BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kisi listrik terdiri dari sebuah jaringan kabel dan trafo yang

menghubungkan generator pembangkit daya sentral ke pemakai listrik induk.

Pada transformator menggunakan arus bolak-balik (AC). Mengapa? karena

tegangan arus bolak-balik (AC) memiliki manfaat yang universal, yaitu arus ini

mudah untuk dinaikkan atau pun diturunkan dengan menggunakan

transformator.

Di dalam kehidupan sehari-hari kita telah mengenal dan mengetahui

tentang transformator atau biasa disebut dengan trafo. Transformator atau trafo

adalah alat yang dirancang untuk menaikkan atau menurunkan tegangan arus

bolak-balik (AC). Transformator ada 2 jenis, yaitu transfomator step-up dan

transformator step - down. Trafo biasanya digunakan pada televisi, kulkas,

radio dan lain-lain.

Pada trafo terdapat efisiensi yang merupakan perbandingan antara daya

keluar dengan daya masuk. Pada pengoperasiannya, rugi-rugi sangat tidak

diharapkan karena dapat meningkatkan temperature serta dapat mengurangi

efisiensi transformator apabila nilai dan rugi – rugi ini terlalu besar.

Untuk memahami konsep transformator kami melakukan percobaan

tentang transformator; yaitu transformator step – up dan step - down.

B. Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, maka dapat diambil rumusan masalah, yaitu:

1. Bagaimana cara mengukur rugi teras (core losses) suatu transformator?

2. Bagaimana cara mengukur efisiensi transformator?

C. Tujuan Percobaan

Tujuan dari percobaan kali ini adalah sebagai berikut:

1. Mengukur rugi teras (core losses) suatu transformator

2. Mengukur efisiensi transformator

1

BAB II

KAJIAN TEORI

A. Transformator

Transformator merupakan suatu peralatan listrik elektromagnetik yang

berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian

listrik ke rangkaian listrik lainnya, dengan frekuensi yang sama dan

perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan megnet dan

bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Dimana perbandingan

tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder berbanding lurus dengan

perbandingan jumlah lilitan dan berbanding terbalik dengan perbandingan

arusnya.

Dalam bidang listrik, transformator dibedakan menjadi:

1. Transformator Daya

2. Transformator Distribusi

3. Transformator pengukuran, terdiri dari transformator arus dan transformator

tegangan

B. Bagian-Bagian Transformator

Komponen utama dari transformator sederhana terdiri dari bagian-bagian

diantaranya yaitu: inti besi, kumparan transformator. Sedangkan transformator

tenaga terdiri dari inti besi, kumparan transformator, minyak transformator,

bushing, tangki konservator, peralatan bantu pendingin transformator, tap

charger, dan alat pernapasan (dehiydrating breather).

Inti besi berfungi untuk mempermudah jalannya fluks magnetik yang

ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-

lempengan besi tipis yang berisolasi untuk mengurangi panas (sebagai rugi-

rugi besi) yang ditimbulkan oleh eddy current.

Kumparan transformator adalah beberapa lilitan kawat berisolasi yang

membentuk suatu kumparan atau gulungan. Kumparan tersebut terdiri dari

kumparan primer dan kumparan sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi

2

maupun terhadap antar kumparan dengan isolasi seperti karton, pertinak, dan

lain-lain. Kumparan tersebut sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

Gambar 1. Konstruksi kumparan transformator

C. Prinsip Kerja Transformator

Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder)

yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun

berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi

(reluctance) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber

tegangan bolak-balik maka fluks akan muncul di dalam inti yang dilaminasi,

karena kumparan tersebut membentuk jaringan tretutup maka mengalirlah arus

primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka terjadi induksi (self

induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh

indksi dari kumparan primer disebut sebagai induksi bersama (mutual

induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder,

maka mengalirlah arus sekunder di beban, sehingga energi listrik dapat

ditransfer secara keseluruhan. Persamaan matematisnya yaitu:

E=−Ndϕdt

Dimana: E = gaya gerak listik (V)

N = jumlah lilitan

dϕdt

= perubahan fluks magnet

Perlu diingat bahwa hanya tegangan listrik arus bolak-balik yang dapat

ditransformasikan oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika 3

transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan

beban untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan balak-balik

antara rangkaian. Tujuan utama untuk menggunakan inti pada transformator

adalah untuk mengurangi reluktansi (tahanan magnetis) dari rangkaian

magnetis (common magnetic circuit).

