Transformator

Transformator
Transformator (sering disingkat menjadi trafo) adalah alat yang digunakan untuk mengubah arus bolak-balik tegangan rendah menjadi arus bolak-balik tegangan tinggi, atau sebalikya. Alat ini mempunyai inti (teras besi) yang tak berujung pangkal terdiri dari beberapa lapisan tipis yang disekat antara satu dengan lainnya.
Di dalam inti besi terdapat dua kumparan yang dihubungkan dengan sumber arus. Sumber arus yang kemudian diubah tegangannya disebut kumparan primer (s1 ) sementara kumparan dimana sumber arus dilepaskan, disebut kumparan sekunder (s2).
Bila kita ingin mengubah arus bolak-balik dari tegangan tinggi menjadi tegangan rendah, arus primer harus diubah agar melalui kumparan s1 sementara di dalam kumparan S2, arus yang dikehendaki harus dilepaskan. Transformator yang digunakan untuk melepaskan arus yang di kehendaki ini disebut transformator penurun tegangan (step down). Jumlah lilitan primer pada transformator jenis ini lebih banyak dari pada lilitan sekundernya. Sementara transformator yang digunakan untuk menaikkan tegangan disebut penaik tegangan (step up). Jumlah lilitan primernya jauh lebih sedikit dari pada lilitan sekundernya.
Di sebabkan besar dan arah arus primer senantiasa berubah, di dalam kumparan sekunder akan terjadi GGL induksi yang berlangsung secara terus menerus. Arus bolak-balik tegangan rendah yang hendak diubah menjadi tegangan tinggi harus  dihubungkun dengan kumparan yang lilitannya sedikit. Oleh karena itu dalam kumparan sekunder yang jumlah lilitannya banyak di induksikan arus bolak-balik tegangan tinggi. Gaya gerak listrik kedua arus itu berbanding lurus dengan jumlah lilitan S1 dan S2. Dengan demikian, perbandingan antara tegangan primer v1 dan bunder v2 sama dengan perbandingan antara jumlah lilitan primer n1 dan sekunder n2 menurut persamaan matematika, rumus di atas di tulis menjadi:

    V1 : V2 = n1 : n2

Perlu diperhatikan, transformator tidak dapat digunakan untuk mengubah tegangan arus searah, melainkan hanya untuk mengubah tegangan arus bolak-balik. Dengan perkataan lain, transformator tidak dapat dipakai untuk memperbesar daya listrik. Oleh karena itu, bila tegangannya di naikkan, arus akan berkurang dan bila tegangannya di turunkan, kuat arusnya akan bertambah besar. Menurut Hukum kekekalan energi;

Jumlah energi yang masuk ke dalam transformator harus sama dengan jumlah energi yang dilepaskan oleh transformator.

Bila energi yang masuk setiap satuan waktu adalah V1   I1 watt, dan yang keluar adalah V2 x I2, rumus persamaannya:
        I1 : I2  =  V1 : V2 =  n1 : n2

Dengan demikian, kuat arus primer dan sekunder berbanding terbalik dengan jumlah lilitan di dalam kawat kumparan.
Contoh:
1.    Sebuah transformator penurun tegangan (step down) mempunyai tegangan primer 2.200 volt dan sekunder 220 volt. Bila kumparan primer mempunyai 1.000 lilitan, hitunglah jumlah lilitan kumparan sekunder!
    Jawab:
    V1    =    2.200 volt
    V2    =    220 volt
    n1    =    1.000 lilitan
   
    V1    :    V2    =    n1        :    n2
    2.200    :    220    =    1.000    :    n2
   
                

2.    Sebuah transformator mempunyai keluaran 30 kilowatt. Bila masukan mempunyai tegangan 2.000 volt, hitunglah berapa kuat arus yang melalui kumparan primer!
         Jawab:
    P1    =    30 kilowatt   =  30.000 watt
    P    =    I . V
   
   
   
   
a.     Penggunaan Transformator
Transformator dapat digunakan untuk mengalirkan tenaga listrik sekalipun menempuh jarak yang sangat jauh. Transmisi energi listrik ini dapat terjadi dengan menggunakan tegangan tinggi.


















