diktat modul dttl

Dasar Teknik Tenaga Listrik

Teknik Elektro – Fak. Teknik – Univ. Budi Luhur 1

BAB I

PRINSIP KONVERSI ENERGI ELEKTROMEKANIS

Pada bab ini, kita akan membahas proses konversi-energi electromekanis yang terjadi dengan peran taraan medan magnetis dan medan listrik dari peralatan konversi. Walaupun beberapa peralatan konversi itu bekerja menurut prinsip yang sarna, akan tetapi susunannya tergantung fungsinya. Peralatan-peralatan untuk pengukuran dan kontrol sering dikeual sebagai transducer. Transducer ini umumnya bekerja dengan kondisi nlasukan-keluaran (input-output) yang linear dan dengan sinyal yang relatif kecil. Ada banyak contohnya, termasuk di antaranya momen kakas motor, mikrofon pickup· dan pengeras suara. Kategori kedua dari perala tan ini mencakup peralatan penghasil gaya dan termasuk di antaranya solenoida, relay dan elektromagnit. Kategori ketiga mencakup peralatan konversi-energi-kontinu seperti motor dan generator.

Dalam bab ini perhatian ditujukan kepada perinsip-perinsip konversienergi elektromekanis dan analisis peralatan-peralatan yang menjalankan fungsi ini. Kita terutama akan mempelajari analisis sistem yang menggunakan medan magnetik sebagai konversi medium, karena bab-bab selanjutnya dari buku ini akan membahas peralatan yang semacam itu. Namun dernikian, teknik analitik untuk sistem medan listrik boleh dikatakan serupa.

Kegunaan dari analisis ini ada tiga : (1) membantu kita untuk mernahami bagaimana terjadinya konversi-energi, (2) melengkapi kita dengan teknik untuk merancang dan mengoptimasikan peralatan yang merniliki persyaratan-persyaratan yang khas, dan (3) menunjukkan bagaimana mengembangkan model-model peralatan konversi-energi-elektromekanis yang dapat digunakan untuk menganalisis penampilannya sebagai kornponen dalam sistem teknik. Transducer dan peralatan penghasil gaya akan dibahas dalam bab ini; sedangkan peralatan konversi-energi-kontinu akan dibahas dalam bagian selanjutnya dari buku ini.

Konsep dan teknik yang disajikan dalam bab ini cukup ampuh dan dapat diterapkan pada situasi teknik yang sangat luas yang melibatkan konversi-energi mekanik. Akan tetapi sifatnya agak matematis. Mungkin agak terlalu matematis bagi pembaca yang baru pertama berkenalan dengan mesin listrik. Mengingat hal ini, Pasal 2-1 dan 2-2 menyajikan pembahasan yang kuantitatif ten tang gaya-gaya dalam sistem elektromekanik; perincian analitisnya akan dikembangkan dalam pasal-pasal selanjutnya. Berdasarkan teknik yang dikembangkan dalam bab ini, pemyataan ten tang momen kakas akan dikembangkan seperlunya dalam seluruh buku ini. Jadi pembaca dapat memilih untuk melampaukan bagian-bagian yang belakangan dari bab ini dengan konsekuensi untuk menerima dengan percaya saja pemyataan-pemyataan ini apabila disajikan. 1.1. GAYA DAN MOMEN KAKAS (KOPEL) DALAM SISTEM MEDAN MAGNETIK (Forces and Torques in magnetic field systems) Hukum gaya Lorentz F = q(E + v x B) (1)

Teknik Elektro – Fak. Teknik –

memberikan gaya F pada suatu partikel bermuatan q yang berada dalam medan listrik dan medan magnetik. Dalam satuan SI, F dinyatakan dalam newton, q dalam Coulomb, E dalam volt per meter, B dalam tesla dan kecepatan partikel v relatif terhadap medan magnetik dinyatakan dalam meter per detik.Di dalam sistem medan listrik mumi, gaya ditentukan secara sederhana oleh muatan pada partikel dan medan listrik F = q E (2) Gaya ini bekerja dalam arah medan listrik dan tidak tergantung pada gerak partikel. Di dalam sistem'medan magnetik situasinya agak lebih rumit. Di sini gayanya adalah F = q(v x B) (3) Gaya ini ditentukan baik oleh besar muatan pada partikel dan besar medan B, maupun oleh kecepatan partikel. Arah gaya terse but temyata selalu tegaklurus pada arah gerak partikel dan arah medan magnetik. Secara matematis, pemyataan ini dapat dituliskan sebagaidalam Pers. 3. Besar dari perkaliandan B dan sinus sudut yang dibuat oleh vektor v dan B; arahnya dapat ditentukan dari aturan tangan-kanan, yang menyatakan bahwa

Aturan tangan-kanan untuk menentukan arah dari gaya Lorentz.

apabila ibujari tangan kanan menunjuk arah V dan telunjuk menunjuk arah B. maka gaya menunjuk dalam arah normal pada telapak tangan seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1.Apabila jumlah partikel bermuatan yang bergerak banyak sekali, maka lebih memudahkan apabila Pers. 3 ditulis kembali dalam bentuk rapat arus J, dalam hal ini gayanya menjadi rapat gaya F = J x B N/m3 (4) Untuk arus yang mengalir dalam media penghantar, untuk menentukan rap at gaya yang bekerja pada penghantar itu sendiri. Hasil ini banyak sekali fisikanya, karena mekanisme pemindahan gaya dari muatan yang


– Univ. Budi Luhur

memberikan gaya F pada suatu partikel bermuatan q yang berada dalam medan listrik dan medan magnetik. Dalam satuan SI, F dinyatakan dalam newton, q

m Coulomb, E dalam volt per meter, B dalam tesla dan kecepatan partikel v relatif terhadap medan magnetik dinyatakan dalam meter per detik. Di dalam sistem medan listrik mumi, gaya ditentukan secara sederhana oleh muatan pada partikel dan medan listrik

Gaya ini bekerja dalam arah medan listrik dan tidak tergantung pada gerak

Di dalam sistem'medan magnetik situasinya agak lebih rumit. Di sini gayanya

ini ditentukan baik oleh besar muatan pada partikel dan besar medan B, maupun oleh kecepatan partikel. Arah gaya terse but temyata selalu tegaklurus pada arah gerak partikel dan arah medan magnetik. Secara matematis, pemyataan ini dapat dituliskan sebagai perkalian-silang vektor V x B seperti dalam Pers. 3. Besar dari perkalian-silang ini sarna dengan hasil kali dari besar v dan B dan sinus sudut yang dibuat oleh vektor v dan B; arahnya dapat ditentukan

kanan, yang menyatakan bahwa

Gambar 1 :

kanan untuk menentukan arah dari gaya Lorentz.F = q.v.B

apabila ibujari tangan kanan menunjuk arah V dan telunjuk menunjuk arah B. maka gaya menunjuk dalam arah normal pada telapak tangan seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1. Apabila jumlah partikel bermuatan yang bergerak banyak sekali, maka lebih memudahkan apabila Pers. 3 ditulis kembali dalam bentuk rapat arus J, dalam hal ini gayanya menjadi rapat gaya

Untuk arus yang mengalir dalam media penghantar, Pers. 4 dapat digunakan untuk menentukan rap at gaya yang bekerja pada penghantar itu sendiri. Hasil ini banyak sekali fisikanya, karena mekanisme pemindahan gaya dari muatan yang


2

memberikan gaya F pada suatu partikel bermuatan q yang berada dalam medan listrik dan medan magnetik. Dalam satuan SI, F dinyatakan dalam newton, q

m Coulomb, E dalam volt per meter, B dalam tesla dan kecepatan partikel v

Di dalam sistem medan listrik mumi, gaya ditentukan secara sederhana oleh

Gaya ini bekerja dalam arah medan listrik dan tidak tergantung pada gerak

Di dalam sistem'medan magnetik situasinya agak lebih rumit. Di sini gayanya

ini ditentukan baik oleh besar muatan pada partikel dan besar medan B, maupun oleh kecepatan partikel. Arah gaya terse but temyata selalu tegaklurus pada arah gerak partikel dan arah medan magnetik. Secara matematis,

silang vektor V x B seperti silang ini sarna dengan hasil kali dari besar v

dan B dan sinus sudut yang dibuat oleh vektor v dan B; arahnya dapat ditentukan

kanan untuk menentukan arah dari gaya Lorentz.

apabila ibujari tangan kanan menunjuk arah V dan telunjuk menunjuk arah B. maka gaya menunjuk dalam arah normal pada telapak tangan seperti yang

Apabila jumlah partikel bermuatan yang bergerak banyak sekali, maka lebih memudahkan apabila Pers. 3 ditulis kembali dalam bentuk rapat arus J, dalam

Pers. 4 dapat digunakan untuk menentukan rap at gaya yang bekerja pada penghantar itu sendiri. Hasil ini banyak sekali fisikanya, karena mekanisme pemindahan gaya dari muatan yang



bergerak kepada medium yang menghantar' tersebut merupakan hal yang cukup rumit. CONTOH 1 Suatu rotor yang bukan magnetik yang terdiri dari suatu kumparan berlilitan tunggal ditempatkan dalam suatu medan magnetik yang serbasama Eo seperti diperlihatkan pada Gambar 2. Sisi kumparan tersebut berjari-jari R, dan kawatnya dialiri arus I seperti yang diperlihatkan. Tentukan arah momen kakas θ sebagai fungsi dari posisi rotor α, apabila I = 10 A, Bo = 0.5 T, dan R = 0,1 m. Misalkanlah panjang rotor 0,6 m. Penyelesaian : Gaya per satuan panjang pada suatu kawat yang dialiri arus I dapat diperoleh dengan mengalikan Pers. 4 dengan luas penampang kawat. Apabila kita ingat bahwa hasil kali luas penampang dengan rapat arus itu adalah arus I, maka gaya per satuan panjang yang bekerja pada kawat diberikan oleh persamaan F = I x B

Gambar 2 : Gaya pada kumparan tunggal

Jadi, untuk kawat 1 yang dialiri arus I yang arahnya tegaklurus pada kertas ini, arah gaya θ diberikan oleh : F1θ = BO . i . L . Sin α dan untuk kawat 2 (yang dialiri arus dalam arah yang berlawanan dan berkedudukan 1800 dari kawat 1) F2θ = BO I L Sin α di mana I adalah panjang rotor. Koppel T yang bekerja pada rotor diberikan oleh jumlah hasilkali lengan-momen-gaya dari masing-masing kawat



T = 2 I Bo R L Sin α = 2(10)(0,5 )(0,1 )(0,6)(Sin α) = 0,6 Sin α N.m

Untuk situasi di mana gaya hanya bekerja pada elemen-arus dan geometrinya sederhana, Pers. 4 umumnya merupakan cara yang paling sederhana dan termudah untuk menghitung gaya yang bekerja pada sistem. Meskipun demikian sangat sedikit situasi praktis yang masuk dalam golongan ini. Kenyataannya, kebanyakan peralatan konversi-energi-elektromekanis mengandung bahan magnetik; dalam sistem ini gaya bekerja langsung pada bahan magnetis dan jelas tidak dapat dihitung dari pers. 4.

Teknik untuk menentukan perinciannya, melokalisasi gaya yang bekerja pada bahan-bahan magnetik adalah sangat rumit dan memerlukan pengetahuan yang terperinci mengenai distribusi medan di seluruh kerangka. Untungnya, kebanyakan peralatan konversi-energi-elektromekanis dibangun dari kerangka yang tegar dan tidak berubah bentuk. Dalam peralatan ini, yang penting adalah gaya atau momen kakas total (net), sedangkan perincian lokasi distribusi gaya menempati kepentingan yang kedua. Misalnya, dalam suatu motor yang dirancang dengan baik momen kakas pemercepat total yang bekerja pad a rotor menentukan karakteristik motor; sedangkan gaya-gaya yang menyertainya, yang menghimpit rotor atau membuat rotor yang kekar ini menjadi oval bentuknya, tidak memainkan peranan yang penting bahkan umumnya tidak dihitung.

Untuk memahami tingkah laku mesin rotasi, suatu gambaran fisik adalah sangat berguna. Pada kerangka stator dan rotor diassosiasikan suatu medan magnetik; kita dapat menggambarkannya sebagai suatu set kutub utara dan selatan yang diasosiasikan pad a masing-masing kerangka. Presis seperti jarum kompas yang selalu berusaha menyerahkan diri dengan medan magnetis bumi, kedua set medan ini mencoba untuk menyerahkan diri, dan momen kakas diassosiasikan dengan perpindahan karena penyerahan ini. Jadi dalam suatu motor, medan magnetis stator berputar mendahului rotornya, menariknya dan melakukan kerja. Kebalikan dari ini berlaku untuk suatu generator; di sini rotornya yang melakukan kerja pada.stator.

Aneka teknik telah dikembangkan untuk menghitung gaya total yang menjadi perhatian dalam konversi-energi elektromekanis. Teknik yang dikembangkan dalam bab ini dan digunakan dalam seluruh buku ini dikenal sebagai metoda energi (energy method) dan berdasarkan atas prinsip kekekalan energi (conservation of energy). Dasar untuk metoda ini dapat dipahami dengan memperhatikan Gambar 3a. Dalam gambar tersebut ditunjukkan secara skematis peralatan konversi-energi-elektromekanis yang berdasarkan medan magnetik sebagai sistem penyimpan energi-magnetis tanpa-rugi. Pada sistem ini terdapat dua terminal.


(a). Skematis peralatan konversi energi elektromekanis medan magnetik (b). Peralatan penghasil gaya yang sederhana

Terminal listriknya mempunyai terminal

terminal mekanis yang mempunyai' terminal gaya varia bel tfld dan posisi x. Gambaran semaearn ini berlaku dalam situasi di mana mekanisme rugi dapat dipisah dari mekanisme-penyimpan energi; dalam kasuskerugian yang bersifat listrik seperti rugiluar yang dihubungkan pada terminal listrik dan kerugianseperti gesekan dapat dimasukkan sebagai elemen luar yang dihubungkan pada terminal mekanis. Gambar 3bsemacam itu, suatu peralatan penghasilkumparan tunggal membentuk terminal listrik, dan suatu torak (plunger) yang dapat bergerak berlaku sebagai terminal mekanisnya.

Interaksi antara terminal listrik dan mekanis, yaitu konversielektromekanis, terjadi dengan perantaraan energi magnetis. Karena sistem penyimpanan energi adalah tanpa rugi, maka laju perubahan energi yang tersimpan dalam medan magnetis Winput daya listrik dikurangi dengan output daya mekanis dari sistem penyimpanan energi

dxdxfi.e

dtdW

fldfld −=

1.2. KESETIMBANGAN ENERGI (energy balance)

Prinsip kekekalan energi menyatakan bahwa energi itu tak dapat dieiptakan maupun dilenyapkan, ia hanya berubah dalam bentuknya. Misalnya, suatu bola golf meninggalkan tempat permulaan permainan golf dengan suatu energi kinetik



Gambar 3. kematis peralatan konversi energi elektromekanis medan magnetik

Peralatan penghasil gaya yang sederhana

Terminal listriknya mempunyai terminal tegangan variabel v dan arus i, dan terminal mekanis yang mempunyai' terminal gaya varia bel tfld dan posisi x. Gambaran semaearn ini berlaku dalam situasi di mana mekanisme rugi dapat

penyimpan energi; dalam kasus-kasus ini kerugiankerugian yang bersifat listrik seperti rugi-ohm dapat dimasukkan sebagai unsur luar yang dihubungkan pada terminal listrik dan kerugian-kerugian mekanik seperti gesekan dapat dimasukkan sebagai elemen luar yang dihubungkan pada terminal mekanis. Gambar 3b memperlihatkan suatu contoh dari sistem yang semacam itu, suatu peralatan penghasil-gaya yang sederhana dengan suatu kumparan tunggal membentuk terminal listrik, dan suatu torak (plunger) yang dapat bergerak berlaku sebagai terminal mekanisnya.

antara terminal listrik dan mekanis, yaitu konversielektromekanis, terjadi dengan perantaraan energi magnetis. Karena sistem penyimpanan energi adalah tanpa rugi, maka laju perubahan energi yang tersimpan dalam medan magnetis Wfld dapat dengan mudah dituliskan sebagai input daya listrik dikurangi dengan output daya mekanis dari sistem penyimpanan

(5)

KESETIMBANGAN ENERGI (energy balance) Prinsip kekekalan energi menyatakan bahwa energi itu tak dapat dieiptakan

maupun dilenyapkan, ia hanya berubah dalam bentuknya. Misalnya, suatu bola golf meninggalkan tempat permulaan permainan golf dengan suatu energi kinetik


5

kematis peralatan konversi energi elektromekanis medan magnetik

tegangan variabel v dan arus i, dan terminal mekanis yang mempunyai' terminal gaya varia bel tfld dan posisi x. Gambaran semaearn ini berlaku dalam situasi di mana mekanisme rugi dapat

kasus ini kerugian-ohm dapat dimasukkan sebagai unsur

kerugian mekanik seperti gesekan dapat dimasukkan sebagai elemen luar yang dihubungkan pada

memperlihatkan suatu contoh dari sistem yang gaya yang sederhana dengan suatu

kumparan tunggal membentuk terminal listrik, dan suatu torak (plunger) yang

antara terminal listrik dan mekanis, yaitu konversi-energi elektromekanis, terjadi dengan perantaraan energi magnetis. Karena sistem penyimpanan energi adalah tanpa rugi, maka laju perubahan energi yang

h dituliskan sebagai input daya listrik dikurangi dengan output daya mekanis dari sistem penyimpanan

Prinsip kekekalan energi menyatakan bahwa energi itu tak dapat dieiptakan maupun dilenyapkan, ia hanya berubah dalam bentuknya. Misalnya, suatu bola golf meninggalkan tempat permulaan permainan golf dengan suatu energi kinetik



yang tertentu, energi ini akhirnya hilang sebagai kalor karena gesekan udara atau gesekan pada waktu menggelinding ketika bola berhenti di fairway (atau karena untung berhenti di lapangan hijau). Sama halnya, energi kinetis dari suatu palu akhirnya hilang sebagai kalor apabila sebuah paku dipukul masuk dalam kayu. Untuk sistem yang terisolasi dengan batas yang dapat dikenali dengan jelas, fakta ini memungkinkan kita untuk melacak energi dengan cara yang sederhana; jumlah bersih arus energi yang masuk ke dalam sistem menembus perbatasan itu sarna dengan laju perubahan energi yang tersimpan dalam sistem.

