I. Tujuan Percobaan
a. Mempelajari prinsip kerja transformator dan karakteristiknya b. Mengetahui rangkaian ekivalen transformator pada beban nol dan hubung singkat c. Mengenal hubungan pembebanan trafo baik hubung bintang maupun delta d. Mengetahui jenis-jenis pembebanan dari R, L, C e. Mengetahui grafik hubungan dari besaran-besaran yang diukur
II. Teori Dasar 2.1 Pengertian Transformator Transformator
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari suatu atau lebih ragkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Berdasarkan frekuensi trafo dibedakan menjadi : 1. Frekuensi Daya, 50 – 50 – 60 60 c/s. 2. Frekuensi Pendengaran, 50 c/s – c/s – 20 20 kc/s. 3. Frekuensi Radio, diatas 30 kc/s.
Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dibedakan menjadi : 1. Transformator Daya. 2. Transformator Distribusi. 3. Transformator pengukuran yang terdiri dari transformator arus dan transformator tegangan.
1
F
N1
V1
N2
E1
E2
V2
Gambar 2.1 Prinsip kerja trafo
Keterangan : V1
= Tegangan Jepit primer.
V2
= Tegangan Jepit Skunder.
E1
= GGL Primer
E2
= GGL skunder
N
= Jumlah Lilitan = Fluksi
F
Kumparan primer dihubungkan dengan tegangan sumber V 1 yang berbentuk sinus (v1 = v1 sin ω t). Maka akan mengalirlah arus primer I o yang juga sinusoida dan dengan menganggap belitan N 1 reaktif murni,Io akan tertingggal 90 o dari V1.Arus primer Io menimbulkan fluks yang sefasa dan juga berbentuk sinusoida,sehingga F
= cos ω t.
Menurut hukum faraday secara umum : e = -N
d dt
10-8 Volt.
Maka pada kumparan primer : e = -N
d dt
= -N
d ( c os t ) dt
= N1 F sin ωt. ω
2
GGL ini akan maksimum bila Sin ω t = 1, jadi e 1 max = e1 = N1
F
ω = N1
F 2πf.
Nilai efektif =
Jadi E1 eff =
nilai max 2
N 1 2 f 2
= 4,44 N 1 f F Volt.
Dengan perhitungan yang sama pada kumparan sekunder didapatkan : E2 = 4,44 N 2 f F Volt. Sedangkan perbandingannya : E 1 E 2
=
N 1 N 2
Rangkaian trafo ekivalen pada beban nol : I Io Ic V1
R c
I1 Xm
Gambar 2.2 Rangkaian ekivalen beban nol
Keterangan : V1
= Tegangan jepit pada keadaan beban nol.
I1
= Io = Arus beban nol.
Ic
= Arus rugi-rugi inti.
I j
= Arus magetisasi. 3
R c
= Tahanan karena adanya rugi-rugi inti.
Xm
= Reaktansi yang menimbulkan fluksi utama. Pada kaadaan beban nol arus yang mengalir pada kumparan primer
sama dengan arus beban nol, sedangkan arus yang mengalir pada kumparan sekunder sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Arus yang mengalir sangat kecil disebabkan oleh rangkaian yang terbuka, dengan demikian daya yang msuk pada keadaan beban nol hanya cukup untuk mengatasi rugi-rugi.
Rugi-rugi beban nol : Po =
V 12 Rc
Rangkaian ekivalen trafo hubung singkat :
I
Re
Xe
Ze V1
Gambar 2.3 Rangkaian ekivalen hubung singkat
Keterangan : V1
= Tegangan jepit pada kumparan.
I
= Arus yang mengalir pada rangkaian hubungan singkat.
R e
= Tahanan ekivalen pada keadaan hubungan singkat.
Xe
= Reaktansi ekivalen pada keadaan hubungan singkat.
Pada keadaan hubung singkat arus yang mengalir pada rangkaian magnetisasi sangat kecil dibandingkan rangkaian utama, sehingga arus yang mengalir pada magnetisasi dapat diabaikan.
