TRANSFORMATOR

TRANSFORMATOR
1.PengertianTransformator
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu
atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan
berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang
tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan
terpilihnya tegangan yang sesuai , dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya kebutuhan akan
tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh.
Dalam bidang elektronika, transformator digunakan antara lain sebagai gandengan impedansi antara
sumber dan beban; untuk memisahkan satu rangkain dari rangkaian yang lain; dan untuk menghambat
arus searah sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian.
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu
atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain tanpa merubah frekuensi dari sistem, melalui
suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Trafo digunakan secara luas,
baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan trafo dalam system tenaga
memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap- tiap keperluan misalnya
kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh.
Masing–masing tipe transformator memiliki kekhususan dalam perencanaan dan pembuatan yang
disesuaikan dengan pemakaiannya. Walaupun demikian semua tipe transformator mempunyai prinsip
dasar yang sama. Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis
dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan
akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan. Biasanya kumparan terbuat dari kawat
tembaga yang dibelit seputar “kaki” inti transformator.
2.Jenis-jenisTransformator
Berdasarkan frekuensi, transformator dapat dikelompokkan sebagai berikut :
1. frekuensi daya, 50 – 60 c/s
2. frekuensi pendengaran, 50 c/s – 20 kc/s
3. frekuensi radio, diatas 30 kc/s.
Berdasarkan fungsinya, trafo dibagi menjadi empat kategori :
- Trafo utama /daya (50 Hz, atau 60 Hz )
- Trafo frekuensi audio ( 20 Hz - 20 Khz )
- Trafo frekuensi tinggi (≥ 100 k Hz)
- Trafo pulsa ( 1k Hz - 100 kHz) Hubungan antara tegangan primer dan sekunder
Macam–macam transformator menurut pemakaiannya dalam bidang tenaga listrik dikelompokkan
menjadi :
a.TransformatorDaya
Transformator ini biasanya digunakan untuk menyalurkan daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan
rendah atau sebaliknya.
b.TranformatorDistribusi
Transformator ini biasanya digunakan untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan
distribusi.
c.TransformatorInstrument
Transformator ini biasanya digunakan untuk pengukuran yang terdiri atas transformator arus dan
transformator tegangan.
Berdasarkan cara melilitkan kumparan pada inti, dikenal 3 macam transformator, yaitu tipe inti, tipe
cangkangdan tipe berry.
1.TipeInti (Core Type)
Untuk belitan yang memiliki inti besi yang dilaminasi
2. Tipe Cangkang (Stell Type)
Memiliki lilitan yang mengelililngi inti yang berbeda di tengah-tengah, jadi perbedaan yang dibandingkan
tipe inti yakni lilitannya berada pada satu kaki yangsama, Pada tipe cangkang mempunyai tiga buah
kaki, dan hanya kaki yang tengah – tengah dibelit oleh kedua kumparan. Kedua kumparan dalam tipe
cangkang ini tidak tergabung secara elektrik, melainkan saling tergabung secara magnetik melalui inti.
3. Tipe Berry (Coil Type)
Transformator dengan tipe ini hanya didasarkan pada perencanaan, inti
transformator ini terdiri dari lempengan-lempengan yang dalam group tersebut terpancar dari sebuah
pusat inti.
Masing–masing tipe transformator memiliki kekhususan dalam perencanaan dan pembuatan yang
disesuaikan dengan pemakaiannya. Walaupun demikian semua tipe transformator mempunyai prinsip
dasar yang sama.
Selain jenis transformator diatas ada 2 jenis transformator yang paling sering dipakai, yaitu :
1. Transformator tegangan
Trafo tegangan digunakan untuk menurunkan tegangan sistem dengan perbandingan transformasi
tertentu. Transformator Tegangan/Potensial (PT) adalah trafo instrument yang berfungsi untuk merubah
tegangan tinggi menjadi tegangan rendah sehingga dapat diukur dengan Volt meter.
