LAPORAN
PRAKTIKUM LISTRIK MAGNET
Praktikum Ke 2
TRANSFORMATOR
A. TUJUAN
1. Mempelajari asas kerja transformator.
2. Menentukan efisiensi transformator.
B. DASAR TEORI
Transformator (trafo) terdiri atas dua kumparan. Kedua kumparan
ini dihubungkan secara induktif dengan meletakkan kedua kumparan
berdekatan seperti tampak pada Gambar 1.
Gambar 1. Transformator
Sebuah kumparan yang dialiri arus akan memiliki sifat kemagnetan.
Sitat ini semakin kuat jika kedalamnya dimasukkan besi lunak sebagai
intinya (teras trafo). Prinsip kerja transformator adalah jika yang
mengalir ke dalam kumparan arus bolak-balik, maka letak kutub-kutub
utara dan selatan akan berubah bergantian. Akibatnya, medan magnet di
sekitar kumparan selalu berubah-ubah.
Pada transformator kumparan pertama yang dihubungkan dengan
sumber tegangan bolak-balik, kita sebut kumparan primer. Sedangkan yang
dihubungkan dengan beban (resistor, lampu, dan sebagainya) disebut
kumparan sekunder. Karena kumparan primer dihubungkan dengan tegangan
bolak-balik, maka oleh kumparan primer ditimbulkan medan magnet yang
selalu berubah-ubah. Medan magnet yang sebagian besar masuk ke dalam
kumparan sekunder berubah-ubah pula. Berdasarkan hukum Faraday, akan
timbul GGL induksi yang arahnya bolak-balik.
Apa yang terjadi jika kumparan primer dihubungkan dengan tegangan
tetap, misalnya tegangan kutub-kutub aki? Pada kumparan primer timbul
medan magnet yang tetap. Sebagian medan magnet ini masuk ke dalam
kumparan sekunder dan besarnya juga tetap. Oleh sebab itu, pada
kumparan sekunder tidak akan terjadi GGL induksi.
Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa transformator
dapat digunakan pada tegangan bolak-balik. Berdasarkan jumlah lilitan
primer dan skunder ada dua jenis transformator:
a. Transformator step-up
Jika jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak dari pada
kumparan primer, maka akan dihasilkan tegangan sekunder yang lebih
besar daripada tegangan primer. Transformator step-up merupakan
transformator untuk menaikkan tegangan
b. Transformator step-down
Jika jumlah lilitan kumparan sekunder lebih sedikit daripada
kumparan primer, maka akan dihasilkan tegangan sekunder yang lebih
kecil daripada tegangan primer. Transformator step-down merupakan
transformator untuk menurunkan tegangan.
Besar GGL induksi sebanding dengan jumlah lilitan sehingga kalau
tegangan kumparan primer VP dan tegangan kumparan sekunder VS, maka
secara ideal berlaku persamaan:
Berdasarkan hukum kekekalan energi bahwa jumlah energi listrik
yang masuk ke dalam kumparan primer sama besar dengan jumlah energi
listrik yang keluar dari kumparan sekunder. Trafo yang ideal adalah
trafo yang hampir tidak mempunyai kerugian daya, hal ini berarti bahwa
daya yang diberikan pada kumparan primer akan sama besar dengan daya
yang dikeluarkan pada kumparan sekunder, dirumuskan:
Efisiensi transformator
Transformator yang sedang kita gunakan terasa hangat bahkan
kadang-kadang cukup panas jika kita sentuh dengan tangan. Hal ini
menunjukkan bahwa sebagian dari energi listrik ada yang terbuang
menjadi kalor. Jadi, energi listrik yang keluar dari transformator
lebih kecil daripada energi listrik yang masuk ke dalam transformator.
Jika energi listrik yang masuk ke dalam .transformator kita
nyatakan dengan WP dan energi listrik yang keluar dari transformator
kita nyatakan dengan WS; maka WS lebih kecil daripada WP.
Efisiensi transformator () dinyatakan dalam prosentase
sebagai berikut:
Untuk transfomator idel mempunyai efisiensi 100%, tetapi pada
kenyataannya kurang dari 100%, sebab ada sebagian energi yang
terdisipasi dalam bentuk panas ke lingkungan, panas ini ditimbulkan
oleh arus Eddy yang disebut arus pusar.
