Transformator : peralatan listrik elektromagnetik statis yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian listrik ke ra

Transkripsi

1 TRANSFORMATOR

2 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.

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 Keadaaan Transformator Tanpa beban I 0 F N 1 N 2 E2 F E 1 I 0 V 1 E 1 Transformator tanpa beban Vektor transformator tanpa beban

13 Keadaan Tanpa Beban Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V 1 yang sinusoid, akan mengalirlah arus primer Io yang juga sinusoid dan dengan menganggap belitan N 1 reaktif murni, Io akan tertinggal 90 o dari V 1. Arus primer Io menimbulkan fluks (f) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoid. f = f maks sin wt

14 Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi e 1 (Hukum Faraday). Fluks yang berubah-ubah memotong suatu kumparan maka pada kumparan tersebut akan di induksikan suatu tegangan listrik : e 1 N 1 df dt e d( fmaks sin wt) N1 N1 maks cos wt (tertinggal 90 dt o dari f) 1 f Harga efektifnya E N 2 ff 1 maks 1 4, 44 2 N 1 ff maks

15 Pada rangkaian sekunder, fluks (f) bersama tadi menimbulkan e 2 N 2 df dt e N w cos 2 2 fm wt E2 4, 44N 2 ff maks E1 E 2 N N 1 2 Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor, E E 1 2 V V 1 2 N N 1 2 a a = perbandingan transformasi Dalam hai ini tegangan E 1 mempunyai besar yang sama tetapi berlawanan arah dengan tegangan sumber V 1.

16 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 I M, yang menghasilkan fluks (f ). (2) Komponen arus rugi besi i C, menyatakan daya yang hilang akibat adanya rugi histeris dan arus eddy. I C sefasa dengan V 1, dengan demikian hasil perkaliannya (I C x V 1 ) merupakan daya (watt) yang hilang F I 0 I 0 I M V I C I M 1 R C X M V 1 E 1 I C Vektor hubungan fasor Io, I M dan I C Rangkain pengganti Io, I M dan I C

17 Keadaaan Transformator Berbeban F 1 I 1 F 2 I 2 N 1 N 2 V 1 E 1 E 2 Z L V 2 Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban Z L, I 2 mengalir pada kumparan sekunder, di mana I 2 = V 2 /Z L.

18 Arus beban I 2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N 2 I 2 yang cenderung menentang fluks (f ) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan I M. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I 2, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I 2, hingga keseluruhan arus yang mengalir pada primer menjadi : I I 1 o I I o 1 I I ' 2 ' 2

19 Bila rugi besi diabaikan (I C diabaikan) maka Io = I M I 1 = I M + I 2 Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan I M saja, berlaku hubungan : N 1 I M = N 1 I 1 N 2 I 2 N 1 I M = N 1 (I M + I 2 ) N 2 I 2 Sehingga N 1 I 2 = N 2 I 2 Karena nilai I M dianggap kecil maka I 2 = I 1 N 1 I 1 = N 2 I 2 atau I 1 /I 2 = N 2 /N 1

20 Trafo tidak ideal ( actual transformer) I 1 R 1 R 2 I 2 E 1 E 2 f 11 f 22 N 1 f m N 2

21 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. I 1 R 1 R 2 E 1 E 2 f 11 f 22 N 1 f m N 2 I 2 21

22 Actual Transformer The flux linkage the primary winding is: f f 1 m f 11 f m I1L N 1 1 The flux linkage the secondary winding is: f f 2 m f f 22 m I L 2 2 N 1 F 11 and F 22 can be replaced by equivalent inductance L 1 and L 2 respectively L 1 R 1 I 1 R 2 L 2 V 1 E 1 E 2 I 2 V 2 N 1 f m N 2 22

23 Actual Transformer The iron core is represented by a magnetizing reactance X m Hysteresis and eddy currents cause iron losses. These losses are represented by a resistance R c which is connected in parallel with X m X 1 R 1 I 1 R 2 X 2 V 1 I 1 I c I m E 1 I E 2 2 R c X m V 2 N 1 F m N 2 23

