MAKALAH

TRANSFORMATOR DAN MOTOR LISTRIK

Disusun dalam Rangka Memenuhi Tugas Mata Kuliah Teknik Listrik dan

Elektronika

Dosen Pengampu :

Drs. H. Emily Dardi, M.Kes.

Disusun Oleh :

Riina Syivarulli (k2514053)

Riyanto (K2514055)

Rusdan Adhitya Aji Nugroho (K2514057)

Samuel Nanda Kristian (K2514059)

Setyo Pranoto (K2514061)

Trihastanto Hadi Nugraha (K2514063)

Wahyu Rahmadi (K2514065)

Yudha Pratama (K2514067)

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015

KATA PENGANTAR

Puji syukur kita panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah

memberikan rahmat serta karunia-Nya kepada kita sehingga penulisdapat

menyelesaikan makalah ini dengan baikyang berjudul Makalah Transformator dan

Motor Listrik.

Penulis menyadari bahwa tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak tidak

dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik. Oleh karena itu, penulis ingin

mengucapkan terima kasih kepada :

1. Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan hidayah-

Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan lancar

tanpa ada halangan.

2. Dosen pembimbing Mata Kuliah Teknik Listrik dan Elektronika ,

Bapak Drs. H. Emily Dardi, M.Kes. yang telah membimbing dalam

penyusunan makalah ini.

3. Orang tua yang senantiasa memberikan dukungan dan doa sehingga

penulis dapat menyelesaikan makalah.

4. Teman-teman mahasiswa/mahasiswi Pendidikan Teknik Mesin

angkatan 2014 Universitas Sebelas Maret yang telah memberikan

masukan demi kesempurnaan makalah ini.

serta tidak lupa penulis juga mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak

yang ikut terlibat dalam pembuatan makalah ini.

Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh

karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari

rekan-rekan dan juga pembaca. Semoga makalah ini bermanfaat bagi penulis pada

khususnya dan para pembaca pada umumnya.

Surakarta, 4 Desember 2015

                                                                                                                         

                                                                                                               Penulis   

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................................

KATA PENGANTAR ...............................................................................

DAFTAR ISI .............................................................................................

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang......................................................................................

1.2. Rumusan Masalah ................................................................................

1.3. Tujuan Penulisan ..................................................................................

BAB II PEMBAHASAN

2.1. Teori Transformator...........................................................................

2.2. Jenis-Jenis Transformator .................................................................

2.3. Hubungan Transformator ..................................................................

2.4. Perhitungan Dasar Transformator .....................................................

2.5. Teori Motor Listrik DC .....................................................................

2.6. Teori Motor Listrik AC .....................................................................

2.7. Perhitungan Motor Listrik .................................................................

BAB III PENUTUP

3.1. Kesimpulan .............................................................................................

3.2. Saran .......................................................................................................

DAFTAR PUSTAKA.....................................................................................

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Transformator merupakan suatu alat listrik yang termasuk ke dalam

klasifikasi mesin listrik static yang berfungsi menyalurkan tenaga/daya listrik dari

tegangan tinggi ke tegangan rendah dan sebaliknya. Atau dapat juga diartikan

mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui

suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnet.

Transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah

kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.

Transformator Arus Adalah trafo yang digunakan untuk mengambil input

data masukan berupa besaran arus dengan cara perbandingan belitan pada belitan

primer atau sekunder. Trafo ini biasa digunakan untuk pengukuran tak langsung

beban arus yang mengalir ke pelanggan kemudian membatasinya. Selain itu bisa

juga besaran arusnya diambil sebagai input data masukan peralatan pengaman

jaringan.

Dalam bidang elektronika, transformator digunakan antara lain sebagai gandengan impedansi antara sumber dengan beban, untuk memisahkan satu rangkain dari rangkaian yang lain; dan untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian. Berdasarkan frekuensi, transformator dapat dikelompokkan sebagai berikut :

1.      Frekuensi daya,50 - 60 kc/s2.      Frekuensi pendengaran, 50 - 20kc/s3.      Frekuensi radio, diatas 30 kc/s.

Dalam bidang elektronika pemakaian transformator dikelompokkan menjadi :

1. Transformator inti besi

2. Transformator inti ferit

3. Transformator inti udara

1.2. Rumusan Masalah

1. Bagaimana Teori Transformator?

2. Apa saja Jenis-Jenis Transformator?

3. Bagaimana Hubungan Transformator?

4. Bagaimana Perhitungan Dasar Transformator?

5. Bagaimana Teori Motor Listrik DC?

6. Bagaimana Teori Motor Listrik AC?

7. Bagaimana Perhitungan Motor Listrik?

1.3. Tujuan Penulisan

2. Untuk Mengetahui Bagaimana Teori Transformator.

3. Untuk Mengetahui Apa saja Jenis-Jenis Transformator.

4. Untuk Mengetahui Bagaimana Hubungan Transformator.

5. Untuk Mengetahui Bagaimana Perhitungan Dasar Transformator.

6. Untuk Mengetahui Bagaimana Teori Motor Listrik DC.

7. Untuk Mengetahui Bagaimana Teori Motor Listrik AC.

8. Untuk Mengetahui Bagaimana Perhitungan Motor Listrik.

9. Untuk Memenuhi tugas mata kuliah Teknik Listrik dan Elektronika.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Teori Transformator

Transformator (Trafo) adalah komponen listrik yang berfungsi

menurunkan tegangan AC (step-down) atau menaikan tegangan AC (step-up).

Trafo dibangun dari dua buah lilitan yang terisolasi dan saling menginduksi, satu

lilitan disebut lilitan primer yang akan menginduksi lilitan yang lainnya

(sekunder). jumlah lilitan dan diameter kawat email dari setiap lilitan akan

mempengaruhi tegangan dan arus yang dihasilkan pada bagian lilitan sekunder.

Trafo terdiri dari lilitan primer dan

sekunder yang dililitkan bersama dan terisolasi

pada lempengan-lempengan besi tipis yang

disusun rapat sebagai core lilitan (inti besi). inti

besi ini dibuat lempengan untuk mengurangi

kerugian pada inti tersebut. Pada trafo step-down

jumlah lilitan primer lebih banyak dibanding

lilitan sekunder, sedangkan pada trafo step-up

jumlah lilitan primer lebih sedikit dari lilitan sekunder.

Cara Kerja Transformator

Ketika lilitan primer diberikan tegangan ac, maka arus yang mengalir akan

menimbulkan fluks magnetik pada lilitan primer yang akan menginduksi lilitan

sekunder, akibatnya pada lilitan sekunder akan terjadi gaya gerak listrik (ggl)

yang dikonversi menjadi tegangan output trafo.

Besar tegangan output trafo ditentukan oleh jumlah lilitan primer

dibanding lilitan sekunder. Untuk menghitung tegangan output pada lilitan

sekunder berlaku rumus:

Dimana :Vp = Tegangan Primer, Vs = Tegangan Sekunder,

Np = Jumlah Lilitan Primer, Ns = Jumlah Lilitan Sekeunder

Faktor kerugian Trafo

Trafo disebut ideal ketika daya primer sama dengan daya sekunder, tetapi

pada kenyataannya terjadi perbedaan daya sekunder yang lebih kecil dari daya

primer, hal ini terjadi akibat kerugian yang dihasilkan dari histeristis core inti besi

dan tahanan (resistansi) kawat email (tembaga).

Yang dimaksud kerugian inti besi dimana sebagian molekul fluks magnet

yang dihasilkan oleh lilitan primer tertahan oleh core inti besi, akibatnya energi

yang dihasilkan tidak sepenuhnya diinduksi pada lilitan sekunder.  Sedangkan

kerugian kawat email dikarenakan adanya tahanan pada kawat email, sehingga

arus yang tertahan pada kawat email tersebut akan dibuang melalui energi panas

pada trafo. Untuk mengetahui kerugian arus pada lilitan kawat email ini berlaku

rumus I2R.

Dari penjelasan diatas tidak mungkin membuat trafo yang ideal 100%,

tetapi Trafo dikatakan baik jika memiliki faktor kerugian maksimal 6% atau

dengan kata lain memiliki efisiensi 94%. Untuk mengetahui berapa besar efisiensi

dari sebuah trafo berlaku rumus:

Dimana :Ps = Daya sekunder, Pp = Daya primer,

Is = Arus sekunder, Ip = Arus primer.

Suatu transformator terdiri atas beberapa bagian,

yaitu:

1.      Bagian utama transformator

2.      Peralatan Bantu

3.      Peralatan Proteksi

Bagian utama transformator, terdiri dari:

a.       Inti besi

Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluks, yang ditimbulkan oleh

arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis

yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang

ditimbulkan oleh arus pusar atau arus eddy (eddy current).

b.      Kumparan transformator

Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan, dan

kumparan tersebut diisolasi, baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan

lain dengan menggunakan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain.

Pada transformator terdapat kumparan primer dan kumparan sekunder.Jika

kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada

kumparan tersebut timbul fluks yang menimbulkan induksi tegangan, bila pada

rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka mengalir arus pada kumparan

tersebut, sehingga kumparan ini berfungsi sebagai alat transformasi tegangan dan

arus.

c.       Kumparan tertier

Fungsi kumparan tertier diperlukan adalah untuk memperoleh tegangan

tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan

tertier selalu dihubungkan delta atau segitiga. Kumparan tertier sering digunakan

juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone,

kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua transformator

daya mempunyai kumparan tertier.

d.      Minyak transformator

Sebagian besar dari transformator tenaga memiliki kumparan-

kumparan yang intinya direndam dalam minyak transformator, terutama

pada transformator-transformator tenaga yang berkapasitas besar, karena

minyak transformator mempunyai sifatsebagai media pemindah panas

(disirkulasi) dan juga berfungsi pula sebagai isolasi (memiliki daya

tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan

isolasi.

Minyak transformator harus memenuhi persyaratan, yaitu:

1)      kekuatan isolasi tinggi

2)      penyalur panas yang baik, berat jenis yang kecil,

sehingga partikel-partikel dalam minyak dapat mengendap

dengan cepat

3)      viskositas yang rendah, agar lebih mudah bersirkulasi dan

memiliki kemampuan pendinginan menjadi lebih baik

4)      titik nyala yang tinggi dan tidak mudah menguap yang

dapat menimbulkan baha

5)      tidak merusak bahan isolasi padat

6)      sifat kimia yang stabil

e.       Bushing

Hubungan antara kumparan transformator ke jaringan luar melalui sebuah

bushing, yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus

berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki

transformator.

f.       Tangki dan konservator

Pada umumnya bagian-bagian dari transformator yang terendam minyak

transformator berada atau (ditempatkan) di dalam tangki.Untuk menampung

pemuaian pada minyak transformator, pada tangki dilengkapi dengan sebuah

konservator.