Prinsip kerja trafo jenis ini sama dengan trafo daya, meskipun demikian rancangannya berbeda dalam
beberapa hal, yaitu :
a. Kapasitasnya kecil (10 s/d 150 VA), karena digunakan untuk daya yang kecil.
b. Galat faktor transformasi dan sudut fasa tegangan primer dan sekuder lebih kecil untuk mengurangi
kesalahan pengukuran.
c. Salah satu terminal pada sisi tegangan tinggi dibumikan/ ditanahkan.
d. Tegangan pengenal sekunder biasanya 100 atau 100√3 V
Ada dua macam trafo tegangan yaitu :
a. Transformator tegangan magnetik.
Transformator ini pada umumnya berkapasitas kecil yaitu antara 10 – 150 VA. Faktor ratio dan sudut
fasa trafo tegangan sisi primer dan tegangan sekunder dirancang sedemian rupa supaya faktor
kesalahan menjadi kecil. Salah satu ujung kumparan tegangan tinggi selalu diketanahkan. Trafo
tegangan kutub tunggal yang dipasang pada jaringan tiga fasa disamping belitan pengukuran, biasanya
dilengkapi lagi dengan belitan tambahan yang digunakan untuk mendeteksi arus gangguan tanah.
Belitan tambahan dari ketiga trafo tegangan dihubungkan secara
seri
b. Trafo Tegangan Kapasitip
Trafo pembagi tegangan kapasitip dipakai untuk keperluan pengukuran tegangan tinggi, sebagai
pembawa sinyal komunikasi dan kendali jarak jauh. Pada tegangan pengenal yang lebih besar dari 110
kV, karena alasan ekonomis maka trafo tegangan menggunakan pembagi tegangan dengan
menggunakan kapasitor sebagai pengganti trafo tegangan induktif. Pembagi tegangan kapasitif dapat
digambarkan seperti gambar dibawah ini. Oleh pembagi kapasitor, tegangan pada C2 atau tegangan
primer trafo penengah V1 diperoleh dalam orde puluhan kV, umumnya 5, 10, 15 dan 20 kV. Kemudian
oleh trafo magnetik tegangan primer diturunkan menjadi tegangan sekunder standar 100 atau 100√3
Volt. Jika terjadi tegangan lebih pada jaringan transmisi, tegangan pada kapasitor C2 akan naik dan
dapat menimbulkan kerusakan pada kapasitor tersebut. Untuk mencegah kerusakan tersebut dipasang
sela pelindung (SP). Sela pelindung ini dihubung seri dengan resistor R untuk membatasai arus saat sela
pelindung bekerja untuk mencecah efek feroresonansi.
Keburukan trafo tegangan kapasitor adalah terutama karena adanya induktansi pada trafo magnetik
yang non linier, mengakibatkan osilasi resonansinya yang timbul menyebabkan tegangan tinggi yang
cukup besar dan menghasilkan panas yang tidak diingikan pada inti magnetik dan belitan sehingga
menimbulkan panas yang akan mempengaruhi hasil penunjukan tegangan. Diperlukan elemen peredam
yang akan mengahsilkan tidak ada efek terhadap hasil pengukuran walaupun kejadian tersebut hanya
sesaat.
Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator
tegangan ada dua jenis yaitu:
Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi,
transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan
primer (Ns > Np).
Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi
rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah
lilitan sekunder (Np > Ns).
Dengan memilih jumlah lilitan yang sesuai untuk tiap kumparan dapat dihasilkan GGL kumparan
sekunder yang berbeda dengan GGL kumparan primer. Hubungan GGL atau tegangan primer (Vp)
tegangan sekunder (Vs), jumlah lilitan kumparan primer (np) dan jumlah lilitan kumparan sekunder
(ns)
Menurut kutubmya trafo tegangan dibedakan menjadi dua yaitu :
1) Trafo satu kutub : trafo tegangan yang salah satu terminalnya dibumikan / ditanahkan, dipergunakan
untuk tegangan diatas 30 kV
2) Trafo dua kutub : trafo tegangan yang kedua terminalnya diisolir dari bumi / tanah, hanya digunakan
untuk tegangan dibawah 30 kV
Berdasarkan jenis tegangan, trafo tegangan dibedakan menjadi 2, yaitu :
• Transformator satu fasa, bila transformator digunakan untuk memindahkan tenaga listrik satu fasa.
