Rumus efisiensi trafo dan cara menghitung efisiensi trafo
Menghitung efisiensi trafo merupakan salah satu metode untuk menentukan seberapa baguskan kualitas dari sebuah trafo. Baik itu trafo jenis step-up maupun jenis trafo step-down. Menghitung efisiensi secara umum ternyata sangat mudah.
Tahukah Anda bahwa trafo yang ideal itu adalah trafo yang memiliki efisiensi 100%. Artinya energi listrik elektromagnetik yang dialirkan dari kumparan primer ke kumparan sekunder melalui inti sepenuhnya tersalurkan ke kumparan sekunder sehingga tidak ada energi yang terbuang (loss sama sekali).
Ilustrasi konstruksi trafo, mulai dari aliran fluks magnet, tegangan dan arus trafo.
Namun sayangnya di dunia ini tidak ada efisiensi trafo yang mencapai 100%. Yang ada hanyalah mendekati, itupun tidak terlalu dekat. mungkin hanya mencapa 90-98% maksimum. Karena tetap saja sebagian energi akan terbuang melalui panas, dan beberapa faktor yang dapat mempengaruhi efisiensi trafo tersebut. Antara lain, kualitas kumparan (copper loss), diameter inti dan jenis inti (core loss), jumlah lilitan, dan lain sebagainya.
Sebelum menghitung efisiensi trafo, alangkah baiknya kita mengetahui dulu beberapa faktor kerugian transformator (rugi-rugi trafo).
1. Kerugian arus eddy. Kerugian arus eddy merupakan kerugian trafo yang disebabkan karena adanya perubahan fluks magnet yang bertolak belakang dengan gaya gerak listrik (ggl). Hal ini terjadi ketika ggl mengalir dari kumparan primer ke kumparan sekunder melalui inti. Untuk mengurangi arus eddy, pada trafo daya digunakan inti besi lunak yang berlapis-lapis.
2. Kerugian tembaga. Pada kumparan kawat tembaga sebuah trafo, baik itu kumparan primer maupun sekunder, semakin banyak jumlah lilitan maka semakin besar juga resistansi lilitan tersebut. Begitu juga dengan arus listrik yang mengalir pada kumparan. Kerugian tembaga ini berlaku persamaan I^2 R (baca: I kuadrat dikali R).
3. Kerugian histerisis. Kerugian ini disebabkan karena arus dari kumparan primer menuju sekunder yang berbalik arah. Penyebabnya adalah fluks yang mengalir dari inti trafo. Maka dari itu semakin baik kualitas material dari inti trafo, maka semakin kecil kerugian histerisis.
4. Kerugian kopling. Kerugian kopling terjadi karena adanya aliran fluks magnet yang tidak sempurna dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Salah satu cara untuk mengurangi kerugian kopling adalah dengan dengan membuat kumparan primer dan kumparan sekunder ditumpuk secara berlapis-lapis.
5. Kerugian kapasitas liar. Kerugian kapasias liar juga menjadi salah satu yang disebabkan oleh kualitas gulungan transformator. Kerugian ini tidak akan berpengaruh banyak pada frekuensi rendah, namun efisiensi akan berpengaruh banyak pada frekuensi tinggi. Salah satu cara untuk mengurangi kapasitas liar adalah dengan membuat gulungan kumparan primer dan sekunder trafo secara semi acak.
6. Kerugian efek kulit. Meskipun kawar kumparan primer dan sekunder masing-masing terdapat lapisan isolasi satu sama lain, namun resistansi pada kumparan juga dapat mempengaruhi efisiensi dari transformator. Untuk mengurangi kerugian efek kulit transformator dapat digunakan kawat kecil yang berlapis-lapis yang saling berisolasi.
Rumus efisiensi trafo
Rumus untuk menghitung efisiensi trafo sebenarnya tidaklah rumit dan siapapun dapat menghitungnya dengan metoda matematika sederhana. Adapun rumus efisiensi trafo adalah sebagai berikut.
dimana ɳ merupakan efisiensi trafo, Po merupakan daya output trafo, dan Pi adalah daya input trafo. Karena daya merupakan hasil perkalian antara tegangan dan arus, maka rumus efisiensi trafo dapat juga didefinisikan sebagai berikut:
dimana:
ɳ : efisiensi trafo
Vs : tegangan sekunder
Is : arus sekunder
Vp : tegangan primer
Ip : arus primer
Jika yang diketahui salah satunya adalah jumlah lilitan trafo, maka dapat juga dihitung efisiensinya dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
dimana:
ɳ : efisiensi trafo
Is : arus sekunder
Ns : lilitan sekunder
Ip : arus primer
Np : lilitan primer
Dari ketiga rumus diatas ternyata secara umum untuk menghitung nilai efisiensi sebuah transformator ternyata sangat mudah. Untuk lebih memperjelas lagi kita akan coba menghitung efisiensi trafo dengan beberapa contoh soal.
Cara menghitung efisiensi trafo
Soal 1
Diketahui sebuah trafo memiliki tegangan input AC 220V dengan arus input adalah 0,2A, sedangkan tegangan sekundernya adalah 9V dengan arus 3A. Berapa efisiensi trafo tersebut?
Jawab:
Diketahui:
Vs : 220
Is : 1
Vp : 9
Ip : 3
Sehingga, efisiensi trafo adalah:
ɳ = (Vs x Is / Vp x Ip) x 100%
ɳ = (12V x 3A / 220V x 0,2A) x 100%
ɳ = 36 W / 44 W x 100%
ɳ = 0,818 x 100%
ɳ = 82%
Sehingga efisiensi trafo tersebut adalah 82%.
Soal 2
Diketahui sebuah trafo memiliki tegangan input 220V dengan arus 0,5A. Sedangkan tegangan output trafo adalah 32V. Jika efisiensi trafo tersebut 85%, berapakah arus output (sekunder) dari trafo tersebut?
Jawab:
Diketahui:
ɳ : 85%
Vs : 32
Is : 0,5
Vp : 32
Ip : ?
Sehingga, efisiensi trafo adalah:
ɳ = (Vs x Is / Vp x Ip) x 100%
85% = ( 32 x Is / 220V x 0,5A) x 100%
85 = (3200 x Is) / 110
Is = (85 x 110) / 3200
Is = 9350 / 3200
Is = 2,9 A
Banyak sekali para hobbiyst elektronika yang mampu merakit dang menggulung trafo sendiri terutama trafo untuk keperluan power supply rangkaian elektronika. Namun demikian perlu diperhatikan dalam perancangan trafo, sebisa mungkin secara teori efisiensi yang dihasilkan sesuai perhitungan diatas 85%. Jika dalam perhitungan didapatkan efisiensi dibawah 85% maka dapat dikatakan efisiensi trafo tersebut kurang baik.
Sebaliknya jika dalam perhitungan ternyata didapatkan hasil efisiensi diatas 100%, maka berarti ada yang salah dari arus dan tegangan yang diinginkan antara bagian primer dan sekunder.
Rumus perhitungan trafo sesuai penjelasan diatas adalah rumus trafo secara umum dan belum dapat digunakan langsung untuk perancangan trafo, karena jika akan diaplikasikan langsung dalam pembuatan trafo, ada beberapa parameter lagi yang harus dimasukan, antara lain, frekuensi kerja, diameter koker, ukuran inti besi, dan lain sebagainya.
