Transformator adalah peralatan yang paling dikenal dalam sistem tenaga listrik. Kabel-kabel tersebut berukuran besar, khas, sederhana pada prinsipnya namun memerlukan banyak perawatan, menjadikannya tampak jauh lebih penting daripada 'kabel'. Pada diagram jaringan listrik, trafo diibaratkan sebagai simpul tulang punggung, sedangkan peralatan lain berfungsi sebagai penghubungnya.

Artikel ini akan memperkenalkan komponen, prinsip, fungsi, klasifikasi, dan skenario penerapan transformator.

1.Komposisi Transformator

Sebuah transformator terutama terdiri dari inti dan belitan.

Inti berfungsi sebagai jalur rangkaian magnetik transformator, sedangkan belitan adalah bagian rangkaian listrik, yang dibuat dengan melilitkan sejumlah lilitan kawat berlapis enamel-tertentu.

Yang terhubung ke sumber listrik disebut belitan primer, disebut juga kumparan primer. Yang dihubungkan dengan beban disebut belitan sekunder, disebut juga kumparan sekunder, atau belitan samping sekunder.

Bentuk dasar struktur inti adalah tipe inti-berbentuk hati dan tipe cangkang.

• Transformator inti-berbentuk hati

Kolom transformator tipe inti-dikelilingi oleh belitan. Sederhananya, belitan mengelilingi inti, membuat strukturnya relatif sederhana dan lebih mudah untuk dirakit dan diisolasi, itulah sebabnya transformator sering kali menggunakan struktur tipe-inti.

• Transformator tipe-kerang

Pada transformator tipe cangkang-, inti mengelilingi belitan. Trafo tipe cangkang-memiliki kekuatan mekanik yang tinggi dan sudut yang menonjol, namun proses pembuatannya rumit dan membutuhkan lebih banyak bahan. Biasanya hanya digunakan pada trafo-tegangan rendah,-arus tinggi, atau trafo daya-berkapasitas kecil.

2. Prinsip Kerja Dasar Transformator

Sebuah transformator beroperasi berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.

Ketika catu daya AC yang sesuai dihubungkan ke kedua ujung belitan primer, di bawah pengaruh tegangan suplai u₁, arus AC i₀ mengalir melalui belitan primer, menghasilkan gaya gerak magnet pada belitan primer. Hal ini membangkitkan fluks magnet bolak-balik ϕ di inti. Fluks bolak-balik ϕ ini menghubungkan belitan primer dan sekunder. Menurut hukum induksi elektromagnetik, gaya gerak listrik terinduksi e₁dan e₂dihasilkan masing-masing pada belitan primer dan sekunder. Di bawah pengaruh gaya gerak listrik yang diinduksi e₂, belitan sekunder dapat menyuplai daya ke beban, mencapai transfer energi.

Perbandingan gaya gerak listrik induksi pada belitan primer dan sekunder sama dengan perbandingan jumlah lilitan pada belitan primer dan sekunder. Besarnya gaya gerak listrik yang diinduksi e₁pada sisi primer dekat dengan tegangan yang diberikan u₁pada sisi primer, sedangkan besarnya gaya gerak listrik induksi e₂di sisi sekunder dekat dengan tegangan keluaran u₂di sisi sekunder.

Oleh karena itu, dengan hanya mengubah jumlah belitan pada belitan primer atau sekunder satu atau dua kali, tegangan keluaran u₂dapat disesuaikan. Inilah prinsip kerja dasar sebuah trafo, yaitu menggunakan prinsip induksi elektromagnetik untuk mengubah sumber listrik AC dengan satu level tegangan menjadi sumber listrik AC dengan frekuensi yang sama tetapi level tegangan berbeda.

2.Fungsi Dasar Transformator

Fungsi dasar transformator meliputi konversi tegangan, konversi arus, konversi impedansi, isolasi, dan pengaturan tegangan.

