TRANSFORMATOR
TRANSFORMATOR - Di
rumah mungkin kamu pernah dihadapkan persoalan tegangan listrik, ketika
kamu akan menghidupkan radio yang memerlukan tegangan 6 V atau 12 V.
Padahal tegangan listrik yang disediakan PLN 220 V. Bahkan generator
pembangkit listrik menghasilkan tegangan listrik yang sangat tinggi
mencapai hingga puluhan ribu volt. Kenyataannya sampai di rumah tegangan
listrik tinggal 220 V. Bagaimanakah cara mengubah tegangan listrik?
Alat yang
digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC disebut
transformator (trafo). Trafo memiliki dua terminal, yaitu terminal input
dan terminal output. Terminal input terdapat pada kumparan primer.
Terminal output terdapat pada kumparan sekunder. Tegangan listrik yang
akan diubah dihubungkan dengan terminal input. Adapun, hasil pengubahan
tegangan diperoleh pada terminal output. Prinsip kerja transformator
menerapkan peristiwa induksi elektromagnetik.
Jika pada
kumparan primer dialiri arus AC, inti besi yang dililiti kumparan akan
menjadi magnet (elektromagnet). Karena arus AC, pada elektromagnet selalu
terjadi perubahan garis gaya magnet. Perubahan garis gaya tersebut akan
bergeser ke kumparan sekunder.
Dengan
demikian, pada kumparan sekunder juga terjadi perubahan garis gaya magnet.
Hal itulah yang menimbulkan GGL induksi pada kumparan sekunder. Adapun,
arus induksi yang dihasilkan adalah arus AC yang besarnya sesuai dengan
jumlah lilitan sekunder.
Bagian utama
transformator ada tiga, yaitu inti besi yang berlapis-lapis, kumparan
primer, dan kumparan sekunder. Kumparan primer yang dihubungkan dengan PLN
sebagai tegangan masukan (input) yang akan dinaikkan atau diturunkan.
Kumparan sekunder dihubungkan dengan beban sebagai tegangan
keluaran (output).
1. Macam-Macam Transformator
Apabila
tegangan terminal output lebih besar daripada tegangan yang diubah, trafo
yang digunakan berfungsi sebagai penaik tegangan. Sebaliknya apabila
tegangan terminal output lebih kecil daripada tegangan yang diubah, trafo
yang digunakan berfungsi sebagai penurun tegangan. Dengan demikian,
transformator (trafo) dibedakan menjadi dua, yaitu trafo step up dan trafo
step down.
Trafo step
up adalah transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan AC.
Trafo ini
memiliki ciri-ciri:
- jumlah lilitan primer lebih
sedikit daripada jumlah lilitan sekunder,
- tegangan primer lebih kecil
daripada tegangan sekunder,
- kuat arus primer lebih besar
daripada kuat arus sekunder.
Trafo step
down adalah transformator yang berfungsi untuk menurunkan tegangan AC.
Trafo ini
memiliki ciri-ciri :
- jumlah lilitan primer lebih
banyak daripada jumlah lilitan sekunder,
- tegangan primer lebih besar
daripada tegangan sekunder,
- kuat arus primer lebih kecil
daripada kuat arus sekunder.
2. Transformator Ideal
Besar
tegangan dan kuat arus pada trafo bergantung banyaknya lilitan. Besar
tegangan sebanding dengan jumlah lilitan. Makin banyak jumlah lilitan
tegangan yang dihasilkan makin besar. Hal ini berlaku untuk lilitan primer
dan sekunder. Hubungan antara jumlah lilitan primer dan sekunder dengan
tegangan primer dan tegangan sekunder dirumuskan
Trafo
dikatakan ideal jika tidak ada energi yang hilang menjadi kalor, yaitu
ketika jumlah energi yang masuk pada kumparan primer sama dengan jumlah
energi yang keluar pada kumparan sekunder. Hubungan antara tegangan, kuat
arus dan jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder dirumuskan :
Dengan:
Vp
= tegangan
primer (tegangan input = Vi ) dengan satuan volt (V)
Vs
= tegangan
sekunder (tegangan output = Vo) dengan satuan volt (V)
Np
= jumlah
lilitan primer
Ns
= jumlah
lilitan sekunder
Ip
= kuat arus
primer (kuat arus input = Ii) dengan satuan ampere (A)
Is
= kuat arus
sekunder (kuat arus output = Io) dengan satuan ampere
(A)
3. Efisiensi
Transformator
Di bagian
sebelumnya kamu sudah mempelajari transformator atau trafo yang ideal.
