TRANSFORMATOR (trafo)

apa itu Transformator (Trafo)?

indonetwork.co.id

Transformator (Trafo) adalah sebuah komponen atau alat listrik yang berfungsi untuk mengubah (menaikkan atau menurunkan) tegangan arus bolak-balik. Terdapat 3 komponen penting pada transformator, yaitu Lilitan atau Kumparan Primer (Np), Inti Besi (core) dan Lilitan Sekunder (Ns). Lilitan primer berfungsi sebagai penerima tegangan (Pp) dan lilitan sekunder yang nantinya akan mengeluarkan (Ps) sedangkan inti besi berfungsi untuk mengalirkan medan magnet pada trafo.

Pada umumnya trafo tebagi menjadi jenis trafo Step Up dan Step Down.

• Trafo Step Up

yonix26.blogspot.com

Trafo Step Up adalah trafo yang berfungsi untuk menaikkan tegangan, sehingga Vp < Vp. Trafo Step Up memilki Lilitan Primer (Np) yang lebih sedikit dari pada Lilitan Sekunder (Ns). Pada umumnya Trafo jenis Step Up digunakan pembangkit listrik bertegangan tinggi dan alat-alat elekto lainnya yang mebutuhkan tegangan yang lebih tinggi.

• Trafo Step Down

yonix26.blogspot.com

Trafo Step Down adalah trafo yang berfungsi untuk menurunkan tegangan, sehingga sehingga Vp > Vs. Trafo Step Down memiliki Lilitan Primer (Np) yang lebih banyak dibandingkan dengan Lilitan Sekunder (Ns). Trafo jenis Step Down pada umumnya digunakan pada alat-alat elektronika seperti Radio, Televisi, Laptop, Komputer dll yang membutuhkan tegangan yang lebih rendah.

tetapi dalam beberapa blog dikatakan ada beberapa jenis lain, yaitu :

• Autotransformator 

  

  skema autotransformator variabel

Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah.

• Transformator isolasi

Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.

• Transformator pulsa

Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.

• Transformator tiga fase

Transformator tiga fase sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta.

Bagaimana Prinsip kerja Trafo?

Trafo bekerja sesuai dengan prinsip induksi elektromagnetik. Sebuah transformator memiliki dua kumparan dimana kumparan ini terpisah secara elektris tetapi bergandengan secara magnetik karena dihubungkan melalui inti besi pada trafo, kedua kumparan tersebut memiliki induktansi yang sangat tinggi.

Jika sumber tegangan (Vp) dihubungkan dengan Lilitan Primer (Np) maka akan timbul arus (Ip), maka arus primer (Ip) akan mengalir dan menimbulkan Fluks Magnetik (φ). Fluks ini sendiri akan mengalir melalui bagian tegangan sekunder, kemudian Fluks tersebut akan menginduksi Lilitan Sekunder sehingga Lilitan Sekunder akan menghasilkan Gaya Gerak Listrik (GGL).

Pada trafo terdapat rumus efisiensi (η), dimana :

 η = Pp/Ps x 100 %

             

P = V x I

·         Jika η = 100% maka trafo tersebut adalah Trafo Ideal, dengan rumus :

Np/Ns = Vp/Vs = Ip/Is

·         Jika η < 100 % maka trafo tersebut adalah Trafo Tidak Ideal, dengan rumus :

Np/Ns = Vp/Vs ≠ Ip/Is

Dimana :

η       = efisiensi transformator ( % )

Pp     = daya pada Lilitan Primer (Watt)

Ps     = daya pada Lilitan sekunder (Watt)

Np    = jumlah Lilitan Primer

Ns     = jumlah Lilitan Sekunder

Ip      = arus pada Lilitan Primer (Ampere)

Is       = arus pada Lilitan Sekunder (Ampere)

Bagian apa saja  yang ada pada Transformator? dan apa fungsinya?

ada 6 bagian yang terdapat pada Transformator :

- Inti Besi 


Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, 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”.

