Transcript
1
BAB I PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Listrik pertama kali ditemukan sekitar 2 500 tahun yang lalu. Sejarah awal
ditemukannya listrik adalah oleh seorang cendikiawan Yunani yang bernama
Thales dari Melitus, yang mengemungkakan fenomena batu ambar yang bila
digosok-gosokkan dengan kain akan dapat menarik bulu atau jerami. Pada tahun
1600 M seorang dokter dari Inggris, William Gilbert mengemukakan bahwa selain
batu Amber masih banyak lagi benda-benda yang dapat diberi muatan dengan
cara digosok. Oleh Gilbert, batu tersebut diberi nama electrica. Kata electrica
diambil dari bahasa Yunani “elektron” yang artinya amber. Baru pada 1646,
seorang penulis dan dokter dari Inggris, Thomas Brown menggunakan istilah
electricity yang diterjemahkan listrik ke dalam bahasa Indonesia.
Ada banyak jenis transformator. Yang membedakan sebuah
transformator elektronik dari semua jenis transformator? transformator
hanyalah digunakan dalam tujuan elektronik. Ini adalah deskripsi yang sangat
luas, sesuai ada banyak jenis elektronik transformer. Sebagai contoh dari
berbagai jenis transformator elektronik terdiri dari listrik, pulsa, saat ini, beralih
modus, pembalik, langkah-down, pencocokan impedansi, Tegangan tinggi, jenis
lain saturable dan banyak. Beberapa jenis sebelumnya dapat dibagi menjadi lebih
sub-tipe. Jenis transformator switching meliputi terbang kembali, "umpan maju"
converter dan meningkatkan. Gerbang drive transformer dan memicu
transformator jenis pulse transformer. Para "umpan maju" jenis terdiri dari
sebuah "push-pull tekan-tengah" dan "jembatan setengah" pola. Ternyata harus
jelas dari uraian jenis sebelumnya.
2
B. RUMUSAN MASALAH
1. Apa yang dimaksud trafo?
2. sebutkan beberapa jenis-jenis trafo?
C. TUJUAN
1. Untuk memperlihatkan dan menjelaskan beberapa jenis trafo.
2. Untuk mengetahui lebih lanjut manfaat trafo berdasarkan jenisnya.
3. Untuk mengetahui lebih banyak jenis-jenis trafo.
D. MANFAAT
1. Kita bisa mengetahui jenis-jenis trafo dan manfaatnya pada kehidupan sehari-
hari
2. Mengetahui karakteristik beberapa trafo yang sering digunakan.
3
BAB II
PEMBAHASAN
A. PENGERTIAN TRANSFORMATOR
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan
mengubah energy listrik satu atau lebih rangkaian listrik satu atau lebih
rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gendeng magnet
berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Transformator adalah alat yang
digunakan untuk mengubah tegangan bolak balik (ac) dari suatu nilai tertentu ke
nilai yang kita inginkan terdiri dari kumparan primer dan sekunder.
Perkembangan dan penerapan system transformator pada perumahan,
perkantoran maupun pada kendaran yaitu mobil dewasa ini mengalami
peningkatan yang pesat. Buktinya adalah banyak industry, perkantoran maupun
4
kendaran dilengkapi dengan penggunaan transformator yang bertujuan untuk
mengetahui informasi dan dapat menambah pengetahuan.
System pesawat telepon yang paling sederhana memiliki komponen
utama yaitu ISDN EXCHANGE, ISDN PRA, ISDN BRA, ISDN PHONE, ISDN PBX dan
ISDN DATA TERMINAL.
1. Prinsip kerja trafo:
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 GGL dalam
lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer
akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.
Hubungan Primer-Sekunder :
Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer
adalah dan rumus untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan
sekunder adalah .
Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama,
maka dimana dengan menyusun ulang persamaan
5
akan didapat sedemikian hingga . Dengan
kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder
ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan
sekunder.
Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer
adalah dan rumus untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan
sekunder adalah .
Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama,
maka dimana dengan menyusun ulang persamaan
akan didapat sedemikian hingga . Dengan
kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder
ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan
sekunder.
fluks pada trafo
6
2. Rugi pada trafo:
Perhitungan diatas hanya berlaku apabila kopling primer-
sekunder sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktek terjadi
beberapa kerugian yaitu:
a. kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang
disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang
mengalirinya.
b. 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.
c. 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)
d. 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.
e. 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 lilitan. Kerugian ini dapat dikurang
dengan menggunakan kawat Litz, yaitu kawat yang terdiri dari
beberapa kawat kecil yang saling terisolasi. Untuk frekuensi radio
7
digunakan kawat geronggong atau lembaran tipis tembaga sebagai
ganti kawat biasa.
f. Kerugian arus eddy (arus olak). 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.
