Makalah Transformator PDF

Preview

Summary

ABSTRAK Dalam kehidupan sehari-hari kita tidak dapat secara langsung menggunakan listrik dari PLN hal ini dikarenakan keluaran listrik dari PLN sangat besar sehingga kita membutuhkan alat yang mampu menurunkan daya listrik tersebut. Alat yang mampu menurunkan atau pun menaikkan tegangan seringkali d...

Description

ABSTRAK Dalam kehidupan sehari-hari kita tidak dapat secara langsung menggunakan listrik dari PLN hal ini dikarenakan keluaran listrik dari PLN sangat besar sehingga kita membutuhkan alat yang mampu menurunkan daya listrik tersebut. Alat yang mampu menurunkan atau pun menaikkan tegangan seringkali disebut transformator. Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat menaikkan atau menurunkan tegangan listrik AC dari satu atau lebih rangkaian ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip listrik induksi elektromagnet.. Pada percobaan kali ini dilakukan pada papan rangkaian, dimana kita akan membentuk suatu rangkaian dari gambar rangkaian yang disediakan. Rangkaian tersebut dihubungkan dengan kabel dan regulator yang nantinya akan diketahui pemasukan terhadap rangkaian yang ada dan keluaran yang dihasilkan. Tujuan praktikum ini untuk percobaan pertama yaitu menentukan tegangan primer sebagai fungsi arus magnetisasi pada sebuah transformator beban nol dan beban turun, Menentukan tegangan sekunder pada suatu tegangan tertentu, Menentukan perbandingan transformasi sebuah transformator. Sedangkan Percobaan kedua yaitu tentang Ototransformator berbeban dengan tujuan untuk memeriksa trafo dengan kumparan terpisah yang digunakan sebagai trafo hemat dengan menyusun kumparan primer dan sekunder, menghitung daya trafo hemat dan membebani trafo hemat dengan beban nominal. Peralatan yang digunakan yaitu trafo, kabel, multi tester, 2 buah regulator dan tang meter. Pada percobaan transformator berbeban, variable control adalah tegangan kumparan primer dan arus kumparan sekunder, varibel respon adalah tegangan kumparan sekunder dan arus kumparan primer, dan variable manipulasi adalah pengaturan pada generator. Percobaan yang dilakukan adalah melakukan pengukuran saat beban nol dan saat berbeban. Adapun aplikasi trafo, pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik, pada marine seperti di navigasi kapal, non-marine seperti pada TV, komputer, mesin fotokopi, dll. Kata kunci : Transformator, tegangan, listrik AC

1

BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari kita tidak dapat secara langsung menggunakan listrik dari PLN hal ini dikarenakan keluaran listrik dari PLN sangat besar sehingga kita membutuhkan alat yang mampu menurunkan daya listrik tersebut. Alat yang mampu menurunkan atau pun menaikkan tegangan seringkali disebut transformator. Transformator atau sering juga disebut trafo adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk mengubah (menaikkan/menurunkan) tegangangan listrik bolak-balik (AC). Bentuk dasar transformator adalah sepasang ujung pada bagian primer dan sepasang ujung pada bagian sekunder. Bagian primer dan sekunder adalah merupakan lilitan kawat yang tidak berhubungan secara elektris. Kedua lilitan kawat ini dililitkan pada sebuah inti yang dinamakan inti trafo. 1.2

Rumusan Masalah

Berikut ini adalah rumusan masalah yang akan dipaparkan dalam pembahasan : 1. Apakah fungsi dari penggunaan Transformator? 2. Bagaimanakah prinsip kerja dari Transformator? 3. Bagaimanakah pengaruh beban nol, beban naik dan beban turun terhadap arus primer, arus sekunder, tegangan primer dan tegangan sekunder? 4. Mengapa transformator menggunakan lempengan bukan inti besi? 5. Mengapa transformator menggunakan arus AC bukan DC? 6. Mengapa trafo jika dipegang tidak menimbulkan sengatan listrik? 1.3

Tujuan

Adapun tujuan yang ingin didapatkan oleh praktikan untuk penulisan dan penganalisaan dalam laporan ini adalah: 1.3.1 Percobaan pengukuran transformator beban nol 1. Menentukan tegangan primer sebagai fungsi arus magnetisasi pada sebuah transformator beban nol 2. Menentukan tegangan sekunder pada suatu tegangan tertentu 2