Hasil ini adalah suatu pernyataan dari hukum pertama termodinarnika. Walaupun pernyataan ini sangat umum, kita akan menggunakannya dalam bab ini untuk sistem elektromekanik yang mekanisme utama penyimpanan energi listriknya adalah dalam medan magnetik. Dalam sistem yang demikian, kita dapat menerangkan pemindahan energi sebagai

+

+

=

MagnetMedandi

TersimpanEnergi

PanasMenjadi

DiubahYangEnergi

KeluaranSebagaiMekanikEnergi

MasukanSebagaiListrikEnergi

1.3. MESIN BERPUTAR : KONSEP DASAR

Hukum Faraday, e = dλ/dt, menjelaskan seeara kuantitatif induksi tegangan oleh medan magnetik berubah-waktu. Pengubahan tenaga elektromagnetik terjadi pada saat terjadi perubahan fluks yang disebabkan oleh adanya gerakan mekanis. Pada mesin berputar, tegangan dibangkitkan pada lilitan atau sekelompok kumparan dengan memutar lilitan-lilitan tersebut secara mekanis melalui suatu medan magnetik, dengan memutar seeara mekanis suatu medan magnetik melalui lilitan, atau dengan merancang suatu rangkaian magnetik sedemikian sehingga harga reluktans berubah-ubah sesuai putaran rotor.

Dengan salah satu cara tersebut fluks yang bersangkutan dengan kumparan tertentu akan berubah seeara berulang, sehingga timbul tegangan yang berubah-waktu. Sekelompok kumparan yang saling dihubungkan sedemikian sehingga seluruh tegangan yang dibangkitkan adalah sesuai yang dikehendaki disebut lilitan armatur. Armatur dari suatu mesin dc tampak pada Gambar 4 armatur tersebut merupakan bagian yang berputar, atau rotor. Gambar 5 memperlihatkan armatur dari suatu mesin ac, dalam hal ini adalah sebuah generator serempak. Di sini armatur tersebut merupakan bagian yang diam, atau stator.



Gambar 4.

Armatur pada sebuah motor dc. (General Electric Company)

Gambar 5 : Stator dan sebuah generator hidroelektrik berukuran 190-MV A 3-fasa 12-kV 375-putaran/menit. Konduktornya berongga sebagai jalan untuk sirkulasi air

pendingin. (Brown Boveri Corporation)


Prinsip kerja motor membutuhkan :

1. Adanya garis-garis gaya medan magnet (fluks), antara kutub yang berada di stator.

2. Penghantar yang berarus listrik yang ditempatkan dalam medan magnet tersebut.

3. Pada penghantar akan timbul gaya

Gaya yang dihasilkan tergantung pada :

a. Kekuatan dari medan magnetb. Besarnya arus yang mengalir pada penghantarc. Panjang kawat penghantar yang berada dalam medan magnet

Persamaan Gaya :

10.I.BF l

=

dimana :

B = kerapatan fluks per cmI = Arus pada penghantar (Ampere)l = panjang dari penghantar (Cm)F = Gaya (dyne)



BAB II MOTOR ARUS SEARAH

Gambar 1

Prinsip kerja motor membutuhkan : garis gaya medan magnet (fluks), antara kutub yang berada

Penghantar yang berarus listrik yang ditempatkan dalam medan magnet

Pada penghantar akan timbul gaya

Gambar 2.

Gaya yang dihasilkan tergantung pada : Kekuatan dari medan magnet Besarnya arus yang mengalir pada penghantar Panjang kawat penghantar yang berada dalam medan magnet

= kerapatan fluks per cm2 = Arus pada penghantar (Ampere) = panjang dari penghantar (Cm)


8

garis gaya medan magnet (fluks), antara kutub yang berada

Penghantar yang berarus listrik yang ditempatkan dalam medan magnet

Panjang kawat penghantar yang berada dalam medan magnet



atau dalam satuan yang lain :

( ) ( )6,453.980.10

54,2..I.45,6B

Fl

=

11300000.I.BF l

=

dimana :

B = kerapatan fluks per inch2 I = Arus pada penghantar (Ampere) l = panjang dari penghantar (inchi) F = Gaya (lb atau pounds)

Contoh Perhitungan : Jangkar suatu motor arus searah mempunyai 648 penghantar dimana 65 % dibawah kutub dengan kerapatan sluks sebesar 48000 garis gaya per inch2. Jika diameter inti jangkar 7 inchi dan panjang 4 inchi, arus yang mengalir pada tiap penghantar sebesar 20 Ampere, maka hitunglah :

a. Gaya yang ditimbulkan pada penghantar ? b. Torsi yang bekerja pada jangkar dalam satuan lb-ft ? c. Arus jangkar total jika garis edarnya 4 ?

Jenis-Jenis Motor Arus Searah : Berdasarkan cara memberikan arus eksitasi, motor arus searah dibagi dalam beberapa jenia :

• Motor arus searah dengan penguatan terpisah/bebas • Motor arus searah dengan penguatan sendiri

1. Motor arus searah shunt 2. Motor arus searah seri 3. Motor arus searah kompon pendek 4. Motor arus searah kompon panjang



Motor arus searah penguatan terpisah : M Sumber tegangan untuk kumparan medan dan kumparan jangkar adalah

terpisah. M Pada kumparan jangkar terjadi GGL lawan sebesar Eb yang melawan

tegangan masukan (Vt)

M Persamaan yang dipakai :

Vt = Eb +Ia.Ra + (Rugi tegangan pada sikat)

Vf = If (Rf + R) dan Ia = I = Vt

Pout

M Dimana : Eb = GGL lawan (Volt) Vf = Tegangan sumber DC untuk penguatan (Volt) Vt = Tegangan terminal (Volt) Ia = Arus Jangkar (Amper) I = Arus beban (Amper) Rf = Resistansi medan (ohm) Ra = Resistansi jangkar (ohm) If = Arus medan (Amper) R = Resistansi pengatur (ohm)

Contoh Perhitungan : Suatu jangkar motor arus searah berpenguatan bebas berisi 192 penghantar, 70 % dari penghantarnya langsung di bawah permukaan kutub pada setiap saat. Jika kerapatan fluks di bawah kutub sebesar 52000 garis gaya per-in2 dan diameter jangkar serta panjangnya 12 in dan 4,5 in. Hitunglah :

a. Arus pada tiap penghantar jangkar untuk torsi sebesar 120 lb-ft. b. Arus jangkar bila garis edar paralelnya 2 c. GGL lawan jika tegangan terminal 220 volt, resistansi jangkar 0,05 ohm

dan rugi tegangan sikat total 2 volt

Eb Ra

Ia I

Vf Vt Rf

R

If



Motor arus searah SHUNT :


Vt = Eb + Ia . Ra + (Rugi tegangan pada sikat) I = Ia + Ish

Ish = RshVt

Pin = I . Vt M Dimana :

Eb = GGL lawan (Volt) Vt = Tegangan terminal (Volt) Ra = Resistansi jangkar (ohm) Ia = Arus Jangkar (Amper) Rsh = Resistansi kumparan medan shunt (ohm) I = Arus beban (Amper) Ish = Arus kumparan medan shunt (Amper) Pin = Daya masukan (Watt)

Contoh Perhitungan : Suatu motor arus searah shunt 220 volt mempunyai resistansi jangkar sebesar 0,5 ohm. Jika pada waktu beban penuh arus jangkar sebesar 20 ampere, hitung GGL jangkar jika mesin bekerja sebagai :

a. Generator b. Motor

Eb Ra

Ia I

Vt Rsh

Ish

Kumparan medan shunt



Motor arus searah SERI :


Vt = Eb + Ia . Ra + I . Rs + (Rugi tegangan sikat) Ia = I Pin = Ia . Vt = I . Vt

M Dimana :

Eb = GGL lawan (Volt) Vt = Tegangan terminal (Volt) Ra = Resistansi jangkar (ohm) Ia = Arus Jangkar (Amper) Rs = Resistansi kumparan medan seri (ohm) I = Arus beban (Amper) Pin = Daya keluaran (Watt)

Contoh Perhitungan : Suatu motor arus searah seri, 50 kW, 250 Volt, resistansi kumparan jangkar 0,1 ohm dan resistansi kumparan medan seri 0,15 ohm, rugi tegangan total pada sikat 2 volt. Hitung berapa GGL lawan jika bekerja dengan arus jangkar penuh?

Eb Ra

Ia

Vt

Rs

Kumparan medan seri

I



Motor arus searah KOMPON PENDEK :


Vt = Eb + Ia . Ra + I . Rs + ( Rugi teg. pada sikat ) Ia = I - Ish

Ish = Rsh

Rs.IVt −

I = Vt

Pinput

M Dimana :

Eb = GGL lawan (Volt) Vt = Tegangan terminal (Volt) Ra = Resistansi jangkar (ohm) Ia = Arus Jangkar (Amper) I = Arus beban (Amper) Ish = Arus kumparan medan shunt (Amper) Rs = Resistansi kumparan medan seri (ohm) Rsh = Resistansi kumparan medan shunt (ohm) Pinput = Daya masukan (Watt)

Contoh Perhitungan : Suatu motor arus searah kompon pendek dengan daya input 34,5 kW, tegangan terminal 230 volt, resistansi kumparan medan shunt, medan seri, dan jangkar, masing-masing sebesar 92 ohm, 0,015 ohm dan 0,03 ohm. Hitung :

a. Arus jangkar b. GGL lawan c. Daya output yang dibangkitkan oleh jangkar



Motor arus searah KOMPON PANJANG :


Vt = Eb + Ia . Ra + Ia . Rs + ( Rugi teg. pada sikat ) Ia = I - Ish

Ish = RshVt

I = Vt

Pinput

M Dimana :

Eb = GGL lawan (Volt) Vt = Tegangan terminal (Volt) Ia = Arus Jangkar (Amper) I = Arus beban (Amper) Ish = Arus kumparan medan shunt (Amper) Ra = Resistansi jangkar (ohm) Rs = Resistansi kumparan medan seri (ohm) Rsh = Resistansi kumparan medan shunt (ohm) Pin = Daya masukan (Watt)

Contoh Perhitungan : Suatu motor arus searah kompon panjang dengan daya masukan 300 kW, tegangan terminal 600 Volt, mempunyai resistansi kumparan medan shunt 75 ohm, resistansi jangkar termasuk resistansi sikat sebesar 0,41 ohm, resistansi kumparan medan seri 0,012 ohm dan resistansi yang diparalel dengan medan seri sebesar 0,036 ohm. Hitung :

a. Arus jangkar ? b. GGL lawan yang dibangkitkan oleh jangkar ? c. Daya keluaran yang dibangkitkan oleh jangkar ?

