1
LAPORAN PRAKTIKUM LISTRIK MAGNET Praktikum Ke 2 TRANSFORMATOR
A.
TUJUAN
1. Mempel Mempelaja ajari ri asas asas kerja kerja tran transfo sforma rmator tor.. 2. Menent Menentukan ukan efisie efisiensi nsi transf transform ormato ator. r.
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 kedalamnya dimasukkan dimasukkan besi lunak sebagai intinya (teras (teras trafo). trafo). Prinsip kerja transforma transformator tor adalah jika yang mengalir 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 Pada transf transform ormato atorr kumpar kumparan an pertam pertamaa yang dihubun dihubungkan gkan dengan 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,
2
maka oleh kumparan primer ditimbulkan medan magnet yang selalu berubahubah. 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: V S
N S =
V P
N P
Berdasarkan hukum kekekalan energi bahwa jumlah energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer sama besar dengan jumlah energi listrik yang
3
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: V P I P
V S I S
=
Efisiensi transformator
Transformator yang sedang kita gunakan terasa hangat bahkan kadangkadang 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 ( η ) dinyatakan dalam prosentase sebagai berikut: η = η =
Energi listrik yang keluar tramsformator Energi listrik yang masuk tramsformator
W S W P
×
100% =
P S P P
×
100% =
V S I S V P I P
×
×100%
100%
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.
4
C.
ALAT-ALAT
1. Trafo 2. Voltmeter AC dan Ampermeter AC 3. Slide Regulator 4. Lampu pijar D.
LANGKAH EKSPERIMEN
1. Menyusun peralatan seperti pada gambar berikut:
A PS
V
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.
A
5
E.
DATA PERCOBAAN
1. NP=NS=250 lilitan No.
V p (Volt)
I p (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.
V p (Volt)
I p (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
6
3. NP=375 lilitan, NS=500 lilitan No.
V p (Volt)
I p (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.
V p (Volt)
I p (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
7
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: η (%) =
V S I S I P y
=
V S I S V P I P
=
×
η 100
bx + a
100%
V P kita analogkan dengan persamaan garis linier:
diperoleh
V S I S
: y
=
b
=
x
=
V P
a
=
0
I P η 100
(Variabel terikat) (Variabel bebas)
Dengan membuat grafik hubungan antara
V S I S I P
dengan
V P ,
diperoleh
gradian/kemiringan kurva b, sehingga kita dapat memperoleh nilai efisiensi yaitu
η
=
b100
dalam satuan %.
1. Efisiensi transformator ( η ) dengan NP=NS=250 lilitan No.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
y=
V S I S
x= V P
I P
4.00 7.80 10.60 15.60 17.20 20.60 22.80 26.40
0.22 0.43 0.63 0.81 1.03 1.46 1.50 1.73
8
9. 10.
30.00 33.50
1.95 2.13
Kita buat grafik hubungan antara
GRAFIK HUBUNGAN ANTARA
V S I S
dengan
I P
V S I S I P
DENGAN
V P
V P DENGAN NP=NS=250 LILITAN
2.50 y = 0.068x - 0.090 R2 = 0.986
2.00 p I / ) s I s V (
1.50 1.00 0.50 0.00 0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
Tegangan Primer (Vp)
Dari grafik yang telah difitting di Microsoft Excel, kita peroleh bersamaan garis y=0,068x+0,090, dengan
2
S η =R 2=0,986.
Maka gradien garis b=0,068,
sehingga efisiensi transformator dengan NP=NS=250 lilitan: η
=
b100 =0,068.100=6,8%
S η
=
0,986
=0,993%
Ralat relatif: Rη =
S η
η
×
100% =
0,993% 6,8%
×
100% =14,60%
Jadi efisiensi transformator dengan NP=NS=250 lilitan adalah η =6,8% dengan ralat relatif sebesar 14,60%.