• Transformator tiga fasa, bila transformator digunakan untuk memindahkan tenaga listrik tiga fasa.
2. Transformator Arus
Transformator arus biasanya digunakan untuk mengukur arus beban yang besar dalam suatu rangkaian.
Dengan menggunakan transformator arus maka arus beban yang besar dapat diukur hanya dengan
menggunakan alat ukur amperemeter yang rangenya tidak terlalu besar.
Kumparan primer trafo arus dihubungkan seri dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur
arusnya, sedang kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau relay proteksi. Pada umumnya
peralatan ukur dan relay membutuhkan arus 1 atau 5 A.
Trafo arus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat, kawasan trafo arus yang digunakan untuk
pengukuran biasanya 0,05 s/d 1,2 kali arus yang akan diukur, sedang trafo arus untuk proteksi harus
mampu bekerja lebih dari 10 kali arus pengenalnya.
Trafo arus digunakan untuk menurunkan arus dengan perbandingan transformasi tertentu dan sekaligus
mengisolasi peralatan ukur dari tegangan sistem yang diukur. Transformator Arus (CT) adalah trafo
instrument yang berfungsi untuk merubah arus besar menjadi arus kecil sehingga dapat diukur dengan
Amper meter.
Gaya gerak magnet ini mempruduksi fluks pada inti, kemudian membangkitkan gaya gerak listrik (GGL)
pada kumparan sekunder. Jika termianal kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder
mengalir arus I2 , arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N1I1 pada kumparan sekunder. Bila trafo
tidak mempunyai rugi-rugi (trafo ideal) berlaku persamaan :
N1I1=N2I2
Trafo arus digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan amper lebih yang mengalir pada
jaringan tegangan tinggi. Jika arus hendak diukur mengalir pada tegangan rendah dan besarnya
dibawah 5 amper, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung sedangkan arus yang besar tadi
harus dilakukan secara tidak langsung dengan menggunakan trafo arus sebutan trafo pengukuran arus
yang besar. Disamping untuk pengukuran arus, trafo arus juga dibutuhkan untuk pengukuran daya dan
energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi. Kumparan primer trafo arus dihubungkan secara serie
dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya, sedangkan kumparan sekunder dihubungkan
dengan peralatan meter dan rele proteksi. Trafo arus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat.
Kawasan kerja trafo arus yang digunakan untuk pengukuran biasanya 0,05 sampai 1,2 kali arus yang
akan diukur. Trafo arus untuk tujuan proteksi biasanya harus mampu bekerja lebih dari 10 kali arus
pengenalnya.
Prinsip kerja tansformator ini sama dengan trafo daya satu fasa. Jika pada kumparan primer mengalir
arus I1, maka pada kumparan primer akan timbul gaya gerak magnet sebesar N1 I1. Gaya gerak
magnet ini memproduksi fluks pada inti. Fluks ini membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan
sekunder. Jika kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I2. arus ini
menimbulkan gaya gerak magnet N2I2 pada kumparan sekunder.
Pada trafo arus biasa dipasang burden pada bagian sekunder yang berfungsi sebagai impedansi beban,
sehingga trafo tidak benar-benar short circuit. Apabila trafo adalah trafo ideal, maka berlaku persamaan
:
N1I1 = N2I2
I1/I2 = N2/N1
Dimana : N1 = Jumlah belitan kumparan primer
N2 = Jumlah belitan kumparan sekunder
I1 = Arus kumparan primer
I2 = Arus kumparan sekunder
Perbedaan utama trafo arus dengan trafo daya adalah: jumlah belitan primer sangat sedikit, tidak lebih
dari 5 belitan. Arus primer tidak mempengaruhi beban yang terhubung pada kumparan sekundernya,
karena arus primer ditentukan oleh arus pada jaringan yang diukur. semua beban pada kumparan
sekunder dihubungkan seri. terminal sekunder trafo tidak boleh terbuka, oleh karena itu terminal
kumparan sekunder harus dihubungkan dengan beban atau dihubung singkat jika bebannya belum
dihubungkan.
