TEKNIK TENAGA LISTRIK DAN ELEKTRONIKA
Materi : 1. Pend Pendah ahul ulua uan n 2. Pandangan Pandangan singkat singkat masalah masalah Tekni Teknik k tenaga Listrik Listrik 3. Element-e Element-eleme lement nt listrik listrik dan dan Elektroni Elektronika ka 4. Penggunaa Penggunaan n rumus-rumus rumus-rumus Kelistrik Kelistrikan an dan Elektronika Elektronika 5. Dasar Mesin-mesi Mesin-mesin n Listrik Listrik dalam dalam ndustri ndustri !. Model Model s"stem #engenda #engendalian lian mesin-m mesin-mesin esin listrik listrik $. Pem%e%an Pem%e%anan an motor-m motor-motor otor dalam dalam ndustri ndustri &. 'ta%il 'ta%ilisi isitas tas sistem sistem (e)erensi : 1. *rismunandar+ *rismunandar+ *.+ *.+ 1,$3+ Teknik Teknik Tenaga Tenaga Listrik ilid + Prad"a Paramita+ akarta 2. /olton 0+ Mehatronis Mehatronis Eletroni Eletroni ontrol '"stems n n Mehan%ial Enginering 3. D. hatto#adh"a hatto#adh"a" ".+ P.. P.. (akshit+ (akshit+ 1,&,+ Dasar 1,&,+ Dasar Elektronika Elektronika++ #ress+ akarta. 4. .. ohannes.+ ohannes.+ 1,$,+ Dasar-Dasar 1,$,+ Dasar-Dasar Elektron Elektronika ika++ 6halia ndonesia. 5. Thomas Thomas 'ri 0idod 0idodo+ o+ DE*+ Di#l.ng Di#l.ng++ 2772+ Elektr 2772+ Elektronika onika Dasar + 'alem%a Teknika. !. Mihae Mihaell 8eidle 8eidle.+ .+ 1,&2+ 1,&2+ Elektrical Elektrical Instalation Instalation Teknology Teknology++ Mamillan Press Ltd. $. Mihae Mihaell 8eidle 8eidle.+ .+ 1,$,+ 1,$,+ Basic Basic Elektrical Instalations, Instalations, 2nd Edition+ Edition+ Mamillan Press Ltd.
1
&. 'u"anto 'u"anto M+ 2777+ Diktat Diktat kuliah kuliah nstalasi nstalasi listrik listrik ilid 1+ 'T* ogakarta. ,. 9an arten P+ 'etiaan E.+ 1,,1+ Instalasi 1,,1+ Instalasi Listrik Arus Kuat Jilid III + /ina i#ta+ /andung 17.
;uhal+ 1, 1,&&+ Dasar teknik Tenaga Tenaga listrik Dan elektronika daya, PT 6ramedia
Pendahuluan
Piranti-# Piranti-#iran iranti ti #engontro #engontroll otomatis otomatis ini sangat sangat %erguna %erguna %agi manusia. *#alagi ika ditam%ah dengan suatu keerdasan melalui #rogram "ang ditanamkan dalam sistem terse%ut akan sema semaki kin n meri mering ngan anka kan n tuga tugass-tu tuga gass manu manusi sia. a. *kan *kan teta teta#i #i seerd seerdas as a#a#un a#a#un se%uah se%uah mesin mesin tentu tentu masih masih mem%ut mem%utuhk uhkan an #eranan manusia untuk mengatur dan mengontrol #iranti #iranti ini.
2
1. 2. 3. 4. 5.
Menda#atk Menda#atkan an #er)orman #er)ormansi si dari sistem sistem Dinamik+ Dinamik+ Da#at mem#erti mem#ertinggi nggi kualit kualitas as #roduksi #roduksi Menurunk Menurunkan an %ia"a %ia"a #roduksi+ #roduksi+ Mem#erti Mem#ertinggi nggi lau #roduksi+ #roduksi+ Dan Dan menia eniad daka akan #eker ekeraanaan- #ek #eker eraan aan rutin tin "ang ang mem%osankan+ "ang harus dilakukan oleh manusia.
Maka Maka deng dengan an men menak aku# u# kons konse# e#-k -kon onse se# # teor teorii ari aring ngan an = et!ork et!ork t"eori> t"eori> akan akan mend menda# a#at atka kan n suat suatu u anal analis isis is s"st s"stem em #engaturan dan #engendalian #ada hasil keluaran =out#ut> "ang dikehendaki. Dengan Dengan demikian demikian didala didalam m #ermasala #ermasalahan han ?*nali ?*nalisis sis 'istem 'istem Teknik@ akan di%ahas masalah: '"stem em dan dan mode modell s"st s"stem em++ uga uga #eru #erumu musa san n mate matema mati tiss '"st s"stem "ang ditinau dan serta serta ara #en"elesaiann"a. ntuk teknik um#an %alik = #eed$ack > adalah meru#akan salah satu #roses #aling dasar dan ham#ir terda#at di semua s"stem dinamik antara lain : - al-ha al-hall "ang "ang %erkai %erkaitan tan dengan dengan diri diri manu manusia sia - u%ung u%ungan an antara antara manusi manusiaa deng dengan an mesinmesin-me mesin sin - Perala Peralatan tan-#e -#era ralat latan an "ang "ang saling saling menun menunan ang. g. 'ehi ehingga ngga s"st s"steem ada adalah lah kom kom%inas inasii dari dari %e% %e%era# era#aa kom#onen "ang %ekera %ersama-sama dan da#at menalannkan tugas-tugas tertentu antara lain: - 'istem El Elektris - 'istem Mekanis - 'istem Thermis - 'istem /i /iologis
3
ontoh : <#en Loo# '"stem aitu : aki%at #engaruh out#ut ke#ada in#ut melalui o#erator = Manusia > S t=0
R
S
Input
+ V1
Output
R2
I(t)
Pengatur
-
Penggerak
losed loo# ontrol '"stem: aitu #engaruh out#ut ke in#ut dise%ut ? )eed%ak ? "ang %erarti suatu kom#onen keadaan tia# saat dari out#ut =aki%at> di%eritaukan ke in#ut = #en"e%a% >. adi ? n#ut dan out#ut %erasama-sama mengatur kera s"stem sam#ai out#ut mena#ai harga "ang diinginkan. Penggerak +
Input
R
Output
-
Pengukur B
B ( bimetal ) : "ang terdiri dari dua %uah kee#ing logam "ang mem#un"ai koe)isient eA#ansitermal =B > "ang %erlainan dan dilekatkan menadi satu. Dengan adan"a #er%edaan eA#a eA#an nsit siterm ermal terse erse% %ut+ ut+ %ila %ila %ime imetal tal di#a di#ana nask skan an atau atau didi diding ngin inka kan n akan akan meng mengal alam ammi mi #eru #eru%a %aha han n %ent %entuk uk++ atau atau %eru%ah %entuk sehingga teradi #eru%ahan #ada ari-ari tertentu.
4
Elemen-elemen Listi!
1. Elemen Listrik Pasi) : *dalah elemen listrik "ang mem#un"ai si)at menerimaCmem%utuhkan tegangan listrik. (esistor a#asitor nduktor 2. Elemen Listrik *kti) : *dalah elemen listrik "ang mem#un"ai si)at mem%angkitkan atau mem%erikan tenaga listrik. 'um%er *rus 'um%er tegangan
K"m#"nen-!"m#"nen Listi!
(esistor : *dalah suatu ham%atan dari suatu %enda se%agai #enghantar atau solator. /esarn"a ham%atan =(esistansi > dari %ahan da#at dirumuskan se%agai %erikut : Tahanan suatu %ahan Cmaterial tergantung #ada : %
L A
dimana : ( /esarn"a am%atan = > F am%atan enis =m > L Panang %ahan = m > * Luas #enam#ang = mm2 >
5
am%atan "ang sengaa di%uat untuk tuuan tertentu misaln"a+ akan di#akai untuk mem%atasi arus "ang akan mengalir sehingga mem%erikan tegangan tertentu : Maka da#at dikatakan se%agai #enghantar = Konduktor >: karena mem#un"ai nilai tahanan "ang rendah. 'e#erti - Logam - Logam am#uran - Larutan asam Dise%ut se%agai solator karena mem#un"ai ham%atan isolasi "ang tinggi Misal : Mika+ gelas+ Karet+ P9 u%ungan Tahnan =( > dengan tem#erature = T > adalah : Rt1
R0 ά t C 234,5 C
? tC
t1
'udut Linear selalu sama #ada mumn"a+ %ila tem#erature naik nilai tahnan = ( > uga ikut naik. *#a%ila kenaikkann"a linear+maka hu%ungan antara ( dan T dimana : ( 7 Tahanan #ada 77 (t %t 1 %7 1 .t Tahanan #ada t7 T Tem#erature B Koe)isien suhu tahanan
!
R R2
R0
ά2
R1
%2
%1
1 =t 2 t 1 >
ά1 t C 234,5 C
%1
%7
1 7 t 1
%2
%7
1 7 t 2 ....................
%2
%1
1 %7 1
%7
1 t 7 1
t
7
2
t2
? tC t1
7
%2 %1
1 7 t 2 1 7 t 2 1 7 t 2 %7 1 7 t 1
%7
t 2 1 7 t 2
1
1
1 1 7 t 2 1 7 t 2 2 1 7 t 1 7 t 2 7 t 1 t 2
%2 %1
=1 t 1 t 2 >.... 1 t 2 t 1 ( 2 ( 1 1 G t 2 t 1 .....ter%ukti
Sumbe Aus dan Te$an$an
Didalam elemen listrik akti# da#at dikatakan se%agai sum%er arus atau sum%er tenaga+ teta#i untuk #enekanan terhada# aktu "ang #anang+ a#akah tegangan atau arus "ang konstan. ntuk sum%er *rus+ %erarti untuk aktu "ang lama dimana %esarn"a arus da#at dikatakan konstan.
I = sumber arus DC
It! = sumber arus "C
$
ntuk sum%er tegangan+ dimana da#at konstan : ()*!
$m $m
%ma&
+
("C!
()*!
%
t t=0
t
#
2#
%m'n
ontoh 'oal : S
t=0 R1
+ I
('n
R2 (ut
a. Tuliskan #ersamaan s"stem ? <#en loo# ? untuk 97=tegangan keluaran > se%agai )ungsi dari = 9in+ ( 1 dan ( 2 >. %. Tuliskan #ersamaan s"stem ? losed loo# ? untuk 97=tegangan keluaran > se%agai )ungsi dari = 9 in+ 9out+ ( 1 dan ( 2 >. Pen"elesaian : Menurut ukum Kirho)) dan /aha = KL da K9L > a>. ?
& in %1 %2
%2 & 7 & in ....'e"ingga.memenu"i #ungsi= # >& in +. %1 +.%2 % % 2 1
%>. ?L<'ED L<
&
I
& in & out %1
.........'e"ingga & out %2
& & out %2 %2 & out %2 in & in & out % 1 %1 %H
& ou t ..... (emen u"i... #un gsi...dari= # >..adala".=& in + & ou t + %1 + % 2
/esaran-%esaran listrik seara umum : /esaran listrik seara umum terdiri dari %e%era#a kom#onen
K"m#"nen % !"m#"nen listi!
1. (esistansi : 'eara umum )ungsi dari kom#onen resistor adalah se%agai #engatur kuat arus "ang mengalir. 8ilai resistor din"atakan dalam satuan ohm =>. (esistor dilam%angkan dengan huru) (+ sedangkan dalam skema disim%olkan se%agai :
6am%ar 1. a. 'im%ol tahanan teta# %. 'im%ol tahanan Iaria%el
,
ika resistor =(> di#asang #ada tegangan =9> "ang teta#+ maka : a. Kuat arus akan menadi keil+ %ila resistor ( %esar. %. Kuat arus akan menadi %esar+ %ila resistor ( keil. Menurut hukum ohm %aha :
&r i)%
Iolt
maka :
& t %)i t
Da"a "ang dikeluarkan :
* &r)i
=i)%> )i i
2
)%
att Energi =att detik>
d! +.dt
dimana :
'ehingga %esarn"a Energi adalah :
!
!
d!
* .dt oule
Maam-maam resistor : a. (esistor teta#+ dise%ut !eerstand =%ahasa /elanda> "ang kaki-kakin"a terletak #ada uung-uungn"a dan dalam #raktek
da#at
di#asang
%olak-%alik.
8ilai
resistor
din"atakan dengan arna gelang "ang melingkar #ada %agian luar resistor terse%ut. Kode arna gelang dii#takan oleh #erkum#ulan #a%rik-#a%rik radio Ero#a dan *merika
17
"ang %ernama (M* = %adio anu#actores Association>. 'etia# resistor ditandai dengan 4 arna gelang+ dimana arna-arna terse%ut melam%angkan angka-angka se%agai %erikut : itam : 7 =nol>J oklat: 1 =satu>J Merah: 2 =dua>J ingga: 3 =tiga>J Kuning
: 4 =em#at>J iau : 5 =lima>J /iru: !
=enam>J ngu: $ =tuuh>JKela%u
: & =dela#an>J Putih: ,
=sem%ilan> 0arna-arna untuk toleransin"a se%agai %erikut : Emas
: 5
Perak
: 17
Tan#a 0arna : 27 6am%ar 2. Penunuk Kode 0arna Keterangan :
Pita #ertama melam%angkan angka #ertama.
Pita kedua melam%angkan angka kedua.
Pita ketiga melam%angkan %an"akn"a angka nol.
Pita arna keem#at melam%angkan toleransi.
11
ontoh : 1> Merah+ ungu+ ingga+ emas J artin"a 2$ K
iau+ %iru+ oklat+ emas J artin"a 5!7 ingga+ #utih+ ingga+ #erak J artin"a 3, K ingga+ #utih+ merah J artin"a 3 K , iau+ %iru+ kuning J artin"a 3!7 K
12
1> oklat+ hitam+ emas J artin"a 1 Merah+ hiau+ #erak J artin"a 7+25 *dalah resistor "ang nilai ham%atann"a da#at diu%ahu%ah+ Iaria%el resistor da#at digolongkan menadi 2 maam : 1> Potensimeter+ ada 2 maam :
Potensio Linier+ ialah #otensio "ang a#a%ila kontak gesen"a di#indah nilai ham%atann"a %eru%ah sesuai dengan #erhitungan linier.
Potensio logaritmis+ ialah #otensio "ang a#a%ila kontak gesen"a di#indah nilai ham%atann"a %eru%ah sesuai dengan #erhitungan logaritma.
Potensiometeer ke%an"akan di#ergunakan se%agai alat #engatur+ misal :
1. *lat #engatur suara =&olume ontrol > 2. *lat #engatur nada =Tone ontrol >
13
3. *lat #engatur nada tinggi =Tre$le ontrol > 4. *lat #engatur nada rendah = Bass ontrol >
6am%ar 2.3 Potensiometer dan lam%angn"a 2> Trimmer #otensio Trim#ot ara meru%ah nilai ham%atan #ada tri#ot adalah dengan alan memutar memakai o%eng =drei>.
6am%ar 2.4 Trimer Potensio dan lam%angn"a &' Ka#asit"
Ka#asitor atau %iasa uga dise%ut Kodensator+ adalah meru#akan kom#onen elektronika "ang da#at men"im#an
14
tenaga listrik dalam aktu tertentu+ tan#a disertai reaksi kimia. Ka#asitor %erlainan dengan aki+ dimana aki uga da#at men"im#an tenaga listrik+ teta#i dengan disertai reaksi kimia. Pada dasarn"a ka#asitor terdiri dari 2 ke#ing #enghantar =konduktor> "ang disekat satu dengan "ang lain. /ahan #en"ekat ke#ing ini dise%ut Dielektrika =6am%ar 3.5>. /erdasarkan %ahan dielektikan"a+ maka ka#asitor di%agi atas %er%agai maam-maa+ diantaran"a : a. Ka#asitor keramik : ika dielektikan"a keramik %. Ka#asitor kertas : ika dielektikan"a kertas . Ka#asitor mika : ika dielektikan"a mika d. Ka#asitor elektrolit =elco> : ika dielektikan"a oksida alumunium e. Ka#asitor Iaria%le =arco> ). Ka#asitor trimmer
15
6am%ar 2.5 Dielektrika Kondensator Dari
%ermaam-maam
ka#asitor
mem#un"ai
kemam#uan men"im#an tenaga listrik "ang %er%eda-%eda. Kemam#uan men"im#an tenaga listrik dari ka#asitor dise%ut ka#asitansi =>+ %esar muatan => diukur dengan satuan oulom%. Dan ka#asitor "ang mem#eroleh muatan listrik akan mem#un"ai tegangan antar terminal se%esar =9> Iolt. Ka#asitansi da#at diukur %erdasarkan %esar
muatan "ang
da#at disim#an #ada suatu kenaikan tegangan.
Tegangan =9> : *rus =i> :
Maka : Permukaan
&c
i ,
i
d&c dt
1 idt ,
L 9
uga untuk sehingga
&c
& t
1 ,
idt
1 idt ,
d&c d&c , 1 dt dt ,
ka#asitor
"ang
%erhu%ungan
%iasan"a
%er%entuk #lat rata. kuran ka#asitor %ergantung #ada luas
1!
#lat =*>+ arak antar #lat =d> dan medium #en"ekat. Ka#asitansi uga da#at diukur dengan rumus : Dimana :
* d
.
o r
#ermitiIitas tem#at
o
r
Da"a =P>
#ermitiIitas relati) 1
1
P 9 A i c idt c i dt
:
2
att
Energi => "ang tersim#an #ada ka#sitor da#at dihitung dengan rumus :
d! *dt &c)i.dt &c),
'ehingga : ! , &c)d&c Maka Energi mutlak
d&c dt
dt
1 2 ),)&c 2
1
2 9 2
Ka#asitansi total da#at diu%ah dengan ara menghu%ungkan %e%era#a ka#asitor seara seri atau #ararel. Ka#asitor total da#at dikurangi dengan ara dihu%ungkan seara seri dan da#at diari dengan rumus :
1$
1 T
1 1
1 2
...
1 n
'edangkan ka#asitas total da#at ditam%ah dengan ara dihu%ungkan seara #ararel dan da#at diari dengan rumus : T 1 2 N n 'atuan ka#asitas dari ka#asitor itu din"atakan dalam )arad. 1 )arad ialah kemam#uan ka#asitor untuk men"im#an tenaga listrik atau mesin listrik 1 oulom%+ a#a%ila ka#asitor itu di%eri tegangan listrik 1 Iolt. Dalam #raktek+ di%uat satuan-satuan "ang le%ih keil+ "aitu : 17-! )arad
1 mikro)arad = )d>
1 nano)arad =n)>
17-, )arad
1 #iko)arad =#)d>
17-12 )arad
Disam#ing untuk men"im#an tenaga atau muatan listrik+ ka#asitor uga da#at digunakan untuk :
a. Peredam %unga a#i =ka#asitor keramik> %. Perata den"ut arus listrik =ka#asitor elektrolit>
1&
. (angkaian resonansi dalam tuning sirkuit+ atau menari gelom%ang radio =ka#asitor Iaria%le> d. Menggeser
gelom%ang
atau
mene#atkan
)rekuensi
=ka#asitor trimmer> ' Tans"mat"
Trans)ormator atau %iasa dise%ut dengan tra)o adalah alat untuk mengu%ah tegangan %olak-%alik menadi le%ih tinggi atau le%ih rendah dan digunakan untuk memindahkan energi dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian %erikutn"a tan#a meru%ah )rekuensi. Dalam a#likasin"a tra)o da#at di%edakan menadi 2 maam "aitu : 1. Trans)ormator 'te#-# atau tran)ormator #enaik tegangan adalah tran)ormator "ang digunakan untuk menaikkan tegangan dari rendah ke tegangan "ang le%ih tinggi. 2. Trans)ormator 'te#-Don atau trans)ormator #enurun tegangan adalah trans)ormator "ang digunakan untuk
1,
menurunkan tegangan dari tinggi ke tegangan "an le%ih rendah. ara kera trans)ormator adalah se%agai %erikut : 1. ika
kum#aran
#rimer
dihu%ungkan
dengan
sum%er
tegangan arus *+ maka #ada kum#aran #rimer tim%ul garis-garis ga"a magnet "ang %eru%ah-u%ah. 2. Peru%ahan garis-garis ga"a dari kum#aran #rimer ini menginduksi kum#aran sekunder sehingga #ada kum#aran sekunder tim%ul arus %olak-%alik. Dengan memilih umlah lilitan "ang sesuai untuk tia# kum#aran da#at dihasilkan 66L kum#aran sekunder "ang %er%eda dengan 66L kum#aran #rimer. u%ungan 66L atau tegangan #rimer =9#> tegangan sekunder =9s>+ umlah lilitan kum#aran #rimer =n#> dan umlah lilitan kum#aran sekunder =ns> da#at din"atakan dengan rumus : Tegangan #rimer Tegangan sekunder
umlah lilitan #rimer
9#
umlah lilitan sekunder
9s
n# ns
27
"ang %iasa dise%ut dengan #er%andingan trans)ormasi. Dengan mem#erhatikan
#er%andingan
trans)ormasi
kita
da#at
mengetahui enis dari trans)ormator terse%ut a#akah tra)o 'te#-# atau 'te#-Don.
Pada trans)ormator terdiri dari %an"ak %elitan+ sehinga da#at di#andang se%agai nduktor+ dengan demikian da#at diuraikan se%agai %erikut : nduktor mem#un"ai tegangan =9> : di t
1 L
& t L
di t dt
)&l .dt
Dimana : = i> men"atakan se%agai )ungsi aktu =t> =L> men"atakan #anang lilitan => 1 'ehingga %esarn"a arus adalah i L &L.dt
/esarn"a da"a =P> : * &L)i
maka
* L
di )i L)i dt dt di
att Energi "ang tersim#an => : 'ehingga :
! L)i
di
d! *dt maka !
dt L i.di dt
+.dt
maka =Energi> adalah
. 1 )L) i2 oule 2
21
1. ''TEM TE8*6* L'T(K 1.1.
Elemen 'istem Tenaga 'alah satu ara "ang #aling ekonomis+ mudah dan aman untuk mengirimkan energi adalah melalui %entuk energi listrik. Pada #usat #em%angkit+ sum%erda"a energi #rimer se#erti %ahan %aker )osil =min"ak+ gas alam+ dan %atu%ara>+ hidro+ #anas %umi+ dan nuklir diu%ah menadi energi listrik. 6enerator sinkron mengu%ah energi mekanis "ang dihasilkan #ada #oros tur%in menadi energi listrik.