Eb Ra

Ia

Vt

Rs I

Rsh

Jack John

Cross-Out


Pada prinsipnya mesin listrik dapat berlaku sebagai

generator. Perbedaannya hanya terletak dalam konversi dayanya.adalah suatu mesin listrik yang mengubah daya masuk mekanik menjadi daya keluar listrik, sedangkan sebaliknya motor mengubah daya masuk listrik menjadi daya keluar mekanik. Maka dengan membalik generator arus searah, dimana sekarang tegangan Vt menjadi sumber dan tegangan jangkar Ealawan, mesin arus searah ini akan berlaku sebagai motor. Oleh karena itu hubungan antara tegangan Vt dan Ea dapat ditul

3.1. MENJALANKAN MOTOR LISTRIKKetika motor dijalankan, kecepatan dan tegangan induksi Ea masih sama dengan nol. Dan dari persamaan :

untuk Ea = 0 dan Ra yang harus dicegah karena bisa menimbulkan kerusakan pada kumparan stator.

Gambar 1. Rangkaian Tahahan Mula Oleh karena itu untuk membatasi arus jangkar (Ia) yang sangat besar pada

waktu start ini, perlu diberikan tahanan mula yang diptahanan jangkar tersebut.(Ea) mulai dibangkitkan dan rotor pun mulai berputar. Bersamaan dengan ini tahanan mula tersebut harus pula diturunkan. Penurunan tahanan mula yang dipasangkan ini dapat dikerjakan dengan tangan (oleh manusia) atau otomatis (dengan menggunakan relay elektromagnetik) .

Prinsip dalam merencanakan tahanan mula dapat dijelaskan dengan Gb.1. Ada n buah tahanan yang diserikan dan n + 1 kontak yang merupakan titik sambung antara tahanan yang satu dengan yang lainnya yang berdekatan.



BAB III OPERASI MOTOR DC

ada prinsipnya mesin listrik dapat berlaku sebagai motor maupun sebagai generator. Perbedaannya hanya terletak dalam konversi dayanya. Generator adalah suatu mesin listrik yang mengubah daya masuk mekanik menjadi daya keluar listrik, sedangkan sebaliknya motor mengubah daya masuk listrik menjadi

ar mekanik. Maka dengan membalik generator arus searah, dimana sekarang tegangan Vt menjadi sumber dan tegangan jangkar Ea merupakan ggl lawan, mesin arus searah ini akan berlaku sebagai motor. Oleh karena itu hubungan antara tegangan Vt dan Ea dapat dituliskan sebagai :

Ea = Vt – Ia . Ra

. MENJALANKAN MOTOR LISTRIK Ketika motor dijalankan, kecepatan dan tegangan induksi Ea masih sama

RaEaVtIa −

=

untuk Ea = 0 dan Ra yang cukup kecil, arus la yang mengalir besar sekali, hal ini harus dicegah karena bisa menimbulkan kerusakan pada kumparan stator.

Gambar 1. Rangkaian Tahahan Mula

Oleh karena itu untuk membatasi arus jangkar (Ia) yang sangat besar pada waktu start ini, perlu diberikan tahanan mula yang dipasang seri terhadap tahanan jangkar tersebut. Secara perlahan-lahan kemudian tegangan induksi

dibangkitkan dan rotor pun mulai berputar. Bersamaan dengan ini tahanan mula tersebut harus pula diturunkan. Penurunan tahanan mula yang

i dapat dikerjakan dengan tangan (oleh manusia) atau otomatis (dengan menggunakan relay elektromagnetik) .

Prinsip dalam merencanakan tahanan mula dapat dijelaskan dengan Gb.yang diserikan dan n + 1 kontak yang merupakan titik

g antara tahanan yang satu dengan yang lainnya yang berdekatan.


15

motor maupun sebagai Generator

adalah suatu mesin listrik yang mengubah daya masuk mekanik menjadi daya keluar listrik, sedangkan sebaliknya motor mengubah daya masuk listrik menjadi

ar mekanik. Maka dengan membalik generator arus searah, dimana merupakan ggl

lawan, mesin arus searah ini akan berlaku sebagai motor. Oleh karena itu

Ketika motor dijalankan, kecepatan dan tegangan induksi Ea masih sama

besar sekali, hal ini harus dicegah karena bisa menimbulkan kerusakan pada kumparan stator.

Oleh karena itu untuk membatasi arus jangkar (Ia) yang sangat besar pada asang seri terhadap

lahan kemudian tegangan induksi dibangkitkan dan rotor pun mulai berputar. Bersamaan dengan ini

tahanan mula tersebut harus pula diturunkan. Penurunan tahanan mula yang i dapat dikerjakan dengan tangan (oleh manusia) atau otomatis

Prinsip dalam merencanakan tahanan mula dapat dijelaskan dengan Gb. yang diserikan dan n + 1 kontak yang merupakan titik

g antara tahanan yang satu dengan yang lainnya yang berdekatan.


Seandainya direncanakan bahwa pada saat mulai menjalankan motor, arus jangkar (la) yang mengalir = IDimisalkan pula pada saat t = tdengan ini tahanan pertama r1 diputuskan (yaitu lengan sambung berpindah pada kontak ke-2). Dalam keadaan demikian arus Ia akan naik kembali menjadi I1. Proses ini akan berlangsung hingga lengan sambung mencapai kontak ke n + 1, dimana saat ini kecepatan (putaran) dan tegangan Ea mencapai keadaan stabil. Grafik arus jangkar terhadap waktu dapat dilihat pada Gb.

Gambar 2. Arus Jangkar saat starting

Misalkan pada suatu saat lengan sambung berpindah dari kontak x kekontak x + 1, yaitu dimana arus

Kemudian lengan sambung berpindah ke kontak x + 1, sehingga arus yang mengalir kembali menjadi I

Jika didefinisikan 2

1IIC = mak

3

2

2

1

1x

xRR

RR

RRC

+====

4

3

3

2

2

1n x.......xRRx

RRx

RRC =

1n

1nRRC

+=

n1n

1RRC

+=

Jika Rn+1 = Ra, maka :

na1

11na

1R.IR.I

RRC ==



Seandainya direncanakan bahwa pada saat mulai menjalankan motor, arus jangkar (la) yang mengalir = I1 dua kali besarnya dari keadaan beban penuh. Dimisalkan pula pada saat t = t1 arus jangkar jatuh menjadi I2, dan bersadengan ini tahanan pertama r1 diputuskan (yaitu lengan sambung berpindah

2). Dalam keadaan demikian arus Ia akan naik kembali menjadi . Proses ini akan berlangsung hingga lengan sambung mencapai kontak ke n +

1, dimana saat ini kecepatan (putaran) dan tegangan Ea mencapai keadaan stabil. Grafik arus jangkar terhadap waktu dapat dilihat pada Gb. 2.

Gambar 2. Arus Jangkar saat starting motor DC

Misalkan pada suatu saat lengan sambung berpindah dari kontak x ke kontak x + 1, yaitu dimana arus pada saat ini = I2, maka

x

at2 R

EVI −=

Kemudian lengan sambung berpindah ke kontak x + 1, sehingga arus yang mengalir kembali menjadi I1, maka :

1x

atR

EVI+

−=

maka :

1n

nRR.......

+==

1n

nRR

+


16

Seandainya direncanakan bahwa pada saat mulai menjalankan motor, arus dua kali besarnya dari keadaan beban penuh.

, dan bersamaan dengan ini tahanan pertama r1 diputuskan (yaitu lengan sambung berpindah

2). Dalam keadaan demikian arus Ia akan naik kembali menjadi . Proses ini akan berlangsung hingga lengan sambung mencapai kontak ke n +

1, dimana saat ini kecepatan (putaran) dan tegangan Ea mencapai keadaan

Kemudian lengan sambung berpindah ke kontak x + 1, sehingga arus yang


Jika Vt = I1 . R1, maka :

na1

tR.I

VC =

Bila Vt dan Ra diketahui dan Iditentukan. rx dapat ditentukan dari hubungan

rx = Rx - Rn+1 = CxR - Rx =

3.2. KARAKTERISTIK KECEPATAN Untuk motor arus searah berlaku hubungan:Vt = Ea + Ia.Ra Ea = C.n.φ

• Dari persamaan terakhir di atas dapat dilihat, bahwa pada motor shunt bertambahnya kopel (artinya arus jangkar bertambah kecepatan (n) menurun.

• Pada motor seri, bertambahbertambahnya harga fluks (arus jangkar (la).

