Transformator dan Aplikasinya dalam Kehidupan Sehari-hari

Transformator atau trafo terdiri dari pasangan kumparan primer dan sekunder yang terpisah dan dililitkan pada inti besi lunak seperti ditunjukkan pada gambar di atas. Kumparan primer berfungsi sebagai input dan kumparan sekunder berfungsi sebagai output. Prinsip dasar cara kerja transformator adalah hukum induksi Faraday. Kumparan primer dihubungkan ke suatu sumber arus bolak-balik yang besar arus listriknya senantiasa berubah terhadap waktu. Arus pada kumparan primer ini bekerja seolah-oleh mengalirkan atau memutuskan arus searah secara berulang-ulang sehingga terjadi perubahan garis-garis gaya magnet yang memotong kumparan sekunder. Akibatnya, timbul GGL induksi dalam kumparan sekunder yang berfungsi sebagai output dengan mengalirkan arus listrik induksi. Dengan menentukan jumlah lilitan yang sesuai untuk tiap kumparan, dapat dihasilkan GGL kumparan sekunder yang berbeda dengan GGL pada kumparan primer. Hubungan antara tegangan dengan jumlah lilitan kumparan pada sebuah transformator dapat ditulis secara matematis sebagai berikut.

Transformator berdasarkan taraf tegangan dibedakan menjadi 2 yaitu, transformator step up dan transformator step down. transformator step up adalah transformator yang digunakan untuk menaikkan taraf tegangan listrik, sedangkan transformator step down adalah transformator yang digunakan untuk menurunkan taraf tegangan listrik. Transformator step up biasanya digunakan pada daerah pembangkit untuk menaikkan tegangan sebelum ditransmisikan ke jaringan listrik, tujuannya adalah untuk meminimalisir kerugian daya yang terjadi ketika daya ditransmisikan ke jaringan listrik. Transformator step down sering kita jumpai pada distribusi energi listrik dari tegangan tinggi menjadi tegangan menengah atau tegangan rendah milik PLN seperti yang kita lihat pada tiang-tiang listrik di pinggir jalan.

Contoh Soal
Sebuah tarfo step-up kumparan primernya terdiri atas 50 lilitan dan kumparan sekundernya 100 lilitan. Jika tegangan primernya 110 V, berapakah tegangan pada kumparan sekundernya?

Penyelesaian
Diketahui:
Np = 50 lilitan
Ns= 100 lilitan
Vp = 110 V
Ditanyakan: Vs = ?
Jawab:

Apakah jumlah energi yang masuk sama dengan jumlah energi yang keluar? Menurut hukum kekekalan energi, apabila transformator itu adalah transformator ideal maka jumlah energi yang masuk ke dalam sebuah transformator sama dengan jumlah energi yang keluar dari transformator itu. Akibatnya, daya listrik yang ada pada kumparan primer (Pp) adalah sama dengan daya listrik yang ada pada kumparan sekunder (Ps). Dengan demikian, secara matematis dapat ditulis:

Pp = Ps

Karena Pp = Vp Ip dan Ps = Vs Is, maka:

Vp Ip = Vs Is

Keterangan:
Pp = daya pada kumaparan primer (watt)
Ps = daya pada kumparan sekunder (watt)

Contoh Soal
Sebuah trafo step-down dihubungakan dengan sumber tegangan 220 V. Trafo ini digunakan untuk menyalakan lampu bertegangan 10 V. Jika kuat arus listrik yang melalui lampu 4 A, berapakah kuat arus listrik yang melalui kumparan primer?

Penyelesaian:
Diketahui:
Vp = 220 V
Vs = 10 V
Is = 4 A
Ditanyakan: Ip =….. ?
Jawab:

Inti transformator terbuat dari pelat-pelat besi. Ketika suatu tegangan bolak-balik dihubungkan pada transformator maka akan dihasilkan garis-garis gaya magnet yang selalu berubah. Hal ini dapat menyebabkan timbulnya arus pusat pada inti tarnsformator. Inti transformator terbuat dari besi yang bersifat sebagai penghantar yang memiliki hambatan listrik sehingga timbul kehilangan energi dalam bentuk kalor. Selain itu, kumparan primer dan sekunder yang terbuat dari kawat tembaga dan bersifat sebagai penghantar dengan nilai hambatan listrik tertentu juga menimbulkan kehilangan energi dalam bentuk kalor. Dalam transformator selalu timbul kalor sehingga energi listrik yang keluar dari transformator selalu lebih kecil daripada energi listrik yang masuk ke transformator. Sebagian energi listrik itu berubah menjadi kalor. Keadaan ini merupakan sesuatu yang tidak dapat dihindarkan. Efisiensi transformator didefinisikan sebagai perbandingan antara daya listrik yang keluar dari transformator dengan daya listrik yang masuk ke transformator.

Contoh Soal
Sebuah tarnsformator memiliki tegangan primer 220 V dan tegangan sekunder 110 V. Apabila kuat arus yang mengalir melalui tegangan primer sebesar 0,2 A, ternyata kuat arus yang mengalir pada kumparan sekunder menjadi 0,3 A. Berapakah efisiensi transformator itu?
Jawaban:
Diketahui:
Vp = 220 V
Vs = 110 V
Ip = 0,2 A
Is = 0,3 A
Ditanyakan: efisiensi = ….. ?
Jawab:

Jadi, efisiensi transformator adalah 75%.