Bahan Magnetik Penyusun Inti Transformator ARUM

(1)

PRAKTIKUM 2

BAHAN MAGNETIK PENYUSUN INTI TRANSFORMATOR

1. TUJUAN PERCOBAAN

Untuk menyelidiki pentingnya susunan inti terhadap efisiensi transformator. JENIS PERCOBAAN

1. Daya primer dan skunder rangkaian transformator berinti besi 2. Daya primer dan sekunder rangkaian transformator berinit laminasi 2. ALAT DAN BAHAN

Modul magnetic dan elektomagnetic principles 61-400 Magnetic platform rig

Pemisah inti magnet Transformer clamb bar Kumparan

Inti U dilaminasi (rugi – rugi besar) Multimeter digital

3. DASAR TEORI

Transformator /Transformer/ Trafo adalah suatu peralatan listrik yang termasuk kedalam klasifikasi mesin listrik statis dan berfungsi untuk menyalurkan tenaga/ daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya, dengan frekuensi sama. Dalam pengoperasiannya, transformator – transformator tenaga pada umumnya ditanahkan pada titik netral, sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan atau proteksi.

Transformator sebagai mesin listrik yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan memiliki rugi-rugi daya

(2)

Transformator step-Down Transformator Variabel (Step-up&Step-Down)

Prinsip Kerja Transformator

Transformator terdiri dari dua gulungan kawat yang terpisah satu sama lain, yang dibelitkan pada inti yang sama. Daya listrik dipisahkan dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan perantara garis gaya magnet (fluks magnet), yang dibagkitkan oleh aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer.

Untuk dapat membangkitkan tegangan listrik pada kumparan sekunder, fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan primer harus berubah-ubah. Untuk memenuhi hal ini, aliran listrik yang mengalir ,melalui kumparan primer haruslah aliran listrik bolak-balik.

Saat kumparan primer dihubungka ke sumber listrik AC, pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet bersama yang bolak-balik juga. Dengan adanya gaya gerak magnet ini, di sekitar kumparan primer timbul fluks magnet bersama yang juga bolak-balik. Adanya fluks magnet bersama ini pada ujung-ujung kumparan sekunder timbul gaya gerak listrik induksi sekunder yang mungkin sama, lebih tinggi, atau lebih rendah dari gaya gerak listrik primer. Hal ini tergantung pada perbandingan transformasi kumparan transformator tersebut.

Jika kumparan sekunder dihubungkan ke beban, maka pada kumparan sekunder timbul arus listrik bolak-balik sekunder akibat adanya gaya gerak magnet pada listrik induksi sekunder. Hal ini mengakibatkan timbulnya gaya gerak magnet pada kumparan sekunder dan akibatnya pada beban timbul tegangan sekunder.

Konstruksi Bagian-bagian Transformator 1. Inti besi

Inti besi merupakan bahan ferro magnet berfungsi untuk melipatgandakan nilai atau mempermudah jalan fluksi yang ditimbulkan olej arus listrik yang dialirkan melalui kumparan. Inti besi juga berfungsi meghantarkan dan mengarahkan arus magnet (fluksi), sehingga hamper seluruh fluksi yang dibangkitkan kumparan primer menerobos kumparan sekunder sehingga di kumparan sekunder terinduksi GGL yang selanjutnya memasok energi listrik

(3)

ke beban. Namun, inti besi juga memberikan efek negative pada operasi ternsformator, yaitu menyebabkan timbulnya rugi-rugi energi yang disebut rugi-rugi besi yaitu:

 Rugi-rugi arus pusar, rugi-rugi ini timbul akibat fluksi bolak-balik menerobos inti besi sehingga timbul arus pusar yang mengalir di dalam inti besi tersebut sehingga mengakibatkan timbulnya panas.

 Rugi-rugi histerisis, rugi-rugi ini juga menimbulkan panas pada inti besi tersebut. Nilai rugi histerisis proporsional dengan luas lengkung kemagnetan inti besi tersebut.

2. Kumparan Transformator

Kumparan atau lilitan adalah media tempat mengalirnya arus yang besarnya disesuaikan dengan kebutuhan. Kumparan menggunakan kawat tembaga yang dilapisi isolasi email, penggunaannya harus mempertimbangkan daya hantar arus yang tinggi, kemampuan menahan panas, dan tekanan elektromagnetis akibat pmbebanan yang berlebihan dan sebagainya.

Kumparan tersebut terdiri dari kumparan primer, dan kumparan sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap antar kumparan dengan isolasi padat seperti karton, pertinak dan lain-lain.

3. Bushing

Bushing adalah sebuah konduktor yang diselubugi oleh isolator yang berfungsi untuk menghubungkan kumparan transformator ke jaringa luar, selain itu juga berfungsi sebagai penyekat antara konduktor dengan tangki transformator.

4. Tangki Transformator

Tangki transformator merupakan bagian untuk menempatkan perlengkapan transformator seperti: bushing, inti besi, kumpran (primer dan sekunder), minyak transformator, tap changer, dan sebagainya. Bentuk tangki transformator bermacam-macam sesuai produk mereknya, misalnya: bentuknya kotak (segi empat), dan oval. Dari berbagai bentuk ada yang menggunakan sirip-sirip dan ada pula yang tidak menggunakan sirip-sirip. Hal tersebut, diperhitungkan sesuai fungsinya untuk memperlebar area penyerapan panas dari kumparan, dan inti yang disalurkan melalui minyak trafo yang selanjutnya dibuang melalui udara di sekitarnya.