Apa arus eddy? Arus Eddy atau yang lebih trend disebut arus pusar, dari kalimatnya saja jelas arus pusar yaitu arus yang 
terpusar pada satu titik biasnya terjadi pada seluruh mesin listrik yang menggunakan kumparan dan inti besi seperti trafo, motor listrik dan generator.Sebenarnya terjadinya arus pusar akibat dari induksi magnet yang menimbulkan fluks dan menimbulkan arus,dalam hal menimbulkan fluks magnet maka jelas butuh inti besi, nah jika inti besi yang terbuat dari besi yang utuh maka jelas akan terjadi penumpukan arus yang selanjutnya disebut arus pusar atau arus eddy makanya para ahli dalam pembuatan trafo 
menggunakan inti besi yang berlapis lapis untuk mengidari arus pusar ini karena arus pusar ini bakal menimbulkan panas dimna hal ini tidk diinginkan bukan.



- Kumparan trafo

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 trafo 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 (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada
kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

- Kumparan Tersier

Selain kedua kumparan ( primer dan sekunder ) ada beberapa trafo yang dilengkapi dengan kumparan ketiga atau kumparan tersier ( tertiary winding ). Kumparan tersier diperlukan untuk memperoleh tegangan tersier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tersier selalu dihubungkan delta. Kumparan tersier sering dipergunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua trafo daya mempunyai kumparan tersier.


- Minyak Trafo

Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan dan intinya
direndam dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi (daya tegangan tembus tinggi) sehingga
berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.




- Bushing  

Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah busing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut denga tangki trafo.




- Tangki dan Konservator

Khusus jenis trafo tenaga tipe basah, kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyak - trafo, terutama trafo - trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas dan bersifat pula sebagai isolasi (tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. 





Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sbb. :
1.      ketahanan isolasi harus tinggi ( >10 kV/mm )
2.      Berat jenis harus kecil, sehingga partikel-partikel inert di dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.
3.      Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan kemampuan pendinginan   menjadi lebih baik.
4.      Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat membahayakan.
5.      Tidak merusak bahan isolasi padat ( sifat kimia )

Apa saja rugi-rugi dalam transformator?

Perhitungan diatas hanya berlaku apabila kopling primer-sekunder sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktek terjadi beberapa kerugian yaitu:

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 primer-sekunder 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 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 berlapis-lapis.

oh ya gaees ini buat yang mau jadi tukang buat travo , ane ada tips buat gulung lilitanya:

Suatu transformator terdiri dari 2 buah kumparan (gulungan) kawat email. Kumparan pertama disebut gulungan primer dan kumparan yang kedua disebut sekunder.

Bahan – bahan yang diperlakukan untuk menggulung suatu transformator antara lain :

a. Kern

Kern atau teras besi lunak yang terbentuk dari kumparan besi lunak yang mengandung silicon yang berbentuk seperti huruf E dan I

b. Koker

Koker atau rumah atau tempat mengulung kumparan primer dan sekunder

c. Kawat email

Kawat email yang terbuat dari tembaga yang dilapiskan bahan isolasi yang tahan panas.

Penentuan Gulungan atau volt

Pada system penggulungan trafo biasa terjadi penyimpangan kerugian Seperti kerugian kawat email dan kurang panas tidak diperhitungkan. Kerugian seperti ini sekitar 20% sampai 30% dari tembaga gulungan Primer.

Apabila kita ingin merencanakan gulungan sekunder 100 watt,maka Tenaga primer harus lebih 20% sampai 25% dari tenaga sukunder. Yang harus selalu diingat bahwa setiap kali tegangan gulungan Sekunder diberi beban tegangannya akan turun.

Keterangan :

I2 =arus yang mengalir ke beban

E1=tegangan gulungan primer dari PLN

E2=tegangan gulungan sekunder

Dinegara kita tegangan listrik berfrekuensi sekitar 50 sampai 60 Circle/second oleh sebab itu untuk menghitung gulungan pervolt kita.

Dapat memakai rumus:

Circle per second x 1 gulungan

Keliling besi kern untuk koker

Untuk menghindarkan panasnya transformator tenaga kita dapat memakai standar 56 circle/second sebagai dasar perhitungan

Jadi rumus perhitungan jumlah gulungan per volt:

56 x 1 gulungan

Keliling besi kern untuk koker

GULUNG PER VOLT

Yang dimaksud dengan gulungan per volt yaitu sejumlah gulungan kawat yang disesuaikan untuk tegangan sebesar 1 Volt.