3. Efisiensi trafo :
Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus
Karena adanya kerugian pada transformator. Maka
efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%. Untuk transformator
daya frekuensi rendah, efisiensi bisa mencapai 98%.
B. JENIS-JENIS TRANSFORMATOR
Berkaitan dengan topik yang dikaji yakni kegunaan transformator adalah
alat untuk mengubah tegangan arus bolak balik menjadi lebih tinggi atau rendah.
Transformator terdiri dari pasangan kumparan primer dan sekunder yang
diisolasi (terpisah) secara listrik dan dililitkan pada inti besi lunak. Inti besi lunak
dibuat dari pelat yang berlapis-lapis untuk mengurangi daya yang hilang karena
arus pusar. Kumparan primer dan sekunder dililitkan pada kaki inti besi yang
terpisah. Bagian fluks magnetic bocor tampak bahwa pada pasangan kumparan
terdapat fluks magnetic bocor disisi primer dan sekunder. Secara lebih lengkap
bisa dicermati pada gambar di bawah ini :
8
Gambar 2.1 Bagan fluks magnetic bocor pada pasangan kumparan
Hasil diatas untuk mengurangi fluks magnet bocor pada pasangan
kumparan digunakan pasangan kumparan seperti gambar diatas. Kumparan
sekunder dililitkan pada kaki inti besi yang sama (kaki yang tengah), dengan
lilitan kumparan sekunder terletak diatas lilitan kumparan primer, ditunjukkan
pada fluks magnet bocornya, maka dapat dicermati pada gambar dibawah ini.
Gambar 3. Hubungan primer dan sekunder.
Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer adalah[2]:
δΦ = Є x δt (1)
9
Dan untuk rumus GGL induksi yang terjadi dililitan sekunder adalah Є = N δΦ/δt
(2)
Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka
δΦ/δt = Vp/Np = Vs/Ns (3)
Dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat
Vp/Np = Vs/Ns (4)
Sedemikian sehingga Vp.Ip = Vs.Is (5)
Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan
sekunder ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan
sekunder.
Jenis-jenis transformator adalah:
- Transformator Step-Up
Gambar 4. Lambang transformator step-up
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.
- Transformator Step-down
10
Gambar 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.
- Autotransformator
Gambar 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 dengan
lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai
penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).
11
- Autotransformator Variabel
Gambar 7. Skema Autotransformator Variabel
Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa
yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan
primer-sekunder yang berubah-ubah.
- 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.
12
- Transformator Pulsa
Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk
memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini 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.
- 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).
13
- Transformator Daya
Gambar 1. Transformator Daya
14
- Transformator daya adalah terminologi umum yang digunakan untuk
menunjuk pada transformator yang melengkapi sistem transmisi pada gardu
induk baik pada stasiun pembangkitan atau pada gardu-gardu pembagi
beban transmisi Transformator Distribusi
Gambar 2. Transformator Distribusi
Transformator distribusi adalah istilah umum untuk transformator
dengan daya di bawah 1 MVA dengan tegangan keluaran adalah tegangan
jejaring (Indonesia 220 V – 240 V ac). Transformator jenis ini biasa di pasang di
atas tiang distribusi daya listrik atau di bawah dekat tiang distribusi daya listrik.
15
- Current Transformer
Current transformer sebenarnya adalah suatu toroida. Lilitan primer dari
suatu current transformer biasanya berupa suatu bushing stem atau satu kabel
yang berasal dari suatu alat objek yang hendak di-indera oleh current
transformer, lalu sisi lilitan sekunder diumpankan pada satu ampermeter atau
digunakan untuk keperluan proteksi.