D. Keadaan Transformator Tanpa Beban

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber

tegangan V1 yang sinusoidal, akan mengalirkan arus primer I0 yang juga

sinusoidal dan dengan menganggap lilitan N1 reaktif murni. I0 akan tretinggal

900 dari V1. Arus primer I0 menimbulkan fluks (ϕ) yang sefase dan juga

berbentuk sinusoidal.

Gambar 2. Transformator dalam keadaan tanpa beban

Jika tegangan AC diberikan pada kumparan primer, perubahan medan

magnet yang dihasilkannya akan menginduksi tegangan AC berfrekuensi sama

pada kumparan sekunder. Namun, tegangan yang timbul akan berbeda sesuai

dengan jumlah lilitan pada setiap kumparan. Dari hukum Faraday, tegangan

atau ggl terinduksi pada kumparan sekunder adalah:

V 2=N 2

∆ ϕB

∆ t

Di mana N2 adalah jumlah lilitan pada kumparan sekunder dan ∆ ϕB/∆ t adalah

laju perubahan fluks magnet. Tegangan masukan pada kumparan primer V1

juga berhubungan dengan laju perubahan fluks magnet.

V 1=N1

∆ ϕB

∆ t

4

Di mana N1 adalah jumlah lilitan pada kumparan primer. Kemudian membagi

kedua persamaan dengan asumsi bahwa fluks yang hilang sangat kecil atau

tidak ada untuk memperoleh:

V 2

V 1

=N2

N1

(pers. 1)

Dari persamaan pers.1 di atas merupakan persamaan transformator yang

menunjukkan bahwa tegangan sekunder (keluaran) berhubungan dengan

tegangan primer (masukan); V2 dan V1 merupakan tegangan rms atau tegangan

puncak.

Jika N2 lebih besar dari N1 merupakan transformator step-up karena

berfungi untuk menaikkan tegangan. Tetapi jika Jika N2 lebih kecil dari N1

merupakan transformator step-down karena berfungi untuk menurunkan

tegangan.

Walaupun tegangan AC dapat dinaikkan atau diturunkan dengan

menggunakan transformator, tidak dapat didapatkan secara cuma-cuma.

Kekekalan energi mengatakan bahwa daya keluaran tidak bisa lebih besar

daripada daya masukan. Transformator yang dirancang dengan baik dapat

memilki efisiensi lebih dari 99%, sehingga sedikit sekali energi yang hilang

menjadi panas. Daya masukan pada dasarnya sama dengan daya keluaran.

Karena daya P = V.I; sehingga didapatkan:

V 1 . I 1=V 2 . I 2

Atau

I 2

I 1

=N1

N2

5

BAB III

METODE PERCOBAAN

A. Alat dan Bahan

No. Alat dan Bahan Jumlah

1. Kumparan 3 buah

2. Lampu 1 buah

3. Inti besi 1 buah

4. Power supply 1 buah

5. Penjepit buaya 4 buah

6. Multimeter 1 buah

B. Rancangan Percobaan

Gambar 3. Rancangan percobaan transformator

C. Identifikasi Variabel

1. Variabel manipulasi : jumlah lilitan yang digunakan (N1 dan N2 )

6

Definisi operasional : jumlah kumparan yang digunakan ada 3, dengan

jumlah lilitan 250 lilitan, 500 lilitan dan 1000

lilitan.

2. Variabel konrol : powersupply , lampu dan multimeter

Definisi operasional : besarnya tegangan yang kami gunakan pada power

supply sebesar 3 V.