Untuk menetapkan besar jumlah gulung per volt dipakai ketentuan :

Rumus : gpv = f / O

Dimana

Gpv = jumlah gulang per volt

f = frekuensi listrik (50 Hz)

O = luas irisan teras diukur dengan cm. (hasil kali dari lebar dan tinggi tempat gulungan

Contoh 1 :

Sebuah tempat gulung kawat transformator mempunyai ukuran lebar 2,5 Cm dan tinggi 2 cm. Besar jumlah gulungan per volt :

Jawab :

gpv = f / O

f = 50 Hz

O = 2,5 x 2 = 5 Cm²

gpv = 50 / 5

= 10 gulung / volt

(setiap 10 lilitan kawat berlaku untuk tegangan sebesar 1 volt)

Contoh 2 :

Dibutuhkan sebuah transformator dengan tegangan 220 V untuk gulung primer dan tegangan 6 V digulungan sekundernya, lebar tempat gulungan kawat 2,5 cm dan tinggi 2 cm. Berapa jumlah gulungan atau banyaknya lilitan untuk kawat primer dan sekunder.

Jawab :

O = 2,5 x 2 = 5 cm²

gpv = 50 / 5 = 10

Jadi untuk gulung primer dibutuhkan sejumlah 220 x 10 = 2200 lilitan. Untuk gulungan sekunder dibutuhkan 6 x 10 = 60 lilitan. Mengingat selalu adanya tenaga hilang di tansformator jumlah lilitan digulungan sekunder ditambahkan 10% = 60 +6 = 66 lilitan.

Dengan jumlah lilitan tersebut diatas maka bila gulung primer dihubungkan kepada tegangan listrik jala – jala sebesar 220 V, gulungan sekundernya menghasilkan tegangan sebesar 6 volt.

GARIS TENGAH KAWAT

Garis tengah atau tebal kawat tembaga menentukan kemampuan kawat dilalui arus listrik. Bila listrik yang mengalir didalam kawat melebihi kemapuan dari kawat akan mengakibatkan kawat menjadi panas dan jika arus yang melalluinya jauh lebih besar dari kemampuan kawat , kawat akan terbakar dan putus.

Tabel garis tengah kawat

Garis tengah atau tebal kawat (mm)	Kemampuan dilalui arus ( A )
0,1	0,016 – 0,024
0,15	0,035 – 0,053
0,2	0,063 – 0,094
0,25	0,098 – 0,147
0,3	0,141 – 0,212
0,35	0,190 – 0,289
0,4	0,251 – 0,377
0,45	0,318 – 0,477
0,5	0,390 – 0,588
0,6	0,566 – 0,849
0,7	0,770 – 1,16
0,8	1,01 – 1,51
0,9	1,27 – 1,91
1	1,57 – 2,36
1,5	3,53 – 5,3
2	6,28 – 9,42
2,5	9,82 – 14,73
3	14,14 – 21,20
3,5	19,24 – 28,86
4	25,14 – 37,71

Contoh 3:

Suatu alat memakai alat tenaga listrik 400 Watt dipasang pada tegangan 20 V. Untuk menghubungkan alat tersebut ke sumber aliran dibutuhkan kawat yang bergaris tengah :

W = 400 Watt

E = 200 Volt

I = W/E I = 400/200 I = 2 Ampere

Agar mampu dilewati arus sebesar 2 A dipakai kawat dengan ukuran garis tengah 1 mm. Transformator jala-jala umumnya mempunyai gulungan yang bercabang guna menyesuaikan

tegangan.

Contoh perencanaan mengulung trafo :

Perencanakan sebuah transformator jala-jala dengan data-data sebagai berikut:

Teras besi yang dipergunakan mempunyai lebar 2,5 Cm dan tinggi 2 Cm. Dikehendaki gulung primer untuk dipasang pada tegangan 110 V atau 220 V dan gulung sekunder yang menghasilkan tegangan 6 V dan 9 V, yang menghasilkan arus 500 mA.

Tentukan berapa jumlah gulung primer dan gulung sekunder beserta cabang - cabangnya. Berapa ukuran tebal kawat yang dibutuhkan.

Pemecahannya:

0 = 2,5 x 2 = 5 Cm².

gpv = 50/5 = 10.

Jumlah gulungan primer untuk 110 V: 110 X 10 = 1100 lilitan
Jumlah gulung primer untuk 220 V: 220 X 10 = 2200 lilitan.
Jumlah gulungan sekunder untuk 6 V: 6 X 10 = 60 lilitan + 10% = 66 lilitan.
Jumlah gulungan sekunder untuk 9 V: 9 X 10 = 90 lilitan + 10% = 99 lilitan.