C. ALAT-ALAT
"Trafo " "
"Voltmeter AC dan Ampermeter AC " "
"Slide Regulator " "
"Lampu pijar " "
D. LANGKAH EKSPERIMEN
1. Menyusun peralatan seperti pada gambar berikut:
Gambar 2. Set Alat Percobaan
2. Mengukur VP, VS, IP dan IS.
3. Mengulangi langkah 2 dengan memvariasi VP.
4. Mengulangi langkah 1, 2 dan 3 dengan memvariasi NP dan NS.
E. DATA PERCOBAAN
1. NP=NS=250 lilitan
"No. "Vp (Volt) "Ip (Ampere)"Vs (Volt) "Is (Ampere)"
"1. "4.0 "2.4 "2.6 "0.20 "
"2. "7.8 "4.4 "5.0 "0.38 "
"3. "10.6 "6.0 "7.0 "0.54 "
"4. "15.6 "7.6 "8.8 "0.70 "
"5. "17.2 "9.6 "11.0 "0.90 "
"6. "20.6 "10.0 "13.5 "1.08 "
"7. "22.8 "12.0 "15.0 "1.20 "
"8. "26.4 "14.0 "17.5 "1.38 "
"9. "30.0 "16.0 "20.0 "1.56 "
"10. "33.5 "18.0 "22.0 "1.74 "
2. NP=500 lilitan, NS=375 lilitan
"No. "Vp (Volt) "Ip (Ampere)"Vs (Volt) "Is (Ampere)"
"1. "4.0 "0.8 "1.2 "0.10 "
"2. "7.8 "1.6 "2.4 "0.18 "
"3. "10.6 "2.2 "3.4 "0.26 "
"4. "13.4 "3.0 "4.2 "0.34 "
"5. "17.0 "3.6 "5.4 "0.44 "
"6. "20.6 "4.4 "6.6 "0.54 "
"7. "22.8 "5.0 "7.4 "0.60 "
"8. "26.4 "5.6 "8.6 "0.70 "
"9. "30.0 "6.4 "10.0 "0.78 "
"10. "33.5 "7.2 "11.0 "0.84 "
3. NP=375 lilitan, NS=500 lilitan
"No. "Vp (Volt) "Ip (Ampere)"Vs (Volt) "Is (Ampere)"
"1. "4.2 "1.8 "1.4 "0.10 "
"2. "7.8 "3.4 "2.8 "0.22 "
"3. "10.6 "4.6 "3.8 "0.30 "
"4. "13.4 "5.8 "4.8 "0.38 "
"5. "17.0 "7.4 "6.2 "0.50 "
"6. "20.6 "8.8 "7.6 "0.60 "
"7. "22.8 "9.0 "8.4 "0.68 "
"8. "26.4 "11.0 "9.6 "0.78 "
"9. "30.0 "12.0 "11.0 "0.90 "
"10. "33.5 "14.0 "12.5 "0.96 "
4. NP=NS=500 lilitan
"No. "Vp (Volt) "Ip (Ampere)"Vs (Volt) "Is (Ampere)"
"1. "4.2 "1.0 "1.2 "0.08 "
"2. "7.8 "2.0 "2.2 "0.16 "
"3. "10.6 "2.6 "3.0 "0.22 "
"4. "13.4 "3.4 "3.8 "0.30 "
"5. "17.0 "4.2 "4.8 "0.38 "
"6. "20.6 "5.0 "5.8 "0.46 "
"7. "22.8 "5.6 "6.4 "0.52 "
"8. "26.4 "6.4 "7.4 "0.60 "
"9. "30.0 "7.2 "8.4 "0.68 "
"10. "33.5 "8.2 "9.4 "0.76 "
F. ANALISIS DATA
Menentukan efisiensi transformator
Pada saat praktikum, variable bebas yang kita ubah-ubah adalah tegangan
primer yaitu VP, dengan satu variable yang diubah tersebut kita amati
gejala lain sebagai variable terikatnya yaitu arus primer IP, tegangan
sekunder VS, dan arus sekunder IS. Sesuai dengan rumus:
kita analogkan dengan persamaan garis linier:
diperoleh : y = (Variabel terikat)
b = (Variabel bebas)
x =
a = 0
Dengan membuat grafik hubungan antara dengan , diperoleh
gradian/kemiringan kurva b, sehingga kita dapat memperoleh nilai
efisiensi yaitu dalam satuan %.