• Dari rangkaian motor seri terlihat dengan nol, harga fluks juga nol, sehingga dari persadiperoleh harga n menuju tak terhingga.

• Sedangkan untuk harga la yang cukup besar, harga n pada persamaan di atas akan mendekati nol

• Dengan demikian karakteristik kecepatanmasing-masing dapat digambarkan seperti pada Gb.

3.3. PENGATURAN KECEPATAN



diketahui dan I1 dan I2 ditetapkan, jumlah elemen tahanan n, dapat

dapat ditentukan dari hubungan :

= C

1)-(C Rx

. KARAKTERISTIK KECEPATAN - KOPEL searah berlaku hubungan:

n = φ

−.C

Ra.IaVt

Dari persamaan terakhir di atas dapat dilihat, bahwa pada motor shunt ya kopel (artinya arus jangkar bertambah besar) mengakibatkan

kecepatan (n) menurun. Pada motor seri, bertambahya kopel (arus) akan menyebabkan pula bertambahnya harga fluks (Ф), karena fluks pada motor seri merupakan fungsi

Gambar 3.

Dari rangkaian motor seri terlihat bahwa untuk harga arus jangkar sa

harga fluks juga nol, sehingga dari persamaan terakhir di atas diperoleh harga n menuju tak terhingga. Sedangkan untuk harga la yang cukup besar, harga n pada persamaan di atas akan mendekati nol.

mikian karakteristik kecepatan-kopel untuk motor shunt dan seri masing dapat digambarkan seperti pada Gb. 3.

. PENGATURAN KECEPATAN


17

ditetapkan, jumlah elemen tahanan n, dapat

Dari persamaan terakhir di atas dapat dilihat, bahwa pada motor shunt gakibatkan

ya kopel (arus) akan menyebabkan pula pada motor seri merupakan fungsi

bahwa untuk harga arus jangkar sama aan terakhir di atas

Sedangkan untuk harga la yang cukup besar, harga n pada persamaan di

kopel untuk motor shunt dan seri



Pengaturan kecepatan memegang peranan penting dalam motor arus searah, karena motor arus searah mempunyai karakteristik kopel-kecepatan yang menguntungkan dibandingkan dengan motor lainnya. Telah diketahui bahwa untuk motor arus searah dapat diturunkan rumus sebagai berikut : Vt = Ea + Ia.Ra è Ea = Vt – Ia . Ra Ea = C.n.φ

n = φ.C

Ea =

φ−

.CRa.IaVt

Dari persamaan di atas, dapat dilihat bahwa kecepatan (n) dapat diatur dengan mengubah-ubah besaran φ, Ra atau Vt . 3.3.1. PENGATURAN KECEPATAN DENGAN MENGATUR ARUS MEDAN

SHUNT (φ) Dengan menyisipkan tahanan variabel yang dipasang secara seri terhadap kumparan medan (pada motor shunt), dapat diatur arus medan If dan fluks-nya (φ). Cara ini sangat sederhana dan murah, selain itu rugi panas yang ditimbulkan kecil pengaruhnya karena arus medan penguat yang nilainya relatif kecil. Karena besarnya fluks yang bisa dicapai oleh kumparan medan terbatas, kecepatan yang dapat diatur pun terbatas.

Gb.4

Kecepatan terendah didapat dengan membuat tahanan variabel sama dengan nol, sedangkan kecepatan tertinggi dibatasi oleh perencanaan mesin dimana gaya sentrifugal maksimurn tidak sampai merusak rotor. Kopel maksimurn didapatkan pada kecepatan terendah. Motor yang biasa diatur dengan cara ini adalah motor shunt atau motor kompon.


3.3.2. PENGATURAN KECEPATAN DENGAN MENGATUR TAHANAN Ra Dengan menyisipkan tahanan variabel secara seri terhadap tahanan jangkar, sehingga dengan demikian tahanan jangkar pun dapat diatur, berarti pula kecepatan motor dapat dikontrol.tahanan seri terhadap tahanan jangkar menimbulkan rugi panas yang cukup besar yang ditimbulkan oleh aliran arus jangkar yang relatif besar 3.3.3. PENGATURAN KECEPATAN DENGAN MENGATUR TEGANGAN VtCara ini dikenal sebagai sistem Ward Leonard.

Motor yang dipakai adalaberikut (Lihat Gb. 6). Penggerak mula (biasanya motor induksi) digunakan untuk menggerakkan generator G pada suatu kecepatan konstan. Permengubah tegangan Vt yang diberikan pada motor. Perubahan ini mempunyai batas yang cukup lebar. Kadang-kadang pengaturan Vt ini juga dibarengi dengan pengaturan fluks medan motor, yaitu dengan mengatur tahanan medan Rdijelaskan pada contoh 1. Cara ini menghasilkan suatu pengaturan kecepatan yang sangat halus dan banyak dipakai untuk lift, mesin bubut dan lainSatu-satunya kerugian sistem ini adalah biaya yang sangat tinggi akibat penambahan generator dan



Gb. 5

PENGATURAN KECEPATAN DENGAN MENGATUR TAHANAN Ra

Dengan menyisipkan tahanan variabel secara seri terhadap tahanan jangkar, sehingga dengan demikian tahanan jangkar pun dapat diatur, berarti pula kecepatan motor dapat dikontrol. Cara ini jarang dipakai, karena penatahanan seri terhadap tahanan jangkar menimbulkan rugi panas yang cukup

yang ditimbulkan oleh aliran arus jangkar yang relatif besar.

ENGATURAN KECEPATAN DENGAN MENGATUR TEGANGAN Vtdikenal sebagai sistem Ward Leonard.

Gb. 6.

tor yang dipakai adalah motor berpenguatan bebas. Prinsipnya sebagai

enggerak mula (biasanya motor induksi) digunakan untuk menggerakkan generator G pada suatu kecepatan konstan. Perubahan tahanan medan Rmengubah tegangan Vt yang diberikan pada motor. Perubahan ini mempunyai

kadang pengaturan Vt ini juga dibarengi dengan pengaturan fluks medan motor, yaitu dengan mengatur tahanan medan RM, sepert

Cara ini menghasilkan suatu pengaturan kecepatan yang sangat halus dan banyak dipakai untuk lift, mesin bubut dan lain-lain.

satunya kerugian sistem ini adalah biaya yang sangat tinggi akibat penambahan generator dan penggerak mula.


19

PENGATURAN KECEPATAN DENGAN MENGATUR TAHANAN Ra

Dengan menyisipkan tahanan variabel secara seri terhadap tahanan jangkar, sehingga dengan demikian tahanan jangkar pun dapat diatur, berarti pula

Cara ini jarang dipakai, karena penambahan tahanan seri terhadap tahanan jangkar menimbulkan rugi panas yang cukup

ENGATURAN KECEPATAN DENGAN MENGATUR TEGANGAN Vt

motor berpenguatan bebas. Prinsipnya sebagai

enggerak mula (biasanya motor induksi) digunakan untuk menggerakkan ubahan tahanan medan RG akan

mengubah tegangan Vt yang diberikan pada motor. Perubahan ini mempunyai

kadang pengaturan Vt ini juga dibarengi dengan pengaturan fluks , seperti telah

Cara ini menghasilkan suatu pengaturan kecepatan yang sangat halus dan

satunya kerugian sistem ini adalah biaya yang sangat tinggi akibat



3.4. PE-REMAN (BRAKING) Suatu motor listrik dapat berhenti dengan adanya geseran yang terjadi. Tetapi tentu saja hal ini membutuhkan waktu yang lama. Pengereman dilakukan untuk dapat menghentikan motor dalam waktu yang relatip singkat. Ada tiga jenis pe-reman :

• Pe-reman Dinamik • Pe-reman Regeneratif • Pe-reman Mendadak

3.4.1. PE-REMAN DINAMIK Pada pe-reman dinamik, penghentian motor dapat terjadi jika tegangan terminal Vt dihilangkan dan diganti oleh tahanan R1. Dalam keadaan ini energi putaran diberikan pada tahanan R1 yang menyebabkan kecepatan menjadi turun, demikian pula tegangan Ea pun akan menurun. Sekarang motor berfungsi sebagai generator tanpa penggerak mula. Untuk menjaga penurunan kopel yang konstan, R1 harus pula diturunkan. Harga R1 dipilih sedemikian rupa, sehingga arus jangkar tidak terlalu besar (umumnya diambil dua kali harga arus jangkar pada beban penuh). Harga R1 dapat dihitung dari persamaan

Ea = IL R1 + Ia Ra. 3.4.2. PE-REMAN REGENERATIP Pada pe-reman regeneratip, energi yang tersimpan pada putaran dikembalikan kepada sistem jala-jala. Cara ini biasanya dipakai pada kereta api listrik. Ketika kereta api berjalan menurun, kecepatan motor laju sekali, karenanya Ea > Vt, yang mengakibatkan daya dikembalikan kepada sistem jala-jala untuk keperluan lain. Pada saat daya dikembalikan ke jala-jala, kecepatan menurun dan proses pe-reman berlangsung seperti pada pe-reman dinamik. 3.4.3. PE-REMAN MENDADAK Pe-reman mendadak adalah pe-reman, suatu motor dalam waktu yang sangat singkat dan tiba-tiba, yaitu dengan cara membalik polaritas tegangan ke motor. Tahanan R2 disisipkan antara titik X dan Y (Gb. 7).

Gambar 7

Karena tegangan jangkar telah terbalik polaritasnya, sehingga arahnya sama dengan tegangan terminal, besarnya R2 pun dapat dihitung dari persamaan :

Ea + Vt = Ia (Ra + R2).


