N DAERAH ,1UR
PENGANTAR
TENAOAI,ISrilffiTRII(
Teori Ringkas dan Penplesaian Soal
Ir, Harnzah Berahim
PENERBIT ANDI OFFSET YOGYAKARTA
Froyek Pembinaan Pcrpg;+-kaqnJswa Timur
T. A. t996ltw
PENGANTAR TEKNIK TENAGA LISTRIKTcori Rit4kae don Penyeleeoion Sool
Ote^\ Ir. Honvoh Berohim
Hah CiptaO 1991, 1994 PadaPenulis,Dilarang memperbonlt& *bqian otau Pluruh isi buku ini
dalam bentuh apapun, tanpa i.zin tertulis dori penulis'
Edisi Pertama,
Cetakan Pertama' 1 991, I SBN : I 79- 533-0 44'6
Edisi Kedua,Cetahan Pertoma, 1994
Cet&an Kedua' 1996
Penerbit:ANDI OFFSETJl. Beo 38-40,
Telp. (0274) 561881, (Hunting) Frcs (0274) 588282
Yogxaharta 55281
Percetahon:
ANDI OFFSETJl. Beo 38'40,
Telp. (0274) 561881, (Huntins) Frcs
tPDl p 1o'*li
IvlILlrtPERP U S;; KAA.I. .DAERAII
"r,,..u.,'A !]99!
KATA PEIIGANTAR
Salah safu mata ajar di Perguruan finggi, temtama yang ada Prc-gram Studi Teknik Elekho adalah lbknik Tenaga Listrik yaitu ilmu yangmempelajari sifat dan pemakaian piranti listrik yangaz:s kerianya adalahaliran elektron dalam benda padat atau aliran elektron dalam konduktor
Akan tetapi selain Program Studi Teknik Elektro, Program Studi
(urusan) lain seperti Teknik Mesin, Teknik Kimia, Teknik Sipil, lbknikIndustri dsb, juga memberikan mata aiar Teknik Tenaga Listrik untukmaksud itulah makabuku ini diteftitkan.
Buku Pengantar Teknik Tenaga Listrik ini disusun berrdasarkan
pengalaman penulis dalam memkrikan mata ajar Teknik Tenaga Listrikdi Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada serta Perguruan-perguruanTinggr Swasta yangada di Yoryakarta.
Buku ini disusun dengan teori ringkas, yang merupakan dasaq dandapat dikembangkan lebih lanjut serta untuk memudahkan pemahaman-
nya diberikan banyak ontoh soal, pada akhir setiap bab juga diberikanpertanyaan dan soal latihan untuk menguji apakah teori yang diberikansudah dipahami atau belum.
Buku ini dapat pula dipakai rbagai bahan untuk mata ajar MesinListrik Dasa4, juga dapat dipergunakan oleh para teknisi yang inginmengetahui tentang Teknik Tenaga Ustrik
lv l'rrrgarrler lrlniL lcnoga Listrik
Para pemakai buku ini, akan mendapatkan manfaat yang optimal,apabila palingsedikit telah mempunyai pengetahuan dasar tcntang Fisikalv{agnit dan Listrik. Atas terbitrrya buku ini, kepada s€mua pihak yangtelah rnembantu, tidak lupa di ucapkan terima kasih. Akhirnya setiapsamn yang disampaikan demi perbaikan dan penyempumaan buku iniakan diterima dengan segala senang hati, serta tidak lupa di ucapkanterima kasih.
Yogyakarta,Juli 1991.
Pen;rusun,
k Flamzah Berahim.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTARDAFTARISIBAB 1 PENDAHULUAN
1-1. Umum'12. Pengadaan Eneqgi Listrik1-3. Perubahan Energi
1-4. Peralatan atau Piranti Pengubah Eneqgi
BAB2 GENERATOR ARUS SEARAH2-1. Umum2-2. Konstruksi Mesin Arus Seanah
2-3. Prinsip Kerja Dari Generator Arus Searah
2-4. Persamaan Um u m Tegangan Yang DibangkitkanOleh Generator Arus Searah
2-5. Jenis-jenis Generator Ams Searah
2-6. Karakteristik (Watak) Generator Arus Searah
BAB3 MOTORARUSSEARAH3-1. Urnum3-2. Prinsip Kerja Dari Motor Arus Searah
3-3. Jenis Motor Arus Searah
34. Torsi MotorArus Searah
3-5. Kecepatan Dari Motor Arus Searah
iiiv1
1
1
)J
7
7
7
r6
20
27
33
43
43
43
47
fi65
vl Penqantar Teknik Tenaga Listrik
&6. Karakteristik Motor Arus Searah
&7. Pengendalian Kecepatan Motcrr Arus Searah
3-8. Efisiensi Mesin Arus Seamh
BAB 4 TRANSFORMATOR4-1. Umum4-2. Konstruksi Transformator4-3. Prinsip Kerja tansformator4-4. Perbandingan Thansformasi
4-5. Kondisi Transformator Secara Praktis
4-6. Rangkaian Ekivalen Tiansformator4-7. Pengujian tansformator4-8. Efisiensi Tiansformator4-9. Transformator Tiga Fase
BAB 5 MESIN TAK SEREMPAK MESIN INDUKSI)
S1. Umum5-2. Konstruksi Motor Induksi5-3. Prinsip Kerja Motorlnduksi5-4. Rangkaian Rotor Motor Induksi&5. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi5-6. Torsi Pada Motorlnduksi5-7. Pengujian Motor Induksi
BAB 6 MESIN SEREMPAK
6-1. Umum6-2. Konstruksi Mesin Serempak
6-3. Belitan Jangkar6-4. Prinsip Kerja Mesin Serempak
6-5. Generator Serempak Berbeban
6-6. Diagra m Vektor Generator Serem pak Berteban
6-7. Regulasi Tegangan Generator Serempak
&8. Efisiensi Generator Serempak
6-9. Kerja Paralel
DAFTARPUSTAKA
70
75
80
87
87
88
89
v2
95
98
14711nITL
115
11,9
779
121,
123-126
129
740
1.47
161
761,
1Q1,65
168
17t
1,72
776
778
181
185
PE}IDAHUIUA}I
1-1. U mu m
Teknik Tenaga Listrik [tTL) ialah ilmu yang mempelajari sifat-sifatdan pemakaian piranti (alat) yang azas kerjanya berdasartan aliran elek-tron dalam benda padat atau aliran elekh,on dalam konduktor
Dewasa ini tenaga listrik memegang peranan utama dalam kehi-dupan sehari-hari, khususnya dalam bidang industri dan pabrik yaknisebagai tenaga penggerak mesin-mesin produksi, penerangan dan seba-gainya.
Disamping itu dalam kehidupan rumah tangga yang sudah ter-jangkau oleh jaringan listrih eneqgi atau tenaga listrik ini sudah mulaidirasakan sebagai salah satu kebutuhan pokok disamping kebutuhan san-dang pangandanpapan.
Dalam teknik tenaga lishik ataupun dalam elektro teknik dikenaldua macam arus ;
1. Arus searah (Direct Current = DC)
2. Arus bolak balik atau Arus Rangga
(Alternating Current = AC).
1-2. Pengadaan Energi ListrikDalam teknik tenaga listrik, baik itu arus searah maupun arus
bolak-balik dikenal sistem pengadaan eneqgi listrik sebagai berikut :
Pensantar Teknik Tenaga Listrik
1. Pembangkit
1 Transmisi
3. Distribusi
Sistem pengadaanberikut:
Sebagai sumber tenaga listrik yang antara
lainberupa:PLTA, PL[U, PLTD, PLTN dSb.
Sebagai jaringan untuk menyalurkan tenaga
listrik dari pembangkit ke beban atau
kejaringan distribusi.Sebagai jaringan yang menyalurkan tenaga
lishik ke konsumen atau pemakai.
eneqgi listrik ini dapat digambarkan sebagai
Ffl*DISIBIBUSI
il*KOfiSUlitENy
TRAFO
DISTRIBUSI
Gambar 7-7. Sbtem Pmgadaan Ener gi Listrik
1-3. Perubahan Energi
Dalam sistem tenaga listrik dikenal peralatan yangmengubah ener-
gi listri( baik dari eneqgi listik ke eneqgi mekanis, mauPun sebaliknya,
serta mengubah eneqgi listrik dari rangkaian atau jaringan yang satu men-
jadi eneryi listrik yang lain pada rangkaian atau jaringan berikutnya, yang
dapat digambarkan sebagai berikut :
,ITANSMISI
Pendahuluan
Gambar 7-2. Peruhahm Enogt.
1.4. Peralatan atau Piranti Pengubah E^".8f
Dalam gambarperubahan eneqgi di atas, peralatan atau piranti yangdiperprnakan secara singkat dapat diterangkan sebagai berikuE
1. Generator yakni piranti atau peralatan listrik yang dapatdipergunakan untuk mengubah eneqgi mekanis menjadi eneqgi
listrik dapat berupa generator arus searah maupun generatorarus bolak-balik.
2" Motor yakni piranti atau peralatan listrik yang dapatdipergunakan untuk mengubah eneqgi listrik menjadi energirnekanis, juga dapat berupa motor arus searah maupun motorarus bolakbalik.
3. Tlarsformator (Trafo) yakni peralatan atau piranti listrik yangdapat dipergunakan untuk mengubah energi listrik yang satu keeneqgi listrikyang lain dimana tegangan keluaran (ouput) dapatdinaikkan atau diturunkan oleh piranti ini sesuai dengankebutuhan.
Pengante Teknik Tenasa Listrik
Trafo ini terbagi atas :
a. Trafo penaik tegangan (step up) atau dapat di sebut trafo daya.b. TLafo penurun tegangan (step down) atau dapat juga di sebut
trafo distribusi.c. Tlafo alat ukur (instmment).d. Trafo yang dipergunakan pada peralatan atau rangkaian
elektronih yakni untuk memblokir rangkaian yang satudengan rangkaian yang lain.
C,enemtor maupun motor dapat disebut mesin listrih karena ge-
nerator dapat bempa generator arus se:lrah dan genemtor arus bolakbalik demikian pula moto4 sehingga mesin listrik juga dapat dibagi :
a Mesin Anrs Searalub. Mesin Arus Bolak-balill ternrasukTrafo.
Mesin Arus Searah dapat di bagi atas :a. Berpenguatanbebas.b. Beqpenguatan sendiri terdiri atas:
1. Mesin Shunt2. Mesin Seri
3. Mesin Kompon.
MesinArus Bolak-balik dapat dihagi atas:a. Mesin Asinkron atau Mesin Tak Serempakatau Mesin Induksi.b. Mesin Sinkron atau Mesin Serempak.
Dalam memahami Mesin Lishik tersebut terlebih dahulu hanrsdiketahui karakter medan magnit dan medan listrih karena medan iniyang menjadi media dimana terjadi perubahan energi baik dari listrik kemekanis maupun sebaliknya atau dari listrik ke listrik itu sendiri.
Pendahuluan
Pertanyaan:
1. Terangkan apa yang dimaksud dengan Teknik Tenaga Ustrik !
2. Terangkan mengapa tenaga listrik dapat memegang Peranan yang
penting dalam kehidupan manusia !
3. Gambar dan terangkan sistem pengadaan eneqgi listrik baik untukkeperluan pabrik, industri mauPun untuk rumah tangga !
4. Peralatan apa saja yang diperlukan dalam sistem pengadaan energi
listrik tersebut !
5. Gambar dan terangkan cara merubah eneqgi, serta peralatan yang
diperlukan !
6. Dalam arus searah mauPun arus bolak balik di kenal generator dan
moto4 terangkan kegunaanya !
7. Apa gunanya transformator?8. Dibagi atas berapa mactm trafo berdasarkan kegunaannya?
9. Mesin arus searah dibagi atas berapa macam?
10. Mesin arus bolak balik dibagi atas berapa macam?
GEilERATOR ARUS SEARAH
Z-7.U murLTelah dibahas pada bab pendahuluan bahwa mesin listrik dapat
berupa generator dan motol sehingga mesin arus searah juga terbagi atas:
1. Generator arus searah.
2. Motorarus seamh.
Generator arus searah berfungsi mengubah eneqgi mekanis daripenggerak mulanya menjadi eneqgi listrik yang diberikan kebeban, se-
dang motorarus searah berfungsi mengubah energi listrik yang diterimamenjadi eneqgi mekanis berupa keepatan putar poros yang nantinyadipergrrnakan untuk memutar peralatan-peralatan produksi di pabrikmaupun industri.
Satu perangkat mesin arus searah dapat berfungsi sebagai gener:a-
tot dan pada saat yang lain dapat berfungsi sebagai moto4 sehingga
konstruksinya sama, dalam hal ini maka konstruksi yang akan dibahas
adalah konstruksi mesin arus searah.
2.2. Konstruksi Mesin Arus Searalr
Konstruksi dari mesin arus searah terbagi atas:
Pencrantar Teknik Tenam Listrik
1. Stator adalah bagian mesin arus searah yang diam.
2. Rotoratau angkeratau iangkaratau armatur€ adalahbagian dari
mesin yangbeqputar3. Celah udara adalah ruangan yang ada antara stator dan jangkar.
Gambarkonstruksi dari mesin ini secara umum dapat dilihat pada gambar
Ll,.
a. Stator dan rotor mesin ams searah
rEDl
b. Penampang mesin arus :arr\
Generator Arrs Searah
Dari gambar tersebut maka stator terdiri dari :
i. Gandar (rumah) lihat gambarlZ, dibtat dari besi tuang.
ii. Kutub (ihat gambar2-3), terrdiri dari :
a. inti dari besi lunak atau baja silikon.b. sepatu kutub materialnya sama dengan inti.c. lilitan dari tembaga.
Gambar 2-2. Gandm (rumnh) stator mesin arus searah
Rotor atau arrnaturc (angkar = angker) terdiri atas :
i. Inti (ihat gambar2-4), materialnya sama dengan inti kutub.
ii. Belitan (penghantar), dari tembaga.
iii. Komutator (ihat gambar2-5), dari tembaga.
iv. Sikat (lihatgambar2-6), dali. karbon.
Belitan jangkar jenisnya ada dua macam :
a. Belitan gelung (LaP).
Tediri dari kumparan penghanta4 dengan satu kumparan Peng-
hantar dapat terdiri dari satu atau lebih lilitan yang membentuk
Thapesium. Dua ujung kumparannya dihubungkan ke s€gmen
komutator yang berdekatan atau beriarak satu segmen, dua seg-
men dan seterusnya, sehingga memberikan hubungan multiplex
10 Penqantar Teknik Tenasa Listrik
yakni simplex, duplel triplex dan s€terusnya. Multiplex tensebut
dapat menentukan garis edar paralel jalannya arus (a = ba-nyaknya kutubx plex ).
b. Belitan gelombang (Wme).Sama halnya dengan belitan g"lrr.g akan tetapi kedua ujungkumparan dihubungkan ke segmen komutator yang berjarak360o listrik. Hubungan ke komutatorini juga memberikan multi-plex dan menentukan garis edar paralel jalannya arus ( a = duakali plex )
SEPA'IU
EUTUB
(d)
Gambar L3. Kutub mesin arus smralt
(b)(a)
iN'I:I
LUBANCPAKU
(c)
Generator Arus Searah
KEI'WAY
a.Intiiangkar
LUBANGUDARA
b. Penampang Inti
LUBANG
\'*
SEGI\IEN'T
I.AMINASI
Oo-̂of'\ O
\KEY
WAY
c. Sebahagian Penampang
Gambar 24. lnti Janglar Mesin Arus Sewalt
(a)
Gambar 2-5.
(b)
Konrutatu mesin ar us sear ah'
'fALI Cu
LENTUR
TANGI(AIPENYETEL
TEGANGAN
Gambar 2'f.. Siknt mesin arus searah'
Contoh untuk belitan gelung yang disambung dengan komutator serta
garis edar paralel plannya arus lihat gambar L7' demil<tan pula untuk
belitan gelombang lihat gambar 2-8'
lenis beiitan jangkar ini, ada juga ienis yang lain yakni ienis kaki katak (frqg
Ie$ yakni gabungan antara ienis gelung dan jenis gelombang
Generator Arus Searah13
lilitangelung(lap)
s6gmen kommutatorberdckatan
:l;t1ttl1t
il
Gambar 2-7a. Satu lititnn gelung (1q) denggn ujungnya dismnbung ke segmen
komutator.
Gambar ?-7b. Diagramlititan gelunguntukmesin arus searah 4 kutub' 1'6
alur i angkar, 32 sbi Ynghmtw'
etr\ze z/e\z.ri
Gambar 2-7c Empat gub edm puatel dmi sisi penghnttm yory itiseri pad.amesin mus seuah gonbm 2_7b .
Gambar 2'7. Belitan jangkm untuk jenb gelung (kp), hubungannya ibngansegmm komatator serta gmb edm pmarel arus seuah.
uJunglilitan
Gambar 23a. satu lilitan gelombang (wme) dmgrn ujungnya dismnbungkesegmen komutator.
'segmen komutator-beg'arak 360o listrik
Generator Arus Searah
Gambar Zab. Diasran t,i,fr:;;fff:_i#;tr#arus semah 4 httttb,27
Gambar 2-k. Dua gmis edm pmmel dmi sisi pnghottm ymg dberi pdamesin gwnbw 2-8b.
Gambar ?.3, Belitan jangkar untuk jenis gelomboq (wme), hubungannya
d*g* segmmkomrtatu sutngwis edm pmarel arus jmgkar.
15
&.r
16 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
2-3. Prinsip Kerja Dari Generator Anrs Searah.
Berdasarkan Hukum Imbas dari FARADAY yakni apabila lilitanpenghantar atau konduktor diputar memotong garis-garis gaya medanmagnit yang diam, atau lilitan penghantar diam dipotong oleh garis-garisgaya medan magnet yang beqputar; maka pada penghantar tersebut tim-bul EMF (Elektro Motoris Force) atau GGL (Gaya Gerak Listrik) atauTegangan Induksi.
Dalam hal ini untukgeneratorarus searah :
1. Lilitan penghantar diletakkan pada jangkar yangberputar.2. Garis-garis gaya medan Magnit berasal dari kutub yang ada
distator,3. Gerak atau peqputaran dari lilitan penghantar dalam medan
magnit.
EMF yangdibangkitkan pada penghantar jangkar adalah teganganbolak-balik lihat gambar L9. Tegangan bolak-balik tersebut kemudiandisearahkan oleh komutator lihat gambar2-10. Tegangan searah tersebut
oleh sikat dikumpulkary kemudian diberikan keterminal generator untukdi transferkebeban.
Arus yang mengalir pada penghantar jangkar kanena beban terse-
but akan membangkitkan medan yangmelawan, atau mengurangi medan
utama yang dihasilkan oleh kutub sehingga tegangan terminal turun, halini disebut neaksi jangkar.
lilitan penghantar berputar
a. Posisi sesaat lilitan penghantarbelputari-
1[ o,^*.u Pemhinean Pcroustakaan ll
Gmerator Arus Searah
b. Tegangan induksi bolak-balik yang dibangkitkan sebagai fungsisudut rotasi.
Gambar 2-9. EMF (GGL) atru tcgangan induksiboktk-balik ynng dibmrgkitknn
oleh sdu lilitan penghantw ianglar.
a. Segmen komutator dan sikat.
b. Tegangan induksi bolak-balik yang telah disearahkan oleh
komutator.
Gambar 2-70. EMF (GGL) atat Tegangan Sewah yang dbmgkitknn oleh satu
lilitmpmghottw imgkar
17
+l
e,I
0o"B"E"B"E'E"EF"SFH gg
2Q
18 PengantarTeknikTenasa Listrik
Dalam menentukan Arah Arus dan Tegangan (GGLatau. EMF) yangtimbul pada penghantar setiap detik berlaku hukum tangan kananFleming lihat gambar 2II berikut :
arah medan (B)
"""#-Gambar 2-11. Hufum Tangan Kanan Fleming
Keterangan gambar;
1. Jernpol nnenyatakan arah gerak (F) atau peqputaran penghantar.2. JanTelunjukmenyatakan arah medan magnit dari kutub Utara ke
kutub Selatan (arah B = arah kerapatan fluks)3. Jari Tengah menyatakan arah arus dan tegangan.
Ketiga arah tersebut saling tegak lurug seperti gambar di atas.
Tegangan satu volt adalah GCL (EMF) atau Tegangan Induksi yangdibangkitkan pada penghantar untuk tiap 10o garis gaya fluks yang dipo-tong per <let!k.
Tegangan rata-rata yang dibangkitkan dalam satu penghantar (Eu, )sama dengan garis gaya fluks total yang dipotong dibagi dengan waRtt,yang dipergunakary atau dinyatakan oleh pes:rmaan :
arah
Bera}(F)
t
I
Generator Ams Searah 79
dengan: E u, = Tegangan rata-rata yang timbul dalam suatupenghantarFluks total yang dipotong oleh penghantar
Waktu dalam seond (detik) yangdipergrrnakan untukmemotong fluksnya.
Contoh Soal 2-1
Suatu Generator arus searah 4 kutub mempunyai belitan jangkar yang
terdiri dari 648 penghantar ftonduktor) total yang dihubungkan dalam 2
garis edar paralel (alan paralel arus pada penghantar jangkar). Jika fluks
per kutub = 0,327 x 105 maxwell dan kecepatan peqputaran dari iangkar1800 rpm, hitung tegangan rata-rata yang dibangkitkan.
Penyelesaian:
Banyaknya penghantar seri per garis edar paralel sama dengan
Banyaknya fluks yang dipotong per putaran
@ - 4 xo,327x 106 = 12[x7o6 marutell
Putaran iangkar per detik = # = 30 rPs.
Waktu yang dipergrrnakan perputaran :
1
, -;= 0,0333 detik
Eou/penglaHtar= lff$*lo+ -0,3f36 tnh
E, ( te8an8an total yang dibangkitkan )
= 0,386 x324 = 725uh
O=t-
ff=zu
20 Pengantar Teknik Tenaga Ustrik
Contohsoal2.2:
Dari ontoh soal2-1 hitung takaran (rating) ams Pada tiap penghantar
peqgaris edar jika daya yang dibangkitkan olehiangkaradalah 5 kW
Penyelesaian:
Daya (P) dalam watt = Tegangan (V) dalam voltx Arusatau I dalam Amp
ArusJangkarTotal = +- # - 40 Amp
Arus per-penghantar (peqgaris edar) = f = ro e*p
2r{. Persamaan Umum Tegangan Yang Dibangkitkan Oleh Generator
Arus Searalu
Dari contoh soal disebelah dapat disimpulkan bahwa tegangan total
yang dibangkitkan oleh generator arus searah akan mengikuti persamaan
umumberikut
EI
dengan ,roP
rPm
Za
Tegangan total yang dibangkitkan dalam volt
Fluks per kutub dalam maxwell.
Banyaknya kutub.Keoepatan putaran jangkar per menit
Jumlah total dari penghantar jangkar yang efekti f .
Banyaknya garis edar paralel dari arus padapenghantarjangkar
Contoh Soal2-3:
Suatu generator arus searah 6 kutub 85 kW mempunyai jangkar
yang terdiri dan 66 slot (alur) dan tiap alur berisi 12 konduktor. Belitan(kumparan) j*gk . di hubungkan sedemikian sehingga terrdapat 6 garis
Gmerator Arus Searah 27
edar paralel. Jika tiap kuhrb menghasilkan fluks sebesar
well dan kecepatan perputaran jrngkar 870 rpm, hitungdibangkitkan.
Penyelesaian:
Tegangan yang dibangkitkan :
2,'i8 x 105 max-tegangan yang
E @ x rx romxZ r- ---;;6-x7O " aott
2,78x106 x6x870x7V2x 1o+6x60
= Zfrrsolt.
L5. ]enis-jenis Generator Arus Searah.
Ber'dasarkan rangkaian penguatannya maka jenis generator arussearah ini dibagi atas:
a. Generator arus searah dengan penguatan terpisah atau penguatanbebas, yakni penguatan medan berasal dari sumber arus searah luarseperti gambarberikut
Gambar 2-72 Rnngkaian ekioalen gmerator arus smrah bupmguatan bebas
Dari gambar rangkaian ekivalen generator arus searah b".p"-nguatan bebas di ataq dapat dituliskan pers:lmaan yang menyatakan
hubungan besaran tegangan, arus, daya dan resistans sebagai berikut :
E -V+I Rgtao
PI =t- oltPut .................(25)oV,
dengan,
EI
vI
Tegangan yang dibangkitkan oleh iangkar dalam volt
Tegangan terminal dalam volt
Arus jangkardalam AmPer
Arusbeban dalam AmPerlbgangan sumberarus searah untuk penguatan dalam vollResistans kumparan medan dalam ohm.
Resistans kumparan jangkar dalam ohm.
Arusmedan dalam AmPerResistanspengafurarus masuk kumparan medan dalam ohm'
Rugi tegangan pada sikat
t-0t-V. =tK-=
tR=l.o =tR=a'ri =
output t
P = Daya keluaran jangkaroutPut
Contohsnal2-4:
suatu generatorarus searah berpenguatan bebas melayani beban 450 Am-
per patla tegangan terminal 230 volt. Resistans iangkar 0,03 ohm, rugi
tegangan pada sikat seluruhnya 2 voll hitung tegangan yang dibangkit-
23Generator Arus Searah
kan. Jika arus medan untuk membangkitkan fluks dipertahankan sebesar
4 Ampe4, tegangan sumber arus searah untuk penguatan sebesar22O volt
serta resistans kumparan medan 50 ohm, berapa besamya resistans penS-
aturarus masuk kumParan medan ?.
Penyelesaian:
Lihat rangkaian ekivalen generator arus searah berPenguatan bebag gam-
bar2-12, datanYa:
Iu = I = 45oAmPer iR" = o,o3Ohm
vt = 230 volt )Y r=22oYoltRr = 50 ohm ;Ir= 4 Amper
Tegangan yang dibangkitkan oleh jangkar (E ) :
Eg =vr*IrRr*A'ri= 230 +(a50x O03) + 2 = 2415 volt
Resistans yang dibutuhkan untuk mengafurarus medan :
V, =Ir+(Rr+R)220 =4(50+R)
R ='+ =Sohm
b. Generator arus searah dengan penguatan sendiri.
Penguatan untuk medan magnetnya diambil dari terminal genera-
tor itu sendiri. Karena adanya magnit sisa (residual magnetism) mengha-
silkan fluks medan pada permulaannya. waktu jangkar belputar maka
tegangan terminal akan memperkuat rnedan magnet dan dari penguatan
ini akan menambah tegangan terminal kembali, sampai akhimya tercapai
tegangan nominal dari generator. Ada tiga macam generator ini:
(i). Generator arus searah shunt.
Pada generator ini, kumparan medan paralel dengan kumparan
jangkag lihat gambarberikut :
24 Pensantar Teknik Tenasa Listrik
KumparaaMedanShunt
Gambar 2-13. Rmgknian ekirnbn generftor arus senrah shunt.
Dari gambar rangkaian ekivalen generator arus searah shunt diatas,
dapat dituliskan persamaan yang menyatakan hubunganbesalan tegang-
an, arus, daya dan resistans sebagai berikut:
Ia
V-tI _-'si-R,sfl
...........(Le)
P- outoull_+'v
t
dengan,
E8
= Tegangan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar
dalam voll
Gmerator Arus Searah 25
V=tR=a
I_I-aR, =snI_t-T_t-sh
Av. =sl
Tegangan terminal generator dalam volt.
Resistans kumparan jangkar dalam ohm.
Arus kumparan jangkar dalam AmPer.
Resistans kumparan medan shunt dalam ohm.
Arusbeban dalam Arnper.
Arus pada kumparan medan shunt dalam Amper.
Rugi tegangan pada sikat
Daya keluaran dalam WatlP output
Contoh Soal2.5 :
Suatu generatorarus searah shunt,4 kutub, mempunyai 55 alur jangka4
tiap alurberisi 8 penghantar Bila kecepatan generator 900 rpm, fluks/ku-
tub5,6 x 105 maxwell dan garisedarparalel4, hitungEMF/tegangan yangdibangkitkan oleh jangkaa Jika arus j-gkur 100 Ampe4 resistans kum-paran jangkar 0,05 ohm, rugi tegangan pada semua sikat 2 Volt, hitungtegangan terminal generator !.
Penyelesaian:
EMF yang dibangkitkan oleh jangkar :
ryrzxro-Bpdr5,6x106 x4x900xrl40
x 10-E4x60
369,6 Volt
Pakai gambar2-L3, datanya :
=369,6Vo18 R" = Q05ohm,
= 100 Amper
E=I
EtI
a
26 Pensrnts Teknik Tenasa Lbtrik
Tegangan terminalnya:
V -Er -- -I R -Av.'gaasl
= 369,6 - (100 x 0,05) - 2
=362,6Yo1L
(ii). Generator aflrs searah seri.Pada generator ini kumparan medan dirri dengan kumparan
iangkamya, sehingga medannya mendapat penguatan jika arusbebannyaada itu sebabnya generator seri selalu terkopel dengan bebannya, kalautidak demikian maka tegangan terminal tidak akan muncul.
Gambar Z-TLRangkaian ekioabn gelerator arus searah seri.
Dari rangkaian ekivalen tersebut maka persamaan yang me-nyatakan hubungan besaran tegangan, arus, daya dan resistans dapatdituliskan sebagai berikut :
&I.
Ia
- Poutout
-I-T .............(2-121't
Gmerator Ams Searah
Keterangan persamaan (2-11) dan (L12)
E" = Tegangan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar" dalam Volt
V, = Tegangan terminal generator dalam VoltI" = Ants kumparan jangkardalam Amper[ = ArusbebandalamAmperR = Resistanskumparanj*gk rdalamohm.R: = Resistans kumparan medan seri dalam ohm
s
A v . = Rugr tegangan pada sikat
a.",.n*"r rr,Suafu generator arus searah seri, 50 KW, 250 Volt resistans kumparan
iangkar Ql ohm, rugi tegangan pada sikat tidak ada. Hitung
a. Arus jangkarnya bila bekerja pada beban penuh.b. Resistans medan seri bila tegangan yang dibangkitkan = 300 VolL
Penyelesaian:
Pakai gambar2-74 dengan data berikut,Poutput = 5O kW iY r=250 Volt; R = 0,1 ohm
danE =300Volt.ta. Arus jangkarnya:
P- 'outout 50.0mI _:E:- --- -Z(NAmoa V, zfl --- ""-r
b. Resistans medan seri
E =V +I R +IR +Av.tsaassl
300 = 250 + 2,00x 0,I + 200x R
300 =270 + 200x Rs
= 0,15 ohm
27
\ =i*
+0
28 Pensantar Teknik Tenasa Listrik
(iii). Generator Arus Searah I(ompon.Generator ini mempunyai dua kumparan medan yakni yang satu
diparalel dengan kumparan ia.gk 4 sedangkan yang lain dirri dengan
kumparan jangkar Generator ini terbagi atas:
a. menurut susunan rangkaian kumparan medan.
1. kompon pendek2. komponpanjang.
b. Menurut arah arus yang mengalir pada kumparan medan :
1. Kompon kumulatif.Disebut kompon komulatif karena arah arus yang mengalir pada kum-
paran medan seri searah dengan arus yang mengalir di kumparan medan
shunt, terbagi atas:kompon lebih (over compound)
kompon kurang (under compound)
kompon rata (flat ompound)
2.IGmpon diferensial.Disebut kompon diferensial karena arah arus yang mengalir di medan seri
berlawanan arah dengan arus yang mengalirpada medan shunt.
Gambar 2-15 Rutglaian ekiulen genualu arus smrah koryon Wdek
Untuk generator kompon, arus yang mengalir pada medan seri ada
kalau dibebani, kadang-kadang arus beban ini terlalu besar sehingga
medan seri perlu diberi resistans pembagi (diverter rcsistance)
.l J
Generator Arus Searah
Berdasarkan susunan rangkaian kumparan medannya maka gene-
rator arus searah kompon ini akan dibahas satu per safu berikut :
a). Generator Arus Searah l(ompon PendekRangkaian ekivalen generatorarus searah kompon pendek ini lihat
gambar2-15.
Dari gambar rangkaian ekivalen generator arus searah kompon
pendek disebelah, dapat dituliskan Perc:rmaan yang menyatakan hubung-
an besaran teganga& arus, daya dan resistans sebagai berikut:
Y -I R-tsl --'sh R,sn
P- outvut
t
Tegangan yang dibangkitkan pada kumparan jangkardalam voltTegangan terminal generator dalam VoltResistans kumparan jangkar dalam ohmArus kumparan jangkardalam ohmArusbeban dalam Amper
29
dengan,
EI
Vt
Ra
IaI
30 Penmntar Teknik Tenasa Listrik
Arus medan shunt dalam AmperResistans kumparan medan seri dalam ohmResistans kumparan medan shunt dalam ohmRugi tegangan pada sikat
Contoh sc,alLT:
Suah.r generator arus searah kompon pendek 20 kw bekeria dengan beban
penuh pada tegangan terminal 250 Volt. Resistans kumparan jangkag
kumparan medan seri dan kumpar:an medan shunt masing-masingsebe-sar Q05 ohm, Q@5 ohm, dan 100 ohm. Hitung tegangan yang hamsdibangkitkan oleh iangkar .
Penyelesaian:
Pada gambar 215 dengan data berikuf
P ootp,rr = 20 kW i Vt = 250 Volt
\ = O,OSohm ; R" = O@5ohm danR", = 1fi)otrm
P, -'olt?ut -# -SoAmper'vl
Y .I R, _ ', -' "r _ 250-(80x O@5) _ nI"r,=-fi-ffi-2,48AnryI =I +I. = N+2,48=82,48Amperash
Tegangan yang dibangkitkan oleh jangkar :
E =V+I R+IR+Av.Slaassl
= ?50 + (82,48x O05) + ( 80 x 0,025) + 0
= 2.50 + 4,72 +2 =256,72Yo1L
b). Generator Arus Searah lGmpon Panjang.Rangkaian ekivalen generator arus searah kompon panjang, lihat
ganbarll6berikut:
Irn =R=
sR. =sn
Av. -st
Generator Ams Searah
Gambar 2-\6. Rwt gkaian ekhnlen gener at u mus sur ah bnry on pani ang.
Dari gambar rangkaian ekivalen tersebut maka persamaan yang me-
nyatakan hubungan besaran tegangan, arug daya dan resistans dapat
dituliskan sebagai beriku t
gtaaassl
Ta
31
, -Poutwtt-vt
) J,"
v,-t'sh R
sh
(2-1
32 pengantarTeknikTenasa Listrik
Keterangan peni:rmaan L17 srLmp ai 2-ZO xbagai beriku t :
E- = Arusbeban dalam Amper,Vf, = Tegangan terminal generator dalam Volrlo = Aruskumparanjangkardalam Amper.I = Arusbeban dalam Amper.lrh = Arus medan shunt dalam Amper,R, = Resistans kumparan jangkar dalam ohm.Rs = Resistans kumparan medan seri dalam ohm.
\n = Resistans kumparan medan shunt dalam ohm.
A v"i = RuB tegangan Pada sikal
Contohsoal2-8:
Suatu generator kompon panjang melayani beban 50 amper pada tegang-an terminal50O volt, mempunyai resistans jangka+ medan seri dan medanshunt masing-masing O05 ohm; 0,03 ohm dan 250 ohm. Rugi tegangansikat 1 volt persikat. Jika output prime moveratau penggerak mula27,SkW, hitung:
a. Tegangan yangdibangkitkan oleh jangkar.b. Efisiensi dari gener:aton
Penyelesaian:
Pakai gambar2-"1.6, dengan data beriku!J =50Amp ;Vt = 500 volt; R = 0,05 ohm
a
\=0,03ohm;R^ =250ohm
a). Irh =
V, 5oo
n, =zso = 2 Atrrper
I + lrn =50 +2 =SZAmper
v,*Iu\*Iu\*a'r,500 + (52 x 0,03) + (52x Q05) + Q x r)506,16 volt
t-a
DI
=
Gerrerator Anrs Searah
b). Output penggerak mula menjadi daya input (P i,,o,,J dud generator =
275kW;sedangkan daya outputgeneratorC"";;) = Ix V = 500x 50
=25kWD
Efisiensi {il = f\ = # = x),s %
2.6. Karakteristik (Watak) Generator Arus SearahKarakteristik yang penting pada generator arus searah adalah seba-
gai berikut,1. Karalderistik Beban Nol.
Bila generator shunt, kompon dan generator berpenguatan bebasdiputar oleh penggerak mula, kemudian di beri arus penguatan, makapada term inalnya dibangkitkan tegangan. Tegangan tersebu t teqgan tungpada:
a. Fluks (arus medan)b. Kecepatan putar.
Jika fluks (arus medan) dipertahankan konstan sedangkan ke-cepatan dinaikkan dan diturunkan maka tegangan terminal akan naikturun sesuai perubahan kecepatan. Sama halnya jika kecepatan dipegangkonstan sedang fluks (arus medan) dirubah-rubah maka tegangan termi-nalnya juga akan berubah sesuai dengan perubahan fluks. Dengandemikian ada dua macam karakteristiknya,a. Karakteristik beban nol sebagai fungsi dari arus medan dengan pu-
taran konstan, dinyatakan oleh pensamaan berikut,
33
E -Eoo
lt -0(,)
lr[ =konstmrs
dengan,
E=oI- =t
N=
Tegangan terminal waktu beban nolArus medan ; L = Arusbeban = 0Keepatan genemtor
34 Peneantar Teknik Tenasa Listrik
Karakteristik iniberikut,
didapatkan dengan rangkaian ekivalen pengujian
=Eo
Gambar 2-77 . Rangkaian ekiaalen pengujiqn fuban nol untuk generalor arus
seNalt.
Pelaksanaan pengujian dengan cara berikut1. Putar generator sampai putaran nominal, pakai penggerak mula.2. Sebelumnya posisikan kontak geser dari rheostat pada rangkaian
medan dengan resistans (R) yang maksimum sehingga arus medan (I1
=Q3. Tegangan pada voltrneter V sudah ada walaupun arus medan masih
nol, sebesar E = tegangan sisa fluks (residual fluks).4. Arus medan naikkan setingkat demi setingkat dengan
tak geser rheostat, catat I, dan Eo .
5. Pengujian dihentikan setelah kontak geser rheostat
mum).6. Kalau digambar{can pengamatannya, diperoleh kurve karakteristik
saturasi beban nol berikut,
menggeserkon-
habis ( R mini-
Generator Anrs Searah
Gambar 2-18. Kunte kfurabfristik frurci bfu nd genqdu mus surah.
b. Karakteristik beban nol sebagai fungs dari putaran dengan arus
medan konstan, dinyatakan oleh persamaan berikut:
35
Eo
1
JEr
T
Eo
ll -nol-E' (M
li'-*''"dengary Eo; I; I" dan N seperti keterangan untuk Persamaan (Z'21),
demikian [uG ringkaian ekivalen pengujiannya sama dengan gambar
Ll7, pelaV,*naan pengujian sebagai berikut,
1. Putar generator sampai putaran nominal dengan mengatur penggerak
mula.2. Atur arus medan sehingga tegangan terminal generator mencapai
tegangan nominal.
3. Putaran generator diturunkin setingkat demi setingkat tanpa men8-
ubah arus medan, setiap ditunrnkan putaran, catat besarnya daniuga
catat tegangan terminal generator.
36 Pengantar Teknik Tenaga Ustrik
Hasil pengamatan penguiian diatas kalau digambarkan akan didapatkan
kunre karakteristik generator arus searah pada waktu beban nol sebagai
fu.gs dari putaran dan arus medan konstan,lihat gambar2-19 berikut.
-...+ Nrpm
Garnbar 2-19. Kunte karaleterbtk genudr trus swah Pdawaldub&ot ndselngai fungsi ilari putarm ilan mus nwilfrikostan.
2 lGralderistik waldu berbeban
a. IGralderistik Generator Shunt waldu dibebani.Waktu gt'nerator shunt sudah berputar dan tegangan terminalnya
zudah ada, kemrrdian dibebani maka tegangan terminalnya akan turun,
lihat gambar 2-l( ) berikut,
+ ,1nr! beban 0)
llo
I
NL
o
t0
io
II
Eo o Eo,*rr, Longtan
G amber LN. t uru kar akt cr i s t * gmeralor fr us *ar ah shunt wabu dbeboi.
Gererator Arus Searah 37
Dari gambar kurve karakteristik generator arus seamh shunt waktu
dibebani, gambar2-20 disebelah, bila beban dilepas maka tegangan termi-
nal (Vr, ) akan kembali dari tegangan beban penuh (V, ) te tegangan
beban nol (V*,- ).Watak kEria generator arus searah berdasarkan perubahan tegangan
antara beban penuh dan beban nol didapatkan apa yang disebut regulasi
tegangan, yang dapat dinyatakan oleh persamaan berikut:
dengan:VNL = Tegangan terminal waktu beban nol'
Vr, = Tegangan waktu beban Penuh'
Contohsoal2-9:
Suatu genemtor arus searah shunt 25 Kw,230 volt mempunyai regulasi
tegangan sebesar 8,7 %, ditanyakan:
a). Berapa tegangan terminal generatorpada waktu beban nol'
b).lika perubahan tegangan diandaikan seragam antara beban nol dan
beban penuh, hitung daya keluaran (output) generator bila tegangan
terminal 240 volt dan 235 voll
Penyelesaian:
% Regutasi=Wxtoo % ....(z-22)
a). % Regutas,-\!*rro
v -2308,7 = .r-!Lg-x100
8,7x230VNL =ff+230=?50Volt
38 PengantarTeknik Tenaga Listrik
b). P -?fr -z+o'28 250434'25-12'5(vo_ 2fi-235P
23s = 250 - zipx
25 * 18'75 ktt
b. Karakteristik Generator IGmpon waldu dibebani.Generator kompon mempunyai dua belitan medan yakni medan
shunt dan medan seri. Penguatan medan shunt dapat dikatakan kurangstabil karena haqganya hanya teqgantung pada fluktuasi tegangan termi-nal.
Akan tetapi penguatan medan seri berubah-ubah teqgantung dariarus beban , jika arus beban nol maka fluksnya tidak ada.
Jika lilitan medan shunt dan medan seri pada kutub-kutub utamadihubungkan sedemikian sehingga keduanya menghasilkan fluks yangarahnya sama (fluksnya saling menambah) disebut kompon kumulatif,jika keduanya menghasilkan fluks yangberlawanan arah (fluksnya salingmenguriangkan) yang demikian disebut kompon diferensial.
Karakteristik generator kompon waktu dibebani dapat digam_barkan sebagai berikut (ihat gambarZ-21).
+ Arus beban (I)
Gambar 2.27. Kuraekmakterbtikg*terator mus semalt dmifurbagai jenb
kunponwabu dbebani.
(0
Fo
6b0
6DOo
E-
t
Kompon Kumulatif
Arr.s beban penuh
Generator Arus $earah
Keterangan gamba41. Kompon kumulatif rata (flat cummulative compound), tegangan termi-
nal pada waktu berbeban sarna dengan tegangan terminal waktu bebannol.
2. Kompon kumulatif lebih (over cummulative oumpound), teganganterminalnya pada waktu berbeban, lebih tinggi dari tegangan terminalpada waktu beban nol.
3. Kompon kumulatif kurang (undercummulative compound) teganganterminal pada waktu beban penuh lebih rendah dari tegangan terminalpada waktu beban nol.
c. Karakteristik Generator Seri waktu dibebani.Generator seri, lilitan medannya di seri dengan jangkar sehingga
sectra otomatis arus bebannya menjadi arus penguat medan, teganganterminalnya akan teqgantung pada arus beban, kalau bebannya nol makategangan terminalnya hanya sebesarfluks sisa (E ).
Karakteristik tegangan terminal sebagai fungsi dari arus beban,untuk generator seri dapat digambarkan sebagai berikut (lihat gambarL22).
Gambar L2?- Kuroeknrakterbtik gmerator arus sewah seriwaktu dibebanl
Keterangan gamba4
Tegangan terminal akan naik sesuai dengan naiknya arus beban, akan
tetapi kalau ams bebannya di atas haqga nominalnya bagran inti besi dariuntai magnitnya akan saturasi, pada kondisi ini emf generatorakan turun.
39
zo,e
6A
ut-.
tE-f
Q Peneantar Teknik Tenasa Ustrik
Pertanyaan
1. Terangkan bagaimana konstruksi dari mesin arus searah ?.
2. Apagunanya komutator pada generatorarus searah ?.
3. Apa sebabnya pada mesin-mesin listrik kebanyakan tidak mempergu-nakan magnit permanen tetapi yang dipergunakan a dalah elektromag-nit ?.
4. Belitan jangkar ada berapa macam pada mesin arus searah.?
Tenangkan!.
5. Terangkan prinsip kerja generatorarus searah !.
6. Definisikan EMF (GGL) atau tegangan induksi 1 volt yang dibangkit-kan oleh penghantar jangkar !. EMF tersebut arus bolak-balik atau arus
searah ?.
Mengapa ?.
7. Terangkan persamaan umum dari EMF yang dibangkitkan oleh gene-
ratorams searah ?.
8. Terangkan jenis-jenis generatorams searah !.
9. Bagaimana cara mengatasi bila pada generator arus searah shunttegangan terminal tidakmuncul ?.
10. Apa sebabnya generator arus searah seri harus dikopel dengan beban-
nya?.11. Bagaimana caranya mengetahui generatorarus searah kompon komu-
latif dan kompon diferensial ?.
l2.IGrakteristik (watak) apa saja yang penting pada generator arussearah?. Terangkan ?.
13. C,ambar dan terangkan watak-watak dari berbagai generator arus
searah yang dibebani !.
14.Bagaimana c:rra mengatasi fluksyangberlebihan pada medan seri darigener:ator arus searah ?.
15. Terangkan regulasi tegangan pada generator arus searah!
Gerrerator Arus Searah
Soal latihan
1. Suatu generatorarus seamh 4 kutub, masing-masing kutub menghasil-
kan fluks sebesr2,73x 105 ma,xwell.
Generator tersebut kecepatannya 1200 rpm membangkitkan tegangan
sebesar 2rCI volt dan garis edar paralel 2, Hitung banyaknya penghantar
jangkamya.
2. Dari soal no 1, jika daya output generator 36 Kw hitung arus yang
mengalir pada tiap penghantar.
Penggerak mula dari generator tersebut rCI Kw.
Hitung ef isiensi dari generator.
3. Dari contoh *a|2.3, hitung arus yang mengalir pada tiap penghantar
jika tegangan terminalnya 2'1,2$ volt. ]ika penggerak mulanya mem-
punyai output lm Kw Hitungefisiensi dari generator.
4. suatu generator arus searah 8 kutub mempunyai penghantariangkar
sebanyak 778 dan kecepatannya 500 rpm, membangkitkan tegangan
sebesar 255 volt. Jika garis edar paralel arus sebanyak 2, hitung fluks
yang dihasilkan oleh tiap kutubnya.
5. Iika pada soal no 4 adalah generator shunt dengan tegangan terminal
250 vol! diberi beban dengan resistans sebesar 12,5 ohm, hitung arus
bebannya, arus pada medan shuntnya, arus jangkar dan resistans
jangkamya.
6. Suatu generator arus searah shunt 4 kutub, fluks perkutub 0,07 Wb'
Banyaknya penghantar jangkar 440 dan keepatan 900 rpm, dengan
garis edar paralel 4, hitung tegangan yang dibangkitkan oleh iangkar
Jika resistans jangkamya 0,88 ohm, dan arus i-gL. 50 arhpe4 rugi
tegangan pada sikat seluruhnya 2 volL Hitung tegangan terminalnya.
7. iika generator seri pada contoh wl2-6, dikehendaki arus yang me-
ngalirpada kumparan medan serinya dibatasi maksimum 150 Amper
Bagaimana caranya dan hitung !.
8. Suatu generator arus searah kompon pendek memPunyai tegangan
terminal 230 volt, bila melayani beban 150 Amper. Resistans medan
shunt, medan seri, jangkar dan yang diparalel dengan medan seri,
masing-masing besarnya 92 ohm, 0,01 5 ohm, 0,03 ohm dan 0,032 ohm.
4'l
Ditanyakan:a. Tegangan induksi yang dibangkitkan oleh jangkar!b. Tctal daya yang dibangkitkan oleh jangkar!c. Dishibusi daya!
9. suatu generator kompon panjang 300 kw, 600 volt mempunyai resistansmedan shunt 75 ohm, resistans jangkar termasuk resistans sikat sebesaro41 ohm, resistans medan seri 0,012 ohm dan resistans yang diparaleldengan medan seri sebesar0,036 ohm.Hitung:
a. Tegangan yang dibangkitkan oreh jangkar bila melayani bebanpenuh!
b. Daya yangdibangkitkan oleh jangkar!10. suatu generatorarus searah shuntmempunyai resistans medan 50ohm
dan resistans jangkar 0,1 ohm melayani 60lampu pada tegangan termi-nal 100 volt masing-masing lampu 40 wat! rugi tegangan sikat satu voltpersikat. Hitung:
a. Arus jangkar !
b. Arusbeban !
c. EMF yangdibangkitkan !
d. Regulasi tegangan !
MOTOR ARUS SEARAH
}'1. U mu m.
Motorarus searah pada zaman dahulu sebelum dikenal motorarusbolak-balik banyak digunakan untuk menghasilkan tenaga mekanikberupa kecepatan atau peqputaran, baik untuk mesin-mesin produksi dipabrik dan di industri maupun untuk traksi, tram listrik dan sebagainya.untuk haksi, tram listrik sampai sekarang masih banyak mempergr-rnakanmotor arus searah, demikian pula untuk start awal dari mobil, danrangkaian peralatan elekkonik.
Berdasarftan kanakteristiknya, maka motorarus searah ini mempu-nyai daerah pengatumn putaran yang luas dibandingkan dengan motorarus bolak balilq sehingga sampai sekarang masih banyak dipeqg,nakanpada pabrik dan indusrti seperti pabrik kertas, tekstil, dan pabrik-pabrikyang mesin produksinya memerlukan pengaturan putaran yang luas.Konstruksi motor arus searah, telah dibahas pada bab 2, yakni samadengan konstruksi genemtor arus searah, hanya perbedaanya pada prin-sip kerjanya, sehingga satu perangkat mesin arus searah dapat ber{ungsisebagai generator maupun sebagai motor.
!2. Prinsip Kerja Dari Motor Anrs Searah.
Prinsip kerja motor searah bendasarkanmembawa arus ditempatkan dalam suatu medantar tersebut akan mengalami gaya.
pada penghantar yangmagnetmaka penghan-
44 Pengantar Teknik Tenaga List{!
Gaya menimbulkan torsi yang akan menghasilkan rotasi mekaniksehingga motor akan beqputar Jadi motor arus searah ini menerima sum-
ber arus searah dari iala-jala kemudian dirubah menjadi enetgi mekanik
bempa perputarao yang nantinya dipakai oleh peralatan lain.
Ringkasnya prinsip kerja dari motor membutuhkan :
1. Adanya garis-garis gaya medan magnet (fluks), antara kutub yang
berada di stator2. Penghantar yang dialiri arus ditempatkan pada j-gk
" yang berada
dalam medan magnet tadi.
3. Pada penghantar timbul gayayan1menghasilkan torsi
Prinsip kerja motorarus seamh ini perhatikan gambar &1 berikut:
Gambar 3-la. Medm y ang dihreillcm oleh kutub.