(4)

Daya pada Transformator

Pada transformator ideal, daya primer sama dengan daya sekunder. Secara otomatis dituliskan sebagai berikut.

P1 = P2 I1V1 = I2V2

Dimana P1 adalah daya primer, P2 daya sekunder, I1 arus primer, I2 arus sekunder, V1 tegangan primer dan V2 tegangan sekunder.

Pada kenyataannya P1 < P2 atau I1V1 < I2V2. Ini dikarenakan terdapat rugi-rugi. Rugi-rugi ini dapat berupa rugi akibat resistansi lilitan kumparan dan juga rugi-rugi inti.

P1 = P2 + Rugi-rugi

Dimana Rugi-rugi = Rugi kawat + rugi inti

Rugi inti dapat berupa rugi histerisis dan juga rugi akibat arus Eddy (arus putar). Pada gambar 3.1 menunjukkan histerisis pada bahan feromagnetik. Kurva tiap-tiap bahan berbeda menunjukkan cirri khas masing-masing bahan.

Gambar 2.1. Kurva histerisis

Bahan inti dari transformator sangat menentukan efisiensi daya dari transformator tersebut. Untuk itu perlu dipelajari sifat-sifat bahan magnet agar sesuai dengan kebutuhan yang kita inginkan.

4. PROSEDUR

4.1. PROSEDUR PERCOBAAN Percobaan 2.1

(5)

Gambar 2.2 Rangkaian pengujian percobaan 2.1

Gambar 2.3 Diagram pemasangan percobaan 2.1

Pertanyaan 1 Sebutkan pengertian Transformator (beserta contoh dan penjelasannya) dan jelaskan prinsip dasar suatu transformator!

Pertanyaan 2 Mengapa transformator harus menggunakan sumber tegangan AC? Coba jelaskan menurut pendapat saudara.

(6)

Pertanyaan 4 Apakah yang dimaksud dengan Autodan trafo dan jelaskan cara kerjanya?

Pengujian Rugi Inti Besar

1. Setting circuit breaker pada posisi ON (1)

2. Tekan dan lepaskan tombol “power” pada panel depan. Lampu indicator hijau pada tombol seharusnya menyala.

3. Sesuaikan resistor variable 100 ohm untuk memberikan rangkaian primer 0,4 A pada multimeter A1.

4. Pada wattmeter, amati pembacaan daya primer (lihat cara menggunakan wattmeter pada halaman 3-3-4) dan masukan ke dalam contoh table 3-3-1 (bagian table hasil).

5. Pada mutimeter A2, amati arus sekunder dan masukkan pada table 3-3-3 6. Setting circuit breaker ke posisi OFF (0)

7. Tekan dan lepaskan tombol “power”. Lampu indikator padam Pengujian rugi Inti Rendah

1. Pada transformator test rig, longgarkan kedua thumbscrew yang melindungi pemisah pengapit dan pindahkan logan inti U dengan dua inti U terlaminasi (berdasarkan percobaan 2 untuk detail susunan). Pindahkan pemisah pengapit dan mankan dengan thumbscrew.

2. Setting circuit breaker ke posisi ON (1)

3. Tekan dan lepaskan tombol “power”. Indikator hijau seharusnya menyala. 4. Sesuaikan resistor variable 100 ohm untuk memberikan rangkaian primer 0,4 A

pada multimeter A1.

5. Pada wattmeter, amati pembacaan daya primer (lihat cara menggunkan wattmeter pada halaman 3-8-4) dan masukkan ke dalam contoh table 3-3-2 ( bagian table hasil).

6. Pada mutimeter A2, amati arus sekunder dan masukkan pada table 3-3-2 7. Setting circuit breaker pada posisi Off (1)

(7)

8. Tekan dan lepaskan tombol “power”. Lampu indicator padam. Percobaan 2.2 Daya Sekunder Rangkaian Trafo

Pada modul 61-400 susun test rig transformator mrnggunkan logam inti U seperti dalam percobaan 2. Buat hubungan seperti ditunjukkan dalam gamabr 3-3-5 (rangkaian uji) dan gambar 3-3-6 ( diagram potongan).

Gambar 2.4. Rangkaian pengujian percobaan 2.2

Gambar 2.5. Percobaan 2.2 Diagram Pemasangan percobaan 2.2

Pertanyaan 5 Berapakah sudut fas diantara i1 (t) dan (t) pada sebuah transformator ideal? Mengapa demikian coba jelaskan?

Pertanyaan 6 Pada Transformator kita mempelajari beberapa hokum, seperti hokum Faraday, hokum Lenz, dan lain – lain. Coba anda sebutkan hokum – hokum apa saja yang mempelajari tentang transformator, dan jelaskan maksud

(8)

Pertanyaan 7 Rugi –rugi pada transformator salah satunya dipengaruhi oleh arus pusar (Eddy Current). Apa yang anda ketahui dengan arus pusar dan bagaimana cara mengurangi efek arus pusar tersebut? Coba jelaskan

Pertanyaan 8 Kenapa transformator sering bergetar atau beresonansi?

