Hampir setiap bangunan kini sudah teraliri listrik, mulai dari bangunan di perkotaan hingga rumah di pedesaan. Dengan begitu, masyarakat dapat menggunakan perangkat elektronik dengan mudah, seperti menyalakan lampu untuk penerangan, menonton televisi, dan aktivitas lainnya.
Arus listrik pada rumah umumnya menggunakan jenis arus bolak-balik atau yang disebut arus bolak-balik (AC). Listrik rumah tangga berasal dari PLN dengan tegangan sangat tinggi. Agar tidak berbahaya, listrik yang dialirkan ke rumah warga diturunkan oleh alat yang disebut trafo.
Pada artikel ini, kita akan belajar tentang apa itu transformator. Selain itu juga akan dibahas prinsip kerja, fungsi, dan jenisnya. Tidak hanya itu, artikel ini akan membagikan rumus dan contoh soal dari materi trafo.
Pengertian Transformator dalam Fisika
Trafo atau biasa disebut dengan trafo adalah komponen listrik (elektronik) yang tersusun dari inti, kumparan primer dan kumparan sekunder. Dengan demikian, trafo memiliki dua kumparan.
Transformator dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya. Ini karena trafo memiliki magnet yang digabungkan dan prosesnya menggunakan prinsip induksi elektromagnetik.
Prinsip kerja transformator
Seperti disebutkan sebelumnya, transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Trafo menggunakan induksi timbal balik antara dua sirkuit yang dihubungkan oleh fluks magnet.
Transformator sederhana terdiri dari dua kumparan yang terpisah secara elektrik, tetapi secara magnetis dihubungkan oleh jalur induksi. Kedua kumparan pada trafo menghasilkan induksi timbal balik yang tinggi.
Jika salah satu kumparan pada transformator dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, maka akan timbul fluks bolak-balik pada inti besi dan kumparan lainnya juga akan terhubung sehingga menimbulkan ggl (gaya gerak listrik) induksi. Ggl induksi yang dihasilkan oleh transformator sesuai dengan induksi elektromagnetik dari hukum Faraday.
Fungsi transformator
Fungsi utama trafo adalah untuk menurunkan dan menaikkan daya AC. Transformer dapat digunakan untuk beberapa tujuan. Di bawah ini adalah beberapa fungsi transformator:
- Transformer dapat digunakan di sirkuit radio dan televisi. Trafo untuk keperluan ini biasanya menggunakan tegangan input 220 volt atau 110 volt dengan tegangan output step down 48 hingga 24 volt.
- Transformator juga digunakan dalam sistem instrumen kelistrikan karena memiliki kemampuan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan dan arus isolasi. Trafo jenis ini umumnya untuk perangkat listrik tegangan tinggi, misalnya 12,8 kV.
- Transformator daya umumnya digunakan dalam konsumsi daya dari rumah tangga, pembangkitan, transmisi dan distribusi listrik.
Karakteristik transformator
Berikut adalah beberapa karakteristik transformator:
- Ini terdiri dari inti yang terbuat dari besi berlapis dan dua kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.
- Kumparan pada trafo terbuat dari tembaga dan dililitkan pada kaki inti trafo.
- Jumlah lilitan dan tegangan pada masukan dan keluaran trafo berbeda-beda, sesuai fungsinya untuk menambah atau mengurangi besaran tegangan.
- Pada trafo terdapat inti besi untuk memudahkan mengalirnya fluks yang dihasilkan oleh arus listrik melalui kumparan.
- Trafo juga terdiri dari pendingin trafo, tap changer, alat bantu pernapasan, dan indikator.
Jenis transformator
Sesuai dengan fungsinya, ada dua jenis trafo yaitu trafo step up dan trafo step down. Berikut penjelasannya:
1. Transformator step-up
Trafo step up digunakan untuk menaikkan tegangan. Dengan begitu, tegangan dari kumparan sekunder akan lebih besar daripada tegangan dari kumparan primer atau masukan. Sehingga dapat ditulis V2 > V1.
