Modul 3 (Transformator Tiga Fasa) [PDF]

Citation preview

Laboratorium Konversi Energi Elektrik



Transformator



Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Modul 3



KARAKTERISTIK KERJA TRANSFORMATOR TIGA FASA I. TUJUAN PERCOBAAN 1.



Menentukan ratio transformasi tegangan dan arus dari transformator 3-fasa hubungan Y-Y dan - Y



2.



Menentukan parameter rangkain equivalen trafo 3- fasa



3.



Menentukan regulasi tegangan dari transformator 3-fasa.



4.



Menentukan efesiensi dari transformator 3-fasa.



5.



Menentukan karakteristik pembebanan dari transformator 3-fasa.



II. DASAR TEORI Pada prinsipnya transfomator tiga fasa adalah gabungan tiga buah transformator satu fasa yang masing-masing sisi dihubungkan secara bintang (Y) atau delta (). Hubungan trafo 3-fasa dinyatakan dengan dengan kombinasi Y dan . Dalam Tranformator tiga fasa banyak hubungan yang dimungkinkan untuk belitan primer dan sekunder tergantung dari penggunaannya. Berikut adalah beberapa bentuk hubungan trafo 3-fasa 1. Hubungan Bintang-Bintang (Y-Y) .



C



c



B



b



A



a R n b



N B a



A C



c



o



0 Angular displacement Gambar 1. Hubungan Y – Y trafo 3-fasa Gb.31.4



Hubungan ini merupakan yang paling ekonomis untuk sebagian kecil transformator tegangan tinggi karena banyaknya phasa dan jumlah isolasi yang dibutuhkan sedikit ( seperti tegangan phasa yang hanya 1/



3



dari tegangan line). Pada



gambar 1 diperlihatkan 3 transformator yang terhubung Y untuk sisi primer dan 20



Laboratorium Konversi Energi Elektrik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Transformator



Modul 3



sekundernya. Perbandingan dari tegangan line untuk sisi primer dan sisi sekunder adalah sama dengan perbandingan perubahan setiap transformator. Bagaimanapun juga, disana ada pergeseran phasa sebesar 30o antara tegangan phasa dan tegangan line pada sisi primer dan sisi sekunder Tentunya tegangan line pada kedua sisi sama seperti tegangan utama berturutturut dalam phasa satu dan yang lain. Hubungan ini bekerja dengan baik hanya dalam keadaan beban setimbang. Dengan beban yang tidak setimbang ke netral, pergeseran titik netral disana akan mengakibatkan tegangan tiga phasa line to netral berbeda. Efek dari ketidakseimbangan bebab dapat dimisalkan dengan meletakkan beban tunggal antar phasa (coil) A. Primer coil A ini tidak bisa mensupply daya yang dibutuhkan karena dia terhubung seri dengan primer B dan C yang mana sekundernya open. Dengan kondisi lain, primer coil B dan C bekerja dengan impedansi yang sangat tinggi sehingga primer coil tersebut dapat mengisi tapi sangat kecil arus yang melaluinya dari line. Karenanya, sekunder coil tidak dapat mensupply daya manapun. Pada kenyataannya, resistansi yang sangat rendah mendekati short-circuit yang berkemungkinan terhubung antara titik A dan Netral dan hanya sebagian kecil jumlah arus yang akan mengalir. Seperti disebutkan sebelumnya, adalah dalam kaitannya dengan pengurangan dari tegangan E an karena pergesaran titik netral. Dengan kata lain, dalam kondisi short-circuit, netral menarik terlalu banyak ke arah coil A. Ini mengurangi E an tetapi meningkatkan E bn dan E in (bagaimanapun tegangan line E AB , E BC dan E CA tidak dibuat-buat). Pada sisi primer, E an



nantinya akan berkurang menjadi nol sedangkan E bn dan E cn akan naik mendekati



full primary line voltage. Kesulitan dari pergeseran netral dapat dihilangkan dengan menghubungkan primer netral (diperlihatkan dalam garis putus-putus pada gambar) balik ke generator sehingga primer coil A tersebut dapat mengambil daya yang dibutuhkannya dari line dan netral tersebut. Ini seharusnya dicatat bahwa jika suatu beban phasa tunggal dihubungkan antara line A dan B, akan ada kesamaan tapi lebih sedikit dari menyebutkan pergeseran netral yang mana mengakibatkan overvoltage pada satu atau lebih transformator. Keuntungan lain dari menstabilkan primer netral dengan menghubungkannya Ke netral dari generator adalah akan mengurangi penyimpangan pada tegangan phasa sekunder. Ini menjelaskan sebagai berikut, untuk mengirimkan gelombang sinus tegangan dibutuhkan suatu gelombang sinus flux dalam inti, akan tetapi dikarenakan karakteristik 21



