Upload
riyanto
View
260
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
makalah teknik elektro
Citation preview
MAKALAH
TRANSFORMATOR DAN MOTOR LISTRIK
Disusun dalam Rangka Memenuhi Tugas Mata Kuliah Teknik Listrik dan
Elektronika
Dosen Pengampu :
Drs. H. Emily Dardi, M.Kes.
Disusun Oleh :
Riina Syivarulli (k2514053)
Riyanto (K2514055)
Rusdan Adhitya Aji Nugroho (K2514057)
Samuel Nanda Kristian (K2514059)
Setyo Pranoto (K2514061)
Trihastanto Hadi Nugraha (K2514063)
Wahyu Rahmadi (K2514065)
Yudha Pratama (K2514067)
PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
KATA PENGANTAR
Puji syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah
memberikan rahmat serta karunia-Nya kepada kita sehingga penulisdapat
menyelesaikan makalah ini dengan baikyang berjudul Makalah Transformator dan
Motor Listrik.
Penulis menyadari bahwa tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak tidak
dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik. Oleh karena itu, penulis ingin
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan hidayah-
Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan lancar
tanpa ada halangan.
2. Dosen pembimbing Mata Kuliah Teknik Listrik dan Elektronika ,
Bapak Drs. H. Emily Dardi, M.Kes. yang telah membimbing dalam
penyusunan makalah ini.
3. Orang tua yang senantiasa memberikan dukungan dan doa sehingga
penulis dapat menyelesaikan makalah.
4. Teman-teman mahasiswa/mahasiswi Pendidikan Teknik Mesin
angkatan 2014 Universitas Sebelas Maret yang telah memberikan
masukan demi kesempurnaan makalah ini.
serta tidak lupa penulis juga mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak
yang ikut terlibat dalam pembuatan makalah ini.
Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari
rekan-rekan dan juga pembaca. Semoga makalah ini bermanfaat bagi penulis pada
khususnya dan para pembaca pada umumnya.
Surakarta, 4 Desember 2015
Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................................
KATA PENGANTAR ...............................................................................
DAFTAR ISI .............................................................................................
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang......................................................................................
1.2. Rumusan Masalah ................................................................................
1.3. Tujuan Penulisan ..................................................................................
BAB II PEMBAHASAN
2.1. Teori Transformator...........................................................................
2.2. Jenis-Jenis Transformator .................................................................
2.3. Hubungan Transformator ..................................................................
2.4. Perhitungan Dasar Transformator .....................................................
2.5. Teori Motor Listrik DC .....................................................................
2.6. Teori Motor Listrik AC .....................................................................
2.7. Perhitungan Motor Listrik .................................................................
BAB III PENUTUP
3.1. Kesimpulan .............................................................................................
3.2. Saran .......................................................................................................
DAFTAR PUSTAKA.....................................................................................
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Transformator merupakan suatu alat listrik yang termasuk ke dalam
klasifikasi mesin listrik static yang berfungsi menyalurkan tenaga/daya listrik dari
tegangan tinggi ke tegangan rendah dan sebaliknya. Atau dapat juga diartikan
mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui
suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnet.
Transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah
kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.
Transformator Arus Adalah trafo yang digunakan untuk mengambil input
data masukan berupa besaran arus dengan cara perbandingan belitan pada belitan
primer atau sekunder. Trafo ini biasa digunakan untuk pengukuran tak langsung
beban arus yang mengalir ke pelanggan kemudian membatasinya. Selain itu bisa
juga besaran arusnya diambil sebagai input data masukan peralatan pengaman
jaringan.
Dalam bidang elektronika, transformator digunakan antara lain sebagai gandengan impedansi antara sumber dengan 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 kc/s2. Frekuensi pendengaran, 50 - 20kc/s3. Frekuensi radio, diatas 30 kc/s.
Dalam bidang elektronika pemakaian transformator dikelompokkan menjadi :
1. Transformator inti besi
2. Transformator inti ferit
3. Transformator inti udara
1.2. Rumusan Masalah
1. Bagaimana Teori Transformator?
2. Apa saja Jenis-Jenis Transformator?
3. Bagaimana Hubungan Transformator?
4. Bagaimana Perhitungan Dasar Transformator?
5. Bagaimana Teori Motor Listrik DC?
6. Bagaimana Teori Motor Listrik AC?
7. Bagaimana Perhitungan Motor Listrik?
1.3. Tujuan Penulisan
2. Untuk Mengetahui Bagaimana Teori Transformator.
3. Untuk Mengetahui Apa saja Jenis-Jenis Transformator.
4. Untuk Mengetahui Bagaimana Hubungan Transformator.
5. Untuk Mengetahui Bagaimana Perhitungan Dasar Transformator.
6. Untuk Mengetahui Bagaimana Teori Motor Listrik DC.
7. Untuk Mengetahui Bagaimana Teori Motor Listrik AC.
8. Untuk Mengetahui Bagaimana Perhitungan Motor Listrik.
9. Untuk Memenuhi tugas mata kuliah Teknik Listrik dan Elektronika.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Teori Transformator
Transformator (Trafo) adalah komponen listrik yang berfungsi
menurunkan tegangan AC (step-down) atau menaikan tegangan AC (step-up).
Trafo dibangun dari dua buah lilitan yang terisolasi dan saling menginduksi, satu
lilitan disebut lilitan primer yang akan menginduksi lilitan yang lainnya
(sekunder). jumlah lilitan dan diameter kawat email dari setiap lilitan akan
mempengaruhi tegangan dan arus yang dihasilkan pada bagian lilitan sekunder.
Trafo terdiri dari lilitan primer dan
sekunder yang dililitkan bersama dan terisolasi
pada lempengan-lempengan besi tipis yang
disusun rapat sebagai core lilitan (inti besi). inti
besi ini dibuat lempengan untuk mengurangi
kerugian pada inti tersebut. Pada trafo step-down
jumlah lilitan primer lebih banyak dibanding
lilitan sekunder, sedangkan pada trafo step-up
jumlah lilitan primer lebih sedikit dari lilitan sekunder.
Cara Kerja Transformator
Ketika lilitan primer diberikan tegangan ac, maka arus yang mengalir akan
menimbulkan fluks magnetik pada lilitan primer yang akan menginduksi lilitan
sekunder, akibatnya pada lilitan sekunder akan terjadi gaya gerak listrik (ggl)
yang dikonversi menjadi tegangan output trafo.
Besar tegangan output trafo ditentukan oleh jumlah lilitan primer
dibanding lilitan sekunder. Untuk menghitung tegangan output pada lilitan
sekunder berlaku rumus:
Dimana :Vp = Tegangan Primer, Vs = Tegangan Sekunder,
Np = Jumlah Lilitan Primer, Ns = Jumlah Lilitan Sekeunder
Faktor kerugian Trafo
Trafo disebut ideal ketika daya primer sama dengan daya sekunder, tetapi
pada kenyataannya terjadi perbedaan daya sekunder yang lebih kecil dari daya
primer, hal ini terjadi akibat kerugian yang dihasilkan dari histeristis core inti besi
dan tahanan (resistansi) kawat email (tembaga).
Yang dimaksud kerugian inti besi dimana sebagian molekul fluks magnet
yang dihasilkan oleh lilitan primer tertahan oleh core inti besi, akibatnya energi
yang dihasilkan tidak sepenuhnya diinduksi pada lilitan sekunder. Sedangkan
kerugian kawat email dikarenakan adanya tahanan pada kawat email, sehingga
arus yang tertahan pada kawat email tersebut akan dibuang melalui energi panas
pada trafo. Untuk mengetahui kerugian arus pada lilitan kawat email ini berlaku
rumus I2R.
Dari penjelasan diatas tidak mungkin membuat trafo yang ideal 100%,
tetapi Trafo dikatakan baik jika memiliki faktor kerugian maksimal 6% atau
dengan kata lain memiliki efisiensi 94%. Untuk mengetahui berapa besar efisiensi
dari sebuah trafo berlaku rumus:
Dimana :Ps = Daya sekunder, Pp = Daya primer,
Is = Arus sekunder, Ip = Arus primer.
Suatu transformator terdiri atas beberapa bagian,
yaitu:
1. Bagian utama transformator
2. Peralatan Bantu
3. Peralatan Proteksi
Bagian utama transformator, terdiri dari:
a. Inti besi
Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluks, 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 arus pusar atau arus eddy (eddy current).
b. Kumparan transformator
Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan, dan
kumparan tersebut diisolasi, baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan
lain dengan menggunakan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain.
Pada transformator terdapat kumparan primer dan kumparan sekunder.Jika
kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada
kumparan tersebut timbul fluks yang menimbulkan induksi tegangan, bila pada
rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka mengalir arus pada kumparan
tersebut, sehingga kumparan ini berfungsi sebagai alat transformasi tegangan dan
arus.
c. Kumparan tertier
Fungsi kumparan tertier diperlukan adalah untuk memperoleh tegangan
tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan
tertier selalu dihubungkan delta atau segitiga. Kumparan tertier sering digunakan
juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone,
kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua transformator
daya mempunyai kumparan tertier.
d. Minyak transformator
Sebagian besar dari transformator tenaga memiliki kumparan-
kumparan yang intinya direndam dalam minyak transformator, terutama
pada transformator-transformator tenaga yang berkapasitas besar, karena
minyak transformator mempunyai sifatsebagai media pemindah panas
(disirkulasi) dan juga berfungsi pula sebagai isolasi (memiliki daya
tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan
isolasi.
Minyak transformator harus memenuhi persyaratan, yaitu:
1) kekuatan isolasi tinggi
2) penyalur panas yang baik, berat jenis yang kecil,
sehingga partikel-partikel dalam minyak dapat mengendap
dengan cepat
3) viskositas yang rendah, agar lebih mudah bersirkulasi dan
memiliki kemampuan pendinginan menjadi lebih baik
4) titik nyala yang tinggi dan tidak mudah menguap yang
dapat menimbulkan baha
5) tidak merusak bahan isolasi padat
6) sifat kimia yang stabil
e. Bushing
Hubungan antara kumparan transformator ke jaringan luar melalui sebuah
bushing, yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus
berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki
transformator.
f. Tangki dan konservator
Pada umumnya bagian-bagian dari transformator yang terendam minyak
transformator berada atau (ditempatkan) di dalam tangki.Untuk menampung
pemuaian pada minyak transformator, pada tangki dilengkapi dengan sebuah
konservator.
Terdapat beberapa jenis tangki, diantaranya adalah:
1) Jenis sirip (tank corrugated) Badan tangki terbuat dari
pelat baja bercanai dingin yang menjalani penekukan,
pemotongan dan proses pengelasan otomatis, untuk
membentuk badan tangki bersirip dengan siripnya berfungsi
sebagai radiator pendingin dan alat bernapas pada saat yang
sama. Tutup dan dasar tangki terbuat dari plat baja bercanai
panas yang kemudian dilas sambung kepada badan tangki
bersirip membentuk tangki corrugated ini. Umumnya
transformator di bawah 4000 kVA dibuat dengan bentuk
tangki corrugated.
2) Jenis tangki Conventional Beradiator, Jenis tangki
terdiri dar badan tangki dan tutup yang terbuat dari mild
steel plate (plat baja bercanai panas) ditekuk dan dilas
untuk dibangun sesuai dimensi yang diinginkan, sedang
radiator jenis panel terbuat dari pelat baja bercanai dingin
(cold rolled steel sheets). Transformator ini umumnya
dilengkapi dengan konservator dan digunakan untuk
25.000,00 kVA, )
3) Hermatically Sealed Tank With N2 Cushined, Tipe
tangki ini sama dengan jenis conventional tetapi di atas
permukaan minyak terdapat gas nitrogen untuk mencegah
kontak antara minyak dengan udara luar
Peralatan Bantu, terdiri dari:
a. 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 transformator, maka untuk mengurangi
adanya kenaikan suhu yang berlebihan tersebut pada transformator perlu juga
dilengkapi dengan sistem pendingin yang bergungsi untuk menyalurkan panas
keluar transformator. Media yang digunakan pada sistem pendingin dapat berupa
udara, gas, minyak dan air.
