1.
Latar
Belakang
Kisi listrik yang
terdiri dari sebuah jaringan kabel dan trafo yang menghubungkan generator
pembangkit daya sentral ke pemakai listrik induk. Didalam trafo memakai
tegangan arus bolak-balik (AC) karena tegangan
arus bolak-balik (AC) memiliki manfaat yang universal, yaitu tegangan ini mudah
untuk dinaik turunkan dengan menggunakan transformator.
Tegangan keluaran dari
pembangkit tenaga listrik dinaikkan untuk keperluan transmisi. Tegangan yang
diturunkan pada substansi biasanya untuk keperluan distribusi rumah dengan
menggunakan transformator sedangkan jika digunakan dengan arus searah (DC) akan
mengalami peningkatan. Meskipun pengubahan tegangan arus searah lebih sulit dan
mahal, namun memiliki sejumlah kelebihan dibandingkan AC, seperti arus
bolak-balik (AC) menimbulkan medan magnet bolak-balik yang menginduksi
kawat-kawat disekitarnya dan mengurangi daya yang ditransmisi, hal ini tidak
terjadi pada DC. Mungkin untuk mentransmisi DC pada tegangan rata-rata yang
lebih tinggi dari AC karena untuk DC, nilai rms nya sama dengan nilai
puncaknya, dan juga kebocoran isolator atau udara ditentukan oleh tegangan
puncaknya.
Di dalam kehidupan
sehari-hari kita telah mengenal dan mengetahui tentang transformator atau biasa
yang disebut trafo. Transformator
atau trafo adalah alat yang dirancang untuk menaikkan atau menurunkan tegangan
bolak-balik (AC). Trafo biasanya
digunakan pada televisi, kulkas, radio dan lain-lain.
Dalam praktikum ini kami melakukan percobaan
tentang transformator atau trafo dengan menggunakan tegangan arus bolak-balik
(AC), dan mengapa tidak menggunakan tegangan arus searah (DC) akan kami bahas
disini.
2.
Tujuan Praktikum
Adapun tujuan dari praktikum ini adalah sebagai berikut.
1.
Mahasiswa
memahami konsep, jenis, dan manfaat transformator
2.
Mahasiswa
memahami prinsip kerja transformator
3.
Tinjauan Pustaka
Transformator atau trafo adalah alat yang dirancang untuk menaikkan atau
menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Trafo terdiri atas dua kumparan kawat
berpenyekat, yang disebut kumparan primer dan kumparan sekunder, dililitkan
mengelilingi teras besi atau inti besi yang sama. Dimana kumparan primer adalah
kumparan yang dihubungkan dengan sumber tegangan, sedangkan kumparan sekunder
adalah kumparan yang dihubungkan dengan hambatan. Ketika tegangan bolak-balik
diterapkan pada kumparan primer, tegangan bolak-balik diimbaskan kedalam
kumparan sekunder. Alasannya adalah arus bolak-balik mengalir melalui kumparan
primer dan membentuk medan magnet bolak-balik dalam inti besi. Medan magnet
bolak-balik ini mengimbas tegangan bolak-balik dalam kumparan sekunder tepat
ketika magnet yang berotasi dalam dinamo mengimbas tegangan dalam kumparan
dinamo (Jim Breithaupt, 2009).
Gambar
transformator
Bagian-bagian transformator
Transformator dirancang dengan sedemikian rupa
agar seluruh fluks magnet yang dihasilkan arus pada kumparan primer dapat masuk
ke kumparan sekunder, dan di asumsikan bahwa energi yang hilang karena hambatan
kumparan dan histeresi pada besi dapat diabaikan pendekatan yang baik untuk
transformator sebenarnya, yang sering kali memiliki efisiensi lebih dari 99% (Giancoli, 2001).
Jika tegangan AC diberikan pada kumparan primer,
perubahan medan magnet yang dihasilkannya akan menginduksi tegangan AC
berfrekuensi sama pada kumparan sekunder. Namun, tegangan yang timbul akan
berbeda sesuai dengan jumlah lilitan pada setiap kumparan. Dari hukum Faraday,
tegangan atau ggl terinduksi pada kumparan sekunder adalah : Vs = Ns
Dimana Ns adalah jumlah lilitan pada kumparan
sekunder, dan
adalah laju perubahan fluks magnet. Tegangan
masukkan pada kumparan primer, Vp juga berhubungan dengan laju
perubahan fluks magnet,
Vp = Np
, dimana Np
adalah jumlah lilitan pada kumparan primer. Bagi kedua persamaan ini, dengan
asumsi bahwa fluks yang hilang sangat kecil atau tidak ada, untuk memperoleh :
=
, persamaan
transformator ini menunjukkan bahwa tegangan sekunder (keluaran) berhubungan
dengan tegangan primer (masukkan) (Giancoli, 2001).
