Transformator atau yang biasa disebut trafo adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Trafo ini sendiri menaikkan tegangan dari sumber (pembangkit listrik PLN) lalu listrik tersebut ditransmisikan ke berbagai belahan pulau hingga kemudian diturunkan lagi (tegangannya) oleh trafo lain untuk dikirim ke rumah tangga atau perusahaan yang umumnya memerlukan tegangan AC 220 Volt.
Apa itu Transformator?
Transformator didefinisikan sebagai perangkat listrik pasif yang mentransfer energi listrik dari satu rangkaian ke rangkaian lain melalui proses induksi elektromagnetik. Alat ini sering digunakan untuk step-up (‘menaikkan’) atau step-down (‘turun’) level tegangan antar sirkuit AC. Prinsip kerja transformator sangat sederhana. Induksi timbal balik antara dua atau lebih belitan (juga dikenal sebagai kumparan) memungkinkan energi listrik ditransfer antar sirkuit.
Prinsip Kerja Transform
Bisa diibaratkan dengan sebuah lilitan (juga dikenal sebagai koil) yang disuplai oleh sumber listrik bolak-balik. Arus bolak-balik melalui lilitan menghasilkan fluks yang terus berubah dan bolak-balik yang mengelilingi lilitan.
Jika lilitan lain didekatkan ke lilitan ini, sebagian dari fluks bolak-balik ini akan terhubung dengan lilitan kedua. Karena fluks ini terus berubah dalam amplitudo dan arahnya, harus ada hubungan fluks yang berubah pada lilitan atau koil kedua.
Menurut hukum induksi elektromagnetik Faraday, akan ada EMF (Electromagnetic Force) yang diinduksi pada lilitan kedua. Jika rangkaian lilitan sekunder ini ditutup, maka arus akan mengalir melaluinya. Ini adalah prinsip kerja dasar transformator.
Mari kita gunakan simbol listrik untuk membantu memvisualisasikan ini. Gulungan yang menerima daya listrik dari sumbernya dikenal sebagai ‘lilitan primer’.
Lilitan yang memberikan tegangan keluaran yang diinginkan karena induksi timbal balik umumnya dikenal sebagai ‘lilitan sekunder’.
Sebuah transformator yang meningkatkan tegangan antara gulungan primer ke sekunder disebut sebagai transformator step-up. Sebaliknya, transformator yang menurunkan tegangan antara gulungan primer ke sekunder dikenal sebagai transformator step-down. Jika jumlah lilitan pada kumparan primer lebih banyak dari pada kumparan sekunder maka tegangan akan turun (step down). Jika jumlah lilitan pada kumparan primer lebih sedikit daripada kumparan sekunder maka tegangan akan naik (step up).
Meskipun diagram trafo di atas secara teoritis dimungkinkan dalam trafo ideal, namun hal itu tidak praktikal. Hal ini karena di udara yang terbuka sehingga hanya sebagian kecil dari fluks yang dihasilkan dari kumparan pertama yang akan terhubung dengan kumparan kedua. Jadi arus yang mengalir melalui rangkaian tertutup yang terhubung ke lilitan sekunder akan sangat kecil (dan sulit diukur).
Laju perubahan hubungan fluks tergantung pada jumlah fluks yang dihubungkan dengan lilitan kedua. Jadi idealnya hampir semua fluks lilitan primer harus terhubung ke lilitan sekunder. Hal ini secara efektif dan efisien dilakukan dengan menggunakan transformator tipe inti untuk memberikan jalur reluktansi (hambatan) rendah yang umum untuk kedua belitan.
Jenis Jenis Trafo
1. Berdasarkan Taraf Tegangan
Pada umumnya, macam macam trafo yang paling sering digunakan pada transmisi dan distribusi listrik tegangan listrik adalah transformator step dan transformator step down.
Transformator step up adalah transformator yang digunakan untuk menaikkan taraf tegangan listrik. Pada trafo ini jumlah lilitan di kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan di kumparan primer ( Ns > Np ). Akibatnya, induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan sekunder akan lebih besar daripada di kumparan primer. Hal tersebut yang menyebabkan tegangan pada output trafo ini lebih tinggi dibanding inputnya. Trafo jenis ini juga biasa disebut dengan trafo penaik tegangan. Transformator step up biasa 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. Trafo ini juga banyak ditemui pada rangkaian inverter, televisi, komputer, dan lainnya yang membutuhkan listrik tegangan lebih tinggi.
Transformator step down adalah transformator yang digunakan untuk menurunkan taraf atau level tegangan listrik. Tegangan yang dihasilkan pada terminal output trafo ini akan lebih rendah daripada tegangan di terminal inputnya. Hal tersebut karena pada trafo ini jumlah lilitan di kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan di kumparan sekunder ( Np>Ns ). Akibatnya, induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan sekunder akan lebih kecil daripada di kumparan primer. Dengan demikian taraf tegangan pada kumparan sekunder akan lebih rendah dibandingkan pada kumparan primer. Trafo ini juga biasa disebut sebagai trafo penurun tegangan. 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 dipinggir jalan.
Baca juga : Pengertian dan Fungsi Transformator Step Down
2. Berdasarkan Frekuensi Operasi
Trafo frekuensi rendah merupakan trafo yang beroperasi pada frekuensi audio rendah (20 Hz - 20 kHz) dan frekuensi diatasnya selama masih dalam cakupan operasi frekuensi rendah. Trafo jenis ini biasanya menggunakan inti besi yang lunak, terutama pada penggunaan amplifier audio untuk range frekuensi audio. Contoh transformator yang beroperasi pada frekuensi rendah adalah seperti trafo adaptor dan trafo output/input (OT/IT).
Trafo adaptor adalah semacam trafo step down yang ditambahkan dengan rangkaian rectifier (penyearah gelombang) dengan tujuan untuk menghasilkan tegangan dengan arus searah (DC) yang kemudian disebut dengan adaptor. Dalam adaptor juga biasanya telah ditambahkan rangkaian regulator dengan tujuan agar tegangan yang dihasilkan mendekati DC murni (arus searah tanpa noise). Sedangkan trafo output/input lebih sering digunakan untuk keperluan kopling audio pada rangkaian amplifier karena trafo output/input memberikan hasil yang lebih maksimal.
Sesuai dengan namanya trafo ini beroperasi pada frekuensi menengah. Trafo ini juga memiliki nama lain yaitu trafo IF (Intermediate Frequency). Trafo IF banyak digunakan pada radio-radio penerima AM/FM. Pada trafo IF sudah terdapat lilitan primer dan lilitan sekunder yang telah dihubungkan secara paralel dengan kapasitor khusus dengan tujuan penggunaan frekuensi menengah sehingga membentuk rangkaian resonansi L-C. Intermediate Frequency (IF) sudah ada standarisasinya, yang mana untuk kebutuhan Amplitudo Modulation (AM) frekuensi menengah yang digunakan adalah 455 kHz, sedangkan untuk kebutuhan Frequency Modulation (FM) frekuensi menengah yang dibutuhkan adalah 10,7 MHz.
Trafo jenis ini beroperasi pada frekuensi yang tinggi dan banyak digunakan untuk pembangkit frekuensi (osilator), rangkaian resonansi, serta flyback pada televisi tabung. Trafo frekuensi tinggi yang digunakan untuk osilator disebut dengan spul osilator. Lilitan osilator yang umum digunakan biasanya terdapat 2 macam yaitu osilator Hartley dan osilator Coolpits. Selain itu, trafo frekuensi tinggi juga banyak digunakan sebagai trafo resonansi dimana trafo resonansi ini digunakan untuk menyesuaikan impedansi antara antena dan pemancarnya. Trafo resonansi ini biasa disebut juga dengan spul resonansi.
