BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI.1. Uu Transforator erupakan suatu alat listrik yang engubah tegangan arus bolak balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain elalui suatu gandengan agnet dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi elektroagnet. Transforator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kuparan, yaitu kuparan prier dan kuparan sekunder. Penggunaan transforator yang sederhana dan handal eungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonois untuk tiap-tiap keperluan serta erupakan salah satu sebab penting bahwa arus bolak-balik sangat banyak dipergunakan untuk pebangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Prinsip kerja transforator adalah berdasarkan huku Apere dan huku Faraday, yaitu: arus listrik dapat enibulkan edan agnet dan sebaliknya edan agnet dapat enibulkan arus listrik. Jika pada salah satu kuparan pada transforator diberi arus bolakbalik aka julah garis gaya agnet berubah-ubah, sehingga pada sisi prier terjadi induksi dan sisi sekunder eneria garis gaya agnet dari sisi prier yang julahnya berubah-ubah pula. Maka di sisi sekunder juga tibul induksi, akibatnya antara dua ujung terdapat beda tegangan. Siste transforator tiga fasa dibangun dengan enghubungkan tiga buah transforator satu fasa ke siste suplai listrik tiga fasa. Ada beberapa konfigurasi rangkaian prier dan sekunder transforator tiga fasa, yaitu : hubungan bintangbintang, hubungan segitiga-segitiga, hubungan bintang-segitiga dan hubungan segitigabintang. Konfigurasi hubungan kuparan transforator tiga fasa akan epengaruhi arus dan tegangannya. Pengaturan konfigurasi hubungan transforator tiga fasa perlu dilakukan untuk dapat enggunakan transforator tiga fasa secara tepat.

2 .. Prinsip Kerja Transforator Sebuah transforator terdiri dari dua buah kuparan, yaitu satu buah kuparan prier dan satu buah kuparan sekunder. Kedua kuparan ini terletak pada sebuah inti besi yang saa agar transforator dapat bekerja. Transforator hanya dapat bekerja jika diberi suber tegangan arus bolak balik. Gabar.1. Konstruksi Transforator Sebuah transforator yang diberikan tegangan sinusoida () pada sisi priernya akan enghasilkan arus agnetisasi (Iµ) pada kuparan priernya. Arus ini akan enghasilkan fluks agnetik (φ) pada inti besi transforator. Fluks agnetik pada inti transforator akan enghasilkan ggl lawan pada kuparan prier (E 1 ) dan ggl lawan pada kuparan sekunder (E ). Bentuk gelobang tegangan, arus dan fluks pada sebuah transforator terlihat pada gabar.. berikut ini : Gabar.. Bentuk gelobang tegangan, arus dan fluks pada sebuah transforator

3 Fluks yang terjadi pada inti trafo bernilai aksiu pada 1/4ƒ. Perubahan fluks rata-rata dinyatakan oleh persaaan : φ = 4 fφ Wb/s 1 f (.1) 4 GGL induksi dala olt yang dihasilkan adalah saa dengan perubahan fluks rata rata per lilitan, yaitu : 4ƒφ Wb/s/lilitan = 4ƒφ olt (.) Nilai rs ggl induksi yang dihasilkan jika gelobang tegangan arus bolak-baliknya berbentuk sinusoida adalah 1,11x 4ƒφ olt. Maka GGL induksi seluruh kuparan prier dengan N 1 lilitan adalah : E 1 = 1,11.N 1. 4.ƒ.φ olt E 1 = 4,44ƒN 1 φ olt (.3) Deikian juga pada kuparan sekunder : E = 4,44ƒN φ olt (.4) Pada trafo ideal, dengan engabaikan rugi-rugi penghantar dan inti besi, nilai tegangan terinal kuparan prier 1 = E 1 dan tegangan kuparan sekunder = E. Maka tegangan terinal kuparan prier dengan N 1 lilitan adalah : 1 = E 1 = 4,44ƒN 1 φ olt (.5) Deikian juga pada kuparan sekunder : = E = 4,44ƒN φ olt (.6) Perbandingan tegangan antara kuparan prier dan kuparan sekunder disebut sebagai rasio transforasi tegangan (K). Besarnya rasio transforasi tegangan dinyatakan oleh persaaan : E E 1 = 1 N = N 1 = K (.7)

