TransformatorDari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

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-downPrinsip 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   dan rumus

untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan sekunder adalah  .

Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka   

dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat   sedemikian

hingga  . 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:

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.

Efisiensi

Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus   Karena adanya kerugian pada transformator. Maka efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%. Untuk transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bisa mencapai 98%.Jenis-jenis transformatorStep-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 fase

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 ( ).

Pengukuran Satuan Magnet

Pertama-tama kita harus terbiasa dengan besaran yang beragam yang berhubungan dengan magnetisme. Ada lebih banyak besaran sistem magnetdibandingkan dengan sistem listrik. Jika listrik mempunyai besaran dasar yaitu tegangan (E), arus (I), tahanan (R), dan daya (P). Tiga besaran pertama berhubungan satu sama lain oleh hukum Ohm (E = IR ; I = E/R ; R = E/I), sedangkan daya berhubungan dengan tegangan, arus dan tahanan oleh hukum Joule (P = IE ; P = I2R ; P = E2/R).

Akan tetapi magnetisme memiliki besaran yang berhubungan dengan besaran yang berhubungan dengan :

Gaya gerak magnet (Magnetomotive force) = Besaran gaya medan magnet atau “dorongan”. Analoginya dengan gaya gerak listrik (electromotive force).

Fluks medan magnet (Ф) = Besaran total effek medan atau “substansi” dari medan. Analoginya dengan arus listrik.

Kuat medan magnet (H) = Jumlah gaya medan (mmf) yang terdistribusi sepanjang elektromagnet. Kadan-kadang disebut sebagai gaya magnet.

Kerapatan fluks (B) = Jumlah fluks medan magnet yang terkonsentrasi pada luas yang diberikan.

Reluktansi (R)= Perlawanan terhadap fluks medan magnet melalui volume yang diberikan dari ruang atau bahan. Analoginya dengan reisitansi listrik.

Permiabilitas (μ) = Ukuran khusus dari sifat menerima bahan terhadap fluks medan magnet, analoginya dengan resistansi jenis dari bahan konduktor(ρ), sifatnya adalah kebalikan dari resistansi jenis (semakin besar permiabilitas semakin mudah pula fluks magnet mengalir,

sedangkan pada resistansi jenis semakin besar nilainya maka akan semakin sulit arus listrik mengalir).

Hubungan antara gaya medan magnet, fluks medan dan reluktansi sama seperti hubungan antara besaran listrik dari gaya gerak listrik (E), arus (I) dan resistansi (R). Hubungan pada magnet juga memberikan persamaan hukum Ohm.

Dan permiabilitas yang diberikan memiliki analogi yang terbalik dengan resistansi jenis, persamaan menunjukkan reluktansi bahan magnet sangat mirip analoginya dengan resistansi dari konduktor :

Dalam kasus yang lain, sebatang bahan yang lebih panjang memberikan perlawanan yang lebih besar, jika semua nilai besaran yang lain sama. Akan tetapi, semakin besar luas penampang maka perlawanan akan semakin kecil jika semua nilai besaran lain sama.

Suatu koreksi yang utama di sini bahwa reluktansi dari bahan terhadap fluks magnet biasanya berubah terhadap fluks konsentrasi fluks yang melaluinya. Ini membuat hukum Ohm untuk rangkaian magnet tidak linier dan jauh lebih sulit untuk menghitungnya dibandingkan dengan rangkaian listrik dengan hukum Ohm.

Garis Gaya Magnet

Bumi merupakan magnet alam raksasa, buktinya mengapa kompas menunjukkan arah utara dan selatan bumi kita. Karena sekeliling bumi sebenarnya dilingkupi garis gaya magnet yang tidak tampak oleh mata kita tapi bisa diamati keberadaannya dengan kompas. Batang magnet menghasilkan garis gaya magnet yang melingkupinya dengan arah dari utara ke selatan. Pembuktian sederhana dapat dilakukan dengan menempatkan batang magnet di atas selembar kertas. Di atas kertas taburkan serbuk besi secara merata, yang terjadi adalah bentuk garis-garis dengan pola-pola melengkung oval diujung-ujung kutub Gambar 1. Ujung kutub utara selatan muncul pola garis gaya yang kuat. Daerah netral pola garis gaya magnetnya lemah.

