LAPORAN PRAKTIKUM (PERCOBAAN V) TRANSFORMATOR
OLEH NAMA
: IRWAN WAHYUDDIN L
STAMBUK
: F1H1 14 009
FAKULTAS/JURUSAN
: FITK/TEKNIK GEOFISIKA
KELOMPOK
: 1 (SATU)
ANGGOTA
: 1. MUHLIS 2. WAWAN ANGGRIAWAN 3. RAZZAK RAFFIU LANATA 4. IRWAN WAHYUDDIN L
ASISTEN PEMBIMBING
: SUSIANA
UPT. LABORATORIUM TERPADU UNIT FISIKA DASAR UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI
2015
JUDUL PERCOBAAN TRANSFORMATOR
A. TUJUAN PERCOBAAN Adapun tujuan dalam percobaan ini adalah agar mahasiswa dapat : 1. Memahami induksi elektromagnetik dan asas kerja transformator. 2. Menentukan besarnya faktor regulasi dan efisiensi transformator. B. ALAT DAN BAHAN Alat dan bahan beserta fungsi, jangkauan ukur, dan nilai skala terkecil dalam percobaan ini dapat dilihat pada table berikut :
1.
2. 3. 4. 5.
6.
Alat dan Bahan Transformat or demountabl e (12 V, AC) Catu daya (2-12 V, AC/DC) Multimeter Galvanome ter (100-0100 µA) Sepasang magnet batang dan kompas magnet Kabel-kabel penghubun g
Fungsi
NST
Digunakan untuk menaikkan atu menurunkan teganggan AC Untuk menghubungkan arus listrik Untuk mengukur hambatan, arus Untuk melihat adanya penyimpangan arus Sebagai objek pengamatan dan untuk mengetahui arah medan magnet Untuk menghubungkan komponen-komponen
100
C. LANDASAN TEORI Asas kerja transformator (disingkat “trafo”) dapat di jelaskan dengan Gambar 1a di bawah ini. Terdapat dua jenis kumparan (primer dan sekunder) yang dililitkan pada suatu susunan plat besi lunak yang di sebut teras trafo (transformer core). Kumparan sekunder (banyaknya lilitan Ns) adalah tempat daya listrik di ambil dari trafo oleh beban. Kalau kumparan primer dihubungkan kesumber daya atau sumber arus tukar maka pada teraas di bangkitkan fluks magnet. Karena kumpara sekunder juga mempengaruhi ters ini, maka kumparankumparan ini juga menghasilkan fluks magnetic teras yang di bangkitkan oleh umparan primer. Fluks pada teras selalu berubah-ubah sesuai dengan perubahan arus primer, sehingga pada kumparan sekunder akan di bangkitkan GGL induksi (Hk. Faraday). Besarnya GGL ini sebanding dengan banyaknya lilitan, sehingga kalau kumparan primer =Vp dan tegangan sekunder =Vs maka secara ideal berlaku persamaan : Vs Ns = = faktor lipat tegangan Vp Np
(1)
Pada umumnya kumparan sekunder atau trafo, tidak hanya satu, tetapi terdiri dari beberapa kumparan, namun demikian besar tegangan tiap kumpaan selalu sebanding dengan jumlah lilitan dari masing-masing kumparan. Trafo yang ideal adalah trafo yang hamper tidak mempunyai kerugian daya, hal ini berarti bahwa daya yang di berikan pada kumparan Primer sama dengan daya yang di berikan oleh kumparan sekunder, atau secara sistematis : Vp x Ip = Vs x Is Atau lebih baik di tulis dalam bentuk : Vp x Ip cos θp = Vs x Is cos θs Dengan cos
θp
adalah factor primer, dan cos
(2) (3) θs
adalah factor
daya sekunder. Dari persamaan (1), jika Ns < Np maka Vs
Np maka Vs > Vp, trafo ini di sebut trafo
step up. Setiap trafo selalu ada kerugian daya, kerugian ini ada dua macam yaitu : a. Kerugian teras dan b. Kerugian tembaga (kawat). Kerugian teras tidak tergantung pada besar kecilnya beban tetapi tergantung pada frekuensi rapat fluks. Kerugian ini disebabkan adanya arus eddy. Kerugian ini dapat diukur ialah daya primer pada saat kumparan sekunder baik primer maupun sekunder mempunyai tahanan murni (misalnya
rp untuk kumparan primer dan rs untuk kumparan sekunder). Sehingga secara teoritis dapat ditulis : Kt I 2p = (4) Karena Kt
Ip
Is
/
[
2
=
Ip
Dengan
/
dan
] I
RtS
+
I 2s
2 P
2
=
[
I P R tP rs +
atau
Np 2 r Ns s
( )
]