a. Jenis-Jenis Trafo Arus
1. Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Kumparan Primer
Jenis Kumparan (Wound)
Biasa digunakan untuk pengukuran pada arus rendah, burden yang besar, atau pengukuran yang
membutuhkan ketelitian tinggi. Belitan primer tergantung pada arus primer yang akan diukur, biasanya
tidak lebih dari 5 belitan. Penambahan belitan primer akan mengurangi faktor thermal dan dinamis arus
hubung singkat.
Jenis Bar (Bar)
Konstruksinya mampu menahan arus hubung singkat yang cukup tinggi sehingga memiliki faktor
thermis dan dinamis arus hubung singkat yang tinggi. Keburukannya, ukuran inti yang paling ekonomis
diperoleh pada arus pengenal yang cukup tinggi, yaitu 1000A.
2. Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Rasio
Jenis Rasio Tunggal
Rasio tunggal adalah trafo arus dengan satu kumparan primer dan satu kumparan sekunder.
Jenis Rasio Ganda
Rasio ganda diperoleh dengan membagi kumparan primer menjadi beberapa kelompok yang
dihubungkan seri atau paralel.
3. Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Inti
Inti Tunggal
Digunakan apabila sistem membutuhkan salah satu fungsi saja, yaitu untuk pengukuran atau proteksi.
Inti Ganda
Digunakan apabila sistem membutuhkan arus untuk pengukuran dan proteksi sekaligus.
4. Jenis Trafo Arus Menurut Konstruksi Isolasi
Isolasi Epoksi-Resin
Biasa dipakai hingga tegangan 110KV. Memiliki kekuatan hubung singkat yang cukup tinggi karena
semua belitan tertanam pada bahan isolasi. Terdapat 2 jenis, yaitu jenis bushing dan pendukung.
Isolasi Minyak-Kertas
Isolasi minyak kertas ditempatkan pada kerangka porselen. Merupakan trafo arus untuk tegangan tinggi
yang digunakan pada gardu induk dengan pemasangan luar. Dibedakan menjadi jenis tangki logam,
kerangka isolasi, dan jenis gardu. Kelebihannya, penyulang pada sisi primer lebih pendek, digunakan
untuk arus pengenal dan arus hubung singkat yang besar.
Isolasi Koaksial
Jenis trafo arus dengan isolasi koaksial biasa ditemui pada kabel, bushing trafo, atau pada rel daya
berisolasi gas SF6. Sering digunakan inti berbentuk cincin dengan belitan sekunder yang dibelit secara
seragam pada cincin dan dimasukkan pada isolasi, dengan demikian terbuka jalan untuk membawa
lapisan terluar bagian yang di-ground keluar dari trafo arus.
Jenis-jenis transformator lainnya :
a. Autotransformator
Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan
tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus
dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama
lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa.
Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah
daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik
antara lilitan primer dengan lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan
sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).
b. Autotransformator variabel
Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa
diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah.
c. 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.
d. 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.
e. Transformator tiga fasa
Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu
sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan
secara delta (Δ).
3. Komponen-komponen Transformator
a. Inti Besi
Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi,magnetik 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.
Ada beberapa jenis inti trafo, diantaranya:
a. Bentuk EI
b. Bentuk L
c. Bentuk M
d. Bentuk UI
b. Kumparan Transformator
Kumparan transformator adalah beberapa lilitan kawat berisolasi yang membentuk suatu kumparan atau
gulungan. Kumparan tersebut terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder yang diisolasi baik
terhadap inti besi maupun terhadap antar kumparan dengan isolasi padat seperti karton, pertinak dan
lain-lain. Kumparan tersebut sebagai alat transformasi tegangan dan arus.
c. Minyak Transformator
Minyak transformator merupakan salah satu bahan isolasi cair yang dipergunakan sebagai isolasi dan
pendingin pada transformator.
