TRANSFORMATOR 1 PHASA DENGAN BAIK

              Transformator 1 fasa

Definisi Transformator

Transformator atau biasa dikenal dengan trafo berasal dari kata transformatie yang berarti perubahan. Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui gandeng magnit berdasarkan pada prinsip elektromagnetik. Trafo satu fasa sama seperti trafo pada umumnya hanya penggunaannya untuk kapasitas kecil


Kostruksi Transformator dan Bagian-Bagiannya 
Konstruksi trafo secara umum terdiri dari:
1. Inti yang terbuat dari lembaran-lembaran plat besi lunak atau baja silikon yang diklem jadi satu.
2. Belitan dibuat dari tembaga yang cara membelitkan pada inti dapat konsentris maupun spiral.
3. Sistem pendingan pada trafo-trafo dengan daya yang cukup besar.


Jenis trafo berdasarkan letak kumparan
1. Core type (jenis inti) yakni kumparan mengelilingi inti.
2. Shell type (jenis cangkang) yakni inti mengelilingi belitan


Rangkaian Magnetisasi Transformator
Pada keadaan tanpa beban, mengalir arus kecil I0 untuk mensuplai magnetomotive force yang menimbulkan flux magnet disekitar inti magnetik, arus ini tertinggal (lagging) terhadap tegangan primer sebesar 900. Arus ini dibatasi oleh resistansi efektif (Rc) dan reaktansi (Xc) yang disebut rangkaian magnetisasi. Besar arus ini sekitar 2-5 % dari arus beban penuh (full load) dengan power factor 0.1-0.2.


Ketika transformator dibebani, terjadi tegangan jatuh karena resistansi belitan primer dan sekunder. Tegangan jatuh ini sefasa dengan tegangan pada belitan dan tegangan jatuh karena reaktansi (X1dan X2) tertinggal sebesar 900 . Penurunan tegangan output ketika transformator berbeban dikenal sebagai regulasi. Tegangan jatuh karena komponen resistif lebih kecil daripada tegangan jatuh yang disebabkan oleh komponen reaktif. Sehingga impedansi dominan dari tranformator adalah reaktansi.

Diagram vektor tegangan dan arus rangkaian ekivalen transformator diatas ketika berbeban dengan sudut daya Φ adalah sebagai berikut,




Rangkaian Ekivalen Trafo
Transformator merupakan suatu peralatan listrik yang digunakan untuk mengubah energi listrik bolak-balik dari satu level tegangan ke level tegangan yang lain. Dapat menaikkan, menurunkan atau hanya untuk mengisolasi sistem satu dengan yang lainnya. Transformator terdiri atas sisi primer dan sisi sekunder. Keduanya terhubung dengan inti besi. Dalam kondisi ideal, tanpa rugi-rugi, perbandingan lilitan antara keduanya merupakan perbandingan tegangan antara kedua sisinya.

Namun pada kenyataannya, daya masukkan tidak pernah sama dengan daya keluaran. Terdapat rugi-rugi yang terjadi di inti besi dan lilitan. Rugi-rugi tersebut terjadi akibat histerisis, arus eddy, resistansi belitan dan fluks bocor. Dari pengetahuan tersebut, transformator dapat dimodelkan dengan rangkaian elektrik seperti di bawah ini:



Disimplisikafi menjadi,


Dimana,
Req = Rp + (Np/Ns)^2 . Rs
Xeq = Xp + (Np/Ns)^2 . Xs
Setelah kita memahami, rangkaian pengganti ini, kita dapat menentukan nilai Req, Xeq, Rc dan Xm dengan pengujian rangkaian tanpa beban dan hubung singkat. Yang diukur adalah daya (Watt), tegangan (V) dan arus (I) di sisi primer.