NP Np 2 RtP=r P + r R =r + r N s s dan tS s N s s
( )
( )
RtP
I 2S R tS
=
adalah tahanan tara primer dan sekunder, jadi :
2
Besarnya
rs
+
, maka
Np 2 r Ns s
=
RtP
Np
( )
r p+
Kt (5)
Ns
=
rp
x
(6)
dapat dihitung dengan membuat kumparan sekunder
dihubungkan pendek dan daya masuk ( sehingga diperoleh rumus : r Rtp = P2 Ip Dengan impedansi primer adalah :
rP
) dan arus
IP
di amati
(7)
Z p=
Vp rp
(8)
Sehingga reaktansinya dapat dihitung dengan : X p =√ Z 2P −R2P
(9)
Daya guna (efisensi) trafo secara teoritis dapat dihitung daya yang dapat terpakai daya yang diberikan oleh sumber atau
η=
V P I P cos θ P V P I P cos θ P + I 2P RtP +kerugian teras
(10a)
Atau : η=
V s I s cos θ s V s I s cos θs + I 2s R ts +kerugian teras
(10b)
Secara teoritis factor regulasi dapat dihitung dengan menggunakan tegangan kumparan primer dan sekunder, maka R dapat dihitung dengan persamaan :
R=
Ns V −V s NP P
( )
Vp
=
V s−V p Vp
Dalam eksperimen ini digunakan tansformator demountable, terdiri dari dua kumparan yang sama dengan inti besi berlapis-lapis berbentuk “I” dan “U”.
masing-masing kumparan mempunyai 240 lilitan, terbagiatas : 40,80, 120, dan 160 lilitan., dimana kumparan 1 sebagai lilitan primer dan kumparan 2 sebagai lilitan sekunder. Dengan mengetahui banyaknya lilitan dapat dihitung tegangan AC untuk mengetahui apaah transformator yang dipakai step-up dan step-down. (anonim, 2015). Aliran daya pada suatu sistem tenaga listrik sering berubah-ubah.Oleh karena itu pengendalian dalam pengoperasian sistem tenaga listrik untuk mendapatkan aliran daya yang baik sangat dibutuhkan. Penelitian ini menjelaskan salah satu cara untuk pengaturan aliran daya, khususnya daya reaktif yang menjadi faktor utama terjadinya jatuh tegangan pada sistem yang menyebabkan terjadinya susut daya. Salah satu cara pengaturan aliran daya reaktif tersebut adalah dengan menggunakan transformator regulasi jenis pengatur tegangan yang dipasang pada saluran yang mengalirkan daya reaktif lebih kecil dibanding saluran yang lain. Jika tidak ada koordinasi dalam melakukan pengaturan daya reaktif tersebut, maka hal ini sangat tidak efisien dan tidak ekonomis, karena sebenarnya pada keadaan ini rugi-rugi daya nyata masih relatif tinggi. Dengan melakukan pengaturan daya reaktif secara terpadu dan optimum, maka susut daya dari sistem akan dapat ditekan pada tingkat yang paling rendah, sehingga ini akan sangat menghemat biaya pembangkitan dan biaya operasional secara keseluruhan. (Despa, 2009). Transformator
merupakan
suatu
peralatan
listrik
yang
dapat
memindahkan dan mengubah energy listrik dari satu atau lebih rangkaian ke rangkaian lainnya melalui suatu gandengan elektromagnetik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Transformator terdiri atas dua sisi, yaitu sisi primer dan sekunder. Sisi Primer yaitu sisi belitan transformator yang dihubung dengan sumber tegangan. Sedangkan sisi sekunder adalah sisi belitan transformator yang dihubungkan dengan beban. sisi primer dan sekunder yang dililitkan pada
inti yang sama akan membentuk fluks magnetik sehingga akan menimbulkan GGL induksi Pada masing-masing sisi . Fluks magnetik yang menginduksikan GGL
E1
juga dialami oleh kumparan sekunder. Dengan demikian fluks
tersebut menginduksikan GGL induksi
D. PROSEDUR KERJA A. Eksperimen I 1. Meletakkan sebuah
E2
. (Viridi dan Novitrian, 2013).
kumparan
primer
diatas
meja
dan
menghubungkan dengan galvanometer dengan range arus yang sangat rendah. 2. Mengambil sebuah magnet batang dan memasukkan magnet tersebut kedalam kumparan, dengan menggerakkan magnet 3.
tersebut. Mengubah
panjang
dan
lebar
magnet
tersebut
dengan
menyambung magnet lain. B. Eksperimen II 1. Menghubungkan sebuah kumparan pada catu daya 4 V DC dan kumparan lainnya pada galvanometer. 2. Menggunakan magnet kompas untuk menyatakan keberadaan dan arah medan magnet, bila catu daya diionkan 3. Mencatat pembacaan magnet kompas C. Eksperimen III 1. Mengulangi prosedur B. 1- 2 (inti “I” dikeluarkan), dengan menggantikan range arus galvanometer pada range tegangan AC multimeter, menggunakan catu daya terminal AC yang di smbung pada kumparan primer. 2. Mengukur tegangan AC sekunder yang nampak pada pangkal kumparan. 3. Mengukur induksi GGL AC dengan memparalelkan bermacammacam jumlah lilitan pada kumparan sekunder.
4. Menggeserkan kumparan sekunder jauh dari kumparan primer secara perlahan lahan,mengamati pengaruh pada GGL induksi. 5. Menysipkan inti “I” diantara inti primer dan sekunder .untuk membuat sebuah hubungan magnet antara kumparan sekunder, mengulangi pengukuran seperti pada langkah 2-3. D. Eksperimen IV 1. Menyusun transformator seperti pada gambar dengan menghubungkan kumparan primer pada terminal catu daya 4V, AC dalam posisi OFF. 2. Membedakan tegangan primer mengukur GGL yang diparalelkan dengan lilitan sekunder yang berbeda. 3. Membuat catu daya ON, mengukur tegangan AC (Vs) dan arus AC (Is) dengan menggunakan pada lilitan primer 40, 80, 120, 160, 240. 4. Di OFFkan catu daya, gunakan berturut-turut pada kumparan sekunder 40,80,120,160, dan 240. 5. Mengukur tahanan pada jumlah lilitan primer dan sekunder.
E. DATA PENGAMATAN 1. Eksperimen 1 Pengamatan pada magnet apabila di masukan dan dikeluarkan pada suatu kumparan dengan jumlah lilitan tertentu. 2. Eksperimen 2 (DC) No 1. 2. 3. 4.
Letak Kompas Magnet Utara Timur Selatan Barat
Arah Kompas Magnet Utara Barat Selatan Timur
3. Eksperimen 3 (AC) No 1. 2. 3. 4.
Letak Kompas Magnet Utara Timur Selatan Barat
Arah Kompas Magnet Utara Timur Selatan Barat
4. Eksperimen 4 Transformator Step-up No 1. 2. 3. 4. 5.
Vp (Volt) 10 10 10 10 10
Np 40 40 40 40 40
Ns 40 80 120 160 240
Vs (Volt) 5 13 21 29 35
Transformator Step-down No 1. 2. 3. 4. 5.
Vp (Volt) 10 10 10 10 10
Np 40 80 120 160 240
Ns 40 40 40 40 40
Vs (Volt) 5 3,4 2,2 1 0,6
F. ANALISIS DATA Transformator Step-up 1. Tahanan tara (Rtp) 2
Rtp=rp+
Np ×rs Ns
( )
40 2 ×0,6 40
¿ 0,6+
( )
¿ 0,6+
× 0,6 ( 1600 1600 )
¿ 0,6+0,6 ¿ 1,2
Dengan cara yang sama, untuk nilai Rtp selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut: No 1. 2. 3. 4. 5.
Vp (Volt) 10 10 10 10 10
2. Arus primer (Ip)
Np
Ns
Vs (Volt)
rp=rs
Rtp
40 40 40 40 40
40 80 120 160 240
5 13 21 29 35
0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
1,2 0,75 0,666667 0,6375 0,616667
Ip= ¿
¿
√ √
rp Rtp 0,6 1,2
0,774597 1,095445
¿ 0,707107 A Dengan cara yang sama, untuk nilai Ip (A) selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut: No 1. 2. 3. 4. 5.
Rp 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
Rtp 1,2 0,75 0,67 0,64 0,62
Ip (A) 0,707107 0,894428 0,946321 0,968246 0,983739
3. Arus sekunder (Is) Is=
Vp × Ip Vs
¿
10 × 0,707107 5
¿
7,07107 5
¿ 1,414214 A
Dengan cara yang sama, untuk nilai Is (A) selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut:
No. 1. 2. 3. 4. 5.