1. Efisiensi transformator () dengan NP=NS=250 lilitan
"No. "y= "x= "
"1. "4.00 "0.22 "
"2. "7.80 "0.43 "
"3. "10.60 "0.63 "
"4. "15.60 "0.81 "
"5. "17.20 "1.03 "
"6. "20.60 "1.46 "
"7. "22.80 "1.50 "
"8. "26.40 "1.73 "
"9. "30.00 "1.95 "
"10. "33.50 "2.13 "
Kita buat grafik hubungan antara dengan
GRAFIK HUBUNGAN ANTARA DENGAN DENGAN NP=NS=250 LILITAN
Dari grafik yang telah difitting di Microsoft Excel, kita peroleh
bersamaan garis y=0,068x+0,090, dengan =R2=0,986. Maka gradien
garis b=0,068, sehingga efisiensi transformator dengan NP=NS=250
lilitan:
=0,068.100=6,8%
==0,993%
Ralat relatif:
=14,60%
Jadi efisiensi transformator dengan NP=NS=250 lilitan adalah
=6,8% dengan ralat relatif sebesar 14,60%.
2. Efisiensi transformator () dengan NP=500 lilitan, NS=375
lilitan
"No. "y= "x= "
"1. "4.00 "0.15 "
"2. "7.80 "0.27 "
"3. "10.60 "0.40 "
"4. "13.40 "0.48 "
"5. "17.00 "0.66 "
"6. "20.60 "0.81 "
"7. "22.80 "0.89 "
"8. "26.40 "1.08 "
"9. "30.00 "1.22 "
"10. "33.50 "1.28 "
Kita buat grafik hubungan antara dengan
GRAFIK HUBUNGAN ANTARA DENGAN DENGAN NP=500 LILITAN, NS=375
LILITAN
Dari grafik yang telah difitting di Microsoft Excel, kita peroleh
bersamaan garis y=0,041x+0,032, dengan =R2=0,996. Maka gradien
garis b=0,041, sehingga efisiensi transformator dengan NP=500
lilitan, NS=375 lilitan:
=0,041.100=4,1%
==0,998%
Ralat relatif:
=24,34%
Jadi efisiensi transformator dengan NP=500 lilitan, NS=375 lilitan
adalah =4,1% dengan ralat relatif sebesar 24,34%.
3. Efisiensi transformator () dengan NP=375 lilitan, NS=500
lilitan
"No. "y= "x= "
"1. "4.20 "0.08 "
"2. "7.80 "0.18 "
"3. "10.60 "0.25 "
"4. "13.40 "0.31 "
"5. "17.00 "0.42 "
"6. "20.60 "0.52 "
"7. "22.80 "0.63 "
"8. "26.40 "0.68 "
"9. "30.00 "0.83 "
"10. "33.50 "0.86 "
Kita buat grafik hubungan antara dengan
GRAFIK HUBUNGAN ANTARA DENGAN DENGAN NP=375 LILITAN,
NS=500 LILITAN
Dari grafik yang telah difitting di Microsoft Excel, kita peroleh
bersamaan garis y=0,028x+0,042, dengan =R2=0,993. Maka gradien
garis b=0,028, sehingga efisiensi transformator dengan NP=375
lilitan, NS=500 lilitan:
=0,028.100=2,8%
==0,996%
Ralat relatif:
=35,59%
Jadi efisiensi transformator dengan NP=375 lilitan, NS=500 lilitan
adalah =2,8% dengan ralat relatif sebesar 35,59%.
