08. Trafo Ideal

Trafo Ideal

Fakultas

Program Studi

Fakultas Teknik

Teknik Elektro

Tatap Muka

Kode MK

Disusun Oleh

MK14034

Yos Nofendri, S.Pd, M.Sc

Abstract

Kompetensi

Materi dalam pertemuan ke-8 ini menjelaskan tentang trafo ideal







‘13

1

Mesin Arus Searah dan Transformator Yos Nofendri, S.Pd, M.Sc

Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id

Mahasiswa memahami prinsip dasar operasi trafo tenaga Mahasiswa memahami jenis dan konstruksi trafo tenaga Mahasiswa dapat melakukan analisa sistem tenaga dengan trado ideal

Pendahuluan Pengertian Trafo/Transformator (transformer) Trafo atau transformator adalah peralatan listrik yang mengubah daya listrik dari satu tingkat tegangan ke tingkat tegangan yang lain melalui medan magnet. Tegangan listrik yang dapat diubah besarnya oleh trafo adalah tegangan listrik arus bolak-balik (AC). Trafo terdiri dari 2 belitan atau lebih yang dibelitkan pada suatu inti dari bahan feromagnetik. Kedua (ketiga) belitan ini biasanya tidak terhubung langsung secara elektrik, namun melalui gandengan magnetik berupa fluks magnet yang dibangkitkan pada inti trafo. Salah satu belitan trafo dihubungkan dengan sumber daya listrik (disebut belitan primer) dan belitan lainnya dihubungkan dengan beban (disebut belitan sekunder). Apabila ada belitan yang ketiga, disebut belitan tersier.

Gambar 8. 1 Trafo medern pertama yang dibuat oleh William Stanley pada tahun 1885

Sejarah Sistem Tenaga Dan Masalahnya Sistem distribusi yang pertama kali di dunia adalah sistem arus searah 120 V. Sistem ini dibangun oleh Thomas Alva Edison di kota New York, Amerika Serikat, yang mulai beroperasi pada bulan september tahun 1882. Sistem tenaga Edison membangkitkan dan mendistribusikan daya listrik pada tegangan yang sangat rendah. Hal ini mengingat pada pada waktu itu beban masih sangat kecil dan mencakup ‘13

2



wilayah yang tidak terlalu luas. Tegangan pengiriman yang rendah ini menimbulkan arus yang sangat besar, sehingga menyebabkan drop tegangan yang sangat besar dan loses yang juga sangat besar pada saluran transmisi. Akibatnya daerah pelayanan dan jangkauan sistem tenaga menjadi sangat terbatas. Perluasan sistem akan menyebabkan drop tegangan dan rugi daya yang tidak dapat diterima. Untuk mengatasi hal di atas, pada tahun 1880-an pembangkit listrik dibangun berdekatan dengan beban. Oleh sebab itu pembangkit listrik yang dibangun harus bverkapasitas kecil, karena berada di lingkungan pemukiman, dan jangkauannyapun terbatas. Hal ini menyebabkan sisten tenaga menjadi tidak efisien.

Trafo: Solusi Permanen Permasalahan yang dihadapi sistem tenaga DC tegangan rendah ini teratasi dengan penemuan trafo dan sistem tenaga dengan tegangan dan arus bolek-balik (AC). Trafo mengubah tegangan sistem dari satu level ke level lainnya tanpa mengubah daya yang dikirimkan. Ini adalah kondisi ideal. Pada kenyataanya tentu saja terjadi rugi-rugi di dalam operasi trafo sehingga daya keluaran tidak sama persis dengan daya masukan. Jika tegangan sistem dinaikkan dengan trafo maka arus akan turun untuk menjada agar daya yang keluar trafo sama dengan daya yang masuk trafo, sesuai dengan persamaan

 =  cos 

(8.1)

Arus yang kecil menimbulkan rugi daya dan jatuh tegangan yang rendah pada saluran transmisi. Dengan demikian maka pembangkit listrik dapat dibangun jauh dari pusat beban. Menaikkan tegangan transmisi sepuluh kali akan menurunkan rugi transmisi seratus kali. Hal ini mengingat tegangan berbanding terbalik dengan arus, sedangkan daya berbanding lurus dengan kuadrat arus.

 =  

(8.2)

Saat ini, daya lisrik dibangkitkan pada tegangan 12 kV hingga 25 kV, kemudian ditransmisikan melalui saluran transmisi 110 hingga 1000 kV. Sistem PLN menggunakan 70 kV dan 150 kV.

‘13

3



Tipe Dan Konstruksi Trafo Trafo mengubah tegangan energi listrik pada frekuensi yang sama. Ini berbeda dengan konverter elektronik yang dapat mengubah frekuensi listrik. Trafo juga dapat digunakan untuk keperluan lainnya, seperti sampling tegangan dan arus, transformasi impedansi, dan lain-lain. Pada pembahasan kali ini kita bicara tentang tafo daya. Trafo arus dan trafo tegangan akan dibahas pada bagian tersendiri. Inti tafo dibentuk dari lapisan-lapisan tipis (laminasi) yang terisolasi satu dari lainya. Hali ini bertujuan untuk mereduksi arus eddy (jelaskan!). Pada trafo riil, belitan primer dan sekunder dililitkan bertumpuk, yang bertegangan lebih rendah di bagian dalam. Tujuannya untuk memberikan isolasi belitan bertegangan tinggi dari inti. Selain itu juga untuk memberikan fluks bocor (leakage flux) yang lebih rendah dibandingkan bila dibelitkan sendiri-sendiri. Terdapat dua tipe inti trafo: 1. tipe inti 2. tipe cangkang

