Download - gabung L-6
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