4. Efisiensi transformator () dengan NP=NS=500 lilitan
"No. "y= "x= "
"1. "4.20 "0.10 "
"2. "7.80 "0.18 "
"3. "10.60 "0.25 "
"4. "13.40 "0.34 "
"5. "17.00 "0.43 "
"6. "20.60 "0.53 "
"7. "22.80 "0.59 "
"8. "26.40 "0.69 "
"9. "30.00 "0.79 "
"10. "33.50 "0.87 "
Kita buat grafik hubungan antara dengan
GRAFIK HUBUNGAN ANTARA DENGAN DENGAN NP=NS=500 LILITAN
Dari grafik yang telah difitting di Microsoft Excel, kita peroleh
bersamaan garis y=0,027x+0,027, dengan =R2=0,999. Maka gradien
garis b=0,027, sehingga efisiensi transformator dengan NP=NS=500
lilitan:
=0,027.100=2,7%
==0,999%
Ralat relatif:
=15,38%
Jadi efisiensi transformator dengan NP=NS=500 lilitan adalah
=2,7% dengan ralat relatif sebesar 15,38%.
G. PEMBAHASAN DAN DISKUSI
Hasil analisis
"No. "NP "NS " (%) "Ralat relatif"
" "(lilitan) "(lilitan) " "(%) "
"1. "250 "250 "6,8 "14,60 "
"2. "500 "375 "4,1 "24,34 "
"3. "375 "500 "2,8 "35,59 "
"4. "500 "500 "2,7 "15,38 "
Dari hasil percobaan diperoleh efisiensi yang tidak pernah 100%, bahkan
dari hasil percobaan jauh dari 100%. Hal ini disebabkan bahwa pada
kenyataannya energi yang keluar selalu labih kecil dari pada energi
yang masuk, hal ini berlaku hukum kekekalan energi. Energi yang masuk
sebagian ada yang berubah menjadi panas hilang ke lingkungan, yang
disebut arus pusar atau arus Edi. Maka bila kita lihat pada percobaan 1
dan 4 yang mempergunakan jumlah lilitan sama, berdasarkan teori bila
jumlah lilitan sama secara ideal menghasilkan daya masukan dan daya
keluaran yang sama. Tetapi pada kenyataanya tidak demikian, yaitu
tampak pada table data pengamatan tegangan sekunder lebih kecil dari
pada tegangan primer.
Dari percobaan 2 adalah transformator step-down, karena lilitan
sekunder lebih sedikit dari pada kumparan primer yaitu menurunkan
tegangan. Hal ini ditunjukkan pada table data pengamatan yaitu
pengamatan tegangan sekunder lebih kecil dari pada tegangan primer.
Kita lebih mudah membuat transformator step-down dari pada step-up,
kita buktikan pada percobaan 3. Walaupun kumparan sekunder lebih banyak
dari kumparan primer yang merupakan prinsip transformator step-up,
tetapi dari percobaan tetap diperoleh nilai tegangan sekunder lebih
kecil dari pada tegangan primer. Sebab kondisi transformator yang
digunakan memiliki efisiensi yang jauh dari 100%, bahkan berdasarkan
hasil pengukuran diperoleh efisiensi di bawah 10%.
Walaupun kita peroleh efisiensi yang kecil dari hasil percobaan, tetapi
kita telah mengetahui asas kerja transformator yang merupakan tujuan
utama dari praktikum ini.
H. KESIMPULAN
1. Asas kerja transformator adalah ada dua kumparan (primer dan
sekunder) berdekatkan yang dialiri arus AC, maka lilitan primer
terjadi perubahan garis gaya magnet (medan magnet). Perubahan
tersebut oleh lilitan primer diinduksikan/diimbaskan ke lilitan
sekunder. Akibatnya pada lilitan sekunder hal ini menimbulkan arus
induksi.
2. Berdasarkan hukum kekekalan energi, tidak mungkin kita membuat
transformator yang memiliki efisiensi ideal 100%, tetapi hanya
mendekati 100% itu sudah bagus. Hal ini disebabkan adalah energi
yang ditransfer ke lingkungan dalam bentuk panas, yang diakibatkan
oleh arus pusar/arus Edi.
I. DAFTAR PUSTAKA
Supramono Eddy, dkk. 2003. Fisika Dasar II. Malang : JICA-Universitas
Negeri Malang (UM).
Team. 2005. Petunjuk Praktikum Listrik Magnet. Malang : Laboratorium
Elektromagnetik, Fisika FMIPA UM.