Sebagai bagian dari bahan isolasi, minyak harus memiliki kemampuan untuk menahan tegangan
tembus, sedangkan
Sebagai pendingin minyak transformator harus mampu meredam panas yang ditimbulkan, sehingga
dengan kedua kemampuan ini maka minyak diharapkan akan mampu melindungi transformator dari
gangguan.
Minyak transformator mempunyai unsur atau senyawa hidrokarbon yang terkandung adalah senyawa
hidrokarbon parafinik, senyawa hidrokarbon naftenik dan senyawa hidrokarbon aromatik. Selain ketiga
senyawa tersebut, minyak transformator masih mengandung senyawa yang disebut zat aditif meskipun
kandungannya sangat kecil .
d. Bushing
Hubungan antara kumparan transformator dengan jaringan luar melalui sebuah bushing, yaitu sebuah
konduktor yang diselubungi oleh isolator. Bushing sekaligus berfungsi sebagai penyekat / isolator antara
konduktor tersebut dengan tangki transformator. Pada bushing dilengkapi fasilitas untuk pengujian
kondisi bushing yang sering disebut center tap.
e. Tangki Konservator
Tangki Konservator berfungsi untuk menampung minyak cadangan dan uap / udara akibat pemanasan
trafo karena arus beban. Diantara tangki dan trafo dipasangkan relai bucholzt yang akan meyerap gas
produksi akibat kerusakan minyak. Untuk menjaga agar minyak tidak terkontaminasi dengan air, ujung
masuk saluran udara melalui saluran pelepasan / venting dilengkapi media penyerap uap air pada
udara, sering disebut dengan silica gel dan dia tidak keluar mencemari udara disekitarnya.
4. Pinsip dan Cara Kerja Transformator
Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan hukum Ampere dan hukum Faraday, yaitu: arus listrik
dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika
pada salah satu kumparan pada transformator diberi arus bolak-balik maka jumlah garis gaya magnet
berubah-ubah. Akibatnya pada sisi primer terjadi induksi. Sisi sekunder menerima garis gaya magnet
dari sisi primer yang jumlahnya berubah-ubah pula. Maka di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya
antara dua ujung terdapat beda tegangan.
Dasar dari teori transformator adalah sebagai berikut : Apabila ada arus listrik bolak-balik yang mengalir
mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnit (seperti gambar 2.6.) dan
apabila magnit tersebut dikelilingi oleh suatu belitan maka pada kedua ujung belitan tersebut akan
terjadi beda tegangan mengelilingi magnit, maka akan timbul gaya gerak listrik (GGL).
Apabila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan (sumber), maka akan mengalir arus bolakbalik I1 pada kumparan tersebut. Oleh karena kumparan mempunyai inti, arus I1 menimbulkan fluks
magnit yang juga berubah-ubah pada intinya. Akibat adanya fluks magnit yang berubah-ubah, pada
kumparan primer akan timbul GGL induksi ep. Besarnya GGL induksi pada kumparan primer adalah
(Sulasno, p. 114 – 115) :
ep = -Np (dφ/dt)volt
dimana
ep = GGL induksi pada kumparan primer
Np= Jumlah lilitan kumparan primer
dφ= Perubahan garis-garis gaya magnit dalam satuan weber
dt = Perubahan waktu dalam satuan detik
Fluks magnit yang menginduksikan GGL induksi ep juga dialami oleh kumparan sekunder karena
merupakan fluks bersama (mutual fluks). Dengan demikian fluks tersebut menginduksikan GGL induksi
es pada kumparan sekunder(Sulasno, p. 114 – 115) :
ep = -Ns (dφ/dt)volt
dimana Ns adalah jumlah lilitan kumparan sekunder. Dari persamaan ep dan es didapatkan
perbandingan lilitan berdasarkan perbandingan GGL induksi, yaitu (Sulasno, p. 114 – 115) :
a = ep/ es = Np/Ns
a = nilai perbandingan lilitan transformator (turn ratio)
Apabila, a <> 1, maka transformator berfungsi untuk menurunkan tegangan
(step down)
dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat :
sedemikian hingga .
