pengertian TEORI TRANSFORMATOR

A. TEORI TRANSFORMATOR
Transformator  atau lebih sering disebut dengan trafo pada umumnya digunakan untuk sistem tenaga listrik maupun pada rangkaian elektronik (sebagai catu daya).
Transformator adalah jenis mesin listrik kategori statis yang dapat memindahkan tegangan tukar/bolak-balik dari satu belitan (primer) ke belitan lainnya (sekunder) pada frekuensi yang tetap, dimana tegangan dan arusnya dapat dinaikkan atau diturunkan sesuai dengan keinginan atau kebutuhan, karena keluwesannya transformator memungkinkan untuk transmisi ekstra tinggi.

Tanpa transformator, distribusi daya listrik yang luas menjadi tidak praktis. Transformator dapat membangkitkan daya pada tegangan yang cocok, menaikkan sampai tegangan yang sangat tinggi untuk transmisi jarak jauh, dan kemudian menurunkan pada distribusi yang praktis.
Arus daya AC yang bervariasi pada inti besi sehingga energi listrik dari satu kumparan ditransfer ke kumparan yang lain.
Transformator bekerja atas dasar induksi timbal balik/induksi bersama. Induksi bersama terjadi ketika medanmagnet disekitar satu penghantar memotong melintang penghantar yang lain, yang menginduksikan tegangan di dalamnya. Efek ini dapat ditingkatkan dengan membentuk penghantar – penghantar menjadi lilitan dan kumparan pada inti magnet bersama.
 Sisi belitan X1 X2 adalah sisi tegangan rendah dan sisi belitan H1 H2 adalah sisi tegangan tinggi. Jika sisi X1 X2 dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik akan dibangkitkan pada inti sebesar Фmm atau sebesar Фmw. Fluks tersebut akan melingkar dan menghubungkan beloitan primer dan sekunder serta menghasilkan tegangan induksi (EMF = GGL) pada belitan primer sebesar E1 = Ep maupun sekunder sebesar E2 = Es yang akan mengikuti persaman berikut :
    E1 = Ep = 4.44 x f x Np x Фmm x 10-8 Volt　atau
    E1 = Ep = 4.44 x f x Np x Фmw volt
    E2 = Es = 4.44 x f x Ns x Фmm x 10-8 Volt atau
    E2 = Es = 4.44 x f x Ns x Фmw volt
Dimana :
    E1 = Ep     =  GGL induksi pada belitan primer
    f      =  Frekuensi
    Np    =  jumlah belitan primer
    Фmm    =  Fluks dalam Makswell
    E2 = Es     =  GGL induksi pada belitan sekunder
    Ns     =  Jumlah belitan sekunder
    Фmw     =  Fluks dalam weber
Perbandingan transformasi tegangan apabila persamaan ggl induksi pada pelitan sekumder E2 dibandingkan dengan ggl induksi pada primer E1 maka akan diperoleh
    E2 = 4.44 x f x Ns x Фmw volt
    E1 = 4.44 x f x Np x Фmw volt
    Sehingga menjadi
    E2 = Ns
    E1 = Np
Persamaan di atas disebut persamaan transformasi tegangan. Dengan menggunakan perbandingan transformasi perbandingan transformasi tegangan maka untuk belitan sekunder di dapat
    E2 = a. E1
Dari persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa :
a.    bila a > 1 disebut transformator penaik tegangan
b.  bila a < 1 disebut transformator penurun tegangan
c.  bila a = 1 disebut transformator stabilisator
Menurut penggunaannya transformator dibedakan menjadi :
1.    Transformator tenaga
2.    Transformator ukur yang terdiri dari trafo arus dan trafo tegangan.
Pemakaian pada sistem tenaga listrik transformator dapat dibedakan menjadi :
1.    Transformator penaik tegangan (step up) atau sering disebut trafo daya, untuk menaikkan tegangan pembangkitan menjadi tegangan transmisi.
2.    Transformator penurun tegangan (step down) dapat disebut trafo distribusi, untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi.
3.    Transformator instrumen, untuk pengukuran yang terdiri dari trafo tegangan dan trafo arus, dipakai untuk menurunkan tegangan dan arus agar dapat masuk ke meter-meter pengukuran.
Trafo pada sistem tenaga untuk kapasitas besar dapat dihubungkan tiga fase dan untuk kapasitas kecil dapat dihubungkan satu fase.
Dalam rangkaian elektronik, trafo dipergunakan sebagai gandengan impedans antara sumber dan beban, memisahkan satu rangkaian dari rangkaian yang lain, dapat menghambat arus searah sambil melalukan arus bolak-balik, dayanya cukup kecil.
a.    Konstruksi transformator
Umumnya konstruksi trafo daya secara singkat terdiri dari:
1.    Inti transformator (kern) yang terbuat dari lembaran-lembaran plat besi lunak atau baja silikon yang diklem menjadi satu.
Fungsi utama dari dari inti adalah sebagai jalan atau rangkaian garis-garis gaya magnit. Karena fluksi yang mengalir di dalam inti trafo fluksi bolak-balik, diperlukan persyaratan khusus agar kerugian histerisis dan arus pusar dapat ditekan sekecil mungkin. Untuk itu inti trafo dibuat dari plat baja silikon dengan kadar silikon 4 – 5% dengan ketebalan.
Inti dibuat berupa tumpukan atau lapisan-lapisan. Inti itu menjamin sambungan magnetik yang bagus antara kumparan primer dan sekunder. Arus eddy disebabkan oleh arus bolak balik yang menginduksikan tegangan pada inti transformator itu sendiri. Karena inti besi merupakan penghantar, inti besi menghasilkan arus oleh tegangan induksi. Dengan membuat inti itu berlapis-lapis, maka lintasan arus eddy akan dikurangi dengan sangat mencolok.
Pada transformator kecil, penampang kern  (inti trafo) dipersiapkan dalam bentuk persegi, tetapi untuk memenuhi kebutuhan ekonomis untuk trafo berskala besar inti trafo dipersiapkan dalam bentuk bulat.
.Posisi belitan terhadap inti memberikan dua jenis transformator yaitu:
-    Jenis Inti (core type) yakni belitan mengelilingi inti, biasanya untuk transformator dengan daya dan tegangan tinggi.
-    Jenis cangkang (shell type) yakni inti mengellingi belitan, biasanya untuk transformator dengan daya dan tegangan yang rendah.
2.    Belitan (kumparan) dibuat dari tembaga yang telah dilapisi dengan isolasi (kawat email) dengan cara membelitkan pada inti.
Belitan dibagi atas dua bagian yaitu :
-    Kumparan primer adalah belitan yang dihubungkan dengan sumber tegangan
-    Kumparan sekunder adalah belitan yang dihubungkan dengan beban.
Belitan dapat konsentris (memusat) dan sandwiched (berlapis). Belitan konsentris, belitan primer dan sekunder disusun/dililit secara bergantian sepanjang tinggi dari kaki inti. Belitan sandwiched, belitan primer dan sekunder diletakkan berdampingan pada kaki inti.
b.    Transformator tanpa beban
Jika tegangan bolak-balik diberikan pada belitan primer, maka akan dihasilkan arus bolak-balik yang menyebabkan inti termagnetisasi dengan arah bolak-balik pula. Dengan sendirinya fluks yang timbul juga berupa fluks bolak-balik.
Fluks bolak-balik ini akan menginduksi tegangan pada belitan primer. Untuk jumlah fluks yang sama pada kedua belitan ini (fluks bocor diabaikan), maka akan terinduksi tegangan sesaaat pada tiap belitan itu dengan arah dan besar yang sama. Tegangan induksi ini arahnya bertentangan dengan arah tegangan sumber pada sisi primer.
