Transformator (trafo) Tiga 3-Fasa
Transformator Tiga 3-Fasa adalah tulang punggung dari distribusi daya listrik baik yang terhubung dengan Delta atau Star.
Sejauh ini kita telah melihat konstruksi trafo dan operasi 1-fasa-tunggal, dua belitan trafo daya/tegangan yang dapat digunakan menambah atau mengurangi tegangan sekundernya sehubungan dengan tegangan supply primer.
Tetapi trafo tegangan juga dapat dibangun untuk koneksi tidak hanya satu 1-fasa tunggal, tetapi untuk dua 2-fasa, tiga 3-fasa, enam 6-fasa dan bahkan kombinasi rumit hingga 24-fasa untuk beberapa transformator penyearah DC.
Jika kita mengambil tiga transformator fasa-tunggal dan menghubungkan gulungan primernya satu sama lain dan gulungan sekundernya satu sama lain dalam konfigurasi tetap, kita dapat menggunakan transformator pada supply tiga 3-fasa.
Supply tiga 3-fasa, juga ditulis sebagai 3 fasa atau 3φ digunakan untuk pembangkit tenaga listrik, transmisi, dan distribusi, serta untuk semua keperluan industri. Supply tiga 3-fasa memiliki banyak keunggulan listrik dibandingkan daya 1-fasa dan ketika mempertimbangkan trafo tiga 3-fasa kita harus berurusan dengan tiga tegangan dan arus bolak-balik yang berbeda dalam fasa-waktu sebesar 120 derajat seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Dimana: VL adalah tegangan line-to-line, dan VP adalah tegangan fasa-ke-netral.
Sebuah transformator tidak dapat bertindak sebagai perangkat pengubah fasa dan mengubah fasa tunggal menjadi tiga 3-fasa atau tiga 3-fasa menjadi fasa tunggal. Untuk membuat koneksi transformator kompatibel dengan supply tiga 3-fasa, kita perlu menghubungkannya bersama-sama dengan cara tertentu untuk membentuk Konfigurasi Transformator Tiga 3-Fasa.
Sebuah transformator tiga 3-fasa atau 3φ transformator dapat dibangun baik dengan menghubungkan bersama-sama tiga trafo 1-fasa tunggal, sehingga membentuk apa yang disebut tiga 3-fasa transformator bank, atau dengan menggunakan satu transformator tiga 3-fasa pra-assembled dan seimbang yang terdiri dari tiga pasang tunggal gulungan fasa dipasang ke satu inti laminasi tunggal.
Keuntungan membangun trafo tiga 3-fasa tunggal adalah bahwa untuk peringkat kVA yang sama akan lebih kecil, lebih murah dan lebih ringan daripada tiga trafo fasa tunggal individu yang dihubungkan bersama karena inti tembaga dan besi digunakan lebih efektif. Metode menghubungkan belitan primer dan sekunder adalah sama, apakah hanya menggunakan satu Transformator Tiga 3-Fasa atau tiga Transformator Fasa Tunggal yang terpisah. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini:
Gulungan primer dan sekunder dari transformator dapat dihubungkan dalam konfigurasi berbeda seperti yang ditunjukkan untuk memenuhi hampir semua persyaratan. Dalam kasus gulungan transformator tiga 3-fasa, tiga bentuk koneksi dimungkinkan: "star" (wye), "delta" (jala) dan "star yang saling berhubungan" (zig-zag).
Kombinasi dari tiga gulungan dapat dengan delta-terhubung primer dan star-terhubung sekunder, atau star-delta, star-star atau delta-delta, tergantung pada penggunaan transformator. Ketika Transformator digunakan untuk menyediakan tiga 3-fasa atau lebih, mereka umumnya disebut sebagai Transformator Polifasa.
Tiga tegangan yang tersedia, yang masing-masing dipindahkan dari yang lain dengan 120 derajat listrik, tidak hanya memutuskan jenis koneksi listrik yang digunakan pada sisi primer dan sekunder, tetapi menentukan aliran arus transformator.
Dengan tiga transformator fasa tunggal yang dihubungkan bersama, fluks magnetis pada tiga transformator berbeda dalam fasa dengan 120 derajat waktu. Dengan trafo tiga 3-fasa tunggal ada tiga fluks magnetis pada inti yang berbeda dalam fasa waktu sebesar 120 derajat.
