Transformator - Materi 7 - Fisika Listrik dan Magnet

TRANSFORMATOR

Transformator/ Transformer / Trafo adalah suatu peralatan listrik yang termasuk dalam klasifikasi mesin listrik statis dan berfungsi untuk menyalurkan tenaga / daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya, dengan frekuensi sama.

Definisi

Dasar dari teori transformator

“Apabila ada arus listrik bolak-balik yang mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnet dan apabila magnet tersebut dikelilingi oleh suatu belitan maka pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi beda tegangan mengelilingi magnet, sehingga akan timbul gaya gerak listrik (GGL)”.

•  Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif. 

• Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah.

• Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi (self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi) 

Dasar dari teori transformator

tN

Dimana :  = gaya gerak listrik (Volt) N  = jumlah lilitan (turn) = perubahan flux magnett = perubahan waktu

Perlu diingat bahwa hanya tegangan listrik arus bolak-balik yang dapat ditransformasikan oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika, transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan arus bolak-balik antara rangkaian. 

Keadaan Transformator Tanpa Beban

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoidal, akan mengalirkan arus primer I0 yang juga sinusoidal dan dengan menganggap belitan N1 reaktif murni. I0 akan tertinggal 900 dari V1. Arus primer I0 menimbulkan fluks (Ф) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoidal. 

Gambar 2.1  Transformator Dalam Keadaan Tanpa Beban dan Ekivalensinya 

Tegangan Sinusoidal

Ф = Ф Maxsin ωt (weber)

Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi e1 (Hukum Faraday):

tN

11

t

tN

)sin( max11

tN cosmax11

)90sin(max11 tN

Tertinggal 900 dari Ф 

Dimana :1 = gaya gerak listrik  (Volt)N1 =  jumlah belitan di sisi primer  (turn)ω   =  kecepatan sudut putar  (rad/sec)Ф   =  fluks magnetik  (weber)

Gambar 1 tertinggal 900 dari Ф 

)90sin(max11 tN

Gambar. Gambar Gelombang 1 tertinggal 900 dari Ф

Harga Efektif

Untuk N2 juga sama, tetapi beda lilitan saja, sehingga :

Dimana :1 =   ggl induksi di sisi primer  (Volt) 2 =  ggl induksi di sisi sekunder  (Volt) N1=  jumlah belitan sisi primer  (turn) N2  =  jumlah belitan sisi sekunder  (turn)a = faktor transformasi

Keadaan Transformator BerbebanApabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban Zl, I2 mengalir pada kumparan sekunder, dimana : 

lZ

VI

22

Gambar.  Transformator Dalam Keadaan Berbeban Gambar. Rangkaian Ekivalen Transformator Dalam Keadaan Berbeban

Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm)  N2I2  yang cenderung menentang fluks () bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan.  Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I2 yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2 hingga keseluruhan arus yang mengalir  pada kumparan primer menjadi : I1 = I0 +I2 (ampere)

Bila komponen arus rugi inti (IC) diabaikan, maka I0 = Im , sehingga :

I1 = Im +I2

Dimana:   I1 = arus pada sisi primer  (Ampere) I’2 =    arus yg menghasilkan ‘2I0 = arus penguat  (Ampere) Im = arus pemagnetan  (Ampere) Ic = arus rugi-rugi int i  (Ampere)

Gambar. Rangkaian Ekivalen Transformator Dalam Keadaan Berbeban

Gambar.  Transformator Dalam Keadaan Berbeban

lZ

VI

22

Contoh Trafo

Transformator Step Down

Transformator Step Up

Klasifikasi Transformator

1. Transformator daya  / Tenaga2. Transformator distribusi 3. Transformator pengukuran; yang terdiri dari 

transformator arus dan transformator  tegangan. 

Transformator Distribusi

• Transformator  distribusi  merupakan  alat  yang memegang  peran  penting  dalam  sistem  distribusi. Transformator  distribusi  mengubah  tegangan menengah menjadi tegangan rendah. 

• Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator step-down 20KV/400V.

• Tegangan fasa ke fasa sistem jaringan tegangan rendah adalah 380V. Karena terjadi drop tegangan, maka pada rak tegangan rendah dibuat di atas 380V agar tegangan pada ujung penerima tidak lebih kecil dari 380V.

Transformator Distribusi 2

FINISH

FLUKS MAGNETIK

• Fluks = medan magnet x luasan yg ditembus medan magnet)

• Fluks magnetik (sering disimbolkan Φm), adalah ukuran atau jumlah medan magnet B yang melewati luas penampang tertentu, misalnya kumparan kawat (hal ini sering pula disebut "kerapatan medan magnet"). 

• Satuan fluks magnetik dalam Satuan Internasionaladalah weber (Wb) (Weber merupakan satuan turunan dari volt-detik). Sedang satuan menggunakan sistem  CGS  adalah maxwell.

• Fluks magnet melalui loop kawat menunjukkan jumlah garis medan magnet yang melewati permukaan loop. Fluks magnet didefinisikan sebagai berikut:

Φ = B. A dimana “B” adalah kekuatan medan magnet dan “A” adalah luas permukaan loop.

Flux tergantung pada arah antara bidang  permukaan juga. Sebagai  contoh jika permukaan  loop sejajar dengan arah  lapangan : fluks bersih  adalah nol karena tidak ada garis-garis medan  yang memasuki permukaan loop. 

back

Φ = B. A 

Φ=0

Sinusoidal

BACK

2 kumparan

BACK

Istilah-istilah

Reluktansi (R)= Perlawanan terhadap fluks medan magnet melalui volume yang diberikan dari ruang atau bahan. Analoginya dengan reisitansi listrik

BACK