1. Dokumen tersebut membahas tentang sumber tegangan tinggi arus bolak balik untuk pengujian peralatan listrik dengan frekuensi tinggi menggunakan transformator Tesla dan rangkaian resonansi seri.
2. Dibahas pula tentang syarat-syarat sumber tegangan, cara kerja transformator pengganti bertingkat, dan kapasitas transformator penguji yang sesuai.
3. Metode resonansi seri dapat meningkatkan tegangan keluaran dengan daya yang lebih kecil
2. Menentukan Kapasitas Transformator Penguji1
Pembangkitan Tegangan Tinggi Dengan Rangkaian Resonansi Seri2
Seri Resonan3
Pengaruh Impedansi Beban Kepada Sifat Beban Rangkaian Resonansi Seri4
Sumber Tegangan Tinggi Arus Bolak Balik Frekuensi Tinggi5
3. SUMBER TEGANGAN TINGGI ARUS
BOLAK BALIK
Rangkaian penguji Rangkaian Penguji Bertingkat
Syarat Dari Sumber Tegangan
1. Mempunyai tegangan yang stabil tanpa ada fluktuasi tegangan bila dibebani.
2. Tidak ada gelombang harmonik akibat beban serni konduktor, sebaiknya
berbentuk sinus murni.
3. Energi lebih baik berasal dari transformator yang kapasitasnya besar guna
meminimumkan efek dari beban pada transformator tersebut.
4. SUMBER
TEGANGAN TINGGI
ARUS BOLAK BALIK
Rangkaian Pengganti Cascade Bertingkat
Transformator tingkat 1
NcIc = Nt + NgIg
Nc = Jumlah lilitan eksitasi.
Nt = Jumlah lilitan tegangan tinggi
Ng = Jumlah lilitan belitan gandeng.
Pada transformator berlaku
Bila 𝑉 𝑒1 = 𝑉𝑔1maka
Ne1.Ie1.Ve1 = Nt1.Ie1.Vt1 + Ng1.Ie1.Vg1
Jadi
Ie1.Ve1 = Vt1.It1 + Vg1.Ig1
Sedangkan V.I = S (VA)
Se1 = St1 +Sg1
Jadi Bila dalam susunan cascade terdapat 3
buah transformator maka perbandingan
daya pada tingkat 1:2:3 adalah 3S : 2S : 1S.
Impedansi hubungan singkat untuk setiap belitan
pada masing masing transformator adalah
Xe = Impedansi belitan eksitasi
Xg = Impedansi belitan gandengan (coupling)
Xt = Impedansi belitan tegangan tinggi.
𝑉𝑔1
𝑉𝑒1
=
𝑁𝑔1
𝑁𝑒1
𝑑𝑎𝑛
𝑉𝑡1
𝑁𝑒1
=
𝑁𝑡1
𝑉𝑒1
5. KAPASITAS TRANSFORMATOR PENGUJI
• PEMILIHAN SUATU TRANSFORMATOR PENGUJI DITENTUKAN OLEH KAPASITAS DARI SEMUA YANG DIANGGAP BEBAN (KAPASITAS DARI
BEBAN DAN ALAT PENGUKUR LAINYA, SEMUANYA DIANGGAP BEBAN).
P = V2.ɷ.CB.109 (KVA)
DIMANA
P = DAYA DALAM KVA
ɷ = 2ΠF
V = TEGANGAN PENGUJIAN PADA TRANSFORMATOR PENGUJI DALAM KV
CB = KAPASITAS DARI SELURUH BEBAN.
Rangkaian pengganti dan transformator penguji
Bila nilai R0 ≤ ɷL0 maka nilai dari V2 menjadi
6. PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI
DENGAN RANGKAIAN RESONANSI SERI
Rangkaian Resonansi Seri Rangkaian Pengganti Resonansi Seri
Rangkaian Resonansi Seri
disederhanakan
Keterangan
L1 dan L2 induktansi bocor dari transformator.
R1 dan R2 tahanan dari belitan transformator.
L0 induktansi permagnetan.
R0 tahan pengganti kerugian inti.
La dan Lb reakotr yang dinilai induktansinya
dapat diubah.
C kapasitas berbeban danterminal rangkaian
7. PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI
DENGAN RANGKAIAN RESONANSI SERI
Bila induktansi reaktor seluruhnya = Ln dan tegangan dari transformator adalah Vn dan
kapasitansi seluruh rangkaian adalah maka rangkaian tersebut akan mencapai resonansi bila
X, = Xc atau ɷL = 1/ɷ C, maka:
ɷ =2πf ; fn = 1/2π√Ln.Cn
Nilai Ln diperoleh dari Ln = 1/ɷn.Cn
Bila tahanan dari belitan reaktor adalah kecil, R ≤ ɷ.Ln, maka nilainya dapat diabaikan,
sehingga arus yang mengalir pada reaktor menjadi:
𝐼 𝑛 =
𝑉𝑛
𝑋1
; 𝐼 𝑛 =
𝑉𝑛
𝜔 𝑛 𝐿 𝑛
; 𝐼 𝑛 =
𝑉𝑛
2𝜋𝑓𝑛 𝐿 𝑛
Dalam hal ini 2πfn = 1
𝐿 𝑛 𝐶 𝑛
Jadi 𝐼 𝑛 = 𝐶 𝑛
𝐿 𝑛
Bila kapisator dari rangkaian beban adalah sebesar Ct (tidak sama dengan Cn), maka frekuensi
dari rangkaian tersebut adalah:
𝐹1
𝐹 𝑛
= 𝐶 𝑛
𝐶1
Jadi nilai frekuensinya berubah sesuai dengan nilai C dari beban
𝐼
𝐶 𝑛
−
𝐶 𝑛
𝑓
=
𝐶1
𝐶
8. KEUNTUNGAN MENGGUNAKAN CARA
RESONANSI SERI
1.GELOMBANG OUTPUT DAPAT DIPERTAHANKAN DALAM
BENTUK SINUS MURNI.