Gambar 1 Pola garis medan magnet permanen

Arah garis gaya magnet dengan pola garis melengkung mengalir dari arah kutub utara menuju kutub selatan Gambar 2. Di dalam batang magnet sendiri garis gaya mengalir sebaliknya, yaitu dari kutub selatan ke kutub utara. Di daerah netral tidak ada garis gaya di luar batang magnet.

Gambar 2 Garis medanmagnet utara-selatan

Pembuktian secara visual garis gaya magnet untuk sifat tarik-menarik pada kutub berbeda dan sifat tolak-menolak pada kutub sejenis dengan menggunakan magnet dan serbuk halus besi Gambar 3. Kutub yang sejenis utara-utara, garis gaya saling menolak satu dan lainnya. Pada kutub yang berbeda utara-selatan, garis gaya magnet memiliki pola tarik-menarik. Sifat tarik-menarik dan tolak-menolak magnet menjadi prinsip dasar motor listrik.

 

Gambar 3 pola garis medan magnet tolak menolak dan tarik menarik

Untuk mendapatkan garis gaya magnet yang merata di setiap titik permukaan maka ada dua bentuk yang mendasari rancangan mesin listrik. Bentuk datar (flat) akan menghasilkan garis gaya merata setiap titik permukaannya. Bentuk melingkar (radial), juga menghasilkan garis gaya yang merata setiap titik permukaannya Gambar 4.

Gambar 4 Garis gaya magnet pada permukaan rata dan silinder

Konstruksi Transformator

Transformator sering juga disebut trafo memiliki konstruksi dan simbol seperti pada gambar 1 berikut ini.

Gambar 1 konstruksi dan simbol transformator

Keterangan dari gambar 1 :

NP : jumlah lilitan primerNS : jumlah lilitan sekunderVP : tegangan primerVS : tegangan sekunder

Sebuah trafo terdiri dari kumparan dan inti besi. Biasanya terdapat 2 buah kumparan yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Kedua kumparan ini tidak berhubungan secara fisik tetapi dihubungkan oleh medan magnet. Untuk meningkatkan induksi magnetik antara 2 kumparan maka ditambahkan inti besi seperti pada gambar 1.

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.

Gambar 2 inti trafoPada 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 trafoCara 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

Mengapa inti besi sebuah trafo harus dibuat berlapis-lapis?.Untuk menjawab pertanyaan ini , kita terlebih dahulu harus mempelajari rugi-rugi yang terjadi pada inti besi. Rugi – rugi yang terjadi pada inti besi disebut “iron losses “ (rugi-rugi besi). Kerugian pada inti besi terdiri dari :1. Hysterisis losses (rugi-rugi histerisis)

Kerugian histerisis disebabkan oleh gesekan molekul yang melawan aliran gaya magnet di dalam inti besi. Gesekan molekul dalam inti besi ini menimbulkan panas. Panas yang timbul ini menunjukan kerugian energi, karena sebagian kecil energi listrik tidak dipindahkan , tetapi diubah bentuk menjadi energi panas. Panas yang tinggi juga dapat merusak trafo ,sehingga pada

trafo – trafo transmisi daya listrik ukuran besar, harus didinginkan dengan media pendingin. Umumnya digunakan minyak khusus untuk mendinginkan trafo ini.

Sebuah trafo didesain untuk bekerja pada rentang frekuensi tertentu. Menurunnya frekuensi arus listrik dapat menyebabkan meningkatnya rugi-rugi histerisis dan menurunkan kapasitas (VA) trafo.

2. Kerugian karena Eddy current (eddy current losses)

Kerugian karena Eddy current disebabkan oleh aliran sirkulasi arus yang menginduksi logam. Ini disebabkan oleh aliran fluk magnetik disekitar inti besi. Karena inti besi trafo terbuat dari konduktor (umumnya besi lunak), maka arus Eddy yang menginduksi inti besi akan semakin besar. Eddy current dapat menyebabkan kerugian daya pada sebuah trafo karena pada saat terjadi induksi arus listrik pada inti besi, maka sejumlah energi listrik akan diubah menjadi panas. Ini merupakan kerugian.

