Transformator - · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi,...

14
Transformator Dasar Konversi Energi

Transcript of Transformator - · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi,...

Page 1: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

Transformator Dasar Konversi Energi

Page 2: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

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.

Page 3: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

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)”.

Page 4: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

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

Page 5: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

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.

Page 6: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

• 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.

Page 7: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

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

Page 8: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

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

Page 9: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

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

Page 10: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

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

Page 11: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

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

Page 12: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

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

Page 13: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

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

Page 14: Transformator -   · PDF fileKlasifikasi Transformator •Berdasarkan frekuensi, transformator dikelompokkan sebagai berikut: •1. frekuensi daya, 50 – 60 Hz •2. frekuensi

Dilanjutkan pada pertemuan

berikutnya