3. Menentukan perbandingan transformasi sebuah transformator 1.3.2 Percobaan pengukuran transformator penghemat 1. Memeriksa trafo dengan kumparan terpisah yang digunakan sebagai trafo hemat dengan menyusun kumparan primer dan sekunder 2. Menghitung daya trafo hemat 3. Membebani trafo hemat dengan beban nominal

BAB II DASAR TEORI 2.1

Pengertian Transformator

Transformator atau sering juga disebut trafo adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk mengubah (menaikkan/menurunkan) tegangangan listrik bolak-balik (AC). Bentuk dasar transformator adalah sepasang ujung pada bagian primer dan sepasang ujung pada bagian sekunder. Bagian primer dan skunder adalah merupakan lilitan kawat yang tidak berhubungan secara elektris. Kedua lilitan kawat ini dililitkan pada sebuah inti yang dinamakan inti trafo. ( Zuhal, Dasar Tenaga Listrik, ITB Bandung, 1991)

Gambar 2.1. Bagian – Bagian Transformator

(Ebook generator dan transformator. Depdiknas 2004. Hal 18)

2.2 Komponen Transformator (trafo) 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 :

3

Contoh Transformator

Lambang Transformator

Sumber : http://ilmuelektronic.blogspot.com/2012/10/pengertiantransformator-dan-jenisnya.html 2.3 Prinsip Kerja Transformator Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolakbalik, 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).

Sumber : http://ilmuelektronic.blogspot.com/2012/10/pengertiantransformator-dan-jenisnya.html Pada skema transformator di atas, 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.

4

Sumber : http://ilmuelektronic.blogspot.com/2012/10/pengertiantransformator-dan-jenisnya.html

Hukum Faraday Hukum Lenz

Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan:

Dimana, Vp = tegangan primer (volt) Vs = tegangan sekunder (volt) Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder Pada transformator (trafo) besarnya tegangan 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,

yang

Sehingga dapat dituliskan : 2.4 Jenis Rugi-rugi Transformator Rugi-rugi atau Losses pada Trafo antara Lain : 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 primersekunder 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 5

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 lilitan. Kerugian ini dapat dikurang dengan menggunakan kawat Litz, 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 (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 berlapislapisan. 2.5 Jenis- jenis Transformator

a. 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.

http://susahcarisepatu.blogspot.com/2012/05/berbagi-ilmu-plntransformator-2.html b. 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. 6

http://www.electricityforum.com/electrical-transformers/step-downtransformers.html c. Auto 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).

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Autotransformator.png d. Transformator Center Tap (CT) Terdapat 2 jenis transformator yang dapat digunakan untuk menurunkan tegangan AC dan salah satunya adalah trafo CT. Yang membedakan trafo CT ini dengan trafo biasa adalah adanya titik center tap yang bersifat sebagai ground. Titik center tap adalah titik tengah lilitan 7

sekunder pada trafo CT yang dihubungkan keluar lilitan dan bersifat sebagai sebagai ground. Jadi, semisal terdapat 10 lilitan kawat pada bagian sekundernya maka diantara lilitan ke-5 dan ke-6 dihubungkan pada sebuah kawat yang terhubung keluar lilitan. Aplikasi autotransformator adalah pada speaker audio.

2.6 Aplikasi 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. Aplikasi di dunia marine 1. Trafo step down untuk generator Penggunaan trafo pada bidang marine digunakan pada penurun tegangan hasil dari generator. 2. Trafo pada Mesin las Biasanya trafo yang terpasang di mesin las sekalian dengan rectifier untuk mengubah arus AC menjadi DC 3.

Alat navigasi kapal

8

Gambar.2.5 Alat-alat Navigasi di Anjungan Kapal

4.

Lampu-lampu penerangan di kapal

Gambar.2.6 Salah satu contoh penerangan di kapal, pada Engine Control Room

5. untuk memasok papan hubung bantu (Sub-switchboard) tegangan rendah untuk kamar mesin dan ruang akomodasi Aplikasi dalam kehidupan sehari –hari Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.