Gambar Llb. Metlor s&agai hreil m$ Wg nengalb pda prgltnlto,
Motor Anrs Searah
Gambar }lc. Ints aksi keilun mzilot nungfireillcan gay a
Gambar 3-7. Terjadinyarctrei mdor arus seuah fiagai intuaksi mtwamedan magnit yang dihreillan oleh hrtub pada stdu ilm medm magnit ymg
dihnilkan oleh m us y ang mmgalir paila paqhmtw imgknr.
Keterangan gambar.
1. Garis-garis gaya medan magnet (fluks) dihasilkan oleh kutub-kutubmagnet seperti gambar $1a.
2. Penghantar yrng dialiri arus maka pada penghantar timbul medanmagnit (garis-garis gaya fluks) seperti gambar 91b.
3. Interaksi kedua medan dari gambar &1a dan gambar &Ib di sebelah
akan menimbulkan medan yang tidak seragam seperti gambar 3.1c
sehingga timbul gaya. Gaya tersebut menghasilkan torsi yang akan
memutar jangkar.
Arah dari garis.garis gaya (fluks) medan magnet yang dihasilkanoleh kutub arah arus yang mengalir pada penghantar dan amh dari gpy4saling tegak lurus serta menurut hukum tangan kiri Fleming.
Gaya yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada penghantaryang ditempatkan dalarn suatu medan magnet tergantung dari hal-halberikut:
1. Kekuatan dari medan magnet.
2. Llarga dari arus melalui penghantar3. Panjang kawat yang membawa anrs.
45
45 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
Dari perobaan didapatkan bahwa gaya 7 dyne dihasilkan olehpenghantar dengan panjang 1 cm yang membawa arus 10 Ampe4 biladitempatkan dibawah kutub yang luas permukaannya I cm '. A.ruli.i, irriakan memberikan suafu pensamaan:
i_a#Keterangan pen:rmaan },1 diatas,
B = kerapatanflukspercm2I = Arusmengalirpada penghanta4 dalam Amper
l' = Panjang dari penghantar; dalam Cm.
Jika unit-unit dari F' ,B' , dan l' ditentukan oleh istilah yang lebihpraktis yakni masing-masing dalam pound (lb), garis gaya per inch" makapemamaan diatas menjadi sebagaiberikut :
(8/6,45) x.I x (1 x2,54),-@
dengan:B
I1
Kerapatan fluks, dalam garis-garis gaya fluks per inchz.
Arus yang mengalir pada penghantar jangkar dalam amper.
Panjang dari penghantar dalam inch.
Motor Arus Searah
Contoh Soal 3-1 :
Jangkarsuatu motorarus searah mempunyai 648 penghantar dimana 65 %
langsung dibawah kutub dengan kerapatan fluks sebesar 48000 garis gayaper in'. Jika diameter inti jangkar 7 in dan panjang 4 in, arus yang mengalirpada tiap penghantar20 Amper. Hitung:
a. Garis gaya total yang cenderung untuk memutar jangkarb. Torsi yangbekerja pada j-gLar dalam lb-ft.c. Arus jangkar total, jika garis edar paralelnya sebanyak 4.
Penyelesaian:
- D BxIxl (648x0,65)x48000x20x4d' t'n
llgooooo - ll3ooooo
_ L43,5\b.
b.T - F xlen6an ( i ari - jari inti janghar )
- 143,5x(7/2xL/LZ)
- 4L,8lLft
c. Arus jangkar total = 4x20 Amper = S0Amper
&3.|enis Motor Artrs Searah.
Jenis motor arus searah sama dengan jenis generator arus searah.
Sebenarnya suatu mesin arus searah dapat dipakai sebagai generatordan
dapat pula dipakai sebagai motot, jenis motor ini sebagai berikut :
1. Motor arus searah berpenguatan bebas.
Pada jangkarmotortimbul EMF (GGL) lawan sebesar\ yangmelawan
tegangan masuk (V,)
Rangkaian ekivalen motor arus searah berpenguatan bebas lihatgambar &2 berikut :
47
48 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
Gambar L2. Rmgkaian ekiaabn motor arus searahberrynguatanbebas.
Dari gambar rangkaian ekivalen tersebut maka persamaan yang me-nyatakan hubungan besaran tegangan, arug daya dan resistans dapat
di tul iskan sebagai berikut
v
- Danta inout,_"T ...(3-6)
Motor Anrs Searah
Keterangan pennmaan diatas,V, = Teganganterminal dalamvolt.
= EMF (GGL) lawan dalam voll= Arus dari jala-iala dalam Ampen
= ArusFngkardalam Amper
= Arusmedan dalam Amper,
= Tttanganpenguatdalam rrclL
= Resistans medan dalam ohm.
= Resistanslrngkardalam ohm.
= Resistans pengahrarus medan dalam ohm.
Avri = Rugiteganganpadasikat
Contohcoal &2:
Suatu jangkar motor arus searah beqpenguatan bebas berisi 192
penghantaa 70 7o daripenghantamya lanpung dibawah permukaan ku-tub pada setiap saat. ]ika kerapatan fluks di bawah kutub sebesar 52000
garis gaya per-inz dan diameter jangkar serta paniangnya 12 in dan 45 in.
Hitung:a. Arus pada tiap penghantar jangkar untuk torsi sebesar lz0lb-tt.b. Arus jangkar bila garis edar paralelnya 2.
c. EMF lawan jika tegangan terminal220Volt, resistans jangkar0,05
ohm dan rugi tegangan sikat total2 voll
Penyelesaian:
o. T - F x r - 120 - F x QAz x L/LZ)
? - 120/0F -24O lb
49
Eo
IIat,vI/i
Bxfx I -lv'r113535 +/r 11.300.000 x.FBxl
11.300.000x 240I-192x0,7 x 52.000x 4,5 - 86,%lAnper
50 Penxantar Teknik Tenaga Listrik
b. I o - 2 x & 23 Anpq - 172,46 Anpq
c.V. -E. +I R +Av .tooa&
!p0-Eo + (L72,46x 0,05)+ 2-Eu -209,38uolt
2. Motor anrs searah berpengrratanserldiri'
Jenis.ienis motor ini rybagai berikut : '
a Motor anrs searah shunt :
Rangkaian ekivalen motor. arus searah
berikut:
shunt'lihat gambar !3
L.2
t2
Gambar 3-3. Rarltgfuiarlt ekioalm mdo arus seoah shunt
Dari rangkaian ekivalen motor arus'searah shunt tersebut diatas,
pesamaan yang menyatakan hubungan antara tegangan, arus, daya dan
resistans adalah sebagai berikut :
V, -Eb+IoRo+Av, .,.,.. j-,... r.......:. ....,..........-.. rr.... (3-7)
Motor Arus Searah 51
'"u-'r-}*u(3-8)
1 -Dqglnput .. (&ro)'vt
dengan,
Vt
Eb
Ia
RaI.
shIP,
I
Av.sl
Tegangan terminal dalam volt.EMF (GGL) lawan dalam vollArus jangkar dalam Amper.
Resistans kumparan jangkar dalam ohm.Arus medan shunt dalam Amper.Arus jala-jala dalam Amper.Daya input Vt x I dalam Watt.
Rugi tegangan pada sikat.
Contoh soal 3-3 :
Suatu mesin arus searah shunt 220 volt mempunyai resistansjangkar sebesar Q5 ohm. Jika pada waktu beban penuh arus jangkarsebesar 20 Ampe4 hitung EMF (GGL) jangkar jika mesin bekeria sebagai :
a. Generator.
b. Motor.
Penyelesaian:
a. Jika mesin bekerja sebagai genemtor shunt lihat gambar 2-13 dengandata:
52 Pengantar Teknik Tenaga Ustrik
-220uolt; ICL
-20Anperi Ro -A,5ofun
-Y, Ir Eo + A v",
=220 +(20 x 0,5) + 0 - 2 0 uolt
|ika mesin bekerja sebagai motor shunt lihat gambar 3-3 dengan data :
vt -22ouolt; Io -20Arnperi Ro -0,5olun
Eu=V, -IoRo -Ar"i
- 220 - (20 xO,2$ - 0 = 2L0 uolt
b. Motor arus searah seri
Rangkaian ekivalen motor arus searah seri lihat gambar }.4 berikut
Gambar L4.Ronglaian ekitnlen motor Nus semah sqi
Dari gambar rangkaian ekivalen tersebut Percamaan yang me-
nyatakan hubungan antara tegangan, aruq daya dan resistans adalah
sebagai berikut :
V,
EI
b.
BEBAN
Motor Arus Searah 53
P.- LnDutt_L-v
t....(3-13)
Keterangan pennmaan (3-11) sampai (3-13) diatas,
V, = Tegangan terminal motor dalam volLEo = EMF (GGL) lawan dari jangkardalam volt.l, = Arus jangkardalam AmPer'I - Arus dari jala-jala dalam Amper,R, = Resistanskumparanj*gku"dalamohm.R = Resistans kumparan medan seri dalam ohm.
s
A v . = Rugi tegangan pada sikal
Contoh soal 3-{ :
Suafu motorarus searah seri 50 Kw, 250volt, Resistans kumparan jangkar
O1 ohm dan resistans medan seri O15 ohm, rugi tegangan total pada sikat2 volt. HitungEMF (GGL) lawan jikabekerja dengan arus jangkarpenuh.
Penyelesaian:
Lihat gambar rangkaian ekivalen motor arus searah seri (gambar $4),parameternya sebagai berikut :
il Pensantar Teloik TenaPla Listrik
p -50 hw'.ouq)ut
Rr'o'Liohm
Daya outpttt (Pourorr) - Et
50.000 - Ea
-Z5;0uolt Ra -0,lohmvt
xfa
xIa 50.000+l/b - k
V, -Eb +Ia Ra +I R, +Avrr;I, -I
%o - Eu. ry (0,1+ 0,15) + 2
,u' -z4BEu +
Eb -ff , 0,5 - L24 r,53,63
Eo -L77,63wlt;Eb -70,37 (tidak m.emenuhi syamt)-t 2
Tegangan EMF (C'GL) lawan = 177,63 rrclt
c. Motor arus searah komPon
Motorarussearahkomponini,berrdasarkansusunanrangkaiankumparan medan, sama seperti pada generato!' terbagi atas:
i. Motor arus searah komPon PendekRangkaian ekivalen motor ams searah kompon pendek ini lihat
gambar}S.
Dari rangkaian ekivalen motor arus searah kompon pendek pada
gambar 95, persamaan yang menyatakan hubungan arus' tegangan ' daya
dan resistans akan mengikuti persamaan berikut :
12.500 - 0
61.507 - 50.000
Motor Arus Searah 55
, Dayo ittpttt tn 1tI- -ff ..........(:J-r6)t
V. -IRr"u_T (e17)
dengan,V, = TeSSngan terminal motordalam voltEo : EMF (GGL) lawan dariiangkardalam volt.I = AmsiangkardalamAmperi = ArusdaJjala-jaladalamAmper.lrt = Arus pada medan shunt dalam Amper'
R = Resistanskumparani-gk "dalamohm.R: Resistans kumparan medan seri dalam ohm.
5
R o = Resistans kumparan medan shunt dalam ohm'
A rr, = Rugi tegangan Pada sikat
Daya input E;) = V, x I dalam watl
Contohsoal3-5:
Suatu motor arus searah kompon pendek dengan daya input MS Kw,
tegangan terminal230volt, resistans kumparan medan shunt medan seri
dan jangkar, masing-masing sebesar /2ohm,0015ohm dan O03 ohm.
Hitung:a. Arusjangkar.
. b. EMF (GGL) lawanyangdibangkitkanoleh jangkar'
c. Daya output yang dibangkitkan oleh jangkar.
56 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
Gambar }l5. Ranglaian ekiulen motor ffus semahkompon penilzk
Penyelesaian:
Dari gambar rangkaian ekivalen motor arus searah kompon pendek
(gambar &5) parameter-parametemya sebagai berikut :
vt -*}owlt i R"h -9Zolun; fr, -o,oL$ohm
8o - 0,03 ohm; Dayo inpd (Pro ) - 34,5 hw
I -ry-#-rsoArnpert
, vr-I R, zso - (l5o x o,ol5)trn-T-T-2,4'lSAmper
a. Anrsjangkarl. = I - f., = Lffi -2'475 Ampr
= 147,525Amper
Fza
Motor Arus Searah
b'E V.-I"R"-IR"-Ar",
230 - (147,525 x 0,03) - ( 150 x 0,018) - 0
223,32volt
c. Daya output yang dibangkitkan oleh jangkar,
P o.,tp't = Eb'I^=t23,32xt47,5?.5 = 32,945 kw
ii. Motor arus searah kompon panjang.Rangkaian ekivalen motorarus searah kompon panjanglihat gam-
bar 3.5 berikut :
Gambar 3-6. Rmgkaim ekioalm mdor arus seualt kompon Wnjang.
Dari gambar rangkaian ekivalen tersebut persamaan yang me-nyatakan hubungan arus, tegangan, daya dan rcsistans akan mengikutipesamaan berikut:
V. -8. +Itbo
57
Fz
o
it
it
BEBAN
58 Pen ga ntar Te!4iL llngglllgld!
.V,I --'sh .B .slt...(3-21)
Keterangan pensamaan (!1 8) sampai (l-271,
V, = Tegangan terminal dalam volt'E; = EMF (GGL) lawan dadiangkardalam volt'
I' = Arusianglardalam AmPer,
i = Arus dari iala-ialadalam AmPer
lrhR
aR
sR.
sh
Av.st
= Arus pada medan shunt dalam n{mper'
= Resistans kumparani*gk"t dalam ohm'
= Resistans kumparan medan seri dalam ohm'
= Resistans kumparan medan shunt dalam ohm'
= RugtteganganPada sikat
Contohsoal3-5:
Suatu motor arus searah kompon panjang dengan daya input 300 Kw
tegangan terminal600 vol! mempunyai resistans medan shunt 75 ohm,
resistans jangkar termasuk resistans sikat sebesar 0,41 ohm, resistans
medan seri 0,012 ohm dan resistans yang diparalel dengan medan seri
sebesar 0,036 ohm. Hitung:a. Arusjangkarb. EIvm (GGL) lawan yang dibangkitkan olehiangkar
c. Daya output yang dibangkitkan oleh iangkar
Motor Arus Searah 59
Penyelesaian:
Dari rangkaian ekivalen motor arus searah kompon panjang gambar 3-8paramete mya sebagai berikut,
P,n = 3oo Kw; V, = 6oo volU R h = 75 ohm
\ = 0,072 ohm; dan resistans yang diparalel dengan R" yakni
\l = o'o36ohmResistans jangkar termasuk sikat = Q41 ohmResistans medan seri R", diparalel dengan Ro,
harganva - #H*ffi - o,ooe ohm
_ 300.000r -:ffi -SNAnPer
_ 600I"n -ff -SAmper
I^ = I - I_, = 500 - I = 492Amperash
Jatuh tegangan pada medan seri = 492 x 0,009 = 4,5 volt
Jatuh tegangan pada jangkar dan sikat = 492x0,41 = 20L,72volt
Er = 600 - 20L,72' 4,5 = 393,78 volt
Da5ra output yang dibangkitkan oleh jangkar :
P = E.xIoutput b a
b.
= 393,78 x 492 = 193,74 kw
& Peneantar Teknik Tenasa Listrik
3-4. Torsi Motor Arus Searalu
Torsi yang dibangkitkan oleh motor arus searah yang cenderungmemutar jangkarnya teqgantung pada :
a. Fluks yang dihasilkan oleh kutub utama ( O ).b. Arus yang mengalir pada belitan jangkar( I, ).Sehingga dapat ditulis secara umum torsi tersebut,
dengan, Tok
= Torsi dalarn lb-ft.= Fluks perkutub dalam maxwell.
= Konstanta yang didapatkan dengan persamaan berikut,
k = tt#'lp,.xLoI o I ""' """"' """'\u-tI
dengan, = Banyaknya kutub.
= Jumlah total penghantar jangkar.
= Jumlah garis edar paralel belitan jangkar
Fluks yang dihasilkan oleh kutub utama dan arus yang mengalirpada belitan jangkar akan menghasilkan gaya. Jika diandaikan penam-
pang jangkar dengan jari-jari r meter dan gaya yang cenderung memutar
iangkar tersebut adalah F Newton serta keoepatan jangkar dalam N {ptmaka persamaan torsi jangkar (!) akan mengikuti persamaan berikut :
Ta
Pza
Motor Arus Searah
Pada satu kali putaran gayaF akan menghasilkan kerja sebesar F x
2r r Joule sehingga daya mekanik (P-) yang dibangkitkan oleh jangkar
unfuk N rps sebesar:
P* = F x?.xrx N Joule/semn
P = (Fxr) x2rN Joule/seon
P=Tma
Jika torsi yang dibangkitkan oleh motor besarnya dalam lb-ft dan
motor bekeria dengan kecepatan dalam rpm maka daya mekaniknya dapat
dinyatakan dalam besaran daya kuda (horse paner = hp) yang hubungan-
nya dapat dituliskan sebagai berikut :
6't
l
?xo33.000 4P
Daya yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berubah jadi daya
mekanik juga teqgantung dari EMF (GGL) lawan dan arus iangkamya,sehingga dapat dituliskan :
P^ -To x o - ?o x?.nN -Eu
E.I E.I," --# N-m-0,1b9 *+ N-m ................@-27
Pm
Ia
62 Penqantar Teknik Tenasa Listrik
Torsi jangkar (T") tersebut tidak semuanya untuk memutar mesin-mesin produksi, sebagian untuk melayani rugi-rugi angin dan ges€ran.Torsi yang bersih pada poros motor disebut torsi porre en) yang r,antinyadipakai untuk memutar peralatan atau mesin produksi pida pabrik mau-pun industri. Daya kuda (horse W,er) yang ditimbulkan oleh torsi porosdisebut 'Brake Horse Power (BFP) " atau disebut Daya rem yang dapatdituliskan pemamaanny+ berikut :
T. x?.nNBHP-%-
atau
^ 746 xBHPt sh - -ET-
Output bersihdalarnuatt - """"""'(3-28)--t\-m
Contohsoal3-7:
Motor arus searah 4 kutub mempunyai penghantar jangkar total sebesar82& fluks perkutub 1,93 x 10'maxwell.Arus jangkar total 40 Ampeq, garis edarpar:,lel}.Hitung
a. Torsi yang dibangkitkan motor dalam lb-ftb. Hp outputnya, jika kecepatan 1750 qpm.
Penyelesaian:
a. Torsi yang dibangki&an motor dalam lb_ft
T-k.a.Ia -0,1173 l?lzl I_108 [ o ]'*'"0.1173 14x828--*.[ ,
= 15lb-ft
x 1,93 x 105 x 40
Generator Arus Searah 63
b. Daya output dalam hp.
T x?nN L5x?.n x 1750- ggooo ---gg.ooo -onP
Contohsoal3-8:
Motor shunt 500 volt,50 BH'P (37,2 Kw), 10001pm dibebani penuhdengan efisiensi 90 % . Resistans rangkaian jangkar e24 ohm,rugi tegang-an pada seluruh sikat 2 vol! arus pada medan shunt 1,8 Amper. Hitung:
a. Arusbeban penuh dari jala-jala
b. Torsi poros pada waktu beban penuhc. Resistans yang diseri pada jangkar motor waktu start, sehingga
arus start tidak melebihi 1,5 kali arus beban penuh dari jala-jala.
Penyelesaian:
a. Efisiensimotor -DaYa outPut
Daya input
Dayainput =offi##=%H - 4L.444 watt
PNL
Anrs beban penuh dari jala-jala / -
b. Torsi poros pada waktu beban penuh
,v _ OutPttt = 37.300 ='slr - zx,N - 2n( 1000/60 )
4L.444500
82,9 ,$nper
356 N- m
c. Arus start dari jala-jala,
I = 1,5 x82,9 = L24,35 AmperArus jangkar pada waktu start:I =I -1, = L24,35- 1,8 = 122,5 Ampraah
Untuk membatasi arus start dipasang resistans R yang diseri de-
ngan jangkar. Besarnya:
L22,55(R + 0,2a) + 2 = 500 - R = 3,824 ohm
54 Pensantar Teknik Tenasa Listrik
Contohsoal 3.9:
Motorarus searah seri 220volt menarikarus dari jala-jala sebesar40 Amperdengan kecepatan 800 qpm.
Jika resistans jangkar dan resistans medan seri masing-masing 0,2 ohm danQl ohm, rugi-rugi besi serta rugi angin dan geseran O5 Kw.Hitung:
a. Torsi yang dibangkitkan oleh jangkarb. Output motor
Penyelesaian:
a. Torsi yangdibangkitkan oleh jangkar :
Eo = Vr - I" G. + R ) = 220 - 40(0P + 0,1) = 208 rolt
r" -ffi-99'3 N-rn
b. Output motor dihitungsebagai berikut,Rugi tembaga jangkar dan medan seri,
(Ro + 4) - 4d x 0,3 - 480 utatt
Rugi besi + rugt angin dan geseran = 500 wattRugi-rugi total = 500 + 480 = 980 wattDaya input motor = 220 x 40 = 8800 wattDaya Output motor = 8800 - 980 = 7,82 Kw
Contoh soal 3,10 :
Motor arus searah shunt 4 kutub membangkitkan torsi 20 lb-ft, fluksperkutub 700.000 maxwell, jika belitan jangkar mempunyai penghantar2b4 dengan garis edar paralel dari arus jangkar adalah 2, hitung :
a. Arus jangkar totalb. Daya mekanik dalam hp bila kecepatan 1300 rpm
I
Motor Arus Searah 65
Penyelesaian:
a. T=k.O.I
r =k o r_tr#rlw)xQ xro
20 = [o'11J3] 14x264l x Too.ooo x 1
1ro"l[ a ) "Io = 46 AmPer
b. Daya mekanik dalam hp.
?.xN xT 2n x 1300 x 20- 33.000 - 33.000 -v'ov
!5. Kecepatan Dari Motor Arus Searalr
Secara umum untuk motor arus searah berlaku persamaan EMF
(GGL) lawan, yangada hubungannya dengan kecepatan sebagai berikut,
Pm
atau
dengan:NEo
ok
Kecepatan motor dalam rpm.EMF (GGL) lawan yang dibangkitkan oleh jangkardalam
volt.Fluks perkutub dalam maxwell.
Konstanta yang sama dengan konstanta di persamaan
(r23).
66 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
EMF (GGL) lawan Pada Persamaan tersebut tergantung Padarangkaian ekivalen dari masing-masing moto4, sehingga tingkat kecepatan
serta regulasi pada motor dapat dituliskan :
a Motorarus searah shunt.Pada tingkat keepatan pertama diandaikan :
Eb
N, i Eu. d.an@, mahn Nr = ,at;
Pada tingkat kecepatan kedua :
Nr; Eu dan Q, maha N,2
Perbandingan kecepatan motor shunt,
Eb
2
h.o2
Seandainya fluksnya tetap, @, = O,
nya menjadi,
maka perbandingan kecepatan-
N- Eo22
NElb1
(3-32)
Motor arus searah sen.
Sama halnya dengan motor arus searah shunt maka perbandingan
kecepatan unfuk motor arus searah seri adalah berikut :
b.
Motor Arus Searah 67
c. Regulasi kecepatan motorarus searah,
Tingkat kecepatan ataupun perubahan kecepatan pada waktu tidakberbe-ban dan pada waktu berbeban penuh akan menghasilkan regulasi ke-cepatan motoryang mengikuti penirmaan :
N, 'u, @,
\ -%.%I
Karena fluksnya sebanding dengan arus jangkarmaka persamaannya,
I 2
Regulasi keepatan = &f+ xL00 % .(s-84)
(O sebanding Iu)
Dimana:Nra = KeePatan Pada waktu beban nol'NFL = Kecepatan pada waktu beban penuh.
Contoh soal &11 :
Motor arus searah shunt 250 volt bekerja dengan kecepatan 1000 rpm,
pada waktu beban nol menarik arus dari jala-jaia 8 Ampe4 resistans
iangkar dan resistans medan shunt masing-masing sebesar 02 ohm dan
250 ohm. Hitung keoepatan jika dibebani sampai arus jala-jala 50 AmperAndaikan rugi tegangan pada sikat dapat diabaikan dan fluksnya tetap.
Penyelesaian:
Bedasarkan persamaan (3-31 ), didapatkan,
_ 250I"o -ffi-lAmpq
Waktu beban nol maka arusfangkar:
'oo-' - 1= 7 An'Pr
Waktu dibebani, maka arus jangkar:
Io= 50 - 1 = 49.Anper
EMF (GGL) lawan waktu beban nol
E. =V.-I R -Av.o I -a a sro = zso - (7lo,rr- o = 24g,6 volt
EMF (GGL) lawan waktu dibebani :
-'t -+katznaoo -o mahnt='*NN
o
Eb = Vr- IoRo -Ar"j
= 250 - (49x 0P) - 0 - 240,2 uolt
N 2.4021000 = ffS -+ N = 966,2 rpnt
Motor Arus Searah
Contohsoal &12:
Motor arus searah seri bekeria pada kecepatan 800 rpm dengan arus iala-jala 100 Amper dan tegangan terminal 230 volt. Resistans jangkar dan
resistans medan seri masing-masing 0,15 ohm dan 0,1 ohm, rugi tegangan
pada sikat diabaikan. Hitung kecepatan jika motor bekeria dengan arus
jala-jala 25 Amper dan fluksnya 45 % dari fluks pada waktu arus jala-jala
1004.
