1

BAB I PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Listrik pertama kali ditemukan sekitar 2 500 tahun yang lalu. Sejarah awal

ditemukannya listrik adalah oleh seorang cendikiawan Yunani yang bernama

Thales dari Melitus, yang mengemungkakan fenomena batu ambar yang bila

digosok-gosokkan dengan kain akan dapat menarik bulu atau jerami. Pada tahun

1600 M seorang dokter dari Inggris, William Gilbert mengemukakan bahwa selain

batu Amber masih banyak lagi benda-benda yang dapat diberi muatan dengan

cara digosok. Oleh Gilbert, batu tersebut diberi nama electrica. Kata electrica

diambil dari bahasa Yunani “elektron” yang artinya amber. Baru pada 1646,

seorang penulis dan dokter dari Inggris, Thomas Brown menggunakan istilah

electricity yang diterjemahkan listrik ke dalam bahasa Indonesia.

Ada banyak jenis transformator. Yang membedakan sebuah

transformator elektronik dari semua jenis transformator? transformator

hanyalah digunakan dalam tujuan elektronik. Ini adalah deskripsi yang sangat

luas, sesuai ada banyak jenis elektronik transformer. Sebagai contoh dari

berbagai jenis transformator elektronik terdiri dari listrik, pulsa, saat ini, beralih

modus, pembalik, langkah-down, pencocokan impedansi, Tegangan tinggi, jenis

lain saturable dan banyak. Beberapa jenis sebelumnya dapat dibagi menjadi lebih

sub-tipe. Jenis transformator switching meliputi terbang kembali, "umpan maju"

converter dan meningkatkan. Gerbang drive transformer dan memicu

transformator jenis pulse transformer. Para "umpan maju" jenis terdiri dari

sebuah "push-pull tekan-tengah" dan "jembatan setengah" pola. Ternyata harus

jelas dari uraian jenis sebelumnya.

2

B. RUMUSAN MASALAH

1. Apa yang dimaksud trafo?

2. sebutkan beberapa jenis-jenis trafo?

C. TUJUAN

1. Untuk memperlihatkan dan menjelaskan beberapa jenis trafo.

2. Untuk mengetahui lebih lanjut manfaat trafo berdasarkan jenisnya.

3. Untuk mengetahui lebih banyak jenis-jenis trafo.

D. MANFAAT

1. Kita bisa mengetahui jenis-jenis trafo dan manfaatnya pada kehidupan sehari-

hari

2. Mengetahui karakteristik beberapa trafo yang sering digunakan.

3

BAB II

PEMBAHASAN

A. PENGERTIAN TRANSFORMATOR

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan

mengubah energy listrik satu atau lebih rangkaian listrik satu atau lebih

rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gendeng magnet

berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Transformator adalah alat yang

digunakan untuk mengubah tegangan bolak balik (ac) dari suatu nilai tertentu ke

nilai yang kita inginkan terdiri dari kumparan primer dan sekunder.

Perkembangan dan penerapan system transformator pada perumahan,

perkantoran maupun pada kendaran yaitu mobil dewasa ini mengalami

peningkatan yang pesat. Buktinya adalah banyak industry, perkantoran maupun

4

kendaran dilengkapi dengan penggunaan transformator yang bertujuan untuk

mengetahui informasi dan dapat menambah pengetahuan.

System pesawat telepon yang paling sederhana memiliki komponen

utama yaitu ISDN EXCHANGE, ISDN PRA, ISDN BRA, ISDN PHONE, ISDN PBX dan

ISDN DATA TERMINAL.

1. Prinsip kerja trafo:

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi

elektromagnetik. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi

primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung

dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam

lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer

akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.

Hubungan Primer-Sekunder :

Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer

adalah dan rumus untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan

sekunder adalah .

Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama,

maka dimana dengan menyusun ulang persamaan

5

akan didapat sedemikian hingga . Dengan

kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder

ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan

sekunder.

Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer

adalah dan rumus untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan

sekunder adalah .

Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama,

maka dimana dengan menyusun ulang persamaan

akan didapat sedemikian hingga . Dengan

kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder

ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan

sekunder.

fluks pada trafo

6

2. Rugi pada trafo:

Perhitungan diatas hanya berlaku apabila kopling primer-

sekunder sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktek terjadi

beberapa kerugian yaitu:

a. kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang

disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang

mengalirinya.

b. Kerugian kopling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer-

sekunder tidak sempurna, sehingga tidak semua fluks magnet yang

diinduksikan primer memotong lilitan sekunder. Kerugian ini dapat

dikurangi dengan menggulung lilitan secara berlapis-lapis antara

primer dan sekunder.

c. Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar

yang terdapat pada lilitan-lilitan transformator. Kerugian ini sangat

memengaruhi efisiensi transformator untuk frekuensi tinggi. Kerugian

ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer dan sekunder

secara semi-acak (bank winding)

d. Kerugian histeresis. Kerugian yang terjadi ketika arus primer AC

berbalik arah. Disebabkan karena inti transformator tidak dapat

mengubah arah fluks magnetnya dengan seketika. Kerugian ini dapat

dikurangi dengan menggunakan material inti reluktansi rendah.

e. Kerugian efek kulit. Sebagaimana konduktor lain yang dialiri arus

bolak-balik, arus cenderung untuk mengalir pada permukaan

konduktor. Hal ini memperbesar kerugian kapasitas dan juga

menambah resistansi relatif lilitan. Kerugian ini dapat dikurang

dengan menggunakan kawat Litz, yaitu kawat yang terdiri dari

beberapa kawat kecil yang saling terisolasi. Untuk frekuensi radio

7

digunakan kawat geronggong atau lembaran tipis tembaga sebagai

ganti kawat biasa.

f. Kerugian arus eddy (arus olak). Kerugian yang disebabkan oleh GGL

masukan yang menimbulkan arus dalam inti magnet yang melawan

perubahan fluks magnet yang membangkitkan GGL. Karena adanya

fluks magnet yang berubah-ubah, terjadi olakan fluks magnet pada

material inti. Kerugian ini berkurang kalau digunakan inti berlapis-

lapis.

3. Efisiensi trafo :

Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus

Karena adanya kerugian pada transformator. Maka

efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%. Untuk transformator

daya frekuensi rendah, efisiensi bisa mencapai 98%.

B. JENIS-JENIS TRANSFORMATOR

Berkaitan dengan topik yang dikaji yakni kegunaan transformator adalah

alat untuk mengubah tegangan arus bolak balik menjadi lebih tinggi atau rendah.

Transformator terdiri dari pasangan kumparan primer dan sekunder yang

diisolasi (terpisah) secara listrik dan dililitkan pada inti besi lunak. Inti besi lunak

dibuat dari pelat yang berlapis-lapis untuk mengurangi daya yang hilang karena

arus pusar. Kumparan primer dan sekunder dililitkan pada kaki inti besi yang

terpisah. Bagian fluks magnetic bocor tampak bahwa pada pasangan kumparan

terdapat fluks magnetic bocor disisi primer dan sekunder. Secara lebih lengkap

bisa dicermati pada gambar di bawah ini :

8

Gambar 2.1 Bagan fluks magnetic bocor pada pasangan kumparan

Hasil diatas untuk mengurangi fluks magnet bocor pada pasangan

kumparan digunakan pasangan kumparan seperti gambar diatas. Kumparan

sekunder dililitkan pada kaki inti besi yang sama (kaki yang tengah), dengan

lilitan kumparan sekunder terletak diatas lilitan kumparan primer, ditunjukkan

pada fluks magnet bocornya, maka dapat dicermati pada gambar dibawah ini.

Gambar 3. Hubungan primer dan sekunder.

Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer adalah[2]:

δΦ = Є x δt (1)

9

Dan untuk rumus GGL induksi yang terjadi dililitan sekunder adalah Є = N δΦ/δt

(2)

Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka

δΦ/δt = Vp/Np = Vs/Ns (3)

Dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat

Vp/Np = Vs/Ns (4)

Sedemikian sehingga Vp.Ip = Vs.Is (5)

Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan

sekunder ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan

sekunder.

Jenis-jenis transformator adalah:

- Transformator Step-Up

Gambar 4. Lambang transformator step-up

Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan

sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik

tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik

sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang

digunakan dalam transmisi jarak jauh.

- Transformator Step-down

10

Gambar 5. Skema transformator step-down

Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada

lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis

ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

- Autotransformator

Gambar 6. Skema transformator

Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara

listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer

juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu

berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan

sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator

biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan

kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis

ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan

lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai

penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).

11

- Autotransformator Variabel

Gambar 7. Skema Autotransformator Variabel

Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa

yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan

primer-sekunder yang berubah-ubah.

- Transformator Isolasi

Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama

dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan

primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih

banyak untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi

sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini

telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.

12

- Transformator Pulsa

Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk

memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan

material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik

tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan

sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator

hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan

primer berbalik arah.

- Transformator Tiga Fasa

Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang

dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan

secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ).

13

- Transformator Daya

Gambar 1. Transformator Daya

14

- Transformator daya adalah terminologi umum yang digunakan untuk

menunjuk pada transformator yang melengkapi sistem transmisi pada gardu

induk baik pada stasiun pembangkitan atau pada gardu-gardu pembagi

beban transmisi Transformator Distribusi

Gambar 2. Transformator Distribusi

Transformator distribusi adalah istilah umum untuk transformator

dengan daya di bawah 1 MVA dengan tegangan keluaran adalah tegangan

jejaring (Indonesia 220 V – 240 V ac). Transformator jenis ini biasa di pasang di

atas tiang distribusi daya listrik atau di bawah dekat tiang distribusi daya listrik.

15

- Current Transformer

Current transformer sebenarnya adalah suatu toroida. Lilitan primer dari

suatu current transformer biasanya berupa suatu bushing stem atau satu kabel

yang berasal dari suatu alat objek yang hendak di-indera oleh current

transformer, lalu sisi lilitan sekunder diumpankan pada satu ampermeter atau

digunakan untuk keperluan proteksi.

- Trafo Uji

16

Pengujian transformator dilaksanakan menurut SPLN’50-1982 dengan melalui

tiga macam pengujian, sebagaimana diuraikan juga dalam IEC 76 (1976), yaitu:

a. Pengujian Rutin

Pengujian rutin adalah pengujian yang dilakukan terhadap setiap transformator,

meliputi:

pengujian tahanan isolasi

pengujian tahanan kumparan

pengujian perbandingan belitan

pengujian vector group

pengujian rugi besi dan arus beban kosong

pengujian rugi tembaga dan impedansi

pengujian tegangan terapan (Withstand Test)

pengujian tegangan induksi (Induce Test).

b. Pengujian Jenis

Pengujian jenis adalah pengujian yang dilaksanakan terhadap sebuah

transformator yang mewakili transformator lainnya yang sejenis, untuk

menunjukkan bahwa semua transformator jenis ini memenuhi persyaratan yang

belum diliput oleh pengujian rutin. Pengujian jenis terdiri dari pengujian:

pengujian kenaikan suhu

pengujian impedansi

17

c. Pengujian khusus

Pengujian khusus adalah pengujian yang lain dari uji rutin dan jenis, dilaksanakan

atas persetujuan pabrik denga pembeli dan hanya dilaksanakan terhadap satu

atau lebih transformator dari sejumlah transformator yang dipesan dalam suatu

kontrak. Pengujian khusus meliputi :

dielektrik

pengujian impedansi urutan nol pada transformator tiga phasa

hubung singkat

harmonik pada arus beban kosong

tingkat bunyi akuistik

daya yang diambil oleh motor-motor kipas dan pompa minyak.

d. Pengujian rutin

Yang termasuk pengujian rutin adalah pengukuran tahanan isolasi. Pengukuran

tahanan isolasi dilakukan pada awal pengujian dimaksudkan untuk mengetahui

secara dini kondisi isolasi transformator, untuk menghindari kegagalan yang fatal

dan pengujian selanjutnya, pengukuran dilakukan antara:

• sisi HV-LV

• sisi HV-Ground

• sisi LV-Groud

• X1/X2-X3/X4 (transformator 1 phasa)

• X1-X2 dan X3-X4 ) transformator 1 phasa yang dilengkapi dengan circuit

breaker.

Pengukuran dilakukan dengan menggunakan megger, lebih baik yang

18

menggunakan baterai karena dapat membangkitkan tegangan tinggi yang lebih

stabil. Harga tahanan isolasi ini digunakan untuk kriteria kering tidaknya

transformator, juga untuk mengetahui apakah ada bagian-bagian yang terhubung

singkat.

e. Pengukuran tahanan kumparan

Pengukuran tahanan kumparan adalah untuk mengetahui berapa nilai tahanan

listrik pada kumparan yang akan menimbulkan panas bila

kumparan tersebut dialiri arus. Nilai tahanan belitan dipakai untuk perhitungan

rugi-rugi tembaga transformator. Pada saat melakukan pengukuran yang perlu

diperhatikan adalah suhu belitan pada saat pengukuran yang diusahakan sama

dengan suhu udara sekitar, oleh karenanya diusahakan arus pengukuran kecil.

- Trafo Ukur

Transformator pengukuran terdiri dari:

• Transformator tegangan (Voltage transformator, VT atau Potential

Transformator, PT)

• Transformator arus (Current Transformator, CT)

Arus dan tegangan pada peralatan daya yang harus dilindungi dirubah oleh

transformator arus dan transformator tegangan ke tingkat yang lebih rendah

untuk pengoperasian relai. Tingkat-tingkat yang lebih rendah ini diperlukan

karena dua alasan, yaitu:

• Tingkat masukan yang lebih rendah ke relai-relai menjadikan komponen-

komponen yang digunakan untuk konstruksi relai-relai tersebut secara fisik

menjadi cukup kecil, karena itu dilihat dari segi ekonomi biayanya akan lebih

murah.

19

• Dan bagi manusia (pekerja) yang bekerja dengan relai-relai tersebut dapat

bekerja dalam suatu lingkungan yang aman.

Daya yang diserap oleh transformator ini untuk melakukan kerjanya tidak

seberapa besar, karena beban yang dihubungkan hanya terdiri dari relai-relai dan

alat-alat ukur (meteran) yang mungkin hanya digunakan pada waktu tertentu.

Beban pada transformator ukur (CT dan PT) dikenal sebagai muatan (Burden) dari

transformator tersebut. Istilah muatan biasanya melukiskan impedansi yang

dihubungkan pada kumparan sekunder transformator itu, tetapi dapat juga

menetapkan voltampere yang diberikan kepada beban.

Transformator tegangan mempunyai standar tegangan sekunder 120 volt.

Transformator arus (CT) mempunyai standar arus sekunder 5 ampere.

Transformator arus dibagi menjadi 2 kelas, yaitu:

• Transformator arus kelas H (reaktansi bocor tinggi)

• Transformator arus kelas L (reaktansi bocor rendah)

Keduanya mempunyai standar ketelitian 2,5% dan 10%.

- Trafo Ukur Lainnya

Trafo Tegangan

Trafo tegangan adalah trafo satu fasa step-down yang mentransformasi

tegangan tinggi atau tegangan menengah ke suatu tegangan rendah yang layak

untuk perlengkapan indikator, alat ukur, relay, dan alat sinkronisasi. Hal ini

dilakukan atas pertimbangan harga dan bahaya yang dapat ditimbulkan tegangan

tinggi. Tegangan perlengkapan seperti indikator, meter, dan relay dirancang sama

dengan tegangan terminal sekunder trafo tegangan.