9

BAB III DATA PRAKTIKUM 3.1

Peralatan dan Fungsi

N o

Nama

Gambar

Fungsi

1

1 Trafo

Tempat dimana terdapat sisi primer dan sekunder Gambar3.1

2

2 multitester

Mengukur tegangan

Gambar3.2

3 3 Tang meter

Mengukurarus

yang

melewatikabel

Gambar3.3

4

4 Regulator sumber tegangan

Mengaturbesarnyategan gansesuaidengankebutuh an

Gambar3.4

10

5

Regulator 5 beban Mengatur beban dan berfungsi sebagai beban

Gambar3.5

6 6 Kabel

untuk menghubungkan rangkaian (saklar wyedelta dan motor)

Gambar3.6

3.2

Langkah Percobaan

3.2.1 Percobaan transformator beban nol 1. Membuat rangkaian sesuai gambar (Gambar. 3.7) 2. Sisi primer trafo phasa dihubungkan jala jala melalui suatu variac 3. Pemasukan tegangan pada sisi primer itu dilakukan secara bertahap dengan cara mengatur variac, mula mula mengarah naik (80 - 160 volt) kemudian mengarah turun (160 - 80 volt ; V = 20 volt). 4. Mencatat arus masuk dan tegangan keluran (output) dari tiap-tiap tegangan input. 3.2.2 Percobaan autotransformator 1 Membuat rangkaian sesuai gambar (Gambar. 3.8) 2 Travo diberi tegangan jala-jala melalui variac hingga tegangan mencapai 110 volt. 3 Atur Rb hingga I2 dinaikkan dari 0.07 sampai 0.15 (I2 = 0.02) 4 Ukur arus dan tegangan primer (I1 dan V1) serta arus dan tengangan sekunder (I2 dan V2). 5 Lakukan langkah 1-4 dengan rangkaian seperti gambar 3.9 11

3.3

Gambar Rangkaian Percobaan 1

Gambar 3.7. Percobaan transformator satu fase tanpa beban

Percobaan 2

Gambar 3.8 Rangkaian Autotrafo Beban

Percobaan 3

Gambar 3.9 Rangkaian Autotrafo Beban

12

3.4

Tabel Hasil Pengamatan 1. Transformator satu fase tanpa beban a. Tegangan naik No. 1 2 3 4 5

V1 80 100 120 140 160

V2 23,2 28,5 34,3 40,5 46,2

I1 0,07 0,09 0,11 0,16 0,23

V2 46,5 40,4 34,4 28,4 23,2

I1 0,24 0,17 0,12 0,09 0,07

b. Tegangan turun No. 1 2 3 4 5

V1 160 140 120 100 80

2. transformator berbeban  Rangkaian 1 a. Tegangan naik V1 V2 100 130,5 100 130,5 100 130,6 100 130,9 100 130,7 b. Tegangan Turun V1 100 100 100 100 100

V2 130,2 130,6 130,7 131,2 131,2

I1 0,24 0,28 0,3 0,35 0,38

I2 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14

I1 0,29 0,29 0,26 0,24 0,2

I2 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06

13

 Rangkaian 2 a. Tegangan naik No.

V1

V2

I1

I2

1 2 3 4 5

100 100 100 100 100

71.5 70.7 70.88 71.2 71.2

0.14 0.15 0.17 0.19 0.2

0.04

0.06 0.08 0.10 0.12

b. Tegangan Turun No.

V1

V2

I1

I2

1 2 3 4 5

100 100 100 100 100

71.4 71.3 71.1 71.5 71.4

0.2 0.19 0.17 0.16 0.14

0.12 0.10 0.08 0.06 0.04

14

BAB IV DATA PRAKTIKUM IV.1 PERHITUNGAN Berdasarkan data yang telah dicatat, dilakukan perhitungan dan didapatkan hasil – hasil seperti berikut : 1. Tranformator 1. Arus Sekunder (𝑖2 ) Rumus : 𝑖2 =

𝑉1 × 𝑖1 𝑉2

2. Rasio Transformasi (𝛼) Rumus : 𝛼=

𝑉1 𝑉2

3. Daya Input Transformator (𝑃1 ) Rumus : 𝑃1 = 𝑉1 𝑥 𝐼1 𝑥 𝐶𝑜𝑠 𝜙 4. Daya Output Transformator (𝑃2 ) Rumus : 𝑃2 = 𝑉2 𝑥 𝐼2 𝑥 𝐶𝑜𝑠 𝜙 5. Effisiensi (𝜂) Rumus : 𝜂=

𝑃2 𝑥 100% 𝑃1

6. Hambatan Primer (𝑅1 ) Rumus : 𝑅1 =

𝑉1 𝐼1

7. Hambatan Sekunder (𝑅2 ) Rumus : 𝑅2 =

𝑉2 𝐼2

8. Rugi Tembaga Rumus : 𝑅𝑢𝑔𝑖 𝑇𝑒𝑚𝑏𝑎𝑔𝑎 = 𝐼12 𝑥𝑅1 + 𝐼22 𝑥𝑅2 15

9. Rugi Inti Rumus : 𝑅𝑢𝑔𝑖 𝐼𝑛𝑡𝑖 = 𝑃1 − 𝐼12 𝑥𝑅1 Sehingga diperoleh data sebagai berikut untuk transformater satu fase beban nol: a. Tegangan Naik η

No.

