Hampir setiap bangunan kini sudah dialiri listrik, mulai dari bangunan di perkotaan hingga rumah-rumah di desa. Dengan begitu, masyarakat bisa menggunakan alat-alat elektronik dengan mudah, seperti menyalakan lampu untuk penerangan, menonton televisi, dan aktivitas lainnya.
Arus listrik dalam rumah umumnya menggunakan jenis arus bersifat bolak-balik atau yang disebut dengan alternating current (AC). Listrik rumah tangga berasal dari PLN dengan tegangan listrik sangat besar. Agar tidak berbahaya, listrik yang dialirkan ke rumah-rumah warga diturunkan dengan alat yang bernama transformator.
Pada artikel ini, kita akan belajar tentang apa itu transformator. Selain itu, juga akan dibahas tentang prinsip kerja, fungsi, dan jenis-jenis. Tak hanya itu saja, artikel ini akan membagikan rumus dan contoh soal dari materi transformator.
Pengertian transformator dalam Fisika
Transformator atau yang biasa disebut dengan trafo adalah komponen listrik (elektronika) yang tersusun dari inti, kumparan primer, dan sekunder. Sehingga, transformator memiliki dua kumparan.
Transformator dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya. Hal ini karena transformator memiliki magnet yang bergandengan dan prosesnya menggunakan prinsip induksi elektromagnetik.
Prinsip kerja transformator
Seperti yang sudah disebutkan sebelumnya, transformator bekerja dengan prinsip induksi elektromagnetik. Transformator menggunakan induksi bersama atau mutual induction antara dua rangkaian yang terhubung dengan fluks magnet.
Transformator secara sederhana terdiri dari dua buah kumparan yang secara listrik terpisah, tetapi secara magnet dihubungkan oleh alur induksi. Dua kumparan pada transformator tersebut menghasilkan induksi bersama yang tinggi.
Apabila salah satu kumparan pada transformator dihubungkan ke sumber tegangan bolak balik, akan timbul fluks bolak balik di dalam inti besi dan kumparan yang lainnya pun akan terhubung, sehingga menimbulkan GGL (gaya gerak listrik) induksi. GGL induksi yang dihasilkan transformator sesuai dengan induksi elektromagnet dari hukum Faraday.
Fungsi transformator
Fungsi utama transformator adalah untuk menurunkan dan menaikkan listrik AC. Transformator bisa digunakan dalam beberapa keperluan. Di bawah ini adalah beberapa fungsi transformator:
- Trafo bisa digunakan dalam rangkaian radio dan televisi. Trafo untuk keperluan ini biasanya menggunakan tegangan input 220 volt atau 110 volt dengan tegangan output antara 48 sampai 24 volt step down.
- Trafo juga dipakai dalam sistem instrumen listrik karena memiliki kemampuan untuk meningkatkan atau menurunkan tegangan dan arus listrik isolasi. Trafo jenis ini umumnya untuk alat listrik tegangan tinggi, misalnya 12,8 kV.
- Trafo tenaga biasa dipakai dalam pemakaian daya dari rumah tangga, pembangkit, transmisi, dan distribusi tenaga listrik.
Karakteristik transformator
Berikut ini beberapa karakteristik transformator:
- Terdiri dari sebuah inti yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.
- Kumparan pada transformator terbuat dari tembaga dan melilit kaki inti transformator.
- Jumlah kumparan dan tegangan pada bagian input dan output transformator berbeda, sesuai dengan fungsinya untuk menaikkan jumlah tegangan atau menurunkan.
- Pada transformator terdapat inti besi untuk mempermudah jalan fluksi yang ditimbulkan arus listrik melewati kumparan.
- Dalam transformator juga terdiri dari pendingin trafo, perubah tap, alat pernapasan, dan indikator.
Jenis-jenis transformator
Sesuai dengan fungsinya, transformator terdiri dari dua jenis, yaitu transformator step up dan step down. Berikut ini penjelasannya:
1. Transformator step up
Transformator step up berguna untuk menaikkan tegangan. Dengan begitu, tegangan dari kumparan sekunder akan lebih besar dibandingkan tegangan dari kumparan primer atau input. Sehingga bisa ditulis V2 > V1.
