1. Transformator menggunakan prinsip induksi elektromagnetik untuk mengubah tegangan listrik. 2. Terdiri dari kumparan primer dan sekunder yang dipisahkan oleh inti besi. 3. Tegangan sekunder ditentukan oleh rasio lilitan kumparan primer dan sekunder.

1. Konstruksi dan Prinsip Kerja
Transformator
14:51 / feri budi / Elektro, Power,
Dalam suatu eksperimennya Michael Faraday dengan menggunakan bahan- bahan berupa
sebuah coil, magnet batang dan galvanometer dapat membuktikan bahwa bila kita mendorong
medan magnet batang ke dalam coil tersebut, dengan kutub utaranya menghadap coil
tersebut, ketika batang magnet sedang bergerak, jarum galvanometer memper- lihatkan
penyimpangan yang menunjukkan bahwa sebuah arus telah dihasilkan di dalam coil tersebut.
Bila batang magnet tersebut digerakkan dengan arah sebaliknya maka arah penunjukan pada
galvanometer arahnya- pun berlawanan yang menunjukkan bahwa arah arus yang terjadi
berlawanan juga.
Jadi yang terjadi dalam percobaan itu adalah apa yang disebut arus imbas yang dihasilkan
oleh tegangan gerak listrik imbas.
Gambar percobaan arus induksi
Dalam percobaan lainnya Michael Faraday mencobakan sebuah cincin yang terbuat dari besi
lunak, kemudian cincin besi lunak tersebut dililit dengan kawat tembaga berisolasi.
Percobaan Induksi
Bila sakelar (S) ditutup, maka akan terjadi rangkaian tertutup pada sisi primer, demikian arus
I1 akan mengalir pada rangkaian sisi primer tersebut, sedangkan pada lilitan sekunder tidak
ada arus yang mengalir. Tetapi bila sakelar (S) ditutup dan dibuka secara bergantian maka
jarum galvanomete r akan memperlihatkan adanya penyimpangan yang arahnya berubah-
ubah ke kiri dan ke kanan. Perubahan arah penunjukan jarum galva- nometer ini disebabkan
adanya tegangan induksi pada lilitan sekunder, sehingga I2 mengalir melalui galvanometer.
Dari percobaan seperti telah dijelaskan di atas Michael Faraday dapat menyimpulkan bahwa
tegangan gerak listrik imbas ke dalam sebuah rangkaian listrik adalah sama dengan
perubahan fluks yang melalui rangkaian-rangkaian tersebut

2. Jika kecepatan perubahan fluks dinyatakan di dalam weber/detik, maka tegangan gerak listrik
e dinyatakan dalam volt, yang dalam bentuk persamaannya adalah:
Konstruksi Transformator
Transformatorseringjugadisebuttrafomemilikikonstruksi dansimbol seperti padagambar1
berikutini.
Gambar 1 konstruksi dan simbol transformator
Keterangandari gambar1 :
NP : jumlahlilitanprimer
NS : jumlahlilitansekunder
VP : teganganprimer
VS : tegangansekunder
Sebuahtrafoterdiri dari kumparandan inti besi.Biasanyaterdapat2buah kumparanyaitu
kumparanprimerdankumparansekunder.Keduakumparanini tidakberhubungansecarafisik
tetapi dihubungkanolehmedanmagnet.Untukmeningkatkaninduksi magnetikantara2 kumparan
maka ditambahkaninti besi seperti padagambar1.
Inti besi pada trafo dibedanya menjadi 2 macam yaitu :
1. 1. Inti besi tipe Shell (Shell Core Transformator)
2. 2. Inti besi tipe tertutup (Closed Core Transformator)
Kedua jenis inti besi ini dapat dilihat seperti pada gambar 2 berikut ini.

3. Gambar 2 inti trafo
Pada trafo dengan inti besi berbentuk shell, kumparan dikelilingi oleh inti besi. Fluks
magnetik pada inti besi tipe shell akan terbelah dua (lihat gambar 2). Sementara
kumparan primer dan kumparan sekunder digulung bersamaan. Untuk trafo yang
memiliki inti besi tipe tertutup. Tidak ada pembagian fluk magnetik. Kumparan
primer dan kumparan sekunder terpisah dan dihubungkan dengan inti besi.
Inti besi trafo tidak dibuat berbentuk besi tunggal, tetapi dibuat dari pelat besi yang
berlapis – lapis. Bentuk lapisan pelat besi pada inti trafo dapat dilihat seperti pada
gambar 3 berikut ini.
Gambar 3 inti besi berlapis pada trafo
Cara menghubungkan lapisan inti besi juga bermacam-macam. Beberapa cara yang
umum digunakan dapat dilihat seperti pada gambar 4 berikut ini.
Gambar 4 cara menghubungkan lapisan inti besi pada trafo

4. Mengapa intibesi sebuah trafo harusdibuatberlapis-lapis?.
Untuk menjawabpertanyaanini ,kitaterlebihdahuluharusmempelajari rugi-rugi yangterjadi pada
inti besi.Rugi – rugi yang terjadi padainti besi disebut“iron losses “ (rugi-rugi besi).Kerugianpada
inti besi terdiri dari :
1. Hysterisis losses (rugi-rugi histerisis)
Kerugian histerisisdisebabkanolehgesekanmolekul yangmelawanalirangayamagnetdi dalaminti
besi.Gesekanmolekul dalaminti besi ini menimbulkanpanas.Panasyangtimbul ini menunjukan
kerugianenergi,karenasebagiankecilenergilistriktidakdipindahkan, tetapi diubahbentukmenjadi
energi panas.Panasyangtinggi jugadapat merusaktrafo,sehinggapadatrafo – trafotransmisi daya
listrikukuranbesar,harusdidinginkandenganmediapendingin.Umumnyadigunakanminyak
khususuntukmendinginkantrafoini.
Sebuahtrafodidesainuntukbekerjapadarentangfrekuensi tertentu.Menurunnyafrekuensi arus
listrikdapatmenyebabkanmeningkatnyarugi-rugihisterisisdanmenurunkankapasitas(VA) trafo.
2. KerugiankarenaEddycurrent (eddy currentlosses)
Kerugian karenaEddycurrentdisebabkanolehaliransirkulasiarusyangmenginduksi logam.Ini
disebabkanolehaliranflukmagnetikdisekitarinti besi.Karenainti besi trafoterbuatdari konduktor
(umumnyabesi lunak),makaarusEddy yangmenginduksiinti besi akansemakinbesar.Eddycurrent
dapat menyebabkankerugiandayapadasebuahtrafokarenapadasaat terjadi induksi aruslistrik
pada inti besi,makasejumlahenergi listrikakandiubahmenjadi panas.Ini merupakankerugian.
Untuk mengurangi arusEddy,maka inti besi trafodibuatberlapis-lapis,tujuannyauntukmemecah
induksi arusEddyyang terbentukdi dalaminti besi.Perbedaaninduksi arusEddydi dalaminti besi
tunggal denganinti besi berlapisdapatdilihatpadagambar5 berikutini.
Gambar 5 Inti besi utuh dan inti besi
berlapis
3. Rugi-rugi tembaga(copperlosses)
Rugi – rugi yang ketiga adalah rugi-rugi tembaga (copperlosses). Rugi-rugi tembag
terjadi di kedua kumparan. Kumparan primer atau sekunder dibuat dari gulungan
kawat tembaga yang dilapisi oleh isolator tipis yang disebut enamel. Umumnya
kumparan dibuat dari gulungan kawat yang cukup panjang. Gulungan kawat yang
panjang ini akan meningkatkan hambatan dalam kumparan. Pada saat trafo dialiri
arus listrik maka hambatan kumparan ini akan mengubah sejumlah kecil arus listrik
menjadi panas yaitu sebesar (i2R). Semakin besar harga R maka semakin besar pula
energi panas yang timbul di dalam kumparan. Mutu kawat yang bagus dengan nilai