Untuk mengurangi arus Eddy, maka inti besi trafo dibuat berlapis-lapis, tujuannya untuk memecah induksi arus Eddy yang terbentuk di dalam inti besi. Perbedaan induksi arus Eddy di dalam inti besi tunggal dengan inti besi berlapis dapat dilihat pada gambar 5 berikut ini.

Gambar 5 Inti besi utuh dan inti besi berlapis

3. Rugi-rugi tembaga (copper losses)Rugi – rugi yang ketiga adalah rugi-rugi tembaga (copper losses). 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 hambatan jenis yang kecil dapat mengurangi rugi – rugi tembaga.

Sebuah trafo yang ideal diasumsikan:

1. Tidak terjadi rugi-rugi hysterisis2. Tidak terjadi induksi arus Eddy3. Hambatan dalam kumparan = 0, akibatnya tidak ada rugi-rugi tembaga

Gulungan kawat pada kumparan trafoMenggulung 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.

Gambar 6 gulungan searah dan gulungan berlawanan

Trafo dapat digunakan untuk menaikan atau menurunkan tegangan. Trafo yang digunakan untuk menaikan tegangan disebut trafo step – up sedangkan trafo yang digunakan untuk menurunkan tegangan disebut trafo step-down. Pada trafo step – up tegangan pada sisi sekunder akan lebih tinggi dari tegangan pada sisi primer sebaliknya pada trafo step down tegangan sisi sekunder akan lebih rendah dari tegangan pada sisi primer. Selain trafo step-up dan trafo step –down juga ada trafo impedansi. Trafo impedansi tidak menaikan atau menurunkan tegangan, tetapi digunakan untuk menyesuaikan impedansi suatu rangkaian listrik atau dapat juga digunakan sebagai beban dan filter terhadap medan magnet.

Tegangan pada sisi primer (Vp) dan tegangan sekunder (Vs) ditentukan oleh jumlah lilitan kawat pada kumparan primer dan sekunder. Perbandingan antara lilitan kawat pada kumparan primer (Np) dan lilitan kawat pada kumparan sekunder (Ns) disebut rasio lilitan (n). Sedangkan perbandingan antara tegangan primer (Vp) dengan tegangan sekunder (Vs) disebut rasio tegangan. Besar rasio tegangan dengan rasio lilitan harus sama. Sehingga secara matematis dapat ditulis :

Persamaan 1 berlaku bila fluks medan magnet primerdan fluks medan magnet sekundersama. Rasio lilitan merupakan salah satu faktor penting dalam mendesain dan membuat trafo.Contoh 1

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.JawabBila 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 magnet ini keluar dari kumparan primer dan diarahkan oleh inti besi. Fluk magnetik ini berputar di dalam inti besi seperti pada gambar 2. Fluks medan magnet berubah naik dan turun sesuai dengan sumber arus AC yang diberikan.

Besar medan magnet yang diinduksikan ke inti besi ditentukan oleh besarnya arus listrik dan jumlah lilitan kumparan. Semakin besar lilitan kumparan dan semakin besar arus listrik yang mengalir, maka semakin besar juga fluks medan magnet yang diinduksikan ke inti besi.

Ketika medan magnet ini memotong atau masuk ke kumparan sekunder, maka pada kumparan sekunder akan timbul gaya gerak listrik yang disebut tegangan induksi. Besar tegangan induksi ditentukan menurut hukum faraday yaitu :

Tegangan induksi ini tidak mengubah frekuensi, sehingga frekuensi pada kumparan primer akan sama dengan frekuensi pada kumparan sekunder.

Bila kira mempunyai sebuah trafo dengan 1 lilitan tunggal pada kumparan primer dan demikian juga dengan kumparan sekunder. Jika tegangan 1 volt diberikan pada kumparan primer dan diasumsikan tidak ada kerugian, arus listrik yang mengalir cukup untuk membangkitkan fluks medan magnet dan menghasilkan tegangan induksi sebesar 1 volt pada 1 lilitan di kumparan sekunder. Ini yang disebut dengan besar tegangan per lilitan.