Sementara itu, pada lilitannya, kumparan sekunder lebih banyak dibandingkan kumparan primer, dapat ditulis dengan N2 > N1. Sehingga, pada transformator step up memiliki aliran kuat arus yang lebih besar di bagian kumparan primer daripada di bagian kumparan sekunder (I1 > I2)
2. Transformator step down
Sebaliknya dari transformator step up, transformator step down akan menurunkan tegangan, sehingga tegangan pada kumparan sekunder lebih kecil daripada kumparan primer (V2 < V1). Dengan begitu, jumlah lilitan pada kumparan sekunder pun akan lebih kecil daripada jumlah lilitan pada kumparan primer (N2 < N1).
Dari hal tersebut bisa disimpulkan bahwa transformator step down memiliki jumlah arus yang lebih kecil di bagian kumparan primernya dibandingkan di bagian kumparan sekundernya (I1 < I2)
Rumus transformator
Rumus yang digunakan dalam materi transformator cukup sederhana. Apabila jumlah lilitan pada kumparan primer (N1), jumlah lilitan pada kumparan sekunder (N2), dan tegangan primer (V1), serta tegangan sekunder (V2), masing-masing mendapatkan aliran arus listrik sebesar I1 dan I2, maka persamaannya adalah:
(V1 / V2) = (N1 / N2) = (I2 / I1)
Untuk menghitung efisiensi transformator, bisa menggunakan rumus:
ɳ = (P2 / P1) x 100% atau ɳ = (V2 I2 / V1 I1) X 100%
Keterangan Rumus
- V1: tegangan primer (volt)
- V2: tegangan sekunder (volt)
- N1: jumlah lilitan primer
- N2: jumlah lilitan sekunder
- I1: Arus primer (ampere)
- I2: Arus sekunder (ampere)
- P1: daya masukkan atau input (watt)
- P2: daya keluaran atau output (watt)
- ɳ: efisiensi transformator (%)
Contoh soal transformator
Untuk menambah pemahaman dari materi transformator ini, akan diberikan contoh soal transformator yang bisa diselesaikan dengan rumus di atas.
Soal 1
Sebuah transformator step down dengan efisiensi 80% mengubah tegangan dari 1000 volt menjadi 200 volt dengan daya keluaran 40 watt. Tentukan kuat arus primer transformator tersebut!
ɳ = 80%
V1 = 1000 volt
V2 = 200 volt
P2 = 40 watt
Jawaban
ɳ = (P2 / P1) x 100% ɳ = (V2 I2 / V1 I1) X 100% 80% = (40 / 1000.I1) x 100% 0,8 = (40 / 1000.I1) I1 = 40 / 800 I1 = 0,05 ampere.
Soal 2
Seseorang merancang sebuah transformator dan menginginkan menghasilkan tegangan sekunder 220 volt dari tegangan primer 110 volt. Dari dua hal tersebut, maka dibutuhkan perbandingan jumlah lilitan pada kumparan sekunder dan primer sebanyak…
Diketahui :
V1 = 110 volt
V2 = 220 volt
N1 : N2 = ?
Jawaban
(V1 / V2) = (N1 / N2) 220 / 100 = N1 / N2 2 / 1 = N1 / N2
Jadi, perbandingan jumlah lilitan pada kumparan primer dan kumparan sekunder adalah 1 : 2.
Demikian penjelasan tentang materi transformator pada pelajaran Fisika. Transformator dalam kehidupan sehari-hari sangat penting untuk menaikkan dan menurunkan tegangan sesuai dengan jenis transformator, terutama dalam kelistrikan rumah tangga sehingga setiap rumah mendapatkan tegangan listrik yang tidak terlalu tinggi dari PLN.
Bagi kamu yang masih membutuhkan penjelasan lebih lanjut tentang materi ini atau pelajaran sekolah lainnya, bisa bergabung dengan Bimbel Online Quipper Video.