24 Rangkaian Ekivalen

25 Dari model rankaian diatas dapat pula diketahui hubungan penjumlahan vektor : V 1 = E 1 + I 1 R 1 + I 1 X 1 E 2 = V 2 = I 2 R 2 + I 2 X 2 E 1 / E 2 = N 1 / N 2 = a atau E 1 = a E 2 E 1 = a ( I 2 Z L + I 2 R 2 + I 2 X 2 ) Karena I 2 / I 2 = N 2 / N 1 = a atau I 2 = ai 2 Maka E 1 = a 2 ( I 2 Z L + I 2 R 2 + I 2 X 2 ) Dan V 1 = E 1 = a 2 ( I 2 Z L + I 2 R 2 + I 2 X 2 ) + I 1 (R 1 + X 1 )

26 Equivalent circuit jx 1 R 1 jx 2 R 2 E 2 = ae 2 = E 1. I c I m V I 1 I 1 E 2 Z E L 1 2 V R 2 c jx m V 2 = av 2 I 2 = I 2 /a R 2 = a 2 R 2 jx 1 R 1 ja 2 X 2 a 2 R 2 V 1 I 1 I c I m I 2 /a a2 Z L av 2 R c jx m X 2 = a 2 X 2 Transformer equivalent circuit referred to the primary side 26

27

28

29 Menentukan parameter 1. Pengukuran Beban Nol ( pada TR )

30 2. Pengukuran Hubung Singkat ( pada TT)

31 Tes Polaritas Trafo V3 = V1-V2 V3 = V1+V2 Polaritasnya sama Polaritasnya tidak sama

32 Pengaturan Tegangan Pengaturan tegangan ialah perubahan tegangan sekunder antara beban nol dan beban penuh pada suatu faktor kerja tertentu dengan tegangan primer konstan. VR V 2, nl V V 2, fl 2, fl 100%

33

34 Rugi Tembaga ( P cu ) Rugi yang disebabkan arus beban mengalir pada kawat tembaga dapat ditulis sbb : P cu = I 2 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 : P h = K h fb maks watt Kh = konstanta B maks = fluks maksimum (weber) (2) Rugi eddy current yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi. Dirumuskan sebagai: P a = K a ƒb maks watt Jadi rugi besi (rugi inti) adalah : P i = P h + P a

35 Efisiensi:

36 Perubahan Efisiensi terhadap beban: Untuk beban tertentu, efisiensi maksimum terjadi ketika rugi tembaga = rugi inti.

37 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.

38 Trafo 3 fasa Konstruksi Transformator Tiga Fasa Tipe Inti Transformator Tiga Fasa Tipe Cangkang

39 Rangkaian TrafoTiga Fasa Sistem Terhubung Delta Arus LINE : I I I a b c I I ab bc I ca Pada beban setimbang: I I ca ab I bc I a 3 I 30 ab a b V ca c V ab V bc I a I b I c b Z ab I bc a I ab Z bc I ca Z ca c

40 Sistem dihubungkan Y Tegangan LINE to LINE berbeda dg tegangan FASA I a V a n V a b n V b n V ab V an - V bn 3 V an 30 I b V c a V bc V bn - V cn 3 V -90 bn V c n V b c V ca V cn - V an 3 V 150 cn I c Besar Tegangan LINE to LINE adalah tegangan FASA (rms)

41 The usual connections for three-phase transformers are: wye / wye wye / delta seldom used, unbalance and 3th harmonics problem 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.

42 AUTOTRAFO

43

44 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.

45

46 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

47 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.

48 4. A 15-kVA, 2300/230-V transformer is tested (both tests are done in the primary side!!):.oc Test V OC = 2300 V I OC = 0.21 A P OC = 50 W.SC Test V SC = 47 V I SC = 6 A P SC = 160 W a. Find the equivalent circuit referred to high-voltage side! b. Find the equivalent circuit referred to low-voltage side! c. Calculate full-load VR at 0.8 lagging power factor! d. What is the efficiency of the transformer at full load with a power factor of 0.8 lagging?