3. Variabel repon : V1 , V2 , R1 , R2

Definisi operasional : V1 merupakan nilai tegangan yang melalui kumparan

1 (N1) kemudian R1 merupakan tahanan yang ada

pada kumparan 1. V2 merupakan nilai tegangan

yang melalui kumparan 2 (N2) kemudian R2

merupakan tahanan yang ada pada kumparan 2.

D. Langkah Percobaan

1. Menyusun alat sesuai dengan rancangan percobaan di atas, jika step up

jumlah lilitan kumparan pertama (N1) lebih sedikit dibandingkan dengan

kumparam kedua (N2), jika step down maka jumlah lilitan kumparan

pertama (N1) lebih banyak dibandingkan dengan kumparam kedua (N2).

2. Menyalakan power supply pada tegangan 3 V.

3. Kemudian mengukur nilai hambatan menggunakan multimeter pada setiap

kumparan sehingga didapatkan R1 dan R2.

4. Kemudian mengukur nilai tegangan menggunakan multimeter pada setiap

kumparan sehingga didapatkan V1 dan V2.

5. Mengulangi langkah di atas menggunakan jumlah lilitan yang berbeda pada

transformator step-up dan step-down.

7

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

A. Data

Berdasarkan hasil percobaan kami, diperoleh data sebagai berikut:

1. Transformator Step-Up

No. N1 N2

Skala yang ditunjuk

(V1 ± 5) V (R1 ± 5) V (V2 ± 5) V (R2 ± 5) V

1. 500 1000 80 190 25 155

2. 250 500 70 190 55 175

3. 250 1000 60 185 35 150

2. Transformator Step-Down

No. N1 N2

Skala yang ditunjuk

(V1 ± 5) V (R1 ± 5) V (V2 ± 5) V (R2 ± 5) V

1. 1000 250 90 180 5 185

2. 1000 500 160 235 5 220

3. 500 250 50 280 30 215

B. Analisis

Dari percobaan tentang “Transformator” yang telah kami lakukan dengan

merangkai transformator step-up dan transformator step-down. Rangkaian

transformator step-up mempunyai lilitan sekunder (N2) lebih banyak dari pada

lilitan primer (N1) karena berfungsi untuk menaikkan tegangan. Sedangkan

rangkaian transformator step down mempunyai lilitan primer (N1) lebih banyak

dari pada lilitan sekunder (N2) karena berfungsi untuk menurunkan tegangan.

8

Kami melakukan tiga kali percobaan pada setiap transformator dengan jumlah

lilitan pada kumparan yang berbeda yaitu: 250 lilitan, 500 lilitan, dan 1000

lilitan.

1. Transformator Step-Up

Alat dan bahan dirangkai seperti gambar pada rancangan percobaan.

Pada transformator step-up lilitan yang digunakan sebanyak 3 kali dengan

variasi: Percobaan 1 (N1 = 500 lilitan, N2 = 1000 lilitan); Percobaan 2 (N1 =

250 lilitan, N2 = 500 lilitan); Percobaan 3 (N1 = 250 lilitan, N2 = 1000 lilitan).

Kumparan tersebut dihubungkan dengan inti besi terlaminasi untuk

mencegah kerugian atau kebocoran arus eddy. Kemudian rancangan

kumparan itu, dihubungkan dengan power supply yang berfungsi untuk

menyalurkan tegangan ke lampu. Pemasangan power supply berada dekat

dengan kumparan primer (N1) sedangkan lampu dekat dengan kumparan

sekunder (N2). Dengan menggunakan multimeter dapat diukur nilai

hambatan dan tegangan pada masing-masing kumparan.