Pengujian Rugi Inti Besar

1. Setting circuit breaker pada posisi ON (1)

2. Tekan dan lepaskan tombol “power” pada panel depan. Lampu indikator hijau pada tombol seharusnya menyala.

3. Sesuaikan resistor variable 100 ohm untuk memberikan rangkaian primer 0,4 A pada multimeter A1.

4. Pada wattmeter , amati pembacaan daya primer (lihat cara menggunakan wattmeter pada halaman 3-3-4) dan masukkan ke dalam contoh table 3-3-3 (bagian table hasil)

5. Pada multimeter A2, amati arus sekunder dan masukkan pada atbel 3-3-3 6. Setting circuit breaker ke posisi off (0)

7. Tekan dan lepaskan tombol “power”. Lampu indikator padam

Pengujian Rugi Inti Rendah

1. Pada transformator test rig, longgarkan kedua thumbscrew yang melindungi pemisah pengapit dan pindahkan logam inti U dengan dua inti U terlaminasi (berdasarkan percobaan 2 untuk detail susunan). Pindahkan pemisah pengapit dan amankan dengan thumbscrew.

2. Setting circuit breaker ke posisi ON (1)

3. Tekan dan lepaskan tombol “power”. Indikator hijau seharusnya menyala. 4. Sesuaikan resistor variable 100 ohm untuk memberikan rangakian primer 0,4

A pada multimeter A1.

5. Pada wattmeter, amati pembacaan daya primer (lihat cara menggunakan wattmeter pada halaman 3-3-4) dan masukkan ke dalam contoh table 3-3-4 ( bagian table hasil).

(9)

6. Pada mutimeter A2, amati arus sekunder dan masukkan pada table 3-3-4 7. Setting circuit breaker pada posisi off (1)

(10)

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

(11)

Transformator atau lebih dikenal dengan nama “transformer” atau “trafo” sejatinya adalah suatu peralatan listrik yang mengubah daya listrik AC pada satu level tegangan yang satu ke level tegangan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik tanpa merubah frekuensinya. Tranformator biasa digunakan untuk mentransformasikan tegangan (menaikkan atau menurunkan tegangan AC). Selain itu, transformator juga dapat digunakan untuk sampling tegangan, sampling arus, dan juga mentransformasi impedansi. Transformator terdiri dari dua atau lebih kumparan yang membungkus inti besi feromagnetik. Kumparan-kumparan tersebut biasanya satu sama lain tidak dihubungkan secara langsung. Kumparan yang satu dihubungkan dengan sumber listrik AC (kumparan primer) dan kumparan yang lain mensuplai listrik ke beban (kumparan sekunder). Bila terdapat lebih dari dua kumparan maka kumparan tersebut akan disebut sebagai kumparan tersier, kuarter, dst.

Transformator bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan perubahan medan magnet. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi. Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan, sehingga fluks magnet yang timbulkan akan mengalir ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance). Bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada

(12)

kumparan sekunder. Jika efisiensi sempurna (100%), semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.

Komponen Transformator

Komponen transformator terdiri dari dua bagian, yaitu peralatan utama dan peralatan bantu. Peralatan utama transformator terdiri dari:

1. Kumparan Trafo; kumparan trafo terdiri dari beberapa lilitan kawat tembaga yang dilapisi dengan bahan isolasi (karton, pertinax, dll) untuk mengisolasi baik terhadap inti besi maupun kumparan lain. . Untuk trafo dengan daya besar lilitan dimasukkan dalam minyak trafo sebagai media pendingin.Banyaknya lilitan akan menentukan besar tegangan dan arus yang ada pada sisi sekunder.Kadang kala transformator memiliki kumparan tertier. Kumparan tertier diperlukan untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta. Kumparan tertier sering juga untuk dipergunakan penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt.

2. Inti Besi; dibuat dari lempengan-lempengan feromagnetik tipis yang berguna untuk mempermudah jalan fluksi yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Inti besi ini juga diberi isolasi untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh arus eddy “Eddy Current”.

3. Minyak Trafo; berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Minyak trafo mempunyai sifat media pemindah panas (disirkulasi) dan mempunyai daya tegangan tembus tinggi. Pada power transformator, terutama yang berkapasitas besar, kumparan-kumparan dan inti besi transformator direndam dalam minyak-trafo. Syarat suatu cairan bisa dijadikan sebagai minyak trafo adalah sebagai berikut:

(13)

o Ketahanan isolasi harus tinggi ( >10kV/mm )

o Berat jenis harus kecil, sehingga partikel-partikel inert di dalam minyak dapat mengendap dengan cepat

o Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan kemampuan pendinginan menjadi lebih baik

o Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat membahayakan

o Tidak merusak bahan isolasi padat

o Sifat kimia yang stabil

4. Bushing; sebuah konduktor (porselin) yang menghubungkan kumparan transformator dengan jaringan luar. Bushing diselubungi dengan suatu isolator dan berfungsi sebagai konduktor tersebut dengan tangki transformator. Selain itu juga bushing juga berfungsi sebagai pengaman hubung singkat antara kawat yang bertegangan dengan tangki trafo.