Metode standar untuk menandai belitan transformator tiga 3-fasa adalah memberi label tiga belitan primer dengan huruf kapital (huruf besar) A, B dan C, yang digunakan untuk mewakili tiga 3-fasa individu yaitu MERAH, KUNING, dan BIRU. Gulungan sekunder diberi label dengan huruf kecil, a, b dan c. Setiap gulungan memiliki dua ujung yang biasanya berlabel 1 dan 2 sehingga, misalnya, belitan kedua dari ujung primer memiliki ujung yang akan diberi label B1 dan B2, sedangkan belitan ketiga sekunder akan diberi label c1 dan c2 seperti yang ditunjukkan.
Simbol umumnya digunakan pada transformator tiga 3-fasa untuk menunjukkan jenis atau jenis koneksi yang digunakan dengan huruf besar Y untuk star yang terhubung, D untuk delta yang terhubung dan Z untuk gulungan primer star yang saling berhubungan, dengan huruf kecil y, d dan z untuk masing-masing sekunder. Kemudian, Star-Star akan diberi label Yy, Delta-Delta akan diberi label Dd dan star yang saling berhubungan dengan star akan menjadi Zz untuk jenis transformator yang terhubung sama.
Kita sekarang tahu bahwa ada empat cara berbeda di mana tiga transformator fasa tunggal dapat dihubungkan bersama antara rangkaian tiga 3-fasa primer dan sekunder. Keempat konfigurasi standar ini diberikan sebagai: Delta-Delta (Dd), Star-Star (Yy), Star-Delta (Yd), dan Delta-Star (Dy).
Trafo untuk operasi tegangan tinggi dengan koneksi star memiliki keuntungan mengurangi tegangan pada trafo individual, mengurangi jumlah belokan yang diperlukan dan peningkatan ukuran konduktor, membuat belitan coil lebih mudah dan lebih murah untuk diisolasi daripada transformator delta.
Namun, koneksi delta-delta memiliki satu keuntungan besar daripada konfigurasi star-delta, yaitu jika satu transformator dari grup tiga menjadi rusak atau dinonaktifkan, dua yang tersisa akan terus menghasilkan daya tiga 3-fasa dengan kapasitas setara dengan sekitar dua pertiga dari output asli dari unit transformator.
Dalam koneksi delta ( Dd ) kelompok transformator, tegangan line, VL adalah sama dengan tegangan supply, VL = VS. Tetapi arus dalam setiap belitan fasa diberikan sebagai: 1/√3 × IL dari arus line, di mana IL adalah arus line.
Salah satu kelemahan dari transformator tiga 3-fasa delta terhubung adalah bahwa setiap transformator harus wound untuk tegangan line-penuh, (dalam contoh kami di atas 100V) dan untuk 57.7 persen, arus line. Semakin banyak putaran dalam belitan, bersama dengan insulasi di antara putaran, membutuhkan kumparan yang lebih besar dan lebih mahal daripada sambungan star. Kerugian lain dengan transformator tiga 3-fasa delta terhubung adalah bahwa tidak ada koneksi "netral" atau umum.
Sejauh ini kita telah melihat konstruksi trafo dan operasi 1-fasa-tunggal, dua belitan trafo daya/tegangan yang dapat digunakan menambah atau mengurangi tegangan sekundernya sehubungan dengan tegangan supply primer.
Tetapi trafo tegangan juga dapat dibangun untuk koneksi tidak hanya satu 1-fasa tunggal, tetapi untuk dua 2-fasa, tiga 3-fasa, enam 6-fasa dan bahkan kombinasi rumit hingga 24-fasa untuk beberapa transformator penyearah DC.
Jika kita mengambil tiga transformator fasa-tunggal dan menghubungkan gulungan primernya satu sama lain dan gulungan sekundernya satu sama lain dalam konfigurasi tetap, kita dapat menggunakan transformator pada supply tiga 3-fasa.
Supply tiga 3-fasa, juga ditulis sebagai 3 fasa atau 3φ digunakan untuk pembangkit tenaga listrik, transmisi, dan distribusi, serta untuk semua keperluan industri. Supply tiga 3-fasa memiliki banyak keunggulan listrik dibandingkan daya 1-fasa dan ketika mempertimbangkan trafo tiga 3-fasa kita harus berurusan dengan tiga tegangan dan arus bolak-balik yang berbeda dalam fasa-waktu sebesar 120 derajat seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Tegangan dan Arus Trafo Tiga 3-Fasa
Dimana: VL adalah tegangan line-to-line, dan VP adalah tegangan fasa-ke-netral.
Sebuah transformator tidak dapat bertindak sebagai perangkat pengubah fasa dan mengubah fasa tunggal menjadi tiga 3-fasa atau tiga 3-fasa menjadi fasa tunggal. Untuk membuat koneksi transformator kompatibel dengan supply tiga 3-fasa, kita perlu menghubungkannya bersama-sama dengan cara tertentu untuk membentuk Konfigurasi Transformator Tiga 3-Fasa.
