Daftar Isi Artikel
Apakah Anda pernah mendengar tentang trafo listrik? Barang ini memiliki nama panjang transformator atau transformer. Dalam rangkaian listrik, transformator digunakan untuk menurunkan dan meningkatkan daya. Contoh yang mudah diterka soal penggunaan alat ini adalah penggunaan listrik dalam rumah.
Aliran listrik yang Anda gunakan sekarang umumnya hanya 220V. Angka daya ini tentu cocok demi kebutuhan menyalakan lampu dan peralatan rumah tanpa menyebabkan kerusakan. Tapi untuk mencapai tegangan stabill tersebut, transformator digunakan.
Listrik dari PLN tentu memiliki tegangan lebih tinggi. Tegangan tinggi ini akan mudah merusak berbagai alat elektronik dan berbahaya untuk penggunaan rumahan. Jadi, untuk mengamankan tegangan, alat khusus transformator diistall pada outlet – outlet di rumah.
Apa Sebenarnya Trafo Itu?
Alat transformator merupakan rangkaian listrik yang mampu merubah tegangan AC ke taraf ukuran tertentu. Alat ini bisa mengurangi tegangan dan juga menaikannya tergantung tipe transformator yang digunakan.
Transformator ini bekerja dengan menggunakan prinsip induksi electromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan AC (arus bolak – balik). Alat ini memegang peran penting dalam distribusi listrik dan penggunaanya dalam alat eletronik.
Beberapa alat membutuhkan tegangan listrik tinggi untuk berfungsi. Contoh saja pada kompor dan oven listrik. Alat tersebut harus mampu mengubah tegangan listrik menjadi lebih tinggi untuk menghasilkan panas yang cukup. Tanpa transformator, aliran listrik 220V di rumahan tidak akan menghasilkan panas cukup untuk memasak.
Karena penting fungsinya, bahasan tentang rangkaian listrik dengan transformator menjadi topic yang hot. Banyak kelas fisika dan teknik electro yang mewajibkan siswa belajar soal ini. Jika mengerti tentang rumusan dan penggunaanya, Anda bisa mengaplikasikannya untuk berbagai hal saat berurusan dengan rangkaian listrik.
Prinsip Kerja Transformator
Bagi Anda yang belum pernah melihat Trafo, alat ini berupa besi yang pada kedua sisi berlawanan dililit kawat kumparan. Tergantung dari tujuan penggunaan, alat ini memiliki banyak ukuran dan bentuk. Besi yang digunakan pada transformator disebut core, sedangkan dua liliatn kawat diberi nama primer dan sekunder.
Kedua liliatn kawat tersebut terisolasi satu sama lain. Saat aktif digunakan, keduanya akan mengalirkan tegangan AC yang membentuk medan magnet. Medan ini juga diberi nama fluks magenetik. Pemebentukan fluks ini nantinya terpengaruh oleh jumlah lilitan dan juga tegangan yang diberikan.
Saat digunakan, lilitan primer akan dialiri listrik dan menghasilkan fluks. Kekuatan medan magnet ini akan menginduksi gaya gerak listrik pada lilitan sekunder.
Pengaruh efek induksi electromagnet ini akan membuat kekuatan listrik yang mengalir dari lilitan primer ke sekunder berubah. Tergantung bentuk rangkaian, perubahan bisa menghasilkan taraf tegangan yang lebih tinggi ataupun taraf tegangan yang lebih rendah.
Core besi yang digunakan pada alat ini biasanya berupa lempengan. Lemepengan ini dirapatkan menjadi satu block sebelum dililit oleh primer dan sekunder.
Alasan bentuk tersebut adalah untuk memudahkan jalanya flux magnet. Energi magnet yang terbentuk oleh kumparan akan lebih mudah melewati lapisan – lapisan besi daripada block satu yang tebal.
Alasan lain mengapa core ini dibuat berlapis adalah pengurangan suhu. Jika tegangan AC besar, kumparan yang dililitkan tersebut bisa menjadi sangat panas.