Cara menggulung kawatnya untuk tegangan 110 V dan 220 V tidak digulung sendiri-sendiri, tetapi cukup mencabang sebagai berikut: digulung dulu sebanyak 1100 lilitan untuk 110 V, kemudian ujung dari akhir gulungan disalurkan keluar sebagai cabang untuk kemudian digulung lagi sebanyak 1100 lilitan lagi untuk tegangan 2200 V.

Demikian halnya digulung sekunder: kawat digulung dulu sebesar 66 lilitan untuk tegangan 6 V kemudian di cabang, untuk kemudian ditambah gulungan lagi sebesar 33 lilitan buat tegangan 9 V.

Selanjutnya untuk menentukan tebal atau diameter kawat digulung primer dan digulung sekunder dilakukan sebagai berikut:

Tebal kawat sekunder:

Karena gulung sekunder telah ditentukan mempunyai besar arus 500 mA diperlukan kawat yang mempunyai diameter 0,5 mm (dilihat di daftar tebal kawat)

Tebal kawat primer:

Untuk menentukan tebal kawat untuk kawat gulungan primer harus diketahui besar arus primer.

Besar arus primer: II = WL/EI

II = besar arus primer.
WL = tenaga digulung primer.
EI = tegangan primer.

Karena besar tegangan primer juga belum diketahui, maka dapat ditentukan dengan memakai

RUMUS : W1 = 1,25 X W2 (rendemen dianggap 80%)

W1 = besar tegang digulung primer
W2 = besar tegangan digulung sekunder.

Besar tegangan sekunder W2 = E2 X 12.

W2 = tegangan sekunder.
E2 = tegangan sekunder.

Besar arus dan tegangan sekunder telah diketahui yaitu: 9 V, 0,5 A. (500mA)

Besar tegangan sekunder : W2 = 0 X 0,5 = 4,5 Watt.

Besar tegangan primer : W1 = 1,25 X W2

= 1,25 X 4,5

= 5,625 Watt dibutuhkan 5,6 Watt.

Besar arus primer : I1 = W1/E1

I1 = 5,6/220

= 0,025 A = 25 mA.

Menurut daftar tebal kawat primer untuk untuk 25 mA berukuran: 0,15 mm. Dari keterangan di atas transformator yang direncanakan mempunyai ukuran-ukuran seperti dibawah ini:

Jumlah gulung primer untuk 110 V: 1100 lilitan, diberi cabang kemudian digulung lagi sebanyak 1100 lilitan, untuk 220 V.

Gulung sekunder untuk 6 V: 66 lilitan, diberi cabang dan ditambah 33 lilitan untuk 9 V. Tebal kawat 0,15 mm. Tebal kawat sekunder 0,5 mm.

Cara menggulung kawat trafo

dipraktek dilkukan dengan melilitkan kawat secara merata syaf demi syaf. Antara syaf satu dengan yang lainnya diberi isolasi kertas tipis. Pembuatan cabang dari lilitan dilakukan dengan membengkokkan kawat diluar lilitan, untuk kemudian dilanjutkan manggulung lagi kawat sampai selesai.

Guna melakukan itu semua pada lobang tempat gulungan dimasukkan sepotong kayu ukuran yang sesuai yang pada kedua belah ujungintinya dimasukkan as dari logam yang berhubungan dengan alat pemutar. (lihat gambar)

Apakah bagian primer atau sekunder yang digulung terlebih dulu tidak menjadi soal karena kedua akan memberi hasil yang sama.

GENERATOR AC

kali ini kita bicara serius gaeess!! langsung aja kita  terusan dari kemarin Generator AC

apa itu generator AC?

Generator merupakan sebuah alat yang mampu menghasilkan arus listrik. salah satu jenis generator adalah generator arus bolak balik yang akan dibahas saat ini. Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. 

Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator atau generator AC (alternating current) atau juga generator singkron. Alat ini sering dimanfaatkan di industri untuk mengerakkan beberapa mesin yang menggunakan arus listrik sebagai sumber penggerak.

Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

a. Generator arus bolak-balik 1 fasa

b. Generator arus bolak-balik 3 fasa

Prinsip kerjanya gimana GAN?

Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik.

Besar tegangan generator bergantung pada :

1. Kecepatan putaran (N)

2. Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z)

3. Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f)

3. Konstruksi Generator

Generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu

1. Stator, merupakan bagian diam dari generator yang mengeluarkan tegangan bolakbalik

2. rotor, merupakan bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang menginduksikan ke stator.

Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).

Jumlah Kutub pada GeneratorAC sama gak kayak yang di DC kemarin?

Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini.

F = p.n/120

Keterangan:

f = frekuensi tegangan (Hz)

p = jumlah kutub pada rotor

n = kecepatan rotor (rpm)

apa ada Induksi elektronik ?
 

Induksi elektromagnetik dapat dikatakan sebagai proses perubahan energi mekanik (energi kinetic) menjadi energi listrik. Proses perubahan energi ini, berkaitan dengan konsep fluks magnetic

Kita mulai dengan mempelajari Fluks magnetic dan Huhum Faraday secara kuantitatif.

1. Fluks magnetik

Fluks magnetic didefinisikan sebagai hasil kali antara komponen induksi magnetic dengan luas bidang

Hukum Faraday

Perhatikan gambar berikut !

Hukum Lenz :

“ Arah arus induksi  adalah sedemikian sehingga medan magnetic yang ditimbulkannya berlawanan dengan arah medan magnetic yang menimbulkan arus induksi itu”

4. GGL induksi pada penghantar yang digerakan dalam medan magnetik

d. Penerapan Konsep Induksi Elektromagnetik

1. Dynamo/Generator AC

2. Generator DC

3. Transformatorm : Transformator adalah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) dari tegangan tinggi ke tegangan rendah ( Transformator Step –Down)

Transformator Step-Up, mengubah tegangan rendah ke tegangan tinggi. Prinsip Keja : Terjadi perubahan fluks magnetik pada kumparan primer, yang menghasilkan arus induksi pada kumparan sekunder.

Rumus Transformator :  V1/ V2 = N1 / N2,    h = Ps/Pp x 100 %, P = V. I.

Sistem pengisian AC paling banyak digunakan, baik sistem pengisian dengan regulator mekanik (konvensional) maupun dengan IC regulator.

Komponen sistem pengisian regulator mekanik terdiri dari :

1.        Alternator yang berfungsi merubah energi gerak menjadi energi listrik. Listrik yang dihasilkan merupakan arus bolak-balik (AC), untuk merubah arus AC menjadi arus DC digunakan diode yang dipasang menjadi satu bagian dengan alternator.

2.        Regulator berfungsi untuk mengatur tegangan dan arus yang dihasilkan alternator dengan cara mengatur kemagnetan pada rotor altenator. Regulator juga berfungsi untuk mengatur hidup dan matinya lampu indikator pengisian.

3.        Sekering untuk memutus aliran listrik bila rangkaian dialiri arus berlebihan akibat hubungan singkat.

4.        Kunci kontak untuk menghubungkan atau memutus aliran ke lampu indicator dank e regulator. Aliran listrik ke regulator diteruskan ke altenator berfungsi untuk menghasilkan magnet pada altenator.

5.        Baterai menyimpan arus listrik dan stabilizer tegangan yang dihasilkan sistem pengisian.    

Apa itu ALTERNATOR?

Alternator yang berfungsi merubah energi gerak menjadi energi listrik. Listrik yang dihasilkan merupakan arus bolak-balik (AC), untuk merubah arus AC menjadi arus DC digunakan diode yang dipasang menjadi satu bagian dengan Alternator.

            Prinsip Kerja Alternator

Bila pada generator DC sebuah penghantar dibentuk “U”, di ujung penghantar dipasang komutator, pada komutator menempel sikat. Sikat “A”  merupakan sikat positip dan sikat “B” adalah sikat negatip, maka pada generator AC (altenator) kedua ujung penghantar dihubungkan ke slip ring dan jenis sikat sudah tidak jelas karena berubah ubah sesuai posisi penghantar.  Saat penghantar diputar maka penghantar tersebut akan memotong medan magnet sehingga menghasilkan induksi elektromagnetik. Arah arus yang dihasilkan akan berubah-ubah, pada posisi (1) arah arus menuju sikat “A”, namun pada posisi (2) arah arus berubah menuju sikat “B”. Perubahan tersebut dapat digambarkan dalam fungsi gelombang sinus.

Kontruksi Alternator

Pada altenator terdapat 4 terminal yaitu terminal B,E,F dan N. Terminal B merupakan terminal output altenator yang dihubungkan ke baterai, beban dan regulator terminal B. Terminal E berhubungan dengan sikat negatip, bodi alternator dan terminal E regulator. Terminal F berhubungan dengan sikat positip dan dihubungkan ke terminal F regulator, Terminal N berhubungan dengan neutral stator coil, saat altenator menghasilkan listrik maka terminal N juga menghasilkan listrik, listrik yang dihasilkan terminal N dialirkan ke regulator terminal N, untuk mematikan lampu indicator pengisian.