4 Dengan E adalah ggl induksi, adalah tegangan terinal dan N adalah julah lilitan pada kuparan transforator..3. Transforator Tiga Fasa Sebuah transforator tiga fasa adalah gabungan dari tiga buah trafo satu fasa. Salah satu bentuk konstruksi dari transforator tiga fasa terlihat pada Gabar.3. berikut ini : Gabar.3. Konstruksi transforator tiga fasa Transforator tiga fasa eiliki ena buah kuparan. Tiga buah kuparan prier dengan julah lilitan N 1 dihubungkan dengan suber tegangan prier R, S dan T. Tiga buah kuparan sekunder dengan julah lilitan N dihubungkan dengan suber tegangan prier r, s dan t. Untuk asing-asing fasa, rasio transforasi tegangannya saa dengan rasio transforasi transforator satu fasa. Tetapi untuk tegangan line-to-line, transforator tiga fasa akan engikuti jenis konfigurasi hubungan kuparannya..4. Hubungan Kuparan Transforator Tiga Fasa Sebuah transforator tiga fasa dapat dihubungkan kuparan-kuparan prier dan sekundernya dala epat cara yaitu : hubungan Y Y, hubungan Y, hubungan Y dan hubungan. Keepat jenis hubungan kuparan ini akan enghasilkan perbedaan tegangan antara satu dan lainnya disebabkan oleh berubahnya rasio transforasi tegangan untuk setiap konfigurasi hubungan kuparan.

5 .4.1. Hubungan Kuparan Transforator Tiga Fasa Y Y Hubungan kuparan Y Y dilakukan dengan enghubungkan terinal-terinal kuparan prier transforator tiga fasa pada line R, S dan T, keudian terinal netralnya digabungkan dan dihubungkan dengan netral pada saluran suplai daya listrik. Konfigurasi yang saa juga dilakukan pada terinal-terinal kuparan sekunder transforator tiga fasa pada line r, s dan t, keudian terinal netralnya digabungkan dan dihubungkan dengan netral beban. Gabar.4. Konstruksi transforator tiga fasa hubungan Y Y Besarnya rasio transforasi tegangan transforator tiga fasa hubungan Y Y dinyatakan oleh persaaan : 3 L ph = = 1L 3 1ph K (.8) Dengan L dan 1L adalah adalah tegangan line-to-line prier dan sekunder dan ph dan 1ph adalah adalah tegangan fasa prier dan sekunder.4.. Hubungan Kuparan Transforator Tiga Fasa Y Hubungan kuparan Y dilakukan dengan enghubungkan terinal-terinal kuparan prier transforator tiga fasa pada line R, S dan T, keudian terinal netralnya digabungkan dan dihubungkan dengan netral pada saluran suplai daya listrik. Akan tetapi konfigurasi yang dilakukan pada terinal-terinal kuparan sekunder

6 transforator tiga fasa adalah dengan enghubungkan terinal-terinal sekunder transforator antara line line rs, st dan tr tanpa enggunakan penghantar netral. Gabar.5. Konstruksi transforator tiga fasa hubungan Y Besarnya rasio transforasi tegangan transforator tiga fasa hubungan Y dinyatakan oleh persaaan : L ph = = 1L 3 1ph K (.9) Dengan L dan 1L adalah adalah tegangan line-to-line prier dan sekunder dan ph dan 1ph adalah adalah tegangan fasa prier dan sekunder.4.3. Hubungan Kuparan Transforator Tiga Fasa Y Hubungan kuparan Y dilakukan pada terinal-terinal kuparan prier transforator tiga fasa adalah dengan enghubungkan terinal-terinal transforator antara line RS, ST dan TR tanpa enggunakan penghantar netral. Akan tetapi konfigurasi yang dilakukan pada terinal-terinal kuparan sekunder transforator tiga fasa adalah dengan enghubungkan terinal-terinal sekunder transforator pada line r, s dan t, keudian terinal netralnya digabungkan dan dihubungkan dengan netral beban.

7 Gabar.6. Konstruksi transforator tiga fasa hubungan Y Besarnya rasio transforasi tegangan transforator tiga fasa hubungan Y dinyatakan oleh persaaan : 3 L ph = = 1L 1ph K (.10) Dengan L dan 1L adalah adalah tegangan line-to-line prier dan sekunder dan ph dan 1ph adalah adalah tegangan fasa prier dan sekunder.4.4. Hubungan Kuparan Transforator Tiga Fasa Hubungan kuparan dilakukan dengan enghubungkan terinal-terinal kuparan prier transforator tiga fasa pada line RS, ST dan TR tanpa enggunakan penghantar netral. Konfigurasi yang saa juga dilakukan pada terinal-terinal kuparan sekunder transforator tiga fasa pada line rs, st dan tr tanpa enggunakan penghantar netral beban.