Walaupun tegangan AC dapat dinaikkan atau
diturunkan dengan menggunakan transformator, kita tidak bisa memperoleh sesuatu
secara cuma-cuma. Kekekalan energi mengatakan bahwa daya keluaran tidak bisa
lebih besar dari daya masukan. Transformator yang dirancang dengan baik dapat
memiliki efisiensi lebih dari 99%, sehingga sedikit sekali energi yang hilang
menjadi panas. Daya masukan pada dasarnya sama dengan daya keluaran. Karena
daya P = VI, maka didapat persamaan : VpIp = VsIs’ atau
(Giancoli, 2001).
a.
Macam-macam transformator
·
Berdasarkan
gulungan yang ada maka transformator di golongkan menjadi 2 macam, yaitu :
1. Transformator definitif disingkat dengan nama
trafo kumparan (gulungan kawat) yaitu gulungan primer.
2. Auto transformator disingkat dengan nama autotrafo
yang hanya mempunyai satu gulungan (Gabriel,
J.F, 2001).
·
Berdasarkan
energi listrik yang dipindahkan maka transformator dibagi menjadi 2 macam,
yaitu :
1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan
bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan
kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).
2.
Transformator step down yaitu
transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah,
transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak
daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).
Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang
dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:
1.
Sebanding dengan banyaknya lilitan
sekunder (Vs ~ Ns).
2.
Sebanding dengan besarnya tegangan
primer ( VS ~ VP).
3.
Berbanding terbalik dengan banyaknya
lilitan primer.
b. Efisiensi transformator
Pada transformator yang tidak ideal, daya pada
kumparan primer sama dengan daya pada kumparan sekunder, Pp = Ps.
Transformator yang tidak ideal, Sebagian
daya berubah menjadi daya pada kumparan sekunder lebih kecil dari daya kumparan
primer, Pp > Ps. Perbandingan Pp dengan Ps
dinamakan efisiensi transformator.
Efisiensi
transformator dapat diketahui dengan rumus
ᶯ (Johanes Surya, 2010).
ᶯ (Johanes Surya, 2010).
c.
Kegunaan transformator
Transformator sangat penting digunakan dalam
kehidupan kita, hampir semua alat yang menggunakan listrik memakai
transformator. Transformator digunakan untuk mentransmisikan listrik dari pusat
pembangkit listrik ke rumah-rumah penduduk. Transformator juga banyak digunakan
pada peralatan mobil. Misalnya agar busi dapat berpijar dibutuhkan suatu
transformator step up untuk menaikkan tegangan dari 12 volt hingga ribuan volt.
Tegangan ini juga mampu memijarkan campuran (bensin) udara dalam silinder mesin
(Johanes Surya, 2010).
d.
Kerugian dalam transformator
Perhitungan diatas hanya berlaku apabila kopling
primer-sekunder sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktek terjadi
beberapa kerugian yaitu:
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 (https://www.google.com jurnal+praktikum transformator).
4. Alat dan Fungsinya
Alat dan fungsinya yang digunakan dalam
praktikum ini adalah sebagai berikut.
1.
Multimeter berfungsi untuk mengukur arus /
tegangan.
2.
Kumparan 1000
lilitan berfungsi untuk mengalirkan kuat arus dan tegangan secara bolak-balik.
3.
Kumparan 500
lilitan berfungsi untuk mengalirkan kuat arus dan tegangan secara bolak-balik.
4.
Kumparan 250
lilitan berfungsi untuk mengalirkan kuat arus dan tegangan secara bolak-balik.
5.
Resistor berfungsi untuk menahan arus listrik
dengan memproduksi tegangan listrik di antara kedua kutubnya.
6.
Catu daya berfungsi untuk memberi energi listrik sementara ketika terjadi
kegagalan daya pada listrik utama.
7.
Papan
rangkaian berfungsi untuk merangkai jembatan penghubung
dan menghubungkan alat listrik lainnya.
8.
Kabel penghubung merah dan
hitam berfungsi Untuk menghantarkan arus listrik.
9.
Jembatan
penghubung berfungsi untuk menghubungkan aliran arus
listrik dengan cara mencolokkan kedua kaki jembatan penghubung pada papan
rangkaian.
10.
