Chapter 10:

Practical Transformer

Kelompok 6:

Ladislaus Risangpajar (21060111130109)Danang Widyanarko (21060111130113)Muhammad Arief Nugroho (2106111130114)Andreas Kristianto (2106111130115)Meyga Pranata Juanda (2106111130117)Wisnu Aji Nugrahadi (2106111110118) Muhamad Cesar Fajar (2106111110122)Yoga Prastyo (2106111110123)Muhammad Hadyan Raif (2106111110124)Dony Prahasto (2106111110125)

Trafo Ideal dengan Inti tidak Sempurna

Ketidaksempurnaan pada inti terlihat pada rangkaian yaitu adanya Xm dan Rm.Adanya rugi-rugi arus eddy dan histerisisRm rugi-rugi daya / panasXm reaktansi magnetik

By : Kris

Transformator Ideal dengan Inti tidak sempurna

• Yaitu sebuah transformator yang intinya tidak sempurna karena adanya rugi-rugi histerisis dan edi current yang terjadi pada intinya.

• inti yang tidak sempurna pada rangkaian ditunjukan dengan Rm (resistansi) dan Xm(reaktansi) yang dihubung pararel

Ket:Rm= resistansi (Ω)Xm=reaktansi (Ω)Pm= rugi (Watt)E1= tegangan primer(volt)Qm= daya reaktif (VAR)Dimana , Rm = E12/Pm Xm = E12/Qm

• Contoh soal :

solusi:• diketahui :

Io=5AEg=160v,20HzPm=180w

• Ditanya :A.Qm?B.Rm,Xm?C.If,Im,Io?

jawab,a. Sm= E1 x Io

120v x 5A = 600 VAQm=

Qm=Qm=572 Varb. Rm=

Xm=

c. If=

Im=

Io =

= 5 A

Transformator ideal dengan loose coupling

• Menggunakan inti yang sempurna tetapi terdapat celah antara lilitan primer dan sekundernya

• Karena menggunakan inti yang sempurna maka tidak terdapat rugi (iron losses)

• Gambar rangkaian transformator saat keadaan tanpa beban

Ket :Eg = sumberEp = tegangan pada lilitan primerE2 = tegangan pada lilitan sekunderN1 = lilitan primerN2 = lilitan sekunderI1 = arusɸm12 = flux

ɸm1a = Ep/(4,44f.N1)I1= 0 AE2= (N1/N2).Ep

• Keadaan saat ditambah beban(z)

1. Arus I1 dan I2 mulai mengalir ke lilitan primer dan sekunder. Persamaan yang digunakan sama dengan transformator ideal yaitu I1/I2 = N2/N1 atau N1 x I1 = N2 x I2

2. Arus I2 menghasilkan mmf(gaya gerak magnetik) N2.I2 sedangkan arus I1 menghasilkan N1.I1 dan gayanya sama serta berlawanan secara langsung. Karena ketika I1 mengalir ke terminal 1, I2 akan mengalir keluar dari terminal 3.

3. Gaya magnet(mmf) N2.I2 mengasil kan total fllux(ac) ɸ2. sebagian dari flux ini menginduksi lilitan utama sedangkan sebagian lainnya tidak. Hal tersebut dinamakan flux bocor sekunder(pada lilitan sekunder). Begitu juga dengan flux ɸ1 yang dinamakan flux bocor primer.

• Penyederhanaan rangkaian

Dimana:1. ɸm = ɸm1 + ɸm22. Ef2 = 4,44 fN2. ɸf23. E2 = 4,44 fN2. ɸm4. Ef1 = 4,44 fN1. ɸf15. E1 = 4,44 fN1. ɸm

Arus yang mengalir menuju rangkaian paralel Rm dan Xm dan menghasilkan fluks adalah Io.Io (arus eksitasi) merupakan hasil penjumlahan vektor If dan Im.

Ideal Transformer with Loose Coupling

Fluks bocor dari sebuah trafo berbeban. Fluks bocor diakibatkan oleh penggabungan tak sempurna diantara kumparan.

