Transformator

Transformator atau dikenal sebagai trafo adalah perangkat elektromagnetik yang mentransfer energi listrik dari satu sirkuit ke sirkuit yang lain dengan cara  induksi. Sebuah transformator fase-tunggal memiliki dua kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan  sekunder. Cara induksi adalah mentransfer energi listrik dari sisi kumparan primer ke sisi kumparan sekunder melalui medan magnet. Misalnya pada transformator satu fase. Generator AC menyediakan daya listrik ke kumparan primer sebuah transformator. Medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan primer transformator menginduksi tegangan ke kumparan sekunder, yang kemudian digunakan untuk memasok listrik AC ke beban.

                                                                             Gb. Trafo satu fasa

Trafo digunakan untuk menaikan tegangan (step up) sampai ke tingkat yang lebih tinggi, atau menurunkan tegangan (step down)  ke tingkat yang lebih rendah. Untuk memahami kebutuhan untuk meningkatkan atau

menurunkan tegangan, karena mempertimbangkan bagaimana tenaga listrik dihasilkan dan didistribusikan.

Generator yang digunakan oleh perusahaan listrik biasanya menghasilkan tegangan dari 30 kV (30.000 Volt) atau kurang. Meskipun ini merupakan tegangan yang relatif tinggi dibandingkan dengan tegangan yang digunakan oleh pelanggan listrik, itu adalah upaya agar lebih efisien untuk mengirimkan tenaga listrik dan biasanya masih ditingkatkan lebih tinggi lagi hingga setinggi 765 kV.

Daya listrik diterima di gardu ber mil-mil jauhnya  dari sumber pembangkit di mana kemudian teganganya diturunkan menggunakan trafo lalu  didistribusikan lokal (pengguna). Ketika tiba di lokasi pelanggan, tegangannya telah diturunkan ke tingkat yang diperlukan untuk jenis pelanggan (umumnya 380 V/220V). Bahkan karena menyesuaikan peralatan pelanggan, tegangan bisa saja diturunkan kembali sesuai dengan tegangan yang di persyaratkan oleh peralatan tersebut, misalnya untuk charging HP tegangan diturunkan dari 220 V menjadi 12 V dll.

Oleh karena kebutuhan menaikkan (step up) dan menurunkan (step down) tegangan itulah, transformator tersebut digunakan.

Induktansi antara dua kumparan (coil) bergantung pada fluks linkage tersebut . Maksimum kopling terjadi ketika semua baris fluks memotong kumparan primer melalui kumparan sekunder.

Jumlah kopling yang terjadi disebut sebagai koefisien kopling. Untuk memaksimalkan koefisien kopling,

kedua kumparan sering bersinggungan pada inti besi yang digunakan untuk menyediakan jalan untuk jalur fluks. Pembahasan berikut tentang trafo step-up dan step-down  untuk trafo dengan inti besi.

                                                         Gb. fluk magnet pada sebuah transformator

Ternyata da hubungan langsung antara tegangan, impedansi, arus, dan jumlah kumparan primer dan sekunder  dalam transformator. Hubungan ini dapat digunakan untuk menemukan baik tegangan primer atau tegangan sekunder, arus, dan jumlah lilitan di masing-masing kumparan. Berikut "aturan ibu jari (jempol)" yang digunakan pada transformator:

          • Jika kumparan primer memiliki lilitan lebih sedikit dibandingkan lilitan sekunder, transformator                    

             tersebut disebut sebagai transformator step-up.

          • Jika kumparan primer memiliki lilitan  lebih banyak dibandingkan dari kumparan sekunder,

             transformator tersebut disebut sebagai trafo step down.

Ketika jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder sebuah  transformator adalah sama, tegangan input, impedansi, dan arus dikumparan primer juga sama dengan tegangan output, impedansi, dan arus di kumparan skunder.

Ada beberapa rumus yang digunakan untuk menghitung, tegangan, arus, dan jumlah lilitan antara kumparan primer dan sekunder sebuah transformator. Rumus ini dapat digunakan baik untuk trafo step down maupun trafo step up. Berikut rumus-rumus yang digunakan untuk transformator :

Sebagai contoh, jika diketahui sebuah transformator memiliki tegangan primer 240 V, arus primer 5 A, dan arus sekunder dari 10 A. Kemudian tegangan sekunder dapat dihitung seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Untuk menghitung arus :

Untuk menghitung jumlah lilitan :

Transformator digolongkan untuk jumlah daya semu mereka. Karena nilai-nilai daya semu sering besar,

power rating transformator sering diberikan dalam kVA (kilovolt-ampere). Rating kVA menentukan

arus dan tegangan sebuah transformator dapat mengirimkannya ke beban tanpa overheating.

Untuk transformator fase tunggal,  rating daya  semu adalah dihitung dengan mengalikan tegangan sekunder dengan arus beban maksimum. Ini berarti bahwa jika trafo memberikan tegangan sekunder 240 V pada arus beban maksimum 75 A, rating kVA transformator harus minimal 18 kVA.

240 x 75 = 18.000 VA = 18 KVA

Sebagian besar energi listrik yang diberikan ke kumparan primer dari transformator kemudian ditransfer ke sisi sekunder. Beberapa energi, namun, akan hilang dikarenakan adanya panas di dalam  kabel atau inti. Beberapa kerugian pada inti (core) dapat dikurangi dengan membuat inti (core) dari sejumlah bagian pipih

yang disebut laminasi.

Sampai sekarang, kita telah membahs mengenai trafo  satu fase. Transformator 1 fasa yang digunakan di rumah, kantor, dan berbagai jenis fasilitas dengan skala yang kecil hingga sedang.

Namun bagaimana dengan 3 fasa, karena perusahaan listrik menghasilkan dan mendistribusikan tenaga listrik 3 fasa. Tenaga listrik 3 fasa digunakan dalam bidang komersial dan aplikasi industri yang memiliki kebutuhan daya yang lebih tinggi daripada type rumah tempat tinggal. Listrik 3 fasa seperti yang ditunjukkan dalam ilustrasi berikut, adalah siklus 3 gelombang AC yang saling tumpang tindih. Setiap gelombang merupakan fase dan memiliki selisih sudut 120 derajat listrik dari masing-masing fasa dari dua fase lainnya.

Gb. bentuk gelombang listrik 3 fasa

Transformator 3 fas digunakan ketika tiga power 3 fasa diperlukan untuk beban yang lebih besar seperti industri motor. Ada 2 cara koneksi trafo 3 fasa yaitu koneksi WYE dan koneksi DELTA.

Skema trafo 3 fasa hubung DELTA ditarik dalam bentuk segitiga. Tegangan di masing2 gulungan melintang dari segitiga delta yang mewakili salah satu fase dari sistem fase tiga tersebut. Tegangan selalu sama antara dua kabel. Sebuah fase tunggal (seperti L1 ke L2) dapat digunakan untuk memasok beban fase tunggal. Jika fase ketiga-tiganya tersebut dipakai, adalah digunakan untuk memasok beban tiga fasa. Hubungan dari  kumparan skunder trafo koneksi delta. Diilustrasikan seperti di bawah ini.

Gb.Hubungan delta trafo 3 fasa

Untuk penyederhanaan , sistem kumparan primer tidak ditampilkan dalam contoh ini. Tegangan yang diperlihatkan pada gambar tersebut. Sama seperti dengan transformator satu fase, yang mana tegangan sekunder tergantung pada besar kecilnya tegangan di kumparan primer dan rasio lilitan.

Ketika arus di setiap lilitan nilainya sama, maka hal itu bisa dikatakan seimbang.  Pada masing2 fasa, arusnya memiliki dua jalur untuk mengalir. Misalnya, arus mengalir dari L1 ke titik sambungan pada bagian atas delta dapat mengalir turun melalui lilitan L2, dan turun melalui lilitan L3. Ketika arus seimbang, arus di masing2 line

nilainya adalah sama dengan akar kuadrat dari 3 kali arus di setiap lilitan.

Koneksi WYE juga dikenal sebagai koneksi bintang. Tiga kumparan yang terhubung membentuk sebuah "Y" . Hubungan lilitan skunder trafo dengan koneksi wye memiliki empat line, tiga line untuk fase dan satu line untuk netral. Tegangan di setiap fase (line-to-netral) akan selalu lebih kecil dari tegangan line-to-line. Tegangan line-to-line adalah akar kuadrat dari 3 kali tegangan line-to-netral. Contoh berikut ini menunjukkan sebuah transformator lilitan skunder dengan koneksi wye, line-to-netral tegangan 277 volt dan tegangan line-to-line 480 volt.

                                          Gb. trafo 3 fasa dengan koneksi wye atau bintang

Dikutip dari : Electricity basic of siemens manual, dengan diedit seperlunya 

               tanpa mengurangi makna dan isi.