Terdapat beberapa jenis tangki, diantaranya adalah:

1)      Jenis sirip (tank corrugated) Badan tangki terbuat dari

pelat baja bercanai dingin yang menjalani penekukan,

pemotongan dan proses pengelasan otomatis, untuk

membentuk badan tangki bersirip dengan siripnya berfungsi

sebagai radiator pendingin dan alat bernapas pada saat yang

sama. Tutup dan dasar tangki terbuat dari plat baja bercanai

panas yang kemudian dilas sambung kepada badan tangki

bersirip membentuk tangki corrugated ini. Umumnya

transformator di bawah 4000 kVA dibuat dengan bentuk

tangki corrugated.

2)      Jenis tangki Conventional Beradiator, Jenis tangki

terdiri dar badan tangki dan tutup yang terbuat dari mild

steel plate (plat baja bercanai panas) ditekuk dan dilas

untuk dibangun sesuai dimensi yang diinginkan, sedang

radiator jenis panel terbuat dari pelat baja bercanai dingin

(cold rolled steel sheets). Transformator ini umumnya

dilengkapi dengan konservator dan digunakan untuk

25.000,00 kVA, )

3)      Hermatically Sealed Tank With N2 Cushined, Tipe

tangki ini sama dengan jenis conventional tetapi di atas

permukaan minyak terdapat gas nitrogen untuk mencegah

kontak antara minyak dengan udara luar

Peralatan Bantu, terdiri dari:

a.       Pendingin

Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi

besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu

yang berlebihan, akan merusak isolasi transformator, maka untuk mengurangi

adanya kenaikan suhu yang berlebihan tersebut pada transformator perlu juga

dilengkapi dengan sistem pendingin yang bergungsi untuk menyalurkan panas

keluar transformator. Media yang digunakan pada sistem pendingin dapat berupa

udara, gas, minyak dan air.

Sistem pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara:

1)      Alamiah (natural)

2)      Tekanan/paksaan (forced).

b.      Tap Changer (perubah tap)

Tap Changer adalah perubah perbandingan transformator untuk

mendapatkan tegangan operasi sekunder sesuai yang diinginkan dari

tegangan jaringan/primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat

dilakukan baik dalam keadaan berbeban (on-load) atau dalam keadaan tak

berbeban (off load), dan tergantung jenisnya.

c.       Alat pernapasan

Karena adanya pengaruh naik turunnya beban transformator

maupun suhu udara luar, maka suhu minyak akan berubah-ubah mengikuti

keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan

mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki,

sebaliknya bila suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar

akan masuk ke dalam tangki. Kedua proses di atas disebut pernapasan

transformator. Permukaan minyak transformator akan selalu

bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai tegangan tembus

pada minyak transformator, maka untuk mencegah hal tersebut, pada

ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat

hygroscopis.

d.      Indikator

Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu

adanya indicator yang dipasang pada transformator. Indikator tersebut

adalah sebagai berikut:

1)      indikator suhu minyak

2)      indikator permukaan minyak

3)      indikator sistem pendingin

4)      indikator kedudukan tap, dan sebagainya

Peralatan Proteksi, terdiri dari:

a.      Relay Bucholz

Relay Bucholz adalah relai yang berfungsi mendeteksi dan

mengamankan terhadap gangguan transformator yang menimbulkan gas.

Timbulnya gas dapat diakibatkan oleh beberapa hal, diantaranya

adalah:

1)      Hubung singkat antar lilitan pada atau dalam phasa

2)      Hubung singkat antar phasa

3)      Hubung singkat antar phasa ke tanah

4)      Busur api listrik antar laminasi

5)      Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.

b.      Relai Tekanan Lebih

Relai ini berfungsi hampir sama seperti Relay Bucholz. Fungsinya

adalah mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator.Bedanya

relai ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan

langsung mentripkan pemutus tenaga (PMT). Alat pengaman tekanan

lebih ini berupa membran yang terbuat dari kaca, plastik, tembaga atau

katup berpegas, sebagai pengaman tangki transformator terhadap kenaikan

tekan gas yang timbul di dalam tangki yang akan pecah pada tekanan

tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kekuatan tangki transformator

c.       Relai Diferensial

Berfungsi mengamankan transformator terhadap gangguan di

dalam transformator, antara lain adalah kejadian flash over antara

kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan

dengan belitan di dalam kumparan ataupun beda kumparan.

d.      Relai Arus lebih

Berfungsi mengamankan transformator jika arus yang mengalir melebihi

dari nilai yang diperkenankan lewat pada transformator tersebut dan arus lebih ini

dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.Arus lebih ini

dideteksi oleh transformator arus atau current transformator (CT).

e.       Relai Tangki Tanah

Alat ini berfungsi untuk mengamankan transformator bila ada

hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak

bertegangan pada transformator.

f.       Relai Hubung Tanah

Fungsi alat ini adalah untuk mengamankan transformator jika

terjadi gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah.

g.      Relai Thermis

Alat ini berfungsi untuk mencegah/mengamankan transformator

dari kerusakan isolasi pada kumparan, akibat adanya panas lebih yang

ditimbulkan oleh arus lebih.Besaran yang diukur di dalam relai ini adalah

kenaikan suhu.

PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR

Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang

bersifat induktif.Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan

secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah.

Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-

balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena

kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer.

Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi

(self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh

induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual

induction)  yang  menyebabkan  timbulnya  fluks  magnet  di  kumparan  sekunder, 

maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi

listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi).Prinsip dasar suatu

transformator adalah induksi bersama(mutual induction) antara dua rangkaian yang

dihubungkan oleh fluks magnet.

Dalam bentuk yang sederhana,transformator terdiri dari dua buah kumparan

induksi yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu path

yang mempunyai relaktansi yang rendah. Kedua kumparan tersebut mempunyai

mutual induction yang tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan dengan sumber

tegangan bolak-balik, fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan

dengan kumparan yang lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik)

induksi ( sesuai dengan induksi elektromagnet) dari hukum faraday, Bila arus bolak

balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl).

2.2. Jenis-Jenis Transformator

Ada beberapa jenis trafo yang dikenal dan digunakan secara luas di

masyarakat, diantaranya adalah :

1. Trafo Daya

Adalah trafo yang biasa digunakan di GI baik itu GI baik itu GI

Pembangkit dan GI Distribusi dimana trafo tersebut memiliki kapasitas daya yang

besar. Di GI Pembangkit, trafo digunakan untuk menaikkan tegangan ke tegangan

transmisi/tinggi (150/500kV). Sedangkan di GI Distribusi, trafo digunakan untuk

menurunkan tegangan transmisi ke tegangan primer/menengah (11,6/20kV).

2. Trafo Distribusi

Adalah trafo yang digunakan untuk menurunkan tegangan menengah

(11,6/20kV) menjadi tegangan rendah (220/380V). Trafo ini tersebar luas di

lingkungan masyarakat dan mudah mengenalinya karena biasa dicantol di tiang.

Oleh karena itu, biasa juga disebut dengan    gardu cantol. Dalam tulisan ini,

penulis hanya membahas tentang trafo ini saja.

3. Trafo Tegangan (Potensial Trafo)

Adalah trafo yang digunakan untuk mengambil input data masukan berupa

besaran tegangan dengan cara perbandingan belitan pada belitan primer atau

sekunder. Trafo ini biasa digunakan untuk pengukuran tak langsung beban yang

mengalir ke pelanggan kemudian membatasinya. Selain itu bisa juga besaran

tegangannya diambil sebagai input data masukan peralatan pengaman jaringan.

4. Trafo Arus (Current Trafo)

Adalah trafo yang digunakan untuk mengambil input data masukan berupa

besaran arus dengan cara perbandingan belitan pada belitan primer atau sekunder.

Trafo ini biasa digunakan untuk pengukuran tak langsung beban arus yang

mengalir ke pelanggan kemudian membatasinya. Selain itu bisa juga besaran

arusnya diambil sebagai input data masukan peralatan pengaman jaringan.

Jenis-Jenis Transformator lainnya yaitu :

1.Step-Up

Gambar 4. Lambang transformator step-up

Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder

lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan.

Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik

tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan

dalam transmisi jarak jauh.

2. Step-down

Gambar 5. Skema transformator step-down

Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit

daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan.

Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

3. Autotransformator

Gambar 6. Skema transformator

Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut

secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian

lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder

selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan

sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator

biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan

kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis

ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan

sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik

tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).

4. Autotransformator Variabel

Gambar 7. Skema Autotransformator Variabel

Autotransformator variabel sebenarnya adalah

autotransformator biasa yang sadapan tengahnya

bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan

lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah

5. Transformator Isolasi

Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama

dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer.

Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk

mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi

antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak

digantikan oleh kopling kapasitor.

6. Transformator Pulsa

Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk

memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan

material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu,

fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya

terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan

keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.

7. Transformator Tiga Fasa

Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan

secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang

(Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ).

2.3. Hubungan Transformator

Transformator 3 fasa pada dasarnya merupakan Transformator 1 fase yang

disusun menjadi 3 buah dan mempunyai 2 belitan, yaitu belitan primer dan belitan

sekunder. Ada dua metode utama untuk menghubungkan belitan primer yaitu

hubungan segitiga dan bintang (delta dan wye). Sedangkan pada belitan

sekundernya dapat dihubungkan secara segitiga, bintang dan zig-zag (Delta, Wye

dan Zig-zag). Ada juga hubungan dalam bentuk khusus yaitu hubungan open-

delta (VV connection)

Konfigurasi Transformator 3 Fasa

Transformator hubungan segitiga-segitiga (delta-delta)

Gambar 1. Hubungan delta-delta (segitiga-segitiga).

Pada gambar 1 baik belitan

primer dan sekunder dihubungkan secara

delta. Belitan primer terminal 1U, 1V

dan 1W dihubungkan dengan suplai

tegangan 3 fasa. Sedangkan belitan

sekunder terminal 2U, 2V dan 2W

disambungkan dengan sisi beban. Pada hubungan Delta (segitiga) tidak ada titik

netral, yang diperoleh ketiganya merupakan tegangan line ke line, yaitu L1, L2

dan L3.

Dalam hubungan delta-delta (lihat gambar 1), tegangan pada sisi primer

(sisi masukan) dan sisi sekunder (sisi keluaran) adalah dalam satu fasa. Dan pada

aplikasinya (lihat gambar 2), jika beban imbang dihubungkan ke saluran 1-2-3,

maka hasil arus keluaran adalah sama besarnya. Hal ini menghasilkan arus line

imbang dalam saluran masukan A-B-C. Seperti dalam beberapa hubungan delta,

bahwa arus line adalah 1,73 kali lebih besar dari masing-masing arus Ip (arus

primer) dan Is (arus sekunder) yang mengalir dalam lilitan primer dan sekunder.

