PT PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK TEORI DASAR LISTRIK 1. PENGENALAN ARUS SEARAH. 1.1. Generator arus searah. Adalah mesin pengubah energi mekanik menjadi energi listrik, sedangkan penggerak dari generator disebut prime mover yang dapat berbentuk turbin air, uap, mesin diesel dll. Prinsip kerjanya adalah berdasarkan hokum Faraday dimana konduktor memotong medan magnit dan emf atau induksi akan timbul beda tegangan dan adanya komutator yang dipasang pada sumbu generator maka pada terminal generator akan terjadi tegangan searah. 1.2. Batere atau Accumulator. Batere atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel ( dapat berbalikan ) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektro kimia reversibel, adalah didalam batere dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik ( proses pengosongan ), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia ( pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah ( polaritas ) yang berlawanan didalam sel. 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
TEORI DASAR LISTRIK
1. PENGENALAN ARUS SEARAH.
1.1. Generator arus searah.
Adalah mesin pengubah energi mekanik menjadi energi listrik, sedangkan
penggerak dari generator disebut prime mover yang dapat berbentuk turbin air,
uap, mesin diesel dll.
Prinsip kerjanya adalah berdasarkan hokum Faraday dimana konduktor memotong
medan magnit dan emf atau induksi akan timbul beda tegangan dan adanya
komutator yang dipasang pada sumbu generator maka pada terminal generator
akan terjadi tegangan searah.
1.2. Batere atau Accumulator.
Batere atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya berlangsung
proses elektrokimia yang reversibel ( dapat berbalikan ) dengan efisiensinya yang
tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektro kimia reversibel, adalah didalam
batere dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik ( proses
pengosongan ), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia
( pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai,
yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah ( polaritas ) yang berlawanan
didalam sel.
Tiap sel batere ini terdiri dari dua macam elektroda yang berlainan, yaitu
elektroda positif dan elektroda negatif yang dicelupkan dalam suatu larutan kimia.
1
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
1.3. Arus Listrik:
adalah mengalirnya electron secara kontinyu pada konduktor akibat perbedaan
jumlah electron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan
arus listrik adalah Ampere.
1 ampere arus adalah mengalirnya electron sebanyak 628x1016 atau sama dengan
1 Coulumb per detik meliwati suatu penampang konduktor.
1.4. Tahanan dan daya hantar.
Tahanan difinisikan sbb :
1 (satu Ohm / Ω) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya
1063 mm dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0º C.
Daya hantar didifinisikan sbb :
Kemampuan penghantar arus atau daya hantar arus sedangkan penyekat atau
isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga
tidak mempunyai daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit
dialiri arus listrik.
Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus.
Dimana : R = Tahanan kawat listrik [ Ω/ohm]
G = Daya hantar arus [Y/mho]
Tahanan pengahantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas
penampangnya.
Bila suatu penghantar dengan panjang l , dan penampang q serta tahanan jenis
(rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah :
Dimana : R = tahanan kawat [ Ω/ohm]
= panjang kawat [meter/m]
2
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
= tahanan jenis kawat [Ωmm²/meter]
q = penampang kawat [mm²]
faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistance, karena tahanan suatu jenis
material sangat tergantung pada :
panjang tahanan
luas penampang konduktor.
jenis konduktor
temperatur.
1.5. Potensial.
Potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang
berbeda potensialnya. Dari hal tersebut diatas kita mengetahui adanya perbedaan
potensial listrik yang sering disebut beda tegangan. satuan dari beda tegangan
adalah Volt.
2. RANGKAIAN ARUS SEARAH
2.1. HUKUM OHM.
Pada suatu rangkaian tertutup :
Gambar : Rangkaian arus
Besarnya arus I berubah sebanding dengan tegangan V dan berbanding terbalik
dengan beban tahanan R, atau dinyatakan dengan Rumus :
3
R
V I = R
V
R
I
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Contoh :
Suatu beban yang mempunyai tahanan R = 100 , dihubungkan kesumber
tegangan ( V ) yang besarnya 220 Volt.
Berapa besar arus ( I ) dan daya (P) yang mengalir pada rangkaian tersebut?.
Jawab :
4
Daya (P) :
P = I x V
P = I x I x R
P = I2 x R
I
R =
V
R
I =
V
I = …. A
220 Volt R = 100
Daya (P) :
P = I x V
P = 2,2 x 220
P = 484 Watt
V I = R
220 I = = 2,2 A 100
Besar arus (I) yang mengalir :
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
2.2. HUKUM KIRCHOFF.
Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu
titik adalah nol (I=0).
Gambar : Loop arus “ KIRCOFF “
3. PENGERTIAN ARUS BOLAK-BALIK.
3.1. GEM (GAYA ELEKTROMOTORIS)
5
I1
I4
I2
I5
I3
Jadi :
I1 + ( -I2 ) + ( -I3 ) + I4 + ( -I5 ) = 0
I1 + I4 = I2 + I3 + I5
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Bila sebatang penghantar digerakan sedemikian rupa didalam medan magnet,
hingga garis-garis medan magnet terpotong bebas didalam penghantar akan
bekerja gaya, yang menggerakan elektron tersebut sejurus dengan arah penghantar.
Akibatnya ialah penumpukan elektron (pembawa muatan negatip) disebelah
bawah dan kekurangan elektron yang sebanding diujung batang sebelah atas.
Didalam batang penghantar terjadi tegangan, selama berlangsungnya gerakan
penghantar didalam medan magnet. Membangkitkan tegangan dengan bantuan
medan magnet dinamakan menginduksikan, dan kejadian itu sendiri dinamakan
tegangan induksi.
Gambar Pembangkitan Tegangan Bolak Balik
Hubungan antara frequensi, kecepatan putar dan tegangan yang timbul pada
generator arus bolak balik.
frekwensi.
dimana : P = jumlah kutub magnit.
N = putaran rotor permenit
f = jumlah lengkap putaran perdetik.
6
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Persamaan tegangan bolak-balik
Dengan diketahui bahwa perputaran kumparan dengan percepatan tertentu yaitu ω
radians second atau 2π radians dan grafik tegangan untuk satu cycle adalah :
ω = 2πf
Sesuai standar persamaan dari tegangan bolak-balik adalah :
e = Em sin θ
e = Em sin ωθ
e = Em sin 2πft
e = Em sin ωt
a. Nilai sesaat (Instantaneous value).