4
Rugi-rugi hubungan singkat (P hs) : Phs = I2 R e. 2.2 Bagian – bagian Transformator
Bagian utama transformator, terdiri dari: a) Inti besi Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluks, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas
(sebagai
rugi-rugi
besi)
yang
ditimbulkan
oleharus
pusar atau arus eddy (eddy current). b) Kumparan transformator Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan, dan kumparan tersebut diisolasi, baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan menggunakan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain. Pada transformator terdapat kumparan primer dan kumparan sekunder. Jika kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluks yang menimbulkan induksi tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka mengalir arus pada kumparan tersebut, sehingga kumparan ini berfungsi sebagai alat transformasi tegangan dan arus. c) Kumparan tertier Fungsi kumparan tertier diperlukan adalah untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta atau segitiga. Kumparan tertier sering digunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt,
5
namun demikian tidak semua transformator daya mempunyai kumparan tertier. d) Minyak transformator Sebagian besar dari transformator tenaga memiliki kumparankumparan yang intinya direndam dalam minyak transformator, te rutama pada transformator-transformator tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak transformator mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan juga berfungsi pula sebagai isolasi (memiliki daya tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. e) Bushing Hubungan antara kumparan transformator ke jaringan luar melalui sebuah bushing, yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki transformator. f) Tangki dan konservator Pada umumnya bagian-bagian dari transformator yang terendam minyak transformator berada atau (ditempatkan) di dalam tangki. Untuk menampung pemuaian pada minyak transformator, pada tangki dilengkapi dengan sebuah konservator. 2.3 Jenis jenis Transformator
a. Step-Up
Gambar 2.4 Lambang transformator step-up
6
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh. b. Step-down
Gambar 2.5 Skema transformator step-down
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.
c. Autotransformator
Gambar 2.6 Skema transformator
Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer
7
dengan lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).
d. Autotransformator Variabel
Gambar 2.7 Skema Autotransformator Variabel
Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa
yang sadapan
tengahnya
bisa
diubah-ubah,
memberikan
perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah. e. Transformator Isolasi Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat
sedikit
lebih
banyak
untuk
mengkompensasi
kerugian.
Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor. f. Transformator Pulsa Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini
8
menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah. g. Transformator Tiga Fasa Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ). 2.4 Prinsip kerja Transformator
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah dan menyalurkan energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan megnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Transformator di gunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya, kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya ja rak jauh. Transformator terdiri atas dua buah kumparan ( primer dan sekunder ) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektrik namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi ( reluctance ) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi sendiri ( self induction ) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (
9
mutual induction ) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi ). Pada skema transformator di bawah ini, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya.
Gambar 2.8 Skema transformator kumparan primer dan kumparan sekunder terhadap medan magnet
Gambar 2.9 Hubungan antara tegangan primer, j umlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlahlilitan sekunder
10
Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan
Vp = tegangan primer (volt) Vs = tegangan sekunder (volt) Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:
1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns). 2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP). 3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,
Sehingga dapat dituliskan:
III. Alat – alat yang digunakan
a) Transformator 1 fasa
1 buah
b) Transformator 3 fasa
1 buah
c) Power DC
1 buah
d) Variac
1 buah
e) Rangkaian panel
1 unit
11
f) Voltmeter AC
1 buah
g) Amperemeter AC
1 buah
h) Wattmeter
1 buah
i) Beban lampu
6 buah
j) Jumper
secukupnya
IV. Prosedur percobaan
a. Percobaan Beban Nol R
A Wattmeter
Trafo
V
N
Gambar 4.1 Rangkaian percobaan beban nol