2.DAYA YANG DIPERLUKAN UNTUK PENGUJIAN SANGAT KECIL
ANTARA 5% S/D 10% DARI DAYA YANG DIPERLUKAN.
3.TIDAK TERJADI ARKA ATAU ARUS SURJA YANG BESAR BILA
ALAT YANG DIUJI MENGALAMI KEGAGALAN.
4.UNTUK MENDAPAT TEGANGAN YANG TINGGI DAPAT DISUSUN
SECARA CASCADE.
5.SUSUNANNYA SEDERHANA DAN KOKOH.
9. SERI RESONAN
Rangkaian Seri Resonan
Tegangan Output V0 = VexQ
Dimana
Vex = tegangan eksitasi dalam KV
V0 = tegangan output dalam KV
Q = faktor kualitas dari rangkaian
dalam resonansi
𝑄 =
𝑋
𝑅
=
𝑉𝐴𝑅
𝑊𝑎𝑡𝑡
=
𝐼𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑖𝑓
𝐼 𝑎𝑘𝑡𝑖𝑓
𝑄 =
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑠𝑖𝑚𝑝𝑎𝑛
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑝𝑒𝑟𝑙𝑢𝑘𝑎𝑛
𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 1
2 𝑐𝑦𝑐𝑙𝑒
10. SERI RESONAN
Pada waktu terjadi percikan tegangan dari sistem jatuh akan turun, tegangan dari sistem
yang terjadi resonansi ini akan turun sampai mencapai sama dengan tegangan
transformator penguatan. Setelah api padam maka tegangan penyembuhan (recovery
Voltage) dari sistem seri adalah
𝑉 𝑡 = 𝑉𝑒𝑥 1 − 𝑒
𝜔𝑡
2𝑄 𝑐𝑜𝑠10𝑡
Vex = tegangan eksitasi (KV)
T = waktu diukut dari permulaan padamnya api
ɷ = faktor kualitas dari rangkaian resonansi seri
Nilai dari
𝜔𝑡
2𝑄
dapat diganti dengan menggunakan faktor jumlah cycle (N) dari terjadinya
flashooer, f.t = N.
𝜔𝑡
2𝑄
=
2𝜋𝑓𝑡
2𝑄
=
𝜋𝑓𝑡
𝑄
=
𝜋𝑁
𝑄
Tegangan penyembuhan Vo(t) dapat mencapai nilai 96% dari tegangan sebelum
flashover pada saat πN/Q = 3 atau dengan kata lain bila N≈Q ,
11. PENGARUH IMPEDANSI
BEBAN KEPADA SIFAT
BEBAN RANGKAIAN
RESONANSI SERI
Rangkaian Pengganti Impedansi resonan
Rangkaian terdiri dari bagian induktif yang
menampilkan induktansi dari reaktansi
yang dapat diubah dan transformator
penguatan dan bagian kapasitif yang
menampilkan kepastian dari alat yang diuji,
pembagi tegangan, kapasitansi bocor dari
alat-alat yang terdapat pada rangkaian.
masing masing bagian mempunyai tahanan
kebocoran.
Faktor kualitas efektif adalah
𝑄 𝑒 =
𝑄𝑙 𝑄 𝑐
𝑄𝑙 𝑄 𝑐
Dimana Qe = faktor kualitas system
Ql = factor kualitas dari bagian induktif
Qc = faltor kualitas dari bagian kapasitif
Sehingga
𝑄 𝑒 =
𝜔𝐿
𝑅𝑙
1
𝜔𝐶𝑅 𝑐
𝜔𝐿
𝑅𝑙
1
𝜔𝐶𝑅 𝑐
Dimana
L = induktansi sebagian rangkaian
C = kapasitas dari kapasitas rangkaian
Rl = tahanan induktansi
Rc = tahan seri kapasitansi
Dapat disederhanakan menjadi
𝑄 𝑒=
𝜔𝐿
𝑅𝑙 + 𝑅 𝑐
Gambar kurva rangkaian resonansi seri
12. SUMBER TEGANGAN TINGGI ARUS
BOLAK BALIK FREKUENSI TINGGI
Belitan Tesla dalam keadaan resonansi
Sumber tegangan tinggi dengan frekuensi
diperlukan untuk menguji adanya ketidakrataan
bahan yang terdapat pada isolator, terutama
isolator yang terbuat dari porselin.Keuntungan
menggunakan transformator ini adalah:
1. Transformator ini tidak menggunakan inti
besi, sehingga menghemat biaya dan
bentuknya lebihkecil.
2. Outltut gelombangnya adalah sinus murni.
3. Tegangan naik secara perlahan dan pada
pengujian dengan surja hubung tidak akan
merusak.
4. Tegangan didistribusikan merata pada
belitan karena belitan dibagi menjadi
beberapa unit yang disusun bertumpuk.
Analisa yang lebih sederhana untuk kumparan TESLA dapat dilakukan dengan memperhitungkan
bahwa energy yang disimpan pada rangkaian primer yaitu pada kapasitor C1 ditransfer ke
kapasitor C2 melalui gandengan magne. Bila w1 adalah energy yang disimpan pada C1 dan W2
adalah energy yang disimpan pada c2 dan bila efesiensi dari transfornator adalah h maka
W1 = 1/2C1V1
2=ŋ(1/2C2V2
2)