Jika fluk medan magnet bervariasi sebesar Φ = Φmax sinωt,  maka hubungan antara induksi emf, (E) dan N diberikan :

Tegangan maksimum jika Cos(wt) = 1, atau

Tegangan rms (rms = root mean square) adalah :

Persamaan ini dikenal dengan nama transformer EMF equation. Untuk kumparan primer maka digunakan NP dan untuk kumparan sekunder digunakan Ns. Trafo tidak dapat bekerja pada arus DC, karena arus DC tidak menimbulkan fluk medan magnet.

Contoh 2

Sebuah trafo mempunyai 480 lilitan pada kumparan primer dan 90 lilitan pada kumparan sekunder. Fluk magnet maksimum sebesar 1,1 Tesla pada tegangan 2000 Volt dengan frekuensi 50 Hz, hitunglah :

1. Fluks maksimum di inti besi2. Luas penampang inti3. Induksi emf sekunder

Jawab :

Fluks maksimum di inti besi

Luas penampang inti

Induksi emd sekunder

Daya Transformator

Daya trafo dinyatakan dalam satuan VA (Volt-Ampere). Untuk ukuran yang lebih besar dinyatakan dalam satuan kVA (kiloVolt-ampere). Pada trafo yang ideal, daya yang diberikan pada kumparan primer akan seluruhnya dipindahkan ke kumparan sekunder tanpa rugi-rugi. Trafo ideal tidak mengubah daya yang diberikan, hanya mengubah tegangan. Trafo hanya dapat menaikkan atau menurunkan tegangan tetapi tidak dapat menaikan daya listrik. Secara matematis, daya sebuah trafo dapat dituliskan :

Dimana θp dan θs adalah fase pada primer dan sekunder. Efisiensi transformatorSebuah 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 dengan banyak kumparanPada pembahasan sebelumnya kita hanya melihat trafo dengan 2 kumparan, yaitu 1 kumparan primer dan 1 kumparan sekunder. Tetapi, trafo dapat dibuat dengan banyak kumparan, baik pada kumparan primer maupun pada kumparan sekunder. Trafo dengan banyak kumparan disebut multiple winding transformer.

Prinsip kerja trafo dengan banyak kumparan sama dengan trafo dengan 2 kumparan. Perhitungan tegangan primer, tegangan sekunder, jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan sekunder serta arah lilitan sama dengan perhitungan pada trafo dengan 2 kumparan. Hal yang perlu diperhatikan adalah polaritas tegangan pada kumparan, baik kumparan primer maupun kumparan sekunder. Gambar 7 menunjukan skema trafo dengan banyak kumparan.

Gambar 7 skema trafo dengan banyak kumparanGambar 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.

Gambar 8 contoh gabungan beberapa kumparan pada trafoTrafo certer tap (Trafo CT)Trafo CT adalah trafo step-down yang kumparan sekundernya memiliki titik tengah (center tap). Trafo ini digunakan untuk menciptakan 2 tegangan sekunder yang sama. Trafo CT digunakan untuk membuat power supply bipolar. Gambar 9 menunjukan skema trafo CT.

Gambar 9 skema trafo CT

Gambar 10 dan gambar 11 menunjukan 2 macam trafo step – down yang banyak digunakan pada saat ini. Gambar 10 menunjukan jenis trafo CT dan gambar 11 menunjukan jenis trafo engkel. Trafo engkel adalah sebutan untuk trafo standar yang memiliki 1 kumparan primer dan 1 kumparan sekunder.

Gambar 10 contoh trafo engkel

Gambar 11 contoh trafo CT

Histerisis (Histerysis)

Adalah perbedaan atau penyimpangan yang timbul sewaktu dilakukan pengukuran secara

berkesinambungan dari dua arah yang berlawanan. Mulai dari minimun (nol) sampai maksimum.

Cara Supaya histerisis tidak terjadi adalah gesekan antara poros dan bantalan harus dihilangkan

atau setidak-tidaknya diperkecil.

