tugas 4-Semmia Rezki F

Modul Pengantar Elektro Teknik

TRASFORMATOR

Transformator merupakan suatu peralatan listrik yang digunakan untuk mengubah besarantegangan arus listrik bolak-balik (AC), seperti menaikkan atau menurunkan tegangan listrik (voltase). Transformator bekerja berdasarkan prinsip fluks listrik dan magnet dimana antara sisisumber (primer) dan beban (sekunder) tidak terdapat hubungan secara fisik tetapi secaraelektromagnetik (induksi-elektromagnet).

          Transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dandua buah kumparan (lilitan kawat), yaitu kumparan primer dan kumparansekunder.Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan hukum Ampere dan hukumFaraday, yaitu : arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dansebaliknya medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada salahsatu kumparan pada transformator diberi arus bolak-balik (AC) maka jumlahgaris gaya magnet akan berubah-ubah. Akibatnya pada sisi primer terjadiinduksi. Sisi sekunder menerima garis gaya magnet dari sisi primer yang jumlahnya berubah-ubah pula. Maka di sisi sekunder juga timbul induksi,akibatnya antara dua ujung kumparan (lilitan) terdapat beda tegangan  

Dalam transformator terdapat perhitungan untuk menentukan jumlah lilitanprimer dan sekunder agar dapat dihasilkan keluaran dengan teganganrendah dan arus besar. Rumus yang digunakan adalah :

Keterangan :

Np = Jumlah lilitan primer

Ns = Jumlah lilitan sekunder

Vp = Tegangan Input (primer)

Vs = Tegangan Output (sekunder)

Ip = Arus primer (Input)

Is = Arus Output (sekunder)

Jenis-jenis transformator

1.Step-Up

DC.Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitansekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsisebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui padapembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkangenerator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.

Simbol transformator step-up

2.Step-Down

Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripadalilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptorAC-DC.

Simbol transformator step-down

3.Autotransformator

 Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secaralistrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitanprimer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunderselalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yangsama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipisdibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformatoradalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendahdaripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapatmemberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitansekunder.Simbol autotransformatorSelain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaiktegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).

4. Autotransformator  variabel

Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasayang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandinganlilitan primer-sekunder yang berubah-ubah

 

Simbol autotransformator variabel

5.Transformator isolasi

Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah samadengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengantegangan primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunderdibuat sedikit lebih banyak untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang.Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikanoleh kopling kapasitor.

6.Transformator pulsa

Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untukmemberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis inimenggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arusprimer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. KarenaGGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahanfluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.

7.Transformator tiga fasa

 Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yangdihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanyadihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secaradelta (Δ).

8.Trafo penyesuai frekuensi

9.Trafo penyaring frekuensi

10.Trafo penyesuai impedansi

Kerugian dalam transformator

1. kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.
2. 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.
3. 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)
4. 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.
5. 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.
6. 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%.

 

Pemeriksaan Transformator

Untuk mengetahui sebuah trafo masih bagus atau sudah rusak adalahdengan menggunakan AVO meter. Caranya posisikan AVO meter pada posisiOhm meter, lalu cek lilitan primernya harus terhubung. Demikian juga lilitansekundernya juga harus terhubung. Sedangkan antara lilitan primer danskunder tidak boleh terhubung, jika terhubung maka trafo tersebut konslet(kecuali untuk jenis trafo tertentu yang memang didesain khusus untukpemakaian tertentu). Begitu juga antara inti trafo dan lilitan primer/skundertidak boleh terhubung, jika terhubung maka trafo tersebut akan mengalamikebocoran arus jika digunakan. Secara fisik trafo yang bagus adalah trafoyang memiliki inti trafo yang rata dan rapat serta jika digunakan tidakbergetar, sehingga efisiensi dayanya bagus. Dalam penggunaannyaperhatikan baik2 tegangan kerja trafo, tiap tep-nya biasanya ditulistegangan kerjanya misalnya pada primernya 0V – 110V – 220V, untuktegangan 220 volt gunakan tep 0V dan 220V, sedangkan untuk tegangan110 volt gunakan 0V dan 110V, jangan sampai salah atau trafo kita bakal hangus! Dan pada skundernya misalnya 0V – 3V – 6V – 12V dsb, gunakan 0Vdan tegangan yang diperlukan. Ada juga jenis trafo yang menggunakan CT(Center Tep) yang artinya adalah titik tengah. Contoh misalnya 12V – CT –12V, artinya jika kita gunakan tep CT dan 12V maka besarnya teganganadalah 12 volt, tapi jika kita gunakan 12V dan 12V besarnya teganganadalah 24 volt.