Berdasarkan data hasil percobaan di atas, nilai yang ditunjuk pada

skala multimeter harus yaitu nilai tegangan dan hambatan dihitung dengan

menggunakan persamaan:

hasil pengamatan= skala yangditunjukskala maksimum

xbatas ukur

Sehingga diperoleh data perhitungan seperti pada tabel di bawah ini:

No. N1 N2 V1 R1 V2 R2

1. 500 1000 3.2 V 0.76 𝛀 1 V 0.62 𝛀2. 250 500 2.8 V 0.76 𝛀 2.2 V 0.7 𝛀3. 250 1000 2.4 V 0.74 𝛀 1.4 V 0.6 𝛀

Nilai kuat arus yang mengalir tidak dihitung dengan menggunakan

alat, tetapi dihitung dengan menggunakan data pada tabel di atas, dengan

menggunakan persamaan rumus di bawah ini:

I=VR

Setelah itu dihitung nilai daya yang mengalir pada setiap kumparan I dan

kumparan II dengan menggunakan rumus: P = V.I; hasil perhitungan

tersebut kemudian digunakan untuk menghitung nilai rugi teras, dimana 9

nilai rugi teras tersebut tidak boleh bernilai negatif. Apabila bernilai negatif

maka tidak menunjukkan adanya kerugian total dari transformator dimana

tidak ada kecenderungan arus untuk lewat pada bagian tepi penampang

kawat. Persamaan matematika untuk menghitung rugi teras yaitu:

∆P = P1 – P2

Sehingga hasil perhitungannya yaitu:

No. N1 N2 I1 P1 I2 P2 ∆P

1. 500 1000 4.21 A 13.47 W 1.61 A 1.61 W 11.86 W

2. 250 500 3.68 A 10.3 W 3.14 A 7.48 W 2.82 W

3. 250 1000 3.24 A 7.78 W 2.3 A 3.22 W 4.46 W

Setelah di peroleh data tentang rugi teras, menunjukkan bahwa

nilainya bernilai positif. Kemudian pada transformator ini, dapat dihitung

nilai efisiensi tiap percobaan pada transformator step-up. Untuk menghitung

efisiensinya menggunakan persamaan:

η = P1/ P2 x 100 %

Sehingga, diperoleh nilai efisiensi transformator step-up pada percobaan 1

sebesar 0,1195%, percobaan 2 diperoleh 0,726% dan percobaan 3 diperoleh

0,414%.

2. Transformator Step-Down

Alat dan bahan dirangkai seperti gambar pada rancangan percobaan.

Pada transformator step-down lilitan yang digunakan sebanyak 3 kali

dengan variasi: Percobaan 1 (N1 = 1000 lilitan, N2 = 250 lilitan); Percobaan

2 (N1 = 1000 lilitan, N2 = 500 lilitan); Percobaan 3 (N1 = 500 lilitan, N2 = 250

lilitan). Kumparan tersebut dihubungkan dengan inti besi terlaminasi untuk

mencegah kerugian atau kebocoran arus eddy. Kemudian rancangan

kumparan itu, dihubungkan dengan power supply yang berfungsi untuk

menyalurkan tegangan ke lampu. Pemasangan power supply berada dekat

dengan kumparan primer (N1) sedangkan lampu dekat dengan kumparan

sekunder (N2). Dengan menggunakan multimeter dapat diukur nilai

hambatan dan tegangan pada masing-masing kumparan.

10

Berdasarkan data hasil percobaan di atas, nilai yang ditunjuk pada

skala multimeter harus yaitu nilai tegangan dan hambatan dihitung dengan

menggunakan persamaan:

hasil pengamatan= skala yangditunjukskala maksimum

xbatas ukur

Sehingga diperoleh data perhitungan seperti pada tabel di bawah ini:

No. N1 N2 V1 R1 V2 R2

1. 1000 250 3.6 V 0.72 𝛀 0.2 V 0.74 𝛀2. 1000 500 6.4 V 0.94 𝛀 0.2 V 0.88 𝛀3. 500 250 2 V 1.12 𝛀 1.2 V 0.86 𝛀

Nilai kuat arus yang mengalir tidak dihitung dengan menggunakan

alat, tetapi dihitung dengan menggunakan data pada tabel di atas, dengan

menggunakan persamaan rumus di bawah ini:

I=VR

Setelah itu dihitung nilai daya yang mengalir pada setiap kumparan I dan

kumparan II dengan menggunakan rumus: P = V.I; hasil perhitungan

tersebut kemudian digunakan untuk menghitung nilai rugi teras, dimana

nilai rugi teras tersebut tidak boleh bernilai negatif. Apabila bernilai negatif

maka tidak menunjukkan adanya kerugian total dari transformator dimana

tidak ada kecenderungan arus untuk lewat pada bagian tepi penampang

kawat. Persamaan matematika untuk menghitung rugi teras yaitu:

∆P = P1 – P2

Sehingga hasil perhitungannya yaitu:

No. N1 N2 I1 P1 I2 P2 ∆P

1. 1000 250 5 A 18 W 0.27 A 0.054 W 17.95 W

2. 1000 500 6.8 A 43.52 W 0.23 A 0.046 W 43.47 W

3. 500 250 1.79 A 3.58 W 1.4 A 1.68 W 1.9 W

Setelah di peroleh data tentang rugi teras, menunjukkan bahwa

nilainya bernilai positif. Kemudian pada transformator ini, dapat dihitung

11

nilai efisiensi tiap percobaan pada transformator step-up. Untuk menghitung

efisiensinya menggunakan persamaan:

η = P1/ P2 x 100 %

Sehingga, diperoleh nilai efisiensi transformator step-down pada pada

percobaan 1 diperoleh efisiensi 0,003%, percobaan 2 diperoleh 0,001% dan

percobaan 3 diperoleh 0,469%.

C. Pembahasan

Berdasarkan percobaan yang telah kami yaitu tentang tranformator step-up

dan step down. Rangkaian transformator step-up dirangkai dengan ketentuan

lilitan sekunder lebih banyak dari pada lilitan primer karena berfungsi sebagai

penaik tegangan. Sedangkan rangkaian transformator step down dirangkai

dengan ketentuan lilitan primer lebih banyak dari pada lilitan sekunder.

1. Tranformator Step-Up

Dari percobaan transformator step-up yang telah kami lakukan

dindapatkan data bahwa rugi teras dari percobaan 1 adalah 11,86 W, dari

percobaan 2 adalah 2,82 W dan dari percobaan 3 adalah 4,46 W. Nilai

tersebut telah sesuai dengan teori bahwa rugi teras bernilai bernilai positif

dikarenakan daya primer lebih besar daripada daya sekunder. Hal tersebut

disebabkan karena adanya kerugian atau hilangnya tenga dalam bentuk

kebocoran fluks dan dalam bentuk panas baik pada teras maupun kumparan.

Hasil dari efisiensi transformator step-up yaitu pada percobaan 1

sebesar 0,1195%, percobaan 2 sebesar 0,726% dan percobaan 3 sebesar

0,414%. Menurut teori, semakin besar nilai efisiensi transformator sekitar

kurang lebih 99%, maka akan semakin bagus kualitas transformator yang

digunakan. Karena daya input (P1) lebih besar dari pada daya output (P2).

Hasil tersebut telah sesuai dengan teori yang menunjukkan adanya kebooran

arus. Sehingga transformator yang telah kami rangkai bukan merupakan

transformator yang baik, karena hanya merupakan transformator sederhana.

Hasil tersebut di atas disebabkan karena adanya kerugian dalam

bentuk kebocoran fluks. Kebocoran ini dapat dideteksi karena adanya panas

pada teras atau kumparan. Kebocoran yang ada pada teras disebabkan oleh

arus eddy dan hysteresis. Kerugian hysteresis disebabkan karena inti

12

transformator susah atau tidak dapat mengubah arah fluks magnetnya

dengan cepat atau seketika. Sebenarnya kerugian ini dapat dikurangi dengan

menggunakan material inti reluktansi rendah. Kerugian arus eddy atau arus

olak, disebabkan oleh GGL yang masuk menimbulkan arus dalam inti

magnet melawan perubahan fluks magnet yang membangkitkan GGL.

Kerugian pada arus eddy dapat berkurang apabila digunakan inti berlapis-

lapis.