Laboratorium Konversi Energi Elektrik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Transformator



Modul 3



dari besi, suatu gelombang sinus flux membutuhkan sepertiga komponen harmonic dalam arus penguat. Seperti frekuensi dari komponen ini adalah tiga kali dari frekuensi sirkuit, pada saat tertentu, itu cenderung untuk mengalirkan arus ke arah manapun dari titik netral pada ketiga transformator. Jika primer netral diisolasi, the triple frequency current tidak bisa mengalir. Karenanya flux dalam inti tidak bias menjadi gelombang sinus sehingga tegangan menyimpang. Tetapi jika primer netral ditanahkan , yang mana dihubungkan dengan netral generator, lalu ini akan menyediakan suatu alur untuk , the triple frequency current dan e.mfs dan kesulitan telah diperdaya. Jalan lain untuk menghindari masalah ini dari osilasi netral adalah untuk menyediakan masing-masing transformator dengan sepertiga atau lilitan tertiar yang secara relatif rendah kVA rating. Lilitan tertiar ini terhubung dalam  dan menyediakan sirkuit dimana triple-frequency komponen dari arus magnetisasi dapat mengalir ( dengan isolasi netral, tidak bisa ). Pada kasus ini, gelombang sinus dari tegangan berlaku pada primer akan mengakibatkan gelombang sinus dari tegangan phasa pada sekunder. Seperti dikatakan diatas, keuntungan dari hubungan ini adalah isolasi tersebut dimana tekanan hanya untuk tingkat tegangan line ke netral yaitu 58 % dari tegangan line.



Gambar 2, hubungan Y – Δ trafo 3-fasa



Gambar 3, hubungan Δ – Y trafo 3-fasa



3. Hubungan Y – Δ Penggunaan utama dari hubungan ini pada akhir bagian dari line transmisi dimana tegangan menjadi diturunkan. Lilitan utama dari Y dihubungkan dengan pentanahan netral seperti yang terlihat pada gambar 2. rasio antara tegangan primer dan sekunder adalah 1



3



kali rasio trafo untuk setiap trafo. Terdapat perbedaan 30° antara tegangan



22



Laboratorium Konversi Energi Elektrik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Transformator



Modul 3



line primer dan sekunder yang berarti bahwa bank trafo Y–Δ tidak bisa diparalelkan dengan Y-Y atau



Δ-Δ bank. Arus harmonik ketiga juga mengalir pada Δ untuk



menyediakan flux sinusoidal 4. Hubungan Δ – Y Hubungan ini biasanya digunakan ketika diperlukan untuk menaikkan tegangan sebagai contoh pada permulaan tegangan tinggi pada sistem transmisi. Hubungan ini diperlihatkan pada gambar 3. Netral sekunder trafo ditanahkan untuk menyediakan 3 fasa 4 kawat. Beberapa tahun terakhir hubungan Δ–Y ini semakin populer karena dapat digunakan untuk melayani peralatan daya 3 fasa dan sirkuit pencahayaan 1 fasa secara bersamaan. Hubungan ini tidak terbuka untuk distorsi tegangan dan floating netral karena keberadaan dari hubungan Δ menghasilkan bahagian kecil untuk arus harmonik ketiga. Telah diteliti bahwasanya tegangan dan arus line primer dan sekunder masing – masingnya berbeda fasa sebesar 30°. Karena perbedaan 30° ini, maka memungkinkan untuk memparalelkan bank dengan Y-Y atau Δ-Δ bank sekalipun rasio tegangan harus diatur. Rasio tegangan sekunder dan primer adalah



3



kali rasio transformasi dari



masing – masing trafo. 5 Pengujian Open-circuit atau Tanpa Beban Tujuan pengujian ini untuk menentukan rugi tanpa beban atau rugi inti dan arus tanpa beban I0 yang akan sangat membantu untuk mendapatkan X0 dan R0.



Gambar 4 Satu belitan dari transformator (yang sesuai tetapi biasanya belitan tegangan tinggi) pada sisi yang terbuka dan sisi lainnya terhubung ke suplai atau tegangan dan frekuensi normal. Sebuah wattmeter W, voltmeter V dan ammeter A terhubung pada sisi belitan tegangan rendah yaitu belitan primer pada kondisi sebenarnya. Dengan tegangan 23



Laboratorium Konversi Energi Elektrik



Transformator



Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Modul 3



normal yang diberikan pada sisi primer fluks normal akan teratur pada inti, karena itu rugi besi normal akan terjadi dan terekam oleh wattmeter. Selama arus beban I0 pada sisi primer (seperti pengukuran ammeter) kecil(biasanya 2 hingga 10% dari rating arus beban), rugi Cu kecil dan dapat diabaikan pada sisi primer dan tak berarti pada sisi sekunder (yang terbuka). Karena itu, wattmeter membaca dan menampilkan rugi inti dibawah kondisi tanpa beban Hal tersebut akan tercatat ketika I0 sangat kecil, kumparan penekan pada wattmeter dan voltmeter terhubung selama arus didalamnya tidak melewati nilai kumparan arus dari wattmeter. Kadang, resistansi tinggi voltmeter terhubung melalui sisi sekunder. Pembacaan voltmeter memberika e.m.f pada belitan sekunder. Hal ini akan membantu untuk mendapatkan rating K transformator. Diagram vektor tanpa beban ditunjukkan pada gambar 16. Jika W adalah pembacaan wattmeter (pada gambar 4), kemudian W  V1 I 0 cos  0



cos  0  W / V1 I 0



I   I 0 sin  0 , I w  I 0 cos  0



X 0  V1 / I  dan R0  V1 / I w



Atau ketika arus pada prakteknya seluruh arus eksitasi ketika transformator pada kondisi tanpa beban (i, I 0  I  ) dan selama jatuh tegangan pada impedansi leakage pada sisi primer kecil, karena itu admitansi eksitasi Y0 transformator diberikan melalui I 0  V1Y0 atau Y0  I 0 /V1 . 2



2



Konduktansi eksitasi G0 diberikan melalui W  V1 G0 atau G0  W /V1 . Suspektansi eksitasi B 0 



Y



0



2



 G0



2



.



6. Rangkaian Hubung Singkat Atau Tes Impedansi Berikut adalah metoda ekonomis untuk menentukannya: (i) Impedansi ekuivalen (Z01 atau Z02), reaktansi bocor (X01 atau X02) dan total resistansi (R01 atau R02) dari taransformator yang terhubung belitan dimana alat ukur telah ditempatkan. (ii) Rugi-rugi tembaga pada saat beban penuh (dan pada semua beban yang diinginkan).rugi-rugi ini diperlukan untuk menghitung efisiensi dari transformator.



24



Laboratorium Konversi Energi Elektrik



Transformator



Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Modul 3



(iii) Seperti Z01 atau Z02. total jatuh tegangan pada transformator pada sisi primer dan sekunder dapat diperhitungkan.dan nilai regulasi dari transformator dapat ditentukan. Pada tes satu kumparan, biasanya menggunakan kumparan tegangan rendah,yang mana rangkaian dihubung singkat dengan kuat dengan konduktor (atau ampermeter yang dipasang untuk mengindikasi arus beban) yang ditunjukkan pada gambar 5



Gambar 5 Tegangan rendah(biasanya 5-10% dari tegangan normal sisi primer) pada frekuensi yang benar (khusus untuk rugi-rugi tembaga tidak diperhitungkan) dalam aplikasi pd sisi primer dan dalam peningkatan sampai pada beban penuh, arus yang mengalir kedua sisi primer dan sisi skunder (yang diindikasikan dengan masing masing ampermeter) Karena pada tes ini tegangan yang digunakan adalah persentase kecil dari tegangan normal, fluk  bolak balik yang dihasilkan biasanyanya sebagian kecil dari nilai normalnya.(gambar 6) karena rugi rugi inti besi sangat kecil dengan hasil yang dibaca oleh wattmeter dan digambarkan pada saat beban penuh.