___________________________________________
Uji Rangkaian Terbuka l Uji Hubung Singkat
___________________________________________
Voc l Vsc
Ioc l Isc
Poc l Psc

• Uji Rangkaian Tanpa Beban
Dari pengujian ini, kita mendapatkan nilai Rc dan Xm. Nilai Rc dan Xm jauh lebih besar dibandingkan Req dan Xeq. Karena drop tegangan lebih signifikan terjadi di Rc dan Xm. Sehingga didapat rangkaian untuk tanpa beban,



Yang pertama kali kita hitung adalah lYcml dan Power Factor dari data yang diambil.
lYcml = Ioc / Voc
PF = cos(pi) = Poc / (Voc . Ioc)
Dimana,
Ycm = (1 / Rc) + j (1 / Xm)
= lYcml cos(pi) + j lYcml sin (pi)
Sehingga didapat,
Rc = 1 / ( lYcml cos(pi) )
Xm = 1 / ( lYcml sin(pi) )

• Uji Hubung Singkat
Tegangan di sisi sekunder pada hubung singkat relatif kecil. Sehingga drop tegangan di Rc dan atau Xm sangatlah kecil, dapat diabaikan. Oleh karenanya, tegangan yang didapat merupakan tegangan di Zeq. Dapat dijelaskan melalui rangkaian saat hubung singkat sebagai berikut,



Pertama-tama kita hitung terlebih dahulu lZeql dan PF.
Zeq = Vsc / Isc
PF = cos(pi) = Psc / (Vsc . Isc)
Dimana,
Zeq = Req + j Xeq
= lZeql cos(pi) + j lZeql sin(pi)
Sehingga didapat,
Req = lZeql cos(pi)
Xeq = lZeql sin(pi)

Konfigurasi Hubungan Belitan Transformator 3 fasa

Pada artikel Transformator di sini, telah dibahas mengenai klasifikasi transformator dan bagian-bagian transformator, dan kemudian diikuti dengan artikel selanjutnya tentang bagian-bagian transformator dan peralatan proteksinya di sini. Rangkaian artikel mengenai transformator dilengkapi pula dengan artikel mengenai perawatan dan pemantauan kondisi transformator saat bekerja di sini.

Sedangkan artikel kali ini akan dibahas secara umum, HANYA mengenai hubungan-hubungan belitan pada transformator 3 fasa. Dan jika anda ingin mengetahui besarnya nilai tegangan, arus dan daya pada masing-masing hubungan, anda dapat membacanya pada artikel di sini.

Transformator 3 fasa pada dasarnya merupakan Transformator 1 fase yang disusun menjadi 3 buah dan mempunyai 2 belitan, yaitu belitan primer dan belitan sekunder. Ada dua metode utama untuk menghubungkan belitan primer yaitu hubungan segitiga dan bintang (delta dan wye). Sedangkan pada belitan sekundernya dapat dihubungkan secara segitiga, bintang dan zig-zag (Delta, Wye dan Zig-zag). Ada juga hubungan dalam bentuk khusus yaitu hubungan open-delta (VV connection)

Konfigurasi Transformator 3 Fasa

Transformator hubungan segitiga-segitiga (delta-delta)


Gambar 1. Hubungan delta-delta (segitiga-segitiga).

Pada gambar 1 baik belitan primer dan sekunder dihubungkan secara delta. Belitan primer terminal 1U, 1V dan 1W dihubungkan dengan suplai tegangan 3 fasa. Sedangkan belitan sekunder terminal 2U, 2V dan 2W disambungkan dengan sisi beban. Pada hubungan Delta (segitiga) tidak ada titik netral, yang diperoleh ketiganya merupakan tegangan line ke line, yaitu L1, L2 dan L3.

Dalam hubungan delta-delta (lihat gambar 1), tegangan pada sisi primer (sisi masukan) dan sisi sekunder (sisi keluaran) adalah dalam satu fasa. Dan pada aplikasinya (lihat gambar 2), jika beban imbang dihubungkan ke saluran 1-2-3, maka hasil arus keluaran adalah sama besarnya. Hal ini menghasilkan arus line imbang dalam saluran masukan A-B-C. Seperti dalam beberapa hubungan delta, bahwa arus line adalah 1,73 kali lebih besar dari masing-masing arus Ip (arus primer) dan Is (arus sekunder) yang mengalir dalam lilitan primer dan sekunder. Power rating untuk transformator 3 fasa adalah 3 kali rating transformator tunggal.