Harga R2 dipilih sedemikian rupa, sehingga arus jangkar yang mengalir pada saat pe-reman tidak terlampenuh). Selama pe-reman berlangsung Eauntuk menjaga penurunan kopel yang konstan.



dipilih sedemikian rupa, sehingga arus jangkar yang mengalir pada mpau besar (umumnya dua kali harga arus pada beban

reman berlangsung Ea turun, sehingga R2 harus diperkecil untuk menjaga penurunan kopel yang konstan.


21

dipilih sedemikian rupa, sehingga arus jangkar yang mengalir pada pau besar (umumnya dua kali harga arus pada beban

harus diperkecil



3.5. PLUGGING Kita dapat menghentikan putaran motor secara segera denan suatu metode yang lebih dikenal dengan nama PLUGGING. Plugging dilakukan dengan cara mengkondisikan motor sehingga arus jangkar yang terjadi berbalik arah. Hal ini bisa dengan mudah dilakukan dengan cara membalik polaritas sumber tegangan yang diberikan ke motor tersebut.

(a) Kerja Normal (b) Plugging

Gambar 8

Pada kondisi normal, arus jangkar yang mengalir adalah :

RaEaVtIa −

=

Jika Vt dibalik polaritasnya, maka total tegangan yang bekerja pada jangkar adalah (– Vt – Ea ). Dengan demikian arus jangkar menjadi :

RaEaVt

RaEaVtIa +

−=−−

=

Dalam hal ini : arus jangkar menjadi lebih besar dan arahnya berbalik Ea yang pada awalnya melawan terhadap Vt, setelah dilakukan plugging akan mendukung Vt. Hal tersebut akan menghasilkan arus jangkar yang jauh lebih besar. Besarnya arus jangkar (Ia) tersebut bisa merusak motor, sehingga harus dicegah dengan cara membatasi arus jangkar pada nilai tertentu dan aman bagi kerja motor. Caranya adalah dengan menambahkan tahanan secara seri dengan tahanan jangkar Ra, sehingga saat plugging dilakukan maka kenaikan arus jangkar yang terjadi tidak lebih dari 2 kali. Pada saat motor berhenti, Ea = 0 sedangkan arus Ia tidak.

aI = a

atR

EV −

= a

tRV

èbekisar ½ dari nilai arus awal

Segera setelah motor berhenti, hubungan motor ke tegangan sumber harus segera diputuskan agar tidak berputar berbalik arah. Untuk tujuan ini biasanya dilakukan dengan AUTOMATIC NULL SPEED DEVICE.

Ea

Ra

R Rf

Ra

Ia

If

1 2

1

(+)

(-) 2

Ea

Ra

R Rf

Ra

Ia

If

1 2

1

(+)

(-) 2



3.6. MEMBALIK ARAH PUTARAN MOTOR D C Penyebab terjadinya perputaran motor adalah adanya torsi pada rotor. Persamaan sederhana torsi : T = k . Ia. Ф Dari persamaan tersebut, nilai torsi (T) akan sangat tergantung pada nilai Ia dan Ф.

a. Jika Ia positif dan Ф positif è T positif b. Jika Ia negatif dan Ф negatif è T positif c. Jika Ia negatif dan Ф positif è T negatif d. Jika Ia positif dan Ф negatif è T negatif

Sehingga untuk membalik arah putaran motor dc bisa dilakukan dengan cara : a. Membalik arah arus pada jangkar, dengan arah arus penguat tetap b. Membalik arah arus pada penguat, dengan arah arus jangkar tetap c.

Apabila kedua arus (baik jangkar maupun penguat) arahnya diubah bersamaan maka arah putaran motor tidak akan berubah. Berikut ini adalah contoh rangkaian pensaklaran untuk membalik arah putaran motor dc.

+ _

Ia If

+ _

Ia If

+ _

Ia

If

+ _

If Ia



BAB IV GENERATOR LISTRIK ARUS SEARAH

Berdasarkan cara memberikan arus eksitasi, generator arus searah dibagi dalam beberapa jenia :

• Generator arus searah dengan penguatan terpisah • Generator arus searah dengan penguatan sendiri

1. Generator arus searah shunt 2. Generator arus searah seri 3. Generator arus searah kompon pendek 4. Generator arus searah kompon panjang

Generator arus searah penguatan terpisah : M Sumber tegangan untuk kumparan medan dan kumparan jangkar adalah

terpisah.


Eg = Vt +Ia + Ra + (Rugi tegangan pada sikat) Vf = If (Rf + R) dan Ia = I =

VtPout

M Dimana : Eg = Tegangan yg dibangkitkan jangkar (Volt) Vf = Tegangan sumber DC untuk penguatan (Volt) Vt = Tegangan terminal (Volt) Ia = Arus Jangkar (Amper) I = Arus beban (Amper) Rf = Resistansi medan (ohm) Ra = Resistansi jangkar (ohm) If = Arus medan (Amper) R = Resistansi pengatur (ohm)

M Poutput = Vt . I Watt Contoh Perhitungan : Suatu gegerator searah berpenguatan bebas melayani beban 450 amper, pada tegangan terminal 230 volt. Resistansi jangkar 0,03 ohm, rugi tegangan pada sikat 2 volt. Jika arus medan untuk membangkitkan fluks dipertahankan sebesar 4 amper, tegangan sumber dc untuk penguatan sebesar 220 volt serta resistansi kumparan medan 50 ohm. Hitunglah : Tegangan yang dibangkitkan (Eg) dan Besarnya resistansi pengatur (R).

Eg Ra

Ia I

Beban Vf Vt Rf

R

If



Generator arus searah SHUNT :


Eg = Vt + Ia . Ra + (Rugi tegangan pada sikat) Ia = I + Ish Ish =

shRVt dan Pout = I . Vt

M Dimana :

Eg = Tegangan yg dibangkitkan jangkar (Volt) Vt = Tegangan terminal (Volt) Ra = Resistansi jangkar (ohm) Ia = Arus Jangkar (Amper) Rsh = Resistansi kumparan medan shunt (ohm) I = Arus beban (Amper) Ish = Arus kumparan medan shunt (Amper) Pout = Daya keluaran (Watt)

Contoh Perhitungan : Suatu generator arus searah shunt, 4 kutub, mempunyai 55 alur jangkar, tiap alus berisi 8 penghantar. Bila kecepatan generator 900 rpm, fluks/kutub 5,6 . 106 maxwell dan garis edar paralel 4. Jika arus jangkar 100 amper, resistansi kumparan jangkar 0,05 ohm, rugi tegangan sikat 2 volt, maka hitunglah :

c. Tegangan yang dibangkitkan oleh kumparan jangkar d. Tegangan terminal keluaran generator

Beban Eg Ra

Ia I

Vt Rsh

Ish

Kumparan medan shunt



Generator arus searah SERI :


Eg = Vt + Ia . Ra + I . Rs + (Rugi tegangan sikat) Ia = I Pout = Ia . Vt = I . Vt

M Dimana :

Eg = Tegangan yg dibangkitkan jangkar (Volt) Vt = Tegangan terminal (Volt) Ra = Resistansi jangkar (ohm) Ia = Arus Jangkar (Amper) Rs = Resistansi kumparan medan seri (ohm) I = Arus beban (Amper) Pout = Daya keluaran (Watt)

Contoh Perhitungan : Suatu generator arus searah seri, 50 kW, 250 Volt, resistansi kumparan jangkar 0,1 ohm, rugi tegangan pada sikat tidak ada. Hitunglah :

a. Arus jangkar ila bekerja pada beban penuh b. Resistansi medan seri bila tegangan yang

dibangkitkan = 300 Volt

Beban Eg Ra

Ia

Vt

Rs

Kumparan medan seri

I



Generator arus searah KOMPON : M Kumparan medan terdiri dari 2 kumparan :

- 1 kump. di SERI dengan kump. Jangkar - 1 kump. di PARALEL dengan kump. Jangkar

M Berdasar susunan kumparannya :

- Kompon pendek - Kompon panjang

M Arah aliran arus pada kumparan medan : - Kompon Komulatif

( arah arus pada kumparan medan seri searah dengan arus pada kumparan medan shunt )

- Kompon Diferensial (arah arus pada kumparan medan seri berlawanan arah dengan arus pada kumparan medan shunt )

Generator arus searah KOMPON PENDEK :


Eg = Vt + Ia . Ra + I . Rs + ( Rugi teg. pada sikat ) Ia = Ish + I

Ish = Rsh

Rs.IVt − dan I = Vt

Poutput

M Dimana : Eg = Tegangan yg dibangkitkan jangkar (Volt) Vt = Tegangan terminal (Volt) Ra = Resistansi jangkar (ohm) Ia = Arus Jangkar (Amper) I = Arus beban (Amper) Ish = Arus kumparan medan shunt (Amper) Rs = Resistansi kumparan medan seri (ohm) Rsh = Resistansi kumparan medan shunt (ohm) Pout = Daya keluaran (Watt)



Contoh Perhitungan : Suatu generator arus searah kompon pendek 20 kW bekerja dengan beban penuh pada tegangan terminal 250 Volt. Resistansi kumparan jangkar, kumparan medan seri dan kumparan medan shunt masing-masing adalah sebesar 0,05 ohm, 0,025 ohm, dan 100 ohm. Hitung :Tegangan yang harus dibangkitkan oleh jangkar ? Generator arus searah KOMPON PANJANG :


Eg = Vt + Ia . Ra + Ia . Rs + ( Rugi teg. pada sikat ) Ia = Ish + I

Ish = RshVt

I = Vt

Poutput

M Dimana : Eg = Tegangan yg dibangkitkan jangkar (Volt) Vt = Tegangan terminal (Volt) Ia = Arus Jangkar (Amper) I = Arus beban (Amper) Ish = Arus kumparan medan shunt (Amper) Ra = Resistansi jangkar (ohm) Rs = Resistansi kumparan medan seri (ohm) Rsh = Resistansi kumparan medan shunt (ohm) Pout = Daya keluaran (Watt)



Contoh Perhitungan : Suatu generator kompon panjang melayani beban 50 ampere pada tegangan terminal 500 volt, mempunyai resistansi jangkar, medan seri dan medan shunt masing-masing 0,05 ohm, 0,03 ohm, dan 250 ohm. Rugi tegangan pada sikat 1 volt per sikat. Jika output prime mover atau penggerak mula 27,5 kW, hitung :

d. Tegangan yang dibangkitkan oleh jangkar ? e. Efisiensi generator ?


Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksielektromagnet. Transformator dlistrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai , dan ekonomis untuk tiapkeperluan misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam penlistrik jarak jauh.

Gambar 1. Trafo pada sistem tenaga listrik

Gambar 2. Berbagai tipe trafo untuk penyesuai tegangan pada peralatan listrik

Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

Gambar 3. Bagi



BAB V TRANSFORMATOR

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan

mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi

Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai , dan ekonomis untuk tiapkeperluan misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya

Gambar 1. Trafo pada sistem tenaga listrik


Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama

(primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet

Gambar 3. Bagian-Bagian Transformator


30

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-

igunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai , dan ekonomis untuk tiap-tiap

giriman daya


Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet



Gambar 4. Contoh Transformator

Gambar 5. Tipe Trafo



Gambar 6. LO-HI-LO and LO-HI configurations.

(By permission of ABB Inc., Jefferson City, MO.)

5.1. Dasar Dari Prinsip Kerja Trafo Prinsip kerja trafo berdasarkan induksi elektromagnet antara bagian primer

dan bagian skunder. Antara bagian primer dan skunder tidak ada sambungan pengawatan (wiring) secara langsung. Hubungan antara bagian primer dan skunder adalah menggunakan prinsip gandengan magnet dengan menggunakan inti besi.

5.2. Teori Dasar Elektromagnetik

Teori Dasar Elektromagnetik sangat penting untuk mempelajari trafo secara lengkap. 1. Hukum Ampere menyatakan bahwa :

∫ ∫= dl.HdA.I

Dimana : I = rapat arus listrik, amper/m2 H = kuat medan, amper turn/m dA = unsur luas dL = unsur panjang

2. Untuk rangkaian seperti Gbr 7

Gambar 7.

+ -

+ -

~e

N

H Jalur

Inti/Core



N.i = H.ℓ

dimana :

N = jumlah lilitan i = arus listrik ℓ = panjang jalur

3. Kuat medan H menghasilkan garis fluks dengan kerapatan :

B = μ . H dimana :

B = kerapatan fluks, Weber/m2 μ = permeabilitas bahan

4. Besarnya fluks magnet yang dihasilkan adalah :

∫=Φ dA.B

5. Apabila besarnya fluks berubah terhadap waktu, maka pada ujung kumparan

akan timbul ggl induksi sebesar :

dtdNe Φ

=

Persamaan yang terakhir sangat penting artinya bagi pemahaman munculnya tegangan pada bagian skunder trafo

6. Tegangan Yang Terinduksi Pada Kumparan

ü Pada gambar ditunjukkan kumparan yang dikelilingi fluks (φ) yang berubah secara sinusoidal dengan frekuensi (f).

Gambar 8. Induksi tegangan pada kumparan ber-arus listrik

ü Perubahan fluks tersebut akan menginduksi tegangan pada kumparan

sebesar : E = 4,44 . f . N . φm ü Dimana :

E

φ Frekuensi f

N lilit



E : nilai efektif tegangan induksi (Volt) Em : tegangan puncak = E.√2 f : frekuensi perubahan fluks (Hz) N : jumlah lilitan φm : nilai maksimum fluks (Weber) 4,44 : konstanta sebanding dengan (2π)/√2

7. Tegangan Sumber dan Tegangan Terinduksi

ü Gbr a menunjukkan kumparan (N lilit) dihubungkan dengan sumber tegangan AC (Eg)

Gambar 9. Tegangan sumber dan induksi tegangan

ü Jika tahanan kumparan diabaikan maka arus Im akan mengalir dalam

kumparan :

m

gm X

EI =

ü Dimana :

Im : arus yang mengalir Eg : tegangan sumber Xm : reaktansi kumparan

ü Pada saat kumparan dialiri arus (Im) akan menghasilkan mmf sebesar

N.Im, dan akan timbul fluks (φ) . ü Nilai puncak dari fluks (φ) adalah φmaks

E Eg Eg

Im

φ

Im

φ

Eg

E



ü Fluks φ akan menginduksi kumparan dan pada ujung2nya timbul tegangan induksi (E) sebesar :

E = 4,44 . f . N . φm ü Tegangan E nilainya sama dengan Eg, sehingga :

Eg = 4,44 . f . N . φm è Nf44,4

Eg=Φ

ü Jika kumparan diberi inti besi, maka pembangkitan fluks menjadi lebih

efektif.

Gambar 10. Pengaruh Inti Besi Inti Besi

ü Artinya, untuk membangkitkan fluks yang sama, diperlukan arus Im yang

lebih kecil dibandingkan jika tidak diberi inti besi. ü Fasor tegangan dan arus tidak mengalami perubahan

Contoh soal : Kumparan dengan 90 lilit dihubungkan dengan sumber tegangan 120 volt, 60 Hz. Jika nilai efektif arus yang mengalir adalah 4 amper, tentukan :

a. nilai puncak dari fluks (φ) b. nilai puncak dari mmf (U) c. reaktansi induktif kumparan (Xm) d. induktansi dari kumparan (L)

Penyelesaian : ü Fluks maksimum :

E Eg Eg

Im

φ

Im

φ

Eg

E



Weber005,090.60.44,4

120Nf44,4

Egmaks ===φ

ü Arus puncak : Im(maks) = √2 . I = √2 . 4 = 5,64 A ü MMF maksimum : U(maks) = N . Im(maks) = 90 . 5,64 = 507,6 A ü Reaktansi Induktif (Xm) dan induktansi (L) :

Ω=== 304

120IE

Xm

gm H0796,0

60..230

f..2XL m =

π=

π=

Soal Latihan : Kumparan pada gambar a, memiliki 500 lilit dan reaktansi induktif sebesar 60 ohm dan tahanan dalamnya diabaikan. Jika sumber tegangan Eg adalah 120 volt, 60 Hz, tentukan : ü nilai efektif dari arus magnetisasi (Im) ü nilai maksimum dari Im maks ü nilai maksimum dari mmf (Umaks) ü nilai maksimum dari fluks (φmaks)

5.3. Prinsip Kerja Transformator Kerja transformator yang berdasarkan induksi-elektromagnetik,

menghendaki adanya gandengan magnet antara rangkaian primer dan sekunder. Gandengan magnet ini berupa inti besi tempat melakukan fluks bersama. Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).

Gambar 11. Prinsip Kerja Trafo



Pada skema transformator di samping, ketika arus listrik dari sumber

tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya.

Gambar 12. Simbol Transformator

Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan

sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan:

Vp = tegangan primer (volt) Vs = tegangan sekunder (volt) Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder

Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu:

1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).

2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).

Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:

1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns). 2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP). 3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,

Sehingga dapat dituliskan:



BAB VI PENGGUNAAN TRANSFORMATOR

Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang

memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah : TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.

Dalam bidang elektronika, transformator digunakan antara lain sebagai

gandengan impedansi antara sumber dan beban; untuk memisahkan satu rangkain dari rangkaian yang lain; dan untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian. Berdasarkan frekuensi, transformator dapat dikelompokkan sebagai berikut :

(1) frekuensi daya, 50 – 60 c/s ; (2) frekuensi pendengaran, 50 c/s – 20 kc/s; (3) frekuensi radio, diatas 30 kc/s.

Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi :

(1) transformatror daya; (2) transformatror distribusi; (3) transformatror pengukuran, yang terdiri dari atas transformator arus

dan transformator tegangan.

(a) (b) (c)

Gambar 1. Beberapa contoh tipe trafo pengukuran tegangan a. Trafo tegangan 15 kV (dual-bushing outdoor)

b. Trafo tegangan 69 kV (single bushing c. Trafo tegangan 242 kV (single bushing)


Trafo pengukuran arus (Bar

(Split Core-type CT(Photo courtesy of Kuhlman Electric Corp.)

6.1. Transmisi Listrik Jarak Jauh

Pusat pembangkit listrik biasanya terletak jauh dari pemukiman atau pelanggan. Sehingga listrik yang dihasilkan pusat pembangkit listrik perlu ditransmisikan dengan jarak yang cukup jauh. Transmisi energi listrik jarak jauh dilakukan dengan menggunakan tegangan tinggi, dengan alasan sebagai berikut:

Gambar 4



Gambar 2.

Trafo pengukuran arus (Bar-type CT). (Photo courtesy of Kuhlman Electric Corp.)

Gambar 3.

Trafo pengukuran arus type CT with secondary winding on three legs of core).(Photo courtesy of Kuhlman Electric Corp.)

