Transformator (Trafo)
Transformator adalah perangkat statis (tidak bergerak) yang mentransfer energi listrik antara dua atau lebih rangkaian melalui induksi elektromagnetik. Fungsinya sangat vital dalam sistem tenaga listrik.
1. Prinsip Kerja
Trafo bekerja berdasarkan dua konsep kunci elektromagnetisme:
- Hukum Ampere: Arus listrik bolak-balik ($\mathbf{I_{AC}}$) pada kumparan primer menghasilkan fluks magnetik ($\mathbf{\Phi_B}$) yang terus berubah.
- Hukum Faraday: Fluks magnetik yang berubah ini menginduksi Gaya Gerak Listrik (GGL) bolak-balik pada kumparan sekunder.
2. Komponen Utama
- Kumparan Primer ($\mathbf{N_p}$): Dihubungkan ke sumber tegangan AC.
- Kumparan Sekunder ($\mathbf{N_s}$): Menghasilkan tegangan keluaran.
- Inti Besi: Berfungsi memfokuskan dan meminimalisir kebocoran fluks magnetik dari primer ke sekunder.
3. Jenis Transformator
Jenis trafo ditentukan oleh rasio jumlah lilitan: $\frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s} = \frac{I_s}{I_p}$.
| Jenis Trafo | Rasio Lilitan | Rasio Tegangan | Fungsi |
| Step-Up (Penaik Tegangan) | $\mathbf{N_s > N_p}$ | $\mathbf{V_s > V_p}$ | Menaikkan tegangan (digunakan di pembangkit listrik). |
| Step-Down (Penurun Tegangan) | $\mathbf{N_s < N_p}$ | $\mathbf{V_s < V_p}$ | Menurunkan tegangan (digunakan di gardu induk dan adaptor rumah). |
4. Efisiensi Trafo
Efisiensi ($\mathbf{\eta}$) adalah perbandingan antara daya keluaran ($\mathbf{P_s}$) dan daya masukan ($\mathbf{P_p}$):
$$\mathbf{\eta} = \frac{P_s}{P_p} \times 100\%$$
Trafo ideal memiliki efisiensi $100\%$, namun trafo nyata memiliki kerugian energi (panas) akibat hambatan kawat dan arus eddy pada inti besi.
Penyaluran Daya Listrik Jarak Jauh
Trafo memungkinkan penyaluran daya listrik dari pusat pembangkit ke rumah-rumah dengan kerugian yang minimal, sebuah solusi yang elegan dari elektromagnetisme.
1. Masalah Kerugian Daya
Daya yang hilang ($\mathbf{P_{loss}}$) selama penyaluran melalui kabel disebabkan oleh hambatan ($R$) kawat dan arus ($I$) yang melewatinya:
$$\mathbf{P_{loss}} = I^2 R$$
Untuk meminimalkan kerugian daya, ada dua cara: mengurangi hambatan ($R$) atau mengurangi arus ($I$). Mengurangi $R$ berarti menggunakan kabel yang sangat tebal dan mahal. Solusi terbaik adalah mengurangi $I$.
2. Solusi Tegangan Tinggi
Daya yang dikirim ($\mathbf{P_{kirim}}$) adalah hasil kali tegangan ($V$) dan arus ($I$):
$$\mathbf{P_{kirim}} = V \cdot I$$
Jika daya yang dikirim ($P_{kirim}$) harus tetap, untuk meningkatkan tegangan ($V$), kita harus menurunkan arus ($I$) secara proporsional.
- Di Pembangkit: Digunakan trafo Step-Up untuk menaikkan tegangan hingga ratusan kilovolt (kV), sehingga arus ($I$) menjadi sangat kecil.
- Di Saluran Transmisi: Karena $I$ kecil, kerugian daya ($\mathbf{P_{loss}} = I^2 R$) menjadi minimal, memungkinkan penyaluran jarak jauh yang efisien.
- Di Gardu Induk: Digunakan trafo Step-Down untuk menurunkan tegangan kembali ke level aman dan dapat digunakan (misalnya, 220 V untuk rumah tangga).
3. Keunggulan Arus AC
Model penyaluran daya ini hanya dimungkinkan menggunakan Arus Bolak-balik (AC) karena transformator hanya dapat bekerja dengan arus yang berubah-ubah (AC), bukan arus searah (DC).
Pembahasan ini melengkapi siklus dari teori elektromagnetik (Hukum Faraday, Maxwell) ke aplikasi teknisnya (Transformator dan sistem grid listrik).
Leave a Reply