Home >Documents >Analisis Rangkaian ListrikRangkaian ListrikListrik memungkinkan terjadinya konversi energi listrik....

Analisis Rangkaian ListrikRangkaian ListrikListrik memungkinkan terjadinya konversi energi listrik....

Date post:20-Feb-2018
Category:
View:236 times
Download:7 times
Share this document with a friend
Transcript:
  • AnalisisAnalisisAnalisisAnalisis Rangkaian Rangkaian Rangkaian Rangkaian ListrikListrikListrikListrik

    Jilid 3

    darpublic

    Sudaryatno Sudirham

  • Analisis

    Rangkaian Listrik Jilid 3

    (Rangkaian Magnetik, Transformator, Mesin

    Sinkron, Mesin Asinkron, Analisis Harmonisa)

    oleh

    Sudaryatno Sudirham

  • Hak cipta pada penulis, 2010

    SUDIRHAM, SUDARYATNO

    Analisis Rangkaian Listrik (3)

    Bandung

    are-0710

    e-mail: darpublic@yahoo.com

    Alamat pos: Kanayakan D-30, Komp ITB, Bandung, 40135.

  • iii

    Pengantar

    Buku ini adalah jilid ke-tiga dari satu seri pembahasan analisis

    rangkaian listrik. Penataan ulang serta penambahan materi bahasan

    penulis lakukan terhadap buku yang diterbitkan tahun 2002. Dalam

    buku ini pembaca diperkenalkan pada teknik konversi energi, serta

    persoalan harmonisa dalam sistem tenaga.

    Dalam bab pertama diperkenalkan rangkaian magnetik yang

    merupakan landasan dikembangkannya mesin-mesin konversi

    energi. Tiga bab berikutnya membahas transformator, mesin sinkron,

    dan mesin asinkron. Lima bab berikutnya berisi analisis harmonisa,

    diawali dengan pembahasan sinyal non sinus di kawasan waktu,

    dilanjutkan dengan tinjauan di kawasan fasor, pembebanan non

    linier, dampak harmonisa pada piranti, dan diakhiri dengan

    pembahasan harmonisa pada sistem tiga fasa.

    Mudah-mudahan sajian ini bermanfaat bagi para pembaca. Saran dan

    usulan para pembaca untuk perbaikan dalam publikasi selanjutnya,

    sangat penulis harapkan.

    Bandung, 26 Juli 2010

    Wassalam,

    Penulis.

  • iv

    >

    A. Schopenhauer, 1788 1860

    Dari Mini-Encyclopdie

    France Loisirs

    ISBN 2-7242-1551-6

  • v

    Daftar Isi

    Kata Pengantar iii

    Daftar Isi v

    Bab 1: Rangkaian Magnetik 1

    Hukum-Hukum. Perhitungan Pada Rangkaian Magnetik.

    Rugi-Rugi Dalam Rangkaian Magnetik. Gaya Magnetik.

    Induktor

    Bab 2: Tansformator 29

    Transformator Satu Fasa. Teori Operasi Transformator.

    Diagram Fasor. Rangkaian Ekivalen. Impedansi Masukan.

    Penentuan Parameter Transformator. Efisiensi dan Regulasi

    Tegangan. Konstruksi Transformator. Transformator Pada

    Sistem Tiga Fasa

    Bab 3: Mesin Sinkron 53

    Mesin Kutub Menonjol. Mesin Sinkron Rotor Silindris

    Bab 4: Motor Asinkron 69

    Konstruksi Dan Cara Kerja. Rangkaian Ekivalen. Penentuan

    Parameter Rangkaian. Torka.

    Bab 5: Sinyal +on Sinus 89

    Pendekatan Numerik Sinyal Nonsinus. Elemen Linier

    Dengan Sinyal Nonsinus. Nilai Rata-Rata Dan Nilai Efektif

    Sinyal Nonsinus. Daya Pada Sinyal Nonsinus. Resonansi.