Pada regulator terdapat 6 terminal mempunyai terminal B,E,F,N, IG dan L.  Empat dari 6 terminal tersebut berhubungan dengan terminal altenator yaitu B, E,F,  N. Dua  terminal regulator yang lain yaitu terminal IG dan L, berhubungan dengan terminal IG kontak dan lampu.

KOMPONEN UTAMA ALTERNATOR

Pulley

Berfungsi untuk tempat V belt penggerak alternator yang memindahkan gerak putar mesin untuk memutar alternator.

Kipas (fan)

Berfungsi untuk mendinginkan komponen altenator yaitu diode maupun kumparan pada alternator.

Rotor

Fungsi rotor untuk menghasilkan medan magnet, kuat medan magnet yang dihasilkan tergantung besar arus listrik yang mengalir ke rotor coil.  Listrik ke rotor coil disalurkan melalui sikat yang selalu menempel pada slip ring. Terdapat dua sikat yaitu sikat positip berhubungan dengan terminal F,  sikat negatip berhubungan dengan massa atau terminal E.  Semakin tinggi putaran mesin, putaran rotor altenator semakin tinggi pula, agar listrik yang dihasilkan tetap stabil maka kuat magnet yang dihasilkan semakin berkurang sebanding dengan putaran mesin.

Rotor alternator

Bila rotor dirangkai seperti gambar diatas, maka arus listrik akan mengalir dari positip baterai, variable resistor, amper meter, slip ring, rotor coil, slip ring dan ke negatip baterai. Adanya aliran listrik pada rotor menyebabkan rotor menjadi magnet,  saat tahanan pada variable resistor kecil maka arus yang mengalir sangat besar, magnet pada rotor sangat kuat, namun bila tahanan variable resistor besar maka arus yang mengalir ke rotor coil menjadi kecil sehingga kemagnetan juga menjadi kecil. Pada saat tahanan variable resistor kecil maka voltmeter  yang dipasang pada slip ring menunjukan tegangan yang besar, sebaliknya saat tahanan variable resistor besar maka tegangan pada slip ring menjadi kecil.

Stator

Stator berfungsi sebagai kumparan yang menghasilkan listrik saat terpotong medan magnet dari rotor.Stator terdiri dari stator core (inti stator)  dan stator coil. Disain stator coil ada 2 macam yaitu model “delta” dan model “Y”. Pada model  “Y”, ketiga ujung kumparan tersebut disambung menjadi satu. Titik sambungan ini disebut titik “N” (neutral point). Pada model delta ketiga ujung lilitan dijadikan satu sehingga membentuk segi tiga (delta). Model ini tidak memiliki terminal neutral (N). Stator coil menghasilkan arus listrik AC tiga phase. Tiap ujung stator dihubungkan ke diode positip dan diode negatip.

Dioda (rectifier)

Dioda  berfungsi untuk menyearahkan arus AC yang dihasilkan oleh stator coil  menjadi arus DC, disamping itu juga berfungsi untuk menahan agar arus dari baterai tidak mengalir ke stator coil.  Sifat diode adalah meneruskan arus listrik satu arah. Gambar 4.12 a. merupakan diode positip yang dirangkai seri dengan lampu pada sebuah baterai 12 V. rangkaian tersebut merupakan rangkaian bias maju (forward direction voltage) sehingga diode dapat mengalirkan arus listrik, lampu menyala. Bila hubungan kabel ditukar yang kabel yang berhubungan dengan positip dipindah ke negatip dan sebaliknya maka diode mendapat bias mundur (reverse direction voltage) sehingga diode tidak dapat mengalirkan arus listrik, maka lampu padam.

Kontruksi dioda pada elternator

Pada altenator jumlah diode terdiri dari 6 atau 9 buah diode yang digabungkan.  Menurut pemasangannya diode ini dapat dibagi menjadai 2 bagian yaitu diode positip dan diode negatip.  Membeda diode posistip dan negatip saat terpasang pada dudukannya dengan cara  dioda negatip plat pemegang bodi diode dibautkan langsung ke bodi alternator tanpa isolator, sedangkan pada diode positip plat pemegang bodi diode dipasang ke rumah alternator dengan menggunakan isolator.  Membedahkan diode lebih akurat menggunakan Ohm meter.  