Komponen-Komponen Transformator / Trafo

1.Inti Besi

Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, magnetik yangditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat darilempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangipanas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh arus pusar atau aruseddy (eddy current).

2. Kumparan Transformator

Kumparan transformator adalah beberapa lilitan kawat berisolasi yangmembentuk suatu kumparan atau gulungan. Kumparan tersebut terdiridari kumparan primer dan kumparan sekunder yang diisolasi baikterhadap inti besi maupun terhadap antar kumparan dengan isolasi padatseperti karton, pertinak dan lain-lain. Kumparan tersebut sebagai alattransformasi tegangan dan arus.

Transformator Ideal

Pada transformator ideal, tidak ada energi yang diubah menjadi bentukenergi lain di dalam transformator sehingga daya listrik pada kumparanskunder sama dengan daya listrik pada kumparan primer. Atau dapatdikatakan efisiensi pada transformator ideal adalah 100 persen. untuktransformator ideal berlaku persamaan sebagai berikut :

Transmisi Listrik Jarak Jauh

Pusat pembangkit listrik biasanya terletak jauh dari pemukiman ataupelanggan. Sehingga listrik yang dihasilkan pusat pembangkit listrik perluditransmisikan dengan jarak yang cukup jauh. Transmisi energi listrik jarak jauh dilakukan dengan menggunakan tegangan tinggi, dengan alasansebagai berikut:

•Bila tegangan dibuat tinggi maka arus listriknya menjadi kecil.

•Dengan arus listrik yang kecil maka energi yang hilang pada kawattransmisi (energi disipasi) juga kecil.

•Juga dengan arus kecil cukup digunakan kawat berpenampang relatif lebih kecil, sehingga lebih ekonomis.Energi listrik atau daya listrik yang hilang pada kawat transmisi jarak jauhdapat dihitung dengan persamaan energi dan daya listrik sebagai berikut:

 
Pusat pembangkit listrik biasanya terletak jauh dari pemukiman ataupelanggan. Sehingga listrik yang dihasilkan pusat pembangkit listrik perluditransmisikan dengan jarak yang cukup jauh. Transmisi energi listrik jarak jauh dilakukan dengan menggunakan tegangan tinggi, dengan alasansebagai berikut:

•Bila tegangan dibuat tinggi maka arus listriknya menjadi kecil.

•Dengan arus listrik yang kecil maka energi yang hilang pada kawattransmisi (energi disipasi) juga kecil
•Juga dengan arus kecil cukup digunakan kawat berpenampang relatif lebih kecil, sehingga lebih ekonomis.Energi listrik atau daya listrik yang hilang pada kawat transmisi jarak jauhdapat dihitung dengan persamaan energi dan daya.

Contoh Soal

1.Sebuah trafo memiliki perbandingan lilitan 10 : 2 dihubungkan ke sumberlistrik 100V untuk menyalakan sebuah lampu 25 W. Hitunglah teganganlistrik yang diserap oleh lampu dan kuat arus yang masuk kedalam trafo 

Jawab :

Np : Ns = Vp : Vs

10 : 2 = 100 : Vs

Vs = 20 V

Pp = Ps

Vp . Ip = Ps

100 . Ip = 25

Ip = 0,25 A

 

2.Sebuah trafo memiliki perbandingan lilitan kumparan 10:1 dihubung-kanke listrik 100 V untuk menyalakan sebuah lampu 7,5 W. Jika efisiensitrafo 75 %, berapakah arus listrik pada kumparan primer?

Diket: Np : Ns = 10:1

Vp = 100 V

Ps = 7,5W

η= 75%

Dit Ip = … 

Jawab:η = (Ps/Pp)X100 %

75 % = 7,5/Pp X 100%

0,75 = 7,5/Pp

Pp = 7,7/0,75 = 10W

Pp = Vp . Ip

10 = 100 . Ip

Ip = 0,1 A

PERENCANAAN PENGGULUNGAN TRANSFORMATOR

 

Bahan–bahan yang diperlukan untuk menggulung suatu transformatorantara lain :

a. Kern

Kern atau teras besi lunak yang terbentuk dari kumparan besi lunak yangmengandung silicon yang berbentuk seperti

:

huruf E dan I

b. Koker

Koker atau rumah atau tempat mengulung kumparan primer dan sekunder

c. Kawat email

Kawat email yang terbuat dari tembaga yang dilapiskan bahan isolasi yangtahan panas.

