Laporan Pratikum Fisika Transformator

Pratikum Fisika Transformator

Bab I. Pendahuluan

A. Latar Belakang

Kisi listrik yang terdiri dari sebuah jaringan kabel dan trafo yang menghubungkan generator pembangkit daya sentral ke pemakai listrik induk. Didalam trafo memakai tegangan arus bolak-balik (AC)  karena tegangan arus bolak-balik (AC) memiliki manfaat yang universal, yaitu tegangan ini mudah untuk dinaik turunkan dengan menggunakan transformator.

Tegangan keluaran dari pembangkit tenaga listrik dinaikkan untuk keperluan transmisi. Tegangan yang diturunkan pada substansi biasanya untuk keperluan distribusi rumah dengan menggunakan transformator sedangkan jika digunakan dengan arus searah (DC) akan mengalami peningkatan. Meskipun pengubahan tegangan arus searah lebih sulit dan mahal, namun memiliki sejumlah kelebihan dibandingkan AC, seperti arus bolak-balik (AC) menimbulkan medan magnet bolak-balik yang menginduksi kawat-kawat disekitarnya dan mengurangi daya yang ditransmisi, hal ini tidak terjadi pada DC. Mungkin untuk mentransmisi DC pada tegangan rata-rata yang lebih tinggi dari AC karena untuk DC, nilai rms nya sama dengan nilai puncaknya, dan juga kebocoran isolator atau udara ditentukan oleh tegangan puncaknya.

Di dalam kehidupan sehari-hari kita telah mengenal dan mengetahui tentang transformator atau biasa yang disebut trafo. Transformator atau trafo adalah alat yang dirancang untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Trafo biasanya digunakan pada televisi, kulkas, radio dan lain-lain.

Dalam praktikum ini kami melakukan percobaan tentang transformator atau trafo dengan menggunakan tegangan arus bolak-balik (AC), dan mengapa tidak menggunakan tegangan arus searah (DC) akan kami bahas disini.

B. Tujuan Praktikum

Adapun tujuan dari praktikum ini adalah sebagai berikut.

1. Mahasiswa memahami konsep, jenis, dan manfaat transformator
2. Mahasiswa memahami prinsip kerja transformator

Bab II. Tinjauan Pustaka

Transformator atau trafo adalah alat yang dirancang untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Trafo terdiri atas dua kumparan kawat berpenyekat, yang disebut kumparan primer dan kumparan sekunder, dililitkan mengelilingi teras besi atau inti besi yang sama. Dimana kumparan primer adalah kumparan yang dihubungkan dengan sumber tegangan, sedangkan kumparan sekunder adalah kumparan yang dihubungkan dengan hambatan. Ketika tegangan bolak-balik diterapkan pada kumparan primer, tegangan bolak-balik diimbaskan kedalam kumparan sekunder. Alasannya adalah arus bolak-balik mengalir melalui kumparan primer dan membentuk medan magnet bolak-balik dalam inti besi. Medan magnet bolak-balik ini mengimbas tegangan bolak-balik dalam kumparan sekunder tepat ketika magnet yang berotasi dalam dinamo mengimbas tegangan dalam kumparan dinamo (Jim Breithaupt, 2009).

        Gambar transformator                                       Bagian-bagian transformator

Transformator dirancang dengan sedemikian rupa agar seluruh fluks magnet yang dihasilkan arus pada kumparan primer dapat masuk ke kumparan sekunder, dan di asumsikan bahwa energi yang hilang karena hambatan kumparan dan histeresi pada besi dapat diabaikan pendekatan yang baik untuk transformator sebenarnya, yang sering kali memiliki efisiensi lebih dari 99% (Giancoli, 2001).

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_s = Ns

Dimana N_s adalah jumlah lilitan pada kumparan sekunder, dan  adalah laju perubahan fluks magnet. Tegangan masukkan pada kumparan primer, V_p juga berhubungan dengan laju perubahan fluks magnet,

V_p = Np , dimana N_p adalah jumlah lilitan pada kumparan primer. Bagi kedua persamaan ini, dengan asumsi bahwa fluks yang hilang sangat kecil atau tidak ada, untuk memperoleh : = , persamaan transformator ini menunjukkan bahwa tegangan sekunder (keluaran) berhubungan dengan tegangan primer (masukkan) (Giancoli, 2001).

Walaupun tegangan AC dapat dinaikkan atau diturunkan dengan menggunakan transformator, kita tidak bisa memperoleh sesuatu secara cuma-cuma. Kekekalan energi mengatakan bahwa daya keluaran tidak bisa lebih besar dari daya masukan. Transformator yang dirancang dengan baik dapat memiliki efisiensi lebih dari 99%, sehingga sedikit sekali energi yang hilang menjadi panas. Daya masukan pada dasarnya sama dengan daya keluaran. Karena daya P = VI, maka didapat persamaan : V_pI_p = VsIs’ atau  (Giancoli, 2001).

a.      Macam-macam transformator

Berdasarkan gulungan yang ada maka transformator di golongkan menjadi 2 macam, yaitu :

1. Transformator definitif disingkat dengan nama trafo kumparan (gulungan kawat) yaitu gulungan primer.
2. Auto transformator disingkat dengan nama autotrafo yang hanya mempunyai satu gulungan (Gabriel, J.F,    2001).

Berdasarkan energi listrik yang dipindahkan maka transformator dibagi menjadi 2 macam, yaitu :

1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).
2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).

Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:

1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).
2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( V_S ~ V_P).
3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer.

b. Efisiensi transformator

Pada transformator yang tidak ideal, daya pada kumparan primer sama dengan daya pada kumparan sekunder, P_p = P_s. Transformator  yang tidak ideal, Sebagian daya berubah menjadi daya pada kumparan sekunder lebih kecil dari daya kumparan primer, P_p > P_s. Perbandingan P_p dengan P_s dinamakan efisiensi transformator.

Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus
ᶯ (Johanes Surya, 2010).

c.       Kegunaan transformator

Transformator sangat penting digunakan dalam kehidupan kita, hampir semua alat yang menggunakan listrik memakai transformator. Transformator digunakan untuk mentransmisikan listrik dari pusat pembangkit listrik ke rumah-rumah penduduk. Transformator juga banyak digunakan pada peralatan mobil. Misalnya agar busi dapat berpijar dibutuhkan suatu transformator step up untuk menaikkan tegangan dari 12 volt hingga ribuan volt. Tegangan ini juga mampu memijarkan campuran (bensin) udara dalam silinder mesin (Johanes Surya, 2010).

d.      Kerugian dalam transformator

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

1. kerugian tembaga, Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.
2. 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.
3. 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).
4. 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.
5. 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.
6. 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.

Bab III. Metode Praktikum

A. Alat dan Fungsinya

Alat dan fungsinya yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut.

1. Multimeter berfungsi  untuk mengukur arus / tegangan.
2. Kumparan 1000 lilitan berfungsi untuk mengalirkan kuat arus dan tegangan secara bolak-balik.
3. Kumparan 500 lilitan berfungsi untuk mengalirkan kuat arus dan tegangan secara bolak-balik.
4. Kumparan 250 lilitan berfungsi untuk mengalirkan kuat arus dan tegangan secara bolak-balik.
5. Resistor berfungsi untuk menahan arus listrik dengan memproduksi tegangan listrik di antara kedua kutubnya.
6. Catu daya berfungsi untuk memberi energi listrik sementara ketika terjadi kegagalan daya pada listrik utama.
7. Papan rangkaian berfungsi untuk merangkai jembatan penghubung dan menghubungkan alat listrik lainnya.
8. Kabel penghubung merah dan hitam berfungsi Untuk  menghantarkan arus listrik.
9. Jembatan penghubung berfungsi untuk menghubungkan aliran arus listrik dengan cara mencolokkan kedua kaki jembatan penghubung pada papan rangkaian.
10. Inti besi berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

B.  Prosedur Praktikum

Prosedur yang akan dilakukan dalam praktikum transformator adalah :

1. Persiapkan semua peralatan yang dibutuhkan (konsultasikan dengan dosen pengasuh atau asisten).
2. Susun rangkaian.
3. Berikan tegangan masukan pada kumparan primer 3 volt AC.
4. Ukur beda potensial pada ujung-ujung resistor dengan multimeter.
5. Ukur kuat arus yang mengalir pada kumparan primer dan kumparan sekunder.
6. Ulangi langkah-langkah diatas untuk tegangan masukan 6, 9, dan 12 volt AC.