Sistem pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara:
1) Alamiah (natural)
2) Tekanan/paksaan (forced).
b. 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), dan tergantung jenisnya.
c. Alat pernapasan
Karena adanya pengaruh naik turunnya beban transformator
maupun suhu udara luar, maka suhu minyak 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
transformator. Permukaan minyak transformator akan selalu
bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai tegangan tembus
pada minyak transformator, maka untuk mencegah hal tersebut, pada
ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat
hygroscopis.
d. Indikator
Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu
adanya indicator yang dipasang pada transformator. Indikator tersebut
adalah sebagai berikut:
1) indikator suhu minyak
2) indikator permukaan minyak
3) indikator sistem pendingin
4) indikator kedudukan tap, dan sebagainya
Peralatan Proteksi, terdiri dari:
a. Relay Bucholz
Relay Bucholz adalah relai yang berfungsi mendeteksi dan
mengamankan terhadap gangguan transformator yang menimbulkan gas.
Timbulnya gas dapat diakibatkan oleh beberapa hal, diantaranya
adalah:
1) Hubung singkat antar lilitan pada atau dalam phasa
2) Hubung singkat antar phasa
3) Hubung singkat antar phasa ke tanah
4) Busur api listrik antar laminasi
5) Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.
b. Relai Tekanan Lebih
Relai ini berfungsi hampir sama seperti Relay Bucholz. Fungsinya
adalah mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator.Bedanya
relai ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan
langsung mentripkan pemutus tenaga (PMT). Alat pengaman tekanan
lebih ini berupa membran yang terbuat dari kaca, plastik, tembaga atau
katup berpegas, sebagai pengaman tangki transformator terhadap kenaikan
tekan gas yang timbul di dalam tangki yang akan pecah pada tekanan
tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kekuatan tangki transformator
c. Relai Diferensial
Berfungsi mengamankan transformator terhadap gangguan di
dalam transformator, antara lain adalah kejadian flash over antara
kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan
dengan belitan di dalam kumparan ataupun beda kumparan.
d. Relai Arus lebih
Berfungsi mengamankan transformator jika arus yang mengalir melebihi
dari nilai yang diperkenankan lewat pada transformator tersebut dan arus lebih ini
dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.Arus lebih ini
dideteksi oleh transformator arus atau current transformator (CT).
e. Relai Tangki Tanah
Alat ini berfungsi untuk mengamankan transformator bila ada
hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak
bertegangan pada transformator.
f. Relai Hubung Tanah
Fungsi alat ini adalah untuk mengamankan transformator jika
terjadi gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah.
g. Relai Thermis
Alat ini berfungsi untuk mencegah/mengamankan transformator
dari kerusakan isolasi pada kumparan, akibat adanya panas lebih yang
ditimbulkan oleh arus lebih.Besaran yang diukur di dalam relai ini adalah
kenaikan suhu.
PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR
Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang
bersifat induktif.Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan
secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah.
Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-
balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena
kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer.
Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi
(self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh
induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual
induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder,
maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi
listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi).Prinsip dasar suatu
transformator adalah induksi bersama(mutual induction) antara dua rangkaian yang
dihubungkan oleh fluks magnet.
Dalam bentuk yang sederhana,transformator terdiri dari dua buah kumparan
induksi yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu path
yang mempunyai relaktansi yang rendah. Kedua kumparan tersebut mempunyai
mutual induction yang tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan dengan sumber
tegangan bolak-balik, fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan
dengan kumparan yang lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik)
induksi ( sesuai dengan induksi elektromagnet) dari hukum faraday, Bila arus bolak
balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl).
2.2. Jenis-Jenis Transformator
Ada beberapa jenis trafo yang dikenal dan digunakan secara luas di
masyarakat, diantaranya adalah :
1. Trafo Daya
Adalah trafo yang biasa digunakan di GI baik itu GI baik itu GI
Pembangkit dan GI Distribusi dimana trafo tersebut memiliki kapasitas daya yang
besar. Di GI Pembangkit, trafo digunakan untuk menaikkan tegangan ke tegangan
transmisi/tinggi (150/500kV). Sedangkan di GI Distribusi, trafo digunakan untuk
menurunkan tegangan transmisi ke tegangan primer/menengah (11,6/20kV).
2. Trafo Distribusi
Adalah trafo yang digunakan untuk menurunkan tegangan menengah
(11,6/20kV) menjadi tegangan rendah (220/380V). Trafo ini tersebar luas di
lingkungan masyarakat dan mudah mengenalinya karena biasa dicantol di tiang.
Oleh karena itu, biasa juga disebut dengan gardu cantol. Dalam tulisan ini,
penulis hanya membahas tentang trafo ini saja.
3. Trafo Tegangan (Potensial Trafo)
Adalah trafo yang digunakan untuk mengambil input data masukan berupa
besaran tegangan dengan cara perbandingan belitan pada belitan primer atau
sekunder. Trafo ini biasa digunakan untuk pengukuran tak langsung beban yang
mengalir ke pelanggan kemudian membatasinya. Selain itu bisa juga besaran
tegangannya diambil sebagai input data masukan peralatan pengaman jaringan.
4. Trafo Arus (Current Trafo)
Adalah trafo yang digunakan untuk mengambil input data masukan berupa
besaran arus dengan cara perbandingan belitan pada belitan primer atau sekunder.
Trafo ini biasa digunakan untuk pengukuran tak langsung beban arus yang
mengalir ke pelanggan kemudian membatasinya. Selain itu bisa juga besaran
arusnya diambil sebagai input data masukan peralatan pengaman jaringan.
Jenis-Jenis Transformator lainnya yaitu :
1.Step-Up
Gambar 4. Lambang transformator step-up
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder
lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan.
Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik
tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan
dalam transmisi jarak jauh.
2. Step-down
Gambar 5. Skema transformator step-down
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit
daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan.
Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.
3. Autotransformator
Gambar 6. Skema transformator
Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut
secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian
lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder
selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan
sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator
biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan
kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis
ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan
sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik
tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).
4. Autotransformator Variabel
Gambar 7. Skema Autotransformator Variabel
Autotransformator variabel sebenarnya adalah
autotransformator biasa yang sadapan tengahnya
bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan
lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah
5. Transformator Isolasi
Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama
dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer.
Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk
mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi
antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak
digantikan oleh kopling kapasitor.
6. Transformator Pulsa
Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk
memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan
material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu,
fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya
terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan
keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.
7. Transformator Tiga Fasa
Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan
secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang
(Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ).
2.3. Hubungan Transformator
Transformator 3 fasa pada dasarnya merupakan Transformator 1 fase yang
disusun menjadi 3 buah dan mempunyai 2 belitan, yaitu belitan primer dan belitan
sekunder. Ada dua metode utama untuk menghubungkan belitan primer yaitu
hubungan segitiga dan bintang (delta dan wye). Sedangkan pada belitan
sekundernya dapat dihubungkan secara segitiga, bintang dan zig-zag (Delta, Wye
dan Zig-zag). Ada juga hubungan dalam bentuk khusus yaitu hubungan open-
delta (VV connection)
Konfigurasi Transformator 3 Fasa
Transformator hubungan segitiga-segitiga (delta-delta)
Gambar 1. Hubungan delta-delta (segitiga-segitiga).
Pada gambar 1 baik belitan
primer dan sekunder dihubungkan secara
delta. Belitan primer terminal 1U, 1V
dan 1W dihubungkan dengan suplai
tegangan 3 fasa. Sedangkan belitan
sekunder terminal 2U, 2V dan 2W
disambungkan dengan sisi beban. Pada hubungan Delta (segitiga) tidak ada titik
netral, yang diperoleh ketiganya merupakan tegangan line ke line, yaitu L1, L2
dan L3.
Dalam hubungan delta-delta (lihat gambar 1), tegangan pada sisi primer
(sisi masukan) dan sisi sekunder (sisi keluaran) adalah dalam satu fasa. Dan pada
aplikasinya (lihat gambar 2), jika beban imbang dihubungkan ke saluran 1-2-3,
maka hasil arus keluaran adalah sama besarnya. Hal ini menghasilkan arus line
imbang dalam saluran masukan A-B-C. Seperti dalam beberapa hubungan delta,
bahwa arus line adalah 1,73 kali lebih besar dari masing-masing arus Ip (arus
primer) dan Is (arus sekunder) yang mengalir dalam lilitan primer dan sekunder.
Power rating untuk transformator 3 fasa adalah 3 kali rating transformator
tunggal.
Gambar 2. Diagram Hubungan Delta-Delta Transformator 3 Fasa Dihubungkan
Pembangkit Listrik dan Beban
(Load)
Transformator hubungan bintang-bintang (wye–wye)
Gambar 3. Hubungan Belitan Bintang-bintang.
Ketika transformator
dihubungkan secara bintang-bintang,
yang perlu diperhatikan adalah mencegah
penyimpangan dari tegangan line ke
netral (fase ke netral). Cara untuk
mencegah menyimpangan adalah
menghubungkan netral untuk primer ke netral sumber yang biasanya dengan cara
ditanahkan (ground), seperti ditunjukkan pada Gambar 4.
Cara lain adalah dengan menyediakan setiap transformator dengan lilitan
ke tiga, yang disebut lilitan ” tertiary”. Lilitan tertiary untuk tiga transformator
dihubungkan secara delta seperti ditunjukkan pada Gambar 5, yang sering
menyediakan cabang yang melalui tegangan dimana transformator dipasang.
Tidak ada beda fasa antara tegangan line transmisi masukan dan keluaran (primer
& sekunder) untuk transformator yang dihubungkan bintang-bintang.
Gambar 4. Hubungan bintang-bintang.
Gambar 5. Hubungan Bintang-bintang dengan belitan tertier.
Transformator hubungan segitiga-bintang (delta-wye)
Pada hubungan segitiga-bintang (delta-wye), tegangan yang melalui setiap
lilitan primer adalah sama dengan tegangan line masukan. Tegangan saluran
keluaran adalah sama dengan 1,73 kali tegangan sekunder yang melalui setiap
transformator. Arus line pada phasa A, B dan C adalah 1,73 kali arus pada lilitan
sekunder. Arus line pada fasa 1, 2 dan 3 adalah sama dengan arus pada lilitan
sekunder.
Gambar 6. Hubungan Segitiga-Bintang (Delta-wye)
Hubungan delta-
bintang menghasilkan beda
fasa 30° antara tegangan
saluran masukan dan saluran
transmisi keluaran. Maka dari
itu, tegangan line keluaran
E12 adalah 30° mendahului
tegangan line masukan EAB, seperti dapat dilihat dari diagram phasor. Jika
saluran keluaran memasuki kelompok beban terisolasi, beda fasanya tidak
masalah. Tetapi jika saluran dihubungkan paralel dengan saluran masukan dengan
sumber lain, beda phasa 30° mungkin akan membuat hubungan paralel tidak
memungkinkan, sekalipun jika saluran tegangannya sebaliknya identik.
Keuntungan penting dari hubungan bintang adalah bahwa akan
menghasilkan banyak isolasi/penyekatan yang dihasilkan di dalam transformator.
Lilitan HV (high Voltage/tegangan tinggi) telah diisolasi/dipisahkan hanya 1/1,73
atau 58% dari tegangan saluran
Gambar 8. Skema Diagram Hubungan Delta-Bintang dan Diagram Phasor
Transformator hubungan
segitiga terbuka (open-delta)
Hubungan open-delta
ini untuk merubah tegangan
sistem 3 fasa dengan
menggunakan hanya 2
transformator yang
dihubungkan secara open–delta. Rangkaian open–delta adalah identik dengan
rangkaian delta–delta, kecuali bahwa satu transformer tidak ada. Bagaimanapun,
hubungan open-delta jarang digunakan sebab hanya mampu dibebani sebesar
86.6% (0,577 x 3 x rating trafo) dari kapasitas transformator yang terpasang.
Gambar 7. Hubungan Open Delta.