22
Melalui trans)ormator #enaik tegangan = ste+-u+ trans#ormer >+ energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi %ertegangan tinggi menuu #usat-#usat %e%an. Peningkatan tegangan dimaksudkan untuk mengurangi umlah arus "ang mengalir #ada saluran transmisi "ang dengan demikian %erarti rugi-rugi #anas ="eat-loss> I 2 % da#at dikurangi. Ketika saluran transmisi mena#ai #usat %e%an+ tegangan terse%ut kem%ali diturunkan menadi tegangan menengah+ melalui trans)ormator #enurun tegangan = ste+-do!n trans#ormer >. Di #usat-#usat %e%an "ang terhu%ung dengan saluran distri%usi+ energi listrik ini diu%ah menadi %entuk-%entuk energi ter#akai lainn"a se#erti energi mekanis =motor>+ #enerangan+ #emanas+ #endingin+ dan se%again"a. Satuan listrik :
*rus listrik => O am#ere Tegangan listrik =9> %eda #otensial O Iolt Tahanan =(> resistansi O ohm (eaktansi =>O ohm m#edansi =;> ( Q O ohm Da"a ='> P Q O Iolt am#ere Da"a akti) =P> O att Da"a reakti) => O Iolt am#ere reakti) Energi =E> O att-hour =att-am> Raktor da"a =os > O tidak ada satuan 1.2.
Pusat Listrik Tenaga a# =PLT> Pem%angkit listrik enis ini meman)aatkan %ahan %akar min"ak+ gas alam+ atau %atu%ara untuk mem%angkitkan #anas dan ua# #ada B/ILE%. a# ini kemudian di#ergunakan untuk memutar tur%in "ang diko#elkan langsung dengan se%uah generator sinkron. a# "ang telah melalui tur%in kemudian menadi ua# %ertekanan dan %ersuhu rendah. a# ini kemudian dileatkan melalui kondenser "ang men"era# #anas ua# terse%ut sehingga ua# terse%ut %eru%ah menadi air "ang kemudian di#om#akan kem%ali menuu %oiler.
23
1.3.
Pusat Listrik Tenaga 6as =PLT6> 'e%agaimana haln"a Pusat Listrik Tenaga Diesel+ PLT6 meru#akan mesin dengan #roses #em%akaran dalam =internal com$ustion>. /ahan %aker %eru#a min"ak atau gas alam di%akar di dalam ruang #em%akar =com$ustor >. dara "ang memasuki kom#resor setelah mengalami tekanan %ersama-sama dengan %ahan %aker disem#rotkan ke ruang #em%akar untuk melakukan #roses #em%akaran. 6as #anas se%agai hasil #em%akaran ini kemudian %ekera se%agai )luida "ang memutar roda tur%in "ang terko#el dengan generator sinkron.
1.4.
Pusat Listrik Tenaga 8uklir =PLT8> Pada reator air tekan = +ressuri0ed !ater reactor > terda#at dua rangkaian "ang seolah-olah ter#isah. Pada rangkaian #ertama %ahan %aker uranium-235 "ang di#erka"a dan tersusun dalam #i#a-#i#a %erkelom#ok+ disundut untuk menghasilkan #anas dalam reator. Karena air dalam %eana #enuh+ maka tidak teradi #em%entukan ua#+ melainkan air menadi #anas dan %ertekanan. *ir #anas "ang %ertekanan terse%ut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui suatu generator ua# "ang ter%uat dari %aa. 6enerator ua# ini kemudian menghasilkan ua# "ang memutar tur%in dan #roses selanutn"a mengikuti siklus tertutu# se%agaimana %erlangsung #ada tur%in ua# PLT.
1.5.
Pusat Listrik Tenaga *ir =PLT*> Penggunaan tenaga air mungkin meru#akan %entuk konIersi energi tertua "ang #ernah dikenal manusia. Per%edaan Iertial antara %atas atas dengan %atas %aah %endungan di mana terletak tur%in air+ dikenal se%agai tinggi terun. Tinggi terun ini mengaki%atkan air "ang mengalir akan mem#eroleh energi kineti "ang kemudian mendesak sudu-sudu tur%in. /ergantung ke#ada tinggi terun dan de%it air+ dikenal tiga maam tur%in "aitu: Pelton+ Rranis dan Ka#lan.
2. D*'*( ELEKT(
KonIersi Energi Elektromekanik KonIersi energi %aik dari energi listrik menadi energi mekanik =motor> mau#un se%alikn"a dari energi mekanik menadi energi listrik =generator> %erlangsung melalui medium medan magnet. Energi "ang akan diu%ah dari satu s"stem ke s"stem lainn"a+ sementara akan tersim#an #ada medium medan magnet untuk kemudian dile#askan menadi energi s"stem lainn"a. Dengan demikian+ medan magnet di sini
24
selain %er)ungsi se%agai tem#at #en"im#anan energi uga sekaligus se%agai medium untuk mengko#el #eru%ahan energi. Dengan mengingat hukum kekekalan energi+ #roses konIersi e nergi elektromekanik da#at din"atakan se%agai %erikut =untuk motor>: =Energi Listrik se%agai in#ut> =Energi Mekanik se%agai out#ut Energi #anas> =Energi #ada medan magnet dan rugi-rugi magneti> atau dalam #ersamaan di))erensial+ konIersi energi dari elektris ke mekanis adalah se%agai %erikut: d. E 1 d. d. 3 ni han"a %erlaku ketika #roses konIersi energi sedang %erlangsung #ada keadaan dinamis "ang transient. ntuk keadaan tunak+ dimana )luks meru#akan harga "ang konstan+ maka d. 3 7 d. E 1 d. 2.2.
6a"a 6erak Listrik *#a%ila se%uah konduktor digerakkan tegak lurus seauh ds memotong suatu medan magnet dengan kera#atan )luks /+ maka #eru%ahan )luks #ada konduktor dengan #anang e)ekti) l adalah: d) / l ds
Dari ukum Rarada" diketahui %aha ga"a gerak listrik =ggl> E d)Cdt Maka e / l dsCdtJ dimana dsCdt I kee#atan adi+ e / l I 2.3.
Ko#el *rus listrik I "ang dihasilkan di dalam suatu medan magnet dengan kera#atan )luks B akan menghasilkan suatu ga"a 3 se%esar: R / l ika ari-ari rotor adalah r+ maka ko#el "ang di%angkitkan adalah
25
T R r Perlu diingat %aha saat ga"a R di%angkitkan+ konduktor %ergerak di dalam medan magnet da se#erti diketahui akan menim%ulkan ga"a gerak listrik "ang meru#akan reaksi =laan> terhada# tegangan #en"e%a%n"a. *gar #roses konIersi energi listrik menadi energi mekanik =motor> da#at %erlangsung+ tegangan sum%er harus le%ih %esar dari#ada ga"a gerak listrik laan. /egitu #ula+ suatu gerak konduktor di dalam medan magnet akan mem%angkitkan tegangan e / l 9 dan %ila dihu%ungkan dengan %e%an+ akan mengalir arus listrik atau energi mekanik %eru%ah menadi energi listrik =generator>. *rus listrik "ang mengalir #ada konduktor tadi meru#akan medan magnet #ula dan akan %erinteraksi dengan medan magnet "ang telah ada =/>. nteraksi medan magnet meru#akan ga"a reaksi =laan> terhada# gerak mekanik "ang di%erikan. *gar konIersi energi mekanik ke energi listrik da#at %erlangsung+ energi mekanik "ang di%erikan haruslah le%ih %esar dari ga"a reaksi tadi. 2.4.
Mesin Dinamik Elementer Pada umumn"a mesin dinamik terdiri atas %agian "ang %er#utar dise%ut rotor dan %agian "ang diam dise%ut stator. Di antara rotor dan stator terda#at elah udara. 'tator meru#akan kum#aran medan "ang %er%entuk kutu% se#atu dan rotor meru#akan kum#aran angkar dengan %elitan konduktor "ang saling dihu%ungkan uungn"a (li"at gam$ar) untuk menda#atkan tegangan induksi =ggl>.
ika kum#aran rotor di#utar dengan arah %erlaanan dari arah arum am+ tegangan akan di%angkitkan dengan arah "ang %erlaanan #ada kedua uung rotor "ang tidak dihu%ungkan. 'imulasi mesin dinamis =generator> da#at dilihat #ada situs ini. 2.5.
nteraksi Medan Magnet Kera suatu mesin dinamis da#at uga dilihat dari segi adan"a interaksi antar medan magnet stator dan rotor+ "aitu: R/l
2!
'e#erti diketahui+ arus listrik => #ada #ersamaan di atas akan menim%ulkan )luks uga di sekitar konduktor "ang dilalui. /ila kera#atan )luks aki%at arus listrik din"atakan dengan / s =#ada stator>+ sedang kera#atan )luks aki%at kum#aran medan adalah / r =#ada rotor>+ maka da#at dituliskan: T K /r /s sin d Dimana d adalah sudut antara kedua sum%u medan magnet / r dan /s K adalah konstanta l A r 'udut d dikenal se%agai sudut ko#el atau sudut da"a dengan harga maksimum d ,7o. Dengan mengangga# / r dan /s se%agai )ungsi arus rotor dan arus stator+ #ersamaan ko#el menadi: T K r s sin d Dengan demikian+ ko#el teradi se%agai interaksi antara dua medan magnet atau dua arus. 2.!.
Deraat Listrik Pada setia# satu kali #utaran mesin+ tegangan induksi "ang ditim%ulkan sudah men"elesaikan #C2 kali #utaran. Maka untuk mesin 4 kutu%+ satu kali #utaran mekanik mesin =3!7 o> %erarti sama dengan dua kali #utaran listrik =$27o>. Persamaan umumn"a adalah se%agai %erikut: Se =#C2> S m # umlah kutu% mesin Se sudut listrik Sm sudut mekanik
2.$.
Rrekuensi Dari #ersamaan di atas+ diketahui %aha untuk setia# satu siklus tegangan listrik "ang dihasilkan+ mesin telah men"elesaikan #C2 kali #utaran. Karena itu )rekuensi gelom%ang tegangan adalah: ) =#C2> =nC!7>
2$
n rotasi #er menit nC!7 rotasi #erdetik Kee#atan sinkron untuk mesin arus %olak-%alik laim din"atakan dengan ns 127 =)C#> adi misaln"a untuk generator sinkron "ang %ekera dengan )rekuensi 57 #utaran #er detik dan mem#un"ai umlah kutu% #2+ maka kee#atan %er#utar mesin terse%ut adalah: ns =127 A 57>C2 3777 r#m. 'um%er lainn"a tentang elektromagnetik: 3. M "ang #aling luas #enggunaann"a. Penamaann"a %erasal dari ken"ataan %aha arus rotor motor ini %ukan di#eroleh dari sum%er tertentu+ teta#i meru#akan arus "ang terinduksi se%agai aki%at adan"a #er%edaan relatiIe antara #utaran rotor dengan medan #utar =rotating magnetic #ield > "ang dihasilkan oleh arus stator. /elitan stator "ang dihu%ungkan dengan suatu sum%er tegangan tiga )asa akan menghasilkan medan magnet "ang %er#utar dengan kee#atan sinkron =n s 127)C2#>. Medan #utar #ada stator terse%ut akan memotong konduktorkonduktor #ada rotor+ sehingga terinduksi arusJ dan sesuai dengan ukum Lent+ rotor #un akan ikut %er#utar mengikuti medan #utar stator. Per%edaan #utaran relatiIe antara stator dan rotor dise%ut sli#. /ertam%ahn"a %e%an+ akan mem#er%esar ko#el motor+ "ang oleh karenan"a akan mem#er%esar #ula arus induksi #ada rotor+ sehingga sli# antara medan #utar stator dan #utaran rotor #un akan %ertam%ah %esar. adi + %ila %e%an motor %ertam%ah+ #utaran rotor enderung menurun. Dikenal dua ti#e motor induksi "aitu motor induksi dengan rotor %elitan dan rotor sangkar.
2&
6am%ar motor induksi. 'um%er : htt#:CC.automated%uildings.omCnesCul71CartCa%%dCa%%d.htm 3.1.
Medan Putar
2,
'um%er : htt#:CC.t#u%.omCdoeelesieneCeletrialsiene2144.htm 'e%elum kita mem%ahas %agaimana rotating magnetic #ield =medan #utar> men"e%a%kan se%uah motor %er#utar+ marilah kita tinau %agaimana medan #utar ini dihasilkan. 6am%ar %erikut menunukkan se%uah stator tiga )asa dengan su#lai arus %olak %alik tiga )asa #ula. /elitan stator terhu%ung wye =>. Dua %elitan #ada masing-masing )asa dililitkan dalam arah "ang sama. 'e#anang aktu+ medan magnet "ang dihasilkan oleh setia# )asa akan tergantung ke#ada arus "ang mengalir melalui )asa terse%ut. ika arus listrik "ang melalui )asa terse%ut adalah nol = 0ero>+ maka medan magnet "ang dihasilkan akan nol #ula. ika arus mengalir dengan harga maksimum+ maka medan magnet %erada #ada harga maksimum #ula. Karena arus "ang mengalir #ada s"stem tiga )asa mem#un"ai #er%edaan 127 o+ maka medan magnet "ang dihasilkan uga akan mem#un"ai #er%edaan sudut se%esar 127 o #ula. Ketiga medan magnet "ang dihasilkan akan mem%entuk satu medan+ "ang akan %eraksi terhada# rotor. ntuk motor induksi+ se%uah medan magnet diinduksikan ke#ada rotor sesuai dengan #olaritas medan magnet #ada stator. Karenan"a+ %egitu medan magnet s tator %er#utar+ maka rotor uga %er#utar agar %ersesuaian dengan medan magnet stator.
6am%ar %elitan stator tiga )asa. Pada se#anang aktu+ medan magnet dari masing-masing )asa %erga%ung untuk menghasilkan medan magnet "ang #osisin"a %ergeser hingga %e%era#a deraat. Pada akhir satu siklus arus %olak %alik+ medan
37
magnet terse%ut telah %ergeser hingga 3!7 o+ atau satu #utaran. Dan karena rotor uga mem#un"ai medan magnet %erlaanan arah "ang diinduksikan ke#adan"a+ rotor uga akan %er#utar hingga satu #utaran. Penelasan mengenai ini da#at dilihat #ada gam%ar selanutn"a. Putaran medan magnet dielaskan #ada gam%ar di %aah dengan ?menghentikan@ medan terse%ut #ada enam #osisi. Tiga #osisi ditandai dengan interIal !7o #ada gelom%ang sinus "ang meakili arus "ang mengalir #ada tiga )asa *+/+ dan . ika arus mengalir dalam suatu )asa adalah #ositi)+ medan magnet akan menim%ulkan kutu% utara #ada kutu% stator "ang ditandai dengan *U+ /U+ dan U.
6am%ar #utaran motor induksi dan medan #utar.
31
Pada #osisi T1+ arus #ada )asa %erada #ada harga #ositi) maksimumn"a. Pada saat "ang sama+ arus #ada )asa * dan / %erada #ada se#aruh harga negatiIe maksimumn"a. Medan magnet "ang dihasilkan ter%entuk seara Iertial dengan arah ke %aah+ dengan kekuatan medan maksimum teradi se#anang )asa + antara kutu% =utara> dengan U =selatan>. Medan magnet ini di%antu oleh medanmedan "ang le%ih lemah "ang dihasilkan se#anang )asa * dan /+ dengan kutu%-kutu% *U dan /U menadi kutu%-kutu% utara dan kutu%kutu% * dan / menadi kutu%-kutu% selatan. Pada #osisi T2+ gelom%ang sinus arus telah %erotasi se%an"ak !7 deraat listrik. Pada #osisi ini+ arus dalam )asa * telah naik hingga harga negatiIe maksimumn"a. *rus #ada )asa / mem#un"a arah "ang %erlaanan dan %erada #ada se#aruh harga maksimum #ositi)n"a. /egitu #ula arus #ada )asa telah turun hingga se#aruh dari harga maksimum #ositi)n"a. Medan magnet "ang dihasilkan ter%entuk ke kiri arah %aah+ dengan kekuatan medan maksimum se#anang )asa *+ antara kutu%-kutu% *U =utara> dan * =selatan>. Medan magnet ini di%antu oleh medan-medan "ang le%ih lemah "ang tim%ul se#anang )asa / dan + dengan kutu%-kutu% / dan menadi kutu%-kutu% utara dan kutu%kutu% /U dan U menadi kutu%-kutu% selatan. Di sini terlihat %aha medan magnet #ada stator motor seara )isik telah %er#utar se%an"ak !7o. Pada #osisi T3+ gelom%ang sinus arus %er#utar lagi !7 deraat listrik dari #osisi se%elumn"a hingga total rotasi #ada #osisi ini se%esar 127 deraat listrik. Pada #osisi ini+ arus dalam )asa / telah naik hingga mena#ai harga #ositi) maksimumn"a. *rus #ada )asa * telah turun hingga se#aruh dari harga negatiIe maksimumn"a+ sementara arus #ada )asa telah %er%alik arah dan %erada #ada se#aruh harga negatiIe maksimumn"a #ula. Medan magnet "ang dihasilkan mengarah ke atas kiri+ dengan kekuatan medan maksimum se#anang )asa /+ antara kutu% / =utara> dan /U =selatan>. Medan magnet ini di%antu oleh medanmedan "ang le%ih lemah se#anang )asa * dan + dengan kutu%-kutu% *U dan U menadi kutu%-kutu% utara dan kutu%-kutu% * dan menadi kutu%-kutu% selatan. 'ehingga terlihat di sini %aha medan magnet #ada stator telah %er#utar !7o lagi dengan total #utaran se%esar 127 o. Pada #osisi T4+ gelom%ang sinus arus telah %erotasi se%an"ak 1&7 deraat listrik dari titik T1 sehingga hu%ungan antara arus-arus )asa adalah indentik dengan #osisi T1 keuali %aha #olaritasn"a telah %er%alik. Karena )asa kem%ali #ada harga maksimum+ medan magnet "ang dihasilkan se#anang )asa kem%ali %erada #ada harga maksimum+ medan magnet "ang dihasilkan se#anang )asa akan memiliki kekuatan medan maksimum. Meski#un demikian+ dengan arus "ang mengalir dalam arah "ang %erlaanan #ada )asa + medan magnet
32
"ang tim%ul mem#un"ai arah ke atas antara kutu% U =utara> dan =selatan>. Terlihat %aha medan magnet sekarang telah %erotasi seara )isik se%an"ak 1&7o dari #osisi aaln"a. Pada #osisi T5+ )asa * %erada #ada harga #ositi) maksimumn"a+ "ang menghasilkan medan magnet ke arah atas se%elah kanan. Kem%ali+ medan magnet seara )isik telah %er#utar !7o dari titik se%elumn"a sehingga total rotasi se%an"ak 247 o. Pada titik T!+ )asa / %erada #ada harga maksimum negatiIe "ang menghasilkan medan magnet ke arah %aah se%elah kanan. Medan magnet #un telah %erotasi se%esar !7o dari titik T5 sehingga total rotas adalah 377 o. *khirn"a+ #ada titik T$+ arus kem%ali ke #olaritas dan nilai "ang sama se#erti #ada Posisi T1. Karenan"a+ medan magnet "ang dihasilkan #ada #osisi ini akan identik dengan #ada #osisi T1. Dari #em%ahasan ini+ terlihat %aha untuk satu #utaran #enuh gelom%ang sinus listrik =3!7 o>+ medan magnet "ang tim%ul #ada stator se%uah motor uga %erotasi satu #utaran #enuh =3!7o>. 'ehingga+ dengan menera#kan tiga-)asa * ke#ada tig)a %elitan "ang ter#isah seara simetris sekitar stator+ medan #utar =rotating magnetic #ield > uga tim%ul. 3.2.
'LP ika arus %olak %alik dikenakan #ada %elitan stator dari se%uah motor induksi+ se%uah medan #utar tim%ul. Medan #utar ini memotong %atang rotor dan menginduksikan arus ke#ada rotor. *rah aliran arus ini da#at ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri untuk generator. *rus "ang diinduksikan ini akan menghasilkan medan magnet di sekitar #enghantar rotor+ %erlaanan #olaritas dari medan stator+ "ang akan mengear medan magnet #ada stator. Karena medan #ada stator terus menerus %er#utar+ rotor tidak #ernah da#at men"amakan #osisi dengann"a alias selalu tertinggal dan karenan"a akan terus mengikuti #utaran medan #ada stator se%agaimana ditunukkan #ada gam%ar di %aah ini.
33
6am%ar ndution Motor Dari #enelasan di atas+ terlihat %aha rotor #ada motor induksi tidak #ernah da#at %er#utar dengan kee#atan "ang sama dengan kee#atan medan #utar. ika kee#atan rotor sama dengan kee#aran medan #utar stator+ maka tidak ada gerak relati) antara keduan"a+ dan tidak akan ada induksi EMR ke#ada rotor. Tan#a induksi EMR ini+ tidak akan ada interaksi medan "ang di#erlukan untuk menim%ulkan gerak. (otor+ karenan"a ahrus %er#utar dengan kee#atan "ang le%ih rendah dari kee#atan medan #utar stator ika gerak relati) terse%ut harus ada antara keduan"a. Persentase #er%edaan antara kee#atan rotor dan kee#atan medan #utar dise%ut dengan sli#. 'emakin keil sli#+ semakin dekat #ula kee#atan rotor dengan kee#atan medan #utar. Persen sli# da#at diari menggunakan ESuation =12-1>.
dimana
34
8' kee#atan sinkron =r#m> 8 ( kee#atan rotor =r#m> Kee#atan medan #utar atau kee#atan sinkron dari suatu motor da#at diari dengan menggunakan ESuation =12-2>.
dimana
ontoh: 'e%uah motor induksi dua kutu%+ !7 + mem#un"ai kee#atan #ada %e%an #enuh se%esar 3554 r#m. /era#akah #ersentase sli# #ada %e%an #enuhV 'olusi:
3.3.
TorSue TorSue motor induksi * tergantug ke#ada kekuatan medan rotor dan stator "ang saling %erinteraksi dan hu%ungan )asa antara keduan"a. TorSue da#at dihitung dengan ESuation =12-3>.
35
dimana
'elama o#erasi normal+ K+ + dan os adalah konstan+ sehingga torSue %er%anding lurus dengan arus rotor. *rus rotor meningkat dengan #ro#orsi "ang sama dengan sli#. Peru%ahan torSue terhada# sli# menunukkan %aha %egitu sli# naik dari nol hingga W17+ torSue naik seara linier. /egitu torSue dan sli# naik mele%ihi torSue %e%an #enuh+ maka torSue akan mena#ai harga maksimum sekitar 25 sli#. TorSue maksimum dise%ut $reakdo!n tor4ue motor. ika %e%an dinaikkan mele%ihi titik ini+ motor akan stall dan segera %erhenti. mumn"a+ %reakdon torSue %erIariasi dari 277 hingga 377 torSue %e%an #enuh. TorSue aal = starting tor4ue> adalah nilai torSue #ada 177 sli# dan normaln" 157 hingga 277 torSue %e%an #enuh. 'eiring dengan #ertam%ahan kee#atan dari rotor+ torSue akan naik hingga $reakdo!n tor4ue dan turun mena#ai nilai "ang di#erlukan untuk menarik %e%an motor #ada kee#atan konstan+ %iasan"a antara 7 W 17. 6am%ar %erikut menunukkan karakteristik TorSue terhada# sli#.
3.4.
Motor 'atu Rasa ika dua %elitan stator dengan im#edansi "ang tidak sama di#isahkan seauh ,7 deraat listrik dan terhu%ung seara #arallel ke sum%er satu )asa+ medan "ang dihasilkan akan tam#ak %er#utar. ni dise%ut dengan #emisahan )asa =#hase s#litting>.
3!
Pada motor )asa ter#isah = s+lit-+"ase motor >+ di#ergunakanlah lilitan starting untuk #en"alaan. /elitan ini mem#un"ai resistansi "ang le%ih tinggi dan reaktansi "ang le%ih rendah dari %elitan utama. ika tegangan "ang sama 9T dikenakan #ada %elitan starting dan utama+ arus #ada %elitan utama =M> tertinggal di%elakang arus #ada %elitan starting ='>. 'udut antara kedua %elitan mem#un"ai %eda )asa "ang uku# untuk menim%ulkan medan #utar untuk menghasilkan torSue aal =starting torSue>. Ketika motor mena#ai $7 hingga &7 dari kee#atan sinkron+ saklar sentri)ugal #ada sum%u motor mem%uka dan mele#askan %elitan starting. Motor satu )asa %iasan"a digunakan untuk a#likasi keil se#erti #eralatan rumah tangga =ontoh mesin #om#a>. 3.5.
Motor 'inkron Motor sinkron seru#a dengan motor induksi #ada mana keduan"a mem#un"ai %elitan stator "ang menghasilkan medan #utar. Tidak se#erti motor induksi+ motor sinkron dieksitasi oleh se%uah sum%er tegangan d di luar mesin dan karenan"a mem%utuhkan sli+ ring dan sikat =$rus"> untuk mem%erikan arus ke#ada rotor. Pada motor sinkron+ rotor te rkuni dengan medan #utar dan %er#utar dengan kee#atan sinkron. ika motor sinkron di%e%ani ke titik dimana rotor ditarik keluar dari keserem#akann"a dengan medan #utar+ maka tidak ada torSue "ang dihasilkan+ dan motor akan %erhenti. Motor sinkron %ukanlah sel# starting motor karena torSue han"a akan munul ketika motor %ekera #ada kee#atan sinkronJ karenan"a motor memerlukan #eralatan untuk mem%aan"a ke#ada kee#atan sinkron. Motor sinkron menggunakan rotor %elitan. enis ini mem#un"ai kum#aran "ang ditem#atkan #ada slot rotor. 'li# ring dan sikat digunakan untuk mensu#lai arus ke#ada rotor.
3$
Pen*alaan +"t" Sin!"n 'e%uah motor sinkron da#at din"alakan oleh se%uah motor d #ada satu sum%u. Ketika motor mena#ai kee#atan sinkron+ arus * di%erikan ke#ada %elitan stator. Motor d saat ini %er)ungsi se%agai generator d dan mem%erikan eksitasi medan d ke#ada rotor. /e%an sekarang %oleh di%erikan ke#ada motor sinkron. Motor sinkron seringkali din"alakan dengan menggunakan %elitan sangkar tu#ai = s4uirrel-cage> "ang di#asang di hada#an kutu% rotor. Motor kemudian din"alakan se#erti haln"a motor induksi hingga mena#ai W,5 kee#atan sinkron+ saat mana arus searah di%erikan+ dan motor mena#ai sinkronisasi. TorSue "ang di#erlukan untuk menarik motor hingga mena#ai sinkronisasi dise%ut +ull-in torSue. 'e#erti diketahui+ rotor motor sinkron terkuni dengan medan #utar dan harus terus %ero#erasi #ada kee#atan sinkron untuk semua keadaan %e%an. 'elama kondisi tan#a %e%an =no-load >+ garis tengah kutu% medan #utar dan kutu% medan d %erada dalam satu garis =gam%ar di%aah %agian a>. 'eiring dengan #em%e%anan+ ada #ergeseran kutu% rotor ke %elakang+ relatiIe terhada# kutu% stator =gam%ar %agian %>. Tidak ada #eru%ahan kee#atan. 'udut antara kutu% rotor dan stator dise%ut sudut torSue .
6am%ar sudut torSue =tor4ue angle>
3&
ika %e%an mekanis #ada motor dinaikkan ke titik dimana rotor ditarik keluar dari sinkronisasi + maka motor akan %erhenti. arga maksimum torSue sehingga motor teta# %ekera tan#a kehilangan sinkronisasi dise%ut +ull-out tor4ue. 4. 6E8E(*T<( * =*LTE(8*T<(> am#ir semua tenaga listrik "ang di#ergunakan saat ini %ekera #ada sum%er tegangan %olak %alik =a>+ karenan"a+ generator a adalah alat "ang #aling #enting untuk menghasilkan tenaga listrik. 6enerator a+ umumn"a dise%ut alternator+ %erIariasi ukurann"a sesuai dengan %e%an "ang akan disu#lai. 'e%agai ontoh+ alternator #ada PLT* mem#un"ai ukuran "ang sangat %esar+ mem%angkitkan ri%uan kiloatt #ada tegangan "ang sangat tinggi. ontoh lainn"a adalah alternator di mo%il+ "ang sangat keil se%agai #er%andingann"a. /eratn"a han"a %e%era#a kilogram dan menghasilkan da"a sekitar 177 hingga 277 att+ %iasan"a #ada tegangan 12 Iolt. 'um%er lain : htt#:CC.roand.netC'ho#CTehC*lternator6eneratorTheor".htm 4.1.
Dasar-dasar 6enerator * /era#a#un ukurann"a+ semua generator listrik+ %aik a mau#un d+ %ergantung ke#ada #rinsi# induksi magnet. EMR diinduksikan dalam se%uah kum#aran se%agai hasil dari =1> kum#aran "ang memotong medan magnet+ atau =2> medan magnet "ang memotong se%uah kum#aran. 'e#anang ada gerak relatiIe antara se%uah konduktor dan medan magnet+ tegangan akan diinduksikan dalam konduktor. /agian generator "ang menda#at induksi tegangan adalah armature. *gar gerak relatiIe teradi antara konduktor dan medan magnet+ semua generator haruslah mem#un"ai dua %agian mekanis "aitu rotor dan stator. ( mem#un"ai konstruksi "ang sama dengan generator d "ang mana armature %er#utar dalam se%uah medan magnet stasioner. Pada generator d+ em) di%angkitkan dalam %elitan armature dan dikonIersikan dari a ke d dengan menggunakan komutator =se%agai #en"earah>. Pada alternator+ tegangan a "ang di%angkitkan tidak diu%ah menadi d dan diteruskan ke#ada %e%an dengan menggunakan sli# ring. *rmature "ang %ergerak da#at dium#ai #ada alt ernator untuk da"a rendah dan umumn"a tidak digunakan untuk da"a listrik dalam umlah %esar. (
3,
*lternator medan %er#utar mem#un"ai %elitan armature "ang stasioner dan se%uah %elitan medan "ang %er#utar. Keuntungan menggunakan s"stem %elitan armature stasioner adalah %aha tegangan "ang dihasilkan da#at dihu%ungkan langsung ke %e%an. enis armature %er#utar memerlukan sli# ring dan sikat untuk menghantarkan arus dari armature ke %e%an. *rmature+ sikat dan sli# ring sangat sulit untuk diisolasi+ dan #erikan %unga a#i dan hu%ung singkat da#at teradi #ada tegangan tinggi. Karenan"a+ alternator tegangan tinggi %iasan"a menggunakan enis medan %er#utar. Karena tegangan "ang dikenakan #ada medan %er#utar adalah tegangan searah "ang rendah+ #ro%lem "ang dium#ai #ada tegangan tinggi tidak teradi. *rmature stasioner+ atau stator+ #ada alternator enis ini mem#un"ai %elitan "ang di#otong oleh medan #utar =rotating magneti )ield>. Tegangan "ang di%angkitkan #ada armature se%agai hasil dari aksi #otong ini adalah tegangan a "ang akan dikirimkan ke#ada %e%an. 'tator terdiri dari inti %esi "ang dilaminasi dengan %elitan armature "ang melekat #ada inti ini.
47
'um%er : htt#:CC.adtdl.arm".milCgi-%inCatdl.dllC)mC55-57,-1Ch13.htm 4.2.
Rungsi-Rungsi Kom#onen *lternator 'eara umum generator a medan %er#utar terdiri atas se%uah alternator dan se%uah generator d keil "ang di%angun dalam satu unit. Keluaran dari alternator meru#akan tegangan a untuk men"u#lai %e%an dan
41
generator d dikenal se%agai exciter untuk men"u#lai arus searah %agi medan #utar.
6am%ar generator a dan shemati-n"a EAiter adalah se%uah generator d eksitasi sendiri dengan %elitan shunt. Medan eAiter menghasilkan intensitas )luks magneti antara kutu%-kutu%n"a. Ketika
42
armature eAiter %erotasi dalam )luks medan eAiter+ tegangan diinduksikan dalam %elitan armature eAiter. Keluaran dari komutator eAiter dihu%ungkan melalui sikat dan sli# ring ke medan alternator. Karena arusn"a adalah arus searah+ maka arus selalu mengalir dalam satu arah melalui medan alternator. 'ehingga+ medan magnet dengan #olaritas teta# selalu teradi se#anang aktu dalam %elitan medan alternator. Ketika alternator di#utar+ )luks magnetikn"a dilalukan se#anang %elitan armature alternator. Tegangan %olak %alik #ada %elitan armature generator a dihu%ungkan ke %e%an melalui terminal. P(ME M<9E( =Penggerak tama> 'emua generator+ %esar dan keil+ a dan d+ mem%utuhkan se%uah sum%er da"a mekanik untuk memutar rotorn"a. 'um%er da"a mekanis ini dise%ut +rime moer . Prime moIer di%agi dalam dua kelom#ok "aitu untuk high-s#eed generator dan lo-s#eed generator. Tur%in gas dan ua# #ada PLT6 dan PLT adalah #enggerak utama %erkee#atan tinggi sementara mesin #em%akaran dalam =internal om%ustion engine>+ air #ada PLT* dan motor listrik diangga# se%agai #rime moIer %erkee#atan rendah. enis #rime moIer memainkan #eranan #enting dalam desain alternator karena kee#atan #ada mana rotor di#utar menentukan karakteristik o#erasi dan konstruksi alternator. (
Karakteristik *lternator dan /atasann"a *lternator di-rating %erdasarkan tegangan "ang dihasilkann"a dan arus maksimum "ang mam#u di%erikann"a. *rus maksimum tergantung ke#ada rugi-rugi #anas dalam armature. (ugi #anas ini =rugi da"a 2(> akan memanaskan konduktor+ dan ika %erle%ihan akan merusak isolasi. Karenan"a+ alternator di-rating sesuai dengan arus ini dan tegangan
43
keluarann"a W dalam Iolt-am#ere atau untuk skala %esar dalam kiloIoltam#ere. n)ormasi mengenai kee#atan rotasin"a+ tegangan "ang dihasilkan+ %atas arusn"a dan karakteristik lainn"a %iasan"a ditem#elkan #ada %adan mesin W name#late. 4.4.
Rrekuensi Rrekuensi keluaran dari tegangan alternator tergantung ke#ada kee#atan rotasi dari rotor dan umlah kutu%n"a. 'emakin e#at+ semakin tinggi #ula )rekuensin"a. 'emakin lam%at+ semakin rendah #ula )rekuensin"a. 'emakin %an"ak kutu% #ada rotor+ semakin tinggi #ula )rekuensin"a #ada kee#atan tertentu. Ketika rotor telah %erotasi %e%era#a deraat sehingga dua kutu% %erdekatan =utara dan selatan> telah meleati satu %elitan+ tegangan "ang diinduksikan dalam %elitan terse%ut akan %erIariasi hingga selesai satu siklus. ntuk suatu )rekuensi "ang ditentukan+ semakin %an"ak umlah kutu%+ semakin lam%at kee#atan #utaran. Prinsi# ini da#at dielaskan se%agai %erikut+ misalkanJ se%uah generator dua kutu% harus %erotasi dengan kee#atan em#at kali li#at dari kee#atan generator dela#an kutu% untuk menghasilkan )rekuensi "ang sama dari tegangan "ang di%angkitkan. Rrekuensi #ada semua generator a dalam satuan hert =>+ "aitu %an"akn"a siklus #er detik+ %erkaitan dengan umlah kutu% dan kee#atan rotasi sesuai dengan #ersamaan %erikut:
dimana P adalah umlah kutu%+ 8 adalah kee#atan rotasi dalam reIolusi #er menit =r#m> dan 127 adalah se%uah konstanta untuk konIersi dari menit ke detik dan dari umlah kutu% ke umlah #asangan kutu%. 'e%agai ontoh+ se%uah alternator dua kutu%+ 3!77 r#m mem#un"ai )rekuensi !7 + ditentukan se%agai %erikut:
'e%uah generator em#at kutu% dengan kee#atan 1&77 r#m uga %ekera #ada )rekuensi !7 . 'e%uah generator enam kutu% 577 r#m mem#un"ai )rekuensi
44
'e%uah generator 12 kutu% dengan kee#atan 4777 r#m mem#un"ai )rekuensi
4.5.
Pengaturan Tegangan 'e%agaimana "ang telah kita lihat+ ketika %e%an #ada generator %eru%ah+ tegangan terminal #un ikut %eru%ah. /esarn"a #eru%ahan tergantung #ada desain generator. Pengaturan tegangan #ada se%uah alternator adalah #eru%ahan tegangan dari %e%an #enuh ke tan#a %e%an+ din"atakan se%agai #ersentase tegangan %e%an #enuh+ ketika kee#atan dan arus medan d teta# konstan.
*ngga# %aha tegangan tan#a %e%an generator adalah 257 Iolt dan tegangan %e%an #enuh adalah 227 Iolt. Persen regulasi adalah:
ntuk diingat+ %aha semakin keil #ersentase regulasi+ semakin %aik #ula regulasin"a untuk ke%an"akan a#likasi. 4.!.
Prinsi# Pengaturan Tegangan * Di dalam se%uah alternator+ tegangan %olak %alik diinduksikan dalam %elitan armature ketika medan magnet meleati %elitan ini. /esarn"a tegangan "ang diinduksikan ini tergantung ke#ada tiga hal "aitu: =1> umlah konduktor dengan hu%ungan seri #ada setia# %elitan+ =2> kee#atan =r#m generator> #ada mana medan magnet memotong %elitan+ dan =3> kekuatan medan magnet. 'alah satu dari )ator ini da#at digunakan untuk #engaturan tegangan "ang diinduksikan dalam %elitan alternator.
45
