Memahami Sejarah, Prinsip Kerja, Jenis, dan Penggunaan Transformator

Ilustrasi transformator

Transformator (transformer) atau trafo adalah alat yang berfungsi mentransfer energi listrik dari sirkuit listrik satu ke sirkuit listrik lainnya melalui dua konduktor secara induktif. Konduktor listrik dalam trafo berupa gulungan-gulungan (kumparan) trafo itu sendiri, yakni kumparan pertama (primer) dan kumparan kedua (sekunder). Sebuah trafo terdiri dari 1 inti (yang berbahan besi berlapis) dan dua buah kumparan (primer dan sekunder).

Kumparan primer dan kumparan sekunder trafo dililitkan pada sebuah besi lunak. Pelilitan kumparan-kumparan ini dimaksudkan untuk menghasilkan aliran magnetik di sekeliling trafo. Ada banyak macam trafo, mulai dari yang ukurannya hanya sebesar ibu jari hingga yang beratnya mencapai ratusan ton. Beberapa trafo berukuran kecil biasanya digabungkan dan dipasang pada mikrofon, sedangkan sebuah trafo dengan berat ratusan ton digunakan untuk saling menghubungkan jaringan-jaringan listrik.

Sebesar apa pun ukurannya, trafo beroperasi dengan prinsip kerja yang sama. Meskipun penggunaan trafo dalam sirkuit elektronik semakin sulit ditemui (seiring dengan berkembangnya teknologi), tetapi trafo masih bisa ditemukan di dalam beragam alat eletronik yang membutuhkan daya tegangan listrik standar rumah tangga. Trafo sangat berguna dalam membantu mengalirkan listrik dari generatornya, dan membuat penyaluran listrik menjadi lebih efektif dan efisien secara ekonomi.

Sejarah Perkembangan Transformator

Prinsip kerja trafo, yakni induksi elektromagnetik, ditemukan pertama kali oleh Michael Faraday dan Joseph Henry pada tahun 1831. Faraday memperkenalkan prinsip penemuannya yaitu hubungan gaya elektromotif atau tegangan listrik dan aliran magnetik dirumuskan dalam suatu persamaan yang kini dikenal dengan "Faraday's law of induction".

Kemudian, Faraday melakukan percobaan pertamanya terkait induksi antara kumparan-kumparan kabel, termasuk melilitkan kabel pada sebuah cincin besi, yang menciptakan nenek moyangnya trafo. Akan tetapi saat itu Faraday hanya mengaplikasikan satu arus pada trafo pertamanya.

Trafo pertama yang bisa digunakan dalam kehidupan sehari-hari diciptakan oleh Nicholas Callan di Irlandia pada tahun 1836. Ia adalah salah satu peneliti pertama yang menyadari prinsip bahwa semakin banyak kumparan kabel kedua,semakin besar medan elektromagnetik yang dihasilkan. Kumparan induksi berkembang sejalan dengan penelitian dan percobaan demi percobaan yang dilakukan oleh para penemu dan ilmuwan dalam rangka mendapatkan tegangan listrik yang lebih tinggi lagi.

Selanjutnya, berbagai inovasi dan modifikasi dalam percobaan-percobaan membuat trafo yang sempurna muncul, seperti penemuan dan penggunaan listrik AC (tahun 1850) dan pembuatan trafo khusus yang mengacu pada generator listrik AC oleh George Westinghouse dan William Stanley (tahun 1885).

Prinsip Kerja Transformator

Trafo bekerja dengan berlandaskan pada dua buah prinsip kerja, yakni:

1. Prinsip kerja yang pertama adalah bahwa arus listrik dapat menciptakan medan magnet (prinsip elektromagnetik).
2. Prinsip kerja yang kedua adalah bahwa medan magnet yang berubah-ubah di dalam kumparan kabel atau kawat akan secara otomatis mengubah aliran magnetik yang diciptakannya. Perubahan aliran magnetik ini kemudian menginduksi tegangan pada kumparan yang kedua.

Trafo yang sempurna memiliki cara kerja di mana arus listrik yang dihasilkan dari kumparan pertama menghasilkan medan magnet. Kumparan pertama dan kedua pada trafo meliliti inti dari trafo tersebut. Inti trafo terbuat dari material yang dapat 'menyerap' medan magnet, misalnya besi, sehingga hampir seluruh aliran magnetik dari kumparan pertama bisa mengalir lancar ke kumparan kedua.

Berbagai Jenis Transformator

Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan di bidang kelistrikan, trafo sebagai salah satu komponen utama yang banyak digunakan pada pembuatan alat-alat elektronik mengalami perkembangan yang mengarah pada beragamnya jenis-jenis trafo. Berdasarkan cara kerja dan kegunaannya, trafo dibagi lagi ke dalam beberapa jenis, yaitu sebagai berikut.