Sekering (dari bahasa Belanda zekering) adalah suatu alat yang digunakan sebagai pengaman dalam suatu rangkaian listrik apabila terjadi kelebihan muatan listrik atau suatu hubungan arus pendek

Pelebur menurut besarnya tegangan kerjanya dapat dibedakan menjadi:

1.1. Pelebur tegangan rendah

Cara kerjanya

Cara kerja pengaman lebur adalah berdasarkan panas yang timbul akibat listrik yang mengalir pada elemen pengman lebur.

Pada keadaan normal, yaitu arus yang mengalir pada elemen leburnya atau lebih kecil dari arus nominal (rating) dari pelebur, suhu elemen lebur (konstan).

Pada keadaan arus yang melebihi arus nominalnya maka suhu elemen leburnya akan naik dengan cepat dan bila titik cairnya dicapai, maka elemen leburnya akan terputus.

b.  Karakteristik Pelebur

Karakteristik waktu pemutusan yang bergantung dari perbandingan antara arus yang melalui elemen lebur dan arus nominal pelebur.

o   arus yang melalui elemen lebur

o   arus nominal pelebur

o   waktu pemutusan

 Pada grafik ditunjukan hubungan antara besarnya arus dan lamanya pemutusan makin besar harga arus yang mengalir makin cepat pula pemutusannya. Ada harga-harga tertentu diatas harga nominalnya belum dapat mengakibatkan putusnya pelebur, sehingga pelebur tersebut akan sesuai bila hanya digunakan sebagai pengaman terhadap gangguan hubung singkat.

 

Karakteristik waktu pemutusan yang bergantung dari perbandingan antara arus yang melalui elemen lebur dan arus nominal pelebur.

I   : arus yang melalui elemen lebur

In : arus nominal pelebur

t   : waktu pemutusan

Bentuk dan konstruksi pelebur

Bentuk dan konstruksi dari pelebur banyak macamnya.entuk dan konstruksi dari pelebur banyak macamnya. Perbedaan tersebut di karenakan :

kemampuan arus nominalnya

penggunaannya

Pelebur-pelebur dalam pemakaian praktis antara lain seperti:

1). Pengaman lebur sekrup

      Kemampuan pengaman pengaman lebur ini terbatas yaitu antara 6 sampai  100 Ampere. Untuk memudahkan mengetahui besarnya harga arus nominal masing-masing pelebur dapat dilihat pada sebelah luar patron yang diberi warna yang berbeda-bada untuk setiap harga nominalnya, Lihat tabel.

 

2). Pelebur pipa gelas

Harga nominal dari pelebur ini kecil, antara 0,5 sampai 30 Ampere penggunaanya yaitu untuk pengaman dari alat-alat ukur, rele saluran lain di switch board (papan hubung bagi). Pemasangannya pada sepatu sekering.

 

3). Pelebur pita

Kemampuan pelebur ini antara 6 sampai 500 Ampere. Bentuknya kompak dan ringan, dan mudah diganti kalau putus. Penggunaannya sebagai pengaman pada saluran induk atau saluran cabang untuk instalasi penerangan maupun instalasi tenaga. Pemasangannya pada pipa (tabung) porselin pada sepatu sekering

4). Pelebur kawat

 Bentuk pelebur hampir sama dengan pelebur pita, yang berbeda adalah elemen leburnya, yaitu berbentuk bulat. Kemampuannya lebih rendah dari pelebur pita yaitu antara 2 sampai 100 Ampere. Pemakaiannya pada saluran induk instalasi penerangan dan tenaga.

 

5). Pelebur tabung terbuka

            Pelebur ini mempunyai harga nominal sampai 100 Ampere. Penggunaanya sebagai pengaman saluran induk jaringan tegangan rendah, yaitu perlengkapan hubung bagi tegangan rendah (PHBTR). Juga digunakan saluran cabang  dari instalasi penerangan maupun instalasi tenaga. Bila elemen lebur dari pelebur ini putus dapat diganti dengan mudah.