Gambar 2. Diagram Hubungan Delta-Delta Transformator 3 Fasa Dihubungkan Pembangkit Listrik dan Beban (Load)

Transformator hubungan bintang-bintang (wye–wye)


Gambar 3. Hubungan Belitan Bintang-bintang.

Ketika transformator dihubungkan secara bintang-bintang, yang perlu diperhatikan adalah mencegah penyimpangan dari tegangan line ke netral (fase ke netral). Cara untuk mencegah menyimpangan adalah menghubungkan netral untuk primer ke netral sumber yang biasanya dengan cara ditanahkan (ground), seperti ditunjukkan pada
Gambar 4. Cara lain adalah dengan menyediakan setiap transformator dengan lilitan ke tiga, yang disebut lilitan ” tertiary”. Lilitan tertiary untuk tiga transformator dihubungkan secara delta seperti ditunjukkan pada Gambar 5, yang sering menyediakan cabang yang melalui tegangan dimana transformator dipasang. Tidak ada beda fasa antara tegangan line transmisi masukan dan keluaran (primer & sekunder) untuk transformator yang dihubungkan bintang-bintang.


Gambar 4. Hubungan bintang-bintang.


Gambar 5. Hubungan Bintang-bintang dengan belitan tertier.

Transformator hubungan segitiga-bintang (delta-wye)

Pada hubungan segitiga-bintang (delta-wye), tegangan yang melalui setiap lilitan primer adalah sama dengan tegangan line masukan. Tegangan saluran keluaran adalah sama dengan 1,73 kali tegangan sekunder yang melalui setiap transformator. Arus line pada phasa A, B dan C adalah 1,73 kali arus pada lilitan sekunder. Arus line pada fasa 1, 2 dan 3 adalah sama dengan arus pada lilitan sekunder.


Gambar 6. Hubungan Segitiga-Bintang (Delta-wye)

Hubungan delta-bintang menghasilkan beda fasa 30° antara tegangan saluran masukan dan saluran transmisi keluaran. Maka dari itu, tegangan line keluaran E12 adalah 30° mendahului tegangan line masukan EAB, seperti dapat dilihat dari diagram phasor. Jika saluran keluaran memasuki kelompok beban terisolasi, beda fasanya tidak masalah. Tetapi jika saluran dihubungkan paralel dengan saluran masukan dengan sumber lain, beda phasa 30° mungkin akan membuat hubungan paralel tidak memungkinkan, sekalipun jika saluran tegangannya sebaliknya identik.

Keuntungan penting dari hubungan bintang adalah bahwa akan menghasilkan banyak isolasi/penyekatan yang dihasilkan di dalam transformator. Lilitan HV (high Voltage/tegangan tinggi) telah diisolasi/dipisahkan hanya 1/1,73 atau 58% dari tegangan saluran.


Gambar 8. Skema Diagram Hubungan Delta-Bintang dan Diagram Phasor

Transformator hubungan segitiga terbuka (open-delta)

Hubungan open-delta ini untuk merubah tegangan sistem 3 fasa dengan menggunakan hanya 2 transformator yang dihubungkan secara open–delta. Rangkaian open–delta adalah identik dengan rangkaian delta–delta, kecuali bahwa satu transformer tidak ada. Bagaimanapun, hubungan open-delta jarang digunakan sebab hanya mampu dibebani sebesar 86.6% (0,577 x 3 x rating trafo) dari kapasitas transformator yang terpasang.


Gambar 7. Hubungan Open Delta.

Sebagai contoh, jika 2 transformator 50 kVA dihubungkan secara open–delta, kapasitas transformator bank yang terpasang adalah jelas 2x50 = 100kVA. karen terhubung open-delta, maka transformator hanya dapat dibebani 86.6 kVA sebelum transformator mulai menjadi overheat (panas berlebih). Hubungan open–delta utamanya digunakan dalam situasi darurat. Maka, jika 3 transformator dihubungkan secara delta–delta dan salah satunya rusak dan harus diperbaiki/dipindahkan, maka hal ini memungkinkan