Kebocoran reaktansi primer dan sekunder

Resistance and leakage reactance of the primary and secondary windings

By : Danang

• kebocoran reaktansi sekunder Xf2 ini ditunjukkan oleh

Xf2 = Ef2/I2• lilitan primer juga ditampilkan dua kali, untuk

memisahkan E1 dari Ef1. bahwa EF1 merupakan sebuah penurunan tegangan reaktansi. kebocoran reaktansi primer Xf1 ditunjukkan oleh

Xf1 = Ef1/I1

rangkaian ekivalen transformator

• rangkaian fig.10.7 terdiri dari elemen resistif dan induktif digabungkan bersama-sama oleh fluks saling Qm,

• jika kita menambahkan elemen sirkuit Xm dan Rm untuk mewakili inti, kita memperoleh rangkaian ekuivalen lengkap transformator. dalam rangkaian ini T adalah transformator yang ideal itu sendiri.

• Rangkaian equivalen trafo

Rangkaian elektrik transformator

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

Konstruksi Transformator Daya

Transformator didesign karakteristiknya agar mendekati tansformator yang ideal. Maka untuk mendapatkan permeabilitas yang tinggi intinya dibuat dari besi. Untuk mengurangi rugi-rugi nya inti besi dilaminasi dengan resistivitas yang tinggi.Pada dasarnya semua jenis transformator memiliki bagian utama yang terdiri dari inti besi yang dililit oleh 2 buah kumparan penghantar

By : Arief

Gambar dia atas merupakan proses laminasi, laminasi adalah proses dimana inti besi yang terdiri dari berbagai layer di satukan. Proses ini berfungsi untuk menjaga rugi rugi inti besi kecil

Komponen-komponen Transformator

• Inti besi Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluks, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas sebagai rugi-rugi besi yang ditimbulkan oleh Eddy Current.

• Kumparan transformator Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain. Umumnya pada transformator terdapat kumparan primer dan sekunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluksi yang menginduksikan tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup maka akan mengalir arus pada kumparan ini. Jadi dapat dikatakan kumparan berfungsi sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

Polaritas Additive dan Polaritas Subtractive

Polarity Test

41 3

2

Ex > Ep maka polaritasnya ADDITIVE

Ex < Ep maka polaritasnya SUBTRACTIVE

By : Risang

Substractive Polarity

Ex < Ep maka polaritasnya SUBTRACTIVE

Additive Polarity

Ex > Ep maka polaritasnya ADDITIVE

Transformer Taps

Tap pada sisi primer :• 4,5% 2292 V• 9% 2218 V• 13,5% 2076 V

Losses and Transformer Rating

Rugi-rugi pada trafo:• Copper/winding/ I2R Losses• Histerisis dan Eddy-current Losses (pada inti)• Stray Losses

10.10 kurva saturasi tanpa beban

Secara bertahap meningkatnya tegangan Ep pada trafo primer, dengan rangkaian terbuka pada trafo sekunder. sebagai kenaikan tegangan, peningkatan fluks Φm bersama dalam proporsi langsung, sesuai dengan Persamaan 9.2. akan meningkatkan arus I0 saat ini tetapi, ketika besi mulai jenuh, Im saat magnetizing harus meningkatkan sangat tajam untuk menghasilkan fluks yang diperlukan. jika kita menggambar grafik Ep vs I0, kita melihat peningkatan dramatis dalam saat seperti kita melewati poin operasi normal (gbr. 10.14).

trafo biasanya dirancang untuk beroperasi pada kepadatan fluks puncak sekitar 1,5 tesla, yang kira-kira terkait dengan lutut kurva saturasi. Dimana kita dapat melebihi tegangan nominal dengan kemungkin 10 persen, tapi jika kita menerapkan dua kali tegangan nominal, arus bisa menarik menjadi lebih besar dari nominal arus beban penuh.