Vp (Volt) 10 10 10 10 10
Vs (Volt) 5 13 21 29 35
Ip (A) 0,707107 0,894428 0,946321 0,968246 0,983739
Is (A) 1,414214 0,688022 0,450629 0,333878 0,281068
4. Kerugian tembaga 2
2
Kt=Ip × rp+ Is × rs ¿ 0,7071072 ×0,6+1,414214 2 × 0,6 ¿ 0,500000 ×0,6+2,000001 ×0,6 ¿ 1,500000
Dengan cara yang sama, untuk nilai Kt selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut: Ip2 (A) 0,500000 0,800001 0,895523 0,937500 0,967742
N0 1. 2. 3. 4. 5.
Is2 (A) 2,000001 0,473374 0,203097 0,111475 0,078999
5. Efisiensi (ἠ) ἠ=
¿
Vs × Is ×100 Vp × Ip
5 ×1,414214 ×100 10 × 0,707107
rp=rs 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
Kt 1,500000 0,764024 0,659172 0,629385 0,628045
¿ 100 Dengan cara yang sama, untuk nilai efisiensi selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut: No 1. 2. 3. 4. 5.
Vp (Volt) 10 10 10 10 10
Vs (Volt) 5 13 21 29 35
Ip (A) 0,707107 0,894428 0,946321 0,968246 0,983739
Is (A) 1,414214 0,688022 0,450663 0,333878 0,281068
ἠ (%) 100 100 100 100 100
6. Faktor Regulasi Ns ×Vp−Vs ( Np ) R= Vp
(¿ 4040 ) ×10−5 10
¿
10−5 10
¿
5 10
¿ 0,5 Dengan cara yang sama, untuk nilai R selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut: No 1.
Np 40
Ns 40
Vp (Volt) 10
Vs (Volt) 5
R 0,5
2. 3. 4. 5.
40 40 40 40
80 120 160 240
10 10 10 10
13 21 29 35
-0,6 -3,3 -7,6 -15
Transformator Step-down 1. Tahanan tara (Rtp) Rtp=rp+
Np 2 ×rs Ns
( ) 2
40 ×0,6 40
¿ 0,6+
( )
¿ 0,6+
× 0,6 ( 1600 1600 )
¿ 0,6+0,6
¿ 1,2 Dengan cara yang sama, untuk nilai Rtp selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut: No 1. 2. 3. 4. 5.
Vp (Volt) 10 10 10 10 10
Np
Ns
Vs (Volt)
rp=rs
Rtp
40 80 120 160 240
40 40 40 40 40
5 3,4 2,2 1 0,6
0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
1,2 3 6 10,2 22,2
2. Arus primer (Ip)
Ip= ¿
¿
√ √
rp Rtp 0,6 1,2
0,774597 1,095445
¿ 0,707107 A Dengan cara yang sama, untuk nilai Ip (A) selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut: No 1. 2. 3. 4. 5.
Rp 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
Rtp 1,2 3 6 10,2 22,2
Ip (A) 0,707107 0,447214 0,316228 0,242536 0,164399
3. Arus sekunder (Is) Is=
Vp × Ip Vs
¿
10 × 0,707107 5
¿
7,07107 5
¿ 1,414214 A
Dengan cara yang sama, untuk nilai Is (A) selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut:
No. 1. 2. 3. 4. 5.
Vp (Volt) 10 10 10 10 10
Vs (Volt) 5 13 21 29 35
Ip (A) 0,707107 0,447214 0,316228 0,242536 0,164399
Is (A) 1,414214 2,630671 4,301459 9,68246 16,39565
4. Kerugian tembaga 2
2
Kt=Ip × rp+ Is × rs ¿ 0,7071072 ×0,6+1,414214 2 × 0,6 ¿ 0,500000 ×0,6+2,000001 ×0,6
¿ 1,500000
Dengan cara yang sama, untuk nilai Kt selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut: N0 1. 2. 3. 4. 5.
Ip2 (A) 0,500000 0,200000 0,100000 0,058824 0,027027
5. Efisiensi (ἠ)
Is2 (A) 2,000001 6,920477 18,502550 93,750032 268,817339
rp=rs 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
Kt 1,500000 4,272257 11,161530 56,285313 161,306619
ἠ=
¿
Vs × Is ×100 Vp × Ip
5 ×1,414214 ×100 10 × 0,707107
¿ 100
Dengan cara yang sama, untuk nilai efisiensi selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut: No 1. 2. 3. 4. 5.
Vp (Volt) 10 10 10 10 10
Vs (Volt) 5 3,4 2,2 1 0,6
6. Faktor regulasi (R) Ns ×Vp−Vs ( Np ) R= Vp
(¿ 4040 ) ×10−5 10
¿
10−5 10
¿
5 10
Ip (A) 0,707107 0,447214 0,316228 0,242536 0,164399
Is (A) 1,414214 2,630671 4,301459 9,68246 16,39565
ἠ (%) 100 200 299,25 399,22 598,38
¿ 0,5 Dengan cara yang sama, untuk nilai R selanjutnya dapat dilihat pada tabel berikut: No 1. 2. 3. 4. 5.