Pada block besi tebal, panas akan sulit dikeluarkan walaupun aliran listrik dimatikan. Tapi jika plat – plat besi tipis, pelepasan panas bisa bekerja lebih cepat. Plat yang tipis juga membatasi pemuaian ukuran besi agar tidak terlalu ekstrim.
Perlu diingat juga, bentuk besi core ini tidak harus kotak dengan lubang di tengah-nya. Anda bisa temukan berbagai jenis core yang berbeda pada alat transformator.
Alasan perbedaan ini tentu fungsi dari transformator itu sendiri. Seperti yang Anda tahu, alat pengubah tegangan AC ini ada banyak jenis. Mulai dari menguatkan tegangan sampai melemahkannya. Jadi tidak aneh, jika spesifikasi akan berbeda tergantung kebutuhan.
Berbagai Jenis Transformator Beserta Fungsinya
Bagi Anda yang ingin tahu jenis – jenis transformator yang umumnya digunakan, mari bahas bersama tentang hal itu di sini:
Transformator Step Up
Trafo yang satu ini berfungsi untuk menaikan tegangan listrik dari kumparan primer ke skunder. Saat menggunakan tipe yang satu ini, tegangan AC akan naik tapi daya listrik dan frekuensi yang diukur akan sama.
Jenis transformator ini adalah bentuk yang paling umum ditemukan di banyak alat elektornik dan rangkaian listrik. Tentu posisinya yang populer diikuti juga dengan transformator step down. Kedua tipe transformator saling terintegrasi dan sudah tidak aneh lagi ditemukan bersama.
Seperti pada namanya, Step up ini membuat tegangan listrik naik dari besaran tertentu ke angka tegangan yang dibutuhkan. Pengaturan seberapa besar kenaikan ini, tergantung dari setingan pembuat transformator.
Pembuatan transformator bisa dibilang cukup sederhana. Banyak orang bahkan membuat rangkaian transformator ini sendiri dengan meliliatkan core dengan kawat kumparan. Tapi ingat, bahwa hal ini memiliki banyak resiko. Jika ingin bereksperimen dengan alat ini, lebih baik gunakan transformator yang bisa Anda beli di toko – toko.
Transformator Step Down
Transformator tipe ini merupakan pasangan dari transformator step up. Jika step up menaikan tegangan, maka tipe stap down ini menurunkan tegangan. Frekuensi dan daya listrik tetap sama setelah melewati alat ini. Tapi AC yang dilihat akan lebih rendah tergantung dari spesifikasi alat transformator yang digunakan.
Jenis transformator ini populer ditemukan dirumah – rumah. PLN biasanya menggunakna alat ini pada outlet listrik utama rumah yang menerima aliran dari tiang listrik jalan. Jika tidak menggunakan alat ini, tegangan listrik yang diterima langsung dari kabel di jalan, bisa menyebabkan banyak kerusakan.
Pada proses distribusi listrik, PLN menggunakan transformator steip up untuk membuat tegangan bisa menyebar mudah melalaui kabel tiang listrik. Tanpa transformator step up, tegangan tidak akan cukup menggerakan listrik ke banyak rumah sekaligus.
Sedangkan penggunaan transformator step down, digunakan di rumah untuk mengembalikan tegangan ini ke besaran yang bisa digunakan. Tanpa perubahan tegangan, kabel – kabel kecil yang ada di rumah bisa terbakar dan lampu rumah bahkan bisa pecah karena lonjakan tegangan yang bisa tiba – tiba terjadi.
Auto-Transformator
Setelah membahas jenis transformator yang populer, sekarang waktunya focus pada tipe – tipe yang jarang terlihat. Auto-transformator adalah yang pertama untuk dibahas di sini. Walaupun sama – sama transformator, alat ini hanya memiliki satu lilitan yang bekerja sebagai primer dan sekunder.
Penggunaan alat ini lebih focus sebagai regulator tengangan pada rangkaian listrik. Karena hal ini, Anda akan lebih sering menemukan auto transformator pada alat elektronik rumahan yang berukuran kecil. Dibandingkan step up dan step down, alat ini dinilai lebih efisien.