By : Ega

10.11 Metode-Metode Pendinginanuntuk mencegah kerusakan yang

cepat dari bahan isolasi dalam transformator, pendinginan yang memadai dari gulungan dan inti harus disediakan.

Transformers ruangan di bawah 200 kVA dapat langsung didinginkan oleh aliran alami dari udara di sekitarnya. Perumahan metalik yang dilengkapi dengan ventilasi kisi-kisi sehingga arus konveksi dapat mengalir diatas inti (gbr 10.15). transformator yang lebih besar dapat dibangun dengan cara yang sama, tetapi sirkulasi paksa udara bersih harus disediakan. Dry-type transformator tersebut digunakan di dalam gedung, jauh dari atmosfer.

trafo distribusi di bawah 200 kVA biasanya direndam dalam minyak mineral dan tertutup dalam tangki baja. di mana ia hilang oleh radiasi dan konveksi ke udara luar (gbr. 10.16). minyak adalah insulator jauh lebih baik daripada udara, akibatnya, itu selalu digunakan pada transformator tegangan tinggi.

sebagai peningkatan power rating, radiator exsternal ditambahkan untuk meningkatkan permukaan pendinginan minyak diisi-tangki (gbr. 10,17). minyak beredar di sekitar gulungan transformator dan bergerak melalui radiator, dimana panas dilepaskan ke udara sekitarnya.

untuk rating masih tinggi, kipas pendingin meniup udara melalui radiator (gbr. 10.18). untuk transformator dalam kisaran megawatt, pendinginan dapat dipengaruhi oleh penukar panas minyak-air. minyak panas yang diambil dari tangki transformator dipompa ke penukar panas di mana mengalir melalui pipa yang berada dalam kontak dengan air dingin. seperti penukar panas sangat efektif, tetapi juga sangat mahal, karena air itu sendiri harus terus didinginkan dan diresirkulasi.

Jenis transformator pendinginan ditunjuk oleh simbol berikut:• AA-Dry-type, Self cooled• AFA-Dry-type, Forced-Air cooled• OA-Oil-immersed, Self-cooled• OA/FA-Oil-immersed, Self-cooled/ Forced-Air cooled• AO/FA/FOA-Oil-immersed, Self-cooled/Forced-Air cooled/Forced-Air, Forced-oil cooled

Kenaikan suhu ini dengan resistensi transformator direndam minyak adalah 55 ˚ C atau 65˚ C. Suhu tp harus tetap rendah untuk menjaga kualitas minyak.

Sebaliknya, kenaikan suhu dry-type transformator mungkin setinggi 180˚C. tergantung pada jenis isolasi yang digunakan.

PENYEDERHANAAN RANGKAIAN EQUIVALENT

By : Wisnu

Proses Penyederhanaan Rangkaian ketika transformator beroperasi 1.Tanpa Beban 2 Beban Penuh

1. Pada Saat tanpa beban,I2 = 0 dan I1 = 0 ,T adalah Transformator ideal .Sehinggga Hanya I 0 yang mengalir di R 1dan Xf 1.Impedansi nya sangat kecil karena Tegangan primer dibagi tegangan sekunder Ep/Es selanjutnya melewati terminal

2. Pada Beban Penuh, I p setidaknya 20 kali lebih besar dari I 0 .Sehingga kita dapat mengabaikan I 0 dan menghubungkan cabang magnetisasi.

Penyederhanaan Rangkaian

Hasil penyederhanaan

Penyederhanaan rangkaian ini dapat digunakan ketika beban hanya 10 % dari kapasitas transformer.Kita dapat lebih menyederhanakan rangkaian dengan menggeser ke bagian sisi primer,sehingga menghilangkan transformator T (Dijelaskan 9.10)

Gambarrangkaiannya

Kemudianmenjumlahkanmasingmasingresistansidanreaktansi ,sehinggakitamemperolehgambarberikut

Padarangkaiandiperoleh = +Dimana = Total resistansitransformatorberdasarkanbagian primer = + = Total kebocoranreaktansitransformatorberdasarkanbagian primer

Kombinasi dari dan merupakanimpedansi total transformatorberdasarkansisi primer .Sehingga

=

Impedansiadalahsalahsatu parameter pentingdaritransformator .Zpdihasilkandari drop voltage internal ketikatrafodibebani.SehinggaZpmempengaruhiteganganregulasipadatransformator.