5. Tangki dan Konservator (khusus untuk transformator basah); pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo ditempatkan di dalam tangki baja. Tangki trafo-trafo distribusi umumnya dilengkapi dengan sirip-sirip pendingin ( cooling fin ) yang berfungsi memperluas permukaan dinding tangki, sehingga penyaluran panas minyak pada saat konveksi menjadi semakin baik dan efektif untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator.

(14)

1. Peralatan Pendingin ; pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi di dalam trafo, maka untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan tersebut trafo perlu dilengkapi dengan sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar trafo. Media yang digunakan pada sistem pendingin dapat berupa: udara/gas, minyak dan air.

2. Tap Changer; yaitu suatu alat yang berfungsi untuk merubah kedudukan tap (sadapan) dengan maksud mendapatkan tegangan keluaran yang stabil walaupun beban berubah-ubah. Tap changer selalu diletakkan pada posisi tegangan tinggi dari trafo pada posisi tegangan tinggi. Tap changer dapat dilakukan baik dalam keadaan berbeban (on-load) atau dalam keadaan tak berbeban (off load), tergantung jenisnya.

3. Peralatan Proteksi; peralatan yang mengamankan trafo terhadap bahaya fisis, elektris maupun kimiawi. Yang termasuk peralatan proteksi transformator antara lain sebagai berikut:

o Rele Bucholz; yaitu peralatan rele yang dapat mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo yang menimbulkan gas. Di dalam transformator, gas mungkin dapat timbul akibat hubung singkat antar lilitan (dalam phasa/ antar phasa), hubung singkat antar phasa ke tanah, busur listrik antar laminasi, atau busur listrik yang ditimbulkan karena terjadinya kontak yang kurang baik.

o Rele tekanan lebih; peralatan rele yang dapat mendeteksi gangguan pada transformator bila terjadi kenaikan tekanan gas secara tiba-tiba dan an langsung mentripkan CB pada sisi upstream-nya.

o Rele diferensial; rele yang dapat mendeteksi terhadap gangguan transformator apabila terjadi flash over antara kumparan dengan

(15)

kumparan, kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun antar kumparan.

o Rele beban lebih; rele ini berfungsi untuk mengamankan trafo terhadap beban yang berlebihan dengan menggunakan sirkit simulator yang dapat mendeteksi lilitan trafo yang kemudian apabia terjadi gangguan akan membunyikan alarm pada tahap pertama dan kemudian akan menjatuhkan PMT.

o Rele arus lebih; rele ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubunga singkat antar fasa didalam maupun diluar daerah pengaman trafo, juga diharapkan rele ini mempunyai sifat komplementer dengan rele beban lebih. Rele ini juga berfungsi sebagai cadangan bagi pengaman instalasi lainnya. Arus berlebih dapat terjadi karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.

o Rele fluks lebih; rele ini berfungsi untuk mengamankan transformator dengan mendeteksi besaran fluksi atau perbandingan tegangan dan frekwensi.

o Rele tangki tanah; rele ini berfungsi untuk mengamankan transformator bila terjadi hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada transformator.

o Rele gangguan tanah terbatas; rele ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan tanah didalam daerah pengaman transformator khususnya untuk gangguan di dekat titik netral yang tidak dapat dirasakan oleh rele diferential.

o Rele termis; rele ini berfungsi untuk mengamankan transformator dari kerusakan isolasi kumparan, akibat adanya panas lebih yang

(16)

ditimbulkan oleh arus lebih. Besaran yang diukur di dalam rele ini adalah kenaikan temperatu

4. Peralatan Pernapasan (Dehydrating Breather); ventilasi udara yang berupa saringan silikagel yang akan menyerap uap air. Karena pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka suhu minyakpun akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya bila suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki. Kedua proses di atas disebut pernapasan trafo. Permukaan minyak trafo akan selalu bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai tegangan tembus minyak trafo, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat hygroskopis. 5. Indikator; untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu

adanya indikator pada transformator yang antara lain sebagai berikut:

o indikator suhu minyak

o indikator permukaan minyak

o indikator sistem pendingin

o indikator kedudukan tap Transformator Instruments

(17)

Current Transformer (CT) adalah suatu perangkat listrik yang berfungsi menurunkan arus yang besar menjadi arus dengan ukuran yang lebih kecil. CT digunakan karena dalam pengukuran arus tidak mungkin dilakukan langsung pada arus beban atau arus gangguan, hal ini disebabkan arus sangat besar dan bertegangan sangat tinggi. Karakteristik CT ditandai oleh Current Transformer Ratio(CTR) yang merupakan perbandingan antara arus yang dilewatkan oleh sisi primer dengan arus yang dilewatkan oleh sisi sekunder. Potential Transformer (PT)adalah suatu peralatan listrik yang berfungsi menurunkan tegangan yang tinggi menjadi tegangan yang lebih rendah yang sesuai dengan setting relay. Trafo ini juga memiliki angka perbandingan lilitan/tegangan primer dan sekunder yang menunjukkan kelasnya.

Adapun perbedaan kerja dari transformator potensial dan transformator arus adalah:

 Pada transformator potensial, arus primer sangat tergantung beban sekunder, sedangkan pada transformator arus, arus primer tidak tergantung kondisi rangkaian sekunder

 Pada transformator potensial, tegangan jaringan dipengaruhi terminal-terminalnya sedangkan transformator arus dihubung seri dengan satu jaringan dan tegangan kecil berada pada terminal-terminalnya. Namun transformator arus mengalirkan semua arus jaringan.

