Contoh Soal Pembahasan Transformator
Pendahuluan
Transformator merupakan salah satu komponen utama dalam sistem kelistrikan yang digunakan untuk mengubah tingkat tegangan listrik. Alat ini sangat penting dalam transmisi dan distribusi energi listrik agar dapat disalurkan dengan efisien dari pembangkit listrik ke konsumen. Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa contoh soal pembahasan transformator, yang diharapkan dapat membantu siswa memahami konsep dasar dan aplikasi praktis dari transformator.
Prinsip Kerja Transformator
Secara sederhana, transformator terdiri dari dua kumparan kawat listrik yang disebut lilitan primer dan sekunder, yang dililitkan pada sebuah inti besi yang dapat membentuk medan magnet. Lilitan primer menerima tegangan input, sedangkan lilitan sekunder menghasilkan tegangan output. Bila terdapat arus bolak-balik dalam lilitan primer, medan magnet akan dihasilkan di sekitar kumparan tersebut dan menyebabkan arus induksi pada lilitan sekunder. Rasio jumlah lilitan antara primer dan sekunder menentukan rasio perubahan tegangan.
Rumus dasar yang digunakan dalam transformator adalah:
\[ \frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s} \]
dimana \( V_p \) adalah tegangan pada lilitan primer, \( V_s \) adalah tegangan pada lilitan sekunder, \( N_p \) adalah jumlah lilitan pada lilitan primer, dan \( N_s \) adalah jumlah lilitan pada lilitan sekunder.
Contoh Soal 1
Soal:
Sebuah transformator memiliki 500 lilitan pada lilitan primer dan 100 lilitan pada lilitan sekunder. Jika tegangan input (primer) adalah 220V, hitung tegangan output (sekunder) transformator tersebut.
Pembahasan:
Menggunakan rumus dasar transformator:
\[ \frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s} \]
Kita substitusikan nilai yang diketahui:
\[ \frac{220}{V_s} = \frac{500}{100} \]
Menyederhanakan perbandingan jumlah lilitan:
\[ \frac{220}{V_s} = 5 \]
Untuk mencari \(V_s\), kita kali silang:
\[ V_s = \frac{220}{5} \]
\[ V_s = 44V \]
Jadi, tegangan output (sekunder) transformator tersebut adalah 44V.
Contoh Soal 2
Soal:
Sebuah transformator step-up (penambah tegangan) memiliki rasio jumlah lilitan primer dan sekunder 1:4. Jika tegangan input adalah 110V, berapakah tegangan output pada lilitan sekunder?
Pembahasan:
Menggunakan rumus dasar transformator:
\[ \frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s} \]
Diketahui rasio lilitan primer dan sekunder adalah 1:4, artinya:
\[ \frac{N_p}{N_s} = \frac{1}{4} \]
Dengan \( V_p = 110V \):
\[ \frac{110}{V_s} = \frac{1}{4} \]
Untuk mencari \(V_s\), kita kali silang:
\[ V_s = 110 \times 4 \]
\[ V_s = 440V \]
Jadi, tegangan output pada lilitan sekunder adalah 440V.
Contoh Soal 3
Soal:
Transformator step-down (penurun tegangan) digunakan untuk menurunkan tegangan dari 240V menjadi 24V. Jika terdapat 600 lilitan pada lilitan primer, berapa jumlah lilitan pada lilitan sekunder?
Pembahasan:
Menggunakan rumus dasar transformator:
\[ \frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s} \]
Diketahui \( V_p = 240V \), \( V_s = 24V \), dan \( N_p = 600 \) lilitan:
\[ \frac{240}{24} = \frac{600}{N_s} \]
Menyederhanakan perbandingan tegangan:
\[ 10 = \frac{600}{N_s} \]
Untuk mencari \(N_s\), kita kali silang:
\[ N_s = \frac{600}{10} \]
\[ N_s = 60 \]
Jadi, jumlah lilitan pada lilitan sekunder adalah 60 lilitan.
Contoh Soal 4
Soal:
Sebuah transformator memiliki tegangan input (primer) 100V dan tegangan output (sekunder) 400V. Jika arus pada lilitan sekunder adalah 2A, berapa arus pada lilitan primer?
Pembahasan:
Kita dapat menggunakan prinsip kekekalan daya pada transformator ideal, dimana daya input sama dengan daya output:
\[ P_p = P_s \]
\[ V_p \times I_p = V_s \times I_s \]
Dengan \( V_p = 100V \), \( V_s = 400V \), dan \( I_s = 2A \):
\[ 100 \times I_p = 400 \times 2 \]
\[ 100 \times I_p = 800 \]
Untuk mencari \(I_p\), kita bagi:
\[ I_p = \frac{800}{100} \]
\[ I_p = 8A \]
Jadi, arus pada lilitan primer adalah 8A.
Contoh Soal 5
Soal:
Transformator step-up meningkatkan tegangan dari 120V pada lilitan primer menjadi 480V pada lilitan sekunder. Jika jumlah lilitan primer adalah 300, berapakah jumlah lilitan sekunder?
Pembahasan:
Menggunakan rumus dasar transformator:
\[ \frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s} \]
Diketahui \( V_p = 120V \), \( V_s = 480V \), dan \( N_p = 300 \) lilitan:
\[ \frac{120}{480} = \frac{300}{N_s} \]
Menyederhanakan perbandingan tegangan:
\[ \frac{1}{4} = \frac{300}{N_s} \]
Untuk mencari \(N_s\), kita kali silang:
\[ N_s = 300 \times 4 \]
\[ N_s = 1200 \]
Jadi, jumlah lilitan pada lilitan sekunder adalah 1200 lilitan.
Penutup
Transformator adalah alat yang sangat penting dalam sistem kelistrikan untuk mengubah tingkat tegangan listrik agar lebih efisien dalam transmisi dan distribusi. Dengan memahami contoh-contoh soal yang telah dibahas, diharapkan dapat meningkatkan pemahaman tentang prinsip kerja transformator dan cara menggunakan konsep dasar dalam perhitungan yang berkaitan dengan transformator. Melalui pemahaman yang baik, kita dapat memahami lebih dalam bagaimana pengaruh perubahan lilitan dan tegangan dalam sistem kelistrikan.