20

Prinsip kerja trafo jenis ini sama dengan trafo daya, meskipun demikian

rancangannya berbeda dalam beberapa hal, yaitu :

a. Kapasitasnya kecil (10 s/d 150 VA), karena digunakan untuk daya yang kecil.

b. Galat faktor transformasi dan sudut fasa teganganprimer dan sekuder lebih

kecil untuk mengurangi kesalahan pengukuran.

c. Salah satu terminal pada sisi tegangan tinggi dibumikan/ ditanahkan.

d. Tegangan pengenal sekunder biasanya 100 atau 100√3 V

21

Trafo Arus

Trafo arus digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan

amper dari arus yang mengalir dalam jaringan tegangan tinggi. Disamaping untuk

penguran arus, trafo arus juga digunakan untuk pengukuran daya dan energi,

pengukuran jarak jauh dan relay proteksi.

Kumparan primer trafo arus dihubungkan seri dengan jaringan atau

peralatan yang akan diukur arusnya, sedang kumparan sekunder dihubungkan

dengan meter atau relay proteksi. Pada umumnya peralatan ukur dan relay

membutuhkan arus 1 atau 5 A.

Trafo arus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat, kawasan trafo

arus yang digunakan untuk pengukuran biasanya 0,05 s/d 1,2 kali arus yang akan

diukur, sedang trafo arus untuk proteksi harus mampu bekerja lebih dari 10 kali

arus pengenalnya.

22

Contoh Soal :

Contoh cara menghitung jumlah lilitan sekunder :

Untuk menyalakan lampu 10 volt dengan tegangan listrik dari PLN 220 volt

digunakan transformator step down. Jika jumlah lilitan primer transformator

1.100 lilitan, berapakah jumlah lilitan pada kumparan sekundernya ?

Penyelesaian :

Diketahui : Vp = 220 V

Vs = 10 V

Np = 1100 lilitan

Ditanyakan : Ns = ………… ?

Jawab :

Jadi, banyaknya lilitan sekunder adalah 50 lilitan.

23

Contoh cara menghitung arus listrik sekunder dan arus listrik primer :

Sebuah transformator step down mempunyai jumlah lilitan primer 1000 dan

lilitan sekunder 200, digunakan untuk menyalakan lampu 12 V, 48 W.

Tentukan :

a. arus listrik sekunder

b.arus listrik primer

Penyelesaian :

Diketahui: Np = 1000 lilitan

Ns = 200 Lilitan

Vp = 12 V

Ps = 48 W

Ditanyakan :

a. Is = ……….. ?

b. Ip = ……….. ?

Jawab :

P = I . V

24

Jadi, kuat arus sekunder adalah 4 A

Jadi, kuat arus primer adalah 0,8 A

Contoh cara menghitung daya transformator :

Sebuah transformator mempunyai efisiensi 80%. Jika lilitan primer dihubungkan

dengan tegangan 200 V dan mengalir kuat arus listrik 5 A,

Tentukan:

a. daya primer,

b. daya sekunder

Penyelesaian :

Diketahui :

25

Ditanyakan :

a. Pp = ……….. ?

b. Ps = ……….. ?

Jawab :

Jadi, daya primer transformator 1000 watt.

Jadi, daya sekunder transformator 800 watt.

26

BAB III

PENUTUP

A. SIMPULAN

1. Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan

mengubah energy listrik satu atau lebih rangkaian listrik satu atau lebih

rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gendeng

magnet berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet.

2. Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.

Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan

fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder.

Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder.

3. Jenis-jenis trafo :

- Transformator step up

- Transformator step down

- Autotransformator

- Autotransformator Variabel

- Transformator Isolasi

- Transformator Pulsa

- Transformator Tiga Fasa

- Transformator Daya

- Transformator Distribusi

- Current Transformer