Prinsip Kerja Transformator

Prinsip Kerja Transformator
Komponen Transformator (trafo)
Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan
bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama
(primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output,
dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.
Bagian-Bagian Transformator
Contoh Transformator
Lambang Transformator
Prinsip Kerja Transformator
Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer
dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer
menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya
inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan
sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual
inductance).
Pada skema transformator di samping,
ketika arus listrik dari sumber tegangan
yang mengalir pada kumparan primer
berbalik arah (berubah polaritasnya)
medan magnet yang dihasilkan akan
berubah arah sehingga arus listrik yang
dihasilkan pada kumparan sekunder akan
berubah polaritasnya.
Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer,
tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan
dalam persamaan:
Vp = tegangan primer (volt)
Vs = tegangan sekunder (volt)
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan sekunder
Simbol Transformator
Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator
ada dua jenis yaitu:
1. 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).
2. 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).
Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:
1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).
2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP).
3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,
Sehingga dapat dituliskan:
Penggunaan Transformator
Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau
penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 volt padahal
listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolakbalik 220 volt menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan
transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.
Contoh cara menghitung jumlah lilitan sekunder:
Untuk menyalakan lampu 10 volt dengan tegangan listrik dari PLN 220 volt digunakan
transformator step down. Jika jumlah lilitan primer transformator 1.100 lilitan, berapakah jumlah
lilitan pada kumparan sekundernya ?
Penyelesaian:
Diketahui: Vp = 220 V
Vs = 10 V
Np = 1100 lilitan
Ditanyakan: Ns = ........... ?
Jawab:
Jadi, banyaknya lilitan sekunder adalah 50 lilitan
Jenis-jenis transformator
1. Step-Up
DC.Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih
banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan.
Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik
tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam
transmisi jarak jauh.
Simbol transformator step-up
2. Step-Down
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan
primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini
sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.
Simbol transformator step-down
3. 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.
Simbol autotransformator
Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih
dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).
4. Autotransformator variabel
Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang
sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primersekunder yang berubah-ubah
Simbol autotransformator variabel
5. 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.
6. 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.
7. 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).
8. Trafo penyesuai frekuensi
9. Trafo penyaring frekuensi
10. Trafo penyesuai impedansi
Kerugian dalam transformator
1. Kerugian tembaga. Kerugian I2.R 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 mempengaruhi
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 berubahubah, terjadi olakan fluks magnet pada material inti. Kerugian ini berkurang kalau
digunakan inti berlapis-lapisan.
Pemeriksaan Transformator
Untuk mengetahui sebuah trafo masih bagus atau sudah rusak adalah dengan
menggunakan AVO meter. Caranya posisikan AVO meter pada posisi Ohm meter, lalu
cek lilitan primernya harus terhubung. Demikian juga lilitan sekundernya juga harus
terhubung. Sedangkan antara lilitan primer dan skunder tidak boleh terhubung, jika
terhubung maka trafo tersebut konslet (kecuali untuk jenis trafo tertentu yang memang
didesain khusus untuk pemakaian tertentu). Begitu juga antara inti trafo dan lilitan
primer/skunder tidak boleh terhubung, jika terhubung maka trafo tersebut akan
mengalami kebocoran arus jika digunakan. Secara fisik trafo yang bagus adalah trafo
yang memiliki inti trafo yang rata dan rapat serta jika digunakan tidak bergetar, sehingga
efisiensi dayanya bagus. Dalam penggunaannya perhatikan baik2 tegangan kerja trafo,
tiap tep-nya biasanya ditulis tegangan kerjanya misalnya pada primernya 0V – 110V –
220V, untuk tegangan 220 volt gunakan tep 0V dan 220V, sedangkan untuk tegangan
110 volt gunakan 0V dan 110V, jangan sampai salah atau trafo kita bakal hangus! Dan
pada skundernya misalnya 0V – 3V – 6V – 12V dsb, gunakan 0V dan tegangan yang
diperlukan. Ada juga jenis trafo yang menggunakan CT (Center Tep) yang artinya
adalah titik tengah. Contoh misalnya 12V – CT – 12V, artinya jika kita gunakan tep CT
dan 12V maka besarnya tegangan adalah 12 volt, tapi jika kita gunakan 12V dan 12V
besarnya tegangan adalah 24 volt.
Komponen-Komponen Transformator / Trafo
1. 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
arus pusar atau arus eddy (eddy current).
2. 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.
Transformator Ideal
Pada transformator ideal, tidak ada energi yang diubah menjadi bentuk energi lain di
dalam transformator sehingga daya listrik pada kumparan skunder sama dengan daya
listrik pada kumparan primer. Atau dapat dikatakan efisiensi pada transformator ideal
adalah 100 persen. untuk transformator ideal berlaku persamaan sebagai berikut :
Efisiensi Transformator
Efisiensi transformator didefinisikan sebagai perbandingan antara daya listrik keluaran
dengan daya listrik yang masuk pada transformator. Pada transformator ideal
efisiensinya 100 %, tetapi pada kenyataannya efisiensi tranformator selalu kurang dari
100 %.hal ini karena sebagian energi terbuang menjadi panas atau energi bunyi.
Efisiensi transformator dapat dihitung dengan :
Transmisi Listrik Jarak Jauh
Pusat pembangkit listrik biasanya terletak jauh dari pemukiman atau pelanggan.
Sehingga listrik yang dihasilkan pusat pembangkit listrik perlu ditransmisikan dengan
jarak yang cukup jauh. Transmisi energi listrik jarak jauh dilakukan dengan
menggunakan tegangan tinggi, dengan alasan sebagai berikut:

Bila tegangan dibuat tinggi maka arus listriknya menjadi kecil.

Dengan arus listrik yang kecil maka energi yang hilang pada kawat transmisi
(energi disipasi) juga kecil.

Juga dengan arus kecil cukup digunakan kawat berpenampang relatif lebih kecil,
sehingga lebih ekonomis.
Energi listrik atau daya listrik yang hilang pada kawat transmisi jarak jauh dapat dihitung
dengan persamaan energi dan daya listrik sebagai berikut:
W = energi listrik (joule)
I = kuat arus listrik (ampere)
R = hambatan (ohm)
t = waktu
P = daya listrik (watt)
Transmisi energi listrik jarak jauh menggunakan tegangan tinggi akan mengurangi
kerugian kehilangan energi listrik selama transmisi oleh disipasi.
Contoh Soal :
Contoh cara menghitung jumlah lilitan sekunder :
Untuk menyalakan lampu 10 volt dengan tegangan listrik dari PLN 220 volt digunakan
transformator step down. Jika jumlah lilitan primer transformator 1.100 lilitan, berapakah
jumlah lilitan pada kumparan sekundernya ?
Penyelesaian :
Diketahui : Vp = 220 V
Vs = 10 V
Np = 1100 lilitan
Ditanyakan : Ns = ………… ?
Jawab :
Jadi, banyaknya lilitan sekunder adalah 50 lilitan.
Contoh cara menghitung arus listrik sekunder dan arus listrik primer :
Sebuah transformator step down mempunyai jumlah lilitan primer 1000 dan lilitan sekunder 200,
digunakan untuk menyalakan lampu 12 V, 48 W.
Tentukan :
a. arus listrik sekunder
b. arus listrik primer
Penyelesaian :
Diketahui: Np = 1000 lilitan
Ns = 200 Lilitan
Vp = 12 V
Ps = 48 W
Ditanyakan :
a. Is = ……….. ?
b. Ip = ……….. ?
Jawab :
P=I.V
Jadi, kuat arus sekunder adalah 4 A
Jadi, kuat arus sekunder adalah 0,8 A
Contoh cara menghitung daya transformator :
Sebuah transformator mempunyai efisiensi 80%. Jika lilitan primer dihubungkan dengan
tegangan 200 V dan mengalir kuat arus listrik 5 A,
Tentukan:
a. daya primer,
b. daya sekunder
Penyelesaian :
Diketahui :
Ditanyakan :
a. Pp = ……….. ?
b. Ps = ……….. ?
Jawab :
Jadi, daya primer transformator 1000 watt.
Jadi, daya sekunder transformator 800 watt.
Daya listrik 2 MW ditransmisikan sampai jarak tertentu melalui kabel berhambatan 0,01
ohm. Hitung daya listrik yang hilang oleh transmisi tersebut, jika:
1. menggunakan tegangan 200 Volt,
2. menggunakan tegangan 400 kiloVolt ?
Penyelesaian:
Diketahui:
P = 2 MW = 2.106 watt
R = 0,01 ohm
Ditanyakan:
a. P(hilang) pada tegangan 200 Volt = ……….?
b. P(hilang) pada tegangan V= 4.105 volt = ……….?
Jadi, energi yang hilang di perjalanan setiap detiknya 106 watt. Nilai ini sangat besar
karena setengah dayanya akan hilang.
Jadi, energi yang hilang di perjalanan setiap detiknya hanya 0,25 watt
Contoh Soal
1. Sebuah trafo memiliki perbandingan lilitan 10 : 2 dihubungkan ke sumber listrik 100V
untuk menyalakan sebuah lampu 25 W. Hitunglah tegangan listrik yang diserap oleh
lampu dan kuat arus yang masuk kedalam trafo
Jawab :
Diket: Np:Ns = 10 : 2
Vp = 100 V
Ps = 25 W
Dit. Vs = …
Ip = …
Jawab:
Np : Ns = Vp : Vs
Pp = Ps
10 : 2 = 100 : Vs
Vp . Ip = Ps
Vs = 20 V
100 . Ip = 25
Ip = 0,25 A
2. Sebuah trafo memiliki perbandingan lilitan kumparan 10:1 dihubung-kan ke listrik 100
V untuk menyalakan sebuah lampu 7,5 W. Jika efisiensi trafo 75 %, berapakah arus
listrik pada kumparan primer?
Diket: Np : Ns = 10:1
Vp = 100 V
Ps = 7,5W
η = 75%
Dit Ip = …
Jawab:
η = (Ps/Pp)X100 %
Pp = Vp . Ip
75 % = 7,5/Pp X 100%
10 = 100 . Ip
0,75 = 7,5/Pp
Ip = 0,1 A
Pp = 7,7/0,75 = 10 W