    Bab 6: Pembebanan +on Linier 111

    Tinjauan Di Sisi Beban. Tinjauan Di Sisi Sumber. Contoh

    Kasus: Penyearah Setengah Gelombang. Perambatan

    Harmonisa. Ukuran Distorsi Harmonisa.

    Bab 7: Tinjauan Di Kawasan Fasor 129

    Pernyataan Sinyal Nonsinus Dalam Fasor. Impedansi. Nilai

    Efektif. Sumber Tegangan Sinusiodal Dengan Beban

    Nonlinier. Teorema Tellegen. Transfer Daya. Kompensasi

    Daya Reaktif.

  • vi

    Bab 8: Dampak Harmonisa Pada Piranti 161

    Konduktor. Kapasitor. Induktor. Transformator. Tegangan

    Maksimum Pada Piranti. Partial Discharge. Alat Ukur

    Elektromekanik. Resume.

    Bab 9: Harmonisa Pada Sistem Tiga Fasa 189

    Komponen Harmonisa Dalam Sistem Tiga Fasa. Relasi

    Tegangan Fasa-Fasa dan Fasa-Netral. Hubungan Sumber

    Dan Beban. Sumber Bekerja Paralel. Penyaluran Energi ke

    Beban. Rangkaian Ekivalen Untuk Analisis.

    Daftar Referensi 199

    Indeks 201

    Biodata 202

  • 1

    BAB 1 Rangkaian Magnetik

    Rangkaian magnetik merupakan basis dari sebagian terbesar peralatan

    listrik di industri maupun rumah tangga. Motor dan generator dari yang

    bekemampuan kecil sampai sangat besar, berbasis pada medan magnetik

    yang memungkinkan terjadinya konversi energi listrik. Di bab ini kita

    akan melihat hukum-hukum dasar, perhitungan dalam rangkaian

    magnetik, rugi-rugi dan gaya magnetik, induktor dan induktansi bersama.

    Seperti halnya analisis rangkaian listrik yang dilandasi oleh beberapa

    hukum saja, yaitu hukum Ohm dan Hukum Kirchhoff, analisis rangkaian

    magnetik juga dilandasi oleh hanya beberapa hukum saja, yaitu hukum

    Faraday dan hukum Ampre. Pembahasan kita akan diawali oleh kedua

    hukum tersebut dan setelah itu kita akan melihat rangkaian magnetik,

    yang sudah barang tentu melibatkan material magnetik. Walaupun

    demikian, di bab ini kita tidak akan membahas mengenai material

    magnetik itu sendiri, melainkan hanya akan melihat pada hal-hal yang

    kita perlukan dalam kaitannya dengan analisis rangkaian magnetik. Kita

    juga hanya akan melibatkan beberapa jenis material saja yang telah sejak

    lama digunakan walaupun material jenis baru telah dikembangkan.

    Setelah mempelajari bab ini kita akan:

    memahami hukum-hukum yang mendasari analisis rangkaian magnetik;

    mampu melakukan perhitungan pada rangkaian magnetik;

    memahami dan mampu menghitung rugi-rugi dalam rangkaian magnetik;

    memahami dan mampu melakukan perhitungan-perhitungan pada induktor.

    1.1. Hukum-Hukum

    Hukum Faraday. Pada 1831 Faraday (1791-1867) menunjukkan bahwa

    gejala listrik dapat dibangkitkan dari magnet. Dari kumpulan catatan

    hasil percobaan yang dilakukan oleh Faraday, suatu formulasi matematis

    telah diturunkan untuk menyatakan hukum Faraday, yaitu :

  • 2 Sudaryatno Sudirham, Analisis Rangkaian Listrik (3)

    dt

    de

    = (1.1)

    dengan e menunjukkan tegangan induksi [volt] pada suatu kumparan,

    dan adalah fluksi lingkup yang dicakup oleh kumparan. Jika kumparan mempunyai lilitan dan setiap lilitan mencakup fluksi magnit sebesar [weber], maka fluksi lingkup adalah = [weber-lilitan] dan (1.1) menjadi

    dt

    de

    = (1.2)

    Tanda negatif pada (1.1) diberikan oleh Emil Lenz, yang setelah

    melanjutkan percobaan Faraday menunjukkan bahwa arah arus induksi

    selalu sedemikian rupa sehingga terjadi perlawanan terhadap aksi yang

    menimbulkannya. Reaksi demikian ini disebut hukum Lenz.

