Transformator Step Up: Fungsi, Ciri, Cara Kerja, Rumus (Soal)

Daftar Isi

Adik-adik, materi fisika kita kali ini akan membahas tentang salah satu jenis transformator, yaitu transformator step up. 

 

Materi ini sendiri sering dipelajari oleh siswa SMP kelas 9 dan siswa SMA kelas 12.  

 

Sebagaimana yang diketahui, transformator atau trafo adalah komponen listrik yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan.

 

Untuk keperluan tersebut, maka transformator terbagi menjadi dua jenis, yaitu transformator yang digunakan untuk menaikkan tegangan dan transformator yang digunakan untuk menurunkan tegangan.

 

Nah, transformator step up melakukan salah satu dari kedua fungsi tersebut, yakni menaikkan tegangan.

 

Sementara itu, untuk menurunkan tegangan fungsinya dilakukan oleh transformator step down.

 

Seperti apa sih jenis transformator penaik tegangan ini? Baiklah, berikut ini pembahasannya...

Pengertian Transformator Step Up

Apa itu transformator step up? Dalam dunia kelistrikan, transformator (trafo) step up adalah alat yang digunakan untuk menaikkan tegangan listrik bolak-balik (AC) sehingga tegangan yang dihasilkan lebih besar dari tegangan sumber. 

 

Tegangan sumber disebut dengan tegangan primer (V_P), sedangkan tegangan yang dihasilkan disebut dengan tegangan sekunder (V_S). 

Jadi, transformator step up akan menghasilkan tegangan sekunder yang lebih besar daripada tegangan primer.

Secara umum, sebuah transformator terdiri atas:

• Sebuah inti besi yang tak berujung pangkal yang terdiri dari beberapa lapis yang disekat satu sama lain.
• Dua buah kawat kumparan yang dililitkan pada inti besi tersebut, selanjutnya disebut lilitan primer dan lilitan sekunder.

Kemampuan transformator step up untuk menaikkan tegangan didapat dari perbandingan antara jumlah lilitan primer dan lilitan sekundernya. 

 

Lilitan primer adalah lilitan yang terhubung dengan arus dan tegangan sumber (tegangan primer), sedangkan lilitan sekunder adalah lilitan tempat keluarnya arus dan tegangan sekunder.

Pada transformator step up, jumlah lilitan sekundernya lebih banyak daripada jumlah lilitan primernya. 

Transformator step up dapat dijumpai penggunaannya di jaringan-jaringan pembangkit listrik untuk menaikkan tegangan pada jalur transmisi. 

 

Untuk keperluan elektronika, transformator step up banyak dipasang pada rangkaian inverter, televisi, dan rangkaian yang memerlukan tegangan listrik tinggi lainnya.

Ciri-Ciri Transformator Step Up

Transformator step up bisa dikenali dari ciri-cirinya, antara lain:

• Tegangan primer (V_P) lebih kecil daripada tegangan sekunder (V_S) atau V_P < V_S .
• Jumlah lilitan primer (N_P) lebih kecil daripada lilitan sekunder (N_S) atau N_P < N_S.
• Kuat arus primer (I_P) lebih besar daripada kuat arus sekunder (I_S) atau I_P > I_S.  

Sehingga, prinsip transformator step up adalah: 

 

• V_P < V_S atau V_S > V_P
• N_P < N_S atau N_S > N_P
• I_P > I_S atau I_S < I_P

Cara Kerja Transformator Step Up

Cara kerja transformator (trafo) step up mengikuti cara kerja transformator pada umumnya, yaitu berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik dalam hukum Faraday. 

 

Induksi elektromagnetik menghasilkan tegangan atau beda potensial yang disebut gaya gerak listrik induksi.

 

Jadi, ketika lilitan primer dihubungkan dengan tegangan input berupa arus bolak-balik, arus  yang  mengalir  pada  lilitan primer  akan  menginduksi  inti  besi transformator.

 

Selanjutnya,  di dalam  inti  besi  akan  mengalir  flux  magnet  dan  flux magnet  ini  akan  menginduksi  lilitan  sekunder  sehingga  pada  ujung  lilitan sekunder  akan  terdapat  tegangan (GGL  induksi) sesuai  dengan  hukum Faraday.

 

Oleh karena ggl induksi berbanding lurus dengan jumlah lilitan, maka ggl induksi pada bagian sekunder lebih besar daripada ggl induksi pada bagian primer.

 

Itulah sebabnya mengapa sehingga transformator step up bisa menghasilkan tegangan sekunder yang lebih besar daripada tegangan primer.

