transformator - WordPress.com

TRANSFORMATOR
Transformator : peralatan listrik elektromagnetik statis
yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya
listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik
lainnya,dengan frekuensi yang sama dan perbandingan
transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet
dan bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetis
Dalam bidang teknik listrik pemakaian
transformator dikelompokkan menjadi:
 Transformator daya
 Transformator distribusi
 Transformator pengukuran; yang terdiri dari
transformator arus dan transformator
tegangan.
• Keadaaan Transformator Tanpa beban
F
F
I0
N1
E1
N2
I0
E2
V1
Transformator tanpa beban
E1
Vektor transformator tanpa beban
Keadaan Tanpa Beban
• Bila kumparan primer suatu transformator
dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang
sinusoid, akan mengalirlah arus primer Io yang juga
sinusoid dan dengan menganggap belitan N1 reaktif
murni, Io akan tertinggal 90o dari V1. Arus primer Io
menimbulkan fluks (f) yang sefasa dan juga
berbentuk sinusoid.
• f = fmaks sin wt
• Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi e1
(Hukum Faraday). Fluks yang berubah-ubah memotong suatu
kumparan maka pada kumparan tersebut akan di induksikan
suatu tegangan listrik :
df
e1   N 1
dt
e1   N1
Harga efektifnya
d (fmaks sin wt )
  N1fmaks cos wt
dt
E1 
N1 2ff maks
2
 4,44 N1 ff maks
(tertinggal 90o dari f)
• Pada rangkaian sekunder, fluks (f) bersama tadi
menimbulkan
e2   N 2
df
dt
e2   N 2 wfm cos wt
E2  4,44 N 2 ffmaks
Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor,
E1 V1 N1


a
E2 V2 N 2
a = perbandingan transformasi
Dalam hai ini tegangan E1 mempunyai besar yang sama tetapi
berlawanan arah dengan tegangan sumber V1.
E1 N1

E2 N 2
Arus Penguat
• Arus primer Io yang mengalir pada saat kumparan sekunder tidak dibebani
disebut arus penguat. Dalam kenyataannya arus primer Io bukanlah
merupakan arus induktif murni, hingga ia terdiri atas dua komponen:
(1) Komponen arus pemagnetan IM, yang menghasilkan fluks (f ).
(2) Komponen arus rugi besI iC, menyatakan daya yang hilang akibat
adanya rugi histeris dan ‘arus eddy’. IC sefasa dengan V1, dengan
demikian hasil perkaliannya (IC x V1) merupakan daya (watt) yang hilang
F
I0
V1
I0
IM
IC
Vektor hubungan fasor Io, IM dan IC
V1
RC
IC
IM
E1
Rangkain pengganti Io, IM dan IC
XM
Keadaaan Transformator Berbeban
F1
F2
I1
I2
N1
V1
E1
N2
E2
ZL
V2
• Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, I2
mengalir pada kumparan sekunder, di mana I2 = V2/ZL .
• Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak
magnet (ggm) N2 I2 yang cenderung menentang fluks
(f ) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan
IM. 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
primer menjadi :
I1  I o  I '2
I o  I1  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 pemagnetan IM saja, berlaku
hubungan :
N1IM = N1I1 – N2I2
N1IM = N1(IM + I’2) – N2I2
Sehingga
N1I’2 = N2I2
• Karena nilai IM dianggap kecil maka I’2 = I1
N1I1 = N2I2 atau I1/I2 = N2/N1
Trafo tidak ideal ( actual transformer)
R1
I2
I1
f 22
E1
E2
f 11
N1
fm
R2
N2
Actual Transformer
• The actual transformer windings
have resistances R1 and R2
• Part of the primary current
generated flux will not link
the secondary winding. This
flux is the primary leakage
flux f 11.
• Part of the secondary current
generated flux will not link the
primary winding. This flux is the
secondary leakage flux f 22.
R1
I2
I1
f 22
E1
E2
f 11
N1
fm
R2
N2
21
Actual Transformer
•
IL
f f f f  1 1
1 m
11
m
N1
The flux linkage the primary winding is:
I L
f f f f  2 2
2 m
22 m
N1
•
The flux linkage the secondary winding is:
•
F11 and F22 can be replaced by equivalent inductance L1 and L2
respectively
L1
V1
R1
R2
I1
E1
E2
N2
N1
fm
22
L2
I2
V2
Actual Transformer
•
The iron core is represented by a magnetizing reactance Xm
•
Hysteresis and eddy currents cause iron losses. These losses are represented by a
resistance Rc which is connected in parallel with Xm
V1
X1
R1
I’1
I1
Ic
Im
Rc
X2
R2
E1
E2
Xm
N
1
Fm
I2
V2
N
2
23
Rangkaian Ekivalen
Dari model rankaian diatas dapat pula diketahui hubungan
penjumlahan vektor :
V1 = E1 + I1R1 + I1X1
E2 = V2 = I2R2 + I2X2
E1 / E2 = N1 / N2 = a atau E1 = a E2
E1 = a ( I2ZL + I2R2 + I2X2)
Karena I’2 / I2 = N2 / N1 = a atau I2 = aI’2
Maka E1 = a2 ( I’2ZL + I’2R2 + I’2X2)
Dan
V1 = E1 = a2 ( I2ZL + I2R2 + I2X2) + I1(R1 + X1 )
Equivalent circuit
jX1
V1
jX2
R1
I1
Ic
Rc
Im
E1
jXm
E2
R2
I2
E’2 = aE2 = E1.
V2
ZL
V’2 = aV2
I’2 = I2/a
jX1
ja2 X2
R1
R’2 = a2R2
a2 R2
X’2 = a2X2
V1
I1
Ic
Rc
Im
I2 /a
jXm
aV2
a2ZL
Transformer equivalent circuit referred
to the primary side
26
Menentukan parameter
1. Pengukuran Beban Nol ( pada TR )
2. Pengukuran Hubung Singkat ( pada TT)
Tes Polaritas Trafo
V3 = V1-V2 Polaritasnya sama
V3 = V1+V2 Polaritasnya tidak sama
Pengaturan Tegangan
Pengaturan tegangan ialah perubahan tegangan sekunder antara beban
nol dan beban penuh pada suatu faktor kerja tertentu dengan tegangan
primer konstan.
VR 
V2,nl  V2, fl
V2, fl
100%
Rugi Tembaga ( Pcu )
Rugi yang disebabkan arus beban mengalir pada kawat tembaga dapat ditulis
sbb :
Pcu = I2 R
Karena arus beban berubah ubah, rugi tembaga juga tidak konstan
bergantung pada beban
Rugi Besi ( Pi )
Rugi besi terdiri dari :
(1) Rugi histerisis, yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak balik pada inti besi,
yang dinyatakan sebagai :
Ph = Kh fBmaks watt
Kh = konstanta
Bmaks = fluks maksimum (weber)
(2) Rugi ‘eddy current’ yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi.
Dirumuskan sebagai:
Pa = Ka ƒBmaks watt
Jadi rugi besi (rugi inti) adalah :
Pi = Ph + Pa
Efisiensi:
Perubahan Efisiensi terhadap beban:
Untuk beban tertentu, efisiensi maksimum terjadi
ketika rugi tembaga = rugi inti.
Perubahan Efisiensi terhadap faktor kerja (cos φ )
Beban.
Perubahan efisiensi terhadap cos φ beban
Hubungan antara efisiensi dan beban pada cos φ yang berbedabeda dapat dilihat pada gambar di atas.
Trafo 3 fasa
Konstruksi Transformator Tiga Fasa Tipe Inti
Transformator Tiga Fasa Tipe Cangkang
Rangkaian TrafoTiga Fasa
Sistem Terhubung Delta
Arus LINE :
I a  I ab  I ca
Ia
a
a
I b  I bc  I ab
I c  I ca  I bc
Vab
• Pada beban setimbang:
I a  3 I ab   30
Zab
Iab
Zca
b
Vca
Vbc
Ic