Gambar 6



Rugi rugi tembaga atau I2R. rugi rugi untuk semua transformator l,e rugi rugi tembaga pada kedua sisi primer dan sekunder . rangkaian ekuivalen dari transformator saat kondisi hubung singkat ditunjukkan dalam gambar 6. jika V sc adalah tegangan yang dibutuhkan untuk mengukur arus beban yang beredar, maka Z01 = Vsc / I1 Jadi, W = I12 R2’ 25



Laboratorium Konversi Energi Elektrik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Transformator



Modul 3



R01 = W / I12 X01 = (Z012 + Z022) III. PERALATAN PERCOBAAN No



Nama Alat



1 2 3 4 5 6



Transformator 3-fasa Pengatur Tegangan AC 3-fasaa Wattmeter 3 fasa Mulitimeter 32 safety connecting leads 10 safety connecting leads, gr./yel.



Jumlah Kode 1 1 1 3 1 1



73390 72570



500851 500852



26



Laboratorium Konversi Energi Elektrik



Transformator



Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Modul 3



IV. RANGKAIAN PERCOBAAN DAN PROSEDUR PERCOBAAN RANGKAIAN PERCOBAAN



Rangkaian 1 Penentuan ratio transformasi trafo 3-fasa Y-Y



Rangkaian 2 Penentuan ratio transformasi trafo 3-fasa -Y U23 U2



I10



L1



P10



L2 U1



L3 N



PTAC (72570)



PE PE



73390



Rangkaian 3. Pengetesan transformator 3-fasa tanpa beban



27



Laboratorium Konversi Energi Elektrik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



I1



L1



Transformator



Modul 3



I23



P1k



L2 U1k L3 N



PTAC (72570)



PE PE



73390



Rangkaian 4. Pengetesan transformator 3-fasa pada kondisi hubungan singkat



I23



I1



L1



P2



P1k



L2 U1k



U22



L3 N



PTAC (72570)



PE



PE



73390



Rangkaian 5. Percobaan transformator 3-fasa untuk kondisi berbeban



28



Laboratorium Konversi Energi Elektrik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Transformator



Modul 3



PROSEDUR PERCOBAAN I. Penentuan Ratio Transformasi 1. Rangkailah peralatan percobaan seperti rangkaian 1 dimana trafo dihubung Y-Y 2. Setting tahanan beban pada nilai maksimum 3. Atur Pengatur Tegangan AC (PTAC) pada tegangan V1=50 Volt, kemudian amati dan catat harga I1, P1, V2, I2 dan P2 seperti pada tabel 1 (tegangan V1 adalah lineline, demikian juga V2 dan arus I1 dan I2 masing-masing arus line). 4. Ulangi langkah 3 untuk tegangan V1=100, 150, 200, 220Volt, kemudian amati dan catat harga I1, P1, V2, I2 dan P2, untuk masing-masing harga V1. 5. Rangkailah peralatan percobaan seperti rangkaian 2 dimana trafo dihubung -Y 6. Ulangi langkah 3 da 4 di atas. II. Percobaan Tanpa Beban 1. Rangkailah peralatan percobaan seperti rangkaian 3. 2. Atur Pengatur Tegangan AC (PTAC) pada tegangan V1=50 Volt, kemudian amati dan catat harga P10 dan I10, seperti pada tabel 2. 3. Ulangi langkah 2 untuk tegangan V1=100, 150, 200, 220Volt, kemudian amati dan catat harga P10 dan I10 untuk masing-masing harga V1. III. Percobaan Hubung Singkat 1.



Rangkailah peralatan percobaan seperti rangkaian 4.



2.



Atur Pengatur Tegangan AC (PTAC) pada tegangan V1 = 0 Volt ( penting )



3.



Buat sisi sekunder trafo terhubung singkat, perhatikan kembali rangkaian 4



4.



Naikkan tegangan V1hs secara perlahan-lahan hingga arus I2hs pada 0.1 A, kemudian ukur dan catat harga I1hs, V1hs, dan P1hs pada Tabel 3.



5.