Ns 40 40 40 40 40
Np 40 80 120 160 240
Vp (Volt) 10 10 10 10 10
Vs (Volt) 5 3,4 2,2 1 0,6
R 0,5 0,33 0,26 0,225 0,156667
G.PEMBAHASAN
Transformator merupakan suatu peralatan listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energy listrik dari satu atau lebih rangkaian ke rangkaian lainnya
melalui suatu gandengan elektromagnetik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.Transformator terdiri atas dua sisi, yaitu sisi primer dan sekunder.SisiPrimer yaitu sisi belitan transformator yang dihubung dengan sumber tegangan.Sedangkan sisi sekunder adalah sisi belitan transformator yang dihubungkan dengan beban.sisi primer dan sekunder yang dililitkan pada inti yang sama akan membentuk fluks magnetik sehingga akan menimbulkan GGL induksi Pada masingmasing sisi Sedangkan untuk transformator step-up dengan jumlah kumparan primer yang divariasikan sebesar 40, 80,120, 160, dan 240 memiliki tahanan tara (Rtp) sebesar 1.2, 0.75, 0.66, 0.63, dan 0.61. dengan arus primer (Ip) sebesar 0.70, 0,89, 0.94, 0.96 dan 0.98. untuk arus sekunder (Is) diperoleh sebesar 1.41,0.68,0.45, 0.33 dan 0.28. dengan kerugian tembaga (Kt) sebesar 1.50, 0.76, 0.65, 0.62 dan 0.62. untuk nilai efisiensi (η)dari transformator tersebut diperoleh 100% untuk semua kumparan sekunder yang berbeda. Dan untuk faktor regulasi diperoleh 0.5, 0.6, -3.3, -7.6 dan -15. Dari percobaan kali ini diperoleh hasil untuk transformator step-down dengan jumlah kumparan sekunder yang divariasikan sebesar 40, 80,120, 160, dan 240 memiliki tahanan tara (Rtp) sebesar 1,2 , 3 , 6 , 10,2 , 22,2. dengan arus primer (Ip) sebesar 0.70, 0.44, 0.31, 0.24 dan 0.16. untuk arus sekunder (Is) diperoleh sebesar 1.414, 2.63, 4.30 9.68 dan 16.39. dengan kerugian tembaga (Kt) sebesar 1.5, 4.27, 11.16, 56.28 dan 161.00. untuk nilai efisiensi dari transformatorter sebut diperoleh 100% untuk semua kumparan sekunder yang berbeda. Dan untuk factor regulasi diperoleh 0.5, 0.33, 0.26, 0.225 dan 0.15. H. Kesimpulan Adapun kesimpulan yang didapat dari percobaan ini yaitu : 1. Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Tegangan masukkan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna,
semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan kelilitan sekunder. dan Asas kerja transformator yaitu Kalau kumparan primer dihubungkan kesumber daya atau sumber arus tukar maka pada teraas di bangkitkan fluks magnet. Karena kumpara sekunder juga mempengaruhi ters ini, maka kumparankumparan ini juga menghasilkan fluks magnetic teras yang di bangkitkan oleh umparan primer. 2. Faktor regulasi dan efisiensinya dapat dlihat pada analisis data.
G. Saran Adapun saran yang dapat saya ajukan pada praktikum ini yaitu diharapkan kepada semua asisten untuk tidak pernah bosan dalam membagi ilmu yang dimiliki kepada adik-adik praktikan meskipun sebenarnya praktikum ini telah berakhir tetapi jika bertemu diluar diharapkan selalu bersedia meladeni pertanyaan-pertanyaan tentang ilmu fisika yang diberikan oleh mantan praktikan.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar II. Universitas Halu Oleo. Kendari
Despa, Dekpride. Pengaturan Aliran Daya Reaktif Dengan Transformator Regulasi Jenis Pengatur Tegangan Pada Jaringan Sistem Tenaga Listrik. Universitas lampung. Lampung Viridi, Suparsoma dan Novitrian. Induksi Em dan Hukum Faraday;Rangkaian Arus Bolak Balik. ITB. Bandung Anonim. 2005. Petunjuk praktikum listrik magnet. Malang: laboratorium elektro magnetic. Fisika.FMIPA UM Supramono, Eddy, dkk. 2003. Fisika dasar II. Malang: JICAuniversitas negeri malang(UNM)