Power rating untuk transformator 3 fasa adalah 3 kali rating transformator

tunggal.

Gambar 2. Diagram Hubungan Delta-Delta Transformator 3 Fasa Dihubungkan

Pembangkit Listrik dan Beban

(Load)

Transformator hubungan bintang-bintang (wye–wye)

Gambar 3. Hubungan Belitan Bintang-bintang.

Ketika transformator

dihubungkan secara bintang-bintang,

yang perlu diperhatikan adalah mencegah

penyimpangan dari tegangan line ke

netral (fase ke netral). Cara untuk

mencegah menyimpangan adalah

menghubungkan netral untuk primer ke netral sumber yang biasanya dengan cara

ditanahkan (ground), seperti ditunjukkan pada Gambar 4.

Cara lain adalah dengan menyediakan setiap transformator dengan lilitan

ke tiga, yang disebut lilitan ” tertiary”. Lilitan tertiary untuk tiga transformator

dihubungkan secara delta seperti ditunjukkan pada Gambar 5, yang sering

menyediakan cabang yang melalui tegangan dimana transformator dipasang.

Tidak ada beda fasa antara tegangan line transmisi masukan dan keluaran (primer

& sekunder) untuk transformator yang dihubungkan bintang-bintang.

Gambar 4. Hubungan bintang-bintang.

Gambar 5. Hubungan Bintang-bintang dengan belitan tertier.

Transformator hubungan segitiga-bintang (delta-wye)

Pada hubungan segitiga-bintang (delta-wye), tegangan yang melalui setiap

lilitan primer adalah sama dengan tegangan line masukan. Tegangan saluran

keluaran adalah sama dengan 1,73 kali tegangan sekunder yang melalui setiap

transformator. Arus line pada phasa A, B dan C adalah 1,73 kali arus pada lilitan

sekunder. Arus line pada fasa 1, 2 dan 3 adalah sama dengan arus pada lilitan

sekunder.

Gambar 6. Hubungan Segitiga-Bintang (Delta-wye)

Hubungan delta-

bintang menghasilkan beda

fasa 30° antara tegangan

saluran masukan dan saluran

transmisi keluaran. Maka dari

itu, tegangan line keluaran

E12 adalah 30° mendahului

tegangan line masukan EAB, seperti dapat dilihat dari diagram phasor. Jika

saluran keluaran memasuki kelompok beban terisolasi, beda fasanya tidak

masalah. Tetapi jika saluran dihubungkan paralel dengan saluran masukan dengan

sumber lain, beda phasa 30° mungkin akan membuat hubungan paralel tidak

memungkinkan, sekalipun jika saluran tegangannya sebaliknya identik.

Keuntungan penting dari hubungan bintang adalah bahwa akan

menghasilkan banyak isolasi/penyekatan yang dihasilkan di dalam transformator.

Lilitan HV (high Voltage/tegangan tinggi) telah diisolasi/dipisahkan hanya 1/1,73

atau 58% dari tegangan saluran

Gambar 8. Skema Diagram Hubungan Delta-Bintang dan Diagram Phasor

Transformator hubungan

segitiga terbuka (open-delta)

Hubungan open-delta

ini untuk merubah tegangan

sistem 3 fasa dengan

menggunakan hanya 2

transformator yang

dihubungkan secara open–delta. Rangkaian open–delta adalah identik dengan

rangkaian delta–delta, kecuali bahwa satu transformer tidak ada. Bagaimanapun,

hubungan open-delta jarang digunakan sebab hanya mampu dibebani sebesar

86.6% (0,577 x 3 x rating trafo) dari kapasitas transformator yang terpasang.

Gambar 7. Hubungan Open Delta.

Sebagai contoh, jika 2 transformator 50 kVA dihubungkan secara open–

delta, kapasitas transformator bank yang terpasang adalah jelas 2x50 = 100kVA.

karen terhubung open-delta, maka transformator hanya dapat dibebani 86.6 kVA

sebelum transformator mulai menjadi overheat (panas berlebih). Hubungan open–

delta utamanya digunakan dalam situasi darurat. Maka, jika 3 transformator

dihubungkan secara delta–delta dan salah satunya rusak dan harus

diperbaiki/dipindahkan, maka hal ini memungkinkan

Transformator hubungan Zig-zag

Transformator dengan hubungan Zig-zag memiliki ciri khusus, yaitu

belitan primer memiliki tiga belitan, belitan sekunder memiliki enam belitan dan

biasa digunakan untuk beban yang tidak seimbang (asimetris) - artinya beban

antar fasa tidak sama, ada yang lebih besar atau lebih kecil-

Gambar 9. Hubungan Bintang-

zigzag (Yzn5)

Gambar 9 menunjukkan belitan

primer 20 KV terhubung dalam

bintang L1, L2 dan L3 tanpa netral N

dan belitan sekunder 400 V

merupakan hubungan Zig-zag

dimana hubungan dari enam belitan

sekunder saling menyilang satu dengan lainnya. Saat beban terhubung dgn phasa

U dan N arus sekunder I2 mengalir melalui belitan phasa phasa U dan phasa S.

Bentuk vektor tegangan Zig-zag garis tegangan bukan garis lurus,tetapi bergeser

dengan sudut 60°.