Penyelesaian:
Nl - 8oo rprn; Eu - vt- Io Ro - I Rr - a r"i
69
Ia
@z
= I -> Eu - 23O - 100 (0,15+ 0,1 ) - 0 = 205 uoltI
Eu = 230 - 25 (0,15 + 0,1 ) - 223,75 uolt2@-
= o.4so , -1 - J=-l - @z o'45
Nz Eoz @r
N, - E'h 'o,Nz 223.75 I8oo=-tr*0,4s
Nz =1940 rpm
Contohsoal 3.13:
Motor arus searah shunt 230 volt mempunyai resistans jangkar 0,5 ohmdan resistans medan shunt 115 ohm.Pada waktu beban nol keepatannya 1200 rpm dan arus jangkar 2,5 Am-per Pada waktu beban penuh kecepatannya turun menjadi 1120 rpm.
I
70 Peneantar Teknik Tenaea Ustrik
Hitung:a. Arus jala-jala pada waktu beban penuh.b. Daya input pada wakhr beban penuh.c. Regulasi keepatannya.
Penyelesaian:
o.Nttt - L200rpm; E-D
o=V -I R -Av.toaat
230-(2,5x0,5)
?.2l.,75wlt
Nr, = LLZArpm;E, =23A- (f x0,5)
Nru Eu 1120
N*, - Eo 1200o
--I =a
c. Regulasi -
230-O x0,5)
,"^ - # - 2 ktpr; f - $$ + 2 - % Anper
Arus jala-iala pada waktu beban penuh = 35 AmPerb. Daya input waktu b€ban penuh =230x 35 = &05 Kw
N", -N.,Nr"
- "Tiz*t'o x 1oo- 7,14%
3-5. IGrakteristik Motor Anrs Searalu
Karakteristik yang penting unfuk motor arus seanh ada
cam, sebagai berikut:
- D8,75
33 knper
xlffi%
dua ma-
Motor Arus Searah
karalderistik Torsi Terhadap Arus jangkar gf vs I")Dari persamaan umum torsi T = KO Ia lb - ft Q-n),yang berlaku un-
tuk semua motoq, maka untuk masing-masing kurve karakteristiknyadapat ditentukan seperti gambar !7 berikut
Arus Jangkar * 16
Gambar 3J. Kuroe knrakteristik torsi terhadnp wus janglar (T as la) dmi
berbagai mator arus smrah.
Keterangan gambar 3-7
a. Motor arus searah shunt.Kurve karakteristik torsi terhadap arus jangkar unhrk motor arus
searah shun! berdasarkan pennmaan (3-?2) hanya teqgantung pada
arus jangkarnya sebab fluksnya tetap (I = k, I. ) sehingga kurvenya
merupakan garis lurus.b. Motor arus searah seri.
Kurve karakteristik torsi terhadap arus jangkar untuk motor arus
searah seri berdasarkan persam aan (322) teqgantung baik pada fluksmaupun pada arus jangkar. Fluksnya teqgantung pada arus jangkar
(O ="kz .lu ) sehin88a-persamaan (3-22) meniadi : T = k. k, . Iu . Iu = k.kz.l'^',aLu T = k, ll sehingga kuwenya merupakan puribdlu
-
71
1.
F,
t
Arusjangkar penuh
72 Pengantar Teknik Tenaea Listrik
Motor arus searah komponKurve karakteristik torsi terhadaP arus iangkar untuk motor arus
searah kompon berdasarkan Peffiamaan (T22) tergantung baik pada
fluks maupun arus jangkar. Fluksnya tergantung pada fluks dari
medan shunt dan fluks dari medan seri. Fluks dari medan seri timbul
bila motor dibebani, dan akan menambah fluks dari medan shunt
untuk motor arus searah kompon kumulatif, fluks tersebut akan
melawan (mengurangi) fluks dari medan shunt untuk motor arus
seamh kompon diferensial, sehingga kurve karakteristik torsi terhadap
arus jangkaruntuk motor arus searah kompon ada dua kurve :
i. Kurve karakteristik torsi terhadap arus jangkar untuk motor arus
searah kompon kumulatif berada diantara motor shunt dan
motor seri.
Kurve karakteristik torsi terhadap arus iangkar untuk motor arus
searah kompon diferensial berada di atas dari motor shunt.
I IGrakteristik kecepatan terhadap arus jangkar
1NvsI").Persamaan untuk kecpatan motor atau persamaan 3-3O \ teqgan-
tung dari rangkaian ekivalen motoq, yakni salah satunya teqgantung pada
arus jangkar (Ir), sehingga untuk ketiga motor dapat diterangkan sebagai
berikut:a. Kecepatan motor arus searah shunt akan naik sekitar 2 sampai 8 %,)ika
beban penuhnya dilepas (lihat gambar 3-8).
b. Kecepatan motor arus searah seri akan naik dengan cepat bila beban
dilepas, oleh karena itu motor seri selalu digadeng dengan bebannya
bila di operasikan (lihat gambar 3-8).
c. Kecepatan motorarus searah kompon, ada dua kurve karakteristiknya:i. Motor arus searah kompon kumulatif kecepatannya akan naik
sekitar 10 sampai 25 % bila bebannya dilepas (lihat gambar 38).ii. Motor arus searah kompon diferensial kecepatannya akan turun
sebentar tapi akhirnya akan kembali seperti kecepatan semula
(lihat gambar 3-8)
ll.
Motor Arus Searah 73
z,l
AI
6(0qooo
Gambar 3-8. Kurae kuakteristikkecepatot terlwdap mus lznglar 1N as la)
dari berbagai mdor arus searalt.
Kurve karakteristik kecepatan terhadap arus jangkar dari motorarus searah, sarna dengan kurve karakteristik kecepatan terhadap hp out-puhya.
Contoh soal}74l.
Motor shunt 10 hp pada waktu beban penuh keepatannya 1600 rpm.Hitung keoepatannya pada waktu beban nol jika regulasi keepatan 4 % .
Andaikan kurve karakteristik kecepatan terhadap hp outpukrya, samadengan kurve kecepatan terhadap arus jangkat yakni merupakan garislurus, hitung keoepatannya untuk, output 6 hp dan 3,5 hp.
Penyelesaian: (ihat gambar 3-9) berikut
(: N maksimum yang aman
Anrsjangkar penuh
Arr.s jangkar - I"
74 Pen gantar Teknik Ten9g1l-1s!!!
1664Nl,nNo
1600
3,5 6 10DaYa outPut * hp
Gambar 3-9. Kurae kwakterbtikkecepatan motor arus searah shunt terhndry
hp aoutput yang dimggry linbr (gmis lurus)'
Kecepatan pada waktu beban nol :
0,04 - q#y *NN, - 1600 + (0,04x 1600) - t664rpm
Keepatan pada waktu daya output 6 hp :
No = 1600 + 1S * Oal = 1626 rPm
Kecepatan pada waktu daya output 15 hp
9E1.0
k
iz
Ns.o-1600+( x 64) - L642 rpm
b. Motor anrs searah kompon :
Motor Arus Searah
!7. Pengendalian Kecepatan Motor Arus Searatr.
Peralatan produksi di pabrik maupun indusbi yang diputar olehmotor listrik, kadang-kadang memerlukan putaran bervariasi atau lebihdari safu haqga putaran.Motor arus searah rnempunyai daerah pengahrran kecepatan yang luas,lihat karakteristik keepatan moto!, bila motor arus searah yang diper-lukan untuk memutar mesin produksi yang putar:annya bervariasi makakeepatan motor harus dikendalikan.
Metode pengendalian kecepatan motor arus seamh secara garis be-samya ada dua macatn :
a. Metode konvensional, yang akan dibahas nanti.b. Metode dengan rangkaian
"l"tU,or,ir, belum dibahas
Cara pengendalian kecepatan motor arus searahkonvensional ada tiga macam, sebagai berikut:1. Pengendalian dengan resistans medan.
Metode ini dengan menambahkan resistans yang dapa t dia tu r besarnyapada untai medan untuk motor arus searah shunt dan kompon.Menambah atau menyisipkan resistans pada untai medan akanmerubah besamya arus ke kumparan kutubnya sehingga fluks yangdihasilkan bewariasi, berdasarkan peftiilmaan (!30) maka keepatanmotor juga akan bervariasi sebagai berikut :
a Motor arus searah shunt :
N-V.-I n -Av.taost
..................(3-35)haDarlobcl
N-V.-I R IR -Av.laaSat
.(3-36)h,auritnbel
75
dalam buku ini.dengan metode
76 Pengantar Teknik Tenaga Ustrik
Contoh soal 3.15 :
Motor arus searah shunt mempunyai resistans jangkar 0,1 ohm dan resis-
tans medan shunt 400 ohm. Motor bekeria pada kecepatan 900 rpm,
melayani beban dengan tegangan terminal 240 volt dan menarik ams
jangkar 50 Amper, Bila dikehendaki keaepatan motor naik menjadi 1000
rpm dengan mengatur kekuatan medan, hitung resistans yang harus
disisipkan pada untai medan dengan asumsi arus jangkar tetap, hubungan
antara fluks dan arus medan linier.
Penyelesaian:Pada wakhr kecepatan 900 rpm.
-av.s,
k@t
O,6 rbnper
Pada waktu keoepatan 1000 rPm
1000 - 240- 50x0,1- 0
eoo_&ff-9'1--g...+&@,
v-N. , IRoa
235900
_2N,--sh 400I
h@, - k@, 235
1000
_ 240t-'th, 400 + fi,h @, 225/LWft o- - n5/ 9ooI
--->O-0,9Or
Motor Arus Searah 77
Hubungan fluks dan arus medan linier.
@r:Or=-I", :Irh2t
I
O tsh2 2 - .\(* - 7l-' 0,9=I s/r
1
240/(a00+ d)0,6
Ru = M,4 ohm
Resistans yang harus disisipkan pada untai medan sebesar 44,4 ohm
2. Pengendalian dengan resistans jangkar.Metode ini dengan menambah atau menyisipkan resistans yang dapatdiatur (rheostat) pada untai jangkaa sehingga kecepatannya dapatberubah. Dari persamaan (3-30), \ teqgantung dari rangkaian motogsehingga untuk motor shunt lihat persamaan (3- 7), dimana \ = V, - Iu
\ - *Si tegangan pada sikat. Karena R ditambah dengan resisianiyang dapat diatur (R,uJ maka persamaan \ menjadi,
E.-V-I (R +R )-Avb I o' a uar' - -si
dan kecepatannya juga akan mengikuti pesamaan :
N=Vr-Io(R.-+R, )-Av.'st
h.a
Contohsoal3-16:
Motor arus searah shunt dengan kecepatan 1200 rpm, tegangan terminal420 volt menarik arus jangkar 30 Amper. Hitung resistans yang disisipkan(ditambahkan) pada rangkaian jangkar sehingga keoepatannya turunmenjadi 600 rpm dengan arus jangkar tetap. Andaikan resistans jangkarsebesar 3 ohm.
Penyelesaian:
N, 'ur'u' 'u,\- \ /k@=E;
Nr - 1200 rymiUa
N, = 600rPm;
600 330- 30R
lto6 - ---Bo
R, = 5'5 oh'n
- 420 - (30 x 3) -0 *330VoltI
E = 420- 30(3+ .B )- 0-b ' u'
2
= 330- 30R
-, 0,5 - ,- * *,
Resistans yang harus ditambahkan pada untai jangkarsebesarsS ohm.
3. Pengendalian tegangan masuk jangkar.
Metode ini dengan memvariasi tegangan masuk keuntai jangkar
sehingga kecepatan berubah. Dari persamaan (3-30), kecepatan N = q/kO ; \ teqgantung dari rangkaian moto4, rhingga untuk motor
shunt, lihat persam aan (3-7), Yakni :
Eb=Vr-IoRo-A'r,
ketika tegangan masuk divariasi , Ur,_, maka :
uo=rr*- IoRo - A vri
sehingga kecepatan akan mengikufi persamaan:
v -I R -Av.taastN- (3-38)
h,a
Motor Arus Searah
Metode ini lebih dikenal dengan pengendalian kecepatan dengan
sistem Ward Leonard yang rangkaiannya seperti gambar berikut :
79
l1
MEDAN
+
MEDANSHUNT
GENERAT6R MOTORYANG DIKENDALIKANKECEPATANNYA
a. Hubungan motorsistem Ward l,eonard
b. Rangkaian ekivalen sistem Wardlnnud
Garrbar }l0.Pmgmilaliotkecepdfrt motnr mus xarah dmgan sistcmWardLonad
80
It
tItl
I
tI*d
j!.ilIi
1. Mr-Gse!
Pengantar Teknik Tenaga Listrik
Keterangan gambar3.l0
M, sebagai motorpenggerakgenerator (G), dapat berupa motor
arus searah shunt, tegangan masuk jangkardan tegangan masuk
medan dilayani dari jala-jala arus searah.
Genemtor (G) dikopel (diputar) oleh motor M, Eenerator inimerupakan generator arus searah dengan penguatan bebas,
tegangan untuk medan atau penguatan dilayani dari jala-iala
yang sama dengan motor M, . Tegangan ke medan tersebut dapat
divariasi dengan mengubah resistans R sehinga tegangan
terminal dari generator dapat berubah-ubah besamya, tegangan
yangbervariasi ini yang diberikan ke untai jangkar motor arus
searah yang dikendalikan keepatannya.
3S. Efrsiensi Mesin Anrs Searah.
Secara umum efisiensi atau rendemen atau daya guna dari mesin
dapat mengikuti persamaan berikut :
MI
Motor M- adalah motorarus searah yang dikendalikan keepatannya.I
Tegangan masuk ke untai ja"gku" dilayani dari generator G yang
bervariasi tegangan terminalnya. Untuk medan dari motor ini
penguatannya dilayani dari jala-jala yang melayani M, - G set.
E fisiensi - D:rya kel uary'n ( -o-utp u !) x LIo 70............. (3-3g)
' DaYamasrthan (tnPU )
Daya masukan untuk generator berupa daya mekanik dan daya
keluarannya berupa daya listrik, sebaliknya untuk motog daya masukan-
nya berupa daya listrik dan daya keluarannya berupa daya mekanik,
sehingga harus ada konversi daya mekanik yangberupa daya kuda (hp)
dengan daya listik yang berupa watt sebagai berikut :
t hp = 33.000Ib-ft = 746watt
Motor Arus Searah 81
Berdasarkan rumus umum tersebut diatas maka untuk:1. Efisiensi generator arus searalu
Persamaannya dapat dituliskan :
Karena, daya masukan dalam watt (watt masukan) = daya keluarandalam watt (watt keluaran) ditambah dengan rugr-rugr daya dalam watt(watt rugi-rugi) maka efisiensi untuk generator dapat dituliskan :
Efisiensi - usatt keluaran x 100 Eo ...(3-41)watt hcluana.n + usott rugi - rusi
Efisiensi - Yyakelwrun (odPd )tuLmry xtoo% (3-40)' Dayamasuhan (input ldalanuatt --
atau
Efisiensi _ uatt m.asuhan - utat! rugi - rugi xl00 %
utatt masukan
atau
uafi rugi -rugiEfisierai = 11 - # | x 100 Eo .............(3-42)utatt masukan
Rugi-rugi daya pada mesin arus searah dapat berupa :
a. Rugi-rugi daya karena rrotasi, terrdiri dari rugi gerkbantalan, rugi gesek
sikat dan rugiangin.b. Rugi-rugi daya karena inti (rugi inti) berupa rugi histerisis dan rugi
arus pusar (eddy current).c. Rugi-rugi daya karena tembaga (rugi tembaga) terjadi pada kumparan
medan shunt, seri, kumparan kutub bantu (inteqpole) dan kumparankompensasi.
p, Pengantar Teknik Tenaga Listrik
d. Rugi-rugi daya sasar atau mgi beban sasar (stray load loss) karena
faktor-faktor distorsi fluks dan tidak seragam arus pada kumparanjangkar rrta ams hubung singkat pada-kumparan.
2 Efisiensi motor arus searah.
Bendasarkan pers:rmaan umum (139) maka unfuk motor efisiensinya
dapat juga mengikuti Peni:rmaan berikut:
E fi siensi _ Da.ya hcluanan dalam ho x 7 46 x 100 % ..... (&4i])utatt masukan
Berhubung karena :
watt masukan = (hp keluaranx746) + watt rugi-rugi maka:
Efisiensi - hp keluamnxT46xLA0 9" (3-U)
hp kcluarun x 746 +watt nqi-rugi
atau
Efisiensi _ uatt masukan - (usatt ru€i - rugi) x 100 %
watt m,asuhan
atau
Efisiensi- [-t - watt.rugt -rtst l x 1oo % ...............-(3-45)' I uatt m.asuhf,n l
ContohsoaltTT:
Generator arus seamh kompon rata 10 Kw 250 volt, rangkaian ekivalen-
nya berupa kompon panjang mempunyai resistans medan shunt sebesar
125 ohm, resistans rangkaian jangkar 0,4 ohm, resistans medan seri 0,05
ohm, rugi-rugi beban sasar 540 watt, rugi tegangan pada sikat waktu
beban penuh sebesar 2 volt, hitung efisiensinya.
Motor Arus Searah 83
Penyelesaian:
Arus beban penuh (/"r)
Arus pada medan shunt
Arus padajangkar
Rugi-rugi daya :
ffi = 4a Atnper
# - z Amper
Dava s"asar
Jangkar @2)" x0,4Medan *n 422 x 0,05Medan shunt 250 x2Kontak sikat2x4?
= 40 + 2= 42 Amper
540 watt705 watt
88 watt500 watt
82 watt
Rugi-rugi daya total 1.917 watt
Efisiensi
Contoh soal 3-18 :
Motror arus searah 15 hp mempunyai rugi-rugi total sebesar 1.310 wattwaktu bekerja dengan beban penuh. Hitung efisiensinva.
Penyelesaian:
x 100 V, = 83,9 %,
= l, - tttott. rusi-rytgiy x tao E"I utatt masuhanl
[, uatt ntgi-rug, I= [1
- )xtoovo
=['-
= [i
Efisiensi
1310
fxrco u.(15 x74g + 1310
= 89,5 Vo
Pertanyaan-
1. Terangkan prinsip keria motorarus searah !.
2. Terangkan jenis-jenis motorarus searah !.
3. Supaya motor arus searah dapat berputa4 harus membangkit torsi,
teqgantung dari apakah torsi tersebut ?'
4. Apakah yang dimaksud dengan torsi jangkar motor dan torsi poros
motor arus searah ?.
5. Terangkan peremaan umum untuk keoepatan motorarus searah !. Apa
yang dimaksud dengan regulasi kecepatan ?.
6. Terangkan karakteristik torsi terhadap arus jangkar pada motor arus
searah !.
7. Terangkan karakteristik kecepatan terhadap arus jangkar dari motor
arus searah !.
8. Terangkan cara{ara pengendalian kecepatan motor arus searah !.
9. Terangkan cara pengendalian kecepatan motor arus searah dengan
sistem Ward lronard !.
l0.Terangkan rugi-rugi daya dan efisiensi dari mesin arus searah !.
Motor Arus Searah
Soal Iatihan
1. Suatu jangkar motor arus searah mempunyai 3l alur dan tiap alurmemuat 16 penghantar. Hanya 68% darJ- penghantar yang langsungdibawah permukaan kutub den^gan kerapatan fluks yang seragam se-besar 46.000 garis gaya per inch". Jika inti jrngkar ser[a arus pada tiappenghantar 25 Ampeq, hitung :
a. Gaya yang mendesak jangkar sehingga cenderung untukberputar
b. fiorsi dalam pound-feet (lb-ft)c. Jika kerapatan fluks dikurangi 5% dan arus pada tiap penghantar
dinaikkan menjadi rtO Ampeq, hitung torsi yang dibangki tkan.2. Suafu mesin arus searah shunt 25 Kw,2S0 volt mempunyai resistans
jangkar 0,06 ohm dan resistans medan shunt 100 ohm. Hitung dayayang dibangkitkan oleh jangkarbila bekerja :
a. Sebagai generator melayani beban 25 kwb. Sebagai motor dengan input 25 kw
3. Suatu motor arus rarah shunt 115 volt, mempunyai resistans jangkar0,22 ohm, rugi tegangan total pada sikat 2 vol! hitungarus jangkarbila:a. EMF lawan sebesar 108 voltb. EMF lawan turun 2 vol! waktu beban dinaikkan.
4. Suatu motor arus searah kompon bekerja dengan keoepatan 1520 rpmbila tiegangan terminal230 volt.
Jika fluks perkutub 620.000 maxwell dan resistans jangkar 0,43 ohmhihrng:a. EMF lawanb. Ams jangkarAndaikan haqga k = 22 x 107 dan rugi tegangan pada sikat 2 volt.
5. Suatu motor arus searah shunt mempunyai resistans jangkar 0) ohm,resistans medan shunt sebesar60ohm, rugi tegangan pada sikat 3 volbtegangan terminal 120 volt. Pada waktu melayani beban penuh ke-cepatannya 1800 rpm, menarikarus jala-jala 40 AmpHitung:
a. Keepatan pada 50 %bebmpenuhb. Keepatan pada 125 %ebanpenuh.
85
6. Suafu motorams searah shunt mempunyai resistans iangkar 9,4 ohm
dan resistans medan shunt 120 ohm.Rugi tegangan pada sikat 2 volt, tegangan tetminal 240 volt. Pada
waktu beban penuh keepatannya 18(X) rpm, menarik arus jala 50 Amp,
hitungarusiangkar jika:a. Keoepatan 1900 rpmb. Keepatan 1700rpm
7. Motor arus searah seri torsinya 6}lb-lft, bila di bebani 48 Amp. Fluks
berubah sesuai dengan perubahan arus beban. Hitung torsi jika beban
naik dan motor menarik arus 56 Amp dari jala-jala.
8. Motor arus searah seri 25 hp,24D volt, menarik arus dari jala-jala 93
Amperwaktu beban penuh pada kecepatan 800 rpm. Resistans jangkar
O12 ohm, resistans medan seri O08 ohm. Pada keepatan berapa motor
bekerja jika beban dilepas sebahagian dimana motor menarik arus dari
jala-jala 31 AmperAndaikan fluks menurun sebesar 50 %, untuk arus berkurang menjadi
,)
6;% dan rugi tegangan pada sikat total2 volt
9. Motor arus sear:ah shunt 230 volt keepatan 800 rpm menarik arus
jangkar 50 Amper sedang resistans medan shunt 250 ohm. Hitung
resistans yang haru6 disisipkan pada rangkaian medan agar kecepatan
berubah menjadi 1000 rpm, dan jangkar menarik arus 80 Ampeq seda
fluks sebanding dengan arus medan.
10. Motorarus searah shunt 500voltmempunyairesistans jangkarl"2 ohm
dan resistans medan shunt 500 ohm. Pada waktu beban nol motor
menarik arus dari jala-jala sebesar 4 Amper dan keepatan 1000 rpm.
Hitung kecepatan motor pada waktu berbeban penuh dan arus total
yang ditarik dari jala-jala 25 Amper, Hitung kecepatan pada waktu
be$eban jika:a. Pada rangkaian jangkardisisipkan resistans sebesar2,3 ohm.
b. Arus medan shunt dikurangi sebanyakll 7o.
IRA}ISFORMAIOR
It-1. Umum.
Thansformator (t.afo) pada umumnya banyak diperg'nakan untuksistem tenaga listrik maupun untuk rangkaian elekhonik.
Dalam sistem tenaga listrih trafo dipergunakan untuk memindah-kan energi dari satu rangkaian listrik ke rangkaian listrik berikutnyatanpa merubah frekuensi. Biasanya dapat menaikkan atau menurunkantegangan maupun arus, sehingga memungkinkan transpisi ekstra tinggi,pemakaian pada sistem tenaga dapat dibagi:
a. Trafo penaik tegangan (step up) atau disebut trafo daya untukm enaikkan tegangan pembangkitan menjadi tegangan transm isi.
b. Trafo penurun tegangan (stepdown), dapat disebut trafodistribusi, untuk menurunkan tegangan transmisi menjaditegangan distribusi.
c. Trafo instrumen, untuk pengukuran yang terdiri dari trafotegangan dan trafoarus, dipakai menurunkan tegangan dan arusagar dapat masuk ke meter-meterpengukuran.
Thafo pada sistem tenaga untuk kapasitas besar dapat dihubungkantiga fase dan untuk kapasitas kecil dapat dihubungkan satu fase.
Dalam rangkaian elektronih trafo diperg,nakan sebagai gandenganimpedans antara sumber dan beban, memisahkan safu rangkaian dari
88 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
rangkaian yang lain, d4pat menghambat ams s€anh sambil melalukan
arus bolak-balik dayanya cukup kecil.
t1-2. Konstruksi Trans formator.
Umumnya konstruksi trafo daya secara singkat terdiri dari :
a. Inti yang terbuat dari lembaran-lembaran plat besi lunak atau bajasilikon yang diklem jadi satu.
b. Belitan dibuat dari tembaga yang cara membelitkan pada inti dapatkonsentris a tau spiral.
c. Sistem pendinginan pada trafo-trafo dengan daya yangcukup besar.d. Bushing untuk menghubungkan rangkaian dalam trafo dengan
rangkaian luar,
Antara inti dan belitan akan memberikan dua jenis trafo berikut,a. Jenis inti (ore type) yakni belitan mengelilingi inti, lihat gambar 4-1,
untuk kafo dengan daya dan tegangan yangtinggi.
Gambar 4-T.Trorlormator jenis inti (coetype)
|enis cangkang (shell type) yakni inti mengelilingi belitan, lihat gam-
bar4-2, untuk trafo yang mempunyai daya dan tegangan rcndah.b.
Transformator
Gambar 4.Z.Tiansformalor jenis mngkang lshell Tyry)
t1-3. Prinsip Kerja Tiansformator.
Prinsip kerja trafo berdasarkan induksi elektno magnit, untuk me-mahami prinsip kerja tersebut lihat gambar 4-3 berikut,
,, !' IpH1
89
sr-bu" iy =1ill p
F,,j;,;"+
Gambar a4. Tr ansformntor ideal.