Inti besi berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.
5. Prosedur Praktikum
Prosedur yang akan dilakukan dalam praktikum transformator adalah :
1.
Persiapkan
semua peralatan yang dibutuhkan (konsultasikan dengan dosen pengasuh atau asisten).
2.
Susun
rangkaian.
3.
Berikan
tegangan masukan pada kumparan primer 3 volt AC.
4.
Ukur beda
potensial pada ujung-ujung resistor dengan multimeter.
5.
Ukur kuat
arus yang mengalir pada kumparan primer dan kumparan sekunder.
6.
Ulangi
langkah-langkah diatas untuk tegangan masukan 6, 9, dan 12 volt AC.
7.
Tukar posisi
kumparan primer dan kumparan sekundernya, kemudian lakukan langkah-langkah
seperti diatas.
6. Hasil dan Pembahasan
6.1 Hasil
Tabel hasil perhitungan
secara praktikum :
·
Kumparan
dengan 500 lilitan dan 1000 lilitan
|
VP (Volt)
|
NP
|
NS
|
VS
|
IP
|
IS
|
|
|
3
|
500
|
1000
|
2,4
|
2,8
|
4,6
|
131,4
|
|
6
|
5
|
5,6
|
8,8
|
130,9
|
||
|
9
|
7,6
|
8,2
|
15
|
154,4
|
||
|
12
|
11
|
11
|
20
|
100
|
||
|
|
=516,7
|
|||||
=
=
= 129,175
·
Kumparan
dengan 1000 lilitan dan 500 lilitan
|
VP (Volt)
|
NP
|
NS
|
VS
|
IP
|
IS
|
|
|
3
|
1000
|
500
|
0,8
|
2,8
|
10
|
9,5
|
|
6
|
1,8
|
4,6
|
2,2
|
14,3
|
||
|
9
|
3
|
8,2
|
3,6
|
14,6
|
||
|
12
|
4,2
|
12
|
5
|
14,5
|
||
|
|
= 52,9
|
|||||
=
=
= 13,225
·
Kumparan
dengan 250 lilitan dan 1000 lilitan
|
VP (Volt)
|
NP
|
NS
|
VS
|
IP
|
IS
|
|
|
3
|
250
|
1000
|
4,6
|
2,8
|
8,8
|
481,9
|
|
6
|
8,8
|
4
|
19
|
696,6
|
||
|
9
|
9
|
8,2
|
29
|
353,6
|
||
|
12
|
15
|
12
|
37
|
385,4
|
||
|
|
=1917,5
|
|||||
=
=
= 479,375
·
Kumparan
dengan 1000 lilitan dan 250 lilitan
|
VP (Volt)
|
NP
|
NS
|
VS
|
IP
|
IS
|
|
|
3
|
1000
|
250
|
0,2
|
2,8
|
0,2
|
0,4
|
|
6
|
0,8
|
5,6
|
0,8
|
1,9
|
||
|
9
|
1,6
|
8,2
|
1,6
|
3,4
|
||
|
12
|
2,2
|
12
|
2,4
|
3,6
|
||
|
|
= 9,3
|
|||||
=
=
= 2,325
Tabel hasil perhitungan secara teori :
·
Kumparan
dengan 500 lilitan dan 1000 lilitan
|
VP (Volt)
|
NP
|
NS
|
VS
|
IP
|
IS
|
|
3
|
500
|
1000
|
6
|
2,8
|
1,4
|
|
6
|
12
|
5,6
|
2,8
|
||
|
9
|
18
|
8,2
|
4,1
|
||
|
12
|
24
|
11
|
5,5
|
§ Vp = 3 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 1,4 A
§
Vp = 6 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 2,8 A
§
Vp = 9 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 4,1 A
§
Vp = 12 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 5,5 A
·
Kumparan
dengan 1000 lilitan dan 500 lilitan
|
VP (Volt)
|
NP
|
NS
|
VS
|
IP
|
IS
|
|
3
|
1000
|
500
|
1,5
|
2,8
|
5,6
|
|
6
|
3
|
4,6
|
9,2
|
||
|
9
|
4,5
|
8,2
|
16,4
|
||
|
12
|
6
|
12
|
24
|
§ Vp = 3 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 5,6 A
§
Vp = 6 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 9,2 A
§
Vp = 9 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 16,4 A
§
Vp = 12 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 24 A
·
Kumparan
dengan 250 lilitan dan 1000 lilitan
|
VP (Volt)
|
NP
|
NS
|
VS
|
IP
|
IS
|
|
3
|
250
|
1000
|
12
|
2,8
|
0,7
|
|
6
|
24
|
4
|
1
|
||
|
9
|
36
|
8,2
|
2,05
|
||
|
12
|
48
|
12
|
3
|
§ Vp = 3 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 0,7 A
§
Vp = 6 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 1 A
§
Vp = 9 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 2,05 A
§
Vp = 12 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 3 A
·
Kumparan
dengan 1000 lilitan dan 250 lilitan
|
VP (Volt)
|
NP
|
NS
|
VS
|
IP
|
IS
|
|
3
|
1000
|
250
|
0,75
|
2,8
|
11,2
|
|
6
|
1,5
|
5,6
|
22,4
|
||
|
9
|
2,25
|
8,2
|
32,8
|
||
|
12
|
3
|
12
|
48
|
§ Vp = 3 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 11,2 A
§
Vp = 6 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 22,4 A
§
Vp = 9 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 32,8 A
§
Vp = 12 volt
v Vs =
Volt
v Is =
= 48 A
6.2 Pembahasan
Setelah dilakukan praktikum kita
dapat mengetahui dan memahami tentang transformator atau trafo. Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau
menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen
pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan
kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi
untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan. Transformator
memiliki banyak jenis yaitu:
1.