Gambar Penyederhanaan rangkaian tanpa beban

Gambar Penyederhanaan Rangkaian Equivalen transformator saat beban penuh

VOLTAGE REGULATION

VOLTAGE REGULATION Sala

satuhalterpentingdalamtransformasiadalahteganganregulasi .TeganganRegulasidirumuskansebagaiberikut :

x 100 Dimana = TeganganSekundertanpabeban (Volt)

= TeganganSekunderdenganbebanpenuh (Volt)

Teganganregulasitergantungdarifaktordayapadabeban.Sehinggafaktordayaharusspesifik.JikaBebankapasitif ,tegangantanpabebandapatmelebihiteganganbebanpenuh .Dalamhaliniteganganregulasinyaadalah negative

Example SebuahTransformator 1 fasabernilai 3000 KVA,69 KV/4,16 kV,60 Hz memiliki total impedansi dalam =127 Ohm .Mengacupadasisi primer.

Hitung :

a. PadaNilaiTegangan Primer danArusSekunder

b. Teganganregulasidaritanpabebankebebanpenuhuntuk 2000 kW BebanResistif,DenganTegangan Supply primer tetappada 69 kV

c. Arus Primer danArusSekunderjikabagiansekundertibatiba Short Circuit

Solution

DijelaskanDipapanTulis

10.14 Mengukur Impedansi Transformator

Pada gambar diatas, terjadi pengukuran , dan selama open circuit. Begitu pula pada tegangan open sirkuit sisi sekunder terukur yaitu :

• Daya aktif = • Daya semu = = • Daya reaktif =

𝐼𝑜

𝑆𝑚

𝑃𝑚

𝑃𝑚𝐼𝑜𝐸𝑝

𝑄𝑚

𝐸𝑝

By : Cesar

Dimana,

• Resistansi berupa rugi inti dapat dicari dengan

• Reaktansi magnetisasi (Xm) dapat dicari dengan

Begitu pula padapengukuransisi primer trafo, Berdasarkansisi/pengukuransisi primer makakitadapatmenghitungimpedansi total transformator, resistansitransformatordanreaktansibocortransformator

Dimana,• Zp= Impedansi total/ refrensi• Esc = Tegangantrafosisi primer• Isc = Aruspadatrafosisi primer

Dimana,• Rp = Resistansireferensi• Psc = Dayasisi primer trafo• Isc = Aruspadasisi primer trafo

Dimana,• Xp = Reaktansibocor• Zp = Impedansireferensi• Rp = ReaktansiReferensi

Contoh Soal

• Selama percobaan short circuit (hubung singkat) pada trafo terdapat nilai 500kVA, 69kV/4,16kV, dengan F = 60 Hz, Tegangan, arus, dan daya muncul di terminal X1 dan X2 berada di short circuit

Esc = 2000 VIsc = 4 APsc = 2400 W

Hitunglah besar reaktansi bocor dan reaktansi trafo!

Jawab

• Total impedansitransformatormengacupadasisi primer

• Resistansi total transformatormengacupadasisi primer adalah

• Makareaktansibocor yang didapatadalah

Penggunaan Metode Per Unit Pada Transformator

Metode per unit digunakan untuk mendapatkan magnitude, impedansi, arus, dan daya yang relatif. Metode ini lebih mudah dimengerti ketika diaplikasikan pada transformer.