Rumus Transformator Step Up

Rumus transformator step up mengikuti rumus umum yang berlaku pada sebuah transformator, yaitu:

1. Rumus Hubungan Tegangan dan Lilitan

Hubungan antara tegangan dan jumlah lilitan transformator dirumuskan dengan persamaan matematis:

 

^V_P/_VS = ^N_P/_NS

2. Rumus Hubungan Lilitan dan Kuat Arus

Hubungan antara jumlah lilitan dan kuat arus listrik transformator dirumuskan dengan persamaan matematis:

 

^I_S/_IP = ^N_P/_NS

3. Rumus Hubungan Kuat Arus dan Tegangan

Hubungan antara kuat arus listrik dan tegangan (beda potensial) transformator dirumuskan dengan persamaan matematis:

 

^V_P/_VS = ^I_S/_IP

 

Keterangan:

• V_P = tegangan primer atau tegangan masukan (volt)
• V_S = tegangan sekunder atau tegangan keluaran (volt)
• I_P = arus primer (A)
• I_S = arus sekunder (A)
• N_P = jumlah lilitan sekunder
• N_S = jumlah lilitan primer

4. Rumus Efisiensi Transformator Step Up (η)

Efisiensi transformator step up dirumuskan dengan persamaan matematis:

 

η = ^{V_S . I_S}/_{VP . IP} . 100%

 

atau:

 

η = ^{N_S . I_S}/_{NP . IP} . 100%

 

Keterangan:

• η = efisiensi transformator (%)

Fungsi Transformator Step Up

Secara umum, transformator step up berfungsi untuk menaikkan tegangan listrik sehingga lebih besar dari tegangan sumber.

 

Tujuan menaikkan tegangan listrik dari trafo step up adalah untuk menghasilkan tegangan listrik yang besarnya sesuai dengan kebutuhan peralatan.

 

Karena fungsinya ini, maka transformator step up menjadi salah satu komponen penting dalam berbagai perangkat kelistrikan dan elektronika.

 

Berikut ini beberapa di antaranya:

1. Fungsi Transformator Step Up pada Pembangkit Listrik 

Sebelum dikirim, tegangan listrik yang dihasilkan generator pembangkit listrik perlu dinaikkan menggunakan transformator step up.

 

Tujuannya adalah untuk menekan perubahan jumlah energi listrik yang berubah menjadi energi kalor selama proses pengiriman. 

2. Fungsi Transformator Step Up pada Rangkaian Inverter

Transformator step up juga berfungsi untuk menaikkan tegangan pada rangkaian inverter push-pull. 

 

Dengan transformator step up, inverter bisa menghasilkan tegangan listrik sesuai dengan besaran yang dibutuhkan.

3. Fungsi Transformator Step Up pada Televisi

Televisi membutuhkan tegangan tinggi agar dapat menghasilkan gambar, khususnya pada televisi jenis tabung.

 

Pada televisi tabung, gambar dihasilkan oleh sinar katode yang memerlukan tegangan tinggi agar bisa terpancar.

 

Karena itulah, tegangan sumber perlu dinaikkan dengan transformator step up.

Contoh Soal Transformator Step Up

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang transformator step up lengkap dengan pembahasannya:

Contoh Soal 1 

Sebuah transformator mempunyai kumparan primer dan sekunder dengan jumlah lilitan masing-masing 400 dan 4.000. Transformator tersebut dihubungkan dengan jaringan bertegangan arus bolak-balik 220 V. Tegangan keluarannya sebesar...

Jawaban:

Diketahui:

• N_P = 400
• N_S = 4.000
• V_P = 220 Volt

Ditanyakan:

• V_S =...?

Penyelesaian: 

 

^V_P/_VS = ^N_P/_NS

²²⁰/_VS = ⁴⁰⁰/_4.000

V_S = ^{220 . 4.000}/₄₀₀

      = 2.200 V.

 

Jadi, tegangan keluarannya sebesar 2.200 volt.

Contoh Soal 2

Sebuah transformator dengan tegangan primer 110 volt dan tegangan sekunder 220 volt mempunyai efisiensi 80%. Jika arus pada kumparan primer 5 A, maka arus sekundernya adalah...

Jawaban:

Diketahui:

• V_P = 110 volt
  
• V_S = 220 volt
  
• η = 80%
• I_P = 5 A
  

Ditanyakan:

• I_S ..?

Penyelesaian: 

 

η = ^{V_S . I_S}/_{VP . IP} . 100%

80% = ^{220 . I_S}/_{110 . 5} . 100%

^80%/_100% = ^{220 . I_S}/₅₅₀ 

0,8 = ^{220 . I_S}/₅₅₀ 

I_S = ^{0,8 . 550}/₂₂₀ 

    = 2 A

 

Jadi, arus sekundernya adalah 2 A.

Kesimpulan

Jadi, transformator step up (step up transformer) adalah trafo yang berfungsi untuk menaikkan tegangan sehingga lebih besar dari tegangan sumber. 

Gimana adik-adik, udah paham kan materi transformator step up di atas? Jangan lupa lagi yah.

Sekian dulu pembahasan kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.