Pada transformator ideal jika rangkaian output atau sekunder terbuka

tidak akan mengalir arus karena kumparan primer yang ada hanya berfungsi

sebagai induktor. Arus input atau arus primer yang kecil akan mengikuti

tegangan input atau tegangan primer dengan sudut tertentu, yaitu 90° yang

disebut sebagai magnetisasi.

2. Transformator Step-Down

Dari percobaan transformator step-down yang kami lakukan

didapatkan data bahwa rugi teras dari percobaan 1 adalah 17,95 W, dari

percobaan 2 adalah 43,47 W dan dari percobaan 3 adalah 1,9 W. Hasil

tersebut juga sama dengan rugi teras pada transformator step-up karena

bernilai positif yang menunjukkan bahwa telah sesuai dengan teori. Hal

tersebut disebabkan nilai dari daya pada kumparan primer lebih besar

daripada daya di kumparan sekunder.

Sedangkan hasil dari efisiensi transformator pada percobaan 1 adalah

0,003%, pada percobaan 2 adalah 0,001% dan percobaan 3 adalah 0,469%.

Menurut teori, semakin besar nilai efisiensi transformator sekitar kurang

lebih 99%, maka akan semakin bagus kualitas transformator yang

digunakan. Karena daya input (P1) lebih besar dari pada daya output (P2).

Hasil tersebut telah sesuai dengan teori yang menunjukkan adanya kebooran

arus. Sehingga transformator yang telah kami rangkai bukan merupakan

transformator yang baik, karena hanya merupakan transformator sederhana.

Hasil tersebut ditunjukkan dengan adanya rugi teras yang disebabkan

adanya kebocoran arus. Kebocoran ini dapat dideteksi karena adanya panas

pada teras atau kumparan ketika dipegang Kebocoran yang ada pada teras

disebabkan oleh arus eddy dan hysteresis. Kerugian hysteresis disebabkan

13

karena inti transformator susah atau tidak dapat mengubah arah fluks

magnetnya dengan cepat atau seketika. Tetapi, kerugian ini dapat dikurangi

dengan menggunakan material inti reluktansi rendah. Kerugian arus eddy

atau arus olak, disebabkan oleh GGL yang masuk menimbulkan arus dalam

inti magnet melawan perubahan fluks magnet yang membangkitkan GGL.

Kerugian pada arus eddy dapat berkurang apabila digunakan inti berlapis-

lapis.

BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan dapat disimpulkan

bahwa:

a. Untuk menghitung nilai rugi teras pada transformator sederhana yaitu

dengan merangkai kumparan primer berdekatan dengan power supply

sedangkan kumparan sekunder berdekatan dengan lampu. Kemudian diukur

nilai tegangan dan hambatan dengan multimeter pada setiap kumparan.

Dengan menggunakan rumus: I = V/R diperoleh nilai kuat arus. Kemudian

hasil tersebut disubsitusi ke dalam persamaan: P = V.I. Hasil dari masing-

masing daya setiap kumparan disubsitusi pada rumus rugi teras yaitu: ∆P =

P1-P2. Dimana nilai P1 harus lebih besar dari P2. Hasil percobaan kami taraf

ketelitian dari rugi teras yaitu:

b. Untuk mengukur efisiensi sebuah transformator sederhana yaitu dengan

mensubsitusi nilai daya pada masing-masing kumparan pada persamaan

berikut: η = P1/ P2 x 100 %. Hasil percobaan kami efisiensi dari

transformator step-up yaitu 0,1195%, 0,726% dan 0,414% sedangkan pada

transformator step-down yaitu 0,003%, 0,001% dan 0,469%. Jika nilai

efisiensi transformator lebih besar dari 99%, maka transformator tersebut

dapat dikatakan baik.

B. Saran

1. Power supply yang kami gunakan saat percobaan mengalami kendala,

sehingga dimohom untuk memperbaikinya atau menambah jumlahnya.

14

2. Mulitimeter yang gunakan juga mengalami kendala, dimohon untuk

diperbaiki.

15