Transformator step-up adalah
transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan
primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa
ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.
2.
Transformator step-down memiliki
lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi
sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui,
terutama dalam adaptor AC-DC.
3.
Auto transformator yaitu transformator yang hanya terdiri dari satu lilitan yang
berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini,
sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Autotransformator tidak dapat
digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya
tidak lebih dari 1,5 kali).
4.
Auto transformator variabel sebenarnya
adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah,
memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah.
5.
Transformator isolasi memiliki
lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan
sekunder sama dengan tegangan primer.
6.
Transformator pulsa adalah
transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa.
Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga
setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah.
Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan
fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh,
yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.
7.
Transformator tiga fase sebenarnya
adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain.
Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder
dihubungkan secara delta (
).
Dari ke 7 jenis transformator
tersebut yang lebih sering di gunakan atau yang lebih sering kita dengar yaitu,
transformator Step Up dan transformator Step Down. Adapun manfaat dari
transformator atau trafo yaitu untuk mengubah tegang arus listrik yang digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau
penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik, misalnya radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka
diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt
menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang
memerlukan transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik
dan sebagainya.
Prinsip kerja dari transformator yaitu, kita ketahui bahwa didalam travo
atau transformator tersebut terdapat kumparan-kumparan, yang dililtkan pada
satu batang atau inti, dimana inti dari travo tersebut terbuat dari besi agar
bisa menghasilkan induksi medan magnet, dan akhirnya menyebabkan terjadinya GGL
induksi. GGL (Gaya Gerak Listrik) dan perpotongan ggl inilah yang diperlukan
untuk dapat menghasilkan arus listrik oleh karena itu kumparan primer trafo harus diberikan arus listrik AC
arus bolak-balik, jika diberikan arus dc maka kumparan primer tidak
menghasilkan GGL/ menjadi magnet diam.
Dalam praktikum ini pada percobaan pertama kumparan
500 dan 1000 lilitan terutama pada VS hasil yang didapat tidak sesuai atau tidak
akurat , mungkin karena adanya kesalahan dalam pembacaan multimeter dan juga
dipengaruhi oleh kabel-kabel yang tersenggol pada saat praktikum.
7. Kesimpulan
Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk
menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari
3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer), kumparan kedua (skunder) , dan inti besi. Jenis-jenis transformator ada 7, yaitu Transformator step-up, transformator
step-down, auto transformator, auto transformator variabel transformator isolasi, transformator pulsa, transformator tiga fase. Manfaat dari
transformator atau trafo yaitu untuk mengubah tegang arus listrik yang digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau
penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Prinsip kerja
dari transformator yaitu, didalam travo atau transformator
tersebut terdapat kumparan-kumparan, yang dililtkan pada satu batang atau inti,
dimana inti dari travo tersebut terbuat dari besi agar bisa menghasilkan
induksi medan magnet, dan akhirnya menyebabkan terjadinya GGL induksi.
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Transformator
Dosen Pengasuh : Jumingin, S. Si
 |
Disusun Oleh :
Asia Astuti
12222013
Jurusan Tadris Biologi
Fakultas Tarbiyah
Institut Agama Islam Negeri Raden
Fatah Palembang
2013
gaada daftar pustaka ya?
BalasHapus