Tukar posisi kumparan primer dan kumparan sekundernya, kemudian lakukan langkah-langkah seperti diatas.

Bab IV. Hasil dan Pembahasan

A. Hasil

Tabel hasil perhitungan secara praktikum :

·         Kumparan dengan 500 lilitan dan 1000 lilitan

 = 

=

= 129,175

·         Kumparan dengan 1000 lilitan dan 500 lilitan

 = 

=

= 13,225

·         Kumparan dengan 250 lilitan dan 1000 lilitan

 = 

=

= 479,375

·         Kumparan dengan 1000 lilitan dan 250 lilitan

 = 

=

= 2,325

Tabel hasil perhitungan secara teori :

·         Kumparan dengan 500 lilitan dan 1000 lilitan

§  Vp = 3 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 1,4 A

§  Vp = 6 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 2,8 A

§  Vp = 9 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 4,1 A

§  Vp = 12 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 5,5 A

·         Kumparan dengan 1000 lilitan dan 500 lilitan

§  Vp = 3 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 5,6 A

§  Vp = 6 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 9,2 A

§  Vp = 9 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 16,4 A

§  Vp = 12 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 24 A

·         Kumparan dengan 250 lilitan dan 1000 lilitan

§  Vp = 3 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 0,7 A

§  Vp = 6 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 1 A

§  Vp = 9 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 2,05 A

§  Vp = 12 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 3 A

·         Kumparan dengan 1000 lilitan dan 250 lilitan

§  Vp = 3 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 11,2 A

§  Vp = 6 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 22,4 A

§  Vp = 9 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 32,8 A

§  Vp = 12 volt

v  Vs =  Volt

v  Is =  = 48 A

6.2 Pembahasan

Setelah dilakukan praktikum kita dapat mengetahui dan memahami tentang transformator atau trafo. Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan. Transformator memiliki banyak jenis yaitu:

1. 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.
2. 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.
3. Auto transformator yaitu transformator yang hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).
4. Auto transformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah.
5. Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer.
6. 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.
7. Transformator tiga fase sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta ( ).

Dari ke 7 jenis transformator tersebut yang lebih sering di gunakan atau yang lebih sering kita dengar yaitu, transformator Step Up dan transformator Step Down. Adapun manfaat dari transformator atau trafo yaitu untuk mengubah tegang arus listrik yang digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik, misalnya radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.

Prinsip kerja dari transformator yaitu,  kita ketahui bahwa didalam travo atau transformator tersebut terdapat kumparan-kumparan, yang dililtkan pada satu batang atau inti, dimana inti dari travo tersebut terbuat dari besi agar bisa menghasilkan induksi medan magnet, dan akhirnya menyebabkan terjadinya GGL induksi. GGL (Gaya Gerak Listrik) dan perpotongan ggl inilah yang diperlukan untuk dapat menghasilkan arus listrik oleh karena itu kumparan primer trafo harus diberikan arus listrik AC arus bolak-balik, jika diberikan arus dc maka kumparan primer tidak menghasilkan GGL/ menjadi magnet diam.

Dalam praktikum ini pada percobaan pertama kumparan 500 dan 1000 lilitan terutama pada V_S  hasil yang didapat tidak sesuai atau tidak akurat , mungkin karena adanya kesalahan dalam pembacaan multimeter dan juga dipengaruhi oleh kabel-kabel yang tersenggol pada saat praktikum.

Bab V. Penutup

A. Kesimpulan

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer),  kumparan kedua (skunder) , dan inti besi. Jenis-jenis transformator ada 7, yaitu Transformator step-up, transformator step-down, auto transformator, auto transformator variabel transformator isolasi, transformator pulsa, transformator tiga fase. Manfaat dari transformator atau trafo yaitu untuk mengubah tegang arus listrik yang digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari transformator yaitu, didalam travo atau transformator tersebut terdapat kumparan-kumparan, yang dililtkan pada satu batang atau inti, dimana inti dari travo tersebut terbuat dari besi agar bisa menghasilkan induksi medan magnet, dan akhirnya menyebabkan terjadinya GGL induksi.