Untuk suatu transformator tidak berbeban, tidak ada arus yang mengalir pada belitan sekunder. Tetapi pada sisi primer akan mengalir arus yang disebut arus eksitasi untuk membangkitkan fluks bolak-balik pada transformator.
c.    Transformator berbeban
Transformator yang dibebani, maka arus beban pada belitan akan menimbulkan fluks yang arahnya berlawanan fluks dengan arah fluks yang dihasilkan oleh arus eksitasi pada sisi primer. Hal ini akan mengurangi tegangan induksi pada belitan primer maupun sekunder sehingga menambah selisi tegangan sumber dan tegangan induksi pada belitan primer dan ini mengakibatkan arus yang besar akan mengalir pada belitan primer.
Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban, maka pada kumparan tersebut akan mengalir arus.
d.    Transformator hubung singkat
Transformator hubung singkat, jika sisi sekunder dihubungkan langsung (dihubung singkat) dengan penghantar dan pada sisi primer diberi suplay tegangan.
Ｂ. PERBAIKAN TRANSFORMATOR
Transformator yang rusak biasanya diganti dengan membeli transformator yang baru dengan sfesipikasi transformator yang sama, meskipun demikian sebenarnya transformator dapat diperbaiki/direparasi sendiri, layaknya peralatan listrik pada umumnya. Caranya dengan menggulung kembali transformator tersebut.
Transformator yang rusak biasanya karena belitan putus karena adanya tekanan mekanis, tetapi pada umumnya karena transformator terbakar (terjadinya hubung singkat pada belitan transformator akibat panas yang berlebih). Pada kasus demikian koker pada transformator yang biasanya terbuat dari plastik telah meleleh atau rusak sehingga harus diganti.
Proses reparasi sebuah transformator adalah sebagai berikut :
1.    Mencatat data transformator
2.    Membongkar kern
3.    Mengukur koker
4.    Mengukur diameter kawat email
5.    Membuat koker baru
6.    Menghitung jumlah lilitan pada tiap sisi
7.    Menggulung/melilit kawat email pada koker
8.    Memasang kern
9.    Menyolder ujung-ujung kawat pada terminal
10.    Menguji transformator
11.    Mencelup transformator pada seerlack
12.    Mengeringkan transformator
Setelah ke-12 langkah tersebut maka transformator siap digunakan/difungsikan.
a.    Mencatat data transformator
Data transformator yang dimaksud adalah besarnya tegangan pada setiap tap baik primer maupun sekunder, hal ini penting untuk perhitungan lilitan kelak.
b.    Membongkar kern
Lembaran kern dibuka satu persatu dengan hati-hati agar tidak rusak karena masih akan digunakan. Untuk memudahkan pada saat pemasangan kembali lembaran dengan model E dan model I dipisahkan tempatnya.
c.    Mengukur koker
Mengukur panjang dan lebar koker, ukuran ini dibutuhkan untuk pembuatan koker baru.
d.    Mengukur diameter kawat
Kawat email pada gulungan primer dan sekunder harus diukur diameternya, agar tafo yang dibuat, spesifikasinya betul-betul sama dengan spesifikasi trafo yang digantikan terutama besaran arusnya.
Pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan jangka sorong atau dengan menggunakan mikrometer untuk pengukuran yang lebih akurat/teliti.
e.    Membuat koker baru
Jika koker tidak dapat diukur karena kondisi fisik (rusak misalnya meleleh) yang tidak memungkinkan untuk dilakukan pengukuran yang teliti, ukuran koker dapat ditentukan dengan mengukur kernnya.
Misalnya P adalah panjang koker, L (lebar) koker adalah tinggi tumpukan kern, dan X adalah kedalaman koker.