7
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Didifinisikan sebagai harga sesaat ketika berputar dimana nilai pada lokasi
tertentu, untuk membedakan dengan notasi tegangan dan arus nilai sesaat
dinotasikan sebagai e dan i (huruf kecil).
b. Nilai Puncak (peak value).
Disebut juga nilai maximum baik Positip (+) maupun negatip (-) baik untuk
tegangan maupun arus dan disebut juga sebagai nilai makismum.
c. Nilai rata-rata (average value).
Nilai rata-rata yang dihitung secara arithmetical satu cycle. nilai rata-rata arus dan
tegangan bolak-balik yang berbentuk gelombang sinusoidal adalah :
Eav = 0,637 Em dan Iav = 0,637 Im ( 0,637 =2/ π ).
d. Nilai efektip, (effectiv value)
Harga efektif atau harga guna dari arus bolak-balik yang berbentuk sinus adalah
suatu harga arus yang lebih penting dari pada harga arus rata-rata. Arus yang
mengalir didalam suatu tahanan ”R” selama waktu ’t’, akan melakukan sejumlah
usaha yang menurut rumus :
A = I².R.t [joule}
usaha ini dalam bentuk panas. Jika tahanan R dilalui arus bolak-balik
i = Im.sin ωt
dan didalam waktu t yang sama, arus bolak-balik tersebut melakukan sejumlah
pekerjaan yang sama besarnya dengan
= I²m.R.t [joule].
8
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Harga efektif arus bolak-balik adalah harga tetap dari arus rata yang didalam
waktu yang sama melakukan sejumlah usaha (I²m.R.t [joule].) yang besarnya
dengan usaha yang dilakukan oleh arus bolak-balik.
Sehingga bentuk persamaan diatas berubah menjadi sbb :
A = I²m.sin²ωt
berarti ;
i² = I²m.sin²ωt
= I²m (½ - ½.cos 2ωt)
= (½I²m - ½. I²m cos 2ωt)
Jadi arus i² merupakan arus campuran yang terdiri dari dua bagian yaitu :
Bagian arus yang rata dengan harga ½ I²m .
bagian yang berubah –ubah menurut rumus cosinus (grafik). ½. I²m cos 2ωt
Dari bagian yang rata adalah sebagai harga puncak yang jika dihitung merupakan
harga efektip dari arus bolak-balik adalah akar dari harga puncak yaitu :
Ieff = (½. I²m ); Ieff = Im ½.
untuk tegangan sama :
3.2. FREKUENSI DAN PERIODE ARUS BOLAK-BALIK
Frekuensi arus bolak-balik dapat dinyatakan sebagai berikut :
Waktu yang diperlukan oleh arus bolak-balik untuk kembali pada harga yang
sama dan arah yang sama (1 cycle) disebut periode, dengan symbol T dan
dinyatakan dalam detik/cycle.
Amplitudo adalah harga maximum arus yang ditunjukkan garis grafik.
Harga sesaat adalah harga yang ditunjukkan garis grafik pada suatu saat.
9
FREKUENSI arus bolak-balik adalah jumlah perubahan arah arus per detik
f = 1/T
Frekuensi dinyatakan dalam HERTZ, dimana 1 Hz = 1 Cycle per detik
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Gambar Perioda Frekuensi
3.3. FREKUENSI SISTEM.
Frekuensi system PLN adalah 50 HZ, artinya :
Dalam waktu 1 detik menghasilkan 50 gelombang
1 gelombang membutuhkan waktu 1/50 detik
Apabila frekuensi besarnya f Hz, maka :
Dalam waktu 1 detik menghasilkan f gelombang
1 gelombang membutuhkan waktu 1/f detik.
Untuk mencapai 1 gelombang penuh (perioda penuh) dibutuhkan waktu T
detik.
10
Amplitudo
1 Perubahan
Perubahanpositip
Perubahannegatip
Waktu ( T )
Harga sesaat
I
+
_
t/s
I
T =
f
1
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Jadi :
3.4. Tahanan ohm (resistansi) didalam rangkaian arus bolak-balik.
Jika sebuah tahanan Ohm ”R” (resistansi) dipasangkan pada generator G yang
mengeluarkan tegangan bolak-balik sebesar :
e = Em. sinωt.
seperti pada gambar rangakian di bawah :
11
ω =T
2π2π
=
f
1= 2π f
ω = 2π f
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
3.5. Tahanan Induktif.
Gambar dibawah ini menunjukan sebuah gulungan induksi yang mempunyai
koefisiensi induksi diri ”L” dihubungkan pada sumber tegangan arus bolak-balik
atau tegangan yang berbentuk sinusioda.
e = Em.sin ωt
dengan demikian gulungan akan dilalui arus listrik bolak-balik (IL), yang perlu
kita pelajari dan selidiki adalah bagaimana perubahan sifat-sifat dari arus IL
tersebut. untuk itu perlu diketahui bahwa didalam gulungan induksi ”L”
mengalir arus bolak-balik yang berbentuk gelombang sinus yang besarnya
adalah :
3.6. Reaktansi Kapasitip. (Tahanan Kapasitip).
Sebuah kondensator yang sering disebut kapasitor ”C” dihubungkan dengan
sumber tegangan arus bolak-balik berbentuk sinus yang ditetapkan dengan
rumus sbb:
e = Em.sin ωt
12
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Sehingga ic berbentuk :
Gambar grafiknya menunjukan grafik tegangan berbentuk sinus dan grafi arus
berbentuk cosinus sehingga arus mendahului 90º terhadap tegangan adalah sbb :
4. Daya Listrik Arus Bolak-Balik.
4.1. Daya 1 fasa
Besarnya daya listrik untuk arus searah telah diketahui dengan rumus
P = E I jika digambarkan dalam grafik adalah sbb:
untuk arus bolak-balik diketahui :
e = Em. sinωt
dan
i = Im. sinωt.
maka :
P= E x I
13
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
P (W) = e x i
P (W) = Em. sinωt x Im. sinωt
P (W) = Em. Im. sin2ωt
diketahui :
cos 2 = 1 – 2 sin2
dengan meratakan garis lengkung menjadi garis AB yang merupakan garis
sumbu nol grafik cosinus, sehingga terdapat jajaran siku OABC yang luasnya
sama dengan luas abcde (luas bidang arsir) dengan tinggi :
0
AB
C
e
iIm
Em
Im.Em
2
Wm
w=e.i
a
b
c
d
e
T
I E W=E.I
14
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Jadi kuat arus (I) yang sefasa demgam tegangan (E) akan menghasilkan daya
listrik yang satuannya Watt.