Prinsip Kerja Penyearah arus listrik pada stator coil

Prinsip kerja penyearahan arus listrik yang dihasilkan stator coil pada altenator adalah sebagai berikut:

Saat rotor altenator berputar maka terjadi induksi elektromagnetik pada stator coil, gambar 4.13 a, menunjukkan bahwa ujung stator coil “A” negatip dan ujung stator coil “C” menghasilkan arus positip,  arus yang dihasilkan stator coil “C” disearahkan oleh diode positip “C” , kemudian dialirkan ke baterai (battery). Rotor terus berputar sehingga stator coil “C” yang tadinya menghasilkan arus positip menjadi menghasilkan arus negatip, arus positip dihasilkan oleh stator coil “B”,  arus yang dihasilkan stator coil “B” disearahkan oleh diode positip “B” , kemudian dialirkan ke baterai. Demikian seterusnya sehingga secara bergantian stator coil mengasilkan gelombang listrik dan disearakan oleh diode, selisih gelombang satu dengan yang lain 120º.

Sikat (brush)

Sikat berfungsi untuk mengalir arus listrik dari regulator ke rotor coil. Pada altenator terdapat dua sikat, yaitu :

1.        Sikat positip yang berhubungan dengan terminal F alternator

2.        Sikat negatip berhubungan dengan bodi altenator dan terminal E

Sikat selalu menempel dengan slip ring, saat rotor berputar maka akan terjadi gesekan antara slip ring dengan sikat, sehingga sikat menjadi cepat aus.  Kontak sikat dengan slip ring harus baik agar listrik dapat mengalir dengan baik,  agar kontak sikat dengan slip ring baik maka sikat ditekan oleh pegas.

Sikat merupakan bagian yang sering menjadi penyebab gangguan pada altenator, karena cepat aus. Sikat yang sudah pendek dapat menyebabkan aliran listrik ke rotor coil berkurang, akibat tekanan pegas yang melemah. Berkurangnya aliran listrik ke rotor coil menyebabkan  kemagnetan rotor berkurang dan listrik yang dihasilkan altenator  menurun.  Bila sikat suda pendek harus segera diganti, sebab kalau sampai sikat habis maka slip ring akan bergesekan dengan pegas sikat sehingga menjadi aus. Sikat yang sudah habis dapat menyebabkan liran listrik ke rotor coil terputus, kemgnetan rotor hilang, altenator tidak dapat menghasilkan listrik, tidak terjadi proses pengisian.

Sikat patah  dan pecahnya rumah sikat sering dijumpai akibat kesalahan saat merakit altenator. Saat  rotor dilepas sikat akan keluar akibat tekanan pegas, pada kondisi tersebut bila seseorang merakit rotor, maka bearing rotor akan menekan sikat sehingga sikat patah dan hal ini dapat pula menyebabkan rumah sikat pecah, untuk menghindari hal tersebut maka sikat harus dimasukkan ke rumahnya dan ditahan menggunakan kawat yang dimasukan melaui lubang kecil yang sedah tersedia, bila sikat sudah tertahan oleh kawat maka rotor dapat dimasukkan dengan aman.

Regulator

Regulator berfungsi untuk mengatur arus dan tegangan yang dihasilkan oleh altenator. Arus yang dihasilkan altenator sampai putaran 2000 rpm sebesar 10 A atau kurang, namun saat beban lampu dihidupkan maka arus yang dihasilkan pada putaran 2000 rpm sebesar 30 A atau lebih sesuai kapasitas dari altenator dan beban listriknya. Tegangan yang dihasilkan altenator dijaga tetap stabil pada 13,8-14,8 Volt. 

Regulator mekanik 6 terminal mempunyai terminal E, F, N, B, IG dan L. Pada regulator ini terdiri dari dua bagian yaitu voltage regulator yang berfungsi untuk mengatur arus dan tegangan pengisian dan voltage relay yang berfungsi untuk mengatur hidup dan matinya lampu indicator pengisian sebagai indikasi sistem pengisian berfungsi.

