Transformator

Definisi Trafo

Trafo adalah perangkat yang mengubah daya listrik ac pada satu level tegangan menjadi daya listrik ac pada level tegangan lain melalui aksi medan magnet. Ini terdiri dari dua atau lebih gulungan kawat yang melilit inti feromagnetik yang umum. Kumparan ini (biasanya) tidak terhubung langsung. ( Chapman, Stephen J. 2005. Electric Machinery Fundamentals – 4th ed. New York: McGraw Hill. )

Sejarah Trafo

Transformator tidak lepas dari penemuan awal tantang hukum induksi elektromagnetik. Hukum induksi elektromagnetik ditemukan oleh Michael Faraday. Juga dikenal sebagai Hukum Faraday, teori ini menggambarkan fenomena tegangan listrik yang dihasilkan ketika gulungan kawat dililit inti besi. Arus itu akan mengalir melalui setrika ke sisi yang berlawanan (setrika itu berbentuk tidak seperti donat), dan arus dengan voltase berbeda dapat dibuat menggunakan kawat yang memiliki lebih banyak atau lebih sedikit belokan. Dengan demikian, listrik diinduksi. Ilmuwan Amerika Joseph Henry juga termasuk orang awal yang menciptakan konsep induksi elektromagnetik.

Tetapi, seperti banyak penemuan revolusioner yang mengubah kehidupan, penghargaan untuk transformator listrik bukan milik satu orang tertentu. Alih-alih, menggunakan Hukum Faraday sebagai mantra penuntun mereka, serangkaian penemu membuat terobosan menuju apa yang menjadi transformator komersial pertama yang benar-benar dapat digunakan — paling tidak dapat digunakan, dengan cara yang merevolusi kehidupan orang-orang. Pada tahun 1836, Pendeta Nicholas Callan mengembangkan transformator kumparan induksi yang membantunya mengembangkan baterai bertegangan tinggi (mampu menyalakan mesin yang dapat mengangkat 2 ton) yang diproduksi secara massal di London.

Dokumen lain menyebutkan, masing-masing melakukan sedikit lebih banyak untuk menerapkan hukum Faraday dan kumparan induksi magnetik. Pada tahun 1876, seorang Rusia, Pavel Yablochov, menciptakan sistem pencahayaan berdasarkan kumparan induktansi. Lucien Gaulard dan John Gibbs, masing-masing dari Prancis dan Inggris, merancang transformator dan generator sekunder di Inggris yang merevolusi daya AC (arus bolak-balik). Pada tahun 1884, tiga fisikawan dari Austria-Hongaria – Otto Blathy, Miksa Déri, ​​Karol Zipernowski, memelopori desain transformator yang masih digunakan sampai sekarang. ZBD, sebagaimana ketiganya dikenal, juga menciptakan pembangkit listrik pertama di dunia menggunakan generator AC. Thomas Edison, membeli inovasi ZBD untuk membantu menciptakan utilitas listrik dan jaringan listrik di kota-kota. Sementara itu, saingan Edison, penemu Amerika George Westinghouse, membeli hak atas penemuan Gaulard. Pada tahun 1886, William Stanley menciptakan trafo AC praktis berdasarkan penemuan Gaulard. Bekerja sama dengan Westinghouse, Stanley, atas perintah Westinghouse, pindah ke Great Barrington, Massachusetts untuk membuat jaringan listrik menggunakan AC.

Inovasi Stanley dalam menciptakan distribusi daya di Great Barrington adalah perkembangan revolusioner yang mengarah pada daya AC oleh Westinghouse yang menjadi standar di Amerika Serikat untuk memasok listrik di kota-kota, mengalahkan Thomas Edison dan listrik DC pilihannya (arus searah). (https://acupwr.com/blogs/news/80121091-a-brief-history-of-transformers)

Prinsip Kerja Trafo

Pada dasarnya, sebuah transformator terdiri dari dua belitan atau lebih yang dipasangkan oleh fluks magnet timbal balik. Jika salah satu lilitan ini, primer, terhubung ke sumber tegangan bolak-balik, fluks bolak-balik akan diproduksi yang amplitudonya akan tergantung pada tegangan primer, frekuensi tegangan yang diberikan, dan jumlah putaran. Fluks akan saling menghubungkan belitan lainnya dan akan menyebabkan tegangan di dalamnya, yang nilainya akan tergantung pada jumlah putaran sekunder serta besarnya fluks bersama dan frekuensinya. Dengan mengatur jumlah lilitan primer dan sekunder, hampir semua rasio tegangan yang diinginkan, atau rasio transformasi, dapat diperoleh. (Fitzgerald, A. E. (Arthur Eugene). 1909. Electric Machinery. New York: McGraw Hill.)

Hubungan ditetapkan bahwa:
E1 / E2 = N1 / N2
dan, mengingat perlunya keseimbangan arus & lilitan:
I1*N1 = I2*N2
di mana E, I dan N adalah tegangan yang diinduksi, arus dan jumlah belokan masing-masing dalam belitan yang diidentifikasi oleh subskrip yang sesuai.

