Saat tegangan bolak-balik (AC) diberikan ke lilitan primer sebuah transformator, arus listrik yang mengalir akan menghasilkan medan magnet yang berubah-ubah. Medan magnet ini akan memagnetisasi inti besi transformator — pertama ke satu arah, lalu ke arah yang berlawanan, seiring perubahan arah arus listrik.
Perubahan medan magnet ini menciptakan fluks magnetik bolak-balik yang menyebar di seluruh inti transformator. Fluks ini akan menginduksi tegangan baik pada lilitan primer maupun lilitan sekunder. Karena kedua lilitan tersebut berbagi fluks magnetik yang sama, tegangan yang diinduksi di setiap lilitan (per satu putaran) akan memiliki nilai dan arah yang sama.
Menariknya, tegangan yang muncul ini justru melawan tegangan sumber utama yang diberikan ke lilitan primer. Fenomena ini disebut sebagai gaya gerak listrik lawan atau Counter-Electromotive Force (CEMF).
1.Rasio Tegangan (Voltage Ratio) Transformator
Dalam transformator, tegangan pada lilitan (kumparan) sebanding langsung dengan jumlah lilitan kawat pada gulungan tersebut. Hubungan ini disebut sebagai rasio tegangan (Voltage Ratio / VR) dan dirumuskan sebagai berikut:
$$
\frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s}
$$
Keterangan:
Vp​: Tegangan pada kumparan primer
Vs​: Tegangan pada kumparan sekunder
Np​: Jumlah lilitan pada kumparan primer
Ns​: Jumlah lilitan pada kumparan sekunder
Hubungan Rasio Tegangan dan Rasio Lilitan
Perbandingan antara tegangan primer dan tegangan sekunder identik dengan perbandingan jumlah lilitan kawat pada kedua sisi transformator. Artinya:
VR = TR
VR: Voltage Ratio (rasio tegangan)
TR: Turns Ratio (rasio lilitan)
Contoh Transformator Step-Up dan Step-Down
- Jika VR=1:5VR = 1:5VR=1:5, artinya untuk setiap 1 volt pada sisi primer, akan ada 5 volt pada sisi sekunder → ini adalah transformator step-up.
- Jika VR=5:1VR = 5:1VR=5:1, artinya setiap 5 volt di sisi primer hanya menghasilkan 1 volt di sisi sekunder → ini adalah transformator step-down.
Transformator tidak hanya mengubah tegangan listrik, tetapi juga menjaga efisiensi dengan menyesuaikan jumlah lilitan sesuai kebutuhan. Dengan memahami rasio tegangan, kita dapat mengetahui apakah transformator berfungsi untuk menaikkan (step-up) atau menurunkan (step-down) tegangan.
Contoh Soal :
2.Rasio Arus (Current Ratio) Transformator
Rasio arus dalam transformator menunjukkan hubungan terbalik antara arus dan tegangan pada kumparan primer dan sekunder.
Secara matematis, hubungan ini dirumuskan sebagai:
$$
\frac{V_p}{V_s} = \frac{I_s}{I_p}
$$
Keterangan:
- Vp​: Tegangan pada kumparan primer
- Vs​: Tegangan pada kumparan sekunder
- Ip​: Arus pada kumparan primer
- Is​: Arus pada kumparan sekunder
Transformator ideal tidak menambah atau mengurangi daya, sehingga jika tegangan meningkat (step-up), maka arus akan menurun, dan sebaliknya. Inilah sebabnya arus berbanding terbalik dengan tegangan pada transformator.
Karena rasio tegangan sama dengan rasio jumlah lilitan, maka rasio arus dapat ditulis dalam bentuk:
$$
\frac{N_p}{N_s} = \frac{I_s}{I_p}
$$
Jika jumlah lilitan pada sisi primer lebih banyak, maka arus pada sisi sekunder akan lebih besar — begitu juga sebaliknya.
Contoh Aplikasi:
Misalkan sebuah transformator memiliki:
- Np=500 lilitan
- Ns =100 lilitan
- Maka rasio lilitan adalah 5:1
Artinya:
- Arus pada sisi sekunder akan 5 kali lebih besar dibanding arus primer.
- Tegangan pada sisi sekunder akan 5 kali lebih kecil dibanding tegangan primer.
Kesimpulan:
Dalam sistem transformator, tegangan dan arus tidak berubah secara sembarangan, tetapi mengikuti prinsip konservasi daya. Ketika tegangan ditingkatkan, arus menurun — dan sebaliknya. Oleh karena itu, pemahaman rasio arus sangat penting dalam perancangan transformator, terutama untuk aplikasi daya besar.