Transformator Tiga Fasa dengan Dua Kumparan

Selain hubungan transforamator seperti telah dijelaskan pada sub-bab sebelumnya,

ada transformator tiga fasa dengan dua kumparan. Tiga jenis hubungan yang

umum digunakan adalah :

V - V atau “ Open Δ “

“ Open Y - Open Δ “

Hubungan T – T

Hubungan Open Delta

Ini dimungkinkan untuk mentransformasi sistem tegangan 3 fasa hanya

menggunakan 2 buah trafo yang terhubung secara open delta. Hubungan open

delta identik dengan hubungan delta delta tetapi salah satu trafo tidak dipasang.

Hubungan ini jarang digunakan karena load capacity nya hanya 86.6 % dari

kapasitas terpasangnya.

Sebagai contoh:

Jika dua buah trafo 50 kVA dihubungkan secara open delta, maka

kapasitas terpasang yangseharusnya adalah 2 x 50 = 100 kVA. Namun,

kenyatannya hanya dapat menghasilkan 86.6 kVA, sebelum akhirnya trafo

mengalami overheat. Dan hubungan open delta ini umumnya digunakan dalam

situasi yang darurat.

 

Gambar 11 Trafo Hubungan

open Delta / V – V

Kekurangan Hubungan ini

adalah :

Faktor daya rata-rata,

pada V - V beroperasi lebih kecil dari P.f beban, kira kira 86,6% dari

faktor daya beban seimbang.

Tegangan terminal sekunder cenderung tidak seimbang, apalagi saat beban

bertambah.

 

Gambar 13 Trafo hubungan

Open Y open Delta

Hubungan Open Y -

Open Δ diperlihatkan

padaGambar diatas, ada

perbedaan dari hubungan V -

V karena penghantar titik

tengah pada sisi primer

dihubungkan ke netral (ground). Hubungan ini bisa digunakan pada transformator

distribusi.

Hubungan Scott atau T – T

Hubungan ini merupakan transformasi tiga fasa ke tiga fasa dengan

bantuan dua buah transformator (Kumparan). Satu dari transformator mempunyai

“Centre Taps “ pada sisi primer dan sekundernya dan disebut “ Main

Transformer“. Transformator yang lainnya mempunyai “0,866 Tap“ dan disebut

“Teaser Transformer “. Salah satu ujung dari sisi primer dan sekunder “teaser

Transformer” disatukan ke “ Centre Taps” dari “ main transformer “. “ Teaser

Transformer” beroperasi hanya 0,866 dari kemampuan tegangannya dan

kumparan “ main transformer “ beroperasi pada Cos 30 ° = 0,866 p.f, yang

ekuivalen dengan “ main transformer “ bekerja pada 86,6 % dari kemampuan daya

semunya

 

 Gambar 12 Hubungan Scott atau T-T

Kesimpulannya adalah Transformator 3 fasa banyak di aplikasikan untuk

menangani listrik dengan daya yang besar. Terdapat berbagai macam hubungan

pada trafo tiga fasa yang dalam penggunaannya disesuaikan dengan kebutuhan

dan rating tegangan yang akan dipikulnya.

Salah satu hubungan pada trafo tiga fasa yang sering di pakai adalah

Hubungan Delta Bintang dan Bintang Delta, kedua jenis hubungan ini biasanya

dipakai dalam sistem tenaga listrik khususnya pada bagian transmisi listrik untuk

menaikkan tegangan (Δ-Y) dan menurunkan tegangan (Y - Δ ). Untuk suatu

keadaan darurat, trafo hubung delta dapat dibuat menjadi open delta namun

dengan kapasiatas hanya 86.6 % dari kapasitas terpasangnya.

2.4. Perhitungan Dasar Transformator

Dasar-dasar Perhitungan dan Perencanaan Transformator

A. Besaran Utama

Susunan trafo daya pada dasarnya adalah seperti pada gambar di atas

Pada inti besi berbahan ferromagnetis b dililitkan gulungan primer

sebanyak n1 , dan lilitan sekunder sebanyak n2 . Bila lilitan primer diberi

tegangan bolak-balik (AC) dengan harga efektif sebesar V1 dengan frekuensi f ,

maka dalam inti besi b akan timbul fluks magnet Φ. Hubungan antara V1 dengan

Φ bagi tegangan bolak-balik berbentuk sinus adalah :

V1  =  4,44 f n1 Φ (1)

Dengan adanya fluks magnet Φ , maka pada lilitan sekunder yang juga

melingkupi fluks magnet tersebut akan diinduksikan tegangan sekunder sebesar

V2  =  4,44 f n2 Φ (2)

Dari kedua persamaan diatas kalau kita bagi maka akan kita dapatkan persamaan:

V1 / V2  =  n1 / n2 (3)

Dengan kata lain, tegangan lilitan-lilitan suatu transformator adalah

sebanding dengan jumlah lilitannya masing-masing.

Jika lilitan sekunder diberi beban, sehingga akan mengalir arus sebesar I2 ,

maka arus ini juga akan membentuk fluks pada inti besi sebesar Φ2 , yang akan

mengubah besarnya Φ awal. Bila hal ini terjadi, maka keseimbangan antara V1 dan

Φ pada persamaan (1) akan terganggu. Hal ini akan menyebabkan mengalirnya

arus I1 pada primer, yang berakibat timbulnya fluks Φ1 . Arus I1 nilainya

sedemikian besar, sehingga Φ1 akan meniadakan pengaruh Φ2, atau dengan kata

lain Φ1  =  Φ2.