 Pada kondisi kerja normal tegangan jaringan hampir konstan dan karena itu kerapatan fluks serta arus penguat dari transformator potensial hanya berubah di atas batas larangan sedangkan arus primer dan arus penguatan dari transformator arus berubah di atas batas kerja normal.

Power Transformator dibuat pada satu dari dua macam inti. Tipe konstruksi pertama terdiri dari lapisan lempengan baja segiempat sederhana dengan kumparan transformator melilit di kedua sisi persegi-empat. Kontruksi ini dikenal dengan nama “core form” seperti tampak pada gambar di bawah ini.

(18)

Sedangkan tipe konstruksi transformator kedua dikenal dengan nama “shell form”. Tipe shell form terdiri sebuah inti yang mempunyai lapisan tiga-kaki dengan kumparan melilit disekitar kaki bagian tengah (gambar dibawah ini). Pada kasus yang lain, inti dibuat berlapis-lapis yang diberi lapisan isolasi listrik disetiap lapisannya untuk mengurangi timbulnya arus eddy.

(19)

Berdasarkan penggunaannya di dalam sistem tenaga listrik, Power transformator dapat dibedakan menjadi 3 macam yaitu:

 Unit/Step Up Transformator; sebuah transformator yang dihubungkan dengan keluaran generator dan digunakan untuk menaikkan tegangan pada level transmisi (110+ kV).

 Substation/Step Down Transformator; sebuah transformator yang diletakkan di bagian akhir lajur transmisi dan digunakan untuk menurunkan tegangan dari level transmisi ke level distribusi (37,5 kV).

 Distribution transformator; transformator yang mengambil tegangan distribusi dan menurunkan tegangannya ke level tegangan akhir yang mana daya listrik akan digunakan (110, 208, 220 V, dll).

IDEAL TRANSFORMATOR

Pada transformator ideal, tidak ada energi yang diubah menjadi bentuk energi lain di dalam transformator sehingga daya listrik pada kumparan skunder sama dengan daya listrik pada kumparan primer. Pada transformator Ideal perbandingan antara tegangan sebanding dengan perbandingan jumlah lilitannya. Dengan demikian dapat dituliskan dengan persamaan berikut:

(20)

Namun, pada kenyataannya tidak ada transformator yang ideal. Hal ini karena pada transformator selalu ada rugi-rugi yang antara lain sebagai berikut:

 Rugi-rugi tembaga; rugi-rugi yang disebabkan oleh pemanasan yang timbul akibat arus mengalir pada hambatan kawat penghantar yang terdapat pada kumparan primer dan sekunder dari transformator. Rugi-rugi tembaga sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir pada kumparan.

 Rugi-rugi arus eddy; rugi-rugi yang disebabkan oleh pemanasan akibat timbulnya arus eddy (pusar) yang terdapat pada inti besi transformator. Rugi-rugi ini terjadi karena inti besi terlalu tebal sehingga terjadi perbedaan tegangan antara sisinya maka mengalir arus yang berputar-putar di sisi tersebut. Rugi-rugi arus eddy sebanding dengan kuadrat tegangan yang disuplai ke transformator.

 Rugi-rugi hysteresis; rugi-rugi yang berkaitan dengan penyusunan kembali medan magnetik di dalam inti besi pada setiap setengah siklus, sehingga timbul fluks bolak-balik pada inti besi. Rugi-rugi ini tidak linear dan kompleks, yang dituliskan dalam persamaan:

(21)

 Fluks Bocor; kebocoran fluks terjadi karena ada beberapa fluks yang tidak menembus inti besi dan hanya melewati salah satu kumparan transformator saja. Fluks yang bocor ini akan menghasilkan induktansi diri pada lilitan primer dan sekunder sehingga akan berpengaruh terhadap nilai daya yang disuplai dari sisi primer ke sisi sekunder transformator.

Rangkaian Ekivalen Transformator

Dalam membuat rangkaian ekivalen transformator, kita harus memperhitungkan semua ketidaksempurnaan (cacat) yang ada pada transformator yang sebenarnya. Setiap cacat utama diperhitungkan dan pengaruhnya dimasukkan dalam membuat model transformator. Effect yang paling mudah untuk dimodelkan adalah rugi-rugi tembaga. Rugi-rugi-rugi tembaga dimodelkan dengan dengan resistor Rp di sisi primer transformator dan resistor Rs di sisi sekunder transformator.

Fluks bocor pada kumparan primer Φlp menghasilkan tegangan elp yang diberikan oleh persamaan:

Sedangkan Fluks bocor pada kumparan sekunder Φls menghasilkan tegangan elsyang diberikan oleh persamaan:

(22)

Karena fluks bocor banyak yang melalui udara, kontanta reluktansi udara lebih besar daripada reluktansi inti besi, maka fluks bocor primer Φlp proporsional dengan arus primer Ip dan fluks bocor sekunder Φls proportional dengan arus sekunder Is. Sehingga didapatkan:

Dengan Lp induktansi diri lilitan primer dan Ls induktansi diri lilitan sekunder. Dengan demikian fluks bocor pada rangkaian ekivalen transformator akan dimodelkan sebagai induktor primer dan sekunder.