Penentuan Gulungan atau volt

Pada system penggulungan trafo, biasa terjadi penyimpangan kerugian.Seperti kerugian kawat email dan kerugian panas tidak diperhitungkan.Kerugian seperti ini sekitar 20% sampai 30% dari tembaga gulunganPrimer.Apabila kita ingin merencanakan gulungan sekunder 100 watt, maka tenagaprimer harus lebih 20% sampai 25% dari tenaga sekunder. Yang harus selaludiingat bahwa setiap kali tegangan gulungan sekunder diberi bebantegangannya akan turun.Keterangan :I2 = arus yang mengalir ke bebanE1 = tegangan gulungan primer dari PLNE2 = tegangan gulungan sekunderDi negara kita tegangan listrik berfrekuensi sekitar 50 sampai 60circle/second. Oleh sebab itu untuk menghitung gulungan pervolt kita dapatmemakai rumus :Circle per second x 1 gulunganKeliling besi kern untuk kokerUntuk menghindarkan panasnya transformator tenaga kita dapat memakaistandar 56 circle/second sebagai dasar perhitungan. Jadi rumus perhitungan jumlah gulungan per volt :56 x 1 gulunganKeliling besi kern untuk koker

GULUNG PER VOLT

 Yang dimaksud dengan gulungan per volt yaitu sejumlah gulungan kawatyang disesuaikan untuk tegangan sebesar 1 Volt.

Untuk menetapkan besar jumlah gulung per volt dipakai ketentuan

:Rumus :gpv = f / O

DimanaGpv = jumlah gulung per volt

f = frekuensi listrik (50 Hz)

O = luas irisan teras diukur dengan cm2.

Contoh 1 :

Sebuah tempat gulung kawat transformator mempunyai ukuran lebar 2,5 cmdan tinggi 2 cm. Besar jumlah gulungan per volt

?

 Jawab :

gpv = f / O

f = 50 HzO = 2,5 x 2 = 5 Cm2gpv = 50 / 5= 10 gulung / volt

(setiap 10 lilitan kawat berlaku untuk tegangan sebesar 1 volt)

Contoh 2 :

Dibutuhkan sebuah transformator dengan tegangan 220 V untuk gulungprimer dan tegangan 6 V digulungan sekundernya, lebar tempat gulungankawat 2,5 cm dan tinggi 2 cm. Berapa jumlah gulungan atau banyaknyalilitan untuk kawatprimer dan sekunder.

 Jawab:

O = 2,5 x 2 = 5 cm2gpv = 50 / 5 = 10 Jadi untuk gulung primer dibutuhkan sejumlah 220 x 10 = 2200 lilitan. Untukgulungan sekunder dibutuhkan 6 x 10 = 60 lilitan. Mengingat selalu adanyatenaga hilang di tansformator jumlah lilitan digulungan sekunderditambahkan 10% = 60 +6 = 66 lilitan.Dengan jumlah lilitan tersebut diatas, maka bila gulung primer dihubungkankepada tegangan listrik jala–jala sebesar 220 V, gulungan sekundernyamenghasilkan tegangan sebesar 6 volt.

GARIS TENGAH KAWAT

Garis tengah atau tebal kawat tembaga menentukan kemampuan kawatdilalui arus listrik. Bila listrik yang mengalir di dalam kawat melebihikemapuan dari kawat, maka akan mengakibatkan kawat menjadi panas dan jika arus yang melaluinya jauh lebih besar dari kemampuan kawat, kawatakan terbakar dan putus.

Contoh 3

Suatu alat memakai tenaga listrik 400 Watt dipasang pada tegangan 20 V.Berapa garis tengah kawat yang dibutuhkan untuk menghubungkan alattersebut ke sumber aliran?

W= 400 watt

E=20 volt

I= W/E= 400/20= 20 A

Agar mampu dilewati arus sebesar 20 A dipakai kawat dengan ukuran garistengah 1 mm. Transformator jala-jala umumnya mempunyai gulungan yangbercabang guna menyesuaikan tegangan.