Karena Φ1 sebanding dengan n1 I1 , dan Φ2 sebanding dengan n2 I2 , maka akan

timbul persamaan :

              n1 I1  =  n2 I2     atau     I1 / I2  =  n2 / n1                   (4)

Bila tegangan sebanding dengan jumlah lilitan, maka arus akan berbanding

terbalik dengan jumlah lilitan. Persamaan (3) dan (4) adalah rumus dasar

transformator dalam keadaan ideal. Perkalian antara persamaan (3) dan (4)

menghasilkan :

              V1 I1 / V2 I2  =  1    atau    V1 I1  =  V2 I2                  (5)

Dari persamaan tersebut jelas bahwa daya yang disalurkan lewat lilitan

primer sama dengan daya yang diberikan oleh sekunder.

Keadaan diatas adalah keadaan pada trafo yang ideal. Trafo ideal cirinya

ialah bahwa fluks Φ yang timbul dengan sendirinya jika primer diberi

tegangan V1 , dan I2 = I1 = 0. Jadi untuk membentuk fluks tidak diperlukan suatu

arus apapun. Hal ini sebenarnya tidak mungkin terjadi, karena untuk membentuk

fluks Φ diperlukan arus yang diambil dari sumber V1 yang disebut arus

magnetisasi atau arus beban nol I0.

Nilai fluks per satuan penampang disebut induksi magnet B .

              B  =  Φ / Aeff                      (6)

Di dalam inti trafo arus yang membentuk fluks magnet adalah arus

magnetisasi yang merupakan arus bolak-balik dengan frekuensi f. Karenanya

fluks di dalamnya juga akan berubah-ubah sesuai dengan frekuensi arus tersebut.

Magnetisasi inti secara bolak-balik ini akan menimbulkan kerugian yang

disebut kerugian histeresis. Kerugian histeresis ini besarnya sebanding dengan

luas jerat histeresis tersebut. Kecuali dari jenis bahan inti trafo, luas jerat histeresis

juga tergantung dari besarnya Induksi maksimum Bm yang dicapai dalam

magnetisasi bolak-balik itu. Kerugian hiteresis ini sebanding dengan (Bm)2.

Besarnya nilai induksi maksimum Bm dapat diperoleh dari :

Bm  =  Φ / Aeff  =  V1 / 4,44 f n1 Aeff                        (7)

Dari persamaan (1) dan (7), maka daya semu trafo dapat ditulis dengan

persamaan:

              P  =  V1 I1   

                  =  4,44  f  n1  Bm   Aeff  I1                                     (8)

Kalau penampang kawat primer adalah q1 , maka jika kita memakai besaran padat

arus dengan persamaan s =  I1 / q1  (A/mm2) , dari persamaan (8) akan kita

dapatkan :

              P  =  V1 I1                     

                  =  4,44   f  n1  Bm  Aeff  q1 s  

                  =  4,44  f  Bm s  Aeff  ( n1 q1 )                               (9)

Karena n1 I1  =  n2 I2 , maka bila padat arus diambil sama dengan padat arus

sekunder, akan diperoleh :

              n1 q1 s  =  n2 q2 s   karena besaran s sama maka  n1 q1  =  n2 q2

Dapat juga kita tulis   n1 q1  =  ½ ( n1 q1 + n2 q2 )  sehingga kita peroleh :

              P  =  2,22 f  Bm  s  Aeff  ( n1 q1 + n2 q2 )                  (10)

( n1q1 +  n2q2 ) tidak lain adalah luas jendela inti yang ditempati oleh penampang-

penampang kawat primer dan sekunder, sisanya ditempati oleh kertas isolasi dan

ruang udara antar kawat.

Jika luas jendela dimisalkan Acu , maka dapat ditulis :

              ( n1 q1 +  n2 q2 )  =  100 c Acu                                  (11)           

dimana c adalah suatu konstanta yang disebut faktor pengisian. Faktor 100

karena Acu akan dinyatakan dalam cm2, sedangkan q1 dan  q2 dinyatakan dalam

mm2.

Dari persamaan (10) dan (11) dapat kita peroleh :

              P  =  222 f  Bm  s  c ( Aeff Acu )                                (12)

Jadi bila suatu inti trafo dengan ukuran tertentun maka hasil luas

penampang besi dengan luas jendelanya adalah sebanding dengan daya trafo yang

mungkin dibuat oleh inti tersebut. Tin ggal tergantung dari pembebanan besi

dengan Bm serta pembebanan tembaga dengan s.

Bila selanjutnya Acu dipilih sebanding dengan Aeff untuk berbagai ukuran

inti, maka ada hubungan Acu  =  m Aeff , sehingga dapat kita tulis :

              P  =  222  f  Bm  s  c m  Aeff2

atau        Aeff  =  √P  / √2,22  f  Bm  s  c m

dimana   Aeff  :  Luas penampang inti besi

              P      :  Daya trafo

               f      :  frekuensi  ( di Indonesia 50 Hz )

              Bm    :  Induksi maksimal  ( 0,9 ... 1,1 Wb/m2 )

              s       :  Kepadatan arus   ( 1,5 ... 5 A/mm2 )

              c      :  faktor pengisian  ( 0,45 ... 0,7 )

              m     :  Acu/Aeff

Jika kita ambil besar Bm = 1,0 Wb/m2 = 10-4 Wb/cm2 , s = 3 A/mm2 , c = 0,5 , dan

m = kita ambil perkiraan besarnya 0,6 maka persamaan diatas dapat kita

sederhanakan menjadi :