Trafo switching merupakan salahsatu komponen yang digunakan pada power supply yang menggunakan teknologi switching. Power supply jenis ini menggunakan pembangkitan frekuensi tinggi yang memiliki efisiensi lebih baik dibandingkan power supply biasa yang hanya menggunakan trafo dengan frekuensi rendah. Trafo switcing memiliki kelebihan dibandingkan trafo step down yang digunakan pada power supply biasa, yaitu terletak pada dimensinya yang jauh lebih kecil. Dengan menggunakan trafo siwitching, dimensi power supply dapat dipangkas hingga 75% dibandingkan power supply biasa. Trafo ini dapat dikatakan sebagai transformator ideal. Trafo switching yang digunakan pada power supply switching banyak digunakan pada peralatan elektronika modern seperti printer, DVD player, receiver televisi, power supply komputer, charger laptop, charger hp dan banyak lagi.
3. Berdasarkan Bahan Inti
Trafo inti udara tidak menggunakan bahan apapun sebagai inti. Jadi proses induksi elektromagnetik hanya merambat melalui medium udara sepenuhnya.Trafo semacam ini memiliki kelemahan yaitu daya yang dihasilkan lebih lemah jika dibandingkan dengan trafo inti besi. Hal itu karena induksi elektromagnetik yang lebih lemah. Trafo jenis ini banyak digunakan pada peralatan elektronik portabel seperti radio frekuensi. Selain itu, trafo ini juga dapat digunakan sebagai komponen charger wireless yang dimana kumparan primer berada pada sumber listrik dan kumparan sekunder berada pada perangkat yang dicharger.
Trafo berinti besi menggunakan plat-plat yang terbuat dari besi lunak sebagai intinya. Bahan besi lunak tersebut dicampur dengan magnet yang dimaksudkan agar induksi elektromagnetik yang terjadi semakin besar dan efisiensi trafo juga meningkat. Plat-plat besi yang digunakan tersebut memiliki bentuk dan ukuran yang beragam pada trafo yang berbeda. Beberapa bentuk plat inti besi yang sering ditemui di pasaran yaitu berbentuk E, U, I, dan L. Karena konstruksi trafo ini dominan dari besi sehingga memiliki bobot berat.
4. Berdasarkan Penggunaanya
Transformator daya adalah jenis trafo yang berukuran besar dan digunakan pada sistem transimisi daya listrik bertegangan tinggi yang mencapai 33 kilo volt. Trafo daya sering digunakan pada area pembangkit dan gardu transmisi.
Trafo distribusi digunakan untuk mendistribusikan energi listrik yang berasal jaringan listrik ke daerah perumahan dan lokasi industri. Trafo ini biasanya bekerja pada tegangan rendah yang kurang dari 33 kilo volt dan disalurkan untuk keperluan rumah-rumah dan lokasi industri yang umumnya dengan kisaran 220-440 volt.
Trafo proteksi digunakan untuk melindungi alat listrik. Trafo ini harus memiliki tingkat akurat yang lebih tinggi pada penggunaannya sebagai proteksi.
Trafo pengukuran digunakan untuk mengukur kuantitas tegangan, arus listrik dan daya yang biasanya dibedakan menjadi trafo tegangan, trafo arus listrik dan yang lainnya.
Chapman, Steven J. 2005. Electric Machinery Fundamental 4th Edition. McGraw-Hill Higher Education
Anonim. Transformer: What is it? (Definition And Working Principle). Electrical4U. Retrieved from https://www.electrical4u.com/what-is-transformer-definition-working-principle-of-transformer/
Hidayatullah, Sunan Sarif. Macam Macam Transformator Beserta Fungsinya. belajaronline. Retrieved from Macam macam Transformator beserta Fungsinya - Belajar Online
Thanks, jangan lupa kunjungi juga blog kami tentang sistem tenaga dan energi terbarukan di Berita Teknologi Terbaru