TRANSFORMATOR
Transformator atau transformer atau trafo adalah komponen
elektromagnet yang dapat mengubah taraf suatu tegangan
AC ke taraf yang lain.
Adaptor AC-DC merupakan piranti yang menggunakan transformator step-down
Prinsip kerja
Transformator bekerja berdasarkan prinsip
induksi elektromagnetik. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan
fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder.
Fluks bolak-balik ini menginduksikan
GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.
Hubungan Primer-Sekunder
Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer adalah
dan rumus untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan sekunder adalah
.
Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka
dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat
sedemikian hingga
.
Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan
sekunder ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan
lilitan sekunder.
Kerugian dalam transformator
Perhitungan diatas hanya berlaku apabila kopling primer-sekunder
sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktek terjadi beberapa
kerugian yaitu:
- kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.
- 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.
- Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh
kapasitas liar yang terdapat pada lilitan-lilitan transformator.
Kerugian ini sangat memengaruhi efisiensi transformator untuk frekuensi
tinggi. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer
dan sekunder secara semi-acak (bank winding)
- 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.
- 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.
- 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-lapis.
Efisiensi
Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus
Karena adanya kerugian pada transformator. Maka efisiensi transformator
tidak dapat mencapai 100%. Untuk transformator daya frekuensi rendah,
efisiensi bisa mencapai 98%.
Jenis-jenis transformator
lambang transformator step-up
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.
Step-Down
skema transformator 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.
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).
Autotransformator variabel
skema autotransformator variabel
Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa
yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan
primer-sekunder yang berubah-ubah.
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.
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.
Transformator tiga fase
Transformator tiga fase sebenarnya adalah tiga transformator yang
dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya
dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara
delta (
).