BAB I DASAR TEORI I. TRANSFORMATOR Transformator atau trafo adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet tanpa perubahan frekuensi. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga listrik adalah untuk menaikkan tegangan yang dihasilkan dari generator pembangkit hingga mencapai 380 kv atau 500 kv dari 11 kv atau 22 kv yang bertujuan untuk menurunkan rugi tembaga sehingga transmisi lebih ekonomis. Kemudian melalui trafo step down, tegangan diturunkan menjadi 10 kv atau 20 kv kembali untuk bisa memberikan suplai pada jaringan distribusi. Kemudian tegangan tersebut diturunkan lagi menjadi 380 V untuk bisa dipakai pada beban seperti motor induksi. Dengan trafo pembakaian motor AC lebih digemari dibandingkan dengna motor DC. Transformator mempunyai dua buah sisi, yaitu sisi primer dan sisi sekunder. Selain itu trafo juga memiliki dua buah konstruksi, yaitu tipe shell dan tipe core. Pada trafo dengan tipe shell, inti baja akan mengelilingi kumparan dan pada tipe core, kumparan akan mengelilingi bagian inti dari trafo. II. KARAKTERISTIK TRANSFORMATOR II.1.KEADAAN TRANSFORMATOR TANPA BEBAN Bila kumparan primer transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoid maka akan mengalir arus primer I o yang juga sinusoid dan dengn menganggap belitan N 1 reaktif murni, I o akan tertinggal 90 o dari V 1 dan fluks sefasa dengn I o. Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor: E1 V1 N1 = = E2 V2 N 2 Arus primer I o yang mengalir dalam kenyataannya bukan merupakan arus induktif murni, tapi terdiri atas komponen: Komponen arus pemagnetan (I m ) Komponen arus rugi tembaga (I c ) II.2.KEADAAN BERBEBAN Apabila kumparan skunder dihubungkan dengan beban ZL, I 2 akan mengalir pada kumparan skunder dimana I 2 = V 2 /ZL. Persaman arus yang mengalir: I 1 = I o + I 2 I o = I m dianggap kecil N 1 I 1 = N 2 I 2 atau I 1 / I 2 = N 2 / N 1
II.3. RANGKAIAN EKIVALEN Rangkaian ekivalen dari transformator seperti pada gambar I 1 I 2 Io Ic Im V1 E1 E2 Gambar 1.1 Rangkaian ekivalen transformator Untuk memudahkan analisis (perhitungan) model rangkain diatas dapat diubah menjadi I 1 I 2 a 2 a 2 I 0 V1 Gambar 1.2 Rangkaian ekivalen transformator III. TRANSFORMATOR TIGA FASA Transformator 3 fasa dipakai karena pertimbangan ekonomi. Dari pembahasan berikut ini akan terlihat pemakaian inti besi pada transformator 3 fasa jauh lebih sedikit dibandingkan dengan pemakaian tiga buah transformator fasa tunggal. Pada suatu bidang a b c d hanya diperlukan aliran fluks sebesar: ϕa ϕb 2 2 dan diketahui vektor tersebut adalah 3 ϕa 2 Apabila digunakn transformator fasa tunggal, pada bagian tersebut akan mengalir fluks sebesar 1 1 ϕadan ϕb atau sebesar ØA. 2 2 Demikian juga halnya untuk bidang n, m, q, r. Jadi pemakaian inti besi jelas menunjukkan penghematan pada transformator tiga fasa. Penghematan tersebut akan lebih terasa lagi bila kini kita
merubah polaritas transformator sedemikian rupa sehingga arah ØB ke atas. Dengan arah ØB ke atas fluks yang mengalir pada bidang abcd menjadi ϕ A ϕb 1 + dan besaran vektor ini hanya sebesar ϕa. 2 2 2 Apabila ditambah lagi dengan sistem pendingin yang bagus maka transformator tiga fasa menjadi lebih ekonomis. Tegangan transformator tiga fasa dengan kumparan yang dihubungkan secara delta, yaitu V AB,V BC dan V CA masing masing berbeda fasa 120 o V AB +V BC +V CA = 0 Untuk beban yang seimbang I A = I AB - I CA I B = I BC - I AB I C = I CA I BC I A I C I AC I AB I B I BC Gambar 1.3 (a) Hubungan delta I B I CA I C I BC I AB Gambar 1.3 (b) Diagram fasor hubungn delta Dari fektor diagram diketahui arus I A (arus jala-jala) adalah 3 x I AB (arus fasa). Tegangn jala-jala dalam hubungan Delta sama dengan tegangn fasanya. I L V A hubungan delta = 3Vp Ip = 3 V L ( ) = 3 V L I L 3 Arus transformator 3 fasa dengankumparan yang dihubungkan secara bintang yaitu I A, I B dan I C, masing - masing berbeda fasa 120 o I N = I A + I B + I C = 0 V AB +V BN = V AN - V BN V BC = V BN - V AN V CA = V CN -V AN I A