4.2. Kuat Arus dan Daya Listrik Semu
Gambar dibawah ini menunjukan lengkung sinus dari kuat arus tukar dengan
rumus :
i = Im. Sin ωt.
Dan tegangan tukar menurut rumus :
e = Em. sin (ωt+90º)
0
AB
C
e
i
Im.Em
2
t
T
I E W=E.I
15
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Rumus tegangan e diatas karena tegangan e mendahului 90º terhadap kuat arus i,
sehingga tegangan itu dapat diaggap sebagai tegangan cosinus :
e = Em. Cos ωt
Hasil kali e dan i antara saat-saat t=0 sampai t=B memberikan lengkung w (P)
yang pasitip; antara saat-saat t = B sampai t = C dimana hasil kali +i dan –e
akan menghasilkan lengkung garis w (P) yang negatip, antara saat-saat t=C dan
t=D hasil kali –i dan +e akan menghasilkan lengkung w positif dan antara saat
t=D dan t=E dimana hasil klai +e dan –i akan menghasilkan lengkung w (P)
negatif, Sehingga julah usaha :
e.i.t = w (P) (joule)
Usaha yang dihasilkan sebesar e.i.t joule ini terdiri dari bagian-bagian yang
positif dan bagian-bagian yang negatif. Jika bagian-bagian positif sama besarnya
dengan bagian-bagian negatip maka ini berarti bila kedua bagian itu dijumlahkan
akan menjadi nol. Untuk menjelaskan hal ini maka dihitung sbb :
P = i x e
= Im.sin ωt x Em.cos ωt.
= ½ Im.Em sin ωt
0
90º
B E
e
iIm
Em
Im.Em
2
w=e.i
C
T
D
16
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Dengan demikian rumus diatas menandakan bahwa garis lengkung w (P) berupa
garis sinus dengan harga puncak :
dengan frequensi putar = 2 ωt
Karena sumbu nol dari garis lengkung w (P) terletak tepat pada sumbu waktu t,
hal mana memberikan kesimpulan bahwa besarnya usaha dibagian positif sama
besarnya dengan bagian negatif, atau dapat dikatakan bahwa kuat arus tukar itu
tidak membangkitkan tenaga yang nyata dan juga tidak melakukan usaha yang
nyata.
Dengan memperhatikan gambar diatas bahwa pada ¼ masa yang pertama yaitu t
= B maka generator mengeluarkan tenaga sebesar :
E x I (dalam satuan watt).
Dan melakukan usaha :
untuk ¼ masa berikutnya yaitu t = B sampai t = C maka generator diberi tenaga
E x I watt dan menerima usaha sebesar
Penjelasan diatas juga berlaku, bila tegangan e mengikuti 90º dibelakang kuat
arus i, karena itu dapat diambil suatu kesimpulan :
1. Arus bolak-balik yang mendahului atau mengikuti tegangan bola-balik sebesar
90º, dinamakan kuat arus nol atau kuar arus buta disingkat dengan Ib.
2. Hasil perkalian dari kuat arus buta Ib dengan tegangan E dinamakan, tenaga
buta yang diukur dengan watt buta atau Volt Amper (VA).
Jadi : wb (P) = Ib x E , dan usaha yang dilakukan oleh aliran buta adalah nol
(0).
17
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
4.3. Daya Aktif atau daya nyata (Watt)
Untuk tenaga listrik nyata (wujud) yang dikeluarkan oleh arus bola-balik yang
mempunyai fasa φº dengan tegangan bolak-balik yaitu :
Tenaga Watt (W) = E x I x cos φ.
Dalam jumlah usaha nyata/wujud yang dilakukan oleh arus dan tegangan bolak-
balik dengan fasa φº yaitu sebesar :
A = E x I x t x cos φ dalam satuan joule
Cos φ (dibaca cosinus phi) dinamakan factor kerja (Power factor).
4.4. Daya Reaktif. (VAR).
Adalah daya yang secara electrik bisa diukur, Secara vektor merupakan
penjumlahan dari vektor dari perkalian E x I dimana arus mengalir pada
komponen resistor sehingga arah vektornya searah dengan tegangan
(referensinya), dan vektor yang arah 90º terhadap tegangan, tergantung pada
beban seperti induktif atau capasitif. Biayanya daya yang searah dengan
tegangan disebut dengan daya aktif sedangakan yang lain disebut dengan daya
reaktif.
Untuk tenaga listrik reaktif yang dikeluarkan oleh arus bola-balik yang
mempunyai fasa φº dengan tegangan bolak-balik yaitu :
Tenaga reaktif (VAR) = E x I x sin φ.
4.5. Segi Tiga Daya
Dari hal tersebut diatas maka daya listrik digambarkan sebagai segitiga siku,
yang secara vektoris adalah penjumlahan daya aktif dan reaktif dan sebagai
resultantenya adalah daya semu atau daya buta.
18
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
4.6. Rangkaian Tiga Fase
Rangkaian tiga fasa merupakan gabungan dari tiga rangkaian satu fase. Oleh
sebab itu hubungan arus, daya,dan tegangan rangkaian tiga fase seimbang dapat
menggunakan aturan satu fase.
Alasan digunakannya rangkaian tiga fase
Ketiga fase rangkaian tiga fase berdenyut tapi jumlah daya tiga fase yag
dicatukan pada rangkaian tiga fase seimbang adalah konstan. Oleh sebab itu
karakteristik kerja peralatan tiga fase, secara umum lebih baik dari peralatan satu
fase.
Mesin-mesin dan peralatan tiga fase lebih kecil, lebih ringan, dan lebih efisien
daripada peralatan satu fase walaupun dengan kapasitas sama.
Distribusi daya tiga fase hanya membutuhkan bahan konduktor ¾ dari distribusi
daya satu fase pada kapasitas daya yang sama.
Ada dua cara hubungan kumparan generator tiga fase yaitu :
Hubungan-Y
Hubungan-delta
Hubungan Tegangan Dalam Generator Hubungan-Y(Bintang)
Watt
Var
VA
Eφº
19
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Gambar Lilitan Generator Hubungan Y dan Diagram Fasor
Tegangan yang dibangkitkan dalam setiap fase generator ac disebut tegangan
fase(Ep atau Vp ). Sambungan netral yang dikeluarkan dari masing–masing
terminal saluran A,B,C ke sambungan N adalah tegangan fase.tegangan antara
setiap dua dari saluran A,B,C disebut tegangan saluran(EL atau VL).
Tegangan antara setiap dua termial saluran generator hubungan-Y adalah selisih
potensial antara saluran dengan netral.
Contoh :
VAB = VAN – VBN
VAN = tegangan A terhadap netral
VBN = tegangan B terhadap netral
Untuk mengurangkan VAN dan VBN perlulah membalikkan VBN dan
menjumlahkan fasor ini pada VAN. Kedua fasor mempunyai panjang sama dan
berbeda 60° dan dapat dibuktikan dalam ilmu ukur bidang bahwa VBN = √3 atau
1,73 dikali harga VAN ataupun VBN. Konstruksinya ditunjukkan dari diagram
fasor.
VL = VP
Hubungan Arus Dalam Generator Hubungan-Y
Arus yang mengalir ke luar ke kawat saluran dari terminal generator A,B,dan C.
Harus mengalir dari titik netral N ke luar melalui generator.maka arus dalam
setiap kawat saluran (IL) harus sama dengan arus dalam fase (IP).
20
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
IL = IP
Hubungan Tegangan dalam Generator Hubungan-Delta
Gambar Lilitan Generator Hubungan Δ dan Diagram Fasor
Tegangan yang dibangkitkan dalam setiap fase juga merupakan tegangan antara
dua kawat saluran. Sebagai contoh, tegangan yang dibangkitkan dalam fase 1
juga merupakan tegangan antara saluran A dan B. Oleh sebab itu dalam
hubungan delta.
VL = VP
Hubungan Arus dalam Generator Hubungan-Delta
Untuk menentukan arus dalam setiap kawat saluran, perlu menjumlahkan fasor
arus yang mengalir dalam kedua fase di mana kawat saluran tersebut
dihubungkan.
IA = I1 – I3
I1 dan I3 merupakan fasor besarnya sama dan berbeda 60°,maka jumlah fasornya
adalah atau 1,73 kali harga I1 ataupun –I3.
I3 = IP = 1,73 IP
Daya dalam Rangkaian Tiga fase
21
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Daya dalam rangkaian tiga fase (PP) baik hubungan-delta maupun hubungan-Y
adalah :
PP = VP IP cos
Daya yang dihasilkan dalam ketiga fase dari hubungan tiga fase seimbang
adalah:
P = 3 Pp = 3Vp Ip cos
Pada hubungan-Y
Ip = IL dan
Maka dayanya :
P = = VL IL cos
Pada hubungan-delta
Vp = Ip dan Ip =
Maka dayanya :
P = 3 VL
= VL IL cos
Untuk hubungan Y dan Δ pada beban dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
22
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
23
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
5. MACAM BESARAN LISTRIK DAN SATUANNYA.
5.1. BESARAN LISTRIK
Tabel.1. Macam-macam Besaran Listrik.
Besaran listrik Satuan Alat ukur
Arus Amper Ampere meter
Tegangan Volt Volt meter
Tahanan Ohm Ohm meter
Daya semu VA
Daya aktif Watt Watt meter
Daya reaktif VAR VAR meter
Energi aktif Wh KWh meter
Energi reaktif VARh KVARh meter
Faktor daya - Cos φ meter
Frekuensi Hz Frekuensi meter
24
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
5.2. SATUAN TURUNAN
Tabel.2. Satuan Turunan Besaran Listrik
Besaran
Listrik
Satuan
Dasar 10-12 10-9 10-6 10-3 103 106 109
Arus A mA kA
Tegangan V mVolt kV
Tahanan Ω µΩ mΩ kΩ MΩ GΩ
Induktansi H μH mH
Kapasitansi F nF pF µF
Daya semu VA kVA MVA
Daya aktif Watt KW MW GW
Daya reaktif VAR kVAR MVAR
Energi aktif Wh kWh MWh GWh
Energi reaktif VARh kVARh MVARh
Faktor daya - Tidak mempunyai satuan.
Frekuensi Hz kHz MHz
25
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
6. GENERATOR ARUS BOLAK BALIK
6.1. KONSTRUKSI
Dalam semua generator arus bolak-balik bertegangan rendah yang kecil, medan
diletakkan pada bagian yang berputar atau rotor, dan lilitan jangkar pada bagian
yang diam atau stator dari mesin. Konstruksi medan yang berputar dan jangkar-
diam menyederhanakan masalah isolasi generator ac. Karena tegangan yang
biasanya di bangkitkan adalah setinggi 18.000 sampai 24.000 V, maka tegangan
tinggi ini tidak perlu dikeluarkan melalui cincin-slip (slip ring) dan kontak geser
tetapi dapat dikeluarkan langsung ke alat penghubung dan pembagi (switch
gear ) melalui kawat berisolasi dari jangkar diam. Konstruksi ini juga
mempunyai keuntungan mekanis yaitu getaran lilitan jangkar berkurang dan
gaya sentrifugal menjadi lebih baik. Medan yang berputar dicatu dengan arus
searah pada tegangan 125, 250 atau 375 volt melalui cincin slip dan sikat-sikat
atau melalui hubungan kabel langsung antara medan dan penyearah yang
berputar jika digunakan sistem eksitasi tanpa sikat.
Gambar Konstruksi Generator Sinkron Rotor Salient dan Silindris
26
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Ada dua jenis yang berbeda dari struktur medan generator sinkron : tipe kutub
sepatu/menonjol (salient) dan silinder. Generator kepesatan-rendah seperti yang
digerakkan oleh mesin diesel atau turbin air mempunyai rotor dengan kutub
medan yang menonjol. Sedang konstruksi rotor silindris digerakkan dengan
turbin uap atau gas. Pada kutup rotor menonjol mempunyai rugi angin yang
tinggi pada kecepatan yang tinggi.
6.2. EKSITASI TEGANGAN MEDAN
Setelah generator ac mencapai kecepatan yang sebenarnya oleh penggerak
muanya, medannya dieksitasi dari sumber dc. Ketika kutub lewat di bawah
konduktor jangkar yang berada pada stator, fluksi medan yang memotong
konduktor menginduksikan ggl kepadanya. Ini adalah ggl bolak-balik, karena
kutub dengan polaritas yang berubah-ubah terus menerus melewati konduktor
tersebut. Karena tidak menggunakan komutator, ggl bolak-balik yang
dibangkitkan keluar pada terminal lilitan stator. Besarnya ggl yang dibangkitkan
bergantung pada laju pemotongan garis gaya atau dalam hal generator, besarnya
ggl bergantung pada kuat medan dan kepesatan rotor. Karena generator
kebanyakkan bekerja pada kepesatan konstan, maka besarnya ggl yang
dibangkitkan menjadi bergantung pada eksitasi medan. Ini berarti bahwa
besarnya ggl yang dibangkitkan dapat dikendalikan dengan mengatur tegangan
eksitasi yang dikenakan pada medan generator.
Frekuensi ggl yang dibangkitkan bergantung pada jumlah kutub medan (P) dan
kepesatan generator (N rpm).
Frekuensi jala-jala yang paling umum digunakan di Amerika adalah 60 Hz, dan
ada juga sedikit yang menggunakan 25 Hz. Frekuensi yang biasa digunakan di
Eropa adalah 50 Hz.
27
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
6.3. PENGATURAN GENERATOR
Pengaturan generator ac didefinisikan sebagai persentase kenaikan tegangan
terminal ketika beban dikurangi dari arus beban penuh ternilai sampai nol,
dimana kepesatan dan eksitasi medan dijaga konstan, atau
Persen pengaturan ( pada faktor daya tertentu )
= tegangan tanpa beban - tegangan beban penuh x 100%
tegangan beban penuh
Faktor-faktor yang mempengaruhi pengaturan generator adalah sebagai berikut :
1. Penurunan IR pada lilitan jangkar.
2. Penurunan tegangan IX l pada lilitan jangkar.
3. Reaksi jangkar (pengaruh magnetasi dari arus jangkar).
6.4. PENGATUR TEGANGAN GENERATOR
Cara yang biasa di lakukan untuk menjaga agar tegangan dalam peralatan listrik
konstan adalah menggunakan alat pembantu yang disebut pengatur tegangan
( voltage regulator) untuk mengendalikan besarnya eksitasi medan dc yang
dicatukan pada generator. Bila tegangan terminal gegerator turun karena
perubahan beban, pengatur tegangan secara otomatis menaikkan pembangkitan
medan sehingga tegangan kembali normal. Salah satu tipe pengatur tegangan
generator adalah jenis tahanan geser kerja langsung ( direct-acting rheostatic
type ). Pada dasarnya pengatur ini terdiri dari tahanan variable yang dikendalikan
secara otomatis dalam rangkaian medan pengeksitasi.
6.5. MEMPARARELKAN GENERATOR : PENYINKRONAN
Jika beban pada stasiun pembangkit menjadi sedemikian besar sehingga nilai
(rating) generator yang sedang bekerja di lampaui, maka perlu penambahan
generator lain secara pararel untuk menaikkan penyediaan daya dari stasiun
pembangkit tersebut. Sebelum dua generator sinkron dipararelkan, kondisi
berikut ini harus dipenuhi :
1. Urutan fasenya harus sama.
2. Tegangan terminalnya harus sama.
3. Tegangannya harus sefase.
4. Frekuensinya harus sama.
28
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Operasi agar mesin menjadi dalam keadaan sinkron disebut penyinkronan
7. MOTOR INDUKSI 3 FASE
Motor induksi adalah motor yang sangat umum digunakan Di unit -unit
pembangkit, kemampuan dayanya dapat mencapai 100 daya kuda (hp) atau
lebih. Motor induksi mempunyai momen putar awal yang sangat tinggi, sehingga
dapat dijalankan pada beban yang berat dan dapat digunakan untuk
menggerakkan pompa yang berat serta beban-beban lain yang besar. Keuntungan
lainnya adalah motor tersebut dapat dioperasikan dalam waktu lama tanpa
menimbulkan panas yang berlebihan.
Motor induksi mempunyai dua buah lilitan utama, yaitu lilitan stator dan lilitan
rotor, lihat Gambar dibawah. Lilitan stator motor induksi tiga fasa adalah suatu
lilitan tiga fase yang membangkitkan suatu rangkaian magnit listrik.
Gambar Konstruksi Motor Induksi
7.1. PRINSIP KERJA MOTOR INDUKSI 3 FASE
29ns
nr3
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Apabila lilitan tersebut dihubungkan dengan sumber daya arus bolak balik tiga fase,
akan membangkitkan suatu medan yang berputar. Lilitan rotor berbentuk sangkar
yang dibuat dari batang tembaga yang dipasang didalam inti besi. Rotor diisolasi
dari semua sumber daya. Lilitan stator tersebut menyebabkan suatu tegangan
didalam lilitan rotor yang menghasilkan suatu arus besar pada rotor. Arus ini akan
menciptakan suatu medan magnit disekitar rotor yang ditarik menuju medan magnit
putar pada stator. Hal ini menyebabkan rotor berputar dan menghasilkan energi
mekanik. Ketika rotor mulai berputar, medan magnitnya berusaha menyusul
putaran medan magnit stator, yang mana tidak dapat dilakukan. Motor induksi tidak
dapat berputar pada kecepatan sinkron. la beroperasi pada kecepatan lebih rendah
dari motor sinkron jumlah kutub-kutub yang sama. Lebih besar beban pada motor
induksi, rotor harus lebih masuk lagi dibelakang medan putar stator untuk
mengahsilkan momen putar yang diperlukan. Pada suatu motor induksi perbedaan
antara kecepatan singkron dinamakan kecepatan slip (slip speed). Lilitan rotor yang
digunakan pada motor-motor induksi ada dua macam, yaitu rotor sangkar angker
(squirel cage) dan rotor lilit (wound rotor).
30
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Gambar Medan Putar yang dihasilkan Oleh Kumparan Stator
7.2. ROTOR SANGKAR TUPAI
Rotor sangkar tupai jenis lilitan yang sangat umum digunakan pada motor
induksi. la terdiri dari satu set batang tembaga yang disusun menyerupai sangkar
dan diletakkan pada slot didalam inti rotor. Suatu cincin tembaga dipasang pada
ujung - ujung tembaga tersebut, lihat Gambar di bawah ini.
31
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Gambar Rotor Sangkar Tupai Dan Lilit
Motor sangkar tupai beroperasi pada kecepatan yang sama dengan kecepatan
sikron dikurangi kecepatan slipnya. Kecepatan sinkron adalah tergantung pada
jumlah kutub-kutub sedangkan kecepatan slip tergantung beban yang ada pada
motor. Sejalan dengan bertambahnya beban, kecepatan slip akan naik dengan
suatu pertambahan didalam momen putar motor dan daya yang dikeluarkan.
Akhirnya kecepatan motor akan turun sejalan dengan beban yang bertambah.
Motor tersebut menyediakan momen putar motor yang besar pada perubahan
kecepatan slip yang kecil, maka motor induksi sangkar tupai dianggap sebagai
suatu motor kecepatan konstan dengan karakteristik momen putar yang
bervariasi.
7.3. ROTOR LILIT
Rotor lilit atau motor cincin slip (slip-ring motor) konstruksi rotornya berbeda
dengan motor sangkar angker. Sesuai dengan namanya, rotor tersebut dibalut
dengan suatu lilitan yang diisolasi sejenis dengan lilitan stator. Lilitan – lilitan
fase rotor tersebut disambung dengan hubungan bintang, dengan ujungnya
terbuka pada setiap fase untuk mengalirkan arus listrik menuju cincin slip yang
dipasang pada poros rotor. Gambar di bawah memperlihatkan potongan
melintang dari motor rotor lilit. Tiga buah cincin slip dan borstel (brush) dapat
dilihat pada sebelah kiri lilitan rotor.
32
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Gambar Potongan Melintang Motor Induksi Rotor Lilitan
Gambar Rangkaian Motor Induksi Rotor Lilit Dengan Tahanan Luar
Lilitan rotor tidak dihubungkan ke suplai cincin slip dan borstel hanya sebagai
alat untuk menghubungkan tahanan kontrol yang bervariasi pada bagian luar ke
dalam sirkuit rotor. Motor lilit jarang digunakan jika dibandingkan dengan motor
sangkar angker dikarenakan biaya pembelianya tinggi dan biaya pemeliharaanya
besar. Dan juga kurang tahan lama dan berat. Meskipun begitu ia mempunyai
momen putar start yang sangat besar.
33
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
7.4. KEPESATAN DAN SLIP
Motor induksi tidak dapat berputar pada kepesatan sinkron. Oleh karena itu, agar
rotor dapat mencapai kepesatan sinkron, rotor akan tetap diam relatif terhadap
fluksi yang berputar. Kepesatan rotor sekalipun tanpa beban, harus lebih kecil
dari kepesatan sinkron agar arus dapat di induksikan dalam rotor, sehingga
menghasilkan kopel. Selisih antara kepesatan rotor dan kepesatan sinkron
disebut slip.
Persen slip =
Persen slip =
Motor sangkar-tupai 60 Hz empat kutub mempunyai kepesatan beban penuh
sebesar 1740 rpm. Berapa persenkah slip pada beban penuh ?
Kepesatan sinkron, Ns = rpm
slip dalam putaran per menit = 1800 – 1740 = 60 rpm
Persen slip = persen
7.5. MENSTART MOTOR INDUKSI
Secara umum, motor induksi dapat distart dengan baik dengan
menghubungkan motor secara langsung ke rangkaian pencatu ataupun
menggunakan tegangan yang telah dikurangi ke motor selama periode start.
Pengendali yang digunakan untuk menstart motor pada kedua metode di atas
dapat dioperasikan secara manual ataupun secara magnetik.
Motor yang distart pada tegangan penuh akan menghasilkan kopel start yang
lebih besar dibanding dengan distart pada tegangan yang dikurangi.
34
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Penstart yang biasa digunakan adalah sebagai berikut :
1. Penstart tegangan-penuh atau penstart pada saluran
2. penstart dengan tegangan yang diturunkan
a. penstart tahanan primen (primary resistor starter)
b. penstart autotransformator (autotransformer starter)
c. penstart dari zat padat
3. penstart lilitan bagian (part winding starter)
4. penstrat Y-delta
7.6. RUGI-RUGI, EFISIENSI
Rugi-rugi motor induksi meliputi rugi-rugi tembaga stator dan rotor, rugi-rugi
inti stator dan rotor, serta rugi angin, dan gesekan. Seperti halnya pada
transformator rugi inti untuk semua beban praktis konstan. Untuk tujuan
praktis rugi-rugi gesekan dan udara juga dianggap konstan. Rugi tembaga,
tentu saja besarnya berubah terhadap beban.
Secara umum, makin besar motor efesiensi beban penuhnya makin tinggi.
Harga rata-rata efisiensi beban penuh motor sangkar tupai kira-kira sebagai
berikut: 5 hp, 83%; 25 hp, 88%; dan 100 hp, 90%. Efisiensi motor rotor lilitan
sedikit lebih rendah
8. MOTOR SINKRON (SEREMPAK)
Suatu motor sinkron mempunyai putaran yang berbanding lurus dengan
frekuensi arus operasi yang keluar dari generator. Kumparan medannya harus
digerakkan oleh sumber daya arus langsung dari luar. Dikarenakan putarannya
dapat dijaga konstan pada kondisi beban yang berubah - rubah, maka motor
sikron cocok digunakan untuk menggerakkan blower, kompreaor udara, pompa
sentrifugal, generator arus searah dan peralatan lainnya.
Konstruksi motor sinkron sama dengan generator sinkron. Konstruksi medan
kutub salient hampir selalu digunakan pada motor sinkron.
35
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
8.1. Cara Kerja Motor Sinkron
Jika lilitan stator dari motor sinkron dihubungkan dengan tegangan tiga fase
maka dibangkitkan medan magnet putar seperti dalam motor induksi. Tetapi
dalam motor sinkron, rangkaian rotor tidak dieksitasi oleh induksi tetapi oleh
sumber arus searah seperti dalam generator ac. Jika dengan suatu cara, rotor
dibawa ke kecepatan sinkron dengan kutub rotor dieksitasi, kutub-kutub rotor
ditarik oleh kutub medan magnet putar dan rotor terus berputar pada kecepatan
sinkron.
8.2. Menstart Motor Sinkron
Karena motor sinkron tidak menstart sendiri maka harus tersedia pembantu
untuk menstart motor. Salah satu metode penstaran adalah menggunakan motor
induksi pembantu kecil untuk mempercepat rotor dari motor utama kekecepatan
sinkron, cara ini jarang digunakan dan hampir semua motor sinkron distat
dengan menggunakan lilitan sangkar tupai yang ditanamkan pada muka kutub
rotor. Jadi motor distart seperti motor induksi dan dipercepat mendekati
kecepatan sinkron. Pada saat yang tepat, eksitasi medan dc dikenakan dan motor
menuju ke sinkronisme.
8.3. Eksitasi Motor Sinkron
Sistem eksitasi untuk motor sinkron dapat berada diluar motor dan dihubungkan
ke medan motor melalui cincin slip dan sikat-sikat atau motor yang dapat berupa
tipe-tanpa-sikat. Tipe tanpa sikat mendesak sebagian besar tipe-sikat terutama
karena banyak bagian yang bergerak seperti sikat-sikat, komutator, cincin slip,
dan relai digantikan oleh komponen zat padat yang dipasang pada rotor dari
motor tanpa sikat.
8.4. Pengaruh Beban Terhadap Motor Sinkron
Pada motor dc dan motor induksi, penambahan beban menyebabkan kepesatan
motor berkurang. Berkurangnya kepesatan mengurangi ggl lawan sehingga
tambahan arus ditarik dari sumber untuk menggerakkan beban yang bertambah
pada kepesatan yang berkurang. Pada motor sinkron, hal ini tidak terjadi, karena
rotor terikat secara magnetic dengan medan magnet putar harus terus berputar
pada kepesatan sinkron untuk semua beban.
36
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
8.5. Faktor Daya : Pengaruh Perubahan Eksitasi Medan
Salah satu keunggulan karakteristik motor sinkron adalah kenyataan bahwa ia
dapat dioperasikan pada daerah faktor daya yang luas dengan penyetelan eksitasi
medannya. Jadi untuk beban tertentu, faktor daya motor sinkron dapat diubah
dari nilai ketinggian yang rendah sampai nilai mendahului yang rendah.
8.6. Efisiensi
Efisiensi motor sinkron secara umum lebih tinggi daripada efisiensi motor
induksi pada daya kuda dan nilai kepesatan yang sama. Motor sinkron dibagi
dalam dua kelompok kepesatan yan berbeda yaitu : motor dengan kepesatan
diatas 500 rpm digolongkan sebagai motor berkepesatan tinggi; dan motor
dengan kepesatan lebih rendah dari 500 rpm yang digolongkan sebagai motor
berkecepatan rendah.
8.7. Pemakaian Motor Sinkron
Motor sinkron digunakan untuk pemakain daya ber kepesatan konstan dalam
ukuran diatas 20 hp dan lebih sering dalam ukuran yang lebih besar daripada 100
hp. Pemakaian paling umum adalah untuk menggerakkan kompresor udara atau
gas. Adalah diinginkan bahwa kompresor digerakkan pada kepesatan konstan
karena keluaran dan efisiensinya sangat bergantung pada kepesatan motor.
Pemakaian yang lazim lainnya adalah untuk pemompaan, menggerakkan kipas
angin, blower dan penggiling.
8.8. Koreksi Factor Daya
Keuntungan yang besar dari motor sinkron adalah kenyataan bahwa mereka
bekerja pada factor daya satu atau mendahului. Jika bekerja pada system listrik
yang sama dengan motor induksi atau alat lain yang bekerja pada factor daya
tertinggal, kilovoltamper reaktif yang mendahului, atau kilovar, yang dicatu oleh
motor sinkron mengkompensasi kilovoltamper reaktif yang tertinggal, atau
kilovar dari alat-alat lain , yang menghasilakan suatu penyempurnaan dalam
factor daya keseluruhan.
37
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
9. TRANSFORMATOR
Transformator memberikan cara yang sederhana untuk mengubah tegangan
bolak-balik dari satu harga ke harga yang lainnya. Jika transformator menerima
energi pada tegangan rendah dan mengubahnya menjadi tegangan yang lebih
tinggi, ia disebut transformator penaik tegangan (step-up). Jika diberi energi
dengan tegangan tertentu dan mengubahnya menjadi tegangan yang lebih rendah
maka ia disebut transformator penurun tegangan (step-down). Setiap
transformator dapat dioperasikan baik sebagai transformator penaik maupun
penurun tegangan, tetapi transformator yang memang dirancang untuk suatu
tegangan, harus digunakan untuk tegangan tersebut..
Dalam bidang tenaga listrik pemakain transformator dikelompokkan menjadi:
1. Transformator daya
2. Transformator distribusi
3. Transformatof pengukuran : yang terdiri dari transformator arus
dan tegangan
38
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Gambar Transfornator Tegangan dan Arus
Gambar Transformator Daya
Kerja transformator berdasarkan induksi electromagnet menghendaki adanya
gandengan magnet antara rangkaian primer dan skunder. Gandengan magnet ini
berupa inti besi tempat melalukan fluk bersama.
39
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Gambar Rangkaian Dasar Transformator Penurun Tegangan
Berdasarkan cara melilitnya kumparan pada inti dikenal dua macam
transformator, yaitu tipe inti dan tipe cangkang (selubung) seperti gambar di
bawah ini..
Gambar Tipe Inti dan Cangkang (selubung)
10. MOTOR ARUS SEARAH
Motor arus searah merubah arus listrik searah menjadi energi mekanik. Prinsip
dasar pengoperasian motor arus searah adalah sama dengan motor arus bolak -
balik, bedanya hanya arus serah dialirkan kearmatur melewati komutator.
Komutator ini mempunyai fungsi yang berlawanan dengan komutator yang ada
pada generator, karena ia merubah arus searah menjadi arus bolak-balik didalam
motor. Biasanya motor arus searah ukurannya kecil dan tidak begitu banyak
digunakan didalam unit pembangkit.
40
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Gambar Prinsip Kerja Motor DC Dengan Tangan Kanan
Motor arus searah dibagi menjadi tiga golongan yaitu motor seri. shut dan
compound- tergantung pada bagaimana lilitan medan magnitnya dihubungkan
dihubungkan sirkit.
10.1. Motor Seri
Pada motor seri kumparan medan dihubungkan seri dengan kumparan armatur,
sehingga arus armaturnya juga mengalir melalui kumparan medan tersebut.
Gambar Rangakaian Motor dc Seri
Kumparan medan tersebut dbuat dari kawat yang tebal dengan sedikit lilitan
sehingga arus armaturnya akan mudah mengalir. Pada saat motor seri dijalankan,
41
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
arus yang besar akan mengalir melalui armatur dan kumparan medan untuk
menghasilkan momen putar yang baik. Arus armatur dan arus medan berkurang
ketika kecepatan motor naik dan momen putarnya berkurang perlahan – lahan.
Selama motor seri sedang beroperasi, pada saat beban dinaikan, putarannya
menjadi lambat, arus armatur dan arus medannya bertambah, seta momen
putarnya menjadi besar untuk menyamakan denagn beban. Pada waktu motor seri
sedang beroperasi dan beban dipindahkan, maka kecepatan motor akan naik. Hal
ini dapat menimbulkan seituasi yang berbahaya. Ketika beban dipindahkan. arus
armatur dan arus medan turun kesuatu harga yang sangat rendah. Daya dari
kumparan medan tersebut turun dengan tajamnya karena arus yang melaluinya
kecil. Oleh sebab itu, selama daya medan turun, putaran, motor menjadi
bertambah tinggi. Proses naiknya putaran motor ini terus berlanjut serta dapat
meyebabkan armatur berputar pada kecepatan cukup tinggi untuk dapat
membuatnya terbang terpisah dan ini dinamakan Running Away. Motor seri
hendaknya selalu dihubungkan langsung dengan beban untuk mencegah running
away. Peralatan-peralatan penyambungan yang mungkin menyebabkan slip atau
rusak sebaiknya tidak digunakan pada motor ini. Kadang-kadang pada armatur
motor dipasang saklar khusus untuk rnemisahkaln armatur tersebut dari lin yang
secara kebetulan beban arus dipindahkan dan putaran naik melabihi batas yang
aman.
Momen putar awal yang tinggi pada motor seri berguna digunakan untuk
mengatasi kelambaman dari beban - beban yang berat. Motor seri contohnya
digunakan pada :
o Belt drives
o Cranes
Karateristik utama dari motor seri adalah :
o Mempunyai momen putar start yang baik sekali
o Putarannya bervariasi selama perubahan beban .
o Motor akan berputar dengan kecepatan tinggi yang membahayakan apabila
tanpa beban
10.2. Motor Shunt
42
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
Pada motor shunt, kumparan medannya dihubungkan paralel dengan kumparan
armatur. Kumparan medan (medan shunt) terdiri dari lilitan kawat yang halus
untuk menghasilkan tahanan yang tinggi sehingga arus lin sebayak mungkin
akan mengalir melalui armatur tersebut.
Arus yang mengalir melewati kumparan medan tersebut sangat kecil karena
kumparannya mempunyai bayak lilitan, maka kekuatan – kekuatannya dijaga
dan tetap konstan pada semua kondisi beban. Dengan demikian kecepatan
putarnya akan konstan .
Gambar Rangakaian Motor dc Shunt
Saat motor shunt dihidupkan, arus lin yang besar mengalir melalui armatur,
seperti halnya pada motor seri. Tetapi karena kumparan medan shunt
mempunyai suatu tahanan yang lebih tinggi, maka arus lin yang melaluinya
kecil. Oleh sebab itu, momen putar awal pada motor shunt adalah sedikit lebih
kecil daripada yang ada pada motor seri.
Bila kumparan medannya terbuka, kekuatan medan tersebut akan turun sampai
pada suatu nilai yang rendah, yang tergantung pada magnit sisa. Sebagai
akibatnya, kecepatan dan arus armatur akan naik dengan tajam, dan motor
kemungkinan menjadi rusak. Umumnya, saklar overload dan sikring (fuse)
disambung seri untuk melepas sirkit bila tinggi. Motor shunt cocok
dipergunakan pada peralatan yang memerlukan kecepatan konstan. Seperti
pompa dan kipas.
Karakteristik motor shunt pada umumnya adalah :
o Memiliki kecepatan yang hampir konstan pada kondisi beban yang berbeda-
beda.
o Mempunyai momen putar awal dan momen putar yang cukup.
43
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
10.3. Motor Compound
Pada motor compound digunakan dua kumparan medan. Satu kumparan medan
seri dibalut dengan sedikit lilitan kawat yang tebal serta dihubungkan seri
dengan kumparan armatur dan kumparan medan shunt yang dibalut dengan
banyak lilitan kawat yang halus serta dihubungkan paralel dengan kumparan
armatur .
Gambar Rangakaian Motor dc Compound
Kedua kumparan ini dapat digunakan untuk saling membantu atau saling
berlawanan satu sama lain. Apabila kedua kumparan dimaksudkan untuk
membantu satu sama lain, motornya dinamakan compound kumulatif dan jika
kedua kumparan tersebut dimaksudkan untuk saling berlawannan satu sama lain
motornya dinamakan compound diferensial.
Motor compound komulatif mempunyai sifat lebih menyerupai motor seri.
Motor compound ini mempunyai momen putar awal yang sangat baik karena
kedua kumparan medannya bekerja saling membantu satu sama lain. Karena
motor tersebut mempunyai medan shunt untuk mengatur kecepatanya, maka ia
tidak akan terlepas apabila bebannya dilepaskan. Hal ini merupakan satu
keuntungan dibandingkan dengan motor seri, sehingga compound kumulatif
dapat digunakan dimanan beban bervariasi dari tanpa beban sampai dengan
beban berat yang berlebihan.
Motor compound diferensial mempunyai sifat lebih mendekati motor shunt.
Karena kedua kumparan medannya satu sama lain saling berlawanan, maka
medan yang dihasilkan akan lebih kecil dibandingkan jika hanya menggunakan
kumparan medan seri. Oleh sebab itu. Momen putar awalnya jauh Iebih rendah
dari pada momen putar awal motor seri. Motor ini menghasilkan suatu putaran
yang konstan pada kondisi beban berubah – rubah, tetapi jarang digunakan
44
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
karena keuntungan yang dihasilkan jauh lebih kecil dibandingkan dengan motor
shunt.
Gambar Karakteristik Hubungan Arus Jangkar dengan
Kepesatan dan Kopel Motor dc Seri, Shunt dan compound
45
PT PLN (PERSERO)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
DAFTAR PUSTAKA.
1. DASAR-DASAR TEKNIK LISTRIK ( F.Suryatmo)
2. MESIN DAN RANGKAIAN LISTRIK (Lister)
3. SWITCHGEAR AND PROTECTION (SUNIL S RAO)
4. TEGANGAN dan ARUS BOLAK-BALIK ( SIEMENS)
5. RANGKAIAN ARUS BOLAK BALIK (SIEMENS)
6. INDUKSI dan INDUKSI-SENDIRI (SIEMENS)
7. ARUS PUTAR (SIEMENS)
8. Hand Book of ELECTRICAL ENGINERING (Academic’s Hand books series)
9. STANDARD HANDBOOK FOR ELECTRICAL ENGINEERING (FINK &
CARROLL)
10. PERALATAN TEGANGAN TINGGI (BONGAS L TOBING)
11. POWER SYSTEM ANALYSYS & STABILITY (SS VADHERA).
12. TEKNIK TEGANGAN TINGGI (Prof. Dr ARTONO ARISMUNANDAR).
13. SWITCHGEAR MANUAL (ABB Calor Emag).
14. diktat PROTEKSI dan PENGUKURAN (PLN KJB).
15. Pedoman Pemeliharaan (SE 032/PST/1984 dan SUPLEMEN).
16. A Text Book of ELECTRICAL TECHNOLOGI ( BL THERAJA & AK THERAJA)