Transformator

Sejarah Transformator

    Sejarah awal ditemukannya transformator adalah ketika pada tahun 1831 Michael Faraday menemukan 'cincin induktor' atau yang sering dikenal sebagai 'koil induksi Faraday'. Kemudian beliau merumuskan sebuah persamaan sebagai hukum dasar elektromagnetik untuk memprediksi fenomena induksi elektromagnetik tersebut. Hukum ini lebih dikenal dengan nama Hukum Induksi Faraday (faraday's law of induction). alat tersebut adalah prototipe transformator pertama di dunia. Namun, Michael Faraday menggunakannya hanya untuk menunjukan prinsip induksi elektromagnetik dan tidak mempertimbangkannya untuk tujuan praktis.

        Kemudian pada tahun tahun berikutnya terdapat penemuan - penemuan lain yang berhubungan dengan transformator, namun belum maksimal.  Hingga akhirnya pada tahun 1832 seorang ilmuan bernama Joseph Henry menemukan bahwa perubahan flux magnet yang cepat pada sebuah kumparan (coil) dapat menghasilkan tegangan listrik yang cukup tinggi. Kemudian pada tahun 1836 terciptalah trafo pertama yang dapat digunakan oleh Nicholas Callan dari hasil memodifikasi temuan Joseph Henry dengan cara membuat dua buah kumparan atau coil. 

Definisi Transformator

       Transformator atau yang lebih sering kita sebut Trafo adalah sebuah alat yang berfungsi untuk merubah besaran tegangan dan arus listrik dengan memanfaatkan induksi elektromagnetik. Secara garis besar, trafo dibedakan menjadi 2 jenis yaitu trafo penaik tegangan listrik (step up) dan trafo penurun tegangan listrik (step down).Trafo hanya dapat bekerja pada tegangan AC, dan bekerja mengikuti prinsip Induksi Elektromagnet.

      Trafo Step up memiliki lilitan sekunder yang lebih banyak dibandingkan dengan lilitan primer sehingga fungsinya sebagai penaik tegangan arus listrik sangatlah jelas. Sedangkan trafo Step Down memiliki jumlah lilitan nya berbanding terbalik dengan trafo step up.

      

 Prinsip Kerja Transformator

            Prinsip kerja trafo melibatkan bagian-bagian utama pada trafo, yaitu Kumparan primer,kumparan sekunder dan inti trafo. kumparan tersebut mengelilingi besi dalam bentuk lilitan. Apabila kumparan pada sisi primer trafo dihubungkan dengan suatu sumber tegangan bolak-balik sinusoidal (Vp), maka akan mengalir arus bolak-balik yang juga sinusoidal (Ip). arus bolak balik ini menimbulkan fluks magnetik yang sefasa dan juga sinusoidal di sekeliling kumparan. Akibat adanya inti trafo yang menghubungkan kumparan pada sisi primer dan kumparan pada sisi sekunder, maka fluks magnetik akan mengalir bersama pada inti trafo dari kumparan primer menuju kumparan sekunder akan membangkitkan tegangan induksi pada sisi sekunder trafo :

                                                     Vs = -Ns  dᶲ / dt

Keterangan :

Vs = Tegangan induksi pada sisi sekunder

Ns= Jumlah lilitan pada sisi sekunder

dᶲ/dt= Perubahan fluks terhadap waktu

   Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa tegangan induksi yang terbangkitkan pada kumparan trafo berbanding lurus dengan jumlah lilitan kumparan pada inti trafo. Jika fluks yang mengalir adalah konstan maka tegangan induksi tidak dapat terbangkitkan.

Rugi - Rugi pada Transformator

   

  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. Pada transformator Ideal perbandingan antara tegangan sebanding dengan perbandingan jumlah lilitannya.Namun, pada kenyataannya tidak ada transformator yang ideal. Hal ini karena pada transformator selalu ada rugi-rugi yang antara lain sebagai berikut :

1.  Rugi-rugi Tembaga

     Rugi-rugi yang disebabkan oleh pemanasan yang timbul akibat arus mengalir pada hambatan kawat penghantar yang terdapat pada kumparan primer dan sekunder dari transformator. Rugi-rugi tembaga sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir pada kumparan.Untuk memperkecil rugi-rugi tembaga, harus diambil kawat tembaga yang penampangnya cukup besar untuk mengalirkan arus listrik yang diperlukan.

Nilai reaktansi konduktor :

                                                                    R=ρ.l/A

R = Tahanan (Ohm)

ρ = Tahanan Jenis (Ohm.m)

l = Panjang (m)

A = Luas Penampang (m^2)

Kerugian Tembaga :

                                                       primer : Pcp = Ip^2 . Rp

                                                      sekunder : Pcs = Is^2 . Rs

Pcp = Rugi Konduktor Primer

Pcs = Rugi Konduktor Sekunder

Ip = Arus Pada Kumparan Primer

Is = Arus Pada Kumparan Sekunder

Rp = Tahanan Kumparan Primer

Rs = Tahanan Kumparan Sekunder

2. Rugi-Rugi Histerisis

          Rugi-rugi yang berkaitan dengan penyusunan kembali medan magnetik di dalam inti besi pada setiap setengah siklus, sehingga timbul fluks bolak-balik pada inti besi. Rugi hysterisis terjadi karena respon yang lambat dari material inti. Hal ini terjadi karena masih adanya medan magnetik residu yang bekerja pada material, jadi saat arus eksitasi bernilai 0, fluks tidak serta merta berubah menjadi 0 namun perlahan-lahan menuju 0. Sebelum fluks mencapai nilai 0 arus sudah mulai mengalir kembali atau dengan kata lain arus sudah bernilai tidak sama dengan 0 sehingga akan membangkitkan fluks kembali.

3. Rugi-Rugi Arus Eddy

          Rugi-rugi yang disebabkan oleh pemanasan akibat timbulnya arus eddy (pusar) yang terdapat pada inti besi transformator. Rugi-rugi ini terjadi karena inti besi terlalu tebal sehingga terjadi perbedaan tegangan antara sisinya maka mengalir arus yang berputar-putar di sisi tersebut. Rugi-rugi arus eddy sebanding dengan kuadrat tegangan yang disuplai ke transformator.

Contoh Transformasi

1. Transformator Step Up

           Trafo ini mempunyai lilitan sekunder yang banyak jika di bandingkan dengan lilitan pada primer, trafo ini dapat menaikkan tegangan, biasanya trafo ini dapat untuk pembangkit listrik untuk menaikan tegangan. Trafo step up adalah jenis trafo yang berfungsi untuk menaikkan tegangan AC ke nilai tertentu. Misal listrik PLN memiliki tegangan 220 volt, sedangkan alat elektronika membutuhkan tegangan 240 volt, maka diperlukan sebuah trafo step up untuk menjalankannya. Jumlah lilitan sekunder pada trafo step up ini lebih banyak dibanding dengan lilitan primer. Trafo jenis ini banyak diaplikasikan pada jaringan-jaringan pembangkit litrik serta alat-alat elektronika yang memerlukan tegangan tinggi seperti inverter, televisi, dan masih banyak lagi yang lainnya.

2. Transformator Step down

              Trafo step down adalah jenis trafo yang berfungsi untuk menurunkan tegangan AC ke nilai tertentu. Misal listrik PLN memiliki tegangan 220 volt, sedangkan alat elektronika membutuhkan tegangan 110 volt, maka diperlukan sebuah trafo step down untuk menjalankannya. Jumlah lilitan primer pada trafo step up ini lebih banyak dibanding dengan lilitan sekunder. Trafo jenis ini banyak diaplikasikan pada alat-alat elektronika yang

3.  Trafo Frekuensi

              Pembagian jenis trafo yang kedua ini didasarkan pada seberapa besar frekuensi trafo tersebut bekerja. Jenis trafo frekuensi ini terbagi lagi menjadi tiga macam yakni trafo frekuensi rendah, trafo frekuensi menengah, dan juga trafo frekuensi tinggi.

           Trafo frekuensi rendah adalah trafo yang bekerja di frekuensi audio, yakni antara 20 Hz sampai dengan 20 KHz. Ciri-ciri dari trafo frekuensi rendah ini biasanya menggunakan inti besi lunak. Contoh dari trafo frekuensi rendah ini adalah trafo adaptor dan juga trafo input/output.

           Trafo frekuensi rendah adalah trafo yang bekerja di frekuensi audio, yakni antara 20 Hz sampai dengan 20 KHz. Ciri-ciri dari trafo frekuensi rendah ini biasanya menggunakan inti besi lunak. Contoh dari trafo frekuensi rendah ini adalah trafo adaptor dan juga trafo input/output.

          Trafo frekuensi tinggi adalah jenis trafo yang bekerja di frekuensi tinggi dan biasanya digunakan untuk keperluan pembangkit frekuensi atau osilator, lilitan resonansi, serta flyback pada rangkaian televisi tabung. Meskipun tak sepopuler trafo IF, namun trafo ini dianggap sangat penting untuk beberapa keperluan tertentu.

4. Trafo Jenis Output

              Selanjutnya ada trafo jenis output yang memiliki bentuk identik dengan jenis trafo lainnya. Pada trafo ini terdapat lilitan coil yang terbuat dari bahan nikelin yang punya fungsi untuk menentukan besar kecilnya arus masuk. Trafo jenis ini banyak diaplikasikan pada alat-alat elektronik yang berkaitan dengan suara seperti radio, tape reconder, amplifier, dan lain sebagainya.

5. Trafo Adaptor

                Trafo adaptor adalah jenis trafo yang berfungi untuk mengubah arus listrik AC menjadi DC. Trafo jenis ini juga memiliki dua buah lilitan yakni lilitan primer dan sekunder. Lilitan primer pada trafo adaptor ini bertugas untuk menerima arus listrik AC 110 volt hingga 240 volt, sedangkan lilitan sekundernya menghasilkan arus DC sebesar 4 hingga 12 volt.

6. Trafo Switching

              Selain empat trafo tadi, ada satu jenis trafo lain yang harus anda ketahui yakni trafo switching. Seperti namanya, trafo jenis ini banyak digunakan pada power supply berteknologi switching. Trafo jenis ini menggunakan sistem pembangkit frekwensi tinggi yang efisiensinya lebih baik dibanding dengan trafo dengan sistem pembangkit frekuensi rendah.

Referensi

[1] Theodore Wildi, Electrical Machines, Drives, and Power System 5th Ed., 2002

[2] https://mohanshori.wordpress.com/2014/06/10/rugi-histerisis-pada-transformator/, 12           November 2019, 20.19
[3] http://mastergreen.co.id/pengertian-dan-cara-prinsip-kerja-transformator-trafo/, 12                 November 2019, 20.30

[4] https://teknikelektronika.com/pengertian-transformator-prinsip-kerja-trafo, 12 November       2019, 20.35

[5] https://koesrow.blogspot.com/2019/06/mengenal-trafo-serta-penggunaannya.html, 12          November 2019,          20.50

Firmansyah Abada, I0718010, Teknik Elektro Universitas Sebelas Maret