Ulangi langkah 2 untuk arus I2hs = 0,2; 0,3; 0,4; 0,45; dan 0,5 A (seperti pada tabel 3) dan ukur harga I1hs, V1hs, dan P1hs



29



Laboratorium Konversi Energi Elektrik



Transformator



Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Modul 3



IV. Percobaan Trafo 3-fasa Berbeban 1. Susunlah rangkaian percobaan seperti rangkaian 3 (trafo tanpa beban). 2. Set tegangan primer 200 V L-N. 3. Ukur dan catat tegangan tanpa beban (V20) pada sisi sekunder 4. Tambah beban pada sisi sekunder trafo hingga rangkaiannya seperti rangkaian 5 5. Atur tahanan beban pada nilai 100 %. Amati dan catat harga , V2, P1, P2, dan I1 dan I2 seperti pada Tabel 4. (tegangan primer dipertahankan konstan 200 V L-N) 6. Ulangi langkah 5. untuk nilai beban 80%, 60%, 40%, 20%, 10% dan 5%. V. EVALUASI Penentuan Ratio Transformasi Untuk kedua hubungan Y-Y dan -Y lakukan perhitungan berikut: 1. Hitung perbandingan transformasi tegangan at dan transformasi arus ai untuk tiap-tiap tegangan masukan V1 menggunakan persamaan berikut ini : at 



V1( L  L ) V2 ( L  L )



ai 



I 2( L) I 1( L )



dan tentukan nilai rata-ratanya 2. Hitung perbandingan belitan N1/N2, bandingkan dengan nilai rata-rata ratio transformasi a. 3. Nyatakan ratio transformasi tegangan dan arus kedua hubungan trafo 3-fasa tersebut dalam variabel N1 dan N2 Percobaan Tanpa Beban 1. Hitung parameter R0 dan X0 untuk tiap tegangan masukan V1 2. Plot grafik R0 dan X0 terhadap tegangan masukan V1. 3. Apa kesimpulan dari grafik yang telah diperoleh



30



Laboratorium Konversi Energi Elektrik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Transformator



Modul 3



Percobaan Hubung Singkat 1



Hitunglah cos  hubung singkat dan parameter resistansi equivqlen R01 dan reaktansi equivqlen X01:



2



Plot grafik yang menunjukkan hubungan antara arus keluaran I2 dengan arus masukan I1 untuk berbagai variasi arus keluaran!



2. Tentukan perbandingan tranformasi arus dari grafik yang diperoleh pada 2 dan bandingkan hasilnya dengan yang diperoleh pada Tabel 1 3. Bandingkan rasio transformasi arus dengan transformasi tegangan. Kesimpulan apa yang dapat diperoleh ? 4. Plot grafik dari daya aktif yang diserap terhadap arus primer !. 5. Sejauh mana pengaruh kenaikan arus terhadap pertambahan rugi-rugi daya transformator 3-fasa ? 6. Buatlah rangkaian ekivalen lengkap dari trafo yang diuji. Percobaan Trafo 3-fasa Berbeban 1. Hitung efesiensi  dan regulasi tegangan VR melalui persamaan berikut ini: 



P2 .100% P1



U  U 230  U 23



VR 



U 20  U 2 .100% U2



2. Plot tegangan sekunder V2 dan regulasi tegangan terhadap arus beban I2 !. 3. Plot grafik kurva efisiensi  terhadap arus sekunder I2 !. 4. Interprestasikan kurva efisiensi !.



JURNAL PRAKTIKUM 31



Laboratorium Konversi Energi Elektrik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Transformator



Modul 3



KARAKTERISTIK KERJA TRANSFORMATOR TIGA FASA Nama



:



Kelompok



:



Hari / Tgl Praktikum : Asisten



:



PENENTUAN RATIO TRANSFORMASI V1(Volt)



P1(Watt)



I1(A)



V2(Volt) P2(Watt) Hubungan Y - Y



I1(A)



at



ai



50 100 150 200 220 Hubungan -Y 50 100 150 200 220 PERCOBAAN TANPA BEBAN V1(Volt) 50 100 150 200 220



P10(Watt)



I10(Amper)



R0



X0



PERCOBAAN HUBUNG SINGKAT I2hs (A) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,45 0,5



I1hs (A)



V1hs (V)



P1hs (W)



ai



cos 



R01



X01



PERCOBAAN BEBAN RESISTIF 32



Laboratorium Konversi Energi Elektrik



Transformator



Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas



Modul 3



V20 = .............Volt R(%) 100 80 60 40 20



V2(Volt)



VR



I1(A)



I2(A)



P1(Watt)



P2(Watt)



(%)



Padang, ……………….2012 Asisten



(



)



33