Sebagai contoh, jika 2 transformator 50 kVA dihubungkan secara open–
delta, kapasitas transformator bank yang terpasang adalah jelas 2x50 = 100kVA.
karen terhubung open-delta, maka transformator hanya dapat dibebani 86.6 kVA
sebelum transformator mulai menjadi overheat (panas berlebih). Hubungan open–
delta utamanya digunakan dalam situasi darurat. Maka, jika 3 transformator
dihubungkan secara delta–delta dan salah satunya rusak dan harus
diperbaiki/dipindahkan, maka hal ini memungkinkan
Transformator hubungan Zig-zag
Transformator dengan hubungan Zig-zag memiliki ciri khusus, yaitu
belitan primer memiliki tiga belitan, belitan sekunder memiliki enam belitan dan
biasa digunakan untuk beban yang tidak seimbang (asimetris) - artinya beban
antar fasa tidak sama, ada yang lebih besar atau lebih kecil-
Gambar 9. Hubungan Bintang-
zigzag (Yzn5)
Gambar 9 menunjukkan belitan
primer 20 KV terhubung dalam
bintang L1, L2 dan L3 tanpa netral N
dan belitan sekunder 400 V
merupakan hubungan Zig-zag
dimana hubungan dari enam belitan
sekunder saling menyilang satu dengan lainnya. Saat beban terhubung dgn phasa
U dan N arus sekunder I2 mengalir melalui belitan phasa phasa U dan phasa S.
Bentuk vektor tegangan Zig-zag garis tegangan bukan garis lurus,tetapi bergeser
dengan sudut 60°.
Transformator Tiga Fasa dengan Dua Kumparan
Selain hubungan transforamator seperti telah dijelaskan pada sub-bab sebelumnya,
ada transformator tiga fasa dengan dua kumparan. Tiga jenis hubungan yang
umum digunakan adalah :
V - V atau “ Open Δ “
“ Open Y - Open Δ “
Hubungan T – T
Hubungan Open Delta
Ini dimungkinkan untuk mentransformasi sistem tegangan 3 fasa hanya
menggunakan 2 buah trafo yang terhubung secara open delta. Hubungan open
delta identik dengan hubungan delta delta tetapi salah satu trafo tidak dipasang.
Hubungan ini jarang digunakan karena load capacity nya hanya 86.6 % dari
kapasitas terpasangnya.
Sebagai contoh:
Jika dua buah trafo 50 kVA dihubungkan secara open delta, maka
kapasitas terpasang yangseharusnya adalah 2 x 50 = 100 kVA. Namun,
kenyatannya hanya dapat menghasilkan 86.6 kVA, sebelum akhirnya trafo
mengalami overheat. Dan hubungan open delta ini umumnya digunakan dalam
situasi yang darurat.
Gambar 11 Trafo Hubungan
open Delta / V – V
Kekurangan Hubungan ini
adalah :
Faktor daya rata-rata,
pada V - V beroperasi lebih kecil dari P.f beban, kira kira 86,6% dari
faktor daya beban seimbang.
Tegangan terminal sekunder cenderung tidak seimbang, apalagi saat beban
bertambah.
Gambar 13 Trafo hubungan
Open Y open Delta
Hubungan Open Y -
Open Δ diperlihatkan
padaGambar diatas, ada
perbedaan dari hubungan V -
V karena penghantar titik
tengah pada sisi primer
dihubungkan ke netral (ground). Hubungan ini bisa digunakan pada transformator
distribusi.
Hubungan Scott atau T – T
Hubungan ini merupakan transformasi tiga fasa ke tiga fasa dengan
bantuan dua buah transformator (Kumparan). Satu dari transformator mempunyai
“Centre Taps “ pada sisi primer dan sekundernya dan disebut “ Main
Transformer“. Transformator yang lainnya mempunyai “0,866 Tap“ dan disebut
“Teaser Transformer “. Salah satu ujung dari sisi primer dan sekunder “teaser
Transformer” disatukan ke “ Centre Taps” dari “ main transformer “. “ Teaser
Transformer” beroperasi hanya 0,866 dari kemampuan tegangannya dan
kumparan “ main transformer “ beroperasi pada Cos 30 ° = 0,866 p.f, yang
ekuivalen dengan “ main transformer “ bekerja pada 86,6 % dari kemampuan daya
semunya
Gambar 12 Hubungan Scott atau T-T
Kesimpulannya adalah Transformator 3 fasa banyak di aplikasikan untuk
menangani listrik dengan daya yang besar. Terdapat berbagai macam hubungan
pada trafo tiga fasa yang dalam penggunaannya disesuaikan dengan kebutuhan
dan rating tegangan yang akan dipikulnya.
Salah satu hubungan pada trafo tiga fasa yang sering di pakai adalah
Hubungan Delta Bintang dan Bintang Delta, kedua jenis hubungan ini biasanya
dipakai dalam sistem tenaga listrik khususnya pada bagian transmisi listrik untuk
menaikkan tegangan (Δ-Y) dan menurunkan tegangan (Y - Δ ). Untuk suatu
keadaan darurat, trafo hubung delta dapat dibuat menjadi open delta namun
dengan kapasiatas hanya 86.6 % dari kapasitas terpasangnya.
2.4. Perhitungan Dasar Transformator
Dasar-dasar Perhitungan dan Perencanaan Transformator
A. Besaran Utama
Susunan trafo daya pada dasarnya adalah seperti pada gambar di atas
Pada inti besi berbahan ferromagnetis b dililitkan gulungan primer
sebanyak n1 , dan lilitan sekunder sebanyak n2 . Bila lilitan primer diberi
tegangan bolak-balik (AC) dengan harga efektif sebesar V1 dengan frekuensi f ,
maka dalam inti besi b akan timbul fluks magnet Φ. Hubungan antara V1 dengan
Φ bagi tegangan bolak-balik berbentuk sinus adalah :
V1 = 4,44 f n1 Φ (1)
Dengan adanya fluks magnet Φ , maka pada lilitan sekunder yang juga
melingkupi fluks magnet tersebut akan diinduksikan tegangan sekunder sebesar
V2 = 4,44 f n2 Φ (2)
Dari kedua persamaan diatas kalau kita bagi maka akan kita dapatkan persamaan:
V1 / V2 = n1 / n2 (3)
Dengan kata lain, tegangan lilitan-lilitan suatu transformator adalah
sebanding dengan jumlah lilitannya masing-masing.
Jika lilitan sekunder diberi beban, sehingga akan mengalir arus sebesar I2 ,
maka arus ini juga akan membentuk fluks pada inti besi sebesar Φ2 , yang akan
mengubah besarnya Φ awal. Bila hal ini terjadi, maka keseimbangan antara V1 dan
Φ pada persamaan (1) akan terganggu. Hal ini akan menyebabkan mengalirnya
arus I1 pada primer, yang berakibat timbulnya fluks Φ1 . Arus I1 nilainya
sedemikian besar, sehingga Φ1 akan meniadakan pengaruh Φ2, atau dengan kata
lain Φ1 = Φ2.
Karena Φ1 sebanding dengan n1 I1 , dan Φ2 sebanding dengan n2 I2 , maka akan
timbul persamaan :
n1 I1 = n2 I2 atau I1 / I2 = n2 / n1 (4)
Bila tegangan sebanding dengan jumlah lilitan, maka arus akan berbanding
terbalik dengan jumlah lilitan. Persamaan (3) dan (4) adalah rumus dasar
transformator dalam keadaan ideal. Perkalian antara persamaan (3) dan (4)
menghasilkan :
V1 I1 / V2 I2 = 1 atau V1 I1 = V2 I2 (5)
Dari persamaan tersebut jelas bahwa daya yang disalurkan lewat lilitan
primer sama dengan daya yang diberikan oleh sekunder.
Keadaan diatas adalah keadaan pada trafo yang ideal. Trafo ideal cirinya
ialah bahwa fluks Φ yang timbul dengan sendirinya jika primer diberi
tegangan V1 , dan I2 = I1 = 0. Jadi untuk membentuk fluks tidak diperlukan suatu
arus apapun. Hal ini sebenarnya tidak mungkin terjadi, karena untuk membentuk
fluks Φ diperlukan arus yang diambil dari sumber V1 yang disebut arus
magnetisasi atau arus beban nol I0.
Nilai fluks per satuan penampang disebut induksi magnet B .
B = Φ / Aeff (6)
Di dalam inti trafo arus yang membentuk fluks magnet adalah arus
magnetisasi yang merupakan arus bolak-balik dengan frekuensi f. Karenanya
fluks di dalamnya juga akan berubah-ubah sesuai dengan frekuensi arus tersebut.
Magnetisasi inti secara bolak-balik ini akan menimbulkan kerugian yang
disebut kerugian histeresis. Kerugian histeresis ini besarnya sebanding dengan
luas jerat histeresis tersebut. Kecuali dari jenis bahan inti trafo, luas jerat histeresis
juga tergantung dari besarnya Induksi maksimum Bm yang dicapai dalam
magnetisasi bolak-balik itu. Kerugian hiteresis ini sebanding dengan (Bm)2.
Besarnya nilai induksi maksimum Bm dapat diperoleh dari :
Bm = Φ / Aeff = V1 / 4,44 f n1 Aeff (7)
Dari persamaan (1) dan (7), maka daya semu trafo dapat ditulis dengan
persamaan:
P = V1 I1
= 4,44 f n1 Bm Aeff I1 (8)
Kalau penampang kawat primer adalah q1 , maka jika kita memakai besaran padat
arus dengan persamaan s = I1 / q1 (A/mm2) , dari persamaan (8) akan kita
dapatkan :
P = V1 I1
= 4,44 f n1 Bm Aeff q1 s
= 4,44 f Bm s Aeff ( n1 q1 ) (9)
Karena n1 I1 = n2 I2 , maka bila padat arus diambil sama dengan padat arus
sekunder, akan diperoleh :
n1 q1 s = n2 q2 s karena besaran s sama maka n1 q1 = n2 q2
Dapat juga kita tulis n1 q1 = ½ ( n1 q1 + n2 q2 ) sehingga kita peroleh :
P = 2,22 f Bm s Aeff ( n1 q1 + n2 q2 ) (10)
( n1q1 + n2q2 ) tidak lain adalah luas jendela inti yang ditempati oleh penampang-
penampang kawat primer dan sekunder, sisanya ditempati oleh kertas isolasi dan
ruang udara antar kawat.
Jika luas jendela dimisalkan Acu , maka dapat ditulis :
( n1 q1 + n2 q2 ) = 100 c Acu (11)
dimana c adalah suatu konstanta yang disebut faktor pengisian. Faktor 100
karena Acu akan dinyatakan dalam cm2, sedangkan q1 dan q2 dinyatakan dalam
mm2.
Dari persamaan (10) dan (11) dapat kita peroleh :
P = 222 f Bm s c ( Aeff Acu ) (12)
Jadi bila suatu inti trafo dengan ukuran tertentun maka hasil luas
penampang besi dengan luas jendelanya adalah sebanding dengan daya trafo yang
mungkin dibuat oleh inti tersebut. Tin ggal tergantung dari pembebanan besi
dengan Bm serta pembebanan tembaga dengan s.
Bila selanjutnya Acu dipilih sebanding dengan Aeff untuk berbagai ukuran
inti, maka ada hubungan Acu = m Aeff , sehingga dapat kita tulis :
P = 222 f Bm s c m Aeff2
atau Aeff = √P / √2,22 f Bm s c m
dimana Aeff : Luas penampang inti besi
P : Daya trafo
f : frekuensi ( di Indonesia 50 Hz )
Bm : Induksi maksimal ( 0,9 ... 1,1 Wb/m2 )
s : Kepadatan arus ( 1,5 ... 5 A/mm2 )
c : faktor pengisian ( 0,45 ... 0,7 )
m : Acu/Aeff
Jika kita ambil besar Bm = 1,0 Wb/m2 = 10-4 Wb/cm2 , s = 3 A/mm2 , c = 0,5 , dan
m = kita ambil perkiraan besarnya 0,6 maka persamaan diatas dapat kita
sederhanakan menjadi :
Aeff = √P / √222 x 50 x 10-4 x 3 x 0,5 x 0,6
= √P / √1
Aeff = √P (13)
B. Perhitungan Inti Transformator dan Kawat Tembaga
Untuk menentukan lebar penampang inti b dipakai pendekatan
b = √Aeff / 1,5 hingga √Aeff (14)
setelah ketemu lebar penampang inti tinggal menentukan panjang inti besi
h = Aeff /
b
( 15)
Untuk menentukan diameter kawat sekunder yang akan digunakan , lebih dulu
dihitung arus sekundernya :
I2 = P2 / V2
penampang kawat sekunder
q2 = I1 / s nilai padat arus s antara 1,5 ... 5 A/mm2
diameter kawat sekunder
d2 = √4 / φ x q2
= √4 / φ x I2 / s
= √4 / φ x I2 / s jika s kita pakai besaran 3A/mm2
maka = (√4 / 3,14 x 3 ) √I2
= (√0,424 ) √I2
d2 = 0,7 √I2 (16)
jumlah lilitan sekunder per volt perlu ditambahkan 10% dari totalnya, gunanya
untuk memperhitungkan kerugian tegangan pada waktu trafo diberi beban
sehingga persamaannya
n2 / V = 110% x ( 1 / 4,44 f Bm Aeff )
Jika kita pilih nilai f = 50Hz , dan Bm = 10-4 Wb/cm2 , maka
n2 / V = 1,1 x ( 1 / 4,44 x 50 x 10-4 ) x ( 1 / Aeff )
= 49,549 x 1 / Aeff
n2 / V ≈ 50 / Aeff (17)
Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya listrik keluaran
dengan daya listrik pada masukannya. Pada transformator ideal efisiensinya 100
%, tetapi pada kenyataannya efisiensi tranformator tidak akan bisa mencapai 100
% , hal ini disebabkan karena sebagian energi terbuang menjadi panas atau energi
bunyi.
Efisiensi trafo untuk tegangan rendah kira-kira hanya 90%, sehingga
dalam perencanaan suatu trafo setelah ditentukan daya keluaran sekundernya, agar
bisa mendekati maksimal dayanya, maka daya primer kita tambahkan 10% nya
P1 = ( 100 % + 10 % ) x P2
P1 = 1,1 x P2 (18)
Sehingga dapat kita cari nilai arus primernya
I1 = P1 / V1
Untuk menetukan diameter kawat primer jika dipakai padat arus 3 A/mm2 maka
rumusnya sama seperti waktu menetukan diameter kawat sekunder :
d1 = 0,7 √I1 (19)
Jumalah lilitan per volt jika kita pilih nilai f = 50Hz , dan Bm = 10-4 Wb/cm2 , maka
:
n1 / V = 1 / 4,44 f Bm Aeff
= ( 1 / 4,44 x 50 x 10-4 ) x ( 1 / Aeff )
n1 / V = 45 / Aeff (20)
Setelah diameter kawat dan jumlah lilitan sekunder maupun primer sudah
ditentukan perlu pengecekan apakah gulungan dapat masuk ke dalam jendela
dengan baik. Langkah pengecekan dapat menggunakan rumus :
c = ( n1 q1 + n2 q2 ) / Acu (21)
Dimana Acu = x . y ( dalam mm2 ) lihat gambar 2 untuk ukuran x dan y
Nilai c yang baik adalah antara 0,45 ... 0,7 . Kalau lebih besar dari 0,7
kemungkinan gulungan kawat tidak dapat masuk kedalam jendela inti. Jika hasil
dari c kurang dari 0,45 berarti inti besi kurang dimanfaatkan dengan baik sehingga
kurang ekonomis.
Tabel 1. Ukuran kern trafo EI
N o T i p e a
(mm)
b
(mm)
c,c 1 ,c 2
(mm)
D
(mm)
e
(mm)
x
(mm)
y
(mm)
1 E I - 2 4 2 4 6 3 1 5 1 8 6 1 2 , 0 5
2 E I - 2 8 2 8 8 4 2 1 2 5 6 1 7
3 E I - 2 9 , 6 2 9 , 6 8 4 1 9 , 4 2 3 , 6 5 6 , 8 1 5 , 4
4 E I - 3 0 3 0 1 0 5 2 0 2 5 5 1 5
5 E I - 3 5 3 5 1 0 5 2 4 , 5 2 9 , 5 7 , 5 1 9 , 5
6 E I - 3 8 , 4 3 8 , 4 1 2 , 8 6 , 4 2 5 , 7 3 2 , 2 6 , 4 1 9 , 2
7 E I - 4 1 4 1 1 3 6 2 7 3 3 8 2 1
8 E I - 4 3 4 3 1 3 6 , 6 2 8 , 2 3 4 , 8 8 , 4 2 1 , 6
9 E I - 4 8 4 8 1 6 8 3 2 4 0 8 2 4
1 0 E I - 5 0 5 0 1 4 9 3 4 4 2 9 2 5
1 1 E I - 5 4 5 4 1 8 9 3 6 4 5 9 2 7
1 2 E I - 5 7 5 7 1 9 9 , 5 3 8 4 7 , 5 9 , 5 2 8 , 5
1 3 E I - 6 0 6 0 2 0 1 0 4 0 5 0 1 0 3 0
1 4 E I - 6 6 6 6 2 2 1 1 4 4 5 5 1 1 3 3
1 5 E I - 7 5 7 5 2 5 1 2 , 5 5 0 6 2 , 5 1 2 , 5 3 7 , 5
1 6 E I - 7 6 , 2 7 6 , 2 2 5 , 4 1 2 , 7 5 0 , 8 6 3 , 5 1 2 , 7 3 8 , 1
1 7 E I - 7 8 7 8 2 6 1 3 5 2 6 5 1 3 3 9
1 8 E I - 8 4 8 4 2 8 1 4 5 6 6 7 1 4 3 9
1 9 E I - 8 5 , 8 8 5 , 8 2 8 , 6 1 4 , 3 5 7 , 2 7 1 , 5 1 4 , 3 4 2 , 9
2 0 E I - 9 6 9 6 3 2 1 6 6 4 8 0 1 6 4 8
2 1 E I - 1 0 5 1 0 5 3 5 1 7 , 5 7 0 8 7 , 5 1 7 , 5 5 2 , 5
2 2 E I - 1 1 4 1 1 4 3 8 1 9 7 6 9 5 1 9 5 7
2 3 E I - 1 2 0 1 2 0 4 0 2 0 8 0 4 0 2 0 6 0
2 4 E I - 1 3 2 1 3 2 4 4 2 2 8 8 1 1 0 2 2 6 6
2 5 E I - 1 3 3 , 2 1 3 3 4 4 , 4 2 2 , 2 8 8 , 8 1 1 1 2 2 , 2 6 6 , 6
2 6 E I - 1 4 4 1 4 4 4 0 2 6 9 8 1 2 4 2 6 7 2
2 7 E I - 1 5 0 1 5 0 5 0 2 5 1 0 0 1 2 5 2 5 7 5
2 8 E I - 1 5 2 , 4 1 5 2 , 4 5 0 , 8 2 5 , 4 1 0 1 , 6 1 2 7 2 5 , 4 7 6 , 2
2 9 E I - 1 6 2 1 6 2 5 4 2 7 1 0 8 1 3 5 2 7 8 1
3 0 E I - 1 6 8 1 6 8 5 6 2 8 1 1 2 1 4 0 2 8 8 4
3 1 E I - 1 7 1 1 7 1 5 7 2 8 , 5 1 1 4 1 4 2 , 5 2 8 , 5 8 5 , 5
3 2 E I - 1 8 0 1 8 0 6 0 3 0 1 2 0 1 5 0 3 0 9 0
3 3 E I - 1 9 2 1 9 2 6 4 3 2 1 2 8 1 6 0 3 2 9 6
3 4 E I - 2 1 0 2 1 0 7 0 3 5 1 4 0 1 7 5 3 5 1 0 5
3 5 E I - 2 4 0 2 4 0 8 0 4 0 1 6 0 2 0 0 4 0 1 2 0
Tabel 2. Ukuran kawat dan kekuatan hantar arusnya
AWG
Gaug
e
Diameter
mm M a x i m u m A m p e r e f o r c h a s s i s w i r i n g M a x i m u m A m p e r e f o r P o w e r T r a n s m i s s i o n
Ohm per km
OOOO 11.684 3 8 0 3 0 2 0 . 1 6 0 7 2
O OO 10.40384 3 2 8 2 3 9 0 . 2 0 2 7 0 4
O O 9.26592 2 8 3 1 9 0 0 . 2 5 5 5 1 2
0 8.25246 2 4 5 1 5 0 0 . 3 2 2 4 2 4
1 7.34822 2 1 1 1 1 9 0 . 4 0 6 3 9 2
2 6.54304 1 8 1 9 4 0 . 5 1 2 6 6 4
3 5.82676 1 5 8 7 5 0 . 6 4 6 1 6
4 5.18922 1 3 5 6 0 0 . 8 1 5 0 8
5 4.62026 1 1 8 4 7 1 . 0 2 7 6 2 4
6 4.1148 1 0 1 3 7 1 . 2 9 5 9 2 8
7 3.66522 8 9 3 0 1 . 6 3 4 0 9 6
8 3.2639 7 3 2 4 2 . 0 6 0 4 9 6
9 2.90576 6 4 1 9 2 . 5 9 8 0 8 8
1 0 2.58826 5 5 1 5 3 . 2 7 6 3 9 2
1 1 2.30378 4 7 1 2 4 . 1 3 2 8
1 2 2.05232 4 1 9 . 3 5 . 2 0 8 6 4
1 3 1.8288 3 5 7 . 4 6 . 5 6 9 8 4
1 4 1.62814 3 2 5 . 9 8 . 2 8 2
1 5 1.45034 2 8 4 . 7 1 0 . 4 4 3 5 2
1 6 1.29032 2 2 3 . 7 1 3 . 1 7 2 4 8
1 7 1.15062 1 9 2 . 9 1 6 . 6 0 9 9 2
1 8 1.02362 1 6 2 . 3 2 0 . 9 4 2 8
1 9 0.91186 1 4 1 . 8 2 6 . 4 0 7 2 8
2 0 0.8128 1 1 1 . 5 3 3 . 2 9 2
2 1 0.7239 9 1 . 2 4 1 . 9 8 4
2 2 0.64516 7 0 . 9 2 5 2 . 9 3 9 2
2 3 0.57404 4 . 7 0 . 7 2 9 6 6 . 7 8 0 8
2 4 0.51054 3 . 5 0 . 5 7 7 8 4 . 1 9 7 6
2 5 0.45466 2 . 7 0 . 4 5 7 1 0 6 . 1 7 3 6
2 6 0.40386 2 . 2 0 . 3 6 1 1 3 3 . 8 5 6 8
2 7 0.36068 1 . 7 0 . 2 8 8 1 6 8 . 8 2 1 6
2 8 0.32004 1 . 4 0 . 2 2 6 2 1 2 . 8 7 2
2 9 0.28702 1 . 2 0 . 1 8 2 2 6 8 . 4 0 2 4
3 0 0 . 2 5 4 0 . 8 6 0 . 1 4 2 3 3 8 . 4 9 6
3 1 0.22606 0 . 7 0 . 1 1 3 4 2 6 . 7 2 8
3 2 0.2032 0 . 5 3 0 . 0 9 1 5 3 8 . 2 4 8
3 3 0.18034 0 . 4 3 0 . 0 7 2 6 7 8 . 6 3 2
3 4 0.16002 0 . 3 3 0 . 0 5 6 8 5 5 . 7 5 2
3 5 0.14224 0 . 2 7 0 . 0 4 4 1 0 7 9 . 1 2
3 6 0 . 1 2 7 0 . 2 1 0 . 0 3 5 1 3 6 0
3 7 0.1143 0 . 1 7 0 . 0 2 8 9 1 7 1 5
3 8 0.1016 0 . 1 3 0 . 0 2 2 8 2 1 6 3
3 9 0.0889 0 . 1 1 0 . 0 1 7 5 2 7 2 8
4 0 0.07874 0 . 0 9 0 . 0 1 3 7 3 4 4 0
C. Contoh Perencanaan dan Perhitungan Trafo Daya
Misalkan kita mau membuat/gulung trafo kotak EI dengan tegangan
primer 220V dan sekundernya 32V CT ; 5A , maka perhitungannya dengan
memakai rumus-rumus trafo diatas.
1. Hitung daya trafo yang kita butuhkan
P2 = V2 x I2
= 2 x 32 x 5
= 320 VA
Sehingga daya primernya
P1 = 1,1 x P2
= 1,1 x 320
= 352 VA
2. Hitung luas penampang inti besinya
Aeff = √ P1
= √ 352
Aeff = 18,7 cm2
3. Hitung lebar dan panjang inti besinya
b = √Aeff / 1,3
= √18,7 / 1,3
= 3,79 cm
dengan melihat tabel ukuran inti besi, maka ukuran lebar yang mendekati
adalah 3,8 cm (EI-114)
h = Aeff / b
= 18,7 / 3,8
= 4,9 cm
4. Tentukan diameter kawat primer dan sekunder
d1 = 0,7 x √ I1
= 0,7 x √ 352 / 220
= 0,7 x √ 1,6
= 0,88 mm
Dengan melihat tabel ukuran kawat yang mendekati yaitu AWG 19 diameter
0,91 mm
d2 = 0,7 x √ I2
= 0,7 x √ 5
= 0,7 x 2,236
= 1,56 mm
Di tabel ukuran kawat yang mendekati yaitu AWG 14 diameter 1,6 mm.
5. Menghitung jumlah lilitan primer dan sekunder
n1 = ( 45 / Aeff ) x 220
= ( 45 / 18,7 ) x 220
= 2,4 x 220
= 529 lilit
n2 = ( 50 / Aeff ) x 32
= ( 50 / 18,7 ) x 32
= 2,67 x 32
= 85 lilit
Karena mau dibikin CT (Center Tap) maka gulungannya menjadi 2 kali, 85 lilit
- CT - 85 lilit
6. Pengecekan gulungan
c = ( n1 q1 + n2 q2 ) / Acu
Acu adalah luas jendela inti (x.y), dari tabel 2 , untuk core EI-114 nilai x = 19
mm , y = 57 mm
luas penampang q = ¼ π d2
c = ( 529 x ¼ x 3,14 x 0,912 + 85 x 2 x ¼ x 3,14 x 1,622 ) / ( 19 x 57 )
= ( 343,88 + 350,22 ) / 1083
= 694,1 / 1083
= 0,64
Nilai c = 0,64 berarti bisa dipastikan kawat dapat masuk ke jendela inti.
2.5. Teori Motor Listrik DC
Pengertian Motor DC
Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi
listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya
memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat
bahan,dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan
di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab
diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di
industri.
Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan
medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc
disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor
(bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada
medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada
setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja
dari arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang
mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus
yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet.
Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar
bebas di antara kutub-kutub magnet permanen.
Gambar 1. Motor D.C Sederhana
Catu tegangan dc dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh
komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu
lilitan pada gambar di atas disebut angker dinamo. Angker dinamo adalah sebutan
untuk komponen yang berputar di antara medan magnet.
Prinsip Dasar Cara Kerja
Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor.
Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor.
Gambar 2. Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor .
Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis
fluks di sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan
jempol mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan
arah garis fluks. Gambar 3 menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar
konduktor berubah arah karena bentuk U.
Gambar 3. Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor.
Catatan :
Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah konduktor jika ada arus
mengalir pada konduktor tersebut.
Pada motor listrik konduktor berbentuk U disebut angker dinamo.
Gambar 4. Medan magnet mengelilingi konduktor dan diantara kutub.
Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub uatara
dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan
magnet kutub. Lihat gambar 5.
Gambar 5. Reaksi garis fluks.
Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan
(looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui
ujung B.
Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada
kutub dan menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan
berusaha bergerak ke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B
yang berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan
menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha
untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya
tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum jam.
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :
Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran /
loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan
mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.
Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan
tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh
susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.
Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan
menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah
tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun
sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet
disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai
tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat
pada gambar di bawah ini :
Gambar Prinsip kerja motor dc
Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara
sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang
disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang
dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor.
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang
dimaksud dengan beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran
tenaga putar / torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya
dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok :
Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya
bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi.
Contoh beban dengan torque konstan adalah corveyors, rotary kilns, dan
pompa displacement konstan.
Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi
dengan kecepatn operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa
sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan).
Peralatan Energi Listrik : Motor Listrik.
Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang
berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban
dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
Prinsip Arah Putaran Motor
Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming
tangan kiri. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah
dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet memotong sebuah kawat
penghantar yang dialiri arus searah dengan empat jari, maka akan timbul gerak
searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya sama dengan F.
Prinsip motor : aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam
pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada
penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah
besar.
Contoh :
Sebuah motor DC mempunyai kerapatan medan magnet 0,8 T. Di bawah
pengaruh medan magnet terdapat 400 kawat penghantar dengan arus 10A. Jika
panjang penghantar seluruhnya 150 mm, tentukan gaya yang ada pada armature.
Jawab :
F = B.I.ℓ.z = 0,8 (Vs/m2). 10A. 0,15 m.400
= 480 (Vs.A/m)
= 480 (Ws/m) = 480 N.
Electromotive Force (EMF) / Gaya Gerak Listrik
EMF induksi biasanya disebut EMF Counter. atau EMF kembali. EMF kembali
artinya adalah EMF tersebut ditimbulkan oleh angker dinamo yang yang melawan
tegangan yang diberikan padanya.
Teori dasarnya adalah jika sebuah konduktor listrik memotong garis medan
magnet maka timbul ggl pada konduktor.
Gambar 8. E.M.F. Kembali.
EMF induksi terjadi pada motor listrik, generator serta rangkaian listrik
dengan arah berlawanan terhadap gaya yang menimbulkannya.
HF. Emil Lenz mencatat pada tahun 1834 bahwa “arus induksi selalu berlawanan
arah dengan gerakan atau perubahan yang menyebabkannya”. Hal ini disebut
sebagai Hukum Lenz.
Timbulnya EMF tergantung pada:
kekuatan garis fluks magnet
jumlah lilitan konduktor
sudut perpotongan fluks magnet dengan konduktor
kecepatan konduktor memotong garis fluks magnet
Tidak ada arus induksi yang terjadi jika angker dinamo diam.
Mengatur Kecepatan pada Armature
Berdasarkana persamaan di bawah ini :
Jika flux Φ tetap dijaga konstan, dan kecepatannya berubah berdasarkan armature
voltage (Es). Dengan naiknya atau turunnya Es, kecepatan motor akan naik atau
turun sesuai dengan perbandingannya.
Pada gambar di atas dapat dilihat bahwa Es dapat divariasikan dengan
menghubungkan motor armature M ke excited variable – voltage dc generator G
yang berbeda. Field excitation dari motor tetap dijaga tetap kosntan, tetapi
generator Ix bisa divariasikan dari nol sampai maksimum dan bahkan sebaliknya.
Oleh sebab itu generator output voltage Es bisa divariasikan dari nol sampai
maksimum, baik dalam polaritas positif maupun negatif. Oleh karena itu,
kecepatan motor dapat divariasikan dari nol sampai maksimum dalam dua arah.
Metode speed control ini, dikenal sebagai sistem Ward-Leonard, ditemukan di
pabrik baja (steel mills), lift bertingkat, pertambangan, dan pabrik kertas.
Dalam instalasi modern, generator sering digantikan dengan high-power
electronic converter yang mengubah ac power dari listrik ke dc.
Ward-Leonard sistem lebih dari sekadar cara sederhana dengan
menerapkan suatu variabel dc ke armature dari motor dc. Hal tersebut benar-benar
dapat memaksa motor utnuk mengembangkan torsi dan kecepatan yang
dibutuhkan oleh beban. Contohnya, misalkan Es disesuaikan dengan sedikit lebih
tinggi daripada Eo dari motor. Arus akan mengalir dengan arah sesuai dengan
gambar di atas, dan motor mengembangkan torsi yang positif. Armature dari
motor menyerap power karena I mengalir ke terminal positif.
Sekarang, misalkan kita megurangi Es dengan mengurangi excitation ΦG.
Segera setelah Es menjadi kurang dari Eo, arus I berbalik. Hasilnya, torsi motor
berbalik dan armature dari motor menghantarkan daya ke generator G. Akibatnya,
motor dc mendadak menjadi generator dan generator G mendadak menjadi motor.
Maka, dengan mengurangi Es, motor tiba-tiba dipaksa untuk memperlambat.
Apa yang terjadi kepada power dc yg diterima oleh generator? Saat
generator menerima daya listrik, generator beroperasi sebagai motor,
mengendalikan motor ac nya sendiri sebagai asynchrounous generator. Hasilnya,
ac power memberikan kembali ke rangkaian yang biasanya memberikan motor ac.
Kenyataannya daya bisa diperoleh kembali, cara ini membuat Ward-Leonard
sistem menjadi sangat efisien.
Contoh soal :
Calculate
a. Torsi motor dan kecepatan saat
Es = 400 V dan Eo = 380 V
b. Torsi motor dan kecepatan saat
Es = 350 V dan Eo = 380 V
Solution
a. Arus armature adalah
I = (Es – Eo)/R = (400-380)/0.01
= 2000 A
Daya ke motor armature adalah
P = EoI = 380 x 2000 = 760kW
Kecepatan motor adalah
n = (380 V / 500 V) x 300 = 228r/min
Torsi motor adalah
T = 9.55 P/n
= (9.55 x 760 000)/228
= 47.8 kN.m
b. Karena Eo = 380 V, kecepatan motor masih 228 r/min. Arus armature adalah
I = (Es-Eo)/R = (350-380)/0.01
= -3000A
Arusnya negatif dan mengalir berbalik; akibatnya, torsi motor juga berbalik. Daya
dikembalikan ke generator dan hambatan 10 mΩ :
P = EoI = 380 x 3000 = 1140kW
Braking torque yang dikembangkan oleh motor :
T = 9.55 P/n
= (9.55 X 1 140 000)/228
= 47.8 kN.m
Kecepatan dari motor dan dihubungkan ke beban mekanis akan cepat jatuh
dibawah pengaruh electromechanical braking torque.
Cara lain untuk mengontrol kecepatan dari motor dc adalah menempatkan
rheostat yang di-seri-kan dengan armature (gambar di atas). Arus dalam rheostat
menghasilkan voltage drop jika dikurangi dari fixed source voltage Es,
menghasilkan tegangan suplai yang lebih kecil dari armature. Metode ini
memungkinkan kita untuk mengurangi kecepatan dibawah kecepatan nominalnya.
Ini hanya direkomendasikan untuk motor kecil karena banyak daya dan pasa yang
terbuang dalam rheostat, dan efisiensi keseluruhannya rendah. Di samping itu,
pengaturan kecepatan lemah, bahkan untuk rheostat yg diatur fixed. Akibatnya, IR
drop sedangkan rheostat meningkat sebagaimana arus armature meningkat. Hal ini
menghasilkan penurunan kecepatan yang besar dengan naiknya beban mekanis.
Mengatur Kecepatan dengan Field
Berdasarkan persamaan di atas kita juga dapat memvariasikan kecepatan motor dc
dengan memvariasikan field flux Φ. Tegangan armature Es tetap dijaga konstan
agar numerator pada persamaan di atas juga konstan. Oleh sebab itu, kecepatan
motor sekarang berubah perbandingannnya ke flux Φ; jika kita menaikkan
fluxnya, kecepatan akan jatuh, dan sebaliknya.
Metode dari speed control ini seringkali digunakan saat motor harus
dijalankan diatas kecepatan rata-ratanya, disebut base speed. Untuk mengatur flux
( dan kecepatannya), kita menghubungkan rheostat Rf secara seri dengan fieldnya.
Untuk mengerti metode speed control, pada gambar di atas awalnya
berjalan pada kecepatan konstan. Counter-emf Eo sedikit lebih rendah dari
tegangan suplai armature Es, karena penurunan IR armature. Jika tiba-tiba
hambatan dari rheostat ditingkatkan, baik exciting current Ix dan flux Φ akan
berkurang. Hal ini segera mengurangi cemf Eo, menyebabkan arus armature I
melonjak ke nilai yang lebih tinggi. Arus berubah secara dramatis karena nilainya
tergantung pada perbedaam yang sangat kecil antara Es dan Eo. Meskipun
fieldnya lemah, motor mengembangkan torsi yang lebih besar dari sebelumnya.
Itu akan mempercepat sampai Eo hampir sama dengan Es.
Untuk lebih jelasnya, untuk mengembangkan Eo yang sama dengan fluks
yang lebih lemah, motor harus berputar lebih cepat. Oleh karena itu kita dapat
meningkatkan kecepatan motor di atas nilai nominal dengan memperkenalkan
hambatan di dalam seri dengan field. Untuk shunt-wound motors, metode dari
speed control memungkinkan high-speed/base-speed rasio setinggi 3 : 1. Range
broader speed cenderung menghasilkan ketidakstabilan dan miskin pergantian.
Di bawah kondisi-kondisi abnormal tertentu, flux mungkin akan drop ke
nilai rendah yang berbahaya. Sebagai contoh, jika arus exciting dari motor shunt
sengaja diputus, satu-satunya flux yang tersisa adalah remanent magnetism
(residual magnetism) di kutub. Flux ini terlalu kecil bagi motor untuk berputar
pada kecepatan tinggi yang berbahaya untuk menginduksi cemf yang diharuskan.
Perangkat keamanan diperkenalkan untuk mencegah kondisi seperti pelarian.
Shunt motor under load
Mempertimbangkan sebuah motor dc berjalan tanpa beban. Jika beban
mekanis tiba-tiba diterapkan pada poros, arus yang kecil tanpa beban tidak
menghasilkan torsi untuk membawa beban dan motor mulai perlahan turun. Ini
menyebabkan cemf berkurang, menghasilkan arus yang lebih tinggi dan torsi
lebih tinggi. Saat torsi dikembangkan oleh motor adalah sama dengan torsi yang
dikenakan beban mekanik, kemudian, kecepatan akan tetap konstan. Untuk
menyimpulkan, dengan meningkatnya beban mekanis, arus armature akan naik
dan kecepatan akan turun.
Kecepatan motor shunt akan tetap relatif konstan dari tidak ada beban ke
beban penuh. Pada motor yang kecil, itu hanya turun sebesar 10-15 persen saat
beban penuh ditambahkan. Pada mesin yang besar, dropnya bahkan berkurang,
sebagian ke hambatan armature yang paling rendah. Dengan menyesuaikan field
rheostat, kecepatan harus dijaga agar benar-benar konstan sesuai dengan
perubahan beban.
Series motor
Motor seri identik dalam kosntruksi untuk motor shunt kecuali untuk field.
Field dihubungkan secara seri dengan armature, oleh karena itu, membawa arus
armature seluruhnya. Field seri ini terdiri dari beberapa putaran kawat yang
mempunyai penampang cukup besar untuk membawa arus.
Meskipun kosntruksi serupa, properti dari motor seri benar-benar berbeda
dari motor shunt/ Dalam notor shunt, flux Φ per pole adalah konstan pada semua
muatan karena field shunt dihubungkan ke rangkaian. Tetapi motor seri, flux per
pole tergantung dari arus armature dan beban. Saat arusnya besar, fluxnya besar
dan sebaliknya. Meskipun berbeda, prinsip dasarnya dan perhitungannya tetap
sama.
Pada motor yang mempunyai hubungan seri jumlah arus yang melewati
angker dinamo sama besar dengan yang melewati kumparan. Lihat gambar 9.
Jika beban naik motor berputar makin pelan. Jika kecepatan motor berkurang
maka medan magnet yang terpotong juga makin kecil, sehingga terjadi penurunan
EMF. kembali dan peningkatan arus catu daya pada kumparan dan angker dinamo
selama ada beban. Arus lebih ini mengakibatkan peningkatan torsi yang sangat
besar.
Catatan :
Contoh keadaan adalah pada motor starter yang mengalami poling ( angker
dinamo menyentuh kutub karena kurang lurus atau ring yang aus). Arus yang
tinggi akan mengalir melalui kumparan dan anker dinamo karena kecepatan
angker dinamo menurun dan menyebabkan turunnya EMF kembali.
Gambar 9. Motor dengan kumparan seri.
EMF kembali mencapai maksimum jika kecepatan angker dinamo maksimum.
Arus yang disedot dari catu daya menurun saat motor makin cepat, karena EMF
kembali yang terjadi melawan arus catu daya.
EMF kembali tidak bisa sama besar dengan arus EMF. yang diberikan pada motor
d.c., sehingga akan mengalir searah dengan EMF yang diberikan.
Karena ada dua EMF. yang saling berlawanan EMF kembali menghapuskan EMF.
yang diberikan, maka arus yang mengalir pada angker dinamo menjadi jauh lebih
kecil jika ada EMF kembali.
Karena EMF kembali melawan tegangan yang diberikan maka resistansi angker
dinamo akan tetap kecil sementara arus angker dinamo dibatasi pada nilai yang
aman.
Pengereman Regeneratif
Bagan rangkaian di bawah ini menjelaskan mengenai rangkaian pemenggal yang
bekerja sebagai pengerem regeneratif. Vo hádala gaya gerak listrik yang
dibangkitkan oleh mesin arus searah, sedangkan Vt hádala tegangan sumber bagi
motor sekaligus merupakan batería yang diisi. Ra dan La masing-masing hádala
hambatan dan induktansi jangkar.
Gambar Bagan Pengereman Regeneratif
Prinsip kerja rangkaian ini hádala sebagai berikut :
Ketika saklar pemenggal dihidupkan, maka arus mengalir dari jangkar, melewati
skalar dan kembali ke jangkar. Ketika sakalar pemenggal dimatikan, maka energi
yang tersimpan pada induktor jangkar akan mengalir melewati dioda, baterai
dengan tegangan Vt dan kembali ke jangkar. Analogi rangkaian sistem
pengereman regeneratif dari gambar di atas dapat dibagi menjadi dua mode.
Mode-1 ketika saklar on dan mode ke-2 ketika saklar off seperti ditunjukkan pada
gambar di bawah ini.
Gambar Rangkaian ekivalen untuk a) saklar on; b). Saklar off.
dengan :
Vo = gaya gerak listrik
La = induktansi jangkar
Ra = resistansi jangkar
Vt = tegangan batería
i1 = kuat arus jangkar ketika pemenggal on (arus tidak melewati baterai)
i2 = kuat arus jangkar ketika pemenggal off ( arus melewati baterai)
Sedangkan Gambar di bawah ini menunjukkan arus jangkar yang kontinyu dan
yang tidak kontinyu.
Gambar Arus Jangkar. a). Arus Kontinyu; b). Arus Terputus
dengan:
I1o = kuat arus jangkar saat pemenggal mulai on
I2o = kuat arus jangkar saat pemenggal mulai off
ton = lama waktu pemenggal on
toff = lama waktu pemenggal off
td = lama waktu dimana i2 tidak nol
Tp = perioda pemenggal, Tp = ton + toff
Karakteristik motor kompon
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor
kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri
dengan gulungan dynamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6.
Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan
kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase
gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque
penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini.
Gambar Karakteristik Motor Kompon DC
Pengereman pada motor
Pengereman secara elektrik dapat dilaksanakan dengan dua cara yaitu secara:
– Dinamis
– Plugging
Pengereman secara Dinamis
Pengereman yang dilakukan dengan melepaskan jangkar yang
berputar dari sumber tegangan dan memasangkan tahanan pada terminal
jangkar. Oleh karena itu kita dapat berbicara tentang waktu mekanis T
konstan dalam banyak cara yang sama kita berbicara tentang konstanta waktu
listrik sebuah kapasitor yang dibuang ke dalam sebuah resistor. Pada
dasarnya, T adalah waktu yang diperlukan untuk kecepatan motor jatuh ke
36,8 persen dari nilai awalnya. Namun, jauh lebih mudah untuk menggambar
kurva kecepatan-waktu dengan mendefinisikan konstanta waktu baru T o yang
merupakan waktu untuk kecepatan dapat berkurang menjadi 50 persen dari
nilai aslinya. Ada hubungan matematis langsung antara konvensional
konstanta waktu T dan setengah konstanta waktu T O Buku ini diberikan oleh
T o = 0,693 T
Kita dapat membuktikan bahwa waktu mekanis ini konstan diberikan oleh
di mana
T o = time for the motor speed to fall to one-half its previous value [s] T o
= waktu untuk kecepatan motor jatuh ke satu-setengah dari nilai sebelumnya
[s]
J = moment of inertia of the rotating parts, referred to the motor shaft [kg×m]
J = momen inersia dari bagian yang berputar, yang disebut poros motor
[kg × m]
n 1 = initial speed of the motor when braking starts [r/min] n 1 = awal laju
pengereman motor saat mulai [r / min]
P 1 = initial power delivered by the motor to the braking resistor [W] P 1
= awal daya yang dikirim oleh motor ke pengereman resistor [W]
131.5 = a constant [exact value = (30/p) 2 log e 2] 131,5 = konstan
[exact value = (30 / p) 2 log e 2]
0.693 = a constant [exact value = log e 2] 0,693 = konstan [exact
value = log e 2]
Persamaan ini didasarkan pada asumsi bahwa efek pengereman sepenuhnya
karena energi pengereman didisipasi di resistor. In general, the motor is
subjected to an extra braking torque due to windage and friction, and so the
braking time will be less than that given by Eq. Secara umum, motor
dikenakan tambahan akibat torsi pengereman windage dan gesekan, sehingga
waktu pengereman akan lebih kecil dari yang diberikan oleh Persamaan. 5.9.
5.9.
Pengereman secara Plugging
Kita bisa menghentikan motor bahkan lebih cepat dengan menggunakan
metode yang disebut plugging. Ini terdiri dari tiba-tiba membalikkan arus
angker dengan membalik terminal sumber (Gambar 5.19a).
Gambar 5.18 Kecepatan kurva terhadap waktu untuk berbagai metode
pengereman.
Di bawah kondisi motor normal, angker arus / 1 diberikan oleh
I 1 = (E s - E o) IR
di mana R o adalah resistansi armature. Jika kita tiba-tiba membalik terminal
sumber tegangan netto yang bekerja pada sirkuit angker menjadi (E o + E s).
Yang disebut counter-ggl E o dari angker tidak lagi bertentangan dengan apa-
apa tetapi sebenarnya menambah tegangan suplai E s. Bersih ini tegangan
akan menghasilkan arus balik yang sangat besar, mungkin 50 kali lebih besar
daripada beban penuh arus armature. Arus ini akan memulai suatu busur
sekitar komutator, menghancurkan segmen, kuas, dan mendukung, bahkan
sebelum baris pemutus sirkuit bisa terbuka.
Gambar A Amature terhubung ke sumber dc E s.
Figure 5.19b Plugging. Gambar B Menghubungkan.
Untuk mencegah suatu hal yang tidak diinginkan, kita harus membatasi
arus balik dengan memperkenalkan sebuah resistor R dalam seri dengan rangkaian
pembalikan (Gambar 5.19b). As in dynamic braking, the resistor is designed to
limit the initial braking current I 2 to about twice full-load current. Seperti dalam
pengereman dinamis, resistor dirancang untuk membatasi pengereman awal arus I
2 sampai sekitar dua kali arus beban penuh. With this plugging circuit, a reverse
torque is developed even when the armature has come to a stop.
Dengan memasukkan rangkaian, torsi reverse dikembangkan bahkan
ketika angker telah datang berhenti. In effect, at zero speed, E o = 0, but I 2 = E
s /R, which is about one-half its initial value. Akibatnya, pada kecepatan nol, E o =
0, tapi aku 2 = E s / R, yaitu sekitar satu setengah nilai awalnya. As soon as the
motor stops, we must immediately open the armature circuit, otherwise it will
begin to run in reverse. Begitu motor berhenti, kita harus segera membuka sirkuit
angker, selain itu akan mulai berjalan secara terbalik. Circuit interruption is
usually controlled by an automatic null-speed device mounted on the motor shaft.
Sirkuit gangguan biasanya dikontrol oleh sebuah null-kecepatan otomatis
perangkat terpasang pada poros motor.
The curves of Fig. Lekuk Gambar. 5.18 enable us to compare plugging
and dynamic braking for the same initial braking current. 5,18
memungkinkan kita untuk membandingkan pengereman plugging dan
dinamis untuk pengereman awal yang sama saat ini. Note that plugging stops
the motor completely after an interval 2 T o . Perhatikan bahwa memasukkan
motor benar-benar berhenti setelah selang waktu 2 T o. On the other hand, if
dynamic braking is used, the speed is still 25 percent of its original value at
this time. Di sisi lain, jika pengereman dinamis digunakan, kecepatan masih
25 persen dari nilai aslinya pada saat ini. Nevertheless, the comparative
simplicity of dynamic braking renders it more popular in most applications.
Meskipun demikian, kesederhanaan komparatif pengereman dinamis
menjadikan lebih populer di sebagian besar aplikasi.
Reaksi Jangkar
Terjadinya gaya torsi pada jangkar disebabkan oleh hasil interaksi dua
garis medan magnet. Kutub magnet menghasilkan garis medan magnet dari utara-
selatan melewati jangkar. Interaksi kedua magnet berasal dari stator dengan
magnet yang dihasilkan jangkar mengakibarkan jangkar mendapatkan gaya torsi
putar berlawanan arah jarus jam. Karena medan utama dan medan jangkar terjadi
bersama sama hal ini akan menyebabkan perubahan arah medan utama dan akan
mempengaruhi berpindahnya garis netral yang mengakibatkan kecenderungan
timbul bunga api pada saat komutasi.
Untuk itu biasanya pada motor DC dilengkapi dengan kutub bantu yang terlihat
seperti gambar dibawah ini
Gambar kutub bantu (interpole) pada motor DC
Kutub bantu ini terletak tepat pada pertengahan antara kutub utara dan kutub
selatan dan berada pada garis tengah teoritis. Lilitan penguat kutub ini
dihubungkan seri dengan lilitan jangkar, hal ini disebabkan medan lintang
tergantung pada arus jangkarnya. Untuk mengatasi reaksi jangkar pada mesin –
mesin yang besar dilengkapi dengan lilitan kompensasi. Lilitan kompensasi itu
dipasang pada alur – alur yang dibuat pada sepatu kutub dari kutub utama. Lilitan
ini sepertijuga halnya dengan lilitan kutub bantu dihubungkan seri dengan lilitan
jangkar. Arah arusnya berlawanan dengan arah arus kawat jangkar yang berada
dibawahnya.
Contoh soal:
1. Jangkar sebuah motor DC tegangan 230 volt dengan tahanan 0.312 ohm
dan mengambil arus 48 A ketika dioperasikan pada beban normal.
a. Hitunglah GGL lawan (Ea) dan daya yang timbul pada jangkar.
b. Jika tahanan jangkar 0.417 ohm, keadaan yang lain sama. Berapa
GGL lawan (Ea) dan daya yang timbul pada jangkar. Penurunan
tegangan pada sikat-sikat sebesar 2 volt untuk soal a dan b.
Jawaban:
a. Ea = V – Ia Ra – 2∆E
= (230 – 2 ) – (48 x 0.312) = 213 volt
Daya yang dibangkitkan pada jangkar = Ea Ia
= 213 x 48
= 10.224 watt
b. Eb = V – Ia Ra – 2∆E
= (230 – 2) – (48 x 0.417) = 208 volt
Daya yang dibangkitkan pada jangkar = Ea Ia
= 208 x 48
= 9984 watt
2.6. Teori Motor Listrik AC
A. Sejarah Motor Listrik AC
NikolaTesla (lahir di Smiljan, Kroasia, 10 Juli1856 – meninggal di New York
City, 7 Januari1943 pada umur 86 tahun) adalah seorang penemu, fisikawan,
teknisi mekanika, dan teknisi listrikAmerika Serikat.
Tesla dianggap sebagai salah satu penemu terpenting dalam sejarah dan
merupakan salah seorang teknisi terbesar dalam akhir abad ke-19 dan abad ke-20.
Tesla merupakan seorang perintis elektro mekanik, tanpa kabel, dan daya listrik.
Ia berketurunan Serbia dan menjadi warga negara Amerika Serikat pada 1891
selagi bekerja di negara tersebut.
Paten Tesla dan kerja teorinya merupakan dasar dari daya listrik arus bolak-
balik (bahasa Inggris: Alternating Current, AC) modern termasuk distribusi daya
polyphase, dan motor AC, yang ia umumkan pada Revolusi Industri Kedua.
Setelah pendemonstrasian komunikasi tanpa kabel pada 1893 dan memenangkan
“Perang Arus“, Tesla dianggap sebagai salah satu teknisi listrik AS terhebat
B. Definisi Motor Listrik AC
Motor Ac adalah sebuah motor lisatrik yang digerakkan oleh alternating
current atau arus bolak balik (AC). umumnya, motor AC terdiri dari dua
komponen utama yaitu stator dan rotor. seperti yang telah dijelaskan sebelumnya
pada motor DC, stator adalah bagian yang diam dan letaknya berada di luar. stator
mempunyai coil yang di aliri oleh arus listrik bolak balik dan nantinya akan
menghasilkan medan magnet yang berputar. bagian yang kedua yaitu rotor. rotor
adalah bagian yang berputar dan letaknya berada di dalam (di sebelah dalam
stator). rotor bisa bergerak karena adanya torsi yang bekerja pada poros dimana
torsi tersebut dihasilkan oleh medan magnet yang berputar.
C. Pengklasifikasian Berdasarkan Jenis Motornya.
1. Motor induksi
Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (ac) yang paling luas
digunakan Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja
berdasarkan induksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor
ini bukan diperoleh dari sumber tertentu,tetapi merupakan arus yang terinduksi
sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar
(rotating magneticfield) yangdihasilkan oleh arus stator.
Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di
industri mau pun dirumah tangga. Motor induksi yang umum dipakai adalah
motor induksi 3-fase dan motor induksi 1-fase. Motor induksi 3-fase dioperasikan
pada sistem tenaga 3-fase dan banyak digunakan di dalam berbagai bidang
industri dengan kapasitas yang besar. Motor induksi 1-fase dioperasikan pada
sistem tenaga 1-fase dan banyak digunakan terutama untuk peralatan rumah
tangga seperti kipas angin,lemari es, pompa air,mesin cucidan sebagainya. karena
motor induksi 1-fase mempunyai daya keluaran yang rendah.Bentuk gambaran
motor induksi 3-fasa diperlihatkan pada gambar 1 ,dan contoh penerapan motor
induksi ini diindustry diperlihatkan pada gambar 2.
Data-data motor induksi mengenai daya,tegangan dan data lain yang
berhubungan dengan kerja motor induksi dibuatkan pada plat nama (nameplate)
motor induksi. Contoh data yang ditampilkan pada plat nama motor induksi ini
diperlihatkan pada gambar 3.
Kontruksi Motor Induksi
Motor induksi pada dasarnya mempunyai 3 bagian penting seperti yang
diperlihatkan pada gambar4. sebagai berikut:
1. Stator :Merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang
dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya.
2. Celah : Merupakan celah udara: tempat berpindahnya energy dari stator ke
rotor.
3. Rotor : Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet
dari kumparan stator yang diinduksikan kepada rotor.
Bentuk konstruksi rotor sangkar motor induksi secara lebih rinci diperlihatkan
pada gambar 5.
Prinsip Kerja Motor Induksi
Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan
stator kepada kumparan rotornya. Bila kumparan stator motor induksi 3-fasayang
dihubungkan dengan suatu sumber tegangan 3-fasa,maka kumparan stator akan
menghasilkan medan magnet yang berputar. Garis-garis gaya fluks yang
diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga
timbul emf (ggl) atau tegangan induksi. Karena penghantar (kumparan) rotor
merupakan rangkaian yang tertutup,maka akan mengalir arus pada kumparan
rotor. Penghantar (kumparan )rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya
fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami
gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai
dengan arah pergerakan medan induksi stator.
Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor
pada rotor,sehingga terinduksi arus dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun
akan turut berputar mengikuti medan putar stator.Perbedaan putaran relatif antara
stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban,akan memperbesar kopel motor
yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga
slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi,
Bila beban motor bertambah,putaran rotor cenderung menurun.
Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang ditempatkan pada slot-
slotnya yang dililitkan pada sejumlah kutup tertentu.Jumlah kutup ini menentukan
kecepatan berputarnya medan stator yang terjadi yang diinduksikan ke rotornya.
Makin besar jumlah kutup akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar
medan stator dan sebaliknya. Kecepatan berputarnya medan putar ini disebut
kecepatan sinkron. Besarnya kecepatan sinkron ini adalah sebagai berikut.
Ω sin k = 2.π.f(listrik,rad/dt)=2.π.f/P(mekanik,rad/dt)
atau:
Ns= 60.f/P(putaran/menit,rpm)
yang mana:
f= frekuensi sumber AC(Hz) P = jumlah pasang kutup
Ns dan ω sin k = kecepatan putaran sinkron medan magnet stator
Prinsip kerja motor induksi berdasarkan macam fase sumber tegangannya
dapat dijelaskan lebih lanjut sebagai berikut dibawah ini.
1. Sumber 3-fase
Sumber 3-fase ini biasanya digunakan oleh motor induksi 3-fase. Motor
induksi 3-faseini mempunyai kumparan 3-fase yang terpisah antar satu sama
lainya sejarak 1200 listrik yang dialiri oleh arus listrik 3-fase yang berbeda fase
1200 listrik antar fasenya,sehingga keadaan ini akan menghasilkan resultan fluks
magnet yang berputar seperti halnya kutup magnet aktual yang berputar secara
mekanik. Bentuk gambaran sederhana hubungan kumparan motor induksi 3-fase
dengan dua kutup Stator diperlihatkan pada gambar 8.
Bentuk gambaran fluk yang terjadi pada motor induksi 3-fasa
diperllihatkan pada gambar 9.(fluks yang terjadi pada kumparan 3-fase
diasumsikan sinusoidal seperti yang diperlihatkan pada gambar 9.a dengan arah
fluks positif sepertiGambar.9.b)
Pada dasarnya,prinsip kerja motor induksi 1-fasa sama dengan motor
induksi 2-fasa yang tidak simetris karena pada kumparan statornya dibuat dua
kumparan (yaitu kumparan bantu dan kumparan utama) yang mempunyai
perbedaan secara listrik dimana antara masing-masing kumparannya tidak
mempunyai nilai impedansi yang sama dan umumnya motor bekerja dengan satu
kumparan stator (kumparan utama).Khusus untuk motor kapasitor-start kapasitor-
run,maka motor ini dapat dikatakanbekerja seperti halnya motor induksi 2-fasa
yang simetris karena motor ini bekerja dengan kedua kumparannya (kumparan
bantu dan kumparan utama) mulai dari start sampai saat running (jalan).
Motor induksi 1-fase yang bekerja dengan satu kumparan stator pada saat
running (jalan) dapat dikatakan bekerja bukan berdasarkan medan putar, tetapi
bekerja berdasarkan gabungan medan maju dan medan mundur. Bila salah satu
medan tersebut dibuat lebih besar maka rotornya akan berputar mengikuti
perputaran medan ini. Bentuk gambaran proses terjadinya medan maju dan medan
mundur ini dapat dijelaskan dengan menggunakan teori perputaran medan ganda
seperti yang diperlihatkan pada gambar10. Gambar10. memperlihatkan bahwa
fluks sinusoidal bolak balik dapat ditampilkan sebagai dua fluks yang
berputar,dimana masing-masing fluks bernilai setengah dari nilai fluks bolak-
baliknya yang berputar dengan kecepatan sinkron dengan arah yang saling
berlawanan.
Gambar 10.a memperlihatkan bahwa fluks total yang dihasilkan sebesar
Φm adalah akibat pengaruh dari masing-masing komponen fluks A dan B yang
mempunyai nilai sama sebesar Φm/2 yang berputar dengan arah yang
berlawanan.Setelah fluks A dan B berputar sebesar +θ dan -θ (padagambar10.b)
resultan fluks yang terjadi menjadi 2 x (Φm/2) sin(2θ/2) = Φm sinθ.Selanjutnya
setelah seperempat lingkaran resultan fluks yang terjadi(gambar10.c) menjadi nol
karena masing-masing fluks A dan B mempunyai harga yang saling
menghilangkan. Setelah setengah lingkaran (gambar 3.6d)resultan fluks A dan
bahkan menghasilkan –2 x(Φm/2) =-Φm (arah berlawanan dengan gambar
10.a).Selanjutnya setelah tiga perempat lingkaran (gambar 10.e)resultan fluks A
dan B yang terjadi kembali nol karena masing-masing fluksyang saling
menghilangkan. Proses pada gambar10. ini akan terus berlangsung sehingga
terlihat bahwa medan fluks yang terjadi adalah medan maju dan medan mundur
karena pengaruh fluks magnet bolak balik yang dihasilkan oleh sumber arus bolak
balik.
D. Pengklasifikasian dari Segi Hubungan Putaran dan Frekuensi Fluks
Magnet.
1. Motor Sinkron (Motor Serempak)
Disebut sebagai motor sinkron karena putaran motor sama dengan
putaran fluks magnet stator. motor tidak dapat berputar sendiri meski
lilitan stator telah dihubungkan dengan tegangan luar.
2. Motor Asinkron (Motor Tak Serempak)
Disebut sebagai motor asinkron karena putaran rotor tidak sama
dengan putaran fluks magnet statornya. perbedaan kecepatan inilah
yang nantinya kita sebut sebagai slip.
E. Prinsip Kerja Motor Listrik Ac
Gambar 11.Komponen Motor AC.
Gambar 12.Prinsipkerja Motor AC
Motor arus bolak-balik (motor AC) ialah suatu mesin yang berfungsi
mengubah tenaga listrik arus bolak-balik (listrik AC) menjadi tenaga gerak atau
tenaga mekanik berupa putaran dari pada Rotor. Motor listrik arus bolak-balik
dapat dibedakan atas beberapa jenis Seperti pada motor DC pada motor AC, arus
dilewatkan melalui kumparan, menghasilkan torsi pada kumparan. Sejak saat itu
bolak, motor akan berjalan lancar hanya pada frekuensi gelombang sinus. Hal ini
disebut motor sinkron. Lebih umum adalah motor induksi, dimana arus listrik
induksi dalam kumparan berputar dari pada yang diberikan kepada mereka secara
langsung.
Salah satu kelemahan dari jenis motor AC adalah arustinggi yang harus
mengalir melalui kontak berputar. Memicu dan pemanasan pada kontak-kontak
dapat menghabiskan energi dan memperpendek masa pakai motor. Dalam motor
AC umum medan magnet yang dihasilkan oleh elektro magnet didukung oleh
tegangan AC sama dengan kumparan motor. Kumparan yang menghasilkan
medan magnet yang kadang-kadang disebut sebagai “stator”, sedangkan
kumparan dan inti padat yang berputar disebut “dinamo”. Dalam motor AC
medan magnet sinusoidal bervariasi, seperti arus dalam kumparan bervariasi.
F. Sistem Pemeliharaan Pada Motor Listrik Ac
Pengertian pemeliharaan
Pemeliharaan atau sering disebut maintenanceadalah suatu tindakan
teknis, adminstrasi dan finansial yang ditujukan untuk mempertahankan dan atau
mengembalikan agar sesuatu (misal generator pembangkit) kembali pada unjuk
kerja seperti pada saat performancetest.
Prinsip dasar pemeliharaan didasarkan pada:
1. Time basedmaintenance(pemeliharaan berdasarkan waktu)
2. Conditionbasemaintenance(pemeliharaan berdasarkan kondisi atau
keadaan)
Pada pelaksanaannya, kedua prinsip tersebut kebanyakan digabungkan dan
selalu dikaitkan dengan efisiensi dan efektivitas, terutama jika menyangkut
masalah biaya.Yang menjadi pertimbangan lain pada pemeliharaan adalah
masalah prediksi maintenancedan pemeliharaan ke tiga.
Meningkatkan Perawatan
Hampir semua inti motor dibuat dari baja silikon atau baja gulung dingin yang
dihilangkan karbonnya, sifat-sifat listriknya tidak berubah dengan usia. Walau
begitu, perawatan yang buruk dapat memperburuk efisiensi motor karena umur
motor dan operasi yang tidak handal. Sebagai contoh,pelumasan yang tidak benar
dapat menyebabkan meningkatnya gesekan pada motor dan penggerak transmisi
peralatan. Kehilangan resistansi pada motor, yang meningkat dengan kenaikan
suhu.
Kondisi ambien dapat juga memiliki pengaruh yang merusak pada kinerja
motor.Sebagai contoh,suhu ekstrim,kadar debu yang tinggi, atmosfir yang
korosif,dan kelembaban dapat merusak sifat-sifat bahan isolasi; tekanan mekanis
karena siklus pembebanan dapat mengakibatkan kesalahan penggabungan.
Perawatan yang tepat diperlukan untuk menjaga kinerja motor. Sebuah daftar
periksa praktek perawatan yang baik akan meliputi:
Pemeriksaan motor secara teratur untuk pemakaian bearingsdan
rumahnya (untuk mengurangi kehilangan karena gesekan) danuntuk
kotoran/debu pada saluran ventilasi
motor(untukmenjaminpendinginanmotor)
Pemeriksaan kondisi beban untuk meyakinkan bahwa motor tidak
kelebihan atau kekurangan beban. Perubahan pada beban motor dari
pengujian terakhir mengindikasikan suatu perubahan pada beban yang
digerakkan, penyebabnya yang harus diketahui.
Pemberian pelumas secara teratur. pihak pembuat biasanya memberi
rekomendasi untuk cara dan waktu pelumasan motor. Pelumasan yang
tidak cukup dapat menimbulkan masalah, seperti yang telah
diterangkan diatas. Pelumasan yang berlebihan dapat juga
menimbulkan masalah,misalnya minyak atau gemuk yang berlebihan
dari bearingmotor dapat masuk kemotor dan menjenuhkan bahan
isolasi motor,menyebabkan kegagalan dini atau mengakibatkan resiko
kebakaran.
Pemeriksaan secara berkala untuk sambungan motor yang benar dan
peralatan yang digerakkan. Sambungan yang tidak benar
dapatmengakibatkansumbuasdan bearingslebih cepat aus,
mengakibatkan kerusakan terhadap motor dan peralatan yang
digerakkan.
Dipastikan bahwa kawat pemasok dan ukuran kotak terminal dan
pemasangannya benar.
Sambungan-sambungan pada motor dan starterharus diperiksa untuk
meyakinkan kebersihan dan kekencangnya.
Penyediaan ventilasi yang cukup dan menjaga agar saluran pendingin
motor bersih untuk membantu penghilangan panas untuk mengurangi
kehilangan yang berlebihan. Umurisolasi pada motor akan lebih
lama:untuk setiap kenaikan suhu operasi motor 10oC diatas suhu
puncak yang direkomendasikan, waktu pegulungan ulang akan lebih
cepat, diperkirakan separuhnya.
2.7. Perhitungan Motor Listrik
Perhitungan Dasar Motor Listrik AC
a. Rumusmenghitungkecepatansinkron, jika yang
diketahuifrekuensidanjumlahkutuppada motor AC.
Contoh :hitungkecepatanputar motor 4 poles/kutupjika motor
dioperasikandenganfrekuensi 50 hz.
ns = (120. F)/ P = (120 . 50)/ 4 = 1500 rpm
b. Menghitung slip pada motor
Contoh :hitung slip motor jikadiketahuikecepatan motor 1420 rpm.
Dengankecepatansinkron yang samadenganhasildiatas.
% slip = ((ns - n)/ ns) x 100 = ((1500 - 1420)/ 1500)x 100 = 5 %
c. Menghitungarus/ampere motor ketikadiketahuidaya(watt),
tegangan(volt), danfaktordaya(cos φ).
Contoh.Hitungbesarnyaarus(ampere) motor dengandaya 1 kw
dantegangan 220V denganfaktordaya 0,88.
I = P / V. Cos φ.....P = 1 kw = 1000 watt
I = 1000/(220 . 0,88) = 5 Ampere
d. Menghitungdaya motor 3 phasaketikadiketahuiarus, tegangan,
danfaktordaya.
Contoh.Hitungdaya motor induksi 3 phasa yang memilikiarus 9,5 A
dengantegangan 380V danfaktordaya/ cos φ 0,88.
P = √3 .V. I .cos φ = 1,73 . 380 . 9,5 . 0,88 = 5495 watt ataudibulatkanjadi 5,5
KW.
e. Menghitungdaya output motor
P output = √3 .V. I .eff .cos φ
Contoh.Hitungdaya output motor jikadiketahuiseperti data
diatasdenganefisiensi motor 90 % .
P output = √3 .V. I .eff .cos φ = 1,73 . 380 . 9,5 . 0,9 . 0,88 = 4946 watt
ataudibulatkanjadi 5 KW atau 6,6 HP
f. Menghitungefisiensidaya motor
Contoh.Dengandaya input motor 5 KW dandaya output 4,5 KW.
Hitungefisiensidayapada motor tersebut.
ᶯ = (Pout / P)x 100% = (4500/5000)x 100% = 90 %
g. Menghitungdayasemu motor (VA)
Pada motor 1 phasa
S (VA) = V . I
Pada motor 3 phasa
S = √3 .V . I
h. Menghitung torsi motor jikadiketahuidaya motor dankecepatan motor.
Hubunganantara horse power, torsi dankecepatan.
Contoh.Hitungberapa torsi motor 10 HP. Dengankecepatan 1500 rpm.
T = (5250 . HP)/n = (5250 . 10)/ 1500 = 35 lbft = 45,6 Nm
PerhitunganDasar Motor DC
Dalamaplikasi motor DC dalamkehidupansehari-
haridandalamduniaindustridiperlukanperhitunganuntukmengetahuiarus, tegangan,
ggl, gayamedan magnet danmasihbanyakperhitunganlainnya.
Dibawah ini merupakan rumus –rumus perhitungan motor DC :
a. Daya Input :
b. Daya output :
Pout = Tout x ω
dimana Tout : Torsi output
ω : Kecepatan sudut
c. Efisiensi :
d. Gaya :
F = B.I.ℓ
dimana B : Rapat medan magnet
I : Kuat arus
ℓ : panjang penghantar
e. Torsi :
T = F. r = B.I.ℓ.r
dimana ℓ : panjang penghantar
r : jari-jari rotor
Berikutiniadalahcontoh-contohperhitunganpada motor DC
dalambentuksoal-soaldanpenyelesaiannya :
Sebuah motor DC mempunyai kerapatan medan magnet 0,8 T. Di bawah
pengaruh medan magnet terdapat 400 kawat penghantar dengan arus 10A. Jika
panjang penghantar seluruhnya 150 mm, tentukan gaya yang ada pada
armature.
Diketahui : B = 0,8 T
I =10A
ℓ = 150 mm = 0,155 m
z = 400
Jawab :
F = B.I.ℓ.z
= 0,8 . 10 . 0,15 .400
= 480 (Ws/m)
= 480 N.
Jangkarsebuah motor DC tegangan 230 volt dengantahanan 0.312 ohm
danmengambilarus 48 A ketikadioperasikanpadabebannormal.
a. Hitunglah GGL lawan (Ea) dandaya yang timbulpadajangkar.
b. Jikatahananjangkar 0.417 ohm, keadaan yang lain sama. Berapa GGL
lawan (Ea) dandaya yang
timbulpadajangkar.Penurunanteganganpadasikat-sikatsebesar 2 volt
untuksoal a dan b.
Diketahui :
V = 230 V
I = 48 A
Ra = 0.312 ohm
Rb = 0.417 ohm
Jawab:
Ea = V – Ia. Ra – 2∆E
= (230 – 2 ) – (48 x 0.312) = 213 volt
Daya yang dibangkitkanpadajangkar= Ea. Ia
= 213 x 48
= 10.224 watt
Eb = V – Ia . Ra – 2∆E
= (230 – 2) – (48 x 0.417) = 208 volt
Daya yang dibangkitkanpadajangkar = Ea. Ia
= 208 x 48
= 9984 watt
BAB III
PENUTUP
3.1. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat saya ambil dari penilisan makalah ini adalah sebagai berikut:
1. Trafo arus yang digunakan untuk mengambil input data masukan berupa besaran arus dengan cara perbandingan belitan pada belitan primer atau sekunder.
2. Sebuah trafo arus dikatakan bagus dan baik jika memiliki kekuatan isolasi yang kuat dan baik untuk menahan arus yang besar.
3. Gangguan terjadi akibat sambaran petir yang mengenai kawat phasa, dapat menimbulkan gelombang berjalan yang merambat melalui kawat phasa tersebut dan menimbulkan gangguan pada trafo
3.2. Saran
1. Untuk menjaga keandalan system maka pada pemeliharaan Transformator Arus (CT) harus dilakukan secara rutin sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan.
DAFTAR PUSTAKA
Sumardjati, Prih, dkk & http://electric-mechanic.blogspot.com
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta: Gramedia,
1988
Sumanto, Mesin Arus Searah. Jogjakarta: Penerbit ANDI OFFSET, 1994
http://konversi.wordpress.com/2008/09/01/motor-arus-searah-dc-bagaimana-
bekerjanya/
http://duniaelektronika.blogspot.com/2008/04/mesin-arus-searah.html
http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/electricmotors.html#DCmotors
http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/12/motor-listrik.html
http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/09/animasi-motor-dc.html
www.energyefficiencyasia.org
http://zone.ni.com/devzone/cda/ph/p/id/49#toc3 (national instrument)