Transformasi Tegangan: Transformator dapat menaikkan atau menurunkan tegangan arus bolak-balik untuk memenuhi kebutuhan listrik yang berbeda. Misalnya, trafo step-up digunakan untuk meningkatkan tegangan dari pembangkit listrik guna mengurangi kehilangan energi selama transmisi, sedangkan trafo step-down digunakan untuk menurunkan tegangan tinggi ke tegangan penggunaan yang aman.

Transformasi arus: Dengan mengubah tegangan, transformator juga mengubah arus. Sesuai dengan hukum kekekalan daya, jika tegangan bertambah maka arus berkurang, dan sebaliknya. Karakteristik ini menjadikan transformator sangat penting dalam transmisi daya, karena dapat mengatur beban arus secara efektif.

Transformasi impedansi: Transformator dapat mengubah impedansi suatu rangkaian, sehingga lebih cocok untuk kondisi beban yang berbeda. Hal ini sangat penting terutama pada perlengkapan audio dan perangkat elektronik lainnya, karena dapat meningkatkan efisiensi transmisi sinyal.

Isolasi: Transformer dapat memberikan isolasi listrik, melindungi keselamatan peralatan dan pengguna. Isolasi ini dapat mencegah tegangan tinggi merusak-peralatan bertegangan rendah, sehingga menjamin pengoperasian peralatan yang aman.

Pengaturan Tegangan: Jenis transformator tertentu (seperti reaktor jenuh) dapat digunakan untuk pengaturan tegangan, membantu menjaga stabilitas tegangan dan memastikan keandalan dan stabilitas sistem tenaga.

4.Klasifikasi Transformator

4.1 Diklasifikasikan berdasarkan kapasitas

• Trafo kecil: tegangan di bawah 10KV, kapasitas antara 1 dan 500KVA.

• Trafo berukuran kecil dan menengah-: tegangan 35 kV ke bawah, kapasitas 630 hingga 6300 kVA.

• Trafo besar: tegangan 110 kV ke bawah, kapasitas antara 8000 dan 63000 kVA.

4.2 Diklasifikasikan berdasarkan Penggunaan

• Trafo tenaga: Digunakan untuk penaik, penurun, pendistribusian, dan interkoneksi pada sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik, atau khusus digunakan sebagai trafo pada pembangkit listrik dan gardu induk.

• Trafo instrumen: seperti trafo tegangan dan trafo arus, digunakan untuk alat ukur dan alat proteksi relai.

• Transformator daya: digunakan untuk mengontrol catu daya, penerangan, dan indikator peralatan mekanis umum.

• Transformator elektronik: digunakan dalam sirkuit elektronik seperti catu daya-mode sakelar, audio, pulsa, dan pencocokan impedansi.

• Transformator uji: mampu menghasilkan tegangan tinggi untuk melakukan-pengujian tegangan tinggi pada peralatan listrik.

• Trafo khusus: seperti trafo tungku listrik, trafo penyearah, trafo pengatur tegangan, dll.

4.3 Diklasifikasikan berdasarkan jumlah fasa belitan transformator

• Transformator-fasa tunggal: digunakan untuk beban-fasa tunggal dan bank transformator-fasa tiga.

• Transformator-tiga fasa: Digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan dalam sistem tiga-fasa.

4.4 Diklasifikasikan berdasarkan Metode Pendinginan Transformator

• Trafo tipe-kering: Didinginkan dengan konveksi udara, umumnya digunakan untuk trafo-berkapasitas kecil seperti penerangan lokal dan sirkuit elektronik.

• Trafo-terendam oli: Trafo yang menggunakan oli trafo sebagai media insulasi dan pendingin, dengan inti dan belitan terendam seluruhnya dalam oli insulasi.

4.5 Diklasifikasikan berdasarkan Jenis Sambungan Belitan Transformator

• Transformator-berliku ganda: Digunakan untuk menghubungkan dua tingkat tegangan dalam sistem tenaga.

• Trafo-tiga lilitan: Umumnya digunakan di gardu induk regional sistem tenaga untuk menghubungkan tiga tingkat tegangan.

