𝑁2= 𝑎 atau 𝐸1 = 𝑎𝐸2
• Sehingga:
• 𝐸1 = 𝑎 𝑉2 + 𝐼2𝑅2 + 𝐼2𝑋2
• 𝐸1 = 𝑎 𝐼2𝑍𝐿 + 𝐼2𝑅2 + 𝐼2𝑋2
• Karena:
• 𝐼2
′
𝐼2=
𝑁2
𝑁1=
1
𝑎 atau 𝐼2 = 𝑎𝐼2
′ , maka:
• 𝐸1 = 𝑎2𝐼2′ 𝑍𝐿 + 𝑎2𝐼2
′ 𝑅2 + 𝑎2𝐼2′ 𝑋2
• dan
• 𝑉1 = 𝑎2𝐼2′ 𝑍𝐿 + 𝑎2𝐼2
′ 𝑅2 + 𝑎2𝐼2′ 𝑋2 + 𝐼1𝑅1 + 𝐼1𝑋1
• Persamaan terakhir mengandung pengertian bahwa parameter rangkaian
sekunderdinyatakan dalam harga rangkaian primer, harganya perlu dikalikan dengan
faktor 𝑎2
• Sekarang model rangkaian menjadi seperti gambar berikut:
R1 X1
I1
I0 a2R2 a2X2I’2
a2ZLXMRC
V1 aV2
Dilanjutkan pada pertemuan
berikutnya