Karena hanya membutuhkan satu kumparan, Anda bisa membuatnya dengan ukuran kecil. Ukuran kecil ini cocok untuk berbagai alat elektronik mini.
Banyak industri elektronik berusaha menggantikan peran transformator lain jika memungkinkan dengan versi ini. Alasannya tentu karena biaya. Efisiensi antar ukuran dan pembuatan yang lebih simple, membuat transformator lebih menguntungkan dari segi produksi.
Walaupun memiliki banyak kelebihan, transformator tidak baik sebagai jembatan tegangan tinggi ke tegangan rendah yang terlalu ekstrim.
Karena terbuat dengan satu kumparan, jika ada kerusakan sedikit saja pada kumparan, control tegangan akan rusak. Jika menggunakan transformator dari tegangan tinggi ke sirkuit yang butuh tegangan rendah, kerusakan bisa terjadi. Tegangan tinggi akan mengalir tanpa control ke circuit dan bisa menyebabkan kecelakaan.
Variable Auto-Transformator
Tipe transformator ini merupakan variasi dari auto-transformator. Seperti yang sudah dibahas sebelumnya, jenis auto-transformator merupakan alat yang baik sebagai regulator. Jika dibuat memiliki variable ukuran tertentu, auto-transformator bisa menyesuaikan perubahan tegangan tergantung kebutuhan.
Walaupun jarang ditemukan di rumah – rumah, alat ini lebih umum digunakan di lingkungan studi. Lab elektronik biasanya menggunakan variable auto-transformator untuk kebutuhan pengaturan dan research. Alat dalam lab ini umumnya berupa Variac.
Variable auto-transformator memiliki kontak – kontak terpisah di dalamnya. Hal ini dihubungan dengan brush yang mampi mengotrol tegangan sesuai kebutuhan. Tiap brush akan menghubungan jaringan kumparan dan mengantarkan listrik. Brush inilah yang natinya digerakan untuk mengatur kontak point aliran tegangan.
Isolation Transformator
Jenis trafo yang satu ini memastikan kumparan yang digunakan pada core memiliki jumlah sama dan memastikan jumlah tegangan yang dialirkan antar kedua kumparan selalu berukuran sama. Alat ini digunakan untuk memastikan tidak ada loncatan tegangan yang tiba – tiba.
Tegangan AC yang naik turun, tentu akan mudah merusak alat. Transformator ini memastikan alat yang mendapat tenaga terpisah dari sumber listrik secara langsung. Bentuk dari isolation transformator, ini cukup unik karena menggunakan pembatas DC tapi mengizinkan AC yang stabil untuk melewatinya.
Aplikasi alat ini lebih sering ditemukan component komputer, peralatan medis dan juga alat lab. Walaupun memiliki banyak manfaat, transformator ini lebih jarang terlihat di tempat umum karena fungsinya tidak terlalu besar di rumahan ataupun tempat kerja biasa.
Pulse Transformator
Alat pulse transformator adalah modifikasi dari konsep transformator biasa. Alat ini mampu menghasilkan gelombang dan getaran yang konsisten. Penggunaan transformator tipe ini bukan lagi untuk mengantarkan dan mengubah tegangan yang besar, melainkan yang berukuran kecil.
Penggunaanya lebih banyak ditemukan pada perangkat chip dan elektronik. Pulse yang dihasilkan oleh alat ini juga digunakan untuk komunikasi antar perangkat sirkuit. Alat lain biasanya juga digunakan untuk menerima pulse tersebut dan menerjemahkannya sebagai digital information.
Menggali Lebih Dalam Soal Trans Step Up dan Step Down
Walaupun trafo step up dan step down sudah dibahas di atas, bahasan tentang kedua hal ini harus Anda gali lebih dalam. Materi tentang kedua transformator ini sudah menjadi patokan unuk digunakan sebagai alat studi.