Transmisi Listrik Jarak Jauh Pusat pembangkit listrik biasanya terletak jauh dari pemukiman atau

pelanggan. Sehingga listrik yang dihasilkan pusat pembangkit listrik perlu ditransmisikan dengan jarak yang cukup jauh. Transmisi energi listrik jarak jauh dilakukan dengan menggunakan tegangan tinggi, dengan alasan sebagai berikut:

Gambar 4 Diagram Transmisi Listrik Jarak Jauh


39

type CT). (Photo courtesy of Kuhlman Electric Corp.)

).

Pusat pembangkit listrik biasanya terletak jauh dari pemukiman atau pelanggan. Sehingga listrik yang dihasilkan pusat pembangkit listrik perlu ditransmisikan dengan jarak yang cukup jauh. Transmisi energi listrik jarak jauh dilakukan dengan menggunakan tegangan tinggi, dengan alasan sebagai berikut:


Padasistem transmisi energi listrik jarak jauh

1. Bila tegangan dibuat tinggi maka arus listriknya menjadi kecil. 2. Dengan arus listrik yang kecil maka energi yang hilang pada kawat

transmisi (energi disipasi) juga kecil. 3. Juga dengan arus kecil cukup digunakan kawat berpenampang relatif lebih

kecil, sehingga lebih ekonomis. Energi listrik atau daya listrik yang hilandihitung dengan persamaan energi dan daya listrik sebagai berikut

dimana : W = energi listrik (joule)I = kuat arus listrik (ampere)R = hambatan (ohm) t = waktu P = daya listrik (watt)

Transmisi energi listrik

mengurangi kerugian kehilangan energi listrik selama transmisi oleh disipasi. Contohnya daya listrik 2 MW ditransmisikan sampai jarak tertentu melalui kabel berhambatan 0,01 ohm. Hitung daya listrik yang hilang jika:

1. menggunakan tegangan 200 Volt ?2. menggunakan tegangan 400 kiloVolt ?

Penyelesaian: Diketahui : P = 2 MW = 2.106 watt R = 0,01 ohm Ditanyakan: a. Philang pada tegangan 200 Volt = ........... ?b. Philang pada tegangan V= 4.10



ransmisi energi listrik jarak jauh : Bila tegangan dibuat tinggi maka arus listriknya menjadi kecil. Dengan arus listrik yang kecil maka energi yang hilang pada kawat transmisi (energi disipasi) juga kecil. Juga dengan arus kecil cukup digunakan kawat berpenampang relatif lebih kecil, sehingga lebih ekonomis.

Energi listrik atau daya listrik yang hilang pada kawat transmisi jarak jauh dapat dihitung dengan persamaan energi dan daya listrik sebagai berikut :

= energi listrik (joule) kuat arus listrik (ampere)

Transmisi energi listrik jarak jauh menggunakan tegangan tinggi akan mengurangi kerugian kehilangan energi listrik selama transmisi oleh disipasi.

daya listrik 2 MW ditransmisikan sampai jarak tertentu melalui kabel berhambatan 0,01 ohm. Hitung daya listrik yang hilang oleh transmisi tersebut,

menggunakan tegangan 200 Volt ? menggunakan tegangan 400 kiloVolt ?

angan 200 Volt = ........... ? pada tegangan V= 4.105 volt = ........... ?


40

Dengan arus listrik yang kecil maka energi yang hilang pada kawat

Juga dengan arus kecil cukup digunakan kawat berpenampang relatif lebih

g pada kawat transmisi jarak jauh dapat

jarak jauh menggunakan tegangan tinggi akan mengurangi kerugian kehilangan energi listrik selama transmisi oleh disipasi.

daya listrik 2 MW ditransmisikan sampai jarak tertentu melalui kabel oleh transmisi tersebut,



Kesimpulannya adalah bahwa pada pengiriman daya listrik sebesar 2 MW dengan tegangan 200 Volt mengalami kehilangan energi di perjalanan setiap detiknya 106 watt. Nilai ini sangat besar karena setengah dayanya akan hilang. Sedangan pada tegangan 400 kVolt, energi yang hilang di perjalanan setiap detiknya hanya 0,25 watt Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan). Dalam operasi umumnya, trafo-trafo tenaga ditanahkan pada titik netralnya sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan/proteksi, sebagai contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV, dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan di sisi netral 20 kV nya. Transformator yang telah diproduksi terlebih dahulu melalui pengujian sesuai standar yang telah ditetapkan.

Gambar 5.

Trafo 3 fasa, 20 MVA, 161:26.4 x 13.2 kV with LTC

6.2. Klasifikasi Trafo Tenaga Transformator tenaga dapat di klasifikasikan menurut: a. Pasangan :

• Pasangan dalam • Pasanga luar

b. Cara Pendinginan, menurut cara pendinginannya dapat dibedakan sebagai

berikut : • Pendinginan Udara Secara Alami • Pendinginan Udara Dengan Paksaan • Pendinginan Minyak Alami • Penginginan Minyak Dengan Paksaan • Pendinginan Minyak dan Udara

c. Fungsi/Pemakaian

• Transformator mesin • Transformator Gardu Induk



• Transformator Distribusi d. Kapasitas dan Tegangan, untuk mempermudah pengawasan dalam operasi

trafo dapat dibagi menjadi : • Trafo besar, • Trafo sedang, • Trafo kecil.

6.3. Cara Kerja dan Fungsi Tiap-tiap Bagian Pada Trafo Tenaga :

Suatu transformator tenaga terdiri atas beberapa bagian yang mempunyai fungsi masing-masing : a. Bagian Utama

- Inti besi Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan oleh

arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh “Eddy Current”.

- Kumparan trafo Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan. Kumparan

tersebut diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain.

Umumnya pada trafo terdapat kumparan primer dan sekunder. Bila

kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluksi yang menginduksikan tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

- Kumparan tertier Kumparan tertier diperlukan untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk

kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta. Kumparan tertier sering dipergunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua trafo daya mempunyai kumparan tertier.

- Minyak trafo Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan dan intinya direndam

dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi (daya tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :

• kekuatan isolasi tinggi • penyalur panas yang baik • berat jenis yang kecil, sehingga partikel-partikel dalam minyak dapat

mengendap dengan cepat



• viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan kemampuan pendinginan menjadi lebih baik

• titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat membahayakan

• tidak merusak bahan isolasi padat • sifat kimia yang stabil.

- Bushing Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah busing

yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut denga tangki trafo.

- Tangki dan Konservator Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo

berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator.

b. Bagian Peralatan Bantu

- Pendingin Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi

besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi di dalam trafo, maka untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan tersebut trafo perlu dilengkapi dengan sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar trafo.

Media yang digunakan pada sistem pendingin dapat berupa : Udara/gas, minyak dan air.

Gambar 6.

Diagram umum sistem pendinginan dengan bahan cair (minyak dan air)

Pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara : • Alamiah (natural) • Tekanan/paksaan (forced).

- Tap Changer (perubah tap)



Tap Changer adalah perubah perbandingan transformator untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder sesuai yang diinginkan dari tegangan jaringan/primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat dilakukan baik dalam keadaan berbeban (on-load) atau dalam keadaan tak berbeban (off load), tergantung jenisnya.

- Alat pernapasan Karena pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka

suhu minyakpun akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya bila suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki.

Kedua proses di atas disebut pernapasan trafo. Permukaan minyak trafo

akan selalu bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai tegangan tembus minyak trafo, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat hygroskopis.

- Indikator Untuk mengawasi selama trafo beroperasi, maka perlu adanya indicator

pada trafo sebagai berikut : • indikator suhu minyak • indikator permukaan minyak • indikator sistem pendingin • indikator kedudukan tap • dan sebagainya.

c. Peralatan Proteksi

- Rele Bucholz Rele Bucholz adalah rele alat/rele untuk mendeteksi dan mengamankan

terhadap gangguan di dalam trafo yang menimbulkan gas. Gas yang timbul diakibatkan oleh:

a. Hubung singkat antar lilitan pada/dalam phasa b. Hubung singkat antar phasa c. Hubung singkat antar phasa ke tanah d. Busur api listrik antar laminasi e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.

- Pengaman tekanan lebih Alat ini berupa membran yang dibuat dari kaca, plastik, tembaga atau katup

berpegas, berfungsi sebagai pengaman tangki trafo terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di dalam tangki yang akan pecah pada tekanan tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kakuatan tangi trafo.

- Rele tekanan lebih Rele ini berfungsi hampir sama seperti rele Bucholz, yakni mengamankan

terhadap gangguan di dalam trafo. Bedanya rele ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung mentripkan P.M.T.



- Rele Diferensial Berfungsi mengamankan trafo dari gangguan di dalam trafo antara lain

flash over antara kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun beda kumparan.

- Rele Arus lebih Befungsi mengamankan trafo arus yang melebihi dari arus yang

diperkenankan lewat dari trafo terseut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.

- Rele Tangki tanah Berfungsi untuk mengamankan trafo bila ada hubung singkat antara bagian

yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada trafo. - Rele Hubung tanah Berfungsi untuk mengamankan trafo bila terjadi gangguan hubung singkat

satu phasa ke tanah. - Rele Termis Berfungsi untuk mencegah/mengamankan trafo dari kerusakan isolasi

kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan oleh arus lebih. Besaran yang diukur di dalam rele ini adalah kenaikan temperatur.

diktat modul dttl

Documents