Berdasarkan ukuran dari kern maka proses perencanaan koker yang baru baik model dan ukurannya dapat dilakukan.
f.    Menghitung jumlah lilitan
Perhitungan jumlah lilitan pada sisi primer dan sekunder dapat dilakukan dengan menghitung lilitan pervoltnya terlebih dahulu. Lilitan pervolt dapat dihitung dengan menggunakan rumus pendekatan praktis yaitu :
L/V =    F    Dimana      A =    P x L
    A       
Dimana :
L/V    =    Lilitan pervolt
F    =    Frekuensi (Hz)
A    =    Luas koker (cm2)
P    =    Panjang koker (cm)
L    =    Lebar koker (cm)
Catatan:     Frekuensi yang digunakan adalah 50 Hz + 6. Frekuensi dijumlahkan dengan 6 sebagai nilai toleransi.
Setelah jumlah lilitan pervolt diketahui maka perhitungan jumlah lilitan pada setiap tap dapat dilakukan dengan mengalikan nilai nominal tegangan pada tiap tap, misalnya untuk tegangan 220 volt jumlah lilitannya adalah 220 x L/V.
g.    Menggulung/melilit kawat email pada koker
Proses menggulung/melilit dapat dilakukan dengan cara manual (menggulung sambil menghitung jumlah lilitan). Cara kedua adalah dengan semi manual dengan menggunakan mesin/alat penggulung.
Catatan:     Sebelum menggulung koker dilapisi dengan kertas prespan, begitu juga antara belitan primer dan sekunder dan setelah semua gulungan selesai kembali dibungkus dengan kertas prespan.
h.    Memasang kern
Pemasangan kern dilakukan dengan cara selang seling dan berulang-ulang antara model E dan I (perhatikan gambar !)
i.    Menyolder ujung-ujung kawat pada terminal
Ujung-ujung kumparan setiap tap pada transformator yang telah digulung dirapikan dengan menyolder pada terminal-terminal yang telah disiapkan. Terminal tersebut biasanya dipasang permanen pada sisi-sisi koker.
j.    Menguji transformator
Pengujian transformator dilakukan dengan dua cara yaitu:
1.    Pengujian tanpa tegangan, transformator diukur dengan menggunakan ohm meter, meliputi pengukuran antar lilitan primer dengan bodi, lilitan sekunder dengan bodi, dan litan primer dan sekunder. Hasil dari pengujian tersebut adalah ohm meter tidak menunjuk atau tidak boleh ada hubung singkat antara kedua belitan dan body serta antara belitan primer dan sekunder.
2.    Pengujian bertegangan, secara sederhana pengujian dilakukan dengan memberi suply tegangan nominal pada sisi primer dan mengukur besaran tegangan pada sisi sekunder.
Pengujian yang lebih lengkap adalah dengan mengukur karakteristik transformator beban nol (tidak berbeban), transformator berbeban dan transformator hubung singkat (langkah dan cara pengujian transformator akan disajikan lebih lengkap pada bagian lampiran).
k.    Mencelup transformator pada seerlack
Jika langkah pengujian transformator sudah dilaksanakan dan disimpulkan bahwa transformator baik maka selanjutnya adalah memberi cairan isolasi (seerlack/vernis). Pemberian seerlack dapat dilakukan dengan menyiramkan seerlack pada transformator ataupun dengan mencelup langsung transformator pada cairan seerlack.
Jika pada proses pencelupan muncul gelembung-gelembung udara maka transformator diangkat dari dalam seerlack setelah gelembung-gelembung tersebut hilang.
l.    Mengeringkan transformator
Transformator yang telah diberi seerlack selanjutnya dikeringkan. Proses pengeringan dilakukan dengan dua cara yaitu cara komvensional dengan menjemur transformator (transformator dikeringkan dengan panas sinar matahari). Cara menjemur memiliki kekurangan yaitu membutuhkan waktu agak lama.
Cara yang lain adalah dengan menggunakan oven, transformator dimasukkan ke dalam oven pemanas cara ini membutuhkan waktu lebih pendek namun membutuhkan biaya tambahan.