Kemudian yang terakhir adalah memodelkan pengaruh dari eksitasi inti transformator, yaitu dengan memperhitungkan arus magnetisasi Im, rugi-rugi arus eddy, dan rugi-rugi hysteresis. Arus magnetisasi Im adalah arus yang sebanding dengan tegangan pada inti transformator dan lagging (tertinggal) 90° dengan tegangan supplai, sehingga dapat dimodelkan sebagai reaktansi Xm yang dipasang paralel dengan sumber tegangan primer. Arus rugi inti (arus eddy dan hysteresis) merupakan arus yang sebanding dengan tegangan pada inti transformator dan satu phase dengan tegangan supplai, sehingga dapat dimodelkan dengan hambatan Rc yang dipasang paralel dengan sumber tegangan primer. Dengan demikian maka dihasilkan model untuk real transformator sebagai berikut.

Kemudian rangkaian ekivalen diatas dapat disederhanakan dengan melihat pada sisi primer atau pada sisi sekunder. Seperti terlihat pada gambar dibawah ini:

(23)

Dikutip dari : Tanoto Information Center. 2015. Transformator,

(https://tanotocentre. wordpress.com/2009/06/06/transformator/ , Diakses pada tanggal 25 September 2016 di Indralaya).

Jenis -Jenis Transformator

1) Transformator (Trafo) Satu lagi aplikasi yang sangat penting dari induksi elektromagnetik adalah transformator, yang sering juga disebut trafo. Transformator adalah suatu peralatan yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan arus bolak-balik. Sebagai contoh, jika kita hendak mengisi aki yang sudah habis, dibutuhkan transformator untuk peralatan « charger » yang

(24)

mengubah tegangan listrik di rumah dari 220 Volt AC menjadi sekitar 12 volt AC yang kemudian diubah lagi menjadi 12 volt DC dengan penyearah.

Transformator terdiri dari inti besi tempat kumparan dililitkan, yaitu kumparan primer sebanyak Np lilitan dan kumparan sekunder sebanyak Ns lilitan (Gambar 4). Sebagaimana tampak pada gambar, kumparan primer dihubungkan ke generator arus bolak-balik. Kumparan sekunder dihubungkan ke peralatan-peralatan seperti pemanas, kulkas dan TV. Inti besi trafo dibuat dari pelat yang berlapis-lapis untuk mengurangi daya hilang karena arus pusar (akan dibahas kemudian). Modul.FIS.23 Generator dan Transformator 18 Gambar 4. Transformator terdiri dari dua buah kumparan yang dililitkan pada inti besi.

2) Cara kerja transformator Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik yang ditemukan oleh Faraday sehingga di sini harus ada perubahan fluks magnetik. Karena itulah transformator hanya bekerja untuk arus bolak balik. Transformator tidak dapat digunakan untuk mengubah besar tegangan arus searah dari sebuah baterai misalnya. Salah satu alasan utama untuk menggunakan arus bolak-balik dalam kehidupan sehari-hari adalah karena besar tegangannya dapat diubah dengan mudah melalui transformator.

Arus bolak-balik pada kumparan primer menimbulkan induksi magnetik yang berubah-ubah. Fluks magnetik yang terjadi akan mengalir melalui inti besi melewati kumparan sekunder seperti terlihat pada gambar. Karena induksi magnetik berubah-ubah, maka fluks magnetik juga akan berubah-ubah dan akibatnya timbullah ggl induksi pada kumparan sekunder dan pada kumparan primer.

Dikutip dari : Azkamiru. 2010. Generator dan Transformator, (https://azkamiru.files.wordpress.com/2010/01/fis-23_generator_dan_

transformator. pdf, Diakses pada tanggal 26 September 2016 di Indralaya). Transformer

(25)

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan gaya gerak listrik (ggl) dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.

Perhitungan di atas hanya berlaku apabila kopling primer-sekunder sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktek terjadi beberapa kerugian yaitu

1. kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.

2. Kerugian kopling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer-sekunder tidak sempurna, sehingga tidak semua fluks magnet yang diinduksikan primer memotong lilitan sekunder. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan secara berlapis-lapis antara primer dan sekunder. 3. Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar yang

terdapat pada lilitan-lilitan transformator. Kerugian ini sangat memengaruhi efisiensi transformator untuk frekuensi tinggi. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer dan sekunder secara semi-acak (bank winding)

4. Kerugian histeresis. Kerugian yang terjadi ketika arus primer AC berbalik arah. Disebabkan karena inti transformator tidak dapat mengubah arah fluks magnetnya dengan seketika. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggunakan material inti reluktansi rendah.

5. Kerugian efek kulit. Sebagaimana konduktor lain yang dialiri arus bolak-balik, arus cenderung untuk mengalir pada permukaan konduktor. Hal ini memperbesar kerugian kapasitas dan juga menambah resistansi relatif

(26)

yaitu kawat yang terdiri dari beberapa kawat kecil yang saling terisolasi. Untuk frekuensi radio digunakan kawat geronggong atau lembaran tipis tembaga sebagai ganti kawat biasa.