Untuk memastikan bahasan tentang kedua transformator ini lebih jelas. Pastikan ketahui terminology berikut ini:
- Np = Jumlah lilitan pada primer
- Ns = Jumlah lilitan pada sekunder
- Vp = tegangan masuk primer
- Vs = tegangan yang keluar sekunder
- Ip = kuat arus pada primer
- Is = kuat arus pada sekunder
Terminologi ini penting diingat saat Anda menghitung perbedaan tegangan yang masuk ataupun keluar dari transformator ini. Banyak bahasan rumus tentang ini di sekolah – sekolah yang penting dipelajari. Jika ingin belajar dan bisa menjawab pertanyaan hitungan, lebih baik kenali dulu terminologi-nya.
Melihat Ciri – Ciri Masing – Masing Transformator
Karena bentuk dari kedua transformator mirip, banyak orang sekilas tidak tahu bagaimana cara membedakannya. Memang secara fungsi dan juga penggunaan, keduanya berbeda. Tapi jika tidak belajar lebih soal ciri – cirinya, Anda bisa bingung membedakannya.
Untuk trafo step up, kapasitas lilitan kumparan primer selalu lebih kecil dibandingkan jumlah liliatn pada sekunder (Np < Ns). Pada alat ini, tegangan yang datang dari arah primer selalu lebih rendah dibandingkan output yang keluar dari sekunder (Vp < Vs). Point terakhir, kuat arus yang ada di primer akan selalu lebih tinggi dibandingkan kuat arus yang ada di liliatan sekunder (Ip > Is).
Sedangkan ciri untuk transformator step down, alat ini memiliki bentuk kebalikan dari transformator step up. Hal ini bisa dilihat dari jumlah lilitannya.
Pada step down, liliatan primer selalu lebih besar jumlahnya dibandingkan lilitan sekunder (Np > Ns). Untuk tegangan yang datang dari primer, besarannya juga lebih besar dibandingkan yang keluar dari sekunder(Vp > Vs). Kuat arus yang ada pada primer transformator ini juga lebih kecil dibandingkan kuat arus pada sekunder (Ip < Is).
Cara Mengitung Jumlah Lilitan Pada Transformator Step Up dan Step Down
Setelah Anda mengetahui bagaimana ciri – ciri dan terminology dari transformator ini, sekarang waktunya membahas hal yang lebih pratical. Dalam bahasan elektrika, pertanyaan tentang menghitung kumparan pada transformator sering muncul.
Berapa jumlah kumparan yang diperlukan jika ingin menghasilkan besaran tegangan tertentu? Perubahan tegangan transformator tentu dipengaruhi jumlah lilitan kumparan yang digunakan. Jika tidak bisa menghitung secara tepat, Anda tentu tidak bisa mengidentifikasi bagaimana transformator digunakan.
Untuk keperluan ini, Anda bisa gunakan rumus:
Np / Ns = Vp / Vs atau Ns = Np x (Vs / Vp)
Jika sudah membahas terminology jumlah kumparan dan tegangan pada transformator, Anda tentu mengerti tentang rumus di atas. Selama mengikuti rumusan tersebut, Anda bisa mencari bagian – bagian-nya dengan mengetahui data tertentu.
Pastikan ada 3 unsur rumus yang diketahui untuk mencari jawaban. Contoh saja jika Anda ingin mencari Np, Anda harus tahu unsur Ns, Vp dan Vs. Jika tidak diketahui, 3 unsur rumus-nya, Anda tidak akan bisa menghitung menggunakan rumus tersebut.
Selain menggunakan rumus di atas, Anda bisa gunakan patokan kira – kira untuk transformator. Jika menggunakna transformator step up ataupun step down, perbedaan memiliki rasio yang sama berdasarkan jumlah kumparannya.
Jadi contoh saja Anda memiliki transformator step up dengan satu kumparan di primer dan sepuluh kumparan di sekunder. Pebedaan 1 banding 10 ini menunjukan bahwa besaran tegangan yang dihasilkan akan 10 kali lipat lebih tinggi pada tegangan sekunder dibandingkan tegangan primer.
Tapi sebaliknya juga berlaku. Jika Anda membentuk transformator setp down, dengan 10 banding 1 untuk jumlah kumparan primer dan sekunder, hasilnya adalah 1/10 tegangan yang keluar pada kumparan sekunder. Perbandingan ini hanya bisa menjadi patokan jika bahan kumparan dan ukuran masing – masing premier dan sekunder sama.