1. Siapkan alat – alat yang akan digunakan 2. Periksa alat – alat yang akan digunakan 3. Rangkai alat sesuai dengan gambar 4.1 4. Setelah selesai dirangkai tanya asisten, jika sudah benar hidupkan sumber tegangan 5. Nyalakan pengatur tegangan 6. Amati dan catat nilai arus, tegangan, dan daya. 7. Matikan sumber tegangan
b. Percobaan hubung singkat
A
R VARIAC
TRAFO
S
V
Gambar 4.2 Rangkaian percobaan hubung singkat
1. Siapkan alat – alat yang akan digunakan 2. Periksa alat – alat yang akan digunakan
12
3. Rangkai alat sesuai dengan gambar 4.2 4. Setelah selesai dirangkai tanya asisten, jika sudah benar hidupkan sumber tegangan 5. Nyalakan pengatur tegangan 6. Amati dan catat nilai arus dan tegangan 7. Matikan sumber tegangan
c. Percobaan tahanan dalam transformator R SUPPLY DC
TRAFO
S
Gambar 4.3 Rangkaian percobaan tahanan dalam transformator
1. Siapkan alat – alat yang akan digunakan 2. Periksa alat – alat yang akan digunakan 3. Rangkai alat sesuai dengan gambar 4.3 4. Setelah selesai dirangkai tanya asisten untuk diperiksa 5. Atur tegangan pada Power Supply 6. Amati dan catat nilai arus dan tegangan yang terdapat pada Power Supply 7. Matikan sumber tegangan
d. Hubung bintang dengan beban 300 watt SH1 R S
SH2 A
TRAFO 3 FASA
T V
N
Gambar 4.4 Rangkaian percobaan hubung bintang dengan beban 300 watt
13
1. Membuat rangkaian seperti gambar diatas 2. Melaporkan rangkaian percobaan yang telah dibuat ke asisten, tegangan supply hanya boleh dipasang pada rangkaian bila disetujui asisten. 3. Menyalakan MCB 4. Memindahkan posisi saklar (SH 1) ke O ke I, Selanjutnyasaklar handel (SH 20 dari posisi O ke I 5. Mencatat masing-masing parameter yang diukur : wattmeter, voltmeter dan amperemeter
e. Hubung bintang dengan beban 600 watt 1. Membuat rangkaian seperti gambar dibawah ini SH1 R
SH2 A
TRAFO
S
3 FASA
T V
N
Gambar 4.5 Rangkaian percobaan hubung bintang dengan beban 600 watt
2. Melaporkan rangkaian percobaan yang telah dibuat ke asisten, tegangan supply hanya boleh dipasang pada rangkaian bila disetujui asisten 3. Menyalakan MCB 4. Memindahkan posisi saklar (SH 1) ke O ke I, Selanjutnyasaklar handel (SH 20 dari posisi O ke I 5. Mencatat masing-masing parameter yang diukur : wattmeter, voltmeter dan amperemeter
f. Hubung delta dengan beban 300 watt 1. Membuat rangkaian seperti gambar dibawah ini
14
SH1 R
SH2 A
TRAFO
S
3 FASA
T V
Gambar 4.6 Rangkaian percobaan hubung delta dengan beban 300 watt
2. Melaporkan rangkaian percobaan yang telah dibuat ke asisten, tegangan suplly hanya boleh dipasang pada rangkaian bila disetujui asisten 3. Menyalakan MCB 4. Memindahkan posisi saklar (SH 1) ke O ke I, Selanjutnyasaklar handel (SH 20 dari posisi O ke I 5. Mencatat masing-masing parameter yang diukur : wattmeter, voltmeter dan amperemeter
g. Hubung delta dengan beban 600 watt 1. Membuat rangkaian seperti gambar dibawah ini SH1 R S
SH2 A
TRAFO 3 FASA
T V
Gambar 4.7 Rangkaian percobaan hubung delta dengan beban 600 watt
2. Melaporkan rangkaian percobaan yang telah dibuat ke asisten, tegangan suplly hanya boleh dipasang pada rangkaian bila disetujui asisten 3. Menyalakan MCB 4. Memindahkan posisi saklar (SH 1) ke O ke I, Selanjutnyasaklar handel (SH 20 dari posisi O ke I 5. Mencatat masing-masing parameter yang diukur : wattmeter, voltmeter dan amperemeter
15
V. Data dan Hasil Pengamatan Praktikum
Tabel 1 Percobaan Beban Nol V (volt)
I (ampere)
P (watt)
108
2
18
Tabel 2 Percobaan Hubung Singkat V (volt)
I (ampere)
3.2
0
Tabel 3 Percobaan Tahanan Dalam Transformator V (volt)
I (ampere)
Pada
0.3
0.59
primer
0.5
1.79
sekunder
Tabel 4 Pembebanan Trafo 3 fasa Hubung
Load
V
I
Kondisi
(watt)
(volt)
(ampere)
Lampu
Υ
300
122
0.31
Terang
Υ
600
123.2
0.63
Redup
Δ
300
216
0.73
Sangat Terang
Δ
600
143.7
0.45
Terang
16
VI. Pengolahan Data
17
VII. Analisa
Pada percobaan trafo rangkaian beban nol, kita akan mendapatkan nilai tahanan dari rangkaian ekivalen sama dengan nol karena rangkaian terbuka (nilai arus sama dengan nol) dan nilai tegangan keluaran (V 1) dari rangkaian juga sama dengan nilai output dari transformator berdasarkan teori. Tapi dari percobaan kali ini, hasil yang didapat tidak sesuai dengan teori. Hasil dari pengamatan dari rangkaian beban nol adalah tegangan sama dengan 12,30volt dan tahanan sama dengan 6,30Ω. Hal i ni bisa disebabkan karena: a. Adanya tahanan dalam dari amperemeter dan voltmeter yang besar karena amperemeter dan voltmeter dihubung seri sehingga membuat total nilai tahanan dalam lebih besar membuat nilai tegangan menurun dari 110v. b. Untuk nilai Rc jika dilihat dari rumus di pengolahan data tidak menghasilkan sama dengan nol, tapi misalnya kita menggunakan rumus P = Ic2R (Ic = 0, karena I = 0 dan I kumparan sekunder = diabaikan) maka akan menghasilkan sama dengan tak hingga untuk nilai Rc dan dianggap nol. Atau meggunakan hukum yang menyatakan bahwa tegangan dari rangkaian paralel sama, jadi V 1 = I.Rc (I = 0) jadi Rc akan bernilai tak hingga dan dianggap nol.
VIII. Kesimpulan
1.
