Transformator

Dalam Artikel ini akan di bahas beberapa hal yang aku ketahu mengenai trafomator seperti:

1. Bagian Utama
   • Inti Besi
   • Kumparan
   • Minyak Transformator
   • Tanki
   • Bushing
2. Alat bantu
   • Pendingin
   • Tape Charger
   • Alat pernafasan
   • Pengaman
3. Prinsip kerja
   • Keadaaan Transformator Tanpa beban
   • Keadaaan Transformator Berbeban
4. Rugi-rugi
   • Rugi Hysteresis
   • Rugi Arus Eddy
   • Rugi Lilitan DC
   • Rugi Flucks Bocor

Transformator merupakan Alat listrik yang dapat memindahkan energi listrik dengan merubah tingkat tegangan dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lain melalui prinsip induksi magnetik tanpa merubah frekuensi.

BAGIAN UTAMA TRANSFORMATOR

Transformator terdiri dari beberapa bagian antara lain:

1. INTI BESI
   Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Pada transformator , inti besi dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh “Eddy Current”.

2. KUMPARAN
   Beberapa lilitan kawat berisolasi akan membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut di-isolasi, baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain disebelahnya dengan isolasi padat, seperti karton, pertinax.

3. MINYAK TRANSFORMATOR
   Sebagian besar trafo tenaga, kumparankumparan dan intinya direndam dalam minyak trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar , karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (di sirkulasi), dan bersifat sebagai isolasi (daya tegangan tembus tinggi), sehingga
   minyak trafo tersebut berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.

4. TANGKI
   Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator .

5. BUSHING
   Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah bushing, yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki trafo.

ALAT BANTU TRANSFORMATOR

Sedangkan ada juga bebrapa alat bantu seperti :

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 alat/system pendingin untuk menyalurkan panas keluar trafo. Media yang dipakai pada system pendingin dapat berupa : udara/gas, minyak, dan air .Sedangkan pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara alamiah (natural) atau tekanan/paksaan.

TAP CHANGER
Merupakan alat pengubah perbandingan transformasi untuk mendapatkan tegangan operasi sisi sekunder yang konstan/stabil (diinginkan) dari tegangan jaringan/sisi primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat dilakukan baik dalam keadaan berbeban (onload) atau dalam keadaan tak berbeban (off load) tergantung pada jenisnya.

ALAT PERNAFASAN
Akibat pengaruh naik turunnya beban transformator maupun suhu udara luar , maka suhu minyak 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 apabila suhu turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki.

PENGAMAN
Rele Bucholz untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo yang menimbulkan gas.

PRINSIP KERJA TANSFORMATOR

Dalam berbagai kasus Transformator mengalami beberapa keadaan seperti berikut ini:

Keadaaan Transformator Tanpa beban

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V¹ yang sinusoid, akan mengalirlah arus primer I^o yang juga sinusoid dan dengan menganggap belitan N₁ induktif murni, Io akan tertinggal 90^o dari V1 (lihat gambar ). Arus primer I^o menimbulkan fluks (f) yang sefasa
dan juga berbentuk sinusoid.
 Ø = Ø_maks sin wt

Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi e₁ (Hukum Faraday). Fluks yang berubahubah memotong suatu kumparan maka pada
kumparan tersebut akan diinduksikan suatu tegangan listrik :

Pada rangkaian sekunder, fluks (f) bersama tadi menimbulkan

Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor ,

Dalam hai ini tegangan 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, hingga ia terdiri atas dua komponen:

• Komponen arus pemagnetan I_M, yang menghasilkan fluks (f).
• Komponen arus rugi tembaga I_C, menyatakan daya yang hilang akibat adanya rugi histeris dan ‘arus eddy’.  I_C sefasa dengan V₁, dengan demikian hasil perkaliannya (I_Cx V₁) merupakan daya (watt) yang hilang.

Keadaaan Transformator Berbeban

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban Z_L, I₂ mengalir pada kumparan sekunder, di mana I₂= V₂/Z_L.

Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N₂I₂ yang cenderung menentang fluks (f) 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 primer menjadi :

I₁ = I_o + I₂
I_o = I₁ - I₂
 

Bila rugi besi diabaikan (I_C diabaikan) maka I_o = I_M
I₁ =  I_M + I’₂
Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan IMsaja, berlaku hubungan :
N₁ I_M = N₁ I₁ – N₂ I₂
N1IM = N1 (IM + I’2) – N2I2
Sehingga
N₁I’₂ = N₂I₂
Karena nilai IM dianggap kecil maka I’₂ = I₁
N₁I₁ = N₂I₂ atau I₁/I₂ = N₂/N₁

Rugi-Rugi Transformator

Rugi Histeresis

Gambar di atas memperlihatkan inti besi saat mulai menjadi magnet, molekul-molekul digerakkan ke arah medan magnet. Akan tetapi pada saat medan magnet turun menjadi nol, molekul-molekul tersebut tidak kembali pada posisi acak semula mereka. Akibatnya meskipun gaya pemagnetan telah turun menjadi nol, inti besi tersebut masih menjadi magnet. Medan magnet tersebut harus memutar arah dan menggunakan suatu gaya pemagnetan pada arah yang berlawanan sebelum inti besi tersebut kembali pada keadaaan tanpa pengaruh pemagnetan. Molekul-molekul tersebut kemudian akan berbalik dan magnet menyesuaikan pada arah medan magnet yang baru. Gaya magnet yang tertinggal pada molekulmolekul tersebut dinamakan histerisis. Energi harus disuplai untuk memutar arah sehingga mengakibatkan molekul-molekul tersebut bergabung dengan medan magnet, hal ini dinamakan rugi-rugi histerisis inti besi. Semakain banyak tenaga yang dibutuhkan, kerugian histerisis juga akan semakin besar .

Dari gambar di Atas, disumsikan titik a sebagai fluks di inti dan dimulai dari nol. Ketika arus naik maka fluks menjadi ab. Ketika arus turun kembali maka fluks akan berubah mengikuti arus dengan arah yang berbeda dari sebelumnya. Maka fluks menjadi bcd, ketika arus naik kembali fluks menjadi deb. Perhatikan dari gambar dibawah bahwa arah fluks tidak selalu bergantung pada arus yang mengalir dari lilitan ke inti, tetapi juga dipengaruhi oleh keadaan sebelumnya dari fluks di inti besi. Keadaan fluks terdahulu dan gagalnya fluks untuk kembali ke keadaan semula disebut histerisis.

Rugi hysterisis dihitung dengan menggunakan formula:

dengan,
n dan n = konstanta, tergantung material inti transformator
Ac = luas penampang inti transformator
Vol = volume inti transformator

Rugi Arus Eddy

yaitu rugi yang disebabkan oleh arus pusar pada inti besi. Inti besi transformator merupakan suatu penghantar , maka medan magnet pada inti besi tersebut akan menginduksikan tegangan pada inti. Tegangan inilah yang kemudian menimbulkan arus kecil pada inti besi.

Rugi lilitan dc ( I2R)
Rugi pada lilitan ini terjadi karena aliran arus beban yang melewati dari sisi primer dan sekunder . Pada saat arus mengalir melalui sisi primer dan sekunder terdapat daya yang hilang dalam bentuk panas.

Arus listrik bolak balik yang mengalir dalam konduktor akan membangkitkan fluks magnet yang menyebabkan arus pusar dengan arah berlawanan dengan arah arus utamanya. Dengan demikian rapat arus (current density) akan terdistribusi dari yang terkecil dibagian tengah konduktor sampai yang terbesar di bagian permukaan konduktor .

Rugi Flucks Bocor

Rugi ini dihasilkan dari medan magnet yang dikarenakan tidak semua garis-garis fluks yang ditimbulkan oleh lilitan primer dan sekunder mengalir melalui inti besi. Beberapa garis fluks mengalir keluar dari lilitan masuk ke udara dan tidak bertaut dengan lilitan primer dan lilitan sekunder