Sebuah transformator tiga 3-fasa atau 3φ transformator dapat dibangun baik dengan menghubungkan bersama-sama tiga trafo 1-fasa tunggal, sehingga membentuk apa yang disebut tiga 3-fasa transformator bank, atau dengan menggunakan satu transformator tiga 3-fasa pra-assembled dan seimbang yang terdiri dari tiga pasang tunggal gulungan fasa dipasang ke satu inti laminasi tunggal.
Keuntungan membangun trafo tiga 3-fasa tunggal adalah bahwa untuk peringkat kVA yang sama akan lebih kecil, lebih murah dan lebih ringan daripada tiga trafo fasa tunggal individu yang dihubungkan bersama karena inti tembaga dan besi digunakan lebih efektif. Metode menghubungkan belitan primer dan sekunder adalah sama, apakah hanya menggunakan satu Transformator Tiga 3-Fasa atau tiga Transformator Fasa Tunggal yang terpisah. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini:
Koneksi Transformator Tiga 3-Fasa
Gulungan primer dan sekunder dari transformator dapat dihubungkan dalam konfigurasi berbeda seperti yang ditunjukkan untuk memenuhi hampir semua persyaratan. Dalam kasus gulungan transformator tiga 3-fasa, tiga bentuk koneksi dimungkinkan: "star" (wye), "delta" (jala) dan "star yang saling berhubungan" (zig-zag).
Kombinasi dari tiga gulungan dapat dengan delta-terhubung primer dan star-terhubung sekunder, atau star-delta, star-star atau delta-delta, tergantung pada penggunaan transformator. Ketika Transformator digunakan untuk menyediakan tiga 3-fasa atau lebih, mereka umumnya disebut sebagai Transformator Polifasa.
Konfigurasi Transformator Tiga 3-fasa Star dan Delta
Tapi apa yang kita maksud dengan "star" (juga dikenal sebagai Wye) dan "delta" (juga dikenal sebagai Mesh) ketika berhadapan dengan koneksi transformator tiga 3-fasa. Transformator tiga 3-fasa memiliki tiga set gulungan primer dan sekunder. Bergantung pada bagaimana set gulungan ini saling berhubungan, menentukan apakah koneksi adalah konfigurasi star atau delta.Tiga tegangan yang tersedia, yang masing-masing dipindahkan dari yang lain dengan 120 derajat listrik, tidak hanya memutuskan jenis koneksi listrik yang digunakan pada sisi primer dan sekunder, tetapi menentukan aliran arus transformator.
Dengan tiga transformator fasa tunggal yang dihubungkan bersama, fluks magnetis pada tiga transformator berbeda dalam fasa dengan 120 derajat waktu. Dengan trafo tiga 3-fasa tunggal ada tiga fluks magnetis pada inti yang berbeda dalam fasa waktu sebesar 120 derajat.
Metode standar untuk menandai belitan transformator tiga 3-fasa adalah memberi label tiga belitan primer dengan huruf kapital (huruf besar) A, B dan C, yang digunakan untuk mewakili tiga 3-fasa individu yaitu MERAH, KUNING, dan BIRU. Gulungan sekunder diberi label dengan huruf kecil, a, b dan c. Setiap gulungan memiliki dua ujung yang biasanya berlabel 1 dan 2 sehingga, misalnya, belitan kedua dari ujung primer memiliki ujung yang akan diberi label B1 dan B2, sedangkan belitan ketiga sekunder akan diberi label c1 dan c2 seperti yang ditunjukkan.
Konfigurasi Transformator Tiga 3-Fasa Star dan Delta
Simbol umumnya digunakan pada transformator tiga 3-fasa untuk menunjukkan jenis atau jenis koneksi yang digunakan dengan huruf besar Y untuk star yang terhubung, D untuk delta yang terhubung dan Z untuk gulungan primer star yang saling berhubungan, dengan huruf kecil y, d dan z untuk masing-masing sekunder. Kemudian, Star-Star akan diberi label Yy, Delta-Delta akan diberi label Dd dan star yang saling berhubungan dengan star akan menjadi Zz untuk jenis transformator yang terhubung sama.
Identifikasi Belitan Transformator
Hubungan
|
Gulungan
Primer
|
Gulungan
Sekunder
|
Delta
|
D
|
d
|
Star
|
Y
|
y
|
Saling
terhubung
|
Z
|
z
|
Trafo untuk operasi tegangan tinggi dengan koneksi star memiliki keuntungan mengurangi tegangan pada trafo individual, mengurangi jumlah belokan yang diperlukan dan peningkatan ukuran konduktor, membuat belitan coil lebih mudah dan lebih murah untuk diisolasi daripada transformator delta.
