TRANSFORMATOR/TRAFO

TRANSFORMATOR

Pengertian:
Prinsip:
Vs = tegangan sekunder (volt) 
Np = jumlah lilitan primer 
Ns = jumlah lilitan sekunder 
Transformator sering juga disebut trafo memiliki konstruksi dan simbol seperti pada gambar 1 berikut ini.
N_P : jumlah lilitan primer
N_S : jumlah lilitan sekunder
V_P : tegangan primer
V_S : tegangan sekunder
Sebuah trafo terdiri dari kumparan dan inti besi. Biasanya terdapat 2 buah kumparan yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Kedua kumparan ini tidak berhubungan secara fisik tetapi dihubungkan oleh medan magnet. Untuk meningkatkan induksi magnetik antara 2 kumparan maka ditambahkan inti besi seperti pada gambar 1.
Inti besi pada trafo dibedanya menjadi 2 macam yaitu :
RUGI-RUGI BESI

1.  Hysterisis losses (rugi-rugi histerisis) Kerugian histerisis disebabkan oleh gesekan molekul yang melawan aliran gaya magnet di dalam inti besi. Gesekan molekul dalam inti besi ini menimbulkan panas. Panas yang timbul ini menunjukan kerugian energi, karena sebagian kecil energi listrik tidak dipindahkan , tetapi diubah bentuk menjadi energi panas. Panas yang tinggi juga dapat merusak trafo ,sehingga pada trafo – trafo transmisi daya listrik ukuran besar, harus didinginkan dengan media pendingin. Umumnya digunakan minyak khusus untuk mendinginkan trafo ini Sebuah trafo didesain untuk bekerja pada rentang frekuensi tertentu. Menurunnya frekuensi arus listrik dapat menyebabkan meningkatnya rugi-rugi histerisis dan menurunkan kapasitas (VA) trafo.
2.  Kerugian karena Eddy current (eddy current losses)Kerugian karena Eddy current disebabkan oleh aliran sirkulasi arus yang menginduksi logam. Ini disebabkan oleh aliran fluk magnetik disekitar inti besi. Karena inti besi trafo terbuat dari konduktor (umumnya besi lunak), maka arus Eddy yang menginduksi inti besi akan semakin besar. Eddy current dapat menyebabkan kerugian daya pada sebuah trafo karena pada saat terjadi induksi arus listrik pada inti besi, maka sejumlah energi listrik akan diubah menjadi panas. Ini merupakan kerugian.Untuk mengurangi arus Eddy, maka inti besi trafo dibuat berlapis-lapis, tujuannya untuk memecah induksi arus Eddy yang terbentuk di dalam inti besi. Perbedaan induksi arus Eddy di dalam inti besi tunggal dengan inti besi berlapis dapatdilihatberlapis
3. Rugi-rugi tembaga (copper losses) Rugi – rugi yang ketiga adalah rugi-rugi tembaga (copper losses). Rugi-rugi tembag terjadi di kedua kumparan. Kumparan primer atau sekunder dibuat dari gulungan kawat tembaga yang dilapisi oleh isolator tipis yang disebut enamel. Umumnya kumparan dibuat dari gulungan kawat yang cukup panjang. Gulungan kawat yang panjang ini akan meningkatkan hambatan dalam kumparan. Pada saat trafo dialiri arus listrik maka hambatan kumparan ini akan mengubah sejumlah kecil arus listrik menjadi panas yaitu sebesar (i²R). Semakin besar harga R maka semakin besar pula energi panas yang timbul di dalam kumparan. Mutu kawat yang bagus dengan nilai hambatan jenis yang kecil dapat mengurangi rugi – rugi tembaga.Sebuah trafo yang ideal diasumsikan:

trafo bintang bintang

Pada jenis ini ujung ujung pada masing masing terminal dihubungkan secara bintang. Titik netral dijadikan menjadi satu. Hubungan dari tipe ini lebih ekonomis untuk arus nominal yang kecil,pada transformator tegangan tinggi

trafo segitiga segitiga

Pada jenis ini ujung fasa dihubungkan dengan ujung netral kumparan lain yang secara keseluruhan akan terbentuk hubungan delta/ segitiga. Hubungan ini umumnya digunakan pada sistem yang menyalurkan arus besar pada tegangan rendah dan yang paling utama saat keberlangsungan dari pelayanan harus dipelihara meskipun salah satu fasa mengalami kegagalan.