Contoh Soal Untuk Transformator
Untuk memastikan Anda bisa menggunakan rumus yang sudah dijelaskan di atas, mari bahas beberapa contoh soal pada bagian berikut ini:
Contoh Soal 1
Bayangkan jika Anda memiliki tranformator step up yang mampu mengubah tegangan dari 110V menjadi tegangan 220V. Pada alat ini terdapat 50 lilitan pada bagian primer. Menggunakan informasi ini, berapakah kumparan yang ada di bagian sekunder pada alat ini?
Jawab:
Dari kasus yang diberikan di atas, Anda mengetahui hal – hal berikut ini:
Vp sebesar 110V (tegangan input)
Vs sebesar 220V (tegangan output)
Np sebanyak 50 lilitan (lilitan kumparan pada primer)
Ditanyakan Ns = ? (lilitan kumparna pada sekunder)
Pada transformator step up Anda sudah tahu bahwa jumlah lilitan pada kumparan sekunder akan selalu lebih banyak dibandingkan kumparan primer-nya. Dari info ini, Anda bisa hitung dengan langkah berikut ini:
Ns = Np x (Vs / Vp)
Ns = 50 x (220 / 110)
Ns = 50 x 2
Ns = 100
Jadi, jawaban pertanyaan jumlah lilitan kumparan sekunder pada trafo tersebut adalah 100 lilitan.
Contoh Soal 2
Bili sedang membuat transformator step down sendiri. Pada rancangannya, ia ingin alat ini mengubah tegangan dari 220V menjadi 20V. Dalam blueprint yang ia buat, Bili ingin kumparan primer memiliki lilitan sebanyak 550. Untuk menghasilkan alat yang sesuai dengan kebutuhan ini, berapakah lilitan yang harus Bili buat pada bagian sekunder di transformator ini?
Jawab:
Dari kasus diatas, diektahui informasi sebagai berikut:
Vp sebesar 220V (tegangan input)
Vp sebesar 24V (tegangan output)
Np sebanyak 550 lilitan (lilitan pada kumparan primer)
Ns = ? (lilitan pada kumparan sekunder)
Pada trafo step down, jumlah lilitan pada kumparan sekunder akan lebih sedikit dibandingkan jumlah lilitan kumparan primer. Dari sini, bisa dihitung:
Ns = Np x (Vs / Vp)
Ns = 550 x (20 / 220)
Ns = 550 x (1 / 11)
Ns = 55
Jadi, jawabannya Bili hanya perlu membuat 55 lilitan pada bagian lilitan sekunder pada transformator tersebut.
Contoh Soal 3
Sandi ingin membuat transformator step up. Saat membuat alat ini, ia membuat jumlah 50 lilitan pada bagian kumparan primer dan 300 pada lilitan di kumparan sekunder. Jika Sandi melakukan test dan memberikan tegangan input sebesar 20V, berapakah tegangan yang keluar sebagai output-nya?
Jawab:
Dari kasus di atas, diektahui beberapa informasi sebagai berikut:
Np sebanyak 50 lilitan (lilitan pada kumparan primer)
Ns sebanyak 550 lilitan (lilitan pada kumparan sekunder)
Vp sebesar 20V (tegangan input)
Vs = ? (tegangan output)
Pada trafo step up, tegangan yang dihasilkan pada output akan selalu lebih besar dibanding input. Dari parameter ini, Anda bisa menjawab dengan melakukan hal berikut:
Ns = Np x (Vs / Vp)
550 = 50 x (Vs / 20)
550 / 50 = Vs / 20
11 = Vs / 20
Vs = 20 x 11
Vs = 220
Jadi jawabannya, Sandi akan menemukan besaran 220V pada bagian output pada alat transformator step up yang ia buat.
Contoh Soal 4
Pada kesempatan lain, Sandi ingin membuat trafo step down. Pada kesempatan ini ia membuat jumlah lilitan pada bagian primer sebanyak 200. Sedangkan untuk kumparan pada sekunder ia membuat 20 lilitan. Jika Sandi melakukan test dan memasukan input sebesar 220V berapakah jumlah output yang dihasilkan transformator ini?