6). Pelebur tabung tertutup

            Harga arus nominal dari pelebur ini sama dengan pelebur tabung terbuka. Pada pelebur ini tabung bagian dalamnya berisi serbuk semacam porselin, tujuannya agar pada waktu pemutusan elemen lebur gas yang terjadi tidak terlalu banyak. Sehingga apabila digunakan  pada tempat yang sempit dan tidak tertutup rapat tidak terlalu menjadikan masalah.

1.2. Pelebur tegangan tinggi

       a. Cara kerjanya

            Berdasarkan cara kerjanya maka pelebur TT/TM dapat dibedakan:

            1). Pelebur penunguan arus nol (the curent a waiting zero type)

                  Pelebur arus ini menginterupsi sempurna setelah arus ditunggu sama dengan 0

Pada saat tersebut medium/gas pemadaman akan memadsamkan seluruh busur dengan sempurna.

Media/gas pemadaman yang digunakan,antara lain basic acid, minyak vakum. Pelebur ini menggunakan elemen lebur yang relatif pendek untuk merasakan  adanya arus lebih dan saat dimulainya pembusur apian  (arching) yang diperlukan untuk pemutusan. Pelebur yang termasuk jenis ini ialah explusion fuse, vacum fuse, oil fuse, cut out.

      Explusion fuse dalam pemadaman akan melepas gas serta akan menimbulkan suara ledakan pada waktuy pemutusan sehingga membantu orang yang mendengarnya bahwa  fuse link telah putus. Sehingga pelebur ini lebih sesuai untuk penggunaan luar/tempat terbuka.

2). Pelebur pergeseran nol arus

      Pelebur arus ini dalam waktu singkat yang dapat mengubah faktor daya yang rendah menjadi lebih tinggi dalam rangkaian, sehingga menggeser titk “Arus =0” mendekati titik “tegengan =0”.

            b. Karakteristik pelebur

Karakteristik dari pelebur tegangan tinggi adalah lamanya waktu pemutusan bergantung dari besarnya arus yang mengalir pada peleburnya. Untuk Explusion fuse ada 2 tipe yaitu  tipe “K” dan tipe “T”. perbedaan kurva antara kedua tipe didasarkan pada “speed ratio”, yaitu perbandingan antar arus leleh minimum pada 0,1 detik dan arus leleh minimum pada 300 atau

600 detik. Untuk fuse link tipe “K” (tipe lambat) speed ratio= 6-8. untuk fuse link tipe “T” (tipe lambat) speed ratio 10-13. 

Berdasarkan bentuk fisiknya maka pelebur dapat dibedakan menjadi:

Rumah sekring

Gambar 1.1 memperlihatkan sebuah rumah sekring untuk memasang dalam kotak pengaman lebur. Jenis ini dilengkapi denganterminal netral (terminal nol).

Menurut ayat 630 B17 hantaran suplainya harus dihubungkan dengan kontak alas rumah sekring. Kalau hantaran suplai ini juga harus dihuungkan dengan rumah sekring lain, harus digunakan rumah sekring dengan dua terminal pada kontak alasnya. Sebab menurut ayat 741 A5 sub a satu terminal hanya boleh digunakan untuk satu kawat saja.   

  

            b.Tudung sekring

Tudung sekring memiliki sebuah bumbung berulir jenis E 33, E27 atau E 16. tudung sekring juga memiliki sebuah jendela kaca kecil (lihat gambar).

Kaca ini dapat dilepas untuk keperluan pengukuran. Setelah pengukurannya selesai kacanya harus dipasang kembali. Sebab kaca ini dimaksudkan untuk menutupi patron leburnya yang bertegangan. Selain itu, kalau patronnya tidak diberi tutup kaca, dan terjadi hubungan singkat, dapat timbul lidah api yang menjilat keluar.

Diameter luar dari bumbung berulir jenis E33, E27 dan E16 masing – masing sama dengan 33, 27 dan 16 mm. tudung sekring dengan ulir jenis – jenis tersebut masing – masing disebut jenis K III, K II dan K I.