• Autotransformator: Gulungan primer dan sekunder digabungkan menjadi satu, digunakan untuk menghubungkan sistem tenaga dengan tegangan berbeda. Ini juga dapat digunakan sebagai transformator penurun-naik atau-turun biasa.

4.6 Diklasifikasikan berdasarkan Frekuensi Pengoperasian Transformator

• Transformator frekuensi daya: frekuensi operasinya adalah 50Hz atau 60Hz.
• Transformator frekuensi menengah: frekuensi operasinya adalah 400–1000Hz.
• Transformator frekuensi audio: frekuensi operasinya adalah 20Hz–20kHz.

• Transformator Frekuensi Supersonik: Frekuensi operasinya di atas 20 kHz, umumnya tidak melebihi 100 kHz.

• Transformator-Frekuensi Tinggi: Transformator dengan frekuensi pengoperasian berkisar antara 20 Hz hingga lebih dari 100 kHz.

5. Skenario Aplikasi Transformer

5.1Sistem Tenaga

• Pembangkit listrik: Transformator digunakan untuk meningkatkan voltase yang dihasilkan oleh generator untuk disalurkan ke jaringan listrik, sehingga memungkinkan-transmisi listrik jarak jauh.

• Gardu Induk: Di gardu induk, trafo mengubah listrik-tegangan tinggi menjadi listrik-tegangan rendah untuk memenuhi kebutuhan berbagai peralatan listrik. Pada saat yang sama, transformator juga dapat melakukan fungsi seperti kompensasi daya reaktif dan penyesuaian tegangan, memastikan pengoperasian sistem tenaga yang stabil.

• Jalur transmisi: Pada jalur transmisi, transformator digunakan untuk meningkatkan voltase guna mengurangi kehilangan energi, sehingga menghasilkan transmisi listrik-jarak jauh yang efisien.

5.2 Sektor Sipil

• Listrik rumah tangga: Transformator daya mengubah-listrik bertegangan tinggi menjadi listrik-bertegangan rendah yang cocok untuk digunakan di rumah, sehingga memastikan konsumsi listrik normal bagi penghuninya.

• Mengisi baterai: Baik itu laptop, ponsel, atau kendaraan listrik, perangkat ini memerlukan baterai untuk beroperasi, dan pengisian baterai memerlukan trafo. Fungsi utama trafo adalah untuk mengatur tegangan dan mencegah arus bocor atau arus lonjakan melewati perangkat.

5.3Bidang Komunikasi

Trafo komunikasi digunakan pada rangkaian terminal telepon dan produk saluran utama untuk mengatur kualitas dan kondisi rangkaian komunikasi. Selain itu, trafo komunikasi banyak digunakan pada modem kabel, kartu jaringan, hub, peralatan komunikasi broadband xDSL, sakelar, transceiver serat optik, router, sistem tertanam, dan perangkat komunikasi jaringan VoIP.

5.4Aplikasi Khusus Lainnya

• Peralatan Audio: Transformator audio biasanya digunakan untuk memberikan isolasi sinyal yang mengalir melalui rangkaian dan membantu mencocokkan nilai impedansi sumber dan beban. Mereka juga dapat menghilangkan sinyal yang tidak diinginkan atau berisik dan menyaring sinyal masukan. Transformator jenis ini dirancang khusus untuk menangani sinyal dalam rentang suara, yaitu sinyal dengan frekuensi antara 20Hz dan 20kHz.

• Alat Ukur: Pengukur arus, pengukur tegangan, dan berbagai alat dan perangkat pengukuran lainnya biasanya menggunakan trafo untuk pengoperasian umum. Misalnya, transformator pengukur arus memberikan keamanan yang diperlukan untuk rangkaian dengan mengisolasi alat pengukur dari rangkaian lainnya dan menekan atau menurunkan arus besar ke nilai optimal sebelum mengumpankannya ke amperemeter.

• Perbaikan: Transformator penyearah dapat mengubah AC menjadi DC, dengan aplikasi termasuk kontrol motor, pertambangan, tungku listrik, laboratorium penelitian dan pengembangan,-transmisi DC tegangan tinggi, dan banyak lagi.