8 Gabar.7. Konstruksi transforator tiga fasa hubungan Besarnya rasio transforasi tegangan transforator tiga fasa hubungan dinyatakan oleh persaaan : = L ph = 1L 1 ph K (.11) Dengan L dan 1L adalah adalah tegangan line-to-line prier dan sekunder dan ph dan 1ph adalah adalah tegangan fasa prier dan sekunder.5. Motor Induksi Tiga Fasa Motor induksi adalah sebuah otor listrik yang enggunakan suber listrik arus bolak balik sebagai suber energinya. Motor ini disebut sebagai otor induksi karena suplai listrik pada rotornya tidak dilakukan secara langsung elalui rangkaian listrik, elainkan elalui proses induksi elektroagnet yang berasal dari rangkaian stator otor. Induksi elektroagnet yang diteria dari rangkaian stator keudian dialirkan dala suatu rangkaian tertutup di dala rotor yang enghasilkan edan lawan pada rangkaian rotor. Interaksi antara edan stator dan edan rotor inilah yang enghasilkan putaran dan torsi pada otor induksi. Motor induksi yang enggunakan suplai listrik tiga fasa eiliki keuntungan yang utaa yaitu adanya edan putar konstan yang selalu tetap ada sehingga otor dapat terus berputar ulai dari keadaan berhenti atau pada saat perubahan beban terjadi. Keuntungan ini tidak diiliki oleh otor induksi satu fasa, sehingga untuk dapat

9 enghasilkan edan putar yang konstan, otor induksi satu fasa eerlukan ekanise dan rangkaian tabahan agar otor dapat bekerja noral. Gabar.8. Motor Induksi Tiga Fasa Sebuah otor induksi tiga fasa terdiri dari stator dan rotor. Stator otor induksi tiga fasa endapatkan suplai listrik arus bolak balik tiga fasa dengan perbedaan asing asing tegangan tersebut adalah sebesar 10 o listrik. (a)inti stator Gabar.9. Stator Motor Induksi (b)kuparan stator Stator otor induksi tiga fasa terdiri dari inti stator dengan slot-slot dan kuparan stator. Julah slot dan kuparan stator akan enentukan julah kutub otor. Julah kutub otor akan eperngaruhi kecepatan otor tersebut. Hubungan antara julah

10 kutub (P) dan frekuensi suplai listrik tiga fasa (f) terhadap kecepatan otor dala rp (n) dinyatakan oleh persaaan : n 10 f P = (.1) Rotor otor induksi dapat dibentuk dari dua jenis rotor, yaitu : (a)rotor sangkar dan (b)rotor belitan. Rotor sangkar erupakan rangkaian rotor yang dibentuk dari batangan loga yang dirangkai secara kaku dan tetap. Rotor sangkar tidak dapat diubah-ubah nilai tahanannya. Rotor belitan dibentuk dari kuparan yang dirangkai dan diletakkan di dala slot-slot rotor. Ujung kuparan dikeluarkan elalui slip ring, sehingga nilai tahanan rotor ini dapat disesuaikan dengan enggunakan suatu tahanan luar. (a) rotor sangkar (b)rotor belitan Gabar.10. Rotor Motor Induksi Jika suatu otor induksi tiga fasa epunyai tiga kuparan a, b dan c yang dipisahkan satu dan lainnya dengan sudut 10 o seperti terlihat pada gabar.11. berikut ini : Gabar.11. Hubungan kuparan stator otor induksi tiga fasa

11 Jika stator otor induksi tiga fasa ini diberi tegangan suplai tiga fasa : v v v r s t = = = sin ωt sin ( ωt + 10 sin ( ωt 10 o o ) ) (.13) Maka akan terdapat edan pada kuparan stator : B B B aa' bb' cc' = B = B = B sin ωt o o sin ( ωt + 10 ) 10 o o sin ( ωt 10 ) 40 (.14) Resultan dari ketiga edan agnet diatas adalah B net = B aa + B bb + B cc dan pada t = 0 aka : B B net net = 0 + = 1,5 B 3 o 3 ( B ) 10 + ( B ) o 90 Wb / o 40 Wb / (.15) Dengan bertabahnya waktu (t) aka akan selalu ada edan yang konstan yang berputar dengan kecepatan n = 10f / P.6. Generator Induksi Tiga Fasa Penguatan Sendiri Generator induksi tiga fasa adalah sebuah otor induksi tiga fasa yang enggunakan kapasitor sebagai suber eksitasinya. Generator induksi epunyai kelebihan yaitu konstruksi yang sederhana dan tidak ebutuhkan sikat dala operasinya. Rangkaian generator induksi tiga fasa terlihat pada gabar.1 berikut ini : Gabar.1. Rangkaian generator induksi tiga fasa

12 Rangkaian ekivalen generator induksi tiga fasa penguatan sendiri dengan kapasitor sebagai eksitasi terlihat pada gabar.13 berikut ini : s i qs r s x QR ωr ω b ψ ' s DR ' r R 's i QR v cq c kx Gabar.13. Rangkaian ekivalen generator induksi penguatan sendiri