Prinsip kerja Transformator

Gambar Transformator

Transformator adalah suatu alat untuk memindahkan daya listrik arus bolak - balik dari suatu rangkaian ke rangkaian lainnya secara induksi elektro magnetik. Sesuai fungsinya bahwa dia hanya dapat memindahkan daya, jadi walaupun namanya trafo "step-up" atau "step-down" tidak ada daya yang muncul atau hilang pada prosesnya, hanya bentuknya saja yang berbeda.



Pada saat menaikkan tegangan menggunakan trafo, daya pada gulungan primer dengan sekunder tidak berubah. Ketika tegangan naik pada trafo, otomatis membuat arus listrik turun. Prinsip ini berlaku untuk trafo ideal, prakteknya energi ada yang berubah ke dalam panas serta suara.

Bagian - bagian terpenting dari transformator :

1. Inti / teras / Kern
2. Gulungan primer, dihubungkan dengan sumber listrik.
3. Gulungan sekunder, dihubungkan dengan beban.

U₁           : Tegangan Sumber
U₂           : Tegangan Beban
I₁             : Arus Primer
I₂             : Arus beban
e_p            : GGL induksi pada kumparan primer
e_s            : GGL induksi pada kumparan sekunder
N_p           : Jumlah lilitan kumparan primer
N_s           : Jumlah lilitan kumparan sekunder
ɸ             : Fluks magnet bersama (mutual fluks)

Jadi bagaimana daya tersebut dapat berpindah?

Apabila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan pada jala-jala PLN (Colokkan dirumah), maka akan mengalir arus bolak - balik I₁ pada kumparan tersebut. Karena kumparan mempunyai inti, arus I₁, menimbulkan fluks magnet yang berubah-ubah pada intinya. Akibat adanya fluks magnet yang berubah - ubah, pada kumparan primer akan timbul GGL induksi e_p.

Besarnya GGL induksi pada kumparan primer adalah:

Dimana  
dɸ : Perubahan garis - garis gaya magnet dalam satuan weber (1 weber =  10⁸ maxwell).

dt  : Perubahan waktu dalam satuan detik.

Fluks magnet yang menginduksikan GGL induksi e_p juga dialami oleh kumparan sekunder karena merupakan fluks bersama (mutual fluks). Dengan demikian fluks tersebut menginduksikan GGL induksi e_s pada kumparan sekunder :

Dengan memperhatikan pebandingan lilitan berdasarkan perbandingan GGL induksinya kita dapat melihat apakah trafo tersebut trafo "step up" atau "step down".

jika nilai 
a >1, maka trafo berfungsi untuk menurunkan tegangan (trafo step down)
a<1, maka trafo berfungsi untuk menaikkan tegangan (trafo step up)

Fluks pada saat t dinyatakan dengan pernyataan ɸ(t) = ɸ_m sin wt, (dimana ɸ_m adalah harga fluks maksimal dalam satuan weber) sehingga GGL induksi pada kumparan primer adalah :

Dari persamaan diatas dapat dibuktikan bahwa, fluks magnet fungsi sinus akan menimbulkan GGL induksi fungsi sinus. GGL induksi akan ketinggalan 90^о terhadap fluks magnet dan besarnya tegangan efektif (e_p) dapat dihitung dengan persamaan,

Dengan cara yang sama, didapatkan :

Apabila trafo dianggap ideal, sehingga dianggap tidak terdapat kerugian-kerugian daya, maka daya input dapat dianggap sama dengan daya output maka

P₁ = P₂
U₁ I₁ = U₂ I₂

a = N_p/N_s = U₁/U₂ = I₂/I₁

_{Reference : Drs. Sumanto, MA.Teori Transformator.Yogyakarta, 1996.}