Pada Transformator telah diberikan beberapa nilai kebenaran yaitu :

By : Yoga

Dengan menggunakan data dari tabel kebenaran tersebut, maka kita dapat mengetahui besarnya Impedansi semua unit (base) yang digunakan untuk menghitung besarnya R1,R2,Xm,Rm,Xf1,Xf2

Contoh : Sebuah transformator Daya 10 KVA, Carilah Impedansi sisi primer trafo, Impedansi sekunder trafo per base, lalu tentukan besarnya tahanan per unit R1, R2,

pertama : Kita harus mencari Impedansi per base (total semua unit) baik pada sisi primur (Zns) dan sekunder (Znp) dengan rumus :

Berdasarkan data kebenaran Transformato maka didapat :

Setelah Impedansi base diketahui, maka kita dapat menghitung R1 dan R2 yaitu :

Impedansi Transformator

Pada Transformator daya, terdapat nameplate impedansi nominal transformator dalam bentuk persentase. Semisal pada name plate tertulis Znp = 3,6 % maka nilai Znp per unit sebenarnya yaitu 0,036,

Example :Sebuah transformator 250 KVA , 4160V/480V, dengan frekuensi

60 Hertz punya impedansi 5,1 %, Hitunglah total internal impedansi pada Znp.

Tipikal Impedansi Per-Unit

By : Raif

Kita telah melihat bahwa kita bisa mendapatkan ide yang lebih baik akan besara relatif dari tahanan lilitan, reaktansi kebocoran, dll., dari sebuah transformator dengan membandingkan impedansi ini dengan impedansi dasar transformator. Dalam pembuatan perbandingan, unsur-unsur sirkuit yang terletak di sisi utama dibandingkan dengan Impedansi basis utama. Demikian pula, unsur-unsur sirkuit di sisi sekunder dibandingkan dengan basis impedansi sekunder. Perbandingan dapat dibuat baik pada persentase atau pada basis per-unit; Kami menggunakan yang kedua. Tipikal nilai-nilai per-unit tercantum dalam tabel 10C untuk transformator mulai dari 3 KVA sampai 100 MVA.

Sebagai contoh, tabel menunjukkan bahwa tahanan per-unit belitan primer transformator berkisar dari 0.009 sampai 0,002 untuk semua tingkatan daya antara 3KVA dan 100 MVA. Selama rentang daya yang luar biasa ini, tahanan per-unit R1 belitan primer atau sekunder bervariasi hanya dari 0.009 sampai 0,002 dari dasar impedansi transformator. Mengetahui impedansi dasar dari belitan primer atau sekunder, kita mudah memperkirakan urutan besarnya nilai-nilai nyata impedansi transformator.

TRANSFORMATOR SECARA PARALEL

Untuk keperluan menyuplai beban yang besar, sementara transformator yang tersedia hanya memiliki kapasitas yang lebih rendah, maka perlu melakukan pengoperasian beberapa buah transformator secara paralel sehingga beban besar yang mesti disuplai dapat terlayani.

Solusi yang dipakai adalah dengan (paralel) beberapa buah trafo.

By : Dony

Tujuan dari Transformator Secara Paralel

1. Agar beban yang dipikul sebanding dengan kemampuan KVA masing-masing transformator.

2. Memperbesar kapasitas pada trafo3. Untuk pemelliharaan (paralel sesaat), trafo yg mau

dipelihara dioff dan yang baru dioperasikan menggantikan yg lama

Pembagian Arus dalam Trafo Paralel

• Arus masing-masing Transformator dapat dihitung berdasar formula dan dimana :

• IA = Arus transformator A• IB = Arus transformator B• ZA = Impedansi Transformator A, dimana ZA = RA + jωLA• ZB = Impedansi Transformator B, dimana ZB = RB + jωLB

TRAFO A

LOAD

TRAFO B

IA

IB

IT

L R

L R

Za

Zb

Syarat Transformator Paralel

1. Perbandingan tegangan arus sama

2. Polaritas transformator harus sama.

3. Perbandingan reaktansi terhadap tahanan sebaiknya sama.

4.Tegangan impedansi pada keadaan beban penuh harus

sama. Memparalel transformator dengan Impedansi sama,

Ratio Trafo sama dan kVA sama akan menghasilkan

pembebanan yang merata untuk setiap trafo.

Sekian

Terimakasih

dan