Namun, koneksi delta-delta memiliki satu keuntungan besar daripada konfigurasi star-delta, yaitu jika satu transformator dari grup tiga menjadi rusak atau dinonaktifkan, dua yang tersisa akan terus menghasilkan daya tiga 3-fasa dengan kapasitas setara dengan sekitar dua pertiga dari output asli dari unit transformator.
Transformator Delta dan Koneksi Delta
Dalam koneksi delta ( Dd ) kelompok transformator, tegangan line, VL adalah sama dengan tegangan supply, VL = VS. Tetapi arus dalam setiap belitan fasa diberikan sebagai: 1/√3 × IL dari arus line, di mana IL adalah arus line.
Salah satu kelemahan dari transformator tiga 3-fasa delta terhubung adalah bahwa setiap transformator harus wound untuk tegangan line-penuh, (dalam contoh kami di atas 100V) dan untuk 57.7 persen, arus line. Semakin banyak putaran dalam belitan, bersama dengan insulasi di antara putaran, membutuhkan kumparan yang lebih besar dan lebih mahal daripada sambungan star. Kerugian lain dengan transformator tiga 3-fasa delta terhubung adalah bahwa tidak ada koneksi "netral" atau umum.
Dalam pengaturan star-star ( Yy ), (wye-wye), setiap transformator memiliki satu terminal yang terhubung ke persimpangan umum, atau titik netral dengan tiga ujung yang tersisa dari gulungan primer yang terhubung ke supply utama tiga 3-fasa. Jumlah putaran dalam belitan transformator untuk koneksi star adalah 57.7 persen, dari yang diperlukan untuk koneksi delta.
Sambungan star memerlukan penggunaan tiga transformator, dan jika ada satu transformator yang menjadi kesalahan atau dinonaktifkan, seluruh grup mungkin menjadi dinonaktifkan. Namun demikian, transformator tiga 3-fasa yang terhubung star sangat nyaman dan ekonomis dalam sistem distribusi tenaga listrik, di mana kabel keempat dapat dihubungkan sebagai titik netral, ( n ) dari tiga star yang terhubung sekunder seperti yang ditunjukkan.
Transformator Star dan Koneksi Star
Tegangan antara line apapun transformator tiga 3-fasa yang disebut “tegangan-line”, VL, sedangkan tegangan antara setiap line dan titik netral transformator star terhubung disebut “tegangan fasa”, VP. Tegangan fasa ini antara titik netral dan salah satu dari koneksi line adalah 1/√ 3 × VL dari tegangan line. Kemudian di atas, tegangan fasa sisi primer, VP diberikan sebagai.
Arus sekunder pada setiap fasa dari kelompok transformator star-terhubung adalah sama dengan yang untuk arus line dari supply, maka IL = IS. Kemudian hubungan antara line dan arus dan tegangan fasa dalam sistem tiga 3-fasa dapat diringkas sebagai:
Tegangan dan Arus Trafo Tiga 3-Fasa
Hubungan
|
Fasa Tegangan
|
Line Tegangan
|
Fase Arus
|
Line Arus
|
Star
|
VP =
VL ÷ √3
|
VL =
√3 ×VP
|
IP
= IL
|
IL =
IP
|
Delta
|
VP =
VL
|
VL =
VP
|
IP =
IL ÷ √3
|
IL =
√3 × IP
|
Di mana lagi, VL adalah tegangan line-to-line, dan VP adalah tegangan fasa-ke-netral pada primer atau sisi sekunder.
Koneksi lain yang mungkin untuk transformator tiga 3-fasa adalah star-delta Yd, di mana belitan primer terhubung dengan star dan sekunder adalah delta yang terhubung atau delta-star Dy dengan primer yang terhubung dengan delta dan sekunder yang terhubung dengan star.
Trafo terhubung Delta-star banyak digunakan dalam distribusi daya rendah dengan belitan primer memberikan beban seimbang tiga-kawat kepada perusahaan utilitas sedangkan belitan sekunder menyediakan 4-kawat netral yang diperlukan atau koneksi arde.
Ketika primer dan sekunder memiliki berbagai jenis sambungan belitan, delta, rasio putaran keseluruhan transformator menjadi lebih rumit. Jika transformator tiga 3-fasa dihubungkan sebagai delta-delta ( Dd ) atau star-star ( Yy ) maka transformator berpotensi memiliki rasio putaran 1:1. Itu adalah tegangan input dan output untuk gulungan yang sama.