Contoh perencanaan mengulung trafo

Perencanakan sebuah transformator jala-jala dengan data-data sebagaiberikut : Teras besi yang dipergunakan mempunyai lebar 2,5 cm dan tinggi 2 cm.Dikehendaki gulungan primer untuk dipasang pada tegangan 110 V atau 220V dan gulungan sekunder yang menghasilkan tegangan 6 V dan 9 V yang menghasilkan arus 500 MA. Tentukan berapa jumlah gulung primer dan gulung sekunder besertacabang-cabangnya. Berapa ukuran tebal kawat yang dibutuhkan.Pemecahannya:0 = 2,5 x 2 = 5 Cm²

gpv = 50/5 = 10 

Jumlah gulungan primer untuk 110 V : 110 X 10 = 1100 lilitan Jumlah gulung primer untuk 220 V : 220 X 10 = 2200 lilitan. Jumlah gulungan sekunder untuk 6 V : 6 X 10 = 60 lilitan + 10% = 66 lilitan. Jumlah gulungan sekunder untuk 9 V : 9 X 10 = 90 lilitan + 10% = 99 lilitan.Cara menggulung kawatnya untuk tegangan 110 V dan 220 V tidak digulungsendiri-sendiri, tetapi cukup mencabang sebagai berikut:Digulung dulu sebanyak 1100 lilitan untuk 110 V, kemudian ujung dari akhirgulungan disalurkan keluar sebagai cabang untuk kemudian digulung lagi sebanyak 1100 lilitan lagi untuk tegangan 2200 v..Demikian halnya pada gulungan sekunder: kawat digulung dulu sebesar 66lilitan untuk tegangan 6 V kemudian di cabang, untuk kemudian ditambahgulungan lagi sebesar 33 lilitan buat tegangan 9 V.Selanjutnya untuk menentukan tebal atau diameter kawat digulung primerdan digulung sekunder dilakukan sebagai berikut:

Tebal kawat sekunder:

Karena gulung sekunder telah ditentukan mempunyai besar arus 500 mA,diperlukan kawat yang mempunyai diameter 0,5 mm (dilihat di daftar tebalkawat) 

Tebal kawat primer :

Untuk menentukan tebal kawat untuk kawat gulungan primer harusdiketahui besar arus primer .

Besar arus primer: II = WL/EI

Dimana :II = besar arus primer.

WL = tenaga digulung primer.

EI = tegangan primer. 

Karena besar tegangan primer juga belum diketahui, maka dapat ditentukandengan memakai rumus :

W1 = 1,25 x W2 (rendemen dianggap 80%)

W1 = besar tegang digulung primer

W2 = besar tegangan digulung sekunder.

Besar tegangan sekunder W2 = E2 X 12.

W2 = tegangan sekunder.

E2 = tegangan sekunder.

Besar arus dan tegangan sekunder telah diketahui yaitu: 9 V, 0,5 A. (500mA)

Besar tegangan sekunder : W2 = 0 X 0,5 = 4,5 Watt

Besar tegangan primer : W1 = 1,25 X W2= 1,25 X 4,5= 5,625 Watt dibutuhkan 5,6 Watt

Besar arus primer : I1 = W1/E1I1 = 5,6/220= 0,025 A = 25 mA.

Menurut daftar tebal kawat primer untuk untuk 25 mA berukuran: 0,15 mm.

Dari keterangan di atas transformator yang direncanakan mempunyaiukuran-ukuran seperti dibawah ini: Jumlah gulung primer untuk 110 V : 1100 lilitan, diberi cabang kemudiandigulung lagi sebanyak 1100 lilitan, untuk 220 V.Gulung sekunder untuk 6 V : 66 lilitan, diberi cabang dan ditambah 33 lilitanuntuk 9 V. Tebal kawat 0,15 mm. Tebal kawat sekunder 0,5 mm.Cara menggulung kawat trafo dilakukan dengan melilitkan kawat secaramerata syaf demi syaf. Antara syaf satu dengan yang lainnya diberi isolasikertas tipis. Pembuatan cabang dari lilitan dilakukan dengan membengkokkan kawat diluar lilitan, untuk kemudian dilanjutkanmanggulung lagi kawat sampai selesai.Guna melakukan itu semua, pada lobang tempat gulungan dimasukkansepotong kayu ukuran yang sesuai yang pada kedua belah ujung intinyadimasukkan as dari logam yang berhubungan dengan alat pemutar.Apakah bagian primer atau sekunder yang digulung terlebih dulu tidakmenjadi soal karena keduanya akan memberikan hasil yang sama.

LKS

1.      Menjelaskan apa itu transformator

2.  Menyebutkan jenis-jenis transformator

3.  Menjelaskan cara kerja Tranformator

4.  Menjelaskan transformator yang bagaimana yang ideal

5.     Menghitung soal transformator dengan rumus – rumus yang ada