c
Ica
Ibc
Ib
b
Zbc
c
Sistem dihubungkan Y
Ia
• Tegangan LINE to LINE berbeda
dg tegangan FASA
Va n
Va b
n
Vb n
Vab  Van - Vbn  3 Van   30
Vbc  Vbn - Vcn  3 Vbn  - 90

Ib
Vc n
Vb c
Vca  Vcn - Van  3 Vcn   150
Besar Tegangan LINE to LINE adalah  tegangan FASA
(rms)
Ic
Vc a
The usual connections for three-phase transformers are:
wye / wye
seldom used, unbalance and 3th harmonics
problem
wye / delta
frequently used step down.(345 kV/69 kV)
delta / delta used medium voltage (15 kV), one of the
transformer can be removed (open delta)
delta / wye
step up transformer in a generation station
For most cases the neutral point is grounded.
AUTOTRAFO
In order that the transformers work satisfactorily in parallel, the
following conditions should be satisfied:
• Transformers should be properly connected with regard to their polarities.
• The voltage ratings and voltage ratios of the transformers should be the
same.
Even a small difference in the induced secondary voltages can cause a
large circulating current in the secondary loop because impedances of the
transformers are small.
This secondary circulating current will cause current to be drawn from the
supply by the primary of each transformer. These currents will cause
copper losses in both primary and secondary.
• The per unit or percentage impedances of the transformers should be
equal.
• The reactance/resistance ratios of the transformers should be the same.
TUGAS
• 1. Primer dari suatu trafo mengambil arus 0,6 A
dan daya 64 W bila dihubungkan dengan sumber
200 V, 50 Hz, sedangkan sisi sekunder dalam
keadaan terbuka. Tentukan berapa arus
magnetisasi dan arus rugi besi.
• 2. Suatu trafo 230/2300 V mengambil arus 5 A
dalam keadaan tak berbeban pada faktor kkerja
0.25 lag. Tentukan :
a. Arus rugi besi
b. Arus magnetisasi
• 3. Trafo satu fasa 10 KVA, 2500/500
memberikan data pada tes berikut:
OS test : 250 V; 0,8 A; 50 W
SC test : 60 V; 3 A ; 45 W
Hitung efisiensi trafo pada beban penuh
dengan faktor kerja 0,8 lagging.
4. A 15-kVA, 2300/230-V transformer is tested (both tests are done in the
primary side!!):
.OC Test
VOC = 2300 V
IOC = 0.21 A
POC = 50 W
a.
b.
c.
d.
.SC Test
VSC = 47 V
ISC = 6 A
PSC = 160 W
Find the equivalent circuit referred to high-voltage side!
Find the equivalent circuit referred to low-voltage side!
Calculate full-load VR at 0.8 lagging power factor!
What is the efficiency of the transformer at full load with a power
factor of 0.8 lagging?