9
2. Efisiensi transformator ( η ) dengan NP=500 lilitan, NS=375 lilitan No.
y=
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
V S I S
x= V P
I P
4.00 7.80 10.60 13.40 17.00 20.60 22.80 26.40 30.00 33.50
0.15 0.27 0.40 0.48 0.66 0.81 0.89 1.08 1.22 1.28
Kita buat grafik hubungan antara
GRAFIK HUBUNGAN ANTARA
V S I S I P
DENGAN
V S I S I P
dengan
V P
V P DENGAN NP=500 LILITAN, NS=375 LILITAN
1.40 y = 0.041x - 0.032 R2 = 0.996
1.20 1.00 p I / ) s I s V (
0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
Tegangan Prime r (Vp)
Dari grafik yang telah difitting di Microsoft Excel, kita peroleh bersamaan garis y=0,041x+0,032, dengan
2
S η =R 2=0,996.
Maka gradien garis b=0,041,
sehingga efisiensi transformator dengan NP=500 lilitan, NS=375 lilitan: η
=
S η
b100 =0,041.100=4,1%
=
0,996
=0,998%
10
Ralat relatif: Rη
=
S η
×
100% =
η
0,998% 4,1%
×
100% =24,34%
Jadi efisiensi transformator dengan N P=500 lilitan, NS=375 lilitan adalah η =4,1% dengan ralat relatif sebesar 24,34%.
3. Efisiensi transformator ( η ) dengan NP=375 lilitan, NS=500 lilitan No.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
y=
V S I S
x= V P
I P
4.20 7.80 10.60 13.40 17.00 20.60 22.80 26.40 30.00 33.50
0.08 0.18 0.25 0.31 0.42 0.52 0.63 0.68 0.83 0.86
Kita buat grafik hubungan antara
V S I S I P
dengan
V P
11
V S I S GRAFIK HUBUNGAN ANTARA
DENGAN
I P
V P DENGAN NP=375 LILITAN, NS=500 LILITAN
1.00 0.90
y = 0.028x - 0.042 R2 = 0.993
0.80 0.70 p I / ) s I s V (
0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
Tegangan Prime r (Vp)
Dari grafik yang telah difitting di Microsoft Excel, kita peroleh bersamaan garis y=0,028x+0,042, dengan
2
S η =R 2=0,993.
Maka gradien garis b=0,028,
sehingga efisiensi transformator dengan NP=375 lilitan, NS=500 lilitan: η
=
b100 =0,028.100=2,8%
S η
=
0,993
=0,996%
Ralat relatif: Rη =
S η
η
×
100% =
0,996% 2,8%
×
100% =35,59%
Jadi efisiensi transformator dengan N P=375 lilitan, NS=500 lilitan adalah η =2,8% dengan ralat relatif sebesar 35,59%.
12
4. Efisiensi transformator ( η ) dengan NP=NS=500 lilitan No.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
y=
V S I S
x= V P
I P
4.20 7.80 10.60 13.40 17.00 20.60 22.80 26.40 30.00 33.50
0.10 0.18 0.25 0.34 0.43 0.53 0.59 0.69 0.79 0.87
Kita buat grafik hubungan antara
GRAFIK HUBUNGAN ANTARA
V S I S
V S I S I P
DENGAN
I P
dengan
V P
V P DENGAN NP=NS=500 LILITAN
1.00 0.90
y = 0.027x - 0.027 R2 = 0.999
0.80 0.70 p I / ) s I s V (
0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
Tegangan Prime r (Vp)
Dari grafik yang telah difitting di Microsoft Excel, kita peroleh bersamaan garis y=0,027x+0,027, dengan
2
S η =R 2=0,999.
Maka gradien garis b=0,027,
sehingga efisiensi transformator dengan NP=NS=500 lilitan:
13
η
=
b100 =0,027.100=2,7%
S η
=
0,999
=0,999%
Ralat relatif: Rη =
S η
×
100% =
0,999%
η
2,7%
×
100% =15,38%
Jadi efisiensi transformator dengan NP=NS=500 lilitan adalah η =2,7% dengan ralat relatif sebesar 15,38%.
G.
PEMBAHASAN DAN DISKUSI
Hasil analisis No.
NP (lilitan)
NS (lilitan)
η (%)
Ralat relatif (%)
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
14
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.