    Hukum Ampre. Andr Marie Ampre (1775 1836), melakukan

    percobaan yang terkenal dalam kaitan kemagnitan, yaitu mengenai

    timbulnya gaya mekanis antara dua kawat paralel yang dialiri arus listrik.

    Besar gaya F dinyatakan secara matematis sebagai

    2

    21 II

    r

    lF

    = (1.3)

    dengan I1 dan I2 adalah arus di masing-masing konduktor, l adalah

    panjang konduktor, dan r menunjukkan jarak antara sumbu kedua

    konduktor dan besaran merupakan besaran yang ditentukan oleh medium dimana kedua kawat tersebut berada.

    Arus I2 dapat dipandang sebagai pembangkit suatu besaran medan magnit

    di sekeliling kawat yang dialirinya, yang besarnya adalah

    r

    IB

    2

    2

    = (1.4)

    Hasil ini juga diamati oleh dua peneliti Perancis yaitu J.B. Biot dan F.

    Savart. Dengan (1.4), maka (1.3) menjadi lebih sederhana yaitu

    1BlIF = (1.5)

    Persamaan (1.5) ini berlaku jika kedua kawat adalah sebidang. Jika kawat

    ke-dua membentuk sudut dengan kawat pertama maka (1.5) menjadi

  • 3

    = sin1BlIF (1.6)

    Secara umum (1.6) dapat ditulis

    )( = fIBKF B (1.7)

    dengan f() adalah suatu fungsi sudut antara medan B dan arus I , dan KB adalah suatu konstanta untuk memperhitungkan berbagai faktor, seperti

    misalnya panjang kawat. Besaran B mempunyai satuan [weber/meter2];

    hal ini dapat diturunkan sebagai berikut.

    Menurut (1.5), satuan B adalah : ][][

    ][][

    meteramp

    newtonB

    =

    sedangkan ][

    ]detik[ ][ ][

    ][

    ]detik].[[][

    meter

    ampvolt

    meter

    watt

    panjang

    energinewton ===

    sehingga ][

    ][

    ][

    ]detik[ ][

    ][ ][

    ]detik[ [amp] ][][

    222 meter

    weber

    meter

    volt

    meteramp

    voltB === .

    Jadi B menunjukkan kerapatan fluksi magnetik dengan satuan [weber/m2]

    atau [tesla]. Arah B ditentukan sesuai dengan kaidah tangan kanan yang

    menyatakan bahwa : jika kawat yang dialiri arus digenggam dengan

    tangan kanan dengan ibujari mengarah sejajar aliran arus maka arah B

    adalah sesuai dengan arah penunjukan jari-jari yang menggenggam

    kawat tersebut.

    Permeabilitas. Dalam persamaan (1.3), mewakili sifat medium tempat kedua konduktor berada; besaran ini disebut permeabilitas. Untuk

    ruang hampa, permeabilitas ini adalah

    70 104

    = (1.8)

    dengan satuan ][

    ][

    meter

    henry. Hal ini dapat diturunkan sebagai berikut.

    ][

    ][

    ][ ][

    ]detik[ ][

    ][ ][

    ]detik[ ][ ][

    ][

    ][][

    220 meter

    henry

    meteramp

    volt

    meteramp

    ampvolt

    amp

    newton====

    karena ][ ][

    ]detik[ ][henry

    amp

    volt= yaitu satuan induktansi.

  • 4 Sudaryatno Sudirham, Analisis Rangkaian Listrik (3)

    Dalam hal mediumnya bukan vakum maka permeabilitasnya dinyatakan

    sebagai

    0= r (1.9)

    dengan r adalah permeabilitas relati