Dari
percobaan
modul
praktikum
transformator,
kita
dapat
mengetahui prinsip kerja transformator dan karakeristiknya serta mengetahui rangkaian ekivalen pada beban nol. 2.
Kita dapat mengetahui Kegunaan dari trasformator adalah sebagai penurun atau penaik tegangan, juga sebagai penstabil tegangan, bisa juga sebagai alat ukur tegangan, terutama pada tegangan tinggi.
18
3. Jadi transformator adalah sebagai alat konversi energi, untuk menurunkan atau menaikan suatu tegangan.
IX. Saran
1. Berhati hati saat melakukan praktikum percobaan transformator karena tegangan yang digunakan cukup besar. 2. Kepada praktikan harus lebih teliti dalam pengambilan data karena kesalahan kecil apapun bisa sangat berpengaruh. 3. Tanyakan kepada asisten apabila sudah selesai merangkai rangkaian percobaan. X. DAFTAR PUSTAKA
Tim Assisten, Modul Praktikum IIIA DKEE , ITENAS:Bandung, 2009. Zuhal, Dasar Tenaga Listrik , ITB: Bandung. http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/transformator.html http://zhagitoloh.blogspot.com/2010/01/jenis-jenis-dan-prinsip-kerja.html
19
LAMPIRAN
20
I.
TUGAS AKHIR DAN PERTANYAAN
a) Beban Nol 1. Tentukan harga R c dan Xm ! R c = 496.22 Ohm Xm = 307.51 Ohm
Note : untuk mengetahui perhitungannya ada dalam pengolahan data. 2. Gambarkan ekivalen trafo dengan konstantanya ?
Keterangan : V1 = tegangan jepit pada keadaan beban nol I1 = I0 = arus beban nol Ic = arus rugi-rugi inti Ij = arus magnetisasi Rc = tahanan karena adanya rugi-rugi inti Xm = reaktansi yang menimbulakan fluksi utama
b) Hubung Singkat 1. Tentukan harga R c dan Xm ! R c = 0.2996 Ohm Xm = 0.3525 Ohm
Note : untuk mengetahui perhitungannya ada dalam pengolahan data.
21
2. Gambarkan ekivalen trafo dengan konstantanya ?
Keterangan : V1 = tegangan jepit pada keadaan hubung singkat I
= arus hubung singkat
R e = tahanan karena adanya rugi-rugi inti Xe = reaktansi yang menimbulakan fluksi utama
c)
Hitung rugi-rugi total dan efisiensi trafo ? Note : untuk mengetahuinya ada dalam pengolahan data.
22
II. WIRING DIAGRAM Wiring Diagram – Percobaan Beban Nol
N
R
S
T
WATT METER 10A
COM
V
WATT
TRAFO 1 FASA 220
110
VOLT METER
AMPERE METER 10A
COM
V
10A
WATT
COM
V
WATT
Wiring Diagram – Percobaan Hubung Singkat T
VARIAC N
R
S
T
IN
OUT
A
a
X
x
TRAFO 1 FASA 220
110
VOLT METER 10A
COM
V
WATT
AMPERE METER 10A
COM
V
WATT
23
Wiring Diagram – Percobaan Tahanan Dalam Trafo Primer
TR AFO 1 FASA
Power Sup ply DC +
220
110
-
SUMBER PLN
Wiring Diagram – Percobaan Tahanan Dalam Trafo Sekunder
TR AFO 1 FASA
Power Supply DC +
220
110
-
SUMBER PLN
24
Wiring Diagram – Percobaan Hubung Bintang dengan Beban 300 Watt SUMBER TEGANGAN R
S
T
N
A
V
10A COM V Watt
10A COM V Watt
SH 1
SH 2
R S T
X Y Z
BEBAN HUBUNG Y
IN
OUT
300 W
TRAFO 3 FASA
Wiring Diagram – Percobaan Hubung Bintang dengan Beban 600 Watt SUMBER TEGANGAN R
S
T
N
A
V
10A COM V Watt
10A COM V Watt
+ -
+ SH 1
SH 2
+ -
R S T
X Y Z
BEBAN HUBUNG Y
IN
OUT
600 W
TRAFO 3 FASA
25
Wiring Diagram – Percobaan Hubung Delta dengan Beban 300 Watt SUMBER TEGANGAN R
S
T
N
A
V
10A COM V Watt
10A COM V Watt
+ -
SH 1
SH 2
R S T
BEBAN
X Y Z
HUBUNG
IN
∆
300 W
OUT TRAFO 3 FASA
Wiring Diagram – Percobaan Hubung Delta dengan Beban 600 Watt SUMBER TEGANGAN R
S
T
N
A
V
10A COM V Watt
10A COM V Watt
SH 1
R S T
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -
SH 2
X Y Z
BEBAN HUBUNG
IN
OUT
∆
600 W
TRAFO 3 FASA
26