Oleh karena itu, tegangan diubah secara proporsional dengan jumlah putaran di belitan masing-masing dan arus dalam proporsi terbalik (dan hubungan berlaku untuk jumlah sesaat dan r.m.s.). Hubungan antara tegangan yang diinduksi dan fluks diberikan dengan mengacu pada hukum Faraday yang menyatakan bahwa besarnya sebanding dengan tingkat perubahan linkage fluks, dan hukum Lenz yang menya-takan bahwa polaritasnya adalah seperti untuk menentang perubahan linkage fluks jika arus diizinkan mengalir.
Ini biasanya dinyatakan dalam bentuk

untuk trafo praktis, dapat ditunjukkan bahwa tegangan yang diinduksi per lilitan adalah

dimana K adalah konstanta, f adalah frekuensi dan Om adalah total fluks dalam Weber, (Martin J. Heathcote. The J&P Transformer Book-Twelfth edition A PRACTICAL TECHNOLOGY OF THE POWER TRANSFORMER. Oxford:Newnes)

Rugi-rugi Trafo

Rugi-rugi tembaga. Kerugian tembaga adalah kerugian pemanasan resistif pada belitan primer dan sekunder transformator. Mereka sebanding dengan kuadrat arus dalam belitan.

Rugi-rugi arus Eddy. Kerugian saat ini adalah kerugian pemanasan resistif pada inti transformator. Mereka sebanding dengan kuadrat dari tegangan yang diterapkan pada transformator.

Rugi-rugi histeresis. Kerugian histeresis dikaitkan dengan penataan ulang domain magnetik dalam inti selama setiap setengah siklus. Mereka adalah fungsi tegangan nonlinier kompleks yang diterapkan transformator.

Rugi-rugi kebocoran fluk. Fluks yang lepas dari inti dan melewati salah satu belitan transformator disebut juga fluks bocor. Fluks yang lolos ini menghasilkan induktansi sendiri pada koil primer dan sekunder, dan efek dari induktansi ini harus diperhitungkan.

Contoh Trafo

Generator Transformers

Transformator generator dalam konteks ini dianggap sebagai trafo step-up yang terhubung langsung ke terminal output generator di stasiun pembangkit besar.

Transmission Transformers

Transformator transmisi digunakan untuk menyediakan pasokan massal dan untuk menghubungkan sistem transmisi EHV yang terpisah.

Transformers untuk HVDC Converter

Dengan meningkatnya jumlah interkoneksi HVDC antara jaringan transmisi tegangan tinggi seperti, misalnya, antara Inggris dan Prancis, penggunaan transformator konverter HVDC menjadi lebih luas. Link HVDC mungkin hanya skema back-to-back yang digunakan untuk interkoneksi sistem AC yang memiliki karakteristik yang tidak kompatibel, yang biasanya berarti memiliki frekuensi yang berbeda, atau mereka dapat digunakan untuk transmisi EHV jarak jauh.

Phase Shifting Transformers

Untuk mengontrol aliran daya dalam jaringan yang saling berhubungan, terkadang perlu menggunakan transformator pemindah fase.

System Transformers

Di Inggris, istilah trafo sistem biasanya digunakan untuk menggambarkan kelas trafo yang menyediakan tahap distribusi pertama setelah turun menjadi 33 kV, atau kadang-kadang 66 kV, dari pasokan massal dari sistem transmisi yang beroperasi pada 132 kV atau lebih.

Interconnected-Star Earthing Transformers

Transformator Interconnected-Star Earthing yang saling berhubungan adalah transformator tiga fase minyak konvensional kecuali bahwa transformator hanya memerlukan belitan primer untuk memberikan titik netral yang diperlukan.

Distribution Transformers

Trafo distribusi biasanya dianggap trafo yang menyediakan transformasi dari 11 kV dan tegangan lebih rendah ke
tingkat jaringan distribusi akhir.

Scott and Le Blanc Connected Transformers

Trafo Scott-Le Blanc dulunya banyak digunakan sebagai sarana untuk menghu-bungkan sistem tiga fase dan dua fase. Saat ini penggunaan sistem tiga fase sangat universal sehingga persyaratan untuk koneksi tersebut
tidak ada lagi.

Rectifier Transformers

AC Arch Furnace Transformers

Traction Transformers

Trafo traksi digunakan untuk menyediakan pasokan satu fasa untuk sistem catanary overhead kereta api dan, sejak akhir 1950-an di Inggris, transformator ini beroperasi pada tegangan nominal 25 kV AC.

Sumber :

Chapman, Stephen J. 2005. Electric Machinery Fundamentals – 4th ed. New York: McGraw Hill.

Fitzgerald, A. E. (Arthur Eugene). 1909. Electric Machinery. New York: McGraw Hill.

Heathcote, Martin J.. 1998. The J&P Transformer Book-Twelfth edition A PRACTICAL TECHNOLOGY OF THE POWER TRANSFORMER. Oxford:Newnes

https://acupwr.com/blogs/news/80121091-a-brief-history-of-transformers

Klik untuk mengakses transformerpaper.pdf

Oleh :

Abraham Babtistio

I0718001

Teknik Elektro UNS