5. hambatan jenis yang kecil dapat mengurangi rugi – rugi tembaga.
Sebuahtrafoyang ideal diasumsikan:
1. Tidakterjadi rugi-rugi hysterisis
2. Tidakterjadi induksi arusEddy
3. Hambatan dalamkumparan= 0, akibatnyatidakadarugi-rugi tembaga
Gulungan kawat pada kumparan trafo
Menggulung kawat pada kumparan trafo tidak dilakukan dengan sembarangan, tetapi
mengikuti aturan tertentu. Pada trafo fase tunggal, terdapat 2 gulungan kumparan,
yaitu gulungan pada kumparan primer yang terhubung langsung ke sumber arus listrik
dan gulungan kumparan sekunder yang terhubung langsung ke beban. Perbandingan
jumlah gulungan antara kumparan primer dan kumparan sekunder akan menentukan
jenis trafo, apakah jenis step-up atau step-down. Bila gulungan kawat pada kumparan
primer lebih banyak dibandingkan dengan gulungan kawat pada kumparan sekunder
maka trafo akan berfungsi sebagai penurun tegangan atau step-down trafo. Sebaliknya
jika gulungan kawat pada kumparan sekunder lebih banyak dari pada gulungan kawat
pada kumparan primer, maka trafo akan berfungsi untuk menaikan tegangan atau
step-up trafo.
Jenis material kawat yang banyak digunakan untuk membuat kumparan adalah kawat
tembaga. Kawat tembaga memiliki konduktivitas listrik yang bagus, tetapi memiliki
berat yang besar. Untuk mengurangi berat transformator, sering juga digunakan jenis
kawat aluminium. Kawat dengan bahan dasar aluminium memiliki berat jenis yang
kecil, tetapi kawat ini tidak tahan terhadap panas dan konduktivitasnya masih lebih
kecil dibandingkan dengan tembaga.
Satu hal yang penting dalam menggulung kumparan trafo adalah arah gulungan
(orientasi titik). Kumparan primer dan kumparan sekunder dapat digulung searah,
tetapi dapat juga digulung berlawanan arah. Hal ini akan berpengaruh ke fasa arus
listrik. Apabila kumparan primer dan kumparan sekunder digulung searah, maka fasa
arus listrik pada kumparan primer akan sama dengan fasa arus listrik pada kumparan
sekunder. Sebaliknya apabila arah gulungan kumparan primer dan sekunder
berlawanan arah, maka fasa arus listrik pada kumparan primer akan berlawanan
dengan fasa arus listrik pada kumparan sekunder. Untuk jelasnya dapat dilihat pada
gambar 6 berikut ini.

6. Gambar 6 gulungan searah dan gulungan berlawanan
Trafo dapat digunakanuntukmenaikanataumenurunkantegangan.Trafoyangdigunakanuntuk
menaikantegangandisebuttrafostep – upsedangkantrafoyang digunakanuntukmenurunkan
tegangandisebuttrafostep-down.Padatrafostep – up teganganpadasisi sekunderakanlebih
tinggi dari teganganpada sisi primersebaliknyapadatrafostepdowntegangansisi sekunderakan
lebihrendahdari teganganpadasisi primer.Selaintrafostep-updantrafostep –downjugaada trafo
impedansi.Trafoimpedansitidakmenaikanataumenurunkantegangan,tetapi digunakanuntuk
menyesuaikanimpedansisuaturangkaianlistrikataudapatjuga digunakansebagai bebandanfilter
terhadapmedanmagnet.
Teganganpada sisi primer(Vp) dantegangansekunder(Vs) ditentukanolehjumlahlilitankawatpada
kumparanprimerdansekunder.Perbandinganantaralilitankawatpadakumparanprimer(Np) dan
lilitankawatpadakumparansekunder(Ns) disebutrasiolilitan(n).Sedangkanperbandinganantara
teganganprimer(Vp) dengantegangansekunder(Vs) disebutrasiotegangan.Besarrasiotegangan
denganrasiolilitanharussama.Sehinggasecaramatematisdapatditulis:
Persamaan 1 berlaku bila fluks medan magnet primerdan fluks medan magnet
sekunder sama. Rasio lilitan merupakan salah satu faktor penting dalam mendesain
dan membuat trafo.
Contoh 1

