Prinsip Kerja dan Efisiensi Transformator

1.1. Prinsip Kerja Transformator

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).

Gambar 2. skema transformator

Pada skema transformator di atas, 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.

Dalam bentuk yang sederhana, transformator terdiri dari dua buah kumparan induksi yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu path yang mempunyai relaktansi yang rendah. Kedua kumparan tersebut mempunyai mutual induction yang tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan dengan kumparan yang lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik ) induksi ( sesuai dengan induksi elektromagnet) dari hukum faraday, Bila arus bolak balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl) .

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban Z_L , I₂ mengalir pada kumparan sekunder, di mana I₂ = V₂ / Z_L dengan θ₂ = faktor kerja beban. Arus beban I₂ ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N₂ I₂ yang cenderung menentang fluks (φ) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan I_M. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, maka pada kumparan primer harus dialiri arus I’₂, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I₂ hingga keseluruhan arus yang mengalir pada primer menjadi

I₁ = I₀ + I’₂

Bila rugi besi diabaikan (I_C diabaikan) maka I₀ = I_M Dimana I_c = arus tanpa beban dan I_M = magnetisasi

I₁ = I_M + I’₂

Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan I_M saja, berlaku hubungan:

N₁ I_M = N₁ I₁ – N₂ I₂

N₁ I_M = N₁ (I_M + I’₂) – N₂ I₂

N₁ I’₂ = N₂ I₂

Karena nilai I_M dianggap kecil maka I’₂ = I₁ Jadi,N₁ I₁ = N₂ I₂ atau I₁ / I₂ = N₂ /N₁

Gambar 3. prinsip kerja transformator 1 fasa

Transformator gambar-3 memiliki konstruksi sebuah inti dari tumpukan pelat tipis bahan ferro magnetis yang satu sisi dipasang belitan primer N1, dan satu sisi lainnya dipasangkan belitan sekunder N2. Belitan primer N1 dihubungkan ke sumber listrik AC dengan tegangan primer U1 dan arus primer I1. Pada inti trafo timbul garis gaya magnet yang diinduksikan ke belitan sekunder N2. Pada belitan sekunder N2 timbul tegangan sekunder U2 dan arus sekunder I2. Pada trafo ideal berlaku daya primer sama dengan daya sekunder. Energi listrik sekunder disalurkan ke beban listrik. Besarnya tegangan induksi berlaku persamaan sbb :

Uo = 4,44 B. A_fe. f. N

Uo       Tegangan induksi                    f           Frekuensi

B          Fluk magnet                            N         Jumlah belitan

A_fe        Luas inti

1.1.Transformator Ideal

Pada transformator ideal, tidak ada energi yang diubah menjadi bentuk energi lain di dalam transformator sehingga daya listrik pada kumparan skunder sama dengan daya listrik pada kumparan primer. Atau dapat dikatakan efisiensi pada transformator ideal adalah 100 persen. untuk transformator ideal berlaku persamaan sebagai berikut :

1.1.Efisiensi Transformator

Efisiensi transformator didefinisikan sebagai perbandingan antara daya listrik keluaran dengan daya listrik yang masuk pada transformator. Pada transformator ideal efisiensinya 100 %, tetapi pada kenyataannya efisiensi tranformator selalu kurang dari 100 %.hal ini karena sebagian energi terbuang menjadi panas atau energi bunyi.

Efisiensi transformator dapat dihitung dengan:

Efisiensi trafo dinyatakan dalam angka prosentase, pada faktor kerja cosφ=0,2 efisiensi trafo mencapai sekitar 65%. Pada beban dengan faktor kerja cosφ=1,0, efisiensi trafo bisa mencapai 90%, gambar 4.

Gambar 4. grafik efisiensi transformator

Baca artikel sebelumnya tentang Teori dasar dan jenis-jenis transformator.

Tweet

Subscribe to receive free email updates: