TRANSFORMATOR

TRANSFORMATOR

Transformator atau kadang disebut trafo adalah alat untuk mengubah bsarnya tegangan listrik bolak-balik. Transformator bekerja berdasarkan perubahan induksi magnetik pada sebuah kumparan yang diinduksikan pada kumparan lain.

Apabila terjadi perubahan medan magnet pada salah satu kumparan transformator, perubahan medan magnet itu dapat dapat menghasilkan ggl induksi ataupun arus induksi pada kumparan yang lain. Untuk mendapatkan perubahan medan magnet pada kumparan transformator, arus masukan (input) harus berubah-ubah  terhadap waktu atau merupakan arus bolak-balik.

Jadi, transformator dapat difungsikan jika tegangan masukan (input) merupakan tegangan bolak-balik.

Kumparan yang dihubungkan dengan sumber tegangan atau tegangan masukan disebut kumparan primer, sedangkan kumparan yang menghasilkan tegangan keluaran disebut kumparan sekunder. Kedua kumparan diilitkan pada inti besi atau teras besi lunak.

Gambar 13: (a) Bagan trafo dan (b) symbol transformator

Kumparan primer yang dilalui arus listrik bolak-balik menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah yang diinduksikan pada kumparan sekunder. Karena medan magnet yang dilingkungi kumparan sekunder juga berubah-ubah, pada kumparan sekunder timbul ggl induksi sebagai tegangan keluaran (output).

Hubungan tegangan masukan dengan tegangan keluaran dapat diamati dari uraian berikut ini.

Berdasarkan hasil percobaan Faraday, besarnya ggl induksi

ε  =

Maka besarnya tegangan masukan dapat dituliskan

                                    =          ………………………. (5)

Dan besarnya tegangan keluaran dapat dituliskan

                               ………………………. (6)

Sehingga, dengan menyamakan persamaan (i) dan (ii), diperolah

                                                                            ………………………. (7)

Keterangan:

V₁ = tegangan masukan (input)

V₂ = tegangan keluaran (output)

N₁ = jumlah lilitan kumparan primer

N₂ = jumlah lilitan kumparan sekunder

    

Jadi, pada transformator tegangan masing-masing kumparan sebanding dengan jumlah lilitan. Jika jumlah lilitan kumparan sekunder lebih kecil daripada kumparan primer, tegangan keluaran akan lebih kecil daripada tegangan masukan. Transformatornya disebut step down atau penurunan tegangan.

            N₂ < N₁ → V₂ < V₁ → step down

Jika jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada kumparan primer, tegangan keluatran lebih besar daripada tegangan masukan. Transformatornya disebut step up atau pelipat tegangan.

            N₂ > N₁ → V₂ > V₁ → step up

Pada transformator ideal, daya listrik yang diberikan pada kumparan primer sama dengan daya listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder, sebab tidak ada energi listrik yang diubah menjadi kalor.

Apabila tegangan masukan dan tegangan keluaran masing-masing V₁ dan V₂ , kuat arus pada kumparan primer dan sekunder besarnya I₁ dan I₂  maka.

P_input  = P_output

V₁ I₁  = V₂ I₂

atau

                                                                              ………………………. (8)

      karena        maka

                                      ………………………. (9)

Jadi, pada transformator ideal kuat arus listrik yang mengalir pada masing-masing kumparan berbanding terbalik dengan jumlah lilitan.

Pada kenyataannya tidak ada transformator yang ideal. Hal itu disebabkan selama proses indukstansi fluks magnetik dari kumparan primer ke kumparan sekunder selalu terjadi perubahan energi listrik dan menjadi kalor, sehingga daya tarik yang dihasilkan pada kumparan sekunder selalu lebih kecil daripada daya listrik masukan pada kumparan primer

Gambar 14:  Teras besi yang berlapis mengurangi energi listrik yang diubah     

                        menjadi energi kalor.

P_input  < P_output       

       atau

V₂ I₂ < V₁ I₁                       

Hilangnya energi listrik pada transformator diakibatkan timbulnya arus pusaran atau arus Eddy pada teres besi. Aus pusaran adalah arus listrik yang alirannya membentuk lingkaran-lingkaran tegak lurus arah fluks magnetik. Arus pusaran dalam penghantar menimbulkan kalor. Hal  tersebut menyebabkan kerugian listrik.

Untuk memperkecil kerugian energi listrik karena berubah menjadi kalor, teras besi dibuat berlapis-lapis. Setiap lapisan disisipi isolator. Dengan menyusun lapisan-lapisan teras besi sejajar arah fluks magnetik , apabila terjadi perubahan fluks magnetik arus pusaran yang timbul mempunyai lingkaran-ligkaran arus kecil.

Efisiensi Transformator

Efisiensi atau daya guna transformator adalah perbandingan antara daya listrik keluaran (P_output) degan daya listrik masukan (P_input)

                                η =                                   ………………………. (10)

Efisiensi biasanya dinyatakan dengan presentase, jadi:

η  =  x 100%

atau

                              η  =                         ………………………. (11)

karena P_output  < P_input, atau V₂ I₂  < V₁ I₁  maka η < 100%

Transformator dikatakan ideal jika tidak ada energi listrik yang hilang, sehingga memiliki efiseiensi 100%

Dalam praktiknya, kadang kita menjumpai kumparan sekunder  transformatortidak hanya terdiri atas satu lilitan kumparan, tetapi terdiri atas dua lilitan kumparan atau lebih sehingga diperoleh tegangan output yang bervariasi.

Bagaimana hubungan jumlah lilitan, tegangan, dan kuat arus antara kumparan primer dan sekunder?

                       Gambar 15: (a) Transformator dengan dua kumparan sekunder,

                                           (b) symbol transformator

Misalkan pada kumparan primer jumlah lilitan N₁, tegangan input V₁, dan kuat arus I₁, sedangkan pada kumparan sekunder, jumlah lilitan N₂, tegangan output V₂, dan kuat arus I₂, dan pada kumparan sekunder  II, jumlah lilitan N₂’, tegangan output V₂’, dan kuat arus I₂’.

Pada transformator ini juga berlaku bahwa tegangan pada masing-masing kumparan sebanding dengan jumlah lilitannya.

Jadi,

           dan   

Jika efisiensi transformator sebesar η maka:

                          η  =                          ………………………. (12)

                         η  =                         ………………………. (13)

Dari persamaan 12 dan 13 dapat disimpulkan bahwa:

V₂ I₂ = V₂‘ I₂‘

atau

P_{output  I}  < P_{output  II}

Jadi, dapat dinyatakan jika kumparan sekunder transformator terdiri atas dua kumparan atau lebih, daya output pada masing-masing kumparan besarnya sama.