7. Sebuah trafo memiliki jumlah lilitan kumparan primer 1500 dan jumlah lilitan pada
kumparan sekunder 500 hitunglah berapa rasio lilitan trafo tersebut. Bila pada sisi
primer diberi tegangan listrik AC 300 V, hitunglah tegangan pada sisi sekunder bila
fluks magnet primer dan sekunder sama.
Jawab
Bila fluks medan magnet pada sisi primer dan sekunder sama, maka berlaku:
Cara kerja transfromator
Gambar 7 fluks
medan magnet pada inti besi
Pada trafo kumparan primer dan kumparan sekunder tidak berhubungan sama sekali,
jadi bagaimana daya listrik dapat berpindah dari primer ke sekunder?.
Penghubung antara kumparan primer dan kumparan sekunder adalah fluks medan
magnet. Ketika kumparan primer dialiri arus listrik AC, maka pada kumparan primer
akan timbul medan magnet disekelilingnya yang disebut mutual induktansi. Mutual
induktansi ini bekerja menurut hukum Faraday tentang induksi magnet pada kawat
yang dialiri arus listrik. Kuat medan magnet berubah dari nol hingga maksimum yang
dinyatakan dengan
Garis gaya magnetini keluardari kumparanprimerdandiarahkanolehinti besi.Flukmagnetikini
berputardi dalaminti besi seperti padagambar2. Fluksmedanmagnetberubahnaikdanturun
sesuai dengansumberarusACyang diberikan.

8. Besarmedanmagnetyang diinduksikanke inti besiditentukanolehbesarnyaaruslistrikdanjumlah
lilitankumparan.Semakinbesarlilitankumparandansemakinbesararuslistrikyangmengalir,maka
semakinbesarjugafluksmedanmagnetyangdiinduksikanke inti besi.
Ketikamedanmagnetini memotongataumasukke kumparansekunder,makapadakumparan
sekunderakantimbul gayageraklistrikyangdisebutteganganinduksi.Besarteganganinduksi
ditentukanmenuruthukumfaradayyaitu:
Teganganinduksi ini tidakmengubahfrekuensi,sehinggafrekuensi padakumparanprimerakan
sama denganfrekuensipadakumparan sekunder.
Bilakira mempunyai sebuahtrafodengan1lilitantunggal padakumparanprimerdandemikianjuga
dengankumparansekunder.Jikategangan1voltdiberikanpadakumparanprimerdandiasumsikan
tidakada kerugian,aruslistrikyangmengalircukupuntukmembangkitkanfluksmedanmagnetdan
menghasilkanteganganinduksi sebesar1voltpada 1 lilitandi kumparansekunder.Ini yangdisebut
denganbesarteganganperlilitan.
Jikaflukmedanmagnetbervariasi sebesarΦ = Φmax sinωt, maka hubunganantarainduksi emf,(E)
dan N diberikan:
TeganganmaksimumjikaCos(wt) =1, atau
Teganganrms (rms= rootmean square) adalah:
Persamaanini dikenal dengannama transformerEMFequation.Untukkumparanprimermaka
digunakanNP dan untukkumparansekunder digunakanNs.Trafotidakdapatbekerjapadaarus DC,
karenaarus DC tidakmenimbulkanflukmedanmagnet.
Contoh2
Sebuahtrafomempunyai 480 lilitanpadakumparanprimerdan90 lilitanpadakumparansekunder.
Flukmagnetmaksimumsebesar1,1 Teslapada tegangan2000 Voltdenganfrekuensi50 Hz,
hitunglah:

9. 1. Fluksmaksimumdi inti besi
2. Luas penampanginti
3. Induksi emf sekunder
Jawab:
Fluksmaksimumdi inti besi
Luas penampanginti
Induksi emdsekunder
Daya Transformator
Daya trafo dinyatakandalamsatuanVA (Volt-Ampere).Untukukuranyanglebihbesardinyatakan
dalamsatuan kVA (kiloVolt-ampere).Padatrafoyangideal,dayayangdiberikanpadakumparan
primerakanseluruhnyadipindahkanke kumparansekundertanparugi-rugi.Trafoideal tidak
mengubahdayayangdiberikan,hanyamengubahtegangan.Trafohanyadapatmenaikkanatau
menurunkantegangantetapi tidakdapatmenaikandayalistrik.Secaramatematis,dayasebuahtrafo