Tudung sekring jenis K III digunakan untuk patron dari 25 A sampai dengan 63 A. jenis K II digunakan untuk patron 2 A sampai dengan 25 A. jenis K I juga digunakan untuk 2 A sampai dengan 25 A, tetapi jarang dipakai.

  

            c. Pengepas patron

Pengepas patron memiliki lubang pas dengan diameter yang berbeda – beda, tergantung pada arus nominalnya. Setiap pengepas patron diberi kode warna untuk menandai arus nominalnya. Juga patron leburnya diberi kode warna yang sama. Jadi patron lebur dan pengepas patron dengan arus nominal yang sama memiliki warna kode yang sama. 

        d. Patron lebur

Patron lebur memiliki kawat lebur dari perak dengan campuran beberapa logam lain, antara lain timbal, seng dan tembaga. Untuk kawat lebur digunakan perak, karena logam ini hamper tidak mengoksid, dan daya hantarnya tinggi. Jadi diameter kawat leburnya bisa sekecil mungkin, sehingga kalau kawatnya menjadi lebur, tidak akan timbul banyak uap. Kemungkinan terjadinya ledakan juga lebih kecil. Selain kawat lebur, dalam patron lebur juga terdapat kawat isyarat dari kawat – kawat tahanan. Kawat isyarat ini di hubungkan paralel dengan kawat lebur. Karena tahanannya besar, arus yang mengalir dalam kawat isyarat hanya kecil. Pada ujung kawat isyarat terdapat sebuah piringan kecil berwarna berfungsi sebagaiisyarat. Piringan isyarat ini menekan sebuah pegas kecil.

Kalau kawat leburnya putus karena arus yang terlalu besar, kawat isyaratnya juga akan segera putus. Karena itu piringan isyaratnya akan lepas, sehingga dapat diketahui bahwa kawat leburnya telah putus.

Dalam patron lebur juga terdapat pasir. Pasir ini dimaksudkan untuk memadamkan latu yang timbil kalau kawat leburnya putus. Dan juga untuk meningkatkan penyaluran panasnya.

Diameter luar dari ujung patron lebur berbeda – beda, tergantung pada arus nominalnya. Makin tinggi arus nominalnya, makin besar diameter ujung patronnya. Karena itu sebuah patron hanya dapat digunakan untuk pengepas patron yang arus nominalnya sama (jadi warna kodenya sama) atau yang arus nominalnya lebih tinggi, tetapi tidak sebaliknya.

Prinsip Las Listrik

Pada dasarnya las listrik yang menggunakan elektroda karbon maupun logam menggunakan tenaga listrik sumber panas. busur listrik yang terjadi yang terjadi antara ujung elektroda dan benda kerja dapat mencapai temperatur tinggi yang dapat melelehkan sebagai bahan merupakan [erkalian antara tenaga listrik (E) dengan kuat arus (I) dan waktu yang di tanyakan dalam suatu , panas joule atau kalori seperti rumus di bawah ini

H = E x I x t

dimana :

H = panas dalam suatu jouleE = tegangan listrik dalam voltI = kuat arus dalam ampert = waktu dalam detik

Ohm's Law Impedance Phase AngleMagnetic

Permeability

 Where:

= Current (amp)= Voltage (volt)

= Impedance (ohm)

More InformationOhm's Law Calculator

 

Where:

Z = Impedance (ohm)R = Resistance (ohm)XL = Inductance

Reactance(ohm)

More Information

Where:

= Phase Angle (deg)

XL =Inductance Reactance(ohm)

R = Resistance (ohm)More InformationPhase Angle Calculator

Where:

=Magnetic Permeability (Henries/meter)

B =Magnetic Flux Density (Tesla)

H = Magnetizing Force (Am/meter)

Relative Magnetic

Permeability

Conductivity & Resistivity

Electrical Conductivity

(%IACS)

Electrical Conductivity

(%IACS)

Where:

Relative Magnetic Permeability (dimensionless)Any Given Magnetic Permeability (H/m)

           Where:

=Electrical ConductivitySiemens/m

When resistivity is

known 

Where:

IACS =Electrical Conductivity(% IACS)

=Electrical Resistivity

When conductivity inS/m or S/cm is known

r

Where:

IACS = Electrical Conductivity

Magnetic Permeability in Free Space (H/m), which is1.257 x 10-6 H/m

More Information

= Electrical Resistivity(ohm-m)

 

 

More Information

(ohm-cm)

S/cm =Electrical Conductivity(Siemens/cm)

More Information

(% IACS)

S/m =Electrical Conductivity(Siemens/meter)

S/cm =Electrical Conductivity(Siemens/cm)

More Information

Current DensityStandard Depthof Penetration

Standard Depthof Penetration

Standard Depthof Penetration

Where:

Current Density (amps/m2)Current Density at Surface (amps/m2)

Base Natural Log = 2.71828Distance Below SurfaceStandard Depth of Penetration

More Information

When electrical conductivity (S/m) is known.

Where:

=Standard Depth of Penetration (m)

= 3.14f = Test Frequency (Hz)

=

Magnetic Permeability (H/m)(1.257 x 10-6 H/m for nonmagnetic mat'ls)

=Electrical Conductivity(Siemens/m)

More Information   Depth of Pen Calculator

When electrical conductivity (IACS) is known.

In mm

In inches

Where:

=Standard Depth of Penetration (mm or in)

f = Test Frequency (Hz)

r =Relative Magnetic Permeability (dimensionless)

=Electrical Conductivity (%IACS)

More Information

When electrical resistivity(ohm-cm) is known.

In mm 

In inches

Where:

=Standard Depth of Penetration (mm or in)

=Electrical Resistivity(ohm-cm)

f = Test Frequency (Hz)

r =Relative Magnetic Permeability (dimensionless)

More Information

Standard Depth of Penetration Versus Frequency Chart

Eddy Current Field Phase Lag

Eddy Current Field Phase Lag

Eddy Current Field Phase Lag

Eddy CurrentField Phase Lag

Radian

Degree

When electrical conductivity (S/m) is known.

 

When electrical conductivity (IACS) is known.

In mm

In inches

When electrical resistivity(ohm-cm) is known.

In mm 

Where:

Phase Lag (Rad or Degrees)Distance Below Surface (in or mm)Standard Depth of Penetration (in or mm)

More Information

Where:

= Phase Lag (degrees)

x =Distance Below Surface (m)

= 3.14f = Test Frequency (Hz)

r = Relative Magnetic Permeability

= Electrical Conductivity(Siemens/m) 

More Information

Where:

= Phase Lag (degrees)

x =Distance Below Surface (mm)

f = Test Frequency (Hz)

r =Relative Magnetic Permeability (dimensionless)

=Electrical Conductivity (%IACS)

More Information

In inches

Where:

= Phase Lag (degrees)

x =Distance Below Surface (inch)

=Electrical Resistivity(ohm-cm)

f = Test Frequency (Hz)

r =Relative Magnetic Permeability (dimensionless)

More Information

Standard Depth of Penetration and

Phase Angle

Material Thickness Requirement for

Resistivity or Conductivity Measurement

Frequency Selection

for Thickness Measurement of Thin Materials

Frequency Selectionfor Flaw Detectionand NonconductiveCoating Thickness Measurements

RelativeStrengthof EC

Phase Lag

e0=100% 0 rad = 0o

e-1=37% 1 rad = 57.3o

e-2=14% 2 rad = 114.6o

e-3=5% 3 rad = 171.9o

e-4=2% 4 rad = 229.2o

e-5=0.7% 5 rad = 286.5o

 

When measuring resistivity or conductivity, the thickness of the material should be at least 3 times the depth of penetration to minimize material thickness effects

Where:

t = Material Thickness

=Standard Depth of Penetration

More Information

Selecting a frequency that produces a standard depth of penetration that exceeds the material thickness by 25% will produce a phase angle of approximately 90obetween the liftoff signal and the material thickness change signal.

More Information

Defect Detection A test frequency that puts the standard depth of penetration at about the expected depth of the defect will provide good phase separation between the defect and liftoff signals.

Nonconductive Coating Thickness MeasurementTo minimize effects from the base metal the highest practical frequency should be used.