6. Kerugian arus Eddy. Kerugian yang disebabkan oleh ggl masukan yang menimbulkan arus dalam inti magnet yang melawan perubahan fluks magnet yang membangkitkan ggl. Karena adanya fluks magnet yang berubah-ubah, terjadi olakan fluks magnet pada material inti. Kerugian ini berkurang kalau digunakan inti berlapis-lapis.

Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus

sebagai akibat adanya kerugian pada transformator. Maka efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%. Untuk transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bisa mencapai 98%.

Dikutip dari : (Hendro .2015. Transformator, te.unib.ac.id/lecturer/amrirosa/wp-content/ Transformator . pdf , diakses pada tanggal 26 September 2016di Indralaya

)

4.2 DATA HASIL PERCOBAAN Vin (V) Vp (V) Ip (A) Vs (V) Is (A) Pp (W) Ps (W) Efisiensi % Rasio Arus Rasio Tegangan

(27)

24 13,57 0,4 6,78 0,35 5,428 2,373 43,7% 0,14 0,5 a. Percobaan dengan Inti Laminasi

b. Percobaan dengan Inti Besi Vin

(V)

Vp (V)

Ip (A)

Vs (V)

Is (A)

Pp (VA)

Ps (VA)

Efisiensi %

Rasio

Arus _TeganganRasio

24 11,37 0,4 4,79 0,20 4,548 0,958 21% 0,5 0,421

4.3 Pengolahan Data

a. Daya Primer dan Sekunder pada inti laminasi  Pp = Vp x Ip

(28)

= 5,428 VA  Ps = Vs x Is

Ps = 6,78 x 0,35

= 2,373 VA Rasio Arus dan Tegangan



Rasio Arus : a. Is

=

0,35

0,4

= 0,14

 Rasio Tegangan

:

a. Vs Vp

=

6,78

13,57

= 0,5

b. Daya Primer dan Sekunder pada inti Besi

 Pp = Vp x Ip

Pp = 11,37 x 0.4

= 4,548 Watt  Ps = Vs x Is

Ps = 4,79 x 0,20

= 0,958 Watt Rasio Arus dan Tegangan



Rasio Arus : a. Is

=

0,2

0,4

=

0,5  Rasio Tegangan

:

a. _VpVs

=

_11,374,79

=

0,421 c. Efisiensi Transformator Inti Laminasi dan Inti Besi

 Inti Laminas

Efisiensi : Daya Sekunder

Daya Primer x 100%=

2,373

5,428 x 100%= 43,7%

 Inti Besi

Efisiensi : Daya Sekunder

Daya Primer x 100%=

0,958

4,548 x 100%

=

21%

5. TUGAS DAN JAWABAN

1. Jelaskan mengapa trafo menggunakan sumber AC ? 2. Kenapa transformator sering bergetar dan beresunnasi? 3. bagaiman cara mengurangi efek dari arus pusar ?

(29)

1. Karena jika dilihat dari fungsi trafo, Trafo biasanya digunakan pada pembangkit yang bergunaa untuk menyalurkan tegangan dengan jarak jauh. Nah tegangan yang di butuhkan haruslah sangat tinggi sehingga trafo dapat bekerja, dan penghasil tegangan tinggi yakni arus AC. Arus DC tidak bisa memfungsikan transformator (trafo). Inilah keunggulan utama arus listrik AC, yaitu bisa dikirim sampai ke tempat yang jauh tanpa menghabiskan listrik di jalan, sehingga jenis listrik inilah yang dikirimkan oleh PLN ke setiap rumah tangga..

2. Transformator bergetar dan beresonansi Karena adanya harmonic dalam sistem induksi akibat harmonic arus frekuensi tinggi , hal ini dikarenakan adanya induksi magnetic kumparan dan inti besi. Namun jika dengungannya terlalu keras dan tidak seperti biasanya hal ini dikarenakan terjadi gangguan pada tidak kencangnya pegangan terminal kumparan.

3. Untuk mengurangi arus Eddy, Untuk mengurangi rugi ini, material inti dibuat dari besi lunak yang umum digunakan adalah besi silicon selain itu inti besi trafo dibuat berlapis-lapis, tujuannya untuk memecah induksi arus Eddy yang terbentuk di dalam inti besi.

6. ANALISA HASIL PERCOBAAN

Dalam praktikum mengenai bahan magnetik penyusun inti dari transformator yang menggunakan prinsip kerja dari sifat magnet pada transformator saat diberikan sumber tegangan bolak-balik. Umumnya transformator digunakan sebagai pengatur tegangan baik untuk menaikkan maupun menurunkan tegangan sehingga sumber yang sangat cocok dengan prinsip kerja transformator adalah sumber bolak-balik. Pada praktikum ini

(30)

dilakukan percobaan sebanyak dua kali dengan pembeda adalah bahan dari inti transformator tersbut yakni inti laminasi dan inti besi tebal. Hal ini digunakan untuk melihat kinerja dari transformator.