Dimana :
Vp = tegangan primer (volt)
Vs = tegangan sekunder (volt)
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan sekunder
Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder ditentukan oleh
perbandingan jumlah lilitan primer dengan jumlah lilitan sekunder.
Pada transformator, besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:
a. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).
b. Sebanding dengan besarnya tegangan primer (Vs ~ Vp).
c. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer.
Sehingga dapat dituliskan:
Pada trafo ideal berlaku daya primer sama dengan daya sekunder. Energi listrik sekunder disalurkan ke
beban listrik. Besarnya tegangan induksi berlaku persamaan sebagai berikut:
U0 = 4,44 B. Afe. f. N
Dimana :
U0 = Tegangan induksi
B = Fluks magnet
Afe = Luas inti
f = Frekuensi
N = Jumlah belitan
Daya transformator bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai berikut :
S = √3 . V . I (1)
dimana :
S : daya transformator (kVA)
V : tegangan sisi primer transformator (kV)
I : arus jala-jala (A)
Sehingga untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan rumus :
IFL (2)
dimana :
IFL : arus beban penuh (A)
S : daya transformator (kVA)
V : tegangan sisi sekunder transformator (kV)
5. Rugi–Rugi dan Efisiensi
Didalam pengoperasiannya transformator mengalami rugi–rugi daya, baik pada kumparan maupun pada
inti besinya. Rugi–rugi daya ini yang mempengaruhi efisiensi kerja dari transformator tersebut. Macam–
macam rugi pada transformator adalah :
a. Kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus
listrik yang mengalirinya. Rugi tembaga adalah rugi yang disebabkan arus beban mengalir pada kawat
tembaga. Hal ini menimbulkan rugi tembaga (Pcu) sebesar : (Zuhal, p.54)
Pcu = I2 R
dimana
Pcu = Rugi tembaga (Watt)
I = Arus (A)
R = Tahanan (Ohm)
Karena arus beban berubah–ubah, rugi tembaga juga tidak tetap tergantung pada beban.
b. 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.
c. Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar yang terdapat pada lilitan-lilitan
transformator. Kerugian ini sangat mempengaruhi efisiensi transformator untuk frekuensi tinggi.
Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer dan sekunder secara semi-acak (bank
winding)
d. Rugi Besi (Pi)
Rugi besi adalah rugi yang timbul pada inti transformator sebelum
dibebani. Rugi besi ini terdiri atas :
1. Rugi Histerisis
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. Rugi histerisis
dinyatakan sebagai : (Zuhal, p.55)
Ph = Kh f Bm
dimana :
Ph = Rugi–rugi daya histerisis (Watt)
Kh = Konstanta histerisis
Bm = Kerapatan fluks maksimum (Weber/m2)
F = Frekuensi (Hz)
2. Rugi Arus Eddy
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-lapisan. Rugi arus eddy adalah rugi yang disebabkan arus pusar pada inti
besi. Arus pusar ini mengalir pada inti besi karena adanya induksi magnetis yang ditimbulkan oleh
kumparan primer pada inti besi. Sama seperti pada rugi histerisis, rugi arus eddy ini akan berakibat
timbulnya panas pada inti besi. Untuk memperkecil rugi arus eddy ini dipakai inti besi berupa lembaran–
lembaran tipis yang dilapisi dengan lapisan isolasi.
Pe = Ke f 2 Bm
dimana :
Pe = Rugi arus eddy
Ke = Konstanta arus eddy
Bm = Kerapatan fluks maksimum (Weber/m2)
F = Frekuensi (Hz)
Jadi rugi besi (Pi) :
Pi = Ph + Pe
e. 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.
Efisiensi transformator didefinisikan sebagai perbandingan antara daya listrik keluaran dengan daya
listrik yang masuk pada transformator. Pada transformator ideal efisiensinya 100 %, Karena adanya
kerugian pada transformator. Maka efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%. Untuk
transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bisa mencapai 98%. hal ini karena sebagian energi
terbuang menjadi panas atau energi bunyi. Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus :
η = (Po/Pi)100%