10. dapat dituliskan:
Dimana θp dan θs adalah fase pada primer dan sekunder.
Efisiensi transformator
Sebuah trafo tidak membutuhkan bagian yang bergerak untuk memindahkan energi
dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Ini berarti tidak ada kerugian karena
gesekan atau hambatan udara seperti yang terdapat pada mesin – mesin listrik (contoh
motor listrik dan generator). Namun di dalam trafo juga terdapat kerugian yang disebut
rugi-rugi tembaga (copper losses) dan rugi-rugi besi (iron losses). Rugi-rugi tembaga
terdapat pada kumparan primer dan kumparan sekunder, sedangkan rugi-rugi besi
terdapat dalam inti besi. Rugi-rugi ini berupa panas yang dilepaskan akibat terjadinya
Eddy current. Tetapi rugi-rugi ini sangat kecil. Efisiensi sebuah trafo dapat dihitung
dengan membandingkan daya yang dikeluarkan di kumparan sekunder dengan daya
yang diberikan pada kumparan primer.
Sebuah trafo ideal akan memiliki efisiensi sebesar 100 %. Artinya semua daya yang
diberikan pada kumparan primer dipindahkan ke kumparan sekunder tanpa ada
kerugian. Sebuah trafo yang real memiliki efisiensi di bawah 100% dan pada saat beban
penuh (full load) efisiensi trafo berkisar pada harga 94 – 96%. Untuk trafo yang bekerja
pada tegangan dan frekuensi yang konstan, efisiensi trafo dapat mencapai 98%.
Efisiensi trafo dapat dinyatakan :
Transformator denganbanyak kumparan
Pada pembahasansebelumnyakitahanyamelihattrafodengan2 kumparan,yaitu1 kumparan
primerdan1 kumparansekunder.Tetapi,trafodapatdibuatdenganbanyakkumparan,baikpada

11. kumparanprimermaupunpadakumparansekunder.Trafodenganbanyak kumparandisebut
multiple winding transformer.
Prinsipkerjatrafodenganbanyakkumparansamadengantrafodengan2 kumparan.Perhitungan
teganganprimer,tegangansekunder,jumlahlilitanprimerdanjumlahlilitansekundersertaarah
lilitansamadengan perhitunganpadatrafodengan2 kumparan.Hal yangperludiperhatikanadalah
polaritasteganganpadakumparan,baikkumparanprimermaupunkumparansekunder.Gambar7
menunjukanskematrafodenganbanyakkumparan.
Gambar 7 skema trafo dengan banyak kumparan
Gambar 7 menunjukan sebuah trafo yang memiliki 2 kumparan primer dan 3
kumparan sekunder. Kumparan primer trafo dapat dihubungkan secara seri atau
paralel. Apabila hendak dihubungkan dengan tegangan yang lebih tinggi kumparan
primer dapat dihubungkan seri. Bila kumparan primer dihubungkan secara parelel,
maka kumparan primer dapat dialiri arus listrik yang lebih besar lagi. Demikian juga
dengan kumparan sekunder. Bila dihubungkan secara seri, maka tegangan yang
dihasilkan akan semakin besar, dan bila dihubungkan secara paralel, maka arus yang
dihasilkan akan semakin besar.
Proses menghubungkan 2 kumparan atau lebih, harus diperhatikan polaritas masing -
masing kumparan. Kumparan yang dihubungkan seri atau paralel harus memiliki
polaritas yang sama. Gambar 8 memberikan contoh cara menghubungkan kumparan -
kumparan primer dan kumparan – kumparan sekunder.

12. Gambar 8 contoh gabungan beberapa kumparan pada trafo
Trafo certer tap (Trafo CT)
Trafo CT adalahtrafo step-downyangkumparansekundernyamemiliki titik tengah(centertap).
Trafo ini digunakanuntukmenciptakan2tegangansekunderyangsama.Trafo CT digunakanuntuk
membuatpowersupply bipolar.Gambar9 menunjukanskematrafoCT.
Gambar 9 skema
trafo CT
Gambar 10 dan gambar 11 menunjukan2macam trafo step– downyang banyakdigunakanpada
saat ini.Gambar 10 menunjukanjenistrafoCTdan gambar11 menunjukanjenistrafoengkel.Trafo
engkel adalahsebutanuntuktrafostandaryangmemiliki1kumparanprimerdan1 kumparan
sekunder.

13. Gambar 10 contoh trafo engkel
Gambar 11 contoh trafo CT