V1

V2

I1

I2

α

R2

R1

P1 (watt)

P2 (Watt)

(%)

Rugi Tembaga

Rugi Besi

1 2 3 4 5

80 100 120 140 160

23.2 28.5 34.3 40.5 46.2

0.07 0.09 0.11 0.16 0.23

0.24 0.32 0.38 0.55 0.80

3.448 3.509 3.499 3.457 3.463

1142.86 1111.11 1090.91 875.00 695.65

96.11 90.25 89.13 73.23 58.00

4.48 7.2 10.56 17.92 29.44

4.48 7.2 10.56 17.92 29.44

100 100 100 100 100

11.20 18.00 26.40 44.80 73.60

1.12 1.8 2.64 4.48 7.36

P1 (watt) 30.72 19.04 11.52 7.2 4.48

P2 (Watt) 30.72 19.04 11.52 7.2 4.48

η (%) 100 100 100 100 100

Rugi Tembaga 76.80 47.60 28.80 18.00 11.20

Rugi Besi 7.68 4.76 2.88 1.8 1.12

Rugi Tembaga 31.83 38.44 43.06 50.71 56.30

Rugi Besi 4.8 5.6 6 7 7.6

b. Tegangan Turun No.

V1

V2

I1

I2

α

R2

R1

1 2 3 4 5

160 140 120 100 80

46.5 40.4 34.4 28.4 23.2

0.24 0.17 0.12 0.09 0.07

0.83 0.59 0.42 0.32 0.24

3.441 3.465 3.488 3.521 3.448

666.67 823.53 1000.00 1111.11 1142.86

56.31 68.58 82.18 89.62 96.11

2. Ototranformator Data transformater dengan beban pada rangkaian 1 sebagai berikut : a. Tegangan naik No.

V1

V2

I1

I2

α

R2

R1

1 2 3 4 5

100 100 100 100 100

130.5 130.5 130.6 130.9 130.7

0.24 0.28 0.3 0.35 0.38

0.06 0.08 0.10 0.12 0.14

0.766 0.766 0.766 0.764 0.765

416.67 357.14 333.33 285.71 263.16

2175.00 1631.25 1306.00 1090.83 933.57

P1 (watt) 19.2 22.4 24 28 30.4

P2 (Watt) 6.26 8.35 10.45 12.57 14.64

η (%) 32.63 37.29 43.53 44.88 48.15

b. Tegangan turun No.

V1

V2

I1

I2

α

R2

R1

1 2 3 4 5

100 100 100 100 100

130.2 130.6 130.7 131.2 131.2

0.29 0.29 0.26 0.24 0.2

0.14 0.12 0.10 0.08 0.06

0.768 0.766 0.765 0.762 0.762

344.83 344.83 384.62 416.67 500.00

930.00 1088.33 1307.00 1640.00 2186.67

16

P1 (watt) 23.2 23.2 20.8 19.2 16

P2 (Watt) 14.58 12.54 10.46 8.40 6.30

η (%) 62.86 54.04 50.27 43.73 39.36

Rugi Tembaga 47.23 44.67 39.07 34.50 27.87

Rugi Besi 5.8 5.8 5.2 4.8 4

Data transformater dengan beban pada rangkaian 2 sebagai berikut : a. Tegangan naik η

No.

V1

V2

I1

I2

α

R2

R1

P1 (watt)

P2 (Watt)

(%)

Rugi Tembaga

Rugi Besi

1 2 3 4 5

100 100 100 100 100

71.5 70.7 70.88 71.2 71.2

0.14 0.15 0.17 0.19 0.2

0.04

0.06 0.08 0.10 0.12

1.399 1.414 1.411 1.404 1.404

714.29 666.67 588.24 526.32 500.00
...