Sedangkan pada belitan, jumlah lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, yang dapat dituliskan N2 > N1. Dengan demikian, trafo step up memiliki aliran arus yang lebih besar pada kumparan primer dibandingkan pada kumparan sekunder (I1>I2).
2. Transformator step down
Berbeda dengan trafo step up, trafo step down akan menurunkan tegangan, sehingga tegangan pada kumparan sekunder lebih kecil dari pada kumparan primer (V2 < V1). Dengan begitu, jumlah lilitan pada kumparan sekunder akan lebih kecil dari jumlah lilitan pada kumparan primer (N2 < N1).
Dari sini dapat disimpulkan bahwa trafo step down memiliki besaran arus yang lebih kecil pada kumparan primer dibandingkan pada kumparan sekunder (I1 < I2)
Formula transformator
Formula yang digunakan pada bahan trafo cukup sederhana. Jika banyaknya lilitan pada kumparan primer (N1), banyaknya lilitan pada kumparan sekunder (N2), dan tegangan primer (V1), serta tegangan sekunder (V2), masing-masing mendapat arus listrik sebesar I1 dan I2, maka persamaannya adalah:
(V1 / V2) = (N1 / N2) = (I2 / I1)
Untuk menghitung efisiensi transformator, Anda dapat menggunakan rumus:
ɳ = (P2 / P1) x 100% atau ɳ = (V2 I2 / V1 I1) X 100%
Deskripsi Rumus
- V1: tegangan primer (volt)
- V2: tegangan sekunder (volt)
- N1: jumlah lilitan primer
- N2: jumlah lilitan sekunder
- I1: Arus primer (ampere)
- I2: Arus sekunder (ampere)
- P1 : daya masukan atau input (watt)
- P2: daya keluaran atau keluaran (watt)
- ɳ: efisiensi trafo (%)
Contoh transformator
Untuk menambah pemahaman tentang materi trafo ini, akan diberikan contoh soal trafo yang dapat diselesaikan dengan menggunakan rumus di atas.
Masalah 1
Trafo step down dengan efisiensi 80% mengubah tegangan dari 1000 volt menjadi 200 volt dengan daya keluaran 40 watt. Tentukan kuat arus primer transformator!
ɳ = 80%
V1 = 1000 volt
V2 = 200 volt
P2 = 40 watt
Menjawab
ɳ = (P2 / P1) x 100%
ɳ = (V2 I2 / V1 I1) X 100%
80% = (40 / 1000.I1) x 100% 0,8 = (40 / 1000.I1) I1 = 40 / 800 I1 = 0,05 ampere.
Masalah 2
Seseorang sedang merancang trafo dan ingin menghasilkan tegangan sekunder 220 volt dari tegangan primer 110 volt. Dari kedua hal tersebut, dibutuhkan perbandingan jumlah lilitan pada kumparan sekunder dan kumparan primer sebanyak…
Dikenal :
V1 = 110 volt
V2 = 220 volt
N1 : N2 = ?
Menjawab
(V1 / V2) = (N1 / N2)
220/100 = N1/N2
2/1 = N1/N2
Jadi, perbandingan jumlah lilitan pada kumparan primer dan kumparan sekunder adalah 1:2.
Demikianlah penjelasan materi transformator pada pelajaran Fisika. Trafo dalam kehidupan sehari-hari sangat penting untuk menaikkan dan menurunkan tegangan sesuai dengan jenis trafo khususnya pada listrik rumah tangga agar setiap rumah mendapatkan tegangan listrik yang tidak terlalu tinggi dari PLN.
Bagi Anda yang masih membutuhkan penjelasan lebih lanjut tentang materi ini atau mata pelajaran sekolah lainnya, Anda dapat bergabung dengan Quipper Video Bimbel Online.