Percobaan yang pertama, menggunakan inti laminasi dan diberikan tegangan sebesar 24 volt yang didapat setelah dihubung secara seri yakni 12 volt dan 12 volt didapatlah hasil pengukuran berupa Ip , Is, Vp , dan Vs dengan nilai t 13,57 volt pada kumparan primer dan arus yang mengalir pada kumparan primer sebesar 0,4 A sehingga daya yang dihasilkan sebesar 35,428 watt dan pada kumparan sekunder diperoleh tegangan sebesar 6,78 volt dan arus yang mengalir sebesar 0,35 A sehingga diperoleh daya sebesar 2,373 watt. Terdapat perbedaan nilai pada arus primer dan sekunder yang mana seharusnya nilai arus primer dan arus sekunder adalah sama karena jumlah lilitan masing-masing kumparan adalah sama. Hal ini terjadi akibat adanya pengaruh Eddy Current dan arus magnetisasi yang terjadi pada kumparan primer untuk menimbulkan fluksi yang muncul pada sisi tersebut untuk diteruskan ke kumparan sekunder sehingga menimbulkan arus sekunder disebabkan oleh pergerakan fluksi tersebut, proses magnetisasi kumparan maupun pengaruh magnetisasi inti laminasi. Sehingga efisiensi pada transformator saat menggunakan inti laminasi yakni 43,7 %. Hal ini menunjukkan banyaknya terjadi rugi-rugi berupa panas akibat pengaruh magnetisasi, pengaruh lilitan, pengaruh Eddy Current.

Pada Pada percobaan yang telah dilakukan diperoleh untuk daya primer dan sekunder rangkaian transformator berinti besi tebal yaitu pada tegangan masuk 24 volt diperoleh tegangan sebesar 11,37 volt pada kumparan primer dan arus yang mengalir sebesar 0.4 A pada kumparan. Pada kumparan sekunder diperoleh tegangan sebesar 4,79 volt dan arus yang mengalir sebesar 0,20. Nilai dari arus primer dan arus sekunder berbeda cukup besar, hal ini timbul seperti pada inti laminasi namun pada inti besi tebal pergerakan fluksi sangat lama sehingga sedikit fluksi yang menuju ke kumparan sekunder untuk menimbulkan arus menyebabkan nilai arus sekunder tidak sama dengan arus primer. Inti besi tebal juga menyebabkan besar daya sisi primer hanya 4,548 watt, daya sisi

(31)

sekunder 0,985 watt dan efisiensi transformator hanya 21 % pengaruh dari ketebalan inti besi sangat berpengaruh Eddy Current, arus magnetisasi yang sulit untuk menembus lapisan inti besi tebal sehingga menyebabkan rugi-rugi daya (panas) yang lebih besar daripada inti besi laminasi serta nilai dari arus, tegangan, daya pada masing-masing kumparan serta efisiensi transformator yang lebih kecil daripada inti laminasi. Pada transformator ketebalan dari inti pada transformator sangat berpengaruh terhadap lapisan-lapisannya saat dilewati fluksi karena akan menimbulkan rugi-rugi akibat Eddy Current, rugi-rugi hysteresis akibat proses bolak-balik pergerakkan fluksi maupun arus magnetisasi dengan kata lain peran penyusun inti pada transofrmator akan mempengaruhi kinerja transformator itu. Tidak hanya pengaruh dari dalam pada inti transformator, pengaruh perbedaan nilai arus sisi primer maupun sisi sekunder bisa dipengaruhi oleh kondisi alat yang mungkin sudah tua atau faktor lainnya sehingga membuat perbedaan pada nilai arus yang terjadi.

9. KESIMPULAN

1. Efisiensi pada transformator berinti besi lebih kecil dari pada berinti laminasi mengindikasikan banyak rugi-rugi daya (berupa panas) pada kinerja transformator berinti besi lebih besar.

2. Perbedaan arus pada sisi primer dan sekunder diakibat adanya pengaruh Eddy Current dan arus magnetisasi meskipun jumlah kumparan sama dan pengaruh dari

(32)

3. Rugi-rugi berupa panas pada transfotmator timbul akibat pergerakkan fluksi pada lapisan inti transformator.

4. Inti laminasi memiliki daya pergerakan pada fluksi lebih besar dari pada inti besi tebal, sehingga rugi-rugi daya lebih kecil.

5. Ketebalan inti besi akan mempengaruhi efisiensi kinerja dari transformator.

DAFTAR PUSTAKA

Tim Asisten Laboratorium Fenomena Medan Elektromagnetik.2016. Modul Praktikum Fenomena Medan Elektromagnetik Jurusan Teknik Elektro.

(33)

Azkamiru. 2010. Generator dan Transformator, (online) https://azkamiru.Files .wordpress.com/2010/01/fis-23 generator_dan_trans formator.pdf, ( Diakses pada tanggal 26 September 2016 di Indralaya).

Hendro .2015. Transformator, (online) te.unib.ac.id/lecturer/amrirosa/wp-content/ Transformator . pdf , (Diakses pada tanggal 26 September 2016 di Indralaya )

Tanoto Information Center. 2015. Transformator,(online) https://tanotocentre. wordpress.com/2009/06/06/transformator/ , (Diakses pada tanggal 25 September 2016 di Indralaya).

LAMPIRAN

PRAKTIKUM 2

(34)

Modul electromagnetic jumper

Tafo Inti Laminasi

Inti Besi

(1)

dibuat dari besi lunak yang umum digunakan adalah besi silicon selain itu inti besi trafo dibuat berlapis-lapis, tujuannya untuk memecah induksi arus Eddy yang terbentuk di dalam inti besi.