Namun, jika transformator tiga 3-fasa terhubung dalam star-delta, ( Yd ) masing-masing belitan primer star-terhubung akan menerima tegangan fasa, VP supply, yang sama dengan 1/√3 × VL.
Kemudian setiap belitan sekunder yang bersesuaian kemudian akan memiliki tegangan yang sama diinduksi di dalamnya, dan karena gulungan ini terhubung dengan delta, tegangan 1/√3 × VL akan menjadi tegangan line sekunder. Kemudian dengan 1:1 ternyata rasio, star-delta terhubung transformator akan memberikan √3 : 1 step-down rasio line-tegangan.
Kemudian untuk transformator terhubung star-delta ( Yd ) rasio putaran menjadi:
Rasio Putaran Star-Delta
Demikian juga, untuk transformator terhubung delta-star ( Dy ), dengan rasio putaran 1: 1, transformator akan menghasilkan rasio tegangan tegangan step-up 1: √3 step-up. Kemudian untuk transformator terhubung delta-star, rasio putaran menjadi:
Rasio Putaran Delta-Star
Kemudian untuk empat konfigurasi dasar dari sebuah transformator tiga 3-fasa, kita bisa lihat daftar trafo tegangan sekunder dan arus sehubungan dengan line tegangan primer, VL dan line arus primer, IL seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut.
Tegangan dan Arus Trafo tiga 3-fasa
Konfigurasi
Primer-Sekunder
|
Line Tegangan
Primer-Sekunder
|
Line Arus
Primer-Sekunder
|
Delta - Delta
|
 |
 |
Delta - Star
|
 |
 |
Star - Delta
|
 |
 |
Star - Star
|
|
|
Dimana: n sama dengan Transformator “rasio putaran” (TR) dari jumlah gulungan sekunder NS, dibagi dengan jumlah gulungan primer NP. ( NS/NP ) dan VL adalah tegangan line-to-line dengan VP menjadi tegangan fasa-ke-netral.
Contoh: Transformator Tiga 3-Fasa No.1
Belitan primer transformator 50VA yang terhubung dengan delta-star ( Dy ) disupply dengan 100 volt, supply tiga 3-fasa 50Hz. Jika transformator memiliki 500 putaran pada primer dan 100 putaran pada belitan sekunder, hitung tegangan dan arus sisi sekunder.
Data yang diberikan: peringkat transformator, 50VA, tegangan supply, 100V, putaran primer 500, putaran sekunder, 100.
Kemudian sisi sekunder transformator memasok tegangan, VL dari sekitar 35v memberikan tegangan fasa, VP dari 20v di 0.834 ampere.
Konstruksi Trafo Tiga 3-Fasa
Kami telah mengatakan sebelumnya bahwa transformator tiga 3-fasa secara efektif adalah tiga transformator fasa tunggal yang saling berhubungan pada inti laminasi tunggal dan penghematan besar dalam biaya, ukuran dan berat dapat dicapai dengan menggabungkan tiga gulungan ke dalam rangkaian magnetis tunggal seperti yang ditunjukkan.
Sebuah transformator tiga 3-fasa umumnya memiliki tiga rangkaian magnetis yang interlaced untuk memberikan distribusi seragam fluks dielektrik antara gulungan tegangan tinggi dan rendah. Pengecualian untuk aturan ini adalah transformator tipe shell tiga 3-fasa. Dalam jenis konstruksi shell, meskipun ketiga inti bersama, mereka non-interlaced.
Konstruksi Trafo tiga 3-fasa
Transformator tiga 3-fasa tiga-tungkai ber-inti adalah metode paling umum dari konstruksi transformator tiga 3-fasa yang memungkinkan fasa-fasa dihubungkan secara magnetis. Fluks setiap tungkai menggunakan dua tungkai lainnya untuk jalur pengembaliannya dengan tiga fluks magnetis pada inti yang dihasilkan oleh tegangan line yang berbeda dalam fasa waktu sebesar 120 derajat. Jadi fluks dalam inti tetap hampir sinusoidal, menghasilkan tegangan supply sekunder sinusoidal.
Konstruksi transformator tiga 3-fasa tipe-shell lima-tungkai lebih berat dan lebih mahal untuk dibangun daripada tipe-inti. Inti lima-tungkai umumnya digunakan untuk trafo daya yang sangat besar karena dapat dibuat dengan ketinggian yang dikurangi. Material inti transformator tipe shell, gulungan listrik, selungkup baja, dan pendingin hampir sama dengan jenis fasa tunggal yang lebih besar.