Sisi belitan XrX radalah sisi tegangan rendah dan sisi belitan H_H^adalah sisi tegangari U"ggi. t 2
Bila salah satu sisi, baik sisi tegangan tinggi (IT), maupun sisitegangan rendah (TR) dihubungkan dengan sumber tegangan bolak balik,maka sisi ter:ebut, disebut dengan sisi primeq sedangkan sisi lain yangdihubungkan dengan beban disebut sisi sekunder,
-@;nn(O,n*) - -
\
!
90 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
Sisi belitan X, X, dihubungkan dengan sumber tegangan bolak
balik sebesar V, = V', ,riuU n"rc Uolak balik akan dibangkitkan pada inti
sebesar@ atau sebesar@
Fluflsebesa' @^ =V*.akan melingkar dan menghubungkan
belitan kawat primer dengan belitan kawat sekunder serta menghasilkan
tegangan induksi (EMF=GGL) baik pada belitan primer sebesar Er = Er,
maupun pada belitan sekunder sebesar E, = E", yang akan mengikuti
persamaan berikuf
Er- Eo'4,44xf xN, *Q**xLo-$ uolt
otou-""-"""""' ('Lr
E r- Eo- 4,44xf xN, xtF*.uolt
E2- Er'4,44xfxN, *Q**xLO-$ uolt
otou """""'(Er- Er- 4,44xf xN, xtb*ruolt
dengan,
E=E =1P
Er= E, =
EMF (GGL) atau tegangan induksi yang dibangkitkan
pada belitan pada belitan primerEMF (GGL) atau tegangan induksi yang dibangkitkan
pada belitan sekunderBanyaknya lilitan pada sisi primerBanyaknya lilitan pada sisi sekunden
Fluks maksimum dalam besaran maxwell
Fluks maksimum dalam besaran weber
Frekuensi arus dan tegangan sistem
Tegangan sumber yang masuk di primerTegangan sekunder ke beban
N=N7DN, =N,@.*
@*,
fV=V7DV=V2s
Transformator 91.
Fluks maksimum dalam besaran maxwell dan fluks maksimum
dalam besaran webe4, hubungannya akan mengikuti persamaan berikuf
dengan,
B = Kerapatan fluks maksimummrA" = Luas penampang dari inti dalam m2
Untuk trafo ideal diatas berlaku pensamaan berikut,
vI - EL vo =8, danv, =82 -v" =8" """""""'(44)
Contohsoal4-1 :
Suatu trafo ideal 60 Hz, belitan primer mempunyai jumlah lilitansebanyak 4800, diberi tegangan dari sumber sebesar 2300 volt, hitung:a. Fluks (6 )"mm'b. Lilitan sekunderbila tegangannya 230 volt.
Penyelesaian:
a. V, = E, = 2300 volt
Nr=Nr=4800;f=60H2Et= 4,44x f x Np *@^^x 1o-8 volt
2300 = 4,44x60 x 4800 *@^*x 10-8 volt
@*^ -A:ffi*"- 1,8x Lol maxwett
b.E, = 4,44xf xN" *@^* x10-8uolt
230 = 4,44x 60 x N" x 1,8 x 105 x 10-8 rclt
N, -##fu =4sotititan
Contoh Soal 4-2 :
Fluks maksimum pada inti dari tmnsformator 60Hz sebesar 3,76 x
10l maxwell. Trafo tersebut mempunyai lilitan primer sebesar 1320 dan
lilitan sekunder sebanyak 46. Hitung tegangan induksi pada primer dan
sekunder trafo!
Penyelesaian:
Tegangan induksisekunder 460 volt
3,76 x LO6 maxutell
1320 lilitan ; Nz = 46 lilitan
60 Hz
4,44xf x(-**x N, x 10'8 volt
4,44x60 x 3,76 x 106 x 1320 x 1'8 tolt
13200 rcIt
4,44xf xQ**xN, x lO-8 uolt
4,44x60 x 3,76 x 106 x 46 x 10-8 uolt
460 uolt
pada primer 13200 volt dan tegangan induksi pada
Q*^
N1
fE1
E2
4"4. Perbandingan tansformasi.
Dari persamaan (4-1) dan persam aan (4-2) didapatkan perbanding-
an EN{F pada primer dan sekunder sama dengan perbandingan banyaknya
Transformator
Iilitan primer dan sekundeE merupakan pe6andingan (ratio) transformasidari bansformator dan dinyatakan oleh persamaan berikut :
Berdasarkan persamaan (aa) maka untuk trafo ideal berlaku perbanding-an transformasi berikut,
93
Jika rugi-rugimaka:
trafo tidak diperhitungkan dan efisiensi dianggap tOO %ril
il
il
It
,il
secara praktis faktordaya primer(pF, )sama dengan faktor daya sekunder(PF, ) sehingga:
94 Pengantar Teknik Tenaga Ustrik
atau
Contoh Soal 4-3 :
Suatu trafo ideal satu fase mempunyai 200 lilitan pada belitan
primer dan 100 lilitan pada sekunder. Jika belitan primer dihubungkan
dengan tegangan sumber sebesar 200 volt dan arus beban sekunder 20
Ampe4 hitung:a. Arus primer!b. Tegangan sekunder!
Penyelesaian:
..N.r = 20olilitatr ; N2= loolilitan
Vt = 200 uolt ; Ir= Anpt
Nl 2ooa = rr-1oo=zI'
1-z+/. *LOAmperT
-o.*\-" -rl =rv,
b. E, = E, /a =20O I 2= 100 rrclt
Contoh Soal 4-4 :
Suatu trafo ideal satu fase mempunyai a!0 lilitan primer dan 1000
lilitan sekunder, luas penampang inti 60 cm'. Jika belitan primer di-hubungkan pada sumber tegangan 520 volt dan frekuensi 50 Hz, hitung :
a. Haqga maksimum kerapatan fluks pada inti!b. Tegangan induksi pada belitan sekunder!
Transformator
Penyelesaian:
o' Et
95
520
Bm
4,44xf xNrxtD^_aolt
4,Mxf NrxB^ xAwlt4,44x50 x 400 xB*x(6Ox td)0,976uebq I ni
IGrapatan lluks maksimum pada inti 0,g26 weber tn2,Nr{tb. c-d-ffi-o,n
'*, -r- Y: -0,4-Dz -L[ooaott
Tegangan induksi pada belitan sekunder 1300 volt
4.5. Kondisi Transforurator Secara pralrtis.
Tiznsformator yang telah dibahas sebelumnya adalah trafo ideal,akan tetapi secrra praktisbetitan trafo mempunyai resistans dan reaktansbocoq baik untuk sisi primer maupun sisi sekundeq lihat gambar 4-4berikut:
Fluls bocor
rt zt
--*Itot
Nl
ti)ILII1
Garrbar &t . T?otsfonnator *ura pralctis dengan Wor
96 Penqantar Teknik Tenaga Listrik
Dari gambar 4-4 tersebut maka Parameter s€rta Persamaan yang
menyatakan hubungan parameter adalah sebagai beriku!,. @, = FluksboorPrimer
Fluks boor sekunder
Resistans belitan primerResistans belitan sekunderReaktans boor induktif dari lilitan primer karena
b'@, =
t'R, =d'R, =
e'x, =
fluksboorprimer @-
- Reaktans bocor inauitif dari lilitan sekunder karena
fluksboorsekunder O,g. Impedansbelitan primer dinyatakan oleh persamaan :
zL=Rr*ixr=^ryx: LryrX,
q
h. Impedans belitan sekunder dinyatakan oleh persamaan
Zr-Rz*iXr=ffi . . -rx,L ts-'q .....(4-11)
i. Karena trafoberbeban maka arus yang mengalirmengakibatkan
rugi tegangan pada primer mauPun pada sekunde4, secara
vektor dituliskan sebagai berikut:
Er-V, - I, Z, =V, -Ir,w (+t2)
f.x )
Transformator 97
(4-13)
j. Dari pers:rmaan (4-12) dan (413) didapatkan persamaanberikut:
Vr, E, danE, >V,
Contoh Soal 4-5 :
Suatu trafo penurun tegangan dari 2300 volt menjadi 230 volt, mem-punyai daya7il kva dan 60H2. Resistans dan reaktans dari belitan:
Rt = 0,a93ohm ) X, =0280 ohm
R2 = 0,0093 ohm ;Xz=0,oo28dtm
Ti'afo bekerja dengan beban penuh, hihrng:a. Arus primer dan sekunder!b. tmpedans belitan primer dan sekunder'!
c. Jatuh tegangan pada belitan primer dan sekunder!d. Tegangan induksi pada belitan primer dan sekunder!e. Perbandingan transformasi!f. Perbandingan transformasi tegangan!
Penyelesaian:
r./1 -ry -ffi -B26,L.4npq
,, -ffi -B26L,4npq
^liffi-m0,295 ohm
b' zr=
ill
ri
i
98 Pengantar Teknik Tenaga Ustrik
zr=^lq*2,ffi
". r,
I,
d.E,
E,
a
Z,
Z,
0,00295 ohm
= 326,1 x 0,295 = 96,2 rrclt
= 3261x 0,00295 = 9,62 rolt
v
vti
I
-v2*E
I=4-23002,30
I, Zr= 2300 - 92,6 = 2203,8 volt
I, Zr= 230 + 9,62 =239,62vo1t
ffi= e,1e8
-10
4-6. Rangkaian Ekivden Tiansformator.
Thansformator yang diper{ihatkan pada gambar 4-4 dapat digam-
barkan rangkaian listriknya seperti gambar 4-5 berikut :
zr
\xl
z2
Bz xz
Gambar 4r5. Rwtgl,aian lbtrik ilmi trafo berbebot
Per-
Transformator
Gambar 4-6. Rangkaim sekunder trafo ditranst'er ke primer
Perubahan haqga besaran tersebut diatas, akan mengikutisamaan berikut:
I
Arus beban nol disimulasikan oleh induktans murni (Xo) dengan;rrus magnetisasi ( I* ) dan reaktans non induktif (R ) dengan komponen
*"t ( I. ) yang diparalel menyilang pada rangkaian primer (ihat gambar
45) dimana :
EEx - =1 dnnR - =1--o I *'- '-o I .(415)
p &)
Untuk membuat perhitungan maka rangkaian hafo pada gambar45 hams dirubah menjadi rangkaian ekivalen atau rangkaian penggantikafo, yakni tegangan dan arus serta impedans dari kedua sisi disatukankesalah satu sisi, bisa kesisi primeratau kesisi sekunder.
Bila rangkaian sekunder ditransferatau dipindahkan kesisi primermaka besaran tegangan, ams dan impedansnya harus berubah haqganya
(ihat gambar4{) berikut :
Br- o'R, xo - a2 x,
1
100 Pencantar Teknik Tmaga Listrik
o.dr- o2 R2
". iz - I2/o
e.Vr- OV,
; b.Xz- o2X2
; d. E'z - a E2 - El ...(416)
;f.dt-o2Zs,
FIurBu tegangan, arus dan impedans dari sisi sekunder yang telah
disesuaikan dengan memPer3unakan persamaan (4-16), berarti besaran-
besaran komponen di sisi sekundertelah ditransferkesisi primeq sehingga
gambar 4-6 dapat digabung dengan gambar 4-5 menjadi gambar rang-
kaian ekivalen yang sebenarnya dari trafo, lihat gambar 4-7 berikut :
zrf__-z\=_r
It 'Rl x1
zlozq:T
I1
Gambar 4-7. Rorylaian ekiaalm ymg sebenwnya dwi trmst'omdor.
Dari rangkaian ekivalen tersebut dapat dihitung impedans total
rangkaian yang diberikan ke sumber tegangan V, sebagai berikut :
Z --Z-+tobl I
Zo (2, + Zr).(+L7)
Zo+2, *zt
i{t
Ii
I
vL
Transformator 101
dengan,
zr-Rr+ixr-W, Lrgr,1dr- dr*i Xz-n\ffi . ;,+'t1iR,,,-i * *"- *-i+og--o
(418)
Contoh Soal 4{ :
Suatu kafo 23OO/230 volt, 50 Hz mempunyai parameter sebagaiberikut:
R, =O286ohm ;X, =Q73ohm
Q' = Q319ohm ;Xr=O,7goirun
Ro =250ohm iXo = 1250ohm
Impedans beban sekunder Zt = 0,387 + i 0,29
Dengan memperyunakan rangkaian ekivalen sebenarnya, hifu ng :
a. Arusprimerb. Arus sekunderc. Arusbeban nold. Faktor daya input (masukan)e. Daya input (daya masukan)f. Dayaoutput (daya keluaran)g. Rugi tembaga prime4, sekunde4 rugi inti dan efisiensi.
Penyelesaian:
o =#- loizp- o,B8?+ jo2g
I
z"= oz z"- 1oo (0,38? + j 0,29) - 38,? +i29
= 48,4 L96,80
dr= 0,319+j0,37
Zz * \ = 0,319 +j 0,73 + 38,7 +j 29
= 39,02 +j 29,79 = 49,0 L g?,f
Y = (0,004'j0,0008)
1
Zo= i=240+j48=246tll,*,o,
Zo+ Z + Z" = 39,02+j29,78+240+j48
= 290 LL',ff
a'Ir=vl ?;no L e
z"(zr+\zt+ffi 0286+j0,79+4l,4LgY
2300 L f - 54,8 L -gg,T42 t 3g,T
zb' I, = lr x Z,-2,, 4-
54'8 L -.s'f x
= 54,8 L -33,r x 0,845 L -4,f - 46,2 Z -38o
Zi, * Z"
245 L LL$o
290 t L5,€
c.Io=Ir* Z"+72+\ - 54,8 L -gg,T x 49 L 37'f290 L l',e
= 54,8 L -33,7 x 0,169 L 2L,f - 9,26 L -Lt
d. Faktor daya input = m 3tl,f = 0,8t12 mengikut
Transformator r03
e. Daya input = V, I, cos 0r = 2300 x 54,8 x 0,832
= 105 kw
f. Daya output = 4622 x 38,? = 82,7 kur
g. RuSl tembaga primer = 54,82 x 0,286 = 860 watt
Rugi tembaga sekunder = 4522 x 0,81g = 680 watt
Rugi inti = 9262 x %0 =20,6 kw
Efisiensi =H x 100 % 7B,B%
Penyelesaian soal trafo dengan mempeqgunakan rangkaian ekiva-len yang sebenarnya memerlukan ketelitian, sehingga lebih mudah biladipergunakan rangkaian ekivalen pendekatan, dimana rangkaian pe-
nguat pada gambar L7 dipindahkan ke teminal primer seperti gambar4Sberikut:
X"l
Gambar 4{.. Rmgknian ekiaalm pendekntan ilmi transformdu.
Rangkaian ekivalen pendekatan tersebut masih dapat disede*a-nakan bila arusbeban nol (Io ) cukup kecil, sehingga dapat diabaikan, dangambar 4-8 menjadi lebih sederhana seperti gambar 4-9 berikut :
101 Pengantar Teknik Tenaga Ustrik
rt'r,
Garnbar 4-9. Rangkaian ekiaalenpenilckattut ilari trafo d*gan mengabailan
arusfubmtnol.
Parameter rangkaian trafo seperti gambar 4-9 tersebut akan
mengikuti peniamaan berikut :
a. Resistans ekivalen tr:afoberdasarkan sisi primeq,
b. Reaktans ekivalen trafo berdasar*an sisi prime4
E. ^--l*
c. Impedans ekivalen trafo berdasarkan sisi primeq,
'l
Transformaia 1(E
d. Impedansbeban berdasatkan sisi primeg
d"-i,*jxt-o2R7*io2x, wn)
e. Arusprimeg
f. Regulasi hafo berdasarkan sisi primeg
Sebaliknya bila parameter rangkaian trafo dipindahkan atau ber-dasarkan atau dilihat dari sisi sekundeg akan mengikuti pem:rmaan
bedkut:a. Resistans ekivalen trafoberdasarkan sisi sekunder
R"z- R)r+ Rr-8,-n+o
b. Reaktans ekivalen trafo berdasarkan sisi sekundet
c. Impedans trafoberdasarkan sisi sekunder
d. ftg"ng". masukan (input) berdasarkan sisi sekunder
e. Arusmasukan (input) berdasarkan sisi sekunde4
IL- Iz- Ito
(4"29)
f,. Regulasi trafoberrdasarkan sisi sekunder
Regulasi =W xtoo% ..(4-30)
n -u,lo
Transformator
&.7. Penguj ian Transformator.
ldaksud dan tujuan pengujian trafo adalah untu[< mengetahui watakkerja trafo, dengan memperhitungkan empat parameterutama yakni:1. Resistans ekivalen berdasarkan primer (Rur) atau berdasarkan sekun-
der (R ,).
2. Reaktans boor ekivalen berdasarkan prime(X"r) atau berdasarkansekunder(X.).
3. Konduktansrugi inti Go (kebalikan rcsistans Ro).
4. Suseptans magnetisasi Bo (kebalikan reaktans Xo).
Keempat parameter tersebut dapat dengan mudah ditentukanmelalui dua macam pengujian yakni :
1. Pengujian beban nol.2. Pengujian hubungsingkat.
Masing-masing pengujian akan dibahas berikut,d Pengujian bebannol.
a. Maksud dan tujuan pengujian:1. Menentukan rugibeban nol atau rugi inti.2. Menentukan harga Xo dan Ro .
b. Rangkaian pengujian.
Tts TT
Gambar tl-70. Rorylaim Wpiifrl bebm nd iloi tr$o.
c. Cara pengujianl. Pasang meter yakni voltneteg amperemebr dan wattmeter
pa& sisi tegangan rendah dalam hd ini a&lah sisi primer
t07
f'*"r*ffi
{
108 Pentantar Teknik Tenrg. U*rik
2. Sisi tegangan tinggi atau sisi sekunder dibiarkan terAuka(beban nol).
3. tvlasukkan Egangan V, (tegangan nominal) pada terminal sisiprimer
4. Catat daya inputbeban nol (% ) p"ar wattmeter, arusbebannol (IJ pada amperemeterdan tegangan V, pada volhneter,
d. Analisis.Daya input beban nol (Wo) yang dibaca pada wattmeter adalah
sebagaiberikuf
wCOS@o -
,I, cos @o
X = V-/I :^B =V-/IoL)LoL0)
Arusbeban nol (o) amat kecil jika dibandingkan dengan arusbebanpenuh primeg hanya sekitar 2 sampai 3 % , oleh karena itu rugitembaga primer dapat diabaikan, sehingga secara praktis daya
inputbeban nol (Wo) dipergunakan untuk mengatasi rugi-rugi inti.
B. Pengujian hubung singkat.a.ldaksud dan tujuan pengujian.
1. Menenfukan impedans ekivalen 2", dan 2", rcaktans boorekivalen X", dan X", dan resistans total dari trafo berdasarkan
beli tan dimana alat-alat ukur d ipasang. Dengan diketahuinya 2",hnZ.zmaka iatuh tegangan total dalam trafo berdasarkan sisi
primei atau sisi sekunder dapat dihitung sehingga regulasi trafo
dapat ditentukan.2. Menentukan rugi tembaga pada waktu beban penuh (pada
sembarang beban). Rugi ini dapat di pergunakan untukmenghitung efisiensi trafo.
b. Rangkaian pengujian.
W = V. I oeO ->oloo
I - f sin0 ;I)L O o'(ll
Transformator
Gambar 4-77. Rangknian pmgujim hubung singlat tr$o
c. Cara pengujian.1. Pasang meter yakni waftmete4, voltmeter dan amperemeter pada
sisi tegangan tinggi.2. Sisi tegangan rendah dihubung singkat.
3. Beri tegangan pada sisi TT (sisi primer) dinaikkan sedikit demi
sedikit sampai arus hubung singkat TR sama dengan arusbebanpenuh trafo.
4. Catat daya input primer (W") Rada wattmete4, arus primer (I".)pada amperemeter dan tegangan input (V".) pada voltmeter.
d. Analisis.Pemberian tegangan pada sisi TT hanya berkisar antara 5 sampai 10
% dai, tegangan nominal, maka fluks yang terjadi pada inti juga
hanya sekitar 5 sampai 70 7o dari fluks nominalnya, sehingga rugiinti sangat kecil dan daya input yang terbaca pada wattmetermerupakan rugi tembaga. Untai ekivalen trafopada kondisi hubungsingkat adalah sebagai berikut :
t'r=t'' = t"
R.l &lz-EI
vi: c
109
Gambar 4-12. l-lntai ekio atm tr afo dalam l,eadam hubung sin gknt.
1110 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
Jika Vs. adalah tegangan yang dibutuhkan untuk mendapatkanarus beban penuh pada waktu hubung singkat maka :
z. - v tLeI 8c' I
W"" = I? Rt -, R"t -
\, ={7?
w /flscl
Contoh Soal4-7 :
Suatu trafo fasa tunggal 200 / 400volt,SOHz, untai ekivalennya dida-
patkan dari data pengujian berikut:Pengujian beban nol :200volt;0,7 amp;7Owatt, pada sisi TR.
Pengujian hubung singkat : 15 volt; 10 amp ; 85 watt pada sisi TT.
Hitung: Tegangan sekunder bila melayani beban 5 kw pada faktor daya
0,8 mengikut dan tegangan primer200 volt.
Penyelesaian:
Dari pengujian beban nol :
V, Iocos@o=W
200x0,7xcos@ =74+ ce@^
sin (D
/, = ro cos (Do = 0,7 x 0,5
I n = Io sin oo = 0,7 x 0,866
R" = Vt/ I.=200/0,35
\ = vr/Ir= 2oo / o,6o6
Dari pengujian hubung singkat :
Dalam pengujian ini alat-alat ukurditempatkan pada sisi sekunderyakni sisi tegangan tinggi (TT) dan belitan sisi tegangan rendah (IR) atauprimer dihubung singkat sehingga :
= Orb
= 0,866
= 0,35 ampr
= 0,606 smper
= 571,4 ohm
= 330ohm
a
iI
Transformator 111
Z"z =
a=
Vul12= 15/10= 1,5ohm
2001400 =0,5
z.el
tr''R.el
x-EI
= \Z.z= (0,5)2 x 1,5 = 0,375 ohm
R"2 ' W". * Re2 = 85/100 = 0,85 ohm
^2R.2= (0,5)2 x0,85 = o,21ohm
,lm -{W=o,sror,,,er el
Output dalam kva = 510,8 = 625
Dari pengujian beban nol dan hubung singkat tersebut didapatkan
parameter trafo, sehingga untai ekivalen pendekatan dapat digambarkansebagai berikut:
Arus output = ,#tolo - 15,6 Amper
Z.r= 1,5 ohm ; R"z = 0,85 ohm
\z= (1,5)2 + (0,85)2 =\24olun
Jatuh tegangan total berdasarkan sisi sekunder :
= Iz @"2 cos O, + X", sin Or)
= 15,6 (0,85 x 0,8 + 1,24 x 0,6) = 22,4uolt
= 400 -22,4=377,8uo\t.Y2
q
172 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
4-8. Efisiensi Transformatoe
Efisiensi dari setiap peralatan dalam bidang teknik adalah dayakeluaran dibagi dengan daya masukan (input), dapat dinyatakan dalampenen (7o) atau dengan persamaan :
Dari pengujian beban nol dan pengujian hubung singkat didapat-kan rugi total pada trafo sehingga :
Daya masulran = Daya keluaran + ) Rugr ........ ............(+g2)
Efisierui (n) - HP*r rrorr*nxLOO% .......(431)
Dengan demikian efisiensi trafo berrdasarkan rugi-rugi yang ada :
Daya masu*an - \. RugiEflsiensi ( 11 ) = ffi xl00 7o
atau,
Efisiensi(q) - 1- \Rusi]r
,oo % ... (4-ss)Dayatnosukon
atau,
Efisbnsi(q) -I Dryo IL neuratanl xL00% ....(+34\
W:i;,*,]+ | Rusi
Transformator 113
Daya keluaran trafo dalam besaran watt
Po = V2 I, cos @,
Rugi hafo:a. Rugr inti P" = W dari pengujianbeban nolb' R,rg, tembaga = fz Rrrdari pengujian hubung singkat.
Berdasarkan daya keluaran dan rugi-rugi maka efisiensi trafo:
11% -vr$us o2 (1oO)
(435)VrI,creib,+P"*PzR"z
ContohSoal4-8:
Suatu trafo satu fase 25 kva ;22N/20 volt mempunyai resistansprimer 1,0 ohm dan resistans sekunder 0,01 ohm. Hitung efisiensi padawaktu beban penuh dengan faktor daya Q8 , jika rugi inti dari trafo samadengan 80 % dari rugi tembaga pada waktu beban penuh!
Penyelesaian:
a = 1,f,?OOf2zO = ]0;R"r= Or**\, = 0,01-#=0,02ohm'^,Arus beban penutr sekun der I, - W - !L3,6 AmpRugi tembap pada waktu beban penuh
P^=I?R"z = (113,6)2 xa,o2= 258 wattRugi inti P" = 8O % x258 = 206,4 wattRugi total = 258 + 206,4= 464,4watt
Da5iaoutput = Po =YZIZosO, =25x0,gkw= 20.000 watt
fl
Transformator
Efisiensi sepaniang hari :
n att - tuy - "*r,
x 1oo - s7%
4-9. Tlansformator tiga fase.
Pembangkitan tenaga lisbik dan pengirimannya sampai konsumen,biasanya dilakukan dalam sistem 3 fase, dengan demikian dibutuhkanhafo tiga fase pada pembangkit untuk menaikkan tegangan dari tegangan
pemban gkitan menjadi tegangan tmnsmisi, j uga di distribusi un tu k menu-runkan tegangan dari tegangan transmisi menFdi tegangan sub hansmisimaupun ke tegangan distribusi.
Konstmksi tnafo 3 fase sama halnya seperti pada trafo satu fase yang
terrdiri dari jenis inti dan jenis cangkang juga dapat merupakan satu
kesatuan trafo 3 fase teqpadu, tetapi juga dapat disusun dari tiga trafo satu
fase menjadi satu trafo 3 fase.
