MAKALAH INDUKTANSI DAN TRANSFORMATOR

Transkripsi

1 MAKALAH INDUKTANSI DAN TRANSFORMATOR Disusun oleh : Zahra Dhiyah Nafisa Kelas : XII IPA MADRASAH MULTITEKNIK ASIH PUTERA Jl. Muhammad Daeng Ardiwinata No. 199, Cimahi

2 PEMBAHASAN A. INDUKTANSI I. SEJARAH INDUKTANSI Istilah 'induktansi' sendiri pertama kali digunakan oleh Oliver Heavside pada Februari Sedang penggunaan simbol L kemungkinan ditujukan sebagai penghormatan kepada Heinrich Lenz, seorang fisikawan ternama. Satuan induktansi dalam Satuan Internasional adalah weber per ampere atau dikenal pula sebagai henry (H), untuk menghormati Joseph Henry seorang peneliti yang berkontribusi besar terhadap ilmu tentang magnetisme. 1 H = 1 Wb/A. II. PENGERTIAN INDUKTANSI Induktansi merupakan sifat sebuah rangkaian listrik atau komponen yang menyebabkan timbulnya ggl (gerak gaya listrik) di dalam rangkaian sebagai akibat perubahan arus yang melewati rangkaian (self inductance) atau akibat perubahan arus yang melewati rangkaian tetangga yang dihubungkan secara magnetis (induktansi bersama atau mutual inductance). Pada kedua keadaan tersebut, perubahan arus berarti ada perubahan medan magnetik, yang kemudian menghasilkan ggl. Pada kedua keadaan tersebut, perubahan arus berarti ada perubahan medan magnetik, yang kemudian menghasilkan ggl. Apabila sebuah kumparan dialiri arus, di dalam kumparan tersebut akan timbul medan magnetik. Selanjutnya, apabila arus yang mengalir besarnya berubahubah terhadap waktu akan menghasilkan fluks magnetik yang berubah terhadap waktu. Perubahan fluks magnetik ini dapat menginduksi rangkaian itu sendiri, sehingga di dalamnya timbul ggl induksi. Ggl induksi yang diakibatkan oleh perubahan fluks magnetik sendiri dinamakan ggl induksi diri. Induktansi muncul karena adanya medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik (dijelaskan oleh Hukum Ampere). Supaya suatu rangkaian elektronika mempunyai nilai induktansi, sebuah komponen bernama induktor digunakan di dalam rangkaian tersebut, induktor umumnya berupa kumparan kabel/tembaga untuk memusatkan medan magnet dan memanfaatkan GGL yang dihasilkannya. III. MACAM-MACAM INDUKTANSI a. INDUKTANSI DIRI (GGL Induksi Pada Kumparan) Apabila arus berubah melewati suatu kumparan atau solenoida, terjadi perubahan fluks magnetik di dalam kumparan yang akan menginduksi ggl pada arah yang berlawanan. Ggl terinduksi ini berlawanan arah dengan perubahan fluks. Jika arus yang melalui kumparan meningkat, kenaikan fluks magnet akan menginduksi ggl dengan arah arus yang berlawanan dan cenderung untuk memperlambat kenaikan arus tersebut. Dapat disimpulkan bahwa ggl induksi ε sebanding dengan laju perubahan arus yang dirumuskan :

3 dengan I merupakan arus sesaat, dan tanda negatif menunjukkan bahwa ggl yang dihasilkan berlawanan dengan perubahan arus. Konstanta kesebandingan L disebut induktansi diri atau induktansi kumparan, yang memiliki satuan henry (H), yang didefinisikan sebagai satuan untuk menyatakan besarnya induktansi suatu rangkaian tertutup yang menghasilkan ggl satu volt bila arus listrik di dalam rangkaian berubah secara seragam dengan laju satu ampere per detik. INDUKSI DIRI PADA SELENOIDA DAN TOROIDA Solenoida merupakan kumparan kawat yang terlilit pada suatu pembentuk silinder. Pada kumparan ini panjang pembentuk melebihi garis tengahnya. Bila arus dilewatkan melalui kumparan, suatu medan magnetik akan dihasilkan di dalam kumparan sejajar dengan sumbu. Gambar 2. Solenoida. [2] Sementara itu, toroida adalah solenoida yang dilengkungkan sehingga sumbunya menjadi berbentuk lingkaran. Induktor adalah sebuah kumparan yang memiliki induktansi diri L yang signifikan. Gambar 3. Toroida. [3] Induktansi diri L sebuah solenoida dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 4 pada induksi elektromagnetik. Medan magnet di dalam solenoida adalah: B = μ.n.i dengan n = N/l, dari persamaan 3. pada induksi elektromagnetik dan (1) akan diperoleh: Jadi, karena Φ B = B.A = μ 0.N.I.A / l, Perubahan I akan menimbulkan perubahan fluks sebesar :

4 Sehingga: dengan: L = induktansi diri solenoida atau toroida ( H) μ 0 = permeabilitas udara (4 π 10-7 Wb/Am) N = jumlah lilitan l = panjang solenoida atau toroida (m) A = luas penampang (m 2 ) ENERGI YANG TERSIMPAN PADA KONDUKTOR Energi yang tersimpan dalam induktor (kumparan) tersimpan dalam bentuk medan magnetik. Energi U yang tersimpan di dalam sebuah induktansi L yang dilewati arus I, adalah: U = ½ LI 2... (5) Energi pada induktor tersebut tersimpan dalam medan magnetiknya. Berdasarkan persamaan (4), bahwa besar induktansi solenoida setara dengan B = μ 0.N 2.A/l, dan medan magnet di dalam solenoida berhubungan dengan kuat arus I dengan B = μ 0.N.I/l, Jadi, I = B. l / μ 0.N Maka, dari persamaan (5) akan diperoleh: Apabila energi pada persamaan (6) tersimpan dalam suatu volume yang dibatasi oleh lilitan Al, maka besar energi per satuan volume atau yang disebut kerapatan energi, adalah:

5 b. INDUKTANSI BERSAMA Apabila dua kumparan saling berdekatan, seperti pada Gambar 4, maka sebuah arus tetap I di dalam sebuah kumparan akan menghasilkan sebuah fluks magnetik Φ yang mengitari kumparan lainnya, dan menginduksi ggl pada kumparan tersebut. Gambar 4. Perubahan arus di salah satu kumparan akan menginduksi arus pada kumparan yang lain. Menurut Hukum Faraday, besar ggl ε 2 yang diinduksi ke kumparan tersebut berbanding lurus dengan laju perubahan fluks yang melewatinya. Karena fluks berbanding lurus dengan kumparan 1, maka ε 2 harus sebanding dengan laju perubahan arus pada kumparan 1, dapat dinyatakan: Dengan M adalah konstanta pembanding yang disebut induktansi bersama. Nilai M tergantung pada ukuran kumparan, jumlah lilitan, dan jarak pisahnya. Induktansi bersama mempunyai satuan henry (H), untuk mengenang fisikawan asal AS, Joseph Henry ( ). Pada situasi yang berbeda, jika perubahan arus kumparan 2 menginduksi ggl pada kumparan 1, maka konstanta pembanding akan bernilai sama, yaitu: Induktansi bersama diterapkan dalam transformator, dengan memaksimalkan hubungan antara kumparan primer dan sekunder sehingga hampir seluruh garis fluks melewati kedua kumparan tersebut. Contoh lainnya diterapkan pada beberapa jenis pemacu jantung, untuk menjaga kestabilan aliran darah pada jantung pasien.

6 B. TRANSFORMATOR I. PENGERTIAN TRANSFORMATOR Transformator atau sering disingkat dengan istilah Trafo adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Maksud dari pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari 220VAC ke 12 VAC ataupun menaikkan Tegangan dari 110VAC ke 220 VAC. Transformator atau Trafo ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC).Transformator (Trafo) memegang peranan yang sangat penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan listrik yang berasal dari pembangkit listrik PLN hingga ratusan kilo Volt untuk di distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan tegangan listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan Tegangan AC 220Volt. II. PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan gaya gerak listrik (ggl) dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder. Rasio lilitan pada kumparan sekunder terhadap kumparan primer menentukan rasio tegangan pada kedua kumparan tersebut. Sebagai contoh, 1 lilitan pada kumparan primer dan 10 lilitan pada kumparan sekunder akan menghasilkan tegangan 10 kali lipat dari tegangan input pada kumparan primer. Jenis Transformator ini biasanya disebut dengan Transformator Step Up. Sebaliknya, jika terdapat 10 lilitan pada kumparan primer dan 1 lilitan pada kumparan sekunder, maka tegangan yang dihasilkan oleh Kumparan Sekunder adalah 1/10 dari tegangan input pada Kumparan Primer. Transformator jenis ini disebut dengan Transformator Step Down.

7 III. RUMUS TRANSFORMATOR Pada transformator, perbandingan tegangan sama dengan perbandingan banyaknya lilitan. Secara matematis hubungan antara tegangan dan banyaknya lilitan dituliskan sebagai berikut Persamaan (a) Keterangan: Vp= tegangan pada kumparan primer Vs = tegangan pada kumparan sekunder Np = banyaknya lilitan kumparan primer Ns = banyaknya lilitan kumparan sekunder Dari Persamaan (a) di atas dapat dikatakan bahwa besarnya tegangan berbanding lurus dengan banyaknya lilitan. Jika besarnya tegangan dan kuat arus listrik pada kumparan primer dinyatakan dengan Vp dan Ip, maka besar daya listrik pada kumparan primer (Pp) adalah sebagai berikut. Jika besarnya tegangan dan kuat arus listrik pada kumparan sekunder dinyatakan dengan Vs dan Is, maka besar daya listrik pada kumparan sekunder (Ps) adalah sebagai berikut. IV. JENIS-JENIS TRANSFORMATOR Berdasarkan tegangan listrik yang dihasilkan, trafo dibedakan menjadi dua macam, yaitu trafo step up dan trafo step down. a. Transformator Step Up Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa

8 ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh. Trafo step up adalah trafo yang menghasilkan tegangan arus AC lebih tinggi. Bentuk dan simbol trafo step up ditunjukkan pada Gambar di atas. Sedangkan ciri-ciri trafo step up adalah sebagai berikut: a. Np < Ns b. Vp < Vs c. Ip > Is b. Transformator Step Down Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

9 Trafo step down adalah trafo yang menghasilkan tegangan arus AC lebih rendah. Simbol trafo step down ditunjukkan pada Gambar di atas. Sedangkan ciri-ciri trafo step down adalah sebagai berikut: a. Np > Ns b. Vp > Vs c. Ip < Is Pada transformator ideal, efisiensi transformator dapat dianggap 100%, hal ini berarti daya yang hilang dalam transformator dapat diabaikan sehingga daya listrik pada kumparan primer dapat diteruskan seluruhnya menuju kumparan sekunder. Dengan pengertian tersebut dapat diperoleh: Sehingga hubungan antara besarnya tegangan dan besarnya arus listrik dapat dituliskan sebagai berikut. Persamaan (b) Perbandingan tegangan pada Persamaan (a) sama dengan perbandingan tegangan pada Persamaan (b) sehingga hubungan antara arus listrik dengan banyaknya lilitan dapat diperoleh sebagai berikut.

10 DAFTAR PUSTAKA