1. Transformator Step Up

Trafo step up merupakan jenis trafo yang lilitan pada kumparan kedua (sekunder) lebih banyak daripada di kumparan pertama (primer). Trafo ini berfungsi untuk meningkatkan tegangan listrik, dan biasa digunakan dalam mesin-mesin pembangkit listrik. Pada mesin-mesin tersebut, trafo step up bermanfaat untuk meningkatkan tegangan yang dihasilkan generator listrik sehingga transmisi listrik jarak jauh menjadi lebih cepat dan hemat energi.

2. Transformator Step Down

Sebaliknya dari trafo step up, trafo step down memiliki lilitan pada kumparan pertama (primer) lebih banyak daripada di kumparan kedua (sekunder). Fungsinya pun sebaliknya dari trafo step up, yakni sebagai pengurang tegangan. Trafo ini sering kali dimanfaatkan dalam proses kerja adaptor AC-DC.

3. Auto-Transformator

Ini merupakan jenis trafo yang hanya memiliki 1 kumparan listrik. Uniknya, sebagian lilitan pada kumparan berfungsi sebagai lilitan primer dan sebagian lagi berfungsi sebagai lilitan sekunder. Trafo ini biasanya digunakan untuk meningkatkan tegangan listrik sebanyak (maksimal) 1,5 kali lipat.

Jenis trafo ini banyak dipilih karena bentuknya yang lebih kecil dan ringkas. Namun bentuk kecil dan kumparan yang hanya berjumlah 1 ini membawa kerugian tersendiri bagi penggunaan trafo jenis ini, yakni tidak adanya kemampuan untuk mengisolasi listrik antara lilitan kumparan primer dan sekunder.

4. Auto-transformator Variabel

Trafo jenis ini merupakan varian dari auto-transformator biasa yang dilengkapi dengan sadapan tengah yang fleksibel (bisa diubah-ubah) sehingga perbandingan kumparan primer dan sekundernya bisa berubah-ubah sesuai kebutuhan.

5. Transformator Isolasi

Tranformator isolasi adalah jenis trafo yang kumparan primer dan sekundernya terdiri dari lilitan yang jumlahnya sama. Hal ini mengakibatkan setaranya tegangan yang dihasilkan kumparan sekunder dengan kumparan primer.

6. Transformator pulsa

Sesuai namanya, trafo jenis ini memiliki kemampuan khusus, yaitu menghasilkan gelombang pulsa. Trafo pulsa memanfaatkan penggunaan material inti yang mudah jenuh. Hal ini bermanfaat untuk menstabilkan aliran magnetik yang dihasilkan.

7. Transformator tiga fase

Trafo jenis ini merupakan penggabungan tiga buah trafo dengan menggunakan metode penghubungan di mana kumparan primer dihubungkan berbentuk "Y" dan kumparan sekunder dihubungkan dengan membentuk segitiga.

Penggunaan Transformator dalam Kehidupan Sehari-Hari

Dalam kehidupan sehari-hari, trafo paling sering digunakan untuk meningkatkan tegangan listrik sebelum memancarkan energi listrik ke tempat-tempat yang jauh melalui kabel-kabel listrik. Kabel listrik memiliki kemampuan mengalirkan sekaligus menghentikan energi listrik yang disalurkan sesuai dengan tarif listrik yang ditetapkan.

Dengan mengubah tenaga listrik menjadi bentuk tegangan tinggi saat listrik dialirkan melalui kabel, trafo memiliki kemampuan untuk menghemat tenaga yang disebarkan melalui kabel tersebut ke tempat-tempat yang jauh jaraknya. Oleh karena itu, trafo dapat mengatur jumlah pasokan listrik serta memungkinkan penggunaan generator penghasil listrik di tempat yang jauh dari tempat permintaan daya listrik (misalnya, pemukiman atau kawasan industri).

Trafo juga sering kali digunakan dalam benda-benda elektronik untuk menyesuaikan jumlah tegangan yang akan digunakan dengan sirkuit di dalamnya. Sementara itu trafo sinyal dan suara biasanya digunakan untuk merangkaikan tahap-tahap dalam amplifier dan untuk mencocokkan alat-alat elektronik seperti mikrofon dan perekam suara saat disambungkan pada amplifier.

Trafo suara juga berfungsi untuk membantu sirkuit listrik dalam pesawat telepon agar mampu mengirimkan pesan dua arah dari pihak-pihak yang bertelepon melalui satu pasang kabel saja. Adapun trafo balun (trafo signal) bisa mengubah sinyal yang statis menjadi sinyal yang memiliki tegangan yang seimbang, misalnya sinyal antara kabel-kabel eksternal dan sirkuit internal. Trafo sirkuit terbuka biasanya digunakan dalam aplikasi material dengan daya magnetik rendah.

Pada prinsipnya, transformator bisa digunakan dalam peralatan elektronik apa pun untuk tujuan menyesuaikan besar tegangan listrik yang digunakan, memisahkan rangkaian listrik satu dengan yang lainnya, dan menyesuaikan impedansi di antara rangkaian-rangkaian listrik.