Namun, pada kenyataannya trafo tidak pernah ideal. Jika trafo digunakan,
selalu timbul energi kalor. Dengan demikian, energi listrik yang masuk
pada kumparan primer selalu lebih besar daripada energi yang keluar pada
kumparan sekunder. Akibatnya, daya primer lebih besar daripada daya
sekunder. Berkurangnya daya dan energi listrik pada sebuah trafo
ditentukan oleh besarnya efisiensi trafo. Perbandingan antara daya
sekunder dengan daya primer atau hasil bagi antara energi sekunder dengan
energi primer yang dinyatakan dengan persen disebut efisiensi trafo.
Efisiensi trafo dinyatakan dengan . Besar efisiensi
trafo dapat dirumuskan sebagai berikut.
4.
Penggunaan Transformator
Banyak
peralatan listrik di rumah yang menggunakan transformator step down. Trafo
tersebut berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik PLN yang besarnya 220
V menjadi tegangan lebih rendah sesuai dengan kebutuhan. Sebelum masuk
rangkaian elektronik pada alat, tegangan 220 V dari PLN dihubungkan
dengan trafo step down terlebih dahulu untuk diturunkan.
Misalnya kebutuhan peralatan listrik 25 V. Jika alat itu langsung
dihubungkan dengan PLN, alat itu akan rusak atau terbakar. Namun, apabila
alat itu dipasang trafo step down yang mampu mengubah tegangan 220 V
menjadi 25 V, alat itu akan terhindar dari kerusakan. Ada beberapa alat
yang menggunakan transformator antara lain catu daya, adaptor, dan
transmisi daya listrik jarak jauh.
a. Power
supply (catu daya)
Catu daya
merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan tegangan AC yang rendah.
Catu daya menggunakan trafo step down yang berfungsi untuk menurunkan
tegangan 220 V menjadi beberapa tegangan AC yang besarnya antara 2 V
sampai 12 V.
b. Adaptor
(penyearah arus)
Adaptor
terdiri atas trafo step down dan rangkaian penyearah arus listrik yang
berupa diode. Adaptor merupakan catu daya yang ditambah dengan penyearah
arus. Fungsi penyearah arus adalah mengubah tegangan AC menjadi tegangan
DC.
c. Transmisi
daya listrik jarak jauh
Pembangkit
listrik biasanya dibangun jauh dari permukiman penduduk. Proses pengiriman
daya listrik kepada pelanggan listrik (konsumen) yang jaraknya jauh
disebut transmisi daya listrik jarak jauh. Untuk menyalurkan energi
listrik ke konsumen yang jauh, tegangan yang dihasilkan generator
pembangkit listrik perlu dinaikkan mencapai ratusan ribu volt. Untuk itu,
diperlukan trafo step up. Tegangan tinggi ditransmisikan melalui kabel
jaringan listrik yang panjang menuju konsumen. Sebelum masuk ke
rumah-rumah penduduk tegangan diturunkan menggunakan trafo step
down hingga menghasilkan 220 V. Transmisi daya listrik jarak jauh
dapat dilakukan dengan menggunakan tegangan besar dan arus yang
kecil. Dengan cara itu akan diperoleh beberapa keuntungan, yaitu
energi yang hilang dalam perjalanan dapat dikurangi dan kawat
penghantar yang diperlukan dapat lebih kecil serta harganya lebih murah.