Jawab:
Dari penjelasan di atas, Anda tahu informasi berikut ini:
Np sebanyak 200 lilitan (lilitan pada kumparan primer)
Ns sebanyak 20 lilitan (lilitan pada kumparan sekunder)
Vp sebesar 220V (tegangan input)
Vs = ? (tegangan output)
Pada trafo step down, tegangan yang dihasilkan pada output akan selalu lebih kecil dibanding input. Dari parameter ini, Anda bisa menjawab dengan melakukan hal berikut:
Ns = Np x (Vs / Vp)
20 = 200 x (Vs / 220)
20 / 200 = Vs / 220
1 / 100 = Vs / 220
Vs = (1 / 100) x 220
Vs = 2,2V
Jadi jawabannya adalah 2,2V untuk besaran output transformator step down yang dibuat oleh Sandi.
Contoh Soal 5
Radu ingin membuat transformator step up dengan menggunakan dua kumparan yang sudah ia buat. Kumparan ini ini berupa lilitan dengan jumlah 800 dan juga 40. Jika Radu ingin membuat alat transformator step up yang mampu menghasilkan output sebesar 220V, berapa besaran tegangan yang harus digunakan oleh Radu?
Jawab:
Pada soal di atas, tidak dijelaskan mana lilitan sekunder dan mana lilitan yang primer. Tapi beradasarkan keterangan transformator step up, Anda tahu jumlah lilitan pada bagian primer akan selalu lebih sedikit dibandingkan sekunder. Dari informasi ini maka bisa ditentukan informasi sebagai berikut:
Np sebanyak 40 lilitan (lilitan pada kumparan primer)
Ns sebanyak 800 lilitan (lilitan pada kumparan sekunder)
Vs sebesar 220V (tegangan output)
Vp = ? (tegangan input)
Menggunakan data tersebut, maka Anda bisa olah datanya dalam rumus sebagai berikut:
Ns = Np x (Vs / Vp)
800 = 20 x (220 / Vp)
800 / 20 = 220 / Vp
40 = 220 / Vp
Vp = 40 / 220
Vs = 0,18V
Jadi jawabannya adalah 0,18V untuk besaran input yang harus digunakan oleh Radu pada transformator step up buatanya.
Contoh Soal 6
Sasa memiliki transformator step down buatan sendiri yang memiliki lilitan primer sebanyak 50 dan lilitan sekunder sebanyak 10. Jika Sasa membongkar alat ini dan membuatnya sebagai trafo untuk step up tanpa mengubah jumlah lilitan yang digunakan tapi hanya menukarnya. Berapa output yang didapat jika Sasa memasukan 50V sebagai input?
Jawab:
Pada soal di atas, tidak dijelaskan mana lilitan sekunder dan mana lilitan yang primer. Tapi dari penjelasan di atas, Anda tahu Sasa menukar kumparan primer dan sekunder tanpa mengubah jumlah lilitan yang digunakna. Dari sini, maka diketahui data sebagai berikut:
Np sebanyak 10 lilitan (lilitan pada kumparan primer)
Ns sebanyak 50 lilitan (lilitan pada kumparan sekunder)
Vp sebesar 50V (tegangan input)
Vs = ? (tegangan output)
Menggunakan data tersebut, maka Anda menghitungnya dalam rumus seperti di bawah ini:
Ns = Np x (Vs / Vp)
50 = 10 x (Vs / 50)
50 / 10 = Vs / 50
5 = Vs / 50
VS = 5 x 50
Vs = 250V
Jadi jawabannya adalah 250V untuk besaran output yang akan dihasilakn oleh transformator buatan Sasa.
Bagaimana menurut Anda soal bahasan seputar trafo di atas? Apakah Anda menjadi lebih mengerti tentang konsep alat perbuah tegangan ini? Mudah – mudahan bahasan ini dapat membantu membuka wawasan Anda menjadi lebih luas. Terima kasih sudah membaca dan semoga info ini berguna bagi Anda.