Transformator atau yang biasa kita kenal dengan trafo adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik arus bolak-balik(AC). Transformator juga digunakan untuk merubah dari voltase satu ke voltase lain. Transformator berperan dalam  menyalurkan tenaga atau daya listrik dari tegangan tinggi ketegangan yang rendah atau sebaliknya, namun dengan frekuensi yang sama. Fungsi ini juga dikenal pula sebagai istilah step up dan step down, yang dimana pada transformator step up ini memiliki lilitar sekunder yang lebih banyak dibandingkan dengan lilitan primer sehingga fungsinya sebagai penaik tegangan arus listrik, sedangkan pada transformator step down jumlah lilitannya berbalik dengan transformator step up, pada transformator step down ini lilitan yang terbanyak adalah lilitan primernya dibanding dengan lilitan sekunder

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).

Pada skema transformator di samping, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya

Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan

Vp = tegangan primer (volt) 

KONSTRUKSI

Konstruksi Transformator

Keterangan dari gambar 1 :

 1.   Inti besi tipe Shell (Shell Core Transformator)

2.    Inti besi tipe tertutup (Closed Core Transformator)

Kedua jenis inti besi ini dapat dilihat seperti pada gambar 2 berikut ini

Pada trafo dengan inti besi berbentuk shell, kumparan dikelilingi oleh inti besi. Fluks magnetik pada inti besi tipe shell akan terbelah dua (lihat gambar 2). Sementara kumparan primer dan kumparan sekunder digulung bersamaan. Untuk trafo yang memiliki inti besi tipe tertutup.  Tidak ada pembagian fluk magnetik. Kumparan primer dan kumparan sekunder terpisah dan dihubungkan dengan inti besi.

Inti besi trafo tidak dibuat berbentuk besi tunggal, tetapi dibuat dari pelat besi yang berlapis – lapis. Bentuk lapisan pelat besi pada inti trafo dapat dilihat seperti pada gambar 3 berikut ini.

Cara menghubungkan lapisan inti besi juga bermacam-macam. Beberapa cara yang umum digunakan dapat dilihat seperti pada gambar 4 berikut ini.

1.  Tidak terjadi rugi-rugi hysterisis

2. Tidak terjadi induksi arus Eddy

3. Hambatan dalam kumparan = 0, akibatnya tidak ada rugi-rugi tembaga

      Efisiensi transformator

     Sebuah trafo tidak membutuhkan bagian yang bergerak untuk memindahkan energi dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Ini berarti tidak ada kerugian karena gesekan atau hambatan udara seperti yang terdapat pada mesin – mesin listrik (contoh motor listrik dan generator). Namun di dalam trafo juga terdapat kerugian yang disebut rugi-rugi tembaga (copper losses) dan rugi-rugi besi (iron losses). Rugi-rugi tembaga terdapat pada kumparan primer dan kumparan sekunder, sedangkan rugi-rugi besi terdapat dalam inti besi. Rugi-rugi ini berupa panas yang dilepaskan akibat terjadinya Eddy current. Tetapi rugi-rugi ini sangat kecil. Efisiensi sebuah trafo dapat dihitung dengan membandingkan daya yang dikeluarkan di kumparan sekunder dengan daya yang diberikan pada kumparan primer.  Sebuah trafo ideal akan memiliki efisiensi sebesar 100 %. Artinya semua daya yang diberikan pada kumparan primer dipindahkan ke kumparan sekunder tanpa ada kerugian. Sebuah trafo yang real memiliki efisiensi di bawah 100% dan pada saat beban penuh (full load) efisiensi trafo berkisar pada harga 94 – 96%. Untuk trafo yang bekerja pada tegangan dan frekuensi yang konstan, efisiensi trafo dapat mencapai 98%. Efisiensi trafo dapat dinyatakan :

HUBUNGAN TRANSFORMATOR TIGA FASA

1.Trafo 3 fasa Hubung Bintang Bintang (Y-Y)

2. Trafo Hubung Segitiga-Segitiga (Δ - Δ)