I A I B I N I C Gambar 1.4 (a) Hubungan bintang V AN V BC V AB V BN V CA V CN Gambar 1.4 (b) Diagram fasor hubungn bintang V AB = 3 V AN atau 3 V P ; I P = I L V Jadi V A hubungn bintang = 3Vp Ip = 3 ( ) IL = 3 V L I L L 3 Setiap sisi primer atau sisi sekunder transformator tiga fasa dapat dihubungkan menurut tiga cara yaitu hubungn bintang, hubungan delta dan hubungn zig-zag. Di dalam praktek hubungan bintang dan hubungan delta paling banyak digunakan. Ujung awal biasanya diberi simbol A, B, C sedangkan ujung akhirnya diberi simbol X, Y, Z untuk sisi tegangan tinggi. Untuk sisi tegangan rendah ujung awal lilitan diberi simbol a, b, c dan ujung akhirnya diberi simbol X, Y, Z seperti pada Gambar 1.5. A X a x B C Y Z b c y z Gambar 1.5 (a) sisi tegangan tinggi Gambar 1.5 (b).sisi tegangn rendah Seperti telah diuraikan terdahulu, vektor tegangn primer dan sekunder suatu transformator dapat dibuat searah atau berlawanan dengan mengubah cara melilit kumparan. Untuk tranformator tiga fasa, arah tegangn akan menimbulkan
perbedaan fasa. Arah dan besar perbedaan fasa tersebut mengakibatkan adanya berbagai kelompok hubungan pada transformator. IV. ANGKA JAM TRANSFORMATOR TIGA FASA Untuk mengetahui angka jam sebuah transformator yang angka jamnya belum diketahui dapat dilakukan melalui beberapa cara. Antara lain ialah dengan membandingkan besar tegangan pada tiap-tiap terminal pada Transformator dan dengan melihat beda fasa tegangan input dan output. 1. Melihat Beda Fasa Tegangan Input Dan Output Angka jam pada suatu Transformator menunjukkan arah GGL induksi dan arah perputaran vector tegangan induksi di sisi sekunder terhadap vector tegangan di sisi primer bila dilihat dari arah perputaran angka jam. Gambar 1.6. Gambar Empat Buah Transformator Tiga Fasa Terhubung Delta/Star dengan Polaritas dan Urutan Fasa Yang Berbeda (terdapat dua belas arah angka jam) dimana vector tegangan di sisi primer dianggap sebagai arah jarum panjang (selalu menunjuk ke arah angka 12), dan vector tegangan di sisi sekunder dianggap sebagai arah jarum pendek seperti ditunjukkan pada Gambar 1.6
Gambar 1.7. Transformator Hubungan Bintang/Delta Dy11 Vektor tegangan primer dan sekunder suatu transformator dapat dibuat searah atau berlawanan dengan merubah cara melilit kumparan. Untuk transformator tiga fasa, arah tegangan akan menimbulkan perbedaan fasa. Arah dan besar perbedaan fasa tersebut mengakibatkan adanya berbagai kelompok hubungan pada transformator. Notasi untuk hubungan Delta, Bintang, dan Zig-zag, masingmasing adalah D, Y, dan Z untuk sisi tegangan tinggi. Dan notasi d, y, dan z untuk sisi tegangan rendah. Sudut antara jarum jam panjang dan pendek adalah pergeseran antara vector A dan a. Gambar 1.8. Beda Sudut Fasa Antara Tegangan di Sisi Primer dan Sekunder. Dengan melihat contoh pada Gambar 1.7 dan memperhatikan patokan yang telah diberikan diatas, diketahui bahwa perbedaan fasa pada Transformator diatas mempunyai kelompok hubungan Dy 11. Atau bisa juga dikatakan Angka Jam ialah besar sudut fasa antara tegangan di sisi sekunder terhadap tegangan di sisi primer seperti ditunjukkan pada Gambar 1.8