Bila tegangan listriknya tinggi, kuat arus harus kecil agar dayanya tetap. Energi listrik yang hilang sebagai kalor karena proses pengangkutannya menempuh jarak yang sangat jauh berbanding lurus dengan kuadrat kuat arusnya, yaitu I2 x R x r. Oleh karena itu, akan lebih menguntungkan bila energi listrik ditransmisikan dengan kuat arus yang sangat kecil. Sebaliknya, bila energi listrik ditransmisikan dengan kuat arus yang sangat besar, kabelnya pun harus besar. Kabel yang ternyata diimbangi oleh harga yang mahal dan beban yang sangat berat.
Sementara itu, dinamo arus bolak-balik di pusat energi listrik mampu menghasilkan tegangan antara 3.000 sampai 5.000 volt. Dengan menggunakan transformator penaik tegangan (step up), tegangan listrik dapat dimaksimalkan hingga 150.000 volt. Tegangan yang besar ini dialirkan melalui kabel-kabel tegangan tinggi ke kota-kota. Sebelum tegangan tinggi sampai di kota, diturunkan lebih dulu dengan menggunakan transformator penurun tegangan hingga 20.000 volt. Dari transformator ini, arus kemudian dialirkan melalui kabel ke gardu-gardu kecil yang menurunkan tegangan menjadi 110-220 volt. Kemudian dari gardu inilah arus listrik dialirkan ke rumah-rumah atau pabrik.
Selain itu, transformator juga dapat menghasilkan kuat arus yang sangat besar bila kumparan sekundernya cukup tebal, sedangkan jumlah lingkarannya sedikit. Dengan cara demikian, panas yang terjadi di dalam aliran sekunder sering digunakan untuk tembaga (berbagai logam) atau mengelas besi dengan las listrik.
Transformator yang biasa digunakan mempunyai banyak jenis dan ukuran. Transformator besar banyak terdapat di pabrik-pabrik pembangkit tenaga listrik (gardu induk). Berat jenis transformator ini lebih dari 400 ton. Cara pengoparasiannya menggunakan listrik dengan tegangan yang mencapai ratusan ribu volt. Transformator kecil umumnya dipakai di rumah-rumah. Berat jenis transformator ini hanya beberapa kilogram. Cara pengoperasiannya menggunakan listrik dengan tegangan antara 110-220 volt. Selain kedua jenis transformator di atas, ada transformator lain yang lebih kecil yang umumnya dipakai untuk radio, tape recorder, televisi, dan komputer.
b.     Efisiensi Transformator
Pada pengukuran yang lebih teliti, didapatkan bahwa tegangan sekunder sebuah transformator lebih kecil daripada yang semestinya. Berkurangnya tegangan ini disebabkan oleh teras besi di dalam transformator yang secara terus-menerus dimagnetkan oleh energi elektromagnetik yang berubah menjadi panas. Selain itu, hambatan kumparan primer juga menimbulkan kerugian energi dalam bentuk panas. Dengan menggunakan transformator, kita dapat memperoleh tegangan yang sangat tinggi. Batas-batas tegangan tinggi yang dapat dicapai ditentukan oleh kekuatan isolasi dari kumparan sekunder.
Untuk memperkuat isolasi kumparan satu sama lain, juga intinya, bisanya seluruh transformator dicelupkan ke dalam minyak. Cara ini dilakukan untuk menghasilkan efisiensi transformator, yaitu agar efisiensi transformator selalu lebih kecil dari 100%. Di dalam transformator, selalu timbul kalor, sehingga energi listrik yang masuk selalu lebih besar daripada yang keluar. Akibatnya, sebagian energi listrik itu berubah menjadi kalor. Timbulnya kalor ini sebetulnya dapat dihindari, sekalipun efisiensinya yang modern sangat tinggi, yaitu lebih besar dari 99%. Dengan demikian, efisiensi transformator modern ini hampir sama dengan transformator yang ideal efisiensinya adalah 100%. Sekalipun energi yang hilang menjadi kalor (panas) hanya sebagian kecil, tetapijika kehilangan energi itu diabaikan daya input-nya, boleh jadi akan sama dengan daya output-nya.