Transformator hubungan Zig-zag

Transformator dengan hubungan Zig-zag memiliki ciri khusus, yaitu belitan primer memiliki tiga belitan, belitan sekunder memiliki enam belitan dan biasa digunakan untuk beban yang tidak seimbang (asimetris) - artinya beban antar fasa tidak sama, ada yang lebih besar atau lebih kecil-


Gambar 9. Hubungan Bintang-zigzag (Yzn5)

Gambar 9 menunjukkan belitan primer 20 KV terhubung dalam bintang L1, L2 dan L3 tanpa netral N dan belitan sekunder 400 V merupakan hubungan Zig-zag dimana hubungan dari enam belitan sekunder saling menyilang satu dengan lainnya. Saat beban terhubung dgn phasa U dan N arus sekunder I2 mengalir melalui belitan phasa phasa U dan phasa S. Bentuk vektor tegangan Zig-zag garis tegangan bukan garis lurus,tetapi bergeser dengan sudut 60°.

Demikian sedikit ulasan mengenai konfigurasi hubungan belitan transformator 3 fasa, Semoga bermanfaat.

Prinsip Kerja Transformator

Komponen Transformator (trafo)

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

Bagian-Bagian Transformator

Contoh Transformator                    Lambang Transformator

Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).

Pada skema transformator di samping, 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.

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
Simbol Transformator

Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu:

1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).
2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).

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:

Penggunaan Transformator

Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.

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
                  N_p = 1100 lilitan

Ditanyakan: Ns = ........... ?
Jawab:
             

Jadi, banyaknya lilitan sekunder adalah 50 lilitan

Evaluasi Rugi Rugi Pada Transformator Tenaga

Peningkatan tajam biaya energi listrik telah membuatnya hampir wajib bagi pembeli mesin listrik untuk berhati-hati mengevaluasi kerugian yang melekat pada peralatan ini, dalam kasus distribusi dan transformator daya, yang beroperasi secara terus menerus dan dalam kondisi yang paling sering dimuat, ini sangat penting, sebagai sebuah contoh, biaya tambahan transformator lossoptimized dapat dalam banyak kasus dapat diimbangi oleh penghematan dalam konsumsi daya dalam waktu kurang dari tiga tahun. rendah-rugi transformator menggunakan bahan lebih banyak dan lebih baik untuk konstruksi mereka, sehingga harga pembelian mereka lebih tinggi, dengan menetapkan angka kerugian evaluasi dalam penyelidikan transformator, produsen menerima informasi yang diperlukan untuk menawarkan sebuah transformator kerugian yang dioptimalkan daripada biaya-rendah model . metode evaluasi rinci rugi transformator telah dikembangkan dan dijelaskan secara akurat dalam sastra, mengambil faktor evaluasi proyek-spesifik pelanggan diberikan ke account.





tabel diatas memberikan metode yang disederhanakan untuk evaluasi cepat yang berbeda kerugian transformator dikutip, membuat asumsi sebagai berikut:
transformator dioperasikan terus
transformator beroperasi pada beban parsial, tapi ini sebagian beban parsial ini konstan
tambahan biaya dan faktor inflasi tidak dianggap
beban permintaan yang didasarkan pada beban 100%. total biaya kepemilikan dan operasi sebuah transformator selama satu tahun dengan demikian didefinisikan sebagai berikut:
biaya modal (Capital Cost/Cc) dengan memperhitungkan harga pembelian (Cp), tingkat bunga (p), dan periode penyusutan (n)
biaya kerugian tanpa beban (cp0) berdasarkan kehilangan tanpa beban (p0), dan biaya energi (ce)
biaya kerugian beban (Cpk) berdasarkan kerugian tembaga (Pk), faktor beban setara tahunan (alpha), dan biaya energi (Ce)
permintaan biaya (Cd) berdasarkan permintaan daya yang ditetapkan oleh perusahaan listrik, dan hilangnya daya total. biaya-biaya individu dihitung seperti yang ditunjukkan dalam tabel 52. menunjukkan kegunaan dari perhitungan tersebut, contoh-contoh berikut ini akan ditampilkan sewenang-wenang, menggunakan faktor-faktor yang dapat dianggap khas di Jerman, dan mengabaikan dampak inflasi pada tingkat yang diasumsikan.

•