              Aeff  =  √P  / √222  x  50  x  10-4  x  3  x  0,5  x  0,6

                      =  √P  / √1

              Aeff  =  √P                                            (13)

B. Perhitungan Inti Transformator dan Kawat Tembaga

Untuk menentukan lebar penampang inti b dipakai pendekatan

              b  =  √Aeff / 1,5   hingga   √Aeff                 (14)

setelah ketemu lebar penampang inti tinggal menentukan panjang inti besi

                h  =  Aeff  / 

b                                       

( 15)

Untuk menentukan diameter kawat sekunder yang akan digunakan , lebih dulu

dihitung arus sekundernya :

             I2  =  P2 / V2

penampang kawat sekunder

             q2  =  I1 / s      nilai padat arus s antara 1,5 ... 5 A/mm2

diameter kawat sekunder

             d2   =    √4 / φ  x  q2

                    =  √4 / φ  x  I2 / s

                    =  √4 / φ  x  I2 / s   jika s kita pakai besaran 3A/mm2

maka            =  (√4 / 3,14  x  3 )    √I2

                    =  (√0,424 )    √I2

               d2  =   0,7  √I2                               (16)

jumlah lilitan sekunder per volt  perlu ditambahkan 10% dari totalnya, gunanya

untuk memperhitungkan kerugian tegangan pada waktu trafo diberi beban

sehingga persamaannya

               n2 / V  =  110%  x  ( 1 / 4,44  f  Bm  Aeff  )

Jika kita pilih nilai f = 50Hz , dan Bm = 10-4 Wb/cm2 , maka

               n2 / V  =  1,1 x ( 1 / 4,44 x 50 x 10-4 ) x ( 1 / Aeff )

                           =  49,549  x  1 / Aeff

               n2 / V  ≈  50 / Aeff                          (17)

Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya listrik keluaran

dengan daya listrik pada masukannya. Pada transformator ideal efisiensinya 100

%, tetapi pada kenyataannya efisiensi tranformator tidak akan bisa mencapai 100

% , hal ini disebabkan karena sebagian energi terbuang menjadi panas atau energi

bunyi.

Efisiensi trafo untuk tegangan rendah kira-kira hanya 90%, sehingga

dalam perencanaan suatu trafo setelah ditentukan daya keluaran sekundernya, agar

bisa mendekati maksimal dayanya, maka daya primer kita tambahkan 10% nya

                P1  =  ( 100 % + 10 % ) x P2

                P1  =  1,1 x P2                                 (18)

Sehingga dapat kita cari nilai arus primernya

                I1  =  P1 / V1

Untuk menetukan diameter kawat primer jika dipakai padat arus 3 A/mm2 maka

rumusnya sama seperti waktu menetukan diameter kawat sekunder :

               d1  =   0,7  √I1                                  (19)

Jumalah lilitan per volt jika kita pilih nilai f = 50Hz , dan Bm = 10-4 Wb/cm2 , maka

:

               n1 / V  =   1 / 4,44  f  Bm  Aeff            

                           =  ( 1 / 4,44  x  50  x  10-4 ) x ( 1 / Aeff )

             

               n1 / V  =  45 / Aeff                            (20)

Setelah diameter kawat dan jumlah lilitan sekunder maupun primer sudah

ditentukan perlu pengecekan apakah gulungan dapat masuk ke dalam jendela

dengan baik. Langkah pengecekan dapat menggunakan rumus :

              c  =  ( n1 q1 + n2 q2 )  /  Acu               (21)           

Dimana  Acu  =  x . y   ( dalam mm2 ) lihat gambar 2 untuk ukuran x dan y

Nilai c yang baik adalah antara 0,45 ... 0,7 . Kalau lebih besar dari 0,7

kemungkinan gulungan kawat tidak dapat masuk kedalam jendela inti. Jika hasil

dari c kurang dari 0,45 berarti inti besi kurang dimanfaatkan dengan baik sehingga

kurang ekonomis.

Tabel 1. Ukuran kern trafo EI

N o T i p e a

(mm)

b

(mm)

c,c 1 ,c 2

(mm)

D

(mm)

e

(mm)

x

(mm)

y

(mm)

1 E I - 2 4 2 4 6 3 1 5 1 8 6 1 2 , 0 5

2 E I - 2 8 2 8 8 4 2 1 2 5 6 1 7

3 E I - 2 9 , 6 2 9 , 6 8 4 1 9 , 4 2 3 , 6 5 6 , 8 1 5 , 4

4 E I - 3 0 3 0 1 0 5 2 0 2 5 5 1 5

5 E I - 3 5 3 5 1 0 5 2 4 , 5 2 9 , 5 7 , 5 1 9 , 5

6 E I - 3 8 , 4 3 8 , 4 1 2 , 8 6 , 4 2 5 , 7 3 2 , 2 6 , 4 1 9 , 2

7 E I - 4 1 4 1 1 3 6 2 7 3 3 8 2 1

8 E I - 4 3 4 3 1 3 6 , 6 2 8 , 2 3 4 , 8 8 , 4 2 1 , 6

9 E I - 4 8 4 8 1 6 8 3 2 4 0 8 2 4

1 0 E I - 5 0 5 0 1 4 9 3 4 4 2 9 2 5

1 1 E I - 5 4 5 4 1 8 9 3 6 4 5 9 2 7

1 2 E I - 5 7 5 7 1 9 9 , 5 3 8 4 7 , 5 9 , 5 2 8 , 5

1 3 E I - 6 0 6 0 2 0 1