Gambar 8. 2 Inti trafo: (a) Tipe inti, (b) tipe cangkang

Trafo daya mempunyai beberapa sebutan yang berbeda-beda tergantung pemakaiannya pada sisem tenaga listrik. Sebuah trafo yang terhubung dengan keluaran generator dan berfungsi untuk menaikkan tengan keluaran generator ke tingkat tegangan transmisi (sekitar 150 kV di Indonesia) disebut unit transformer. Sedangkan trafo yang digunakan untuk sistem distribusi dan berfugsi menurunkan tegangan dari level transmisi ke level distribusi disebur substation transformer. ‘13

4



Adapun trafo yang menurunkan tegangan dari level distribusi ke level tegangan yang digunakan sehari-hari disebut distribution transformer. Semua trafo yang disebutkan pada hakikatnya sama, hanya berbeda pada tujuan penggunaannya saja.

Gambar 8. 3 Trafo dengan inti tipe cangkang

Trafo Ideal Trafo ideal adalah trafo tanpa rugi-rugi. Hubungan antara tegangan dan arus pada trafo ideal baik pada sisi masukan maupun sisi keluaran diberikan oleh beberapa persamaan yang sederhana. Gambar 8.4 memperlihatkan suatu trafo ideal dengan N p belitan pada sisi primer dan N s belitan pada sisi sekunder. Keterangan gambar 8.4:

‘13



 = jumlah lilitan primer



 = jumlah lilitan sekunder



 () = tegangan lilitan primer



 () = tegangan lilitan sekunder

5



Gambar 8. 4 Trafo ideal: (a) gambar sketsa, (b) gambar skematik

Hubungan antara tegangan yang dikenakan di sisi primer  () dan tegangan yang dihasilkan di sisi sekunder  () dinyatakan dengan:

 ()  = =  () 

(8.3)

Di mana  = rasio belitan. Sedangkan hubungan arus didapat dari:

 () =   ()

(8.4)

 ()   = =  ()  

(8.5)

atau

Bila tegangan dan arus dalam bentuk fasor maka,

 =  ‘13

6



(8.6)

  =  

(8.7)

Perlu dicatat bahwa sudut fasa  sama dengan sudut fasa . Jadi rasio belitan tidak mempengaruhi sudut fasa.

Konvensi Titik Persamaan 8.3 sampai 8.7 menggambarkan hubungan antara besardan dan sudut dari tegangan dan arus baik pada sisi primer maupun pada sisi sekunder. Namun masih ada hal yang belum tergambarkan pada persamaan-persamaan tersebut yaotu tentang polaritas tegangan dan arus pada kedua sisi trafo. Pada setiap terminal dari trafo manakah tegangan yang positip dan manakah tegangan yang negatip? Untuk mengatasi permasalahan ini digunakan konvensi titik. Ketentuan pada konvensi titik adalah: 1. Jika tegangan primer positip pada sisi yang bertanda titik maka tegangan sekunder juga akan positip pada sisi yang bertanda titik. 2. Jika arus primer masuk ke sisi yang bertanda titik maka arus sekunder akan keluar dari titik yang bertanda titik

Gambar 8. 5 Konvensi titik

Daya Pada Trafo Ideal Daya yang masuk di sisi primer trafo dinyatakan dengan persamaan

 =    Di mana  adalah beda sudut fasa antara tegangan dan arus sisi primer. Sedangkan daya yang keluar dari sisi sekunder trafo dinyatakan dengan persamaan:

‘13

7



(8.8)

 =   

(8.9)

Di mana  adalah beda sudut fasa antara tegangan dan arus sisi sekunder Karena sudut fasa tegangan dan arus tidak dipengaruhi trafo ideal maka  =  = . Belitan primer dan belitan sekunder pada trafo ideal memiliki faktor daya yang sama Dari persamaan 8.9, daya keluar dari sisi sekunder:

 =    Dengan menerapkan persamaan perbandingan tegangan dan arus  =  / dan  =  maka

 = ( /)( ) =    = 

(8.10)

Jadi pada trafo ideal daya keluaran sama dengan daya masukan. Untuk daya reaktif dan daya nyata berlaku hal yang sama:

 =    =    = 

(8.11)

 =   =   = 

(8.12)

Transformasi Impedansi Dengan Trafo Impedansi didefinisikan sebagai perbandingan antara fasor tegangan dan fasor arus:

 =

 

(8.13)

Karena trafo mengubah tingkat tegangan dan arus maka trafo juga mengubah rasio tegangan dan arus (yang merupakan impedansi) Impedansi beban:

 

(8.14)

   =  =   =     ⁄ 

(8.15)

 = Impedanasi sisi primer:

′ =

‘13

8



Gambar 8. 6 Prinsip transformasi impedansi dengan trafo

Dengan trafo kita dapat menyamakan besar impedansi beban dengan impedansi sumber, dengan memilih rasio belitan trafo yang tepat.

Analisa Rangkaian Dengan Trafo Ideal Jika sebuah rangkaian mengandung trafo ideal maka cara termudah untuk menganalisanya adalah dengan mengganti bagian rangkaian pada salah satu sisi trafo dengan rangkaian penggantinya. Setelah rangkaian pengganti disubstitusi pada salah satu sisinya maka dapat dilakukan perhitungan tegangan dan arusnya (tanpa keberadaan trafo). Arus dan tegangan pada sisi lain trafo dapat dihitung kemudian dengan menggunakan rasio belitan. Cara seperti ini disebut melihat/merujuk satu sisi trafo dari sisi lainnya.

‘13

9



08. Trafo Ideal

Recommend Documents