Pola susunan terminal pada regulator tipe A adalah IG,N,F dan E,L,B, sedangkan pola susunan terminal pada regulator tipe B adalah B,L,E dan F,N,IG. Meskipun terminal regulator mempunyai pola tertentu, namun kita sering mengalami kesulitan dalam menentukan terminal regulator, sehingga kita kesulitan menentukan apakah regulator tertentu tipa A atau tipe B. Cara menentukan terminal regulator mekanik 6 terminal adalah:

1.    Tentukan mana bagian voltage regulator, mana bagian voltage relay. Voltage regulator mudah dikenali karena mempunyai ciri mempunyai  resistor.

2.    Identifikasi terminal pada voltage regulator, dimana voltage regulator mempunyai 3 terminal yaitu IG, F dan E.

Terminal	Ciri-ciri
IG	Berhubungan dengan resistor, dapat platina tepi yang saat normal/ belum bekerja posisi menempel dengan platina tengah
F	Berhubungan dengan resistor, dapat platina tengah
E	Berhubungan dengan massa/ bodi regulator, berhubungan dengan ujung kabel lilitan voltage regulator maupun voltage relay

3.    Identifikasi terminal pada voltage relay, dimana voltage relay mempunyai 3 terminal yaitu B, L dan N.

Terminal	Ciri-ciri
B	Berhubungan platina tepi yang saat normal/ belum bekerja posisi tidak menempel dengan platina tengah
L	Berhubungan dengan platina tengah
N	Berhubungan dengan kabel lilitan voltage relay

Untuk generator sinkron tiga fasa, harus ada tiga belitan yang masing-masing terpisah sebesar 120 derajat listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti diperlihatkan pada kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’ pada gambar 2. Masing-masing lilitan akan menghasilkan gelombang Fluksi sinus satu dengan lainnya berbeda 120 derajat listrik. Dalam keadaan seimbang besarnya fluksi sesaat :

ΦA = Φm. Sin ωt
ΦB = Φm. Sin ( ωt – 120° )
ΦC = Φm. Sin ( ωt – 240° )

Besarnya fluks resultan adalah jumlah vektor ketiga fluks tersebut adalah:
ΦT = ΦA +ΦB + ΦC, yang merupakan fungsi tempat (Φ) dan waktu (t), maka besar- besarnya fluks total adalah:
ΦT = Φm.Sin ωt + Φm.Sin(ωt – 120°) + Φm. Sin(ωt– 240°). Cos (φ – 240°)

Dengan memakai transformasi trigonometri dari :

Sin α . Cos β = ½.Sin (α + β) + ½ Sin (α + β ),

maka dari persamaan diatas diperoleh :

ΦT = ½.Φm. Sin (ωt +φ )+ ½.Φm. Sin (ωt – φ) + ½.Φm. Sin ( ωt + φ – 240° )+ ½.Φm. Sin (ωt – φ) +½.Φm. Sin (ωt + φ – 480°)

Dari persamaan diatas, bila diuraikan maka suku kesatu, ketiga, dan kelima
akan silang menghilangkan. Dengan demikian dari persamaan akan didapat
fluksi total sebesar, ΦT = ¾ Φm. Sin ( ωt - Φ ) Weber .

Jadi medan resultan merupakan medan putar dengan modulus 3/2 Φ dengan
sudut putar sebesar ω. Maka besarnya tegangan masing-masing fasa adalah :

E maks = Bm. ℓ. ω r Volt

dimana :

Bm = Kerapatan Fluks maksimum kumparan medan rotor (Tesla)
ℓ = Panjang masing-masing lilitan dalam medan magnetik (Weber)
ω = Kecepatan sudut dari rotor (rad/s)
r = Radius dari jangkar (meter)

Generator Tanpa Beban

Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai generator dengan diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (If), maka pada kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban (Eo), yaitu sebesar:

Eo = 4,44 .Kd. Kp. f. φm. T Volt

Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan keluaran juga akan naik sampai titik saturasi (jenuh), seperti diperlihatkan pada gambar 3. Kondisi generator tanpa beban bisa digambarkan rangkaian ekuivalennya

Generator Berbeban
Bila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada:
• Resistansi jangkar Ra
• Reaktansi bocor jangkar Xl
• Reaksi Jangkar Xa

a. Resistansi Jangkar
Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegang/fasa (tegangan jatuh/fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar.

b. Reaktansi Bocor Jangkar
Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut Fluks Bocor.

c. Reaksi Jangkar
Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar (ΦA ) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada kumparan medan rotor(ΦF), sehingga akan dihasilkan suatu fluksi resultan sebesar .