Transformator

Transformator atau transformer atau trafo adalah komponen elektromagnet yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain.

Transformator step-down

Adaptor AC-DC merupakan piranti yang menggunakan transformator step-down

Daftar isi

Prinsip kerja

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

Fluks pada transformator

Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer adalah $\delta\phi=\epsilon\times\delta\,t$ dan rumus untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan sekunder adalah $\epsilon=N\frac{\delta\phi}{\delta\,t}$ .
Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka $\frac{\delta\phi}{\delta\,t}=\frac{V_p}{N_p}=\frac{V_s}{N_s}$ dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat $\frac{V_p}{V_s}=\frac{N_p}{N_s}$ sedemikian hingga $V_p\,I_p=V_s\,I_s$ . Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan sekunder.

Kerugian dalam transformator

Perhitungan diatas hanya berlaku apabila kopling primer-sekunder sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktek terjadi beberapa kerugian yaitu:

kerugian tembaga. Kerugian $I^2\,R$ dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.
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.
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)
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.
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 digunakan kawat geronggong atau lembaran tipis tembaga sebagai ganti kawat biasa.
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-lapisan.

Efisiensi

Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus $\eta=\frac{P_o}{P_i}\,100%$ Karena adanya kerugian pada transformator. Maka efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%. Untuk transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bisa mencapai 98%.

Jenis-jenis transformator

Step-Up

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.

Step-Down

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

skema autotransformator

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).

Autotransformator variabel

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.

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

Generator Listrik Paling Sederhana

Generator Kardus

http://www.discoverthis.com/projects.html

Generator ini tidak menggunakan “komutator” (yaitu semacam cincin yg dibagi dua yg menjadikan keluarannya DC), maka outputnya adalah AC yang langsung dihubungkan ke lampu. Lampu tidak akan putus selama tegangannya sesuai.
Bahan-bahan:
4 bh ceramic magnet (1cm x 2cm x 5cm) atau magnet bentuk lain selain magnet bekas speaker
100 gr / 1ons kawat email uk 0.1mm (ada juga yg lebih tipis lagi)
1bh lampu mini, 1.5V/25mA atau lampu LED
1lb kardus bekas (atau plexiglas/triplex tipis), 8cm x 30cm
1bh paku, minimal 8cm panjangnya
ampelas untuk membersihkan lapisan email kawat
selotip untuk membungkus gulungan kawat
Optional: bor listrik kecil untuk memutar rotornya
Peringatan!
Jauhkan magnet dari semua peralatan elektronik (pc, hp, tv, vcd, piringan cakram, kartu kredit, dsb) karena akan merusak.
Box rumah generator:
Buatlah garis seperti dibawah ini pada kardus. Tentukan titik tengahnya (utk lubang paku nantinya).

Catatan: Bila boxnya dari plexiglas/triplex, jangan membuatnya lebih besar dari gambar diatas. Gulungan kawat harus sedekat mungkin dengan putaran magnet agar hasilnya maximal. Jadi buatlah sesuai panjang dan lebar magnet.
Selanjutnya lipatlah menurut garis sehingga berbentuk kotak, dan rekatkan dengan selotip. Garis tengahnya harus berada disisi luar agar mudah ditusuk dg paku.

Tusuklah paku di garis tengah kotak hingga tembus kebelakang. Jangan sampai lubangnya kebesaran, asal pakunya dapat bebas berputar sudah cukup. Cabut kembali pakunya.
Menggulung kawat email:
Ambil kawat email. Setelah dilebihkan 10 cm, rekatkan kawat ditengah box dengan selotip lalu mulailah menggulung. Dari tengah terus kebawah/atas, lalu naik lagi hingga keatas/bawah, dst., hingga kawat tersisa 10 cm (kalau bisa posisinya juga ada ditengah). Tidak mengapa bila lubang paku tertutup. Sambil tetap memegang ujung kawat, bungkus gulungan dengan selotip agar tidak terurai, tapi jangan sampai lubang paku ikut terbungkus. Bersihkan lapisan (yg berwarna kuning) kedua kawat 2cm (boleh lebih) dari ujungnya dengan ampelas sekeliling. Dengan hati2 renggangkan gulungan kawat yg menutupi lubang hingga paku dapat masuk., dan pastikan paku dapat berputar bebas.

Menempatkan magnet.
Dari 4 magnet jadikan 2 pasang (masing2 saling menempel dg pasangannya). Tempelkanlah kedua pasang magnet tsb di paku (didalam box) memanjang kesamping (berbentuk palang). Atur posisi kedua pasang magnet itu sama dan seimbang., lalu coba putar pakunya (selanjutnya disebut rotor) hingga bebas berputar. Boleh sisipkan ruang kosong diantara pasangan magnet tsb dg kardus sehingga lebih kokoh. Boleh juga magnet2 itu dililit dg selotip agar tidak terlepas dari paku.

Menyambung ke lampu.
Pastikanlah tiap ujung kawat bersih dari lapisannya supaya arus yg lewat dapat bebas mengalir untuk menyalakan lampu, nantinya.

Lilitkan ujung2 kawat generator ke kawat2 lampu, dan jauhkan, agar tidak terjadi hubungan pendek.
Test generator.
Putarlah rotor bertahap dari lambat hingga mampu menyalakan lampu dg terang. Bila telah diketahui seberapa kencang putarannya sampai lampu menyala terang, maka jadikanlah patokan. Sebab bila melebihi maka lampu akan putus/terbakar. Perhatikan juga apakah magnet bergesekan tidak dengan boxnya, baik sewaktu diputar kencang maupun setelah melambat, karena akan mengurangi putaran juga. Terang atau redupnya lampu ditentukan oleh seberapa cepat putaran magnetnya, dan seberapa dekat jarak magnet dg gulungannya.
Bila ternyata lampu tetap redup walau telah diputar sekencangnya (apakah juga sama sewaktu diputar dg bor listrik mini) maka mau tidak mau harus ditambah gulungan kawatnya. Caranya tinggal sambung/lilit saja ujung kawat akhirnya dengan yg baru (yg sudah bersih dari lapisan email)lalu gulung dg arah yg sama lagi. Generator ini minimal harus dapat menghasilkan tegangan 2V supaya lampu dapat menyala.
Bila anda bermaksud ingin mengetahui seberapa besar tegangannya bila diputar sekencang-kencangnya, maka tambahkan satu lampu lagi yg disambung secara seri (ujung lampu 1 dg ujung lampu 2, ujung lampu 2 dg ujung generator). Masih juga sanggup menyalakan kedua lampu, tambahkan kembali lampu yg ketiga, demikian seterusnya, hingga lampu yg terakhir tidak menyala walau rotor telah diputar paling kencang.
Catatan.
Berat atau ringannya rotor diputar tergantung dari bebannya. Bila ternyata dg lampu mini tsb rotor terasa berat/keras diputar, maka gantilah dengan lampu LED (ada yg berwarna merah, kuning, hijau dan putih). Led putih dpt menyala dg tegangan 2-5V, led yg lain max 3V.
Menjadikan motor.
Salah satu kawat keluaran generator sambungkan ke ( + ) batere 6V (4x AA), kawat yg lain sentuhkan ke (- ) nya, maka generator ini berubah menjadi motor! Untuk merubah arah putaran, + /- tinggal dibalik.
Merubah tegangan AC menjadi DC.
Cara yg termudah adalah dg menggunakan 4 buah diode (type IN4001 umum, tapi sayangnya arus berkurang hingga ¾ dr keluaran generator. Pilihan lain adalah IN5819, Cuma agak jarang dipasaran).

Generator Kayu