Cara Menghitung Daya Maksimum Transformator (trafo)

pembahasan mengenai trafo, cara menggulung dan menghitung jumlah gulungan sudah saya postingkan, nah,, pada artikel kali ini saya akan coba jelaskan bagaimana menentukan batas daya maksimum sebuah trafo?. Mungkin ada yang belum paham mengapa trafo memiliki ukuran 1A, 2A,3A dst, kenapa trafo dengan ampere yang lebih besar memiliki ukuran fisik trafo lebih besar juga??, padahal jumlah lilitannya sama untuk suatu nilai tegangan tertentu?... Mudah-mudahan artikel ini dapat membantu menyelesaikan pertanyaan itu. 

Daya Trafo

Kawat Email

Yang menentukan nilai sebuah trafo adalah ukuran kawat email, semakin besar daya yang diperlukan maka semakin besar pula ukuran diameter kawat email yang harus dipakai untuk menggulung trafo. Untuk trafo stepdown lilitan pada bagian primer akan selalu lebih kecil dibanding dengan gulungan pada bagian sekunder, ini jelas karena tegangan yang diberikan pada gulungan primer lebih besar yaitu 110V sd. 220V sebagai tegangan sumber dari PLN, sementara tegangan sekunder sebagai tegangan output trafo yang umum beredar dipasaran hanya antara 6V sd. 32V atau sesuai tegangan yang diperlukan untuk supply.

Sebaliknya untuk trafo step-up, gulungan kawat bagian primer memiliki ukuran lebih kecil dibanding bagian sekunder, karena tegangan sekunder memiliki tegangan output lebih besar dari tegangan primer, misalkan menaikan tegangan PLN 220V sebagai tegangan primer menjadi 400V pada bagian sekunder sebagai output.

Kawat Email

Ukuran diameter kawat email memiliki batas kemampuan dalam mengalirkan arus, jika besar arus yang mengalir melalui kawat email lebih besar dari kemampuan kawat email, maka kelebihan energi akan dibuang melalui panas, sehingga hal terjelek yang akan terjadi adalah terbakarnya kawat email. Tetapi jika ukuran kawat email yang dipakai untuk menggulung trafo lebih besar dari besar arus yang diperlukan, maka yang terjadi adalah ukuran gulungan yang akan menjadi lebih besar sehingga tidak akan muat dililit pada krane inti besi trafonya.

Berikut ini saya berikan contoh tabel ukuran kawat email dengan kemampuan mengalirkan arus listriknya.

Tabel Spesifikasi Arus Kawat Email

Dikarena adanya faktor kerugian pada sebuah trafo akibat kualitas kawat email dan tahanan dalam kawat, maka disarankan menggunakan ukuran kawat yang sedikit lebih besar dari arus yang akan dilewatkan, gunakan 1 ukuran saja diatas spesifikasi kawatnya, misalkan untuk trafo dengan daya 1A, boleh menggunakan kawat dengan ukuran 0,5mm atau 0,6mm.

Cara Menghitung Jumlah Lilitan Primer dan Sekunder Trafo

Pada artikel teori transformator sudah dijelaskan pengertian trafo dan cara kerjanya, tetapi mungkin ada para hobier elektronika yang ingin mencoba menggulung kawat trafo tetapi masih bingung berapa lilitan kawat email yang harus dililit pada bagian primer dan berapa lilit untuk bagian sekunder?. Nah pembahasan kali ini saya akan coba menjelaskan cara menghitungnya.

Jumlah lilitan perVolt (GpL)

Tegangan yang dipakai untuk trafo adalah arus ac, seperti yang kita ketahui arus ac sangat dipengaruhi oleh frekuensi dan sudah diketahui bersama bahwa listrik dinegara kita tercinta Indoensia memiliki frekuensi listrik 50Hz. Dalam menggulung trafo kita harus mencari banyaknya lilitan untuk setiap satu volt tegangan (GpL) yang dapat dihitung dari perbandingan frekuensi dengan luas inti besi.

Ada dua model trafo daya yang umum beredar dipasaran yaitu model inti besi EI dan model inti besi Teroid. Karena bentuk yang berbeda sehingga untuk menghitung lilitan pada kedua jenis trafo menggunakan rumus yang berbeda pada hitungan luas inti besinya.

 Untuk mencari GpL trafo model EI berlaku rumus

dan untuk trafo model Teroid berlaku rumus :

Dimana: GPV = Jumlah Lilitan perVolt, f = Frekeuensi, O = Luas penampang inti besi, Ri = Diameter dalam inti besi teroid, Ro = Diameter luar inti besi teroid, T = tinggi inti besi teroid

Contoh :
Sebuah Trafo model EI di bangun dengan koker inti besi yang memiliki panjang 2cm dan lebar 1,5cm. Jika frekuensi arus ac ditentukan sebesar 60Hz, hitung jumlah lilitan per volt (GpV)?
Jawaban:

GpV = f / O = 60Hz / (2 x 1,5) = 60 / 3 = 20. 

Dari penyelesaian diatas berarti untuk setiap 1V tegangan diperlukan 20 lilitan kawat email.

Jumlah lilitan primer dan sekunder

Untuk menghitung total lilitan kawat email pada bagian primer dan sekunder berlaku rumus yang sama untuk kedua jenis trafo yaitu :

Jumlah lilitan primer (Np) = GpV x Tegangan (V)

Contoh :

Hitung Jumlah lilitan pada bagian primer dan sekunder pada sebuah trafo model teroid dengan ukuran dieameter luar inti besinya 10cm, diameter dalam 7cm dan tinggi 2cm,  jika di gunakan untuk tegangan input PLN 220V dan tegangan output trafo 12V dengan frekuensi 60Hz?

Jawaban:
Jumlah Lilitan perVolt (GpV) = f/O, = 60/{(Ro - Ri)xT}, = 60/{(10 - 7)x2, = 60/6 = 10 lilit/Volt.
Jumlah Lilitan Primer (Np) = GpV x Tegangan = 10 x 220 = 2200 lilit.
Jumlah Lilitan Sekunder (Ns) = GpV x Tegangan = 10 x 12 = 120 lilit.

Cara melilit kawat email pada trafo

Cara menggulung kawat email pada koker atau teroid adalah sangat mudah yaitu dimulai dengan lilitan primer sebanyak lilitan yang diperlukan sesuai dengan kebutuhan tegangan dengan cara menghitung sesuai rumus diatas. Setelah selesai menggulung lilitan primer kemudian diisolaso dengan lapisan plastik tahan panas untuk mencegah terjadinya hubung singkat dengan lilitan sekunder. Dan untuk lilitan sekunder digulung diatas lilitan primer yang sudah dibuat tadi.

Ukuran diameter kawat email yang dipakai disesuaikan dengan kebutuhan daya pada trafo tersebut, umumnya ukuran diameter kawat email yang digunakan untuk gulungan primer lebih kecil dibanding diameter kawat email untuk gulungan sekunder. Cara mengetahui ukuran kawat ini dibahas pada artikel lain mengenai batas arus dan daya trafo.

 

Teori, dan Cara Kerja Transformator (Trafo)

Transformator

Transformator (Trafo) adalah komponen listrik yang berfungsi menurunkan tegangan AC (step-down) atau menaikan tegangan AC (step-up). Trafo dibangun dari dua buah lilitan yang terisolasi dan saling menginduksi, satu lilitan disebut lilitan primer yang akan menginduksi lilitan yang lainnya (sekunder). jumlah lilitan dan diameter kawat email dari setiap lilitan akan mempengaruhi tegangan dan arus yang dihasilkan pada bagian lilitan sekunder.

Trafo terdiri dari lilitan primer dan sekunder yang dililitkan bersama dan terisolasi pada lempengan-lempengan besi tipis yang disusun rapat sebagai core lilitan (inti besi). inti besi ini dibuat lempengan untuk mengurangi kerugian pada inti tersebut. Pada trafo step-down jumlah lilitan primer lebih banyak dibanding lilitan sekunder, sedangkan pada trafo step-up jumlah lilitan primer lebih sedikit dari lilitan sekunder.

Cara Kerja Transformator

Ketika lilitan primer diberikan tegangan ac, maka arus yang mengalir akan menimbulkan fluks magnetik pada lilitan primer yang akan menginduksi lilitan sekunder, akibatnya pada lilitan sekunder akan terjadi gaya gerak listrik (ggl) yang dikonversi menjadi tegangan output trafo.

Besar tegangan output trafo ditentukan oleh jumlah lilitan primer dibanding lilitan sekunder. Untuk menghitung tegangan output pada lilitan sekunder berlaku rumus:

Dimana : Vp = Tegangan Primer, Vs = Tegangan Sekunder, Np = Jumlah Lilitan Primer, Ns = Jumlah Lilitan Sekeunder

Faktor kerugian Trafo

Trafo disebut ideal ketika daya primer sama dengan daya sekunder, tetapi pada kenyataannya terjadi perbedaan daya sekunder yang lebih kecil dari daya primer, hal ini terjadi akibat kerugian yang dihasilkan dari histeristis core inti besi dan tahanan (resistansi) kawat email (tembaga).

Yang dimaksud kerugian inti besi dimana sebagian molekul fluks magnet yang dihasilkan oleh lilitan primer tertahan oleh core inti besi, akibatnya energi yang dihasilkan tidak sepenuhnya diinduksi pada lilitan sekunder.  Sedangkan kerugian kawat email dikarenakan adanya tahanan pada kawat email, sehingga arus yang tertahan pada kawat email tersebut akan dibuang melalui energi panas pada trafo. Untuk mengetahui kerugian arus pada lilitan kawat email ini berlaku rumus I2R

Dari penjelasan diatas tidak mungkin membuat trafo yang ideal 100%, tetapi Trafo dikatakan baik jika memiliki faktor kerugian maksimal 6% atau dengan kata lain memiliki efisiensi 94%. Untuk mengetahui berapa besar efisiensi dari sebuah trafo berlaku rumus:

Dimana : Ps = Daya sekunder, Pp = Daya primer, Is = Arus sekunder, Ip = Arus primer.