- Trafo Uji
16
Pengujian transformator dilaksanakan menurut SPLN’50-1982 dengan melalui
tiga macam pengujian, sebagaimana diuraikan juga dalam IEC 76 (1976), yaitu:
a. Pengujian Rutin
Pengujian rutin adalah pengujian yang dilakukan terhadap setiap transformator,
meliputi:
pengujian tahanan isolasi
pengujian tahanan kumparan
pengujian perbandingan belitan
pengujian vector group
pengujian rugi besi dan arus beban kosong
pengujian rugi tembaga dan impedansi
pengujian tegangan terapan (Withstand Test)
pengujian tegangan induksi (Induce Test).
b. Pengujian Jenis
Pengujian jenis adalah pengujian yang dilaksanakan terhadap sebuah
transformator yang mewakili transformator lainnya yang sejenis, untuk
menunjukkan bahwa semua transformator jenis ini memenuhi persyaratan yang
belum diliput oleh pengujian rutin. Pengujian jenis terdiri dari pengujian:
pengujian kenaikan suhu
pengujian impedansi
17
c. Pengujian khusus
Pengujian khusus adalah pengujian yang lain dari uji rutin dan jenis, dilaksanakan
atas persetujuan pabrik denga pembeli dan hanya dilaksanakan terhadap satu
atau lebih transformator dari sejumlah transformator yang dipesan dalam suatu
kontrak. Pengujian khusus meliputi :
dielektrik
pengujian impedansi urutan nol pada transformator tiga phasa
hubung singkat
harmonik pada arus beban kosong
tingkat bunyi akuistik
daya yang diambil oleh motor-motor kipas dan pompa minyak.
d. Pengujian rutin
Yang termasuk pengujian rutin adalah pengukuran tahanan isolasi. Pengukuran
tahanan isolasi dilakukan pada awal pengujian dimaksudkan untuk mengetahui
secara dini kondisi isolasi transformator, untuk menghindari kegagalan yang fatal
dan pengujian selanjutnya, pengukuran dilakukan antara:
• sisi HV-LV
• sisi HV-Ground
• sisi LV-Groud
• X1/X2-X3/X4 (transformator 1 phasa)
• X1-X2 dan X3-X4 ) transformator 1 phasa yang dilengkapi dengan circuit
breaker.
Pengukuran dilakukan dengan menggunakan megger, lebih baik yang
18
menggunakan baterai karena dapat membangkitkan tegangan tinggi yang lebih
stabil. Harga tahanan isolasi ini digunakan untuk kriteria kering tidaknya
transformator, juga untuk mengetahui apakah ada bagian-bagian yang terhubung
singkat.
e. Pengukuran tahanan kumparan
Pengukuran tahanan kumparan adalah untuk mengetahui berapa nilai tahanan
listrik pada kumparan yang akan menimbulkan panas bila
kumparan tersebut dialiri arus. Nilai tahanan belitan dipakai untuk perhitungan
rugi-rugi tembaga transformator. Pada saat melakukan pengukuran yang perlu
diperhatikan adalah suhu belitan pada saat pengukuran yang diusahakan sama
dengan suhu udara sekitar, oleh karenanya diusahakan arus pengukuran kecil.
- Trafo Ukur
Transformator pengukuran terdiri dari:
• Transformator tegangan (Voltage transformator, VT atau Potential
Transformator, PT)
• Transformator arus (Current Transformator, CT)
Arus dan tegangan pada peralatan daya yang harus dilindungi dirubah oleh
transformator arus dan transformator tegangan ke tingkat yang lebih rendah
untuk pengoperasian relai. Tingkat-tingkat yang lebih rendah ini diperlukan
karena dua alasan, yaitu:
• Tingkat masukan yang lebih rendah ke relai-relai menjadikan komponen-
komponen yang digunakan untuk konstruksi relai-relai tersebut secara fisik
menjadi cukup kecil, karena itu dilihat dari segi ekonomi biayanya akan lebih
murah.
19
• Dan bagi manusia (pekerja) yang bekerja dengan relai-relai tersebut dapat
bekerja dalam suatu lingkungan yang aman.
Daya yang diserap oleh transformator ini untuk melakukan kerjanya tidak
seberapa besar, karena beban yang dihubungkan hanya terdiri dari relai-relai dan
alat-alat ukur (meteran) yang mungkin hanya digunakan pada waktu tertentu.
Beban pada transformator ukur (CT dan PT) dikenal sebagai muatan (Burden) dari
transformator tersebut. Istilah muatan biasanya melukiskan impedansi yang
dihubungkan pada kumparan sekunder transformator itu, tetapi dapat juga
menetapkan voltampere yang diberikan kepada beban.
Transformator tegangan mempunyai standar tegangan sekunder 120 volt.
Transformator arus (CT) mempunyai standar arus sekunder 5 ampere.
Transformator arus dibagi menjadi 2 kelas, yaitu:
• Transformator arus kelas H (reaktansi bocor tinggi)
• Transformator arus kelas L (reaktansi bocor rendah)
Keduanya mempunyai standar ketelitian 2,5% dan 10%.
- Trafo Ukur Lainnya
Trafo Tegangan
Trafo tegangan adalah trafo satu fasa step-down yang mentransformasi
tegangan tinggi atau tegangan menengah ke suatu tegangan rendah yang layak
untuk perlengkapan indikator, alat ukur, relay, dan alat sinkronisasi. Hal ini
dilakukan atas pertimbangan harga dan bahaya yang dapat ditimbulkan tegangan
tinggi. Tegangan perlengkapan seperti indikator, meter, dan relay dirancang sama
dengan tegangan terminal sekunder trafo tegangan.
20
Prinsip kerja trafo jenis ini sama dengan trafo daya, meskipun demikian
rancangannya berbeda dalam beberapa hal, yaitu :
a. Kapasitasnya kecil (10 s/d 150 VA), karena digunakan untuk daya yang kecil.
b. Galat faktor transformasi dan sudut fasa teganganprimer dan sekuder lebih
kecil untuk mengurangi kesalahan pengukuran.
c. Salah satu terminal pada sisi tegangan tinggi dibumikan/ ditanahkan.
d. Tegangan pengenal sekunder biasanya 100 atau 100√3 V
21
Trafo Arus
Trafo arus digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan
amper dari arus yang mengalir dalam jaringan tegangan tinggi. Disamaping untuk
penguran arus, trafo arus juga digunakan untuk pengukuran daya dan energi,
pengukuran jarak jauh dan relay proteksi.
Kumparan primer trafo arus dihubungkan seri dengan jaringan atau
peralatan yang akan diukur arusnya, sedang kumparan sekunder dihubungkan
dengan meter atau relay proteksi. Pada umumnya peralatan ukur dan relay
membutuhkan arus 1 atau 5 A.
Trafo arus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat, kawasan trafo
arus yang digunakan untuk pengukuran biasanya 0,05 s/d 1,2 kali arus yang akan
diukur, sedang trafo arus untuk proteksi harus mampu bekerja lebih dari 10 kali
arus pengenalnya.
22
Contoh Soal :
Contoh cara menghitung jumlah lilitan sekunder :
Untuk menyalakan lampu 10 volt dengan tegangan listrik dari PLN 220 volt
digunakan transformator step down. Jika jumlah lilitan primer transformator
1.100 lilitan, berapakah jumlah lilitan pada kumparan sekundernya ?
Penyelesaian :
Diketahui : Vp = 220 V
Vs = 10 V
Np = 1100 lilitan
Ditanyakan : Ns = ………… ?
Jawab :
Jadi, banyaknya lilitan sekunder adalah 50 lilitan.
23
Contoh cara menghitung arus listrik sekunder dan arus listrik primer :
Sebuah transformator step down mempunyai jumlah lilitan primer 1000 dan
lilitan sekunder 200, digunakan untuk menyalakan lampu 12 V, 48 W.
Tentukan :
a. arus listrik sekunder
b.arus listrik primer
Penyelesaian :
Diketahui: Np = 1000 lilitan
Ns = 200 Lilitan
Vp = 12 V
Ps = 48 W
Ditanyakan :
a. Is = ……….. ?
b. Ip = ……….. ?
Jawab :
P = I . V
24
Jadi, kuat arus sekunder adalah 4 A
Jadi, kuat arus primer adalah 0,8 A
Contoh cara menghitung daya transformator :
Sebuah transformator mempunyai efisiensi 80%. Jika lilitan primer dihubungkan
dengan tegangan 200 V dan mengalir kuat arus listrik 5 A,
Tentukan:
a. daya primer,
b. daya sekunder
Penyelesaian :
Diketahui :
25
Ditanyakan :
a. Pp = ……….. ?
b. Ps = ……….. ?
Jawab :
Jadi, daya primer transformator 1000 watt.
Jadi, daya sekunder transformator 800 watt.
26
BAB III
PENUTUP
A. SIMPULAN
1. Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan
mengubah energy listrik satu atau lebih rangkaian listrik satu atau lebih
rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gendeng
magnet berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet.
2. 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 GGL dalam lilitan sekunder.
3. Jenis-jenis trafo :
- Transformator step up
- Transformator step down
- Autotransformator
- Autotransformator Variabel
- Transformator Isolasi
- Transformator Pulsa
- Transformator Tiga Fasa
- Transformator Daya
- Transformator Distribusi
- Current Transformer
top related