Transformator

Pendahuluan
Transformator adalah suatu alat listrik yang digunakan untuk mentransformasikan daya atau energi listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Transformator digunakan 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 listrik jarak jauh.
Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi:
1. Transformator daya.
2. Transformator distribusi.
3. Transformator pengukuran (transformator arus dan transformator tegangan).
Kerja transformator yang berdasarkan induksi-elektromagnet, menghendaki adanya gandengan magnet antara rangkaian primer dan sekunder. Gandengan magnet ini berupa inti besi tempat melakukan fluks bersama.
Berdasarkan cara melilitkan kumparan pada inti, dikenal dua macam transformator, yaitu tipe inti dan tipe cangkang.  



Gambar 1 Tipe kumparan transformator
Keadaan Transformator Tanpa Beban

Gambar 2 Transformator Tanpa Beban
Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoid, akan mengalirkan arus primer Io yang juga sinusoid dan dengan menganggap belitan N1 reaktif murni, Io  akan tertingagal 900  dari V1 (gambar 2). Arus primer Io  menimbulkan fluks (Φ) yang sefasa juga berbentuk sinusoid.
                                                Φ = Φmaks sin ωt
Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi e1 ( Hukum Faraday )
                      e 1 =  - N 1 .  d Φ/dt
                       e1 = - N1. d(Φmaks sin ωt)/dt = -N1.ω.Фmaks.cosωt  (tertinggal 90º dari Ф)
harga efektifnya adalah      E1 =  N1.2 p ƒФmaks / Ö2 = 4.44 n1. ƒФmaks
Pada rangkaian skunder, fluks (Ф) bersama tadi menimbulkan
                          e1 = - N2. d Φ/dt
                          e1 = - N2. ω.Фmaks.cosωt
                          E2 =  4.44 N2. ƒФmaks
                               E1/E2 = N1/N2
Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor,
                           E1 / E2  =  V1 / V2   =   N1 / N2  =  a.
                         a = perbandingan transformasi
Dalam hal ini tegangan induksi E1 mempunyai kebesaran yang sama tetapi berlawanan arah dengan tegangan sumber V1.
Arus Penguat
Arus primer Io yang mengalir pada saat kumparan sekunder tidak dibebani disebut arus penguat.  Dalam kenyataannya arus primer Io bukanlah merupakan arus induktif murni, sehingga ia terdiri atas dua komponen ( Gambar 3 )
(1) Komponen arus pemagnetan IM, yang menghasilkan fluks (Φ). Karena sifat besi yang non linear (ingat kurva B-H) , maka arus pemagnetan IM dan juga fluks (Ф) dalam kenyataannya tidak berbentuk sinusoid (Gambar 4).
(2) Komponen arus rugi tembaga Ic, menyatakan daya yang hilang akibat adanya rugi histerisis dan arus ‘eddy’. Ic sefasa dengan V1, dengan demikian hasil perkalian  (Ic x V1) merupakan daya  (watt) yang hilang.
Gambar 3 Arus penguat                                                        Gambar 4 Pemagnetan
Keadaan Berbeban
Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban Z1, I2 mengalir pada kumparan sekunder dimana I2V2/ZL dengan q2 = faktor kerja beban.
Gambar 5  Transformator dalam keadaan berbeban
Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N2I2 yang cenderung menentang fluks (Ф) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan IM. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I’2, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2, hingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi :
                                                I1 = Io + I’2
Bila rugi besi diabaikan  ( Ic diabaikan ) maka Io =  IM
                                               I1 =   IM  + I’2
Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan IM saja, berlaku hubungan :
                                              N1 IM = N1 I1 – N2 I2
                                              N1 IM = N1 ( I1 – I’2) - N2 I2
Hingga                                     N1 I’2  =   N2 I2
Karena nilai IM dianggap kecil maka :
                                      I1 = I’2
Jadi  à N1/I1=N2/I2 atau I1/I2=N2/I1
Rangkaian Pengganti

Dalam pembahasan terdahulu kita mengabaikan adanya tahanan dan fluks bocor, Analisa selanjutnya akan memperhitungkan kedua hal tersebut. Tidak seluruh fluks (Ф) yang dihasilkan
Oleh arus permagnetan  IM merupakan Fluks bersama (ФM), sebagian darinya hanya mencakup kumparan primer (Φ1) atau kumparan sekunder saja (Φ2). Dalam model rangkaian (rankaian ekivalen) yang dipakai untuk menganalisis kerja suatu transformator, adanya fluks bocor . Ф1 dan Ф2 ditunjukkan sebagai reaktansi X1 dan X2. Sedang rugi tahanan ditunjukan dengan R1 dan R2. Dengan demikian ‘model’ rangkaian dapat dituliskan seperti pada gambar 6.
Gambar 6 Rangakaian pengganti transformator
Dalam rangkaian diatas dapat dibuat vektor diagramnya sebagai terlukis pada gambar 7.
Gambar 7 Vektor diagram rangkaian pengganti
Dari model rankaian diatas dapat pula diketahui hubungan penjumlahan vektor :
                                        V1 = E1 + I1R1 + I1X1
                                        E2 = V2 = I2R2 + I2X2

                                        E1 / E2 = N1 / N2 = a atau E1 = a E2
                                        E1 = a ( I2ZL + I2R2 + I2X2)
  Karena    I’2 / I2 = N2 / N1 = a atau    I2 = aI’2

  Maka    E1 = a2 ( I’2ZL + I’2R2 + I’2X2)
 Dan       V1 = E1 = a2 ( I2ZL + I2R2 + I2X2) + I1(R1 + X1 )

Persamaan terakhir mengandung pengertian bahwa apabila parameter rangkaian sekunder dinyatakan dalam harga primer, harganya perlu dikalikan dengan faktor a2 .
Sekarang model rangkaian menjadi sebagi terlihat pada gambar 8.

Gambar 8 Rangkaian pengganti dilihat dari isi primer
Untuk memudahkan  analisis (perhitungan), model rangkaian tersebut dapat diubah menjadi seperti dapat dilihat pada gambar 9.
Gambar 9 Rangkaian pengganti dilihat dari sisi primer
Vektor diagram rangkaian diatas untuk beban dengan faktor kerja terbelakang (induktif) dapat dilukiskan pada gambar 10.
Gambar 10 Vektor diagram rangkaian pengganti


No comments:

Post a Comment

Followers