Dalam hal konstruksi satu trafo 3 fase yang disusun dari tiga trafosatu fase, maka ketiga trafo satu fase tensebut harus identik kalau tidakmaka akan timbul kesalahan yang fatal, apalagi kalau kapasitas trafotersebut cukup besar
Pemilihan apakah mempergunakan satu trafo tiga faseyangterpaduatau satu trafo tiga fase yang disusun dari tiga hafo satu fase disesuaikan
dengan kebutuhan.Dalam bidang ketenagaan listrik untuk tegangan sistem dibawah
230 kv dapat dipergunakan satu kesatuan trafo tiga fase teqpadu, tetapi
un tuk tegangan si stem lebi h tinggi dari 230 kv dapat mempeqgu nakan sa tutrafo tiga fase yang disusun dari 3 buah trafo satu far, karena masalah
pengangkutan dari pabrik pembuatan ke lokasi dimana akan dipasang.
Adapun hubungan trafo 3 fase adalah sebagai berikut:1. Tiga fase hubungan bintang/bintang (Y/Y)2. Tiga fase hubungan delta/delta ( / L)3. Trga fase hubungan bintang/delta (Y / A )
atau sebaliknya delta/bintang (A / Y)
4. Tiga fase hubungan delta terbuka N / V)5. Tiga fase hubungan Scott Cf / T)
115
Efisiensi Qr%)=ffi7ffi =s7:7 %
Pada trafo yang komersial dikenal efisiensi sepanjang hari atau
efisiensi operasional selama 2aian dengan Persamaan :
ContohSoal4-9:
Suatu trafo satu fase, 5 kva mempunyai rugi inti 35 watt dan rugi
tembaga4owattpadawaktubebanpenuh.Trafobekeriadengantakarankva peluh dan faktor daya 0,8 mengikut untuk 6 jam' kemudian bekeria
a"r,gur, setengah takaran kva untuk 12 jam pada faktor daya 0'5
mengiku! selanjutnya tidakberbeban selama 6 jam'
Hitung efisiensi sepanjang hari dari trafo tersebut!
Penyelesaian:
Rugi tembaga pada beban penuh = 40 watt
Rugi temUaga setengah beban prenuh=(05)' x 4O = 10 watt
Rugi tembaga beban penuh selama 6 iam
=6x40=240watt
Rugi tembaga O,5beban penuh selama 72iam
=12x 10 = 120watt
Rugi tembaga total selama 24iam
=240 + 1?.D = S60watthour = 0,36 kwh
Rugi inti selama ?Aiam =24x3i5 = 840 wh = 0'84 kwh
n"gi t"taf sehma Z4iarn = 0,36 + 0,84 = 12 kwh
UnJrgi keluaran ""t"^u 24lam = 6 x daya keluaran pada waktu beban
penuh + 12 x setengah daya Leluaran beban penuh = 6 x 5 x O'8 + \2 x 2 5 x
Q5 = 39 harh.
H
777176 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
Pertanyaan
1. Apa kegunaan dari transformator?
2. Bagaimana konsbrrksi tnansformator? Terangkan !
3. Terangkan prinsip kerja dari transformator!4. Terangkan apa yang dimaksud dengan transformator ideal !
5. Terangkan perbandingan transformasi (nisbah atau ratio) pada trans-
formator!6. Terangkan kondisi transformator s€cara praktis!
7. Gambar dan terangkan rangkaian ekivalen yang sebenamya dan pen-
dekatan dari transfotmator!8. Mengapa transformatorperlu diuji? Terangkan cara pengujiannya.
9. Terangkan apa yangdimaksud dengan efisiensi dari transformator!
10. Terangkan mengapa pada sistem tenaga memerlukan pemakaian trans-
formator tiga fase! Terangkan jenis hubungan transformator tiga fase!
Transformator
Soal Iatihan
1. Suatu trafo fase tunggal 50 Hz dipergunakan untuk menurunkan te-gangan dari 2200 volt menjadi 250 volt Luas penampang inti 36 cm2 dankerapatan fl uks maksim um 6 Wb / m2 . Hitrng banyaknya li li tan prim erdan sekunder!
2. Suatu trafoZi kva mempunyai lilitan primer sebanyak 500 dan lilitansekunder 50. Primer dihubungkan dengan sumber tegangan sebesar3000 volt, 50Hz Hitung arus primer dan sekunder untukbeban penuhjika trafo ideal!Bempa fluks pada inti, dan EMF sekunder?
3. Suatu trafo 4&0/230 vol0 60I12;7,5kva,iika di andaikan trafo ideal,hitung:
a. Peftandingan tmnsformasi!b. Arus primer dan sekunderjika beban penuh!
4. Suatu trafo 30 kva;24U0/120 volg 50112 mempunyai parameter:R, = 0,1 ohm ; Xr = 0,22ohmR, = 0,035 ohm; X, = O012 otrm
Hitung:a. Arus primer dan sekunderbila berbeban penuh!b. Impedansbelitan primerdan sekunder!c. Jatuh tegangan pada belitan primerdan sekunder!d. Thansformasi, EMF pada primerdan sekunder!
Suatu trafo 2300/230 volt,50 Hz mempunyai parameter:R, = 0286 ohm, X, = 0,73 ohm, Ro = 250 ohmRr' = 0,319 ohm, Xr' = 0,73 ohm, Xo = 1250 ohmImpedansbeban sekunder Zt= 0,N7 + j0p9
Pergunakan rangkaian ekivalen pendekatan untu k m enghitung :
a. Arus primeq, sekunder dan beban nol!b. Faktor daya input daya input dan daya output!c. Rugi tembaga primer sekunde4 rugi inti dan efisiensi!d. Regulasi berdasarkan sisi primer maupun sisi sekunder!
Suatu trafo fase tunggal ZO0 /4OO volt, 4 kva, 50 FIz mempunyai datapengujian berikut:Beban nol : 200 volt ,0,7 amp,70 watt
pada sisi tegangan rendah (TR)
5.
3f
118 Pengantar Teknik Tenasa Listrik
Hubung singkat : 15 volL 10 amp, 80 wattpada sisi tegangan tinggi (IT)
Hitung haqga dari Ro i Xo i R.r i X.r *tu persentase rcgulasi waktubeban penuh dengan faktor daya 0,8 mengikut.
7. Suatu trafo fase tunggal23[[/230 volt 15 kva dengan data pengujian
hubung singkat : 45,7 volt ; 6,52 amp ; 170 watl, meter-meter di sisi TTHitunga. Resistans, rtaktans dan impedans ekivalens berdasarkan sisi
tegangan tinggi maupun sisi tegangan rendah.
b. Regulasiberdasarkan sisi tegangan rendah untukfaktor dayaO,773
mengikuti.
8. Suatu trafo fase tunggal 10 kva, flO/?fl volt,50 Hz mempunyai pa-
rameter:Rr = 02 ohm; X, = 0l ohm; Ro = 1500 ohmRz = oSohm;X, = o,1ohm; Xo = T5oohrrr
Hitung angka pembacaan meter untuk aruq tegangan dan daya pada
waktu pengujian beban nol dan pengujian hubung singkat!9. Suatu trafo 4 kva,240/ 4O0 volt, flI1z, satu fase dengan data pengujian:
Beban nol : 200 volt; 0,8 amper; 70 wattpada sisi tegangan rendah (TR)
Hubungsingkat : l75vol9 9amper7S0wattpada sisi tegangan tinggi (IT)
Hitung:a. Efisiensi beban penuh dengan faktor &yal dan faktor daya Q8.
b. Tegangan pada sisi sekunderbila melayani beban penuh dengan
faktordaya 1 dan faktordaya 0,8.
I 0. Suatu trafo fase tunggal I 00 kva mempunyai rugi tembaga beban penuh
1,5 kw dan rugi inti beban penuh 15 kw. Tiafo bekerja dengan beban
penuh selama 3iam, setengah beban penuh selama 4P*, sesudahnya
tidak dibebani. Hitung efisiensi sepanjang hari dari hafo tersebut!
MESIil TAI( SEREMPAK
tMESrlr I]{DUKST}
5-1. U mu m.
Mesin listrikbaik arus seamh maupunbolakbalikterrdiri dari gene-rator dan motor sehingga untuk mesin tak serempak ini dapat dibagi :
1. Generator Thk Serempak, sebagai pembangkit tenaga listrik, akantetapi jarang dipergunakan, kadang-kadang dipergunakan dalam pe-ngreman regeneratif yakni bila motor tak serempak beqputar melebihikeepatan sinkronnya maka secam otomatis motorbekerja sebagai ge-nerator dan ber{angsung prcses pengrreman.
2. Motor thk Serempak (motor asinkron atau motor induksi) yang ba-nyak dipergunakan di pabrilg industi dan peralatan-peralatan rumahtangga sebagai penggerak atau penghasil tenaga mekanis.
Motor induksi dapat dibagi :
1. Bendasarkan prinsip kerfa:a. Motor induksi rotor sangkar dan motor induksi rotor belitan
(lihat gambar!1 dan A2).b. Motor komutator seri, kompensasi, shunt dan repulsion.
2. Bendasarkan arus dan tegangan :
a. Tiga fase
b. Satu fase
721720 Pengantar Teknik Tenaga Ustrik Mesin Tak Serempak (Mesin Induksi)
5-2. Konstruksi Motor Induksi.
Konstruksi motorinduksi terdiri dari :
L. Statar, bagian motor yang diam.2. Rdor, bagian motor yang berputar.3. Celah udarq adalah ruangan antara stator dan rotor.
Konstruki stator (lihat gambar 5-3) terdiri daria. Rumah stator dari besi tuang.b. Inti stator dari besi lunak atau baja silikon.c. Alur dan gigi materialnya sama dengan inti, alur tempat
meletakkan belitan.d. Belitan stator dari tembaga.
Belitan stator dirangkai untuk motor induksi tiga fase tetapi juga dapatdirangkai untuk motor induksi satu fase, disamping itu juga dirangkaiuntuk jumlah kutub tertentu.
3. Berdasarkan kecepatan
a. Bervariasib. Bisa di atur
4. Berdasarkan stmktura. Te$ukab. Tertutupc. Setengah tertutupd. Berventilasi
Gambar 5-7. Motar lniluki rotor sanglar tigafase, kelihatan rdornya-
Gambar 5-2. Motor inituksi rdw belitan tiga fase, kelihatan rdor dmt cincin
Seserny&
Gambar 5-3.Stdor motor iniluksi.
,f
722 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
Korctruksi rdor, (ihat gambar 5-4 dan gambar 5-5) terdiri dari :
a. Inti rotorbahannya sama dengan inti stator.
b. Alur dan gigi materialnya sama dengan inti, alur tempat meletakkanbelitan.
c. Belitan rotorbahannya dari tembaga, dari konstruksi lilitan akan mem-
berikan dua macam rotoryakni:i. Motor indubi dmgan rdor sanglar alaa rator lotrung.
ii. Motor in"dutsi dmgan'rdor belitan.
d. Potos atau as.
Cincin
Gambar i4.Rotar sangkm dmimdor indulst'
Medn Tak Serclrrp& (M6in Indukci) tz3
stabr dan robr membenhrk rangkaian magnetis, berbentuk silin-
,dris yang simebis dan diantaranya tedapat oelah udara Celah udara'antaria stator dan rotog kalau terlalu luas maka efisiensi mesin rendah,sebaliknya jika terlalu sempit menimbulkan kesukaran mekanis padamesin.
F3. Prinsip Kerja Motorlnduksi.Prinsip keria motor induksi tiga fase berdasarkan induksi elekto-
magnetiq yakni bila belitan/kumparan stabr dib€ri sumber teganganbolak-batik 3 fase maka ans akan mengalir pada kumparan tersebuLmenimbulkan medan putar (garis6aris gaya fluks) yang beqputar dengankeepahn sinkron dan akan mengikuti pesamaan
Na
dengan:N = Kecpatan putardari medan putarstatm dalam rpm.f = Frekuensi arus dan tegangan stabcP =Banyaknyakutub.
C,aris-garis gaya fluks dari stator tersebut yang berputar akanmemotong penghantar-penghantar mtor sehingga pada penghantar-penghantar tersebut timbul EMF @ektro Mobris Forae) atau GGL (GayaGerak Usbik) atau tegangan induksi.
Berhubung kumparan rota merupakan rangkaian yang tertutupmaka pada kumparan tersebut mengalir arus. Arus yang mengalir padapenghantar rotor yang berada dalam medan magnit berputar dari statormaka pada penghantar rotor tersebut timbul gayagaya yangbelpasangandan berlawanan arah, gaya tersebut menimbulkan torsi yang cenderungmemutar mtomya, rotor akan berputar dengan kecepatan putar (N)mengikuti putaran medan putarstator(N ).
Gambar 5-5.Rdor belitan ilari motor induki.
124 Penqantar Teknik Tenaga Listrik
L$1. SIIP (S).
Slip timbul karena perbedaan perputaran medan putar stator danperputaran rotor,Ada tiga macam slip:1. Slip mutlak dinyatakan oleh persamaan :
Z Slip pecahan, dinyatakan oleh persamaan :
3. Slip dalam percen (%), dinyatakan oleh persamaan:
N-Ns = -# x 100 ......... ........(5-4)
tv
S}2. FREKUENSI ARUS ROTOR.
Pada waktu mtor masih diam maka frekuensi arus rctor sama de-
ngan frekuensi arus stator ($. Waktu rotor berputar maka frekuensinya
(f ') akan dipengaruhi oleh slip yangmengikuti persamaan:
f-S
Contohsoal S-t :
Mobrinduksi 3 fase,4 kuhrbbekeria dengan sumbertegangan yangfiekuensinya 50 l1z. Hitung :
a. Keepatan me&n putarstator.b. Keepatan rotorjika slip O{N.
c. Frekuensi arus robrjika slip 0,03.
d. Frekuensi rotor pada waktu diam.
Penyelesaian:
a.N=s
b.S-
N-r
Pn.f 120.50Jr = i:-::: - l*O fpmp4N -N 1s00-N-T- -> o'04 = - 15mJ
'1"440 rpm
c. f = S.f = O03x50= 15 rF - 90 rpm
d. Pada waktu diam S = 1
f'=t'=ilcps=SOHz
Contohsoal5-2:
Motor induksi 3 fase, 6 kutub 440 volt, 50 Hz bekeria dengan beban
penuh pada kecepatan 9501pm.
Hitung:a. SIip.
b. Frekuensi arus dan tegangan rotor.
Penyelesaian:
u'N,= ry= 7O00 rpm
N, = 9fl rPm
N-Ns =
",; ,', _ ,oT*r,
= 06 ataa 57o
s
b. f' - S . f = O05 x 50 = 2,5 Hz
s- N.NarN
s
72,6 Pengantar Teknik Tenaga Listrik Mesin Tak Serempak (Mesin Induksi) 727
Demikian pula dengan r€aktansnya pada waktu rotor berputardiberi simbul dengan Xr" dan akan mengikuti persamaan :
Pada saat rotorberputarmaka arus rotor :
E*
E,
5-{. Rangleian Rotor Motor Induksi.
Belitan/kumparan rotor kalau digambarkan seczlra rangkaian lis-trik, gambarnya sebagai berikut :
R=L
8, (:P)
Gambar 5-6. Rwtg?'nimtrdor motor iniluki.
Keterangan gambar !6 :
Rz = Resistans/tahanan/hambatan dari kumparan rotordalam ohm (Q)
perfase.
Xz = Reaktans kumparan rotor pada waktu masih diam dalam ohm
(A) perfase.
*, (T) adalah simulasi beban dari motor induksi.
I, = Arus yangmengalir di kumparan rotor dari induksi.Ez = EMF (GGL) atau tegangan induksi yang dibangkitkan oleh
kumparan roto4, pada waktu rotor masih dalam keadaan diam,
dalam besamn volt.
Pada waktu rotorberputar maka EIvIF (GGL) atau tegangan induksipada kumparan rotor diberi simbul dengan Er" yang mengikuti per-
Dari rangkaian rotor tersebut dapat dituliskan
Rz/s = Rr * Rr lI-#]Persamaan tersebutdikalikan dengan Il, menghasilkan :
rrz Rrts = rr'Rr* Ir' ", [='] .....(b-e)
dengan:
tfnts2Z
z.f n)a
Daya yang diterima rotor (Pr), atau daya input rotor(daya masuk rotor) atau daya yang ditarik oleh rotorRugi-rugi tembaga rotor atau daya yang hilangberupa panas (P , )
SE,
samaan:
129128 Pengantar Teknik Ten4g{lslqlk tv{9q,!4 Tak Serempak (Mesin Induksi)
s.4 _ Daya keluaran (output) rotor berupa daya mekanik- (P^) atau daya output rotor yang masih kotor (groos
output)
Dari butir 1,2 dan 3 didapatkan bahwa :
n s*;;uasa [*".1
= s . [D"v;
ff"u rr, )] .. (b-10)
Dayamasukrotor = W6 Kt/foe
= ff - LAoKw/fase
b. Frekuensi arus rotor
i-fr-".fi*o,o5x60Hzfz-8Hz-BrPS-Bcps
5-5. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi.
Rangkaian ekivalen atau untai ekivalen atau rangkaian setam ataurangkaian pengganti berguna untuk menyelesaikan analisis perhihrnganmotor induksi. Ada dua mactm rangkaian ekivalen:
1. Rangkaian ekivalen yang sebenarnya.2. Rangkaian ekivalen pendekatan
S5-1. Rangkaian ekivalen yarqg sebenarnya.
Rangkaian ini dapat di turunkan dari rangkaian listrik motor induksiberikut:
.,[T]
Dayo rneha n ih (P m) - ( 1 - s) x daya mosuk rctor (P r) ...... (5'1 1)
P-:P :Pzrncu
Contoh soal 5-3 :
Motor induksi 3 fasa rotor kurung4 kutub & Hz sedang bekerja pada
keepatan 1710 qpm. Rugi tembaga rotor6 Kw/fasa. Hitung :
a. Daya masuk rrctor
b. Frekuensi arus rotor.
Penyelesaian:
120.f 120x60--;- 4 -\pri7
- L7L0 rpm
N -N8rN
a
1800 - 1710
a, rfr
Gambar 5-7. Rang$aian listrik motar induksi.
Rangkaian lishik motor induksi tersebut terdiri dari:1. Rangkaian lormparan stator.
Rangkaian ini baik komponen maupun besarannya sebagai berikut :
- 0,05 atau 5 9o R, = Resiitans atau hambatan atau tahanan kumparan stator
dalam ohm (A) perfase.
Zl
Rl xl
z2
B2 X2
a.Ns
Na
sl - 1800
131130
Ro
X=o
Pensantar Teknik Teqqtt LlqErk
x7
Reaktans kumparan stator dalam ohm perfase
Resistansrangkaian Penguat dalam ohm (Q ) perfase atau
disebut konduktans (Go) yang besamya sama dengan
1 /Ro.Reaitans rangkaian penguat dalam ohm (Q ) perfase atau
disebut suseptans (Bo) = 1/Xo.
Ams yang mengalirpada kumparan stator dalam Amper
perfase jika motor berbeban.
Arus yang mengalir pada kumparan stator bila motor
ti dak berbeban (beban nol) dalam Amper perfase'
Tegangan masuk atau tegangan yang diberikan ke
kumparan stator dari jala-jala (sumber energi listrik)
dalam besaran volt perfase.
Jika kumparan statortiga fase hubunganbintang (Y) maka
V, sama dengan tegangan antara fase 0, = Vr, /'/T ),
ydngdiberikan pada soal adalah Vrr'EMF atau GGL atau tegangan induksi pada kumparan
stator dalam volt perfase.
I7
2 Rangkaian KumParan Rotor.
I{angkaian kumparan rotor ini seperti yang telah diberikan (lihat
gambar 5-6). Untuk mendapatkan rangkaian ekivalen maka rangkaian
kumparan rotor harus disesuaikan besaran dari komponen-komponennya
yakni dipindahkan atau dilihat pada sisi stator dengan memperhatikan
perbandingan transformasi, lihat gambar F8 berikut :
Rt, 'o' R, x', -o2 x,
n, tfr) rj a; rfr
Gambar 5'8. Rorylaiot rdo nntor induki y mg dilihat/ dipindahtat kxisistdu.
Mesin Tak Serempak (Mesin Induksi)
Dari gambar F8 tersebut maka hubungan komponennya sebelum dansesudah dipindahkan ke stator akan mengikuti persamaan-pers:rmaan:
E,
I,
xz = o2 x2 .... (5-16)
Keterangan persamaan di sebelah :
NKwI1o = tt5@ = Perbandingan transformasi
= Banyaknya lilitan kumparan s[ator
= Banyaknya lilitan kumparan rotor
, = KP, x Kd, = Faktor belitan stator
z. = KPzx Kd, = Faktor belitan nrtor= Faktor kisarbelitan
= Faktor distribusi dari belitan
Setelah besaran dari komponen kumparan rotor dirubah yakni dili-hat (dipindahkan) ke stator maka rangkaian ekiaalm yang sebenmnya dapatdigambarkan sebagai berikut :
Io
v1
E1
zzI^ ,--*---r
NI
N2
KwKwKK1
o
Mesin Tak Serempak (Mesin Induksi) 133732 P"ng"nt"tT4.iL&ry!g]5[
Gambar 5-9. Fangkaian ekioalen yo18 s&entrnya dari rutor induki.
Jika diperhatikan rangkaian ekivalea motor induksi dirbelah sama
dengan rangkaian ekivalen trafo yang telah dibahas Pada bab 4, untuk
motor induksi rangkaian sekundemya berputar sedang untuk trafo tidak.
S-s-Z Analisis Rangkaian Ekivalen Yang Sebenarnya.
Dalam analisis perhitungan pada motor induksi maka dari
rangkaian ekivalen yang sebenarnya (lihat gambar5-9), dapat memPergu-
nakan peniamaan berikut :
1. Impedans rangkaian stator:
3. Impedans rotor yang telah dipindahkan ke stator.
=R2/S+iXzZ,
*J (8" )
4. Impedans total dari rangkaian yang diberikan kesumber tegangan V,
z,')q7 '7 LEt t#] (s-1
ZZ^Z.^,-, = Z, * -a = | Ztunt I L o ......'............(5-20)totat ' z^ * z, Lw'
x,B,
........-.(5-17)
Impedans rangkaian penguat :
11u(r- Y - 1 1o R -J7Oo
5. Arus statoratau arus jala-jala atau arus yang ditarikoleh stator (I,)
input stator (Pr) atau daya masuk stator atau daya yang ditarik
Pr = % /, * A pefas dala.m taatt .....................(5-22)
6. Dayastator
.,
z=o
,s-Lt+]1
Ro
t1.[4 L
7. Faktor daya input (faktor kerja input).
10.Rugi tembaga stator
Pcu
- Ir R, Perfa* dalam ttsatt ...---..."""""""""'(5-26)t
11. Rugi inti.
P" = Ioz Ro P"'f*e dalarn u;att """"" "'(5'27)
l2.Dayamasuk rotor (daya input rotor) atau daya yang ditarik rctor
Mesin Tak Serempak Mesin Induksi) r35
14. Daya mekanik atau daya output yang masih kotor (Goss output).
l5.Daya ouput atau daya keluaran bersih atau daya rem (Brake Horse
Power=BHP).
8. Arus yang mengalir Pada rotor.
ZIz'=It *V:T (5-24)
'^- lr, 1' Rr'[H]- ,r-s) Pz Prfase dnla'n u:att(5-30)
p - p -IY-W o,'w'ol oqfoe datarnutatt ........(5-31)o ,L Lclan
gesau I '
16. Efisiensi atau rendamen atau daya guna.
Prr -Ji zloo% .....(5-32)
lT.Untukbesaran dalam 3 fase maka:
Pr, i Pr, ,"u,t P" i ,*., P* dan
tigasedang I, i I, dan I, tetaP.
18. Torsi elektomagnetis.
PT, - Nffi Newton-meter (N-m) .....(5-33)
Po
dikalikan
9. Arusbeban nol:
13.Rugi tembaga rotor
135 PenFantarTeknikTenaga Listrik
Contohsoal5.l:
Suatu motor induksi 220 volt, 3 f.ase,4 kutub, 50 FIz hubungan bintang g)mempunyai takaran 5 Hp.Parameter-parameter ekivalennya :
Rt = 0,45 olm ; Rr= 0,4 ohm ; Bo= - *^*xt= 0,8 ahm ; Xr= 0,8 dtm ; Go= o
Rugi inti stator 50 watt, rugi angin dan geseran 150 watt, untuk slip O04.
Pergunakan rangkaian ekivalen yangsebenamya untuk menghitung :
a. Arusinputb. pJinputc. Daya masuk rotord. Daya mekanike. Torsi elektomagnetisf. Daya outputg. Efisiensi
Penyelesaian:
Dari untai ekivalen yang sebenarnya lihat gambar 19, Ro atau Go = 0(diabaikan) maka untuk Zohanya terdiri dari Bo atau Xo, selanjutnya Zo
diparalel dengan Z', menghasilkan ZAB sebagai berikut:
i Xo (R2 '/S +j X,')
Arus input
I- =2 - L27 L e- - t2,7 L-?s,g Anper-1 Zt LO L 25,9
p.f input
Cos 25,8o = 0,9 terkebelakang
Daya masuk rotor
Pz - s (12)2 (Rz'/s) -rlt2 R^B
- 3x L2,72 x 8,58 - 4152 Watt
Daya mekanik
Prr= (1-S) P2 - 0,96 x4152 =3986Watt
Torsi elektromagnetissesuai dengan persamzurn 5-32, untuk mengtritung torsi elektrc-
magnetis (fo) harus dihitung dulu kecepatan rotor (N") dari motor
seb"&i berikut :
N" - !4J - Utf - rsoo rpm8P
N, - (l-S)N, - (1- 0,04) - 1500 - L440 tPm
Prr-fu-',.ffi- 26,5N-m
Daya output
P, = Pm 'rugi angin dan geseran
= 3986 - 150 = 3836 watt
g. Efisiensi (rendamen).
a.
b.
d.
e.
- 8,58 +j 3,56 -9gg L n,5'
Zutot 'Z, +Zu- (0,45 +J 0'8) + 8,58 +j 3,56
z*-
= l0 L253o
vr -v1o* -29*. te
(RJS)+i (x; +\)-j 30 (10 +j 0,8)
l0 +j 30,8
*bagoi-lUl Lt rcsoensi
wHor
Por -F:-ut
xt00%_1Po
+ r'ttg!,-rugt -x L00%
ttttt
138 PengantarTeknik Tenaga Listrik
Rugi-ntgi:
Mesin Tak Sercmpak (lr4gsin Induksi)
sekitar 2-s % sr'hingga masih dapat diterima. Hasil dengan kesalahan 2-5% tersebut disebabkan pada mngkaian ekivalen pendekatan, arus I, tidakmelalui Z, demikian pula Io nya.
5-5-4 Tingkatan daya pada motor induksi.Dari analisis rangkaian ekivalen motor induksi dapat disimpulkan
bahwa tingkatan daya pada motor induksi seperti bagan (gambar) berikut
739
P-cu,
Dt-c
Dt-cu
f
23I; Rl -3x12,'12 x0,45
rug-rugr
3 (Ir' )2 R, - SP, = 0,04 x
Rugi angin dan geseran
= 218 watt
= 50 watt
4L52 = 166 watt
- 150 watt
Rugi-rugi total
n - ,996 .qffi4 x L00 % - 86,8 %
= 584 watt Dayo mput motor pado stator ( P, - Pr1
I
J
5-5-3. Rangkaian ekivalen pendekatan
Rangkaian ekivalen pendekatan dari motor iduksi sama denganrangkaian ekivalen yang sebenarnya, tetapi rangkaian penguat digeser keterminal motor seperti gambarberikut :
x.et
X,
n'tTi
Gambar 5-70. Rangknim ekiaalmpmdefutan dmi matar induksi
Rangkaian pendekatan ini dibuat untuk memudahkan perhitungarydari gambar tersebut Z, dan Z, langsung dapat dijumlahkaru kemudiandiparalelkan dengan Zo. Analisis perhitungannya sama dengan analisisperhitungan untuk rangkaian ekivalen yang sebenarnya, hasilnya berbeda
R.6I
Da.ya input rotorm,elalui celohudaru. (Pr)
Rugitemfu,garctor (p*,)
Daya mckanik (p^)atau outptrt hotor
Rugi tembaga stator ( P^, )Rugi inti (Pc)
Output fursih (Po)
atauBHP
Atau dapat digamfurkan d.engan cantlain:
PAt,.
Pn Pm
r-lt r* P" P*, Rugi angin dan
tesenanGambar 5-77. Tingkatan dayapdamdor induki.
(Gross output)
-
Rugi angindantesenan
140 Pensantar Teknik Tenasa Ustrik
Dari gambar5-11 tersebut dapat dilihatbahwa daya inputatau dayamasukan ke stator atau daya yang ditarik motor dari jala-jala listrik sebesarP, = P, sebagian dipergunakan untuk mengatasi rugi-rugi daya distatoryakni rugi tembaga stator (Pru,) dan rugi inti sebesar P. baru sisanya
masuk rotor sebesar P, melalui celah udara.Selanjutrya daya masuk rotor atau daya yang ditarik rotor (Pr)
sebagian dipakai lagi untuk mengatasi rugi tembaga rotor (P ,)
baru
sisanya menjadi daya mekanik (P* ) atau daya output yang masih kotor(Gross output). Dari daya mekanik sebagian dipergunakan lagi untukmengatasi rugi angin dan geseran baru sisanya menjadi daya output yangbersih Q) atau BHP (Brake Horse Power).
C-ontoh soal 5-5 :
Motor induksi 3 fase, 400 volt, 6 kutub, 60 Hz bekerja pada kecepatan 1140
rprn dengan input 40 Kw pada faktor daya 0,8 tertebelakang. Rugi statortotal I Kw, rugi angin dan geseran 2 Kw. Hitung:
a. Slip dan arus input.b. Rugi tembaga rotorc. Daya out put (BIIP).d. Efisiensi.
d. Efisiensi motor
xl00% - 87,6Vo
5-6. Torsi Pada Motorlnduksi.Telah dibahas pada prinsip kerja dari motorinduksi bahwa seterah
timbul torsi pada motor maka motomya akan beqputar. ficrsi pada motorinduksi ini dapat diperinci sebagai berikut:1. Torsi yang dibangkitkan oleh motoq waktu rotornya belum berputar
[fwBB), akan mengikuti persamaan:
c. Daya mekanik =Daya output (BIIP) =
39 (1 - 0,05) = 37.05 Kw37,05-2=95,05Kw
xl00%P
o--P.I
35.05r_T
Twaa - hr 82.I, cos *, *T;;:;r"'",(5-34)
Penyelesaian:
a' N"
s
dengarjE,
I,Co O,
k-I 2nNs
EMF (GGL) atau tegangan induksi di rotorbelum beqputarperfase dalam vollAnrs rctorper{ase dalam AmperFaktorkerja roton
waktu
P.a
-q# -txoo tpm
' 'o'05 atauS%
-r/tr. V.f cosO didapatkan dari syarat-syarat batas dimana 3menyatakan motor 3 fase.
40000-y'3f x400xf x0,8-+ I-72,2 Amprb. Input motor
Rugi stator =Dayamasuk rctor =Rugi tembage mtor
_
40Kw1Kw40-1=89KwS x daya masuk rotor0,05 x 39 = 1,95 Kw
Torci start pada motor induksi.Iiorsi
ltart ( \ ) atau torsi motor waktu motor akan mulai beqputap
mengikuti pennmaan berikut :
l
T-a
Torsi beban.waktu rotor sudah beqputar dan dibebani maka torsi beban (Tr) dalambesaran watt sinkron akan mengikuti persamaan berikut, -
dengan,l, = Arus rotoryangditinjau dari stator.P- = DaYa mekanik.R, dan S rperti pada butir 1,2 dan 3 diatas.
Hubungan antara torsi maksimum waldu rotor berpul"r (Twn maks)dengantorsi beban penuh (Trr)Perbandingan antara torsi maksimum waktu rotor berputar (T*umaks) dengan torsi beban penuh (Tu/ akan mengikuti persamaanberikut:
TBp 2a S*ryB ntflks - o2+ S*
dengan,
Suo - Slip pada waktu beban penuh.R, (Resistans/Reaktans rotorperfase waktu belum belputar
n = X, ataudiam)'
5. Hubungan antara torsi start (\) dengan torsi maksimum waldu ber-putar (Trn, maks)
Perbandingan antara torsi start O") dengan torsi maksimum waktubeqputar (T*rmaks) akan mengikuti persamaan berikut:
KeErangan pesamaan (S3$ di ata+
E, = EMF (GGL) atau tegangan induksi di rotor waktu belum
beqputar perfase dalam volt.
= Resistans rotorpedase dalam ohm.
= Reaktans rotor perfase dalam ohm, waktu rctor belum
berputar
Torsi start maksimum (T maks) bila:
3. Torsi motor waldu rotor sudah berputar.Torsi motor waktu rotor beqputar (TwJ akan mengikuti persamaanberikut:
T*,&1 (s E)2 R2
Rr'* (SX2)2
dengan: S = SliP
Ez, Rz ,Xzdrinkr adalah seperti pada butir I dan2 diatas'
Torsi motor maksimum waktu berputa(T*, maks) bila:
R,X,
Mesin Tak Serempak (Mesin Induksi) 145
2x02* Sap_--_------.10,04 + Sfi -, sr? - 0,4 Sap + 0,(X ' 0
dimana : a sama dengan a pada butir 5 diatas'
Contohsoal 5-6
Motor induksi nctorkurung 3 fase, 8 kutub, 50 Hz mempunyai :
R = 0,m1 ohm Per{asenotor
X(o)-,o. = 0,005 ohm Perfase
T*umaks = 520N-m
sedang bekeria melayani beban penuh p ada slip 2 %
Hitung:a. Torsi beban Penuh (Tor)
b. Apabila kemudian be6an di tambah sehingga
Tro = T*, -aks' menjadi berapa kecepatannya
Penyelesaian:
a. ,-?:-ffiH -o,z isBP - o,o2-2%
Tr, 2a 5", _2x02x0,02rww= o\ srr- o,o4 + o,ooo4
-ffi-o'1e8
? Bp = 0,198 x 620 = L02'97 N'm
TBP= Tr', maks
T,o bsw r
TwBrnahs o' * Sgp
SBp - 0,2-?.Olo
,, '{u'8q# '160 tPm
N -iv 750-ivsBP -f -> o2--nf
jV - 750-150 - 6g9 **Contohsoal5-7 :
Motor induksi 3 fase rotor lilit, 6 kutub, 50 Hz resistans kumparan rotor0,V2 ohm / fase, sedang melayani beban penuh dengan keepatan 960 rpm.Dengan pengatumn resistans seperti lazimnya terhadap motor slip ringkeepatannya akan menjadi 800 rpm. Terangkan bagaimana caranya danhitung. Keterangan tor:si beban tetap.
Penyelesaian:
Caranya dengan menyisipkan resistans tambahan pada rangkaian rotoragar putarannya dapat diatur hitungan mengenai berapa besarnya resis-tans yang harus disisipkan adalah sebagai berikut :
Kecepatan medan putar stator:
N -L20 'f -8P
(Sap - o2)2 -O
b.
120 x 50-L0OO rpm
5.%1. Peagujian beban nol.
Makud ilan tujum pengujian.
Maksud dan tujuan pengujian beban nol dari motor induksi iniuntuk mendapatkan data mengenai ams, daya serta rugr-rugr pada waktubeban nol.Panfuianpenguim
Rangkaian pengujian beban nol dari motor induksi ini, lihat gambar!l2berikut:
Gambar 5-7L Pm&mn beban nd.
Pelaksanmn penyjian1' Hubungkan motor dengan sumbeq, pada tegangan dan frekuensi nomi-
nal.
2. Arus dan daya masuk wakfu beban nol dapat di baca pada meter3. Tegangan masuk dapat di variasi sehingga arus dan daya masuk pada
waktu beban nol juga akan beryariasi, dengan demikian dapat digam-barkan kurve karakteristik ams dan daya masuk waktu beban norsebagai fungsi dari tegangan masuk.
Analis is kar akt er is t ik bebmt n otPada waktu beban nol maka daya masuk e) teoi; dari rugi inti,
rugi gesek bantalan dan angin serta rugi tembaga &u* nol atau denganpemamaan sebagai berikut :
Po - P"nr* P1** * |t 81 ,Ik R, ..(5-42)
Karena slip kecil maku *', tembaga rotor (2, R, ) dapat diabaikan,sehingga rangkaian ekivalennya beban nor adarah sebagai berikut
Gambar S-13. Rmglai m ekiaalm pada utaktu bebot nol
Dengan mengabaikan rugi tembaga rotorpada waktu pengujianbeban normaka persam aan S-4lmenjadi :
Rugi tembaga stator ({, R, ) kadang-kadang cukup besar hingga perludiperhitungkan:Dari persam aan (s-42) didapatkan rugi inti dan rugi gesek bantaran danangin yangbesamya konstan sebagai berikut:
P*, *Pf *- -Po -I' or'Rl (w')
UntukmemisahhP-r. * Pf** didapatkan dari kurve karakteristikyang
tdah di uraikan dimuli-. Gain6ar lengkung karakteristik tersebut adalah
sehagaibefrut:
o+vGambar 1l-74. Diagrwn kmakteristk Wan nol'
pu5; rliagram karakteristik di atas, rugi Pr**, duP't diambil sama
dengan day'a masuk pada tegangan minimum dimana motor akan berP'-
taa karenapada saat ini rugi inti dapat di abaikan'
unt rk lengkung P^ = P^ (V) pencatatan hanya dapat dilakukan
sampai titik A, dengan mimpeipanjang lengkung ini sampai memotong
*rrr6s regakpada titik B, maka rugi Pr** dapat diambil sama dengan OB'
Perrisahanrrgi inti :
Mesin Tak Serempak (Mesin Induksi)
dengan
P, -kr f B^' -kt lfl ..(5-4G)
151
t?Cara memisahkan rugi inti ini adalah sebagai berikut :
1. Cara B (kerapatan fluksi maksimum) konstan yang kerjakan denganmembuat V/f konstan.
2. Tentukan nilai-nilai dari V dan nilai-nilai dari f bersangkutan demikianhingga V/f konstan.
3. Ukur nilai-nilai daya masuk P pada berbagai nilai V.
4. Nilai rugi inti
P, =Po -Pf*- (5-48)
P f*w
telah ditentukan terdahulu dan dapat dianggap tetap nilainya.5. Cara perhitungan, dengan mengandaikan : Untuk tegangan jepitan V
; daya masuk Po,
frekuensi f,
sehinga:
Untuk tegangan iePitan Vr; daya masuk Po,
frekuensi f,
sehingga:
5-7-?-Pengujian hubung singkat atau nctor di blot<.
Makud ilan tujuan pengujian
Pengujian hubung singkat atau rotor di blok ini, dimaksudkan un-tuk mendapatkan data motor yakni arus, daya serta faktor daya waktuhubung singkat, juga karakteristik dari daya dan arus hubung singkatsebagai fungsr dari tegangan masuk.
Rangkaian pengaitul
Rangkaian pengujian ini sama dengan rangkaian pengujian waktubeban nol, hanya disini motomya dikopet dengan motoryang lain untukmembloknya.
PelakmmnpengujianSecara singkat pelaksanaan pengujian ini adalah sebagai berikut
Terminal stator dihubungkan dengan tegangan jala-jara, dengan ca tatantegangan ini adalah lebih kecil dari tegangan dasar motor. untuk men-dapatkan beberapa titik pengamatan di mulai dengan tegangan jala-jalayang terendah baru dinaikkan setingkat demi setingka! sampai arushubung singkat kira-kira mencapai dua kali arus nominalnya.setiap tegangan jala-jala dinaikkan, blok atau tahan rotornya sehinggatidak dapatberputag kemudian catat tegangan, arus dan dayanya.Percobaan ini tidak dapat dilakukan untuk tegangan terminal statorsama dengan tegangan dasarnya, karena akan menimbulkan panasyang berlebihan , menyebabkan isolasi motor rusak.Dari pengamatan dapat dilukiskan karakteristik daya hubungsingkatdan arus hubung singkat sebagai fungsi dari tegangan jala-jala yangdinaikkan setingkat dem i seti ngkat sebagai beriku t :
Masukkan persamaan (5-a9) dan (5-50) kedalam Persamaan (!45),
demikian pula persamaan (5-tl6) dan (*a\ akan diperoleh :
P" =ftr 0/r 12 +k, f11 t+i
(5-51)
Pc2
- kt Vr12 + k2f2 BI (5-52)
vr vz
f, -E .(e53)
Dari persamaan tersebut diatas k, dan k, dapat dihitung sehingga
nilai-nilai P dan P- akan didaPaten
b.
c.
Penrentr Teloik TenaP licr&
Karakteristik dari pengujian dapat digambarkan sebagai berikut :
P.h5
1
Anatisis knraktqbtik httbung singkat
Pada wakhr hubung singkat komponen ams magnetisasi relatif kecil
sekali terhadap anrs hubung singkat (In") sehin88a rangkaian ekivalen
dalam keadaan hubung singkat sebagai berikut :
G ambar 5-16. Rwt gkaian ekiwlen hubung singfut'
Dari pengujian hubung singkat ini didapatkan data sebagaiberikut
P.R" -Rr *R2'-;=_* ..........(5-56)
1.,I,E
vZ. *Rn * j X" -i .. ... .. ..(5-57)
h8
Mesin Tak Serempak (Mesin Induksi) 15519
t*
1
X, -Xt * Xz' "(5-58)
(5-5e)
Nilai resistans pada temperatur keria (75 oC; dapat di- ditentukan jika
temperaturruangan pada saat pengujian di catat.
Gambar 5-15. Diagran krr:aktcristik hubung singp'
156 Penmntar Teknik Tenaga Ustrik
Pertanyaaru
1. Terangkan apa sebabnya motor tak serempak yang banyak dipergu-
nakan baik di industri maupun di pabrik!. Generator tak serempak
dipergunakan dimana dan prinsip kerjanya bagaimana?
2. Terangkanklasifikasi motorinduksi!3. Bagaimana konstruksi motor induksi? Terangkan dengan singkat
4. Terangkan prinsip kerja motorinduksi!5. Mengapa kecepatan motor tidak sama dengan kecepatan medan putar
statornya? Terangkan!
6. Terangkan cara meng-ekivalen-kan beban mekanis dari motor induksikedalam rangkaian listrik dari rotor!
7. Terangkan rangkaian ekivalen yang sebenamya dan rangkaian ekiva-
len pendekatan dari motorinduksi, apa bedanya dengan hafo?
8. Terangkan tingkatan daya pada motor induksi !.
9. Terangkan torsi apa saja yang timbul pada motorinduksi!'l0.Pengujian apa saja yang dapat dilakukan pada motor induksi,
terangkan dengan singkat!
Mesin Tak Serempak (Mesin Induksi) 157
SoaI latihan1. Motor induksi 3 fase, 8 kutub, bekerja dengan sumber tegangan yang
fiekuensinya 50 Hz. Hitunga. Kecepatan medan putar statorb. Kecepatan motorbila slip 3 %
c. Kecepatan motorbila frekuensi emf rctor 3 HzBuktikan pemyataan berikut :
P-:P :P =1:(1-S):S2mcuMotor induksi 3 f.av-., 4kutub, & Hzdalam keadaan bekerja rotornyamenarik day a 720 laar/ fase.
Frekuensi arus rotomya 3 Hz. Hitunga. Kecepatan motorb. Rugi tembaga rotor
Motor induksi 3 fase, 440 volt 4 kutub, 50 FIz hu- bungan Y mempunyaiparameter berikut :
R, = Ol ohm R, = Ol5ohmX, = O4 ohm X, = O44 ohm
Rugi inti stator 1250watt, rugi angin dan geseran 10C0 watt. Pada waktubeban nol menarik arus2O Amp pada faktor daya0,O9 mengikulBila motorbekerja dengan slip 3 %, hitung!
a. Arus statcr dan faktor dayanya!b. Daya masukrotor!c. Torsi elekhomagnetis!d. Daya mekanis!
e. Daya outputbersih (bhp)!
f. Efisiensi motor!Pakai untai ekivalen pendekatan!
Motor induksi 3 fase, 400 vol! 4 kutub, 50 Hz hubungan Y mempunyaiparameter:
R, =O4ohm Rr=0,6ohm Ro=10ohm
X, = 1,0 ohm X, = 1,0 ohm Xo = 50 ohm
)
5.
Rugi inti stator 100 wati rugi angin dan geseran 150 watt')ika slip 5 %
hitung:a. Arus statoc rotor dan arusbeban nol!
b. Faktor daya statol rotor dan beban nol!
c. DaYa masuk stator dan rotor!
d. DaYa mekanik dan daYa outPut!
e. Rugi tembaga stator dan rutor!
f. Torsi elektrcmagBetis!
g. Efisiensi motor!
Pakai untai ekivalen yang sebenamya!
o. Motor induksi a",,g- dlya input aO t*' rugi total stator 1'5 kw' rugi
angin dan geseran 0,8 kw
iikasliP4%hih-rng!7. Motor induksi 3 fase,25 bhp, 4 kuhrb, 5c,llz memPunyai rugi-ru11i
angin dan geseran 2,5 Vo dan d'ayaoutput' Slip beban penuh 4 /' ' Hitung
untukbeban Penuh:a. Rugi tembaga rotor!
b. Daya masuk rotoq dan torsi elekbomagnetis!
8. Molor induksi 1000 hp, 50 lH116 kutub memPunyai impedans rotor
0,A2 + i 0,15 pada*u'tt, diam' Torsi beban penuh didapatkan pada
putaran 360 rPm. Hitunga. Perbar,dingun torsi maksimum waktu berputar terhadap torsi
beban Penuh!b. Kecepatan motorpada torsi maksimum waktu berputar!
c. Resistans yanS- harus ditambahkan pada rotor untuk
mendapatkan torsi start yang maksirnum!
g. Motor incluksi 3 fao.,4kuhrb, 50 Hz rnempunyai resistans rrctor perfase
O03 ohm dan reaktans rotor perfase 0'12 ohm pada waktu diam' Hi-
tung:a. Kecepatan motorpada torsi maksimum wakh'r belputar!
b. Resistans yang harus ditambahkan pada rangkaian rotor agar
torsi start maksimum!
Mesin Tak Seremoak (Mesin lnduksi) 159
10.Motor induksi 3 fase, 110 volt, 5O Ha hubungan Y data pengujiansebagai berikut :
Beban nol: 110 voll 10 amp, 450wattBlok rotor: 30 volt 25 amp,440 wattHitung:a. Bila resistans stator perfase 0.05 ohm, rugi angin dan geseran 135
watt ber:apa konduktans dan suseptans perfase!
b. Bila dari blok rctor daya 440 watt tersebut sebagai daya inputrugi inti stator 40 watt, hitung impedans ekivalen, resistans
ekivalen dan reaktans ekivalen dari motor
MESIT{ SEREMPAK
6.1. Um um-
Sebagaimana pada mesin arus seamh dan mesin tak serempakmaka mesin serempak dibagi atas dua macam :
'1. Generatnr serentpak (generator sinkmn = genemtor arus bolak balik =al ternator ya ng banyak digunakan pada pembangkit tena ga li s hik).
2. Motor seremyk (motor sinkron), dapat dipergunakan untuk memu-tarlmenggerakkan mesin-mesin prcduksi di pabrik atau indusbi yangmenghendaki putaran tetap. Biasanya haqganya mahal dan dipesankhusus. Konstruksi dari mesin serempak baik sebagai generator ma u-pun sebagai motor adalah sama, perbedaan hanya pada prinsip ker-janya.
Sebagaimana pada generator arus searah, belitan (kumparan)jangkar ditempatkan pada jangkar (nrtor) sedangkan belitan medanditempatkan pada stato4, demikian pula untuk genenator serempak de-ngan kapasitas kecil.
Akan tetapi pada generator serempak yang dipergunakan untukpembangkit dengan kapasitas be st belitfrn atau kutnpman jangkar ditempat -knn ryda stator, sedangksn belitan medan ditetnpatknn pada rotar dmgrn alasrn:1. Belitan jangkar lebih kornpleks dari pada belitan medan sehingga lebih
mudah dan lebih terjamin ditempatkan pada strukturyang diam serta
tegar yakni stator.
762 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
2. l€bih mudah mengisolasi dan rnelindungi b€litan jangkar terhadaptegangan yang tinggi.
3. Pendinginan belitan j*gka. mudah karcna inti stator yang dibuatcukup besar sehingga dapat didinginkan dengan udara paksa.
4. Belitan medan mempunyai tegangan rendah sehingga dapatefisienbila
dipakai pada kecepatan yang titggt.Pada umumnya generator serempak ukumnnya lebih besar dari
pada generator arus searah, demikian pula kapasitasnya, karena disinitidak diperlukan lagi komutator,
G2. Konstruksi Mesin Serempak
Konstruksi mesin serempak baik untuk generator maupun untukmotor tenliri dari :
1,. Statar adalah bagian dari mesin yang diam dan berbentuk silinder2. Rotar adalah bagian dari mesin yang berputar juga berbentuk silinder3. Celah udwa adalah ruangan antara stator dan rctor
Konstruksi mesin serempak ini dapat dilihat pada gambar O1
berikut:
.IEBMINAL
STA1ER
Gambar 6-7. Konstruki mesin seretrEak
Mesin SereEpak
G2-1. Konstruksi stator
Konstruksi stator terdiri dari:1. Kerangka atau gandar dari besi tuang untuk menyangga
163
inti jangka4
o
3.
lihatgambar6-2Inti jangkar dari besi iunak/baja silikon, lihat gambar 62Alw/parit/ slot dan gigi tempat meletakkan belitan (kumparan), ben-tuk alurada yang terbuk4 setengah tertutup dan tertutup, lihat gam-bar 6-3
4. Belitan jangkar terbuat dari tembaga, yang diletakkan pada aluq ke-terangan selaniuhrva birca pada subbab 63
Gambar G2. Kaanglo dan inti statar Mesin Suempak
,TERBUKA r,#ffi, rERru,ruP
Gambar GS.Bentukalur (sld) imgkar padastator Main SerenEak
TERTU'ruP
1651U Pengantar Teknik Tenaga Ustrik
6'2.2, I(orctruksi rotor
Konstruksi nctorterdiri dari dua jenis:1. Jenis kutub menonjol (salbnt pole) untukgenerator dengan keoepatan
rendah dan medium.Kuhrb menonjol terdiri dari inti kutub badan kutub dan sepatu kutub.
Belitan medan dililitkan pada badan kutub, pada sepatu kutub juga
dipasang belitan peredam (danryer winiling). Belitan kutub dari tem-
baga, badan kutub dan sepatu kutub dari besi lunak.
2. Jenis kutub silinder untuk generator dengan kecepatan tinggi, terdiridari alur-alur yang dipasang kumpamn medan juga ada gigi-gigi. Alurdan gigi tersebut terbagi atas pasangan-pasangan kutub.
Kumparan kutub dari kedua maciun kutub tersebut dihubungkan
dengan cincin geser untuk memberikan tegangan arus searah sebagai
penguat medan. Tegangan arus sear:ah tersebut dari sumbemya dilalukan
melalui sikat baru diberikan ke cicin geser.
Kedua macam kutub tersebut lihat gambar G4 dan gambar 6-5
berikut:
BA'TANG.BA'TANG
BEU'TAN
Gambar 64. Pmtunryng rotu untuk jmis kutub mmonjol (salimt) dmgmt
belitotpqedon
Mesin Serempak
Gambar Gi.Pmanpangrdor untuk jenb httub silinder
63. Belitanfangkar,
Belitan jangkar yang ada di stator dan selanjutnya disebut belitanstator di rangkai untuk hubungan tiga fasa yang terdiri atas:
1. Belitan satu lapis (singb layu winding).2. Belitan dua lapis (double byer winding)
Belitan satu lapisbentuknya dua macam :
a. Mata rantai (concentris ar chain winding)b. Gelombang(wmte)
Belitan dua lapisbentuknya juga dua macam :
a. ]enis gelombang (utme)
b. ]enis gelung(lap)
Jarak antara sisi belitan dan cam meletakkan belitan pada alur /slotmenimbulkan faktor kisar atau faktor gawang (factor pitth) dan faktordistribusi (distribusion t'actor).Jenis-jenis belitan tersebut dapat lihat gam-bar 6-6 berikut:
KUTIIB
o o o 09
't
166 Pen gantar lgkn !k TeneEll-is]lk
G3.1. Faldor kisar
Bila kisar atau gawang antara sisi lilitan yang satu dan sisi lilitanyang lain sama dengan jarak antara kutub yakni 1800 listrik maka lilitantersebut dikatakan mempunyai gawang penuh atau kisar penutr, lihatganbarGT
kisarkutub
Gambar G6. Rangkaian belitan iangLar di statar
Mesin SeremPak
(a). Konsentris atau sPiral
(b). Gelung (laP)
(c). Gelombang(wanl
U s
kisarpenu
24 I 2l3l4l5l 617 8
? ct- \--+-\ .,'',/
\i'.,(Gambar G7. Kism atau gmoanglilitan iznglar
Bila jarak antara sisi lilitan yang satu dengan sisi lilitan yang lainkurang dari I80" listrilg lilitan tersebut dikatakan mempunyai kisar pen-dek (gaooryWdek\
Faktor krsar (faktor gao^$ atau k atau k- adalah perbandinganantana kisar pendek terhadap kisar penuhnya ataridapat dihitung denganPersamaan:
Alur
Lisarpendek
G&2 Faktor distribusi
Lilitan jangkar pada tiapalw / sld tetapi didistuibusikan
fasa tidak dipusatkan hanya pada satupada beberapa alur/ sbt menyebabkan
I 800
158 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
suatu faktor yangngan PeE:rmaan :
disebut faktor distribusi (ko) YanB dapat dihitung de-Oleh karena frekuensi dari tegangan induksi tersebut di Indonesia
sudah tertentu yakni 50 Hz dan jumlah kutub selalu genap maka putaranku tub / putaran nrtor/pu taran penggerak m ula sudah tertentu.
Besarnya induksi yang timbul pada kumparan jangkaryangada di statorakan mengikuti persamaan :
dengan k = faktorkisaC ka = faktor dishibusif - frekuensi dalam Hz atau cps
O - fluks / kutub dalam Weber
T = banyaknya lilitan / fase = l/Z Z, dengan Z adalahbanyaknya sisi lilitan per-fase, satu lilitan ada dua sisi
G4-2. Prinsip kerja motorseremlnk
Prinsip kerja motorserempak karena interalsi dua medan menye-babkan torsi yangmemutarrotor Apabila kumparan jangkaryangada distatnr diberi sumber tegangan tiga fase dari jala-jala maka pada kumparantersebut timbul medan putar seperti pada motor induksi. Kumparanmedan yang ada di rotor diberi arus searah, maka pada permukaan kutubtimbul medan magnet yangarahnya dari kutub utara ke kutub selatan .
Interaksi antara medan putar pada kumparan jangkar yang ada distator serta medan magnet antar:a kufub utara dan selatan yang ada dirctoq, menyebabkan gaya yang berpasangan dan akan membangkitkantorsi, torsi tersebut akan memutar rotor dengan kecepatan yangsama/sinkron dengan pelputaran medan putar stator,
Contohsoal G1 :
Hitung kecepatan dan tegangan per fase serta tegangan antar fase darisuatu generator serempak 4 kutub, tiga fase, SAHZ hubungan y dengan35 alur (slot), tiap slot berisi 30 penghantar (sisi rilitan). Fluks per kutubQ05 Weber terrdistribusi sinusloidal.
dengan
^ 180' 190'Y Banyaknyo alurperktiub n(6-3)
m = Banyaknya alur/faseikutub
6-(. Prinsip Kerja Mesin SeremPak
G4-1. Prinsip kerja generator serempak
Prinsip kerja generator serempak bendasarkan induksi elektromag-
netis. setelah rotor diputar oleh penggerak m]ula $rime mooer), dengan
demikian kutub-kutub yang ada pada rotor akan berputan Iika kumparan
kutub diberi arus seamh maka pada permukaan kutub akan timbul medan
magnet (garis-garis gaya fl uks) yang beqputa4 kecepatannya sama dengan
putaran kutub.Garis-garis gaya fluks yangbeqputar tersebut akan memotong kum-
paran jangkar yang a da distator sehingga pada kumparan jangkar tersebut
tmbul EMF atau GGL atau tegangan induksi. Frekuensi 6ffi (aGL) atau
tegangan induksi ter:ebut mengikuti Persamaan :
dengan pN
= banyaknya kutub
= keepatan putar (rpm).
Mesin Serempak 177
Penyelesaian:
f _gg __+ N = 120.f - 120-x5o - rboo rym'L20p4
o =** =zf itt=7s=,' 36/4
1825/,t-T - 4,M. 1 . 0,95 . 50. O . 100
@- 1825 /,{T-@=49,97 mWb
h" = L . Z =36x30,/3 =360
Tperface=360i2=180
E = 4,44x 1 x 0,96 x50x 0,05 x 180 = 1920 volt/faseP
Er=,,15-Eo =y'3-x1920 =3320 uolt
Contohsoal6-2:
Suatu generator serempak tiga fase, 4 kutub 50 \12 mempunyai 15 alur
perkutub, tiap alur berisi 10 penghantar. Setiap penghantar dari tiap fase
aih,rbrrngkan seri dengan faktor dishibusi 0,95 dan faktor kisar 1. Pada
waktu beban nol, EMF antara fase 1825 volg hitung fluks per{<utub.
Penyelesaian:
k"=1; kd=0,95; f=50H2
EMF/fase = 1825 /{3-volt = E,Banyaknya alur = 4xL5 = 60 'Banyaknya alur perfase = 60 I 3 = 20Banyaknya lilitan perfase = 20 x LO|Z = 100 = T
E=4,44xk"xkaxfxrDxT
G5. Generator Serempak Berbeban
Jika generator serempak belum berbeban maka EMF (E) yangdibangkitkan pada kumparan jangkar yang ada di stator sarna dengantegangan terminalnya (V).
Waktu generatorberbeban maka EMF (E) tersebut diatas tidak samadengan tegangan terminalnya (V), tegangan terminal akan bervariasikarena:
1. Jatuh tegangan (ooltage drop) karena resistans jangkar (R.) sebesar
IR .
Z. i.tif, tegangan karena reaktans bocor (Xr) dari jangkar sebesar
0 xr)3. Jatuh tegangan karena reaksi jangkar sebesar (I X").
Reaksi jangkar disebabkan oleh arus beban (I) yang mengalir padakumparan jangkac arus tersebut akan menimbulkan medan yangmelawan medan utama sehingga seolaholah iangkar mempunyai reak-tans sebesarX
Reaktanl boor (Xr) dan reaktans karena reaksi jangkar (Xu) akanmenimbulkan reaktans sikron sebesar (X") yang mengikuti persiamaanberikut:
d =X, +Xo
Tegangan pada wakfu genemtor berbeban s€cara vektor akan mrngikutiPersamaan:
ho 0,96sinS x 2Ao /2=---- =3sin}}o t2
- -----r
172 Peneantar Teknik Tenam Listrik
dengan: EMF jangkarTegangan terminalArusbebanResistans jangkar
Xr + )G = Reaktanssinkron
G6. Diagram Veldor Generator Serempak Berbeban.
Diagram vektor ini mempunyai besaran-besaran sebagai berikut :
Eo = EMF (tegangan induksi) pada waktu beban nol dari jangkarE = EMF waktu jangkar berbeban atau setelah ada reaksi jangkar E
secara vektor kurang dari Eo karena jatuh tegangan sebesar IX .
Ada kalanya E ini di tulis sefiagai E . a
V = Tegan8an terminal, s€cara vektor Lr-ng dari Eo karena jafuhtegangan sebesar I Zs atau kurang dari E karena jatuh tegangan
sebesarl Z dengan z=mI = Arusjangkarperfase.
@ = Sudut faktor kerja (sudut faktor daya atau sudut faktorbeban)
Diagram vektor (diagram phasor) dari generator serempak yangberbeban ada 3 macam :
1. Diagram veldor untuk beban non induktif.Dalam hal ini vektor tegangan tenninal dan vektorarus sefase atau
faktor kerianya satu (unity), lihat gambar G8 berikut:
Mesin Serempak
Dari diagram vektor pada gambar 68 disebelah.dapat dituliskanpensamaan tegangannya sebagai berikut :
atau
2 Diagram veldor untuk beban induktif berikut :
Bila generator serempak berbeban, dimana bebannya induktif makavektor arus tertebelakangatau mengikut (kgging) terhadap vektor tegang-an, Iihat gambar (69) berikut:
173
E=!=l=R-
aX-s
,\t1,2
Gambar G9. Diagramoekror dmi gmeraror soempakyangb&onnya induldif
+€
l> 7',/\i+i^(/\
1,,'"
--/ +'-,/"
-e
//O
Gambar 68. Diagron rxhw dwi gaurator serenryakbobehan non induktif.
774 Pengantar Teknik Tenaga Listrik
Dari diagram vektor pada gambar G9 disebelah dapat dituliskanpersamaan tegangannya sebagai berikut :
EJo
(v Cos @ + Ro)z + (v Sino + /d )2 (6-10)
3. Diagram veldor untuk beban kapsitifBila generator serempak bekerja dengan beban kapasitif dimana
vektor arus terkemuka atau mendahului (leadingl terhadap vektor tegang-
an, lihat gambar 6-10 berikut :
Gambar G7A. Diagram aektor dmi gaurator sinban yang bubeban kryasitif.
Dari gambar diagram vektor tersebut dapat dituliskan Pers:rmaan
tegangannya sebagai berikut :
q(V Cos O + /.R_ )- -V Sino])2E
o(6-11)
Mesin Seremoak 775
Contohsoal G3:
Suatu generator serempak 3 O hubungan Y melayani beban 10 MW, padafaktor daya Q85 mengikut dan tegangan terminal 11 KV. Jika resistans
iangkar 0,1 ohm perfase dan reaktans sinkron 0,66 ohm / fase. Hitung EMFyang dibangkitkan antara fase (saluran).
Penyelesaian:
P, -{5- -vr-, .I .coso*>, -ffi, 10 x 1.06 o1o a.t - ttrTirodo- o,ss - 618 Anp
I R" = 618 x 0,1 = 61,8 Volt
IX =618x0,66=408Volt
Tegangan terminal fase = # - B350volt
Cos o = 0,88 ---,+ <D - Cos-l (O,gb) -21,*Sin @ = 0,527
Diagram vektornya lihat gambar 6-9 akan didapatkan : '
E^=
-VlOsso x 0,85 + 61,8)2 + (68b0 x0,527 + 408)2
= 6625 Volt perfase atau
= {X x ffi?S= 11480 Volt atttara fase
Eo
Eo
'tI
I
I
I
I
I
o
5-7. Regulasi Tegangan Generator Sercmpalc
Perubahan beban pada genemtor serempak akan menyebabkan per-
ubahan tegangan diterminalnya, besarnya perubahan tersebut tidak
hanya tergantulg dari penrbahan beban tapi juga teqgantung pada faktor
beban (fold* kerja = faknt daYa).
FIal tersebut menimbulkan istilah regulasi tegangan yang diartikan
sebagai kenaikan tegangan bila beban penuh dilepas dimana eksitasi atau
penguatannya serta kecepatannya tetap, dibagi dengan tegangan termi-
nal, atau dirumuskan sebagai berikut :
Mesin Serempak 777
Contohsoal6-4:
Suatu generator serempak 3 O, 50 KVA, 440 Vol t, 50 FIz hubungan Y dengan
resistans jangkar yang efektif 0,25 ohm/fase, reaktans sinkron 3,2
ohmlfase dan reaktans boor 0,5 ohm/fase. Hitung untuk beban penuh
dengan faktor daya @fi = 1.
a. EMF waktu berbeban (Eu)
b. EMF waktu beban nol (Eo)
c. % Regulasi pada waktu beban penuh.
Penyelesaian:
Dari diagram vektor gambar 6-8 diperoleh bahwa :
a. EMF (E") adalah jumlahvektor dari :
i. Tegangan terminal V.
ii. I R danaiii. I X.
Y =440 / {5 -254Uolt
dengan catatan :
1. Eo- V bukan Pengurangan vektor'
2. untuk beban dengan i^kto. daya mendahului atau beban kapasitif,
regulasi negatif karena tegangan terminal (V) ada kalanya lebih tinggi
dari E .
3. Persariaan regulasi tegangan tersebut untuk generator serempuk y*gmemPunyai kapasitas kecil, akan tetapi untuk generator serempak
dengan kapasitas besar belum dibahas pada buku ini'
* farakteristik tegangan pnerator serempak sehubungan dengan rcgu-
lasi tegangan tersebut dapat di gambarkan sebagaiberikut :
Anrs beban penuh , r =6ffi - Gb,G ,$nper
I R. = 65,6 x 0,25 = 16,4 Volt
I\=65,6x0,5=32BVolt
=Vps+ *L6,42 + (32,8)2 = 2|2volt/fase
=V5 * 272 * 47t uoltontart fase
Tegangan
terminal
1
l
Ea
Arus beban
GambarGTT.Kflaktcristiktegangnlterminoldarigercralorserempkamusarus bebafl d"ngan furbagai faktnr beban'
b. EMF (E") adalahiumlahvektordari V IR danIX
Mesin Serempak 179
Eo
W=t'leSa, + L6,4)2 + (65,6 xg,2)2 - \ 2volt/fase
- 3 x342 = 592uolt antatafax
lRusil I
ffi,'T,ll.'oo*
atau:
atau:
atau:
E -Vc. % Regulasi- "T*x L00Vo 100% - 34,65Vo
342- 254b4
Eftsicrxi-
[,G8. Efisiensi Generator SeremPak.
Efisiensi atau daya guna atau rendemen dari generator rrempakdapat dihitung seperti pada generatorarus searah yang dapat dirumuskan
sebagai berikut
Efisicnsi -Dayaoutput (Po)
Dayainput (Pr)
atau:
hyaoutput (P^)Efisicrci - .Rusf xL00% ...(6-tZ)
(Po) +[;;fr1
Eftsi.ensi =l?:::,*r,l- IxfrJ xlo,% (6-,4)' Y,":,1,ol1
Pada waktu generator serempak berbeban, rugr-rugi yang terjadi tediridari:1. Rugi-rugi rotasi yang terdiri dari :
a. Rugi angin dan geseran.b. Rugi geseftm sikat pada cincin geserc. Rugi ventilasi pada waktu pendinginan mesin.d. Rugi histerisis dan arus pusar di stator.
\
2. Rugi-rugi listrik yang Endiri dari :
a Rugi pada kumparan medan.
b. Rugi pada kumparan jangkar,
c. Rugr pada kontak sikat.
3. Rugi eksitasi yangdi pakai unhrk penguatan-
4. Rugi beban sasar (stray load loss)
Contohsoal G5 :
Suatu generator serempak 30,20m KVA, 2300 volt bekeria pada beban
penuh dengan faktor daya Q&5. Resistans arus searah dari belitan iangkarpadaTf C antara fase O08 ohm. Medan menarik arus72 Amper pada
tegangan 125 volt dari peralatan penguatan. Rrgr angin dan geseran 18,8
Kw rugr inti37,6 Kw rugr beban n*t2,2 Kw. Hitung efisiensi dengan
mengandaikan resistans iangkar yang efektif = 1,3 x resistans arus seamh.
Penyelesaian:
Mesin Serempak
G9. Kerja Paralel.
Malcsud ilan tujuot kerj a pualel1. Memperbesar kapasitas daya yang dibangkitkan untuk melayani be-
ban yang besar atau konsumen, karena perkembangan beban yangterusmeningkat.
2. Menjaga kontinuitas pelayanan kepada konsumen karena ada genera-tor serempak atau ada pembangkit yang akan di perbaiki atau di-reparasi.
Syard kerlz pualel1. Flaqga sesaat EIvIF kedua generator serempak hams sama besarnya dan
arah vektomya bertentangan atau berlawanan. Sama halnya apabilasatu genemtor serempakdi paralel dengan jala-jala.
2. Frekuensi kedua generator serempak atau generator serempak dengan
iala-jala harus sama.
3. Fase kedua generator senempak sama dan vektornya saling ber-lawanan atau bertentangan, demikian juga unfuk generator serempakyang di paralel dengan jala-jala.
4. Urutan fase kedua generator serempak atau antara generator serempakdengan jala-jala harus sama.
Biasanya pada pembangkit tenaga lisbik peralatan yang dipergu-nakan untuk memaralel adalah syncronn@W untuk sistem yang lam4akan tetapi pada pembangkit dengan sistem yangbaru dipergunakan alatukur (meter) yang ada tulisannya /zs t dan slant.
181
Dava output (P )o
Rugi angin dan geseran
Rugi intiRugi medan (125 x TUI.)RG jangkar = 3 x (503)2 x 0,052
Rugi bebansasErr
Rugi total
= 2000 x 0,85 = 1700 Kw
I" =503 Amp
R, =ryx1,3= 0,O52 ohdfase
18,8 Kw37,6 Kw9,0Kw
39,4Kw2,2Kw
= 107,0 Kw
Efrsiensi -, - [, if6]kd?] - roo vo *e4,r 7o
I
r82 Pengantar Teknik Tenaga lislqik
Pertanyaan
1. Terangkan kegunaan dari mesin serempak!
2. Terangkan perbedaan generatorserempak dan generatorarus searah!
3. Terangkan konskuksi dari mesin serempak!
4. Terangkan apa yang di sebut faktor kisar dan faktor diskibusi!5. Terangkan prinsip kerja mesin serempak!
6. Bila genemtor serempak berbeban, apa sebabnya tegangan induksi
yang di bangkitkan tidak sama dengan tegangan terminalnya!
7. C,ambar dan terangkan diagram vektor untuk generator serempak de-
ngan berbagai jenis beban.
8. Terangkan yang di maksud dengan regulasi tegangan pada generator
serempak!
9. Terangkan apa yang di maksud dengan efisiensi dari generator serem-
pak!. Rugi apa saja yang terjadi pada generator serempak?
l0.Terangkan maksud dan syarat kerja paralel dad generatorserempak!
Mesin Serempak 183
Soal tatihan
1. Suatu genemtor serempak dengan keepatan 250 rpm membangkitkantegangan dengan frekuensi frllz, mempunyai 216alug tiap alurberisi5 penghantaq tiap lilitan dengan kisarpenuh untuk 3 fase hubungan(Y). Fluks perkutub 30 mWb. Hitung EMF perfase dan antara fase!
2. Suatu genemtor serempak 3 fase, 8 kutub hubungan Y. Stator mem-punyai 160 alur dengan 6 penghantar tiap alu4 belitan dengan kisarpenuh. Kecepatan rotor 750 qpm. Faktor diskibusi belitan Q85. Tegang-
an yang dibangkitkan 1000 volt antara fase. Hitung fluks yang dibu-tuhkan!
3. Suatu gener:ator serempak 3 fasr,16 kutub mempunyai 1tl4 alur dantiap alurberisi 4 penghantarKeepatan 37lrpm,Fluks 5 x t02 Wb perkutub.Gawang lilitan 1500 listrik. Hitung EMF perfase dan antara fase!
4. Hitung tegangan induksi yang efektif perfase dari generator serempak3 fasr., 1 0 kutub, 50 FIz dengan 2 alur perkutub perfase dan 4 penghan-tar per-alu4 gawang Gisar) lilitan 1500 listrik serta fluks perkutub0120wb.
5. Suatu generator serempak 3 fase, 15 kutub hubungan Y mempunyaialur 144 dengan 10 penghantarper-alurFluks pe*utub 30 mWb. Hitung fiekuensi, tegangan per{ase dan an-tara fase jika keepatan 3%rpm.
6' Suatu generator serempak 3@, 6000 KVA, 6.600 volt, hubungan I 50Hzmelayani beban penuh dengan faktor dayaO,S mengikut dan teganganterminal 6.600 volf jika resistans kumparan jangkarnya 0p ohm per-fase dan reaktans sinkronnya 5,8 ohm per{ase, hitung EMF antara fase
yang harus dibangkitkan!7. Suatu generator serempak 30, 1200 KVA, 6600 volt, hubungan bintang
dengan resistans jangf,ar 0,4 ohm perfase dan reaktans sinkron 6 ohmperfase melayani beban penuh pada tegangan normal. Hitung tegang-an terminal untuk eksitansi yang sama dan arus beban yang sama
pada faktor daya 0,8 mendahului!
'!
1.U Pensantar Teknik Tenaga Listrik
& Suatu Benerator sercmpak 3,o, 100 KVA, 11000 volt hubungan Y mem-
punyai rcsistans jangkar O45 ohm perfas€ dan reaktans sinkron 4,62
ohm perfas.Hitung regulasi tegangan dari generator serempak tersebut waktub€ban penuh pada faktor daya 0,8 mengikut dan faktor daya 0,8 men-
dahului!9. Suatu generabr sercmpak 30, 8m KVA, 11 Kv hubungan Y mempu-
nyai resistans 1,5 ohm/fase dan reaktans sinkron 25 ohm/fase. Hitungregulasi tegangan untukbeban 600 Kw pada faktor daya 0,8 mendahu-
lui!l0.Suatu generator serempak 3O, 3 MVA, 11 Kv 50 tlz hubungan Y
melayani beban 10 Amper pada faktor daya nol mendahului dan te-
gangan antara saluran 12-370 volt bila beban dilepas tegangan termi-nal turun rnenjadi 11.000 volt. Hitung regulasi dari generator tensebut
bila melayani beban penuh pada faktor daya Q8 mengikul Andaikan
resistans efektif 0l ohm/far.11. Suatu generator serempak 3@, 25 KVA, ?,20 volt melayani beban penuh
pada faktor daya0,M.Resistans efektif dari iangkar O 1 8 ohm. Medan menarik arus 9, 3 Am per
pada 115 volt. jika rugi angin dan geseran 460 watt dan rugi inti 610
watt.Hitungefisiensi.
Anderson, L R., r98r, "Erectric Machina And Tansfrmers', Reston publi-shing Company Inq, Reston Viqginia.
Bimbhr:a, P.s., 1980. 'Gmerariztd Teory of Erectricar Machfues', Khanna pu-blishers, 2-8, Nath Markef Nai Sarah, Delhi.
Chapmary J.s., 1gBS, "Electrb Machinery Fundnnenfals,, McGraw-Hil BookCompany Singapore.
FiEger:ald, A. E., and Higginbotham, D. 8., 'r,9s7,"Breic Etectricar Engineer-,ag', Seond Edition, McGraw-Hill Book Company,Inc, KogakushaCompany Ltd, Tokyo.
Fitgerald, A. E., dkk., 'l.9g1, "Electric Machinery,, Fourth Editioru McGraw_Hill Book Company, Singapore.
Langsdorf, s. A.,'principrrs of Drect-Current Machina", Fourth Edition,McGraw-Hill Book Company.
langsdorf, S. A.,,Theory of Atternafing Current Mrchinery., Setnnd EdidonMcGraw-Hil I Book Company.
Lindsay J. F., and Rashid M. H., 'r.9{#, "Electromechnnics and Erectrbar Ma-chinery', Prentice Flall, Inc., Englewood Clifs, NewJersey
Lloyd, T. c.,'t'969,'Erectric Motors andTheir Apriutiot',John nirey & sonqNewYork.
DAFTAR PUSTAKA
Nasat S.,,, ..,,, p..LLt(nt,lELtuutt(s nna Lrcctrrc Mfuchtnes", JohnWley&Sons, New York.
Puchsteiry A. F" dkk '1.,960,'Altemating Current Madina', Third Edition,
John I{iley & Sons, Ing New Yor{<.
Richarrdson, V. D., 1980 'Hand Book of Rdating Electric Machinery', Reston
Publishing Company Inc., Viqginia.
Suy, M. G., lg7l,'lntrduction to lJnifed Theory $ Electromagnetb Mathino'.Pihnan Publishing Lt4 [.ondon.
Siskind., 7986, 'Electrical Machines", Second Edition, McGraw-HillKogakusha, Ltd, f ickyo.
Still, A., and Siskind, C. S.,1954,'Elementof ElectricalMachineDesign',Third
Editioo McGraw-Hill Book Company [nc., Kogakusha Company
Ltd,lickyo.Theraja, B. L., 798{', 'Electrical Twhnology', Publication Division of Niria
Construction & Development Co(P) Ltd Ltd, Ram Nagaq New
Delhi.Timbie, W. H., 7946,'lndustrial Electricity Are&unmf Practice, Seond
Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York.
Veinot! G. C., and Martin,E.J,'1.987,'Frudional and Subfractional Hotse
Puoer Elutric Motors', Fourth Edition, McGraw-Hill Book Company
Inc., Singapore.Wallace, G. A., 1955,'Principla anil Practice of Electrical Enginaringi,
McGraw-Hill Book Company Inc., New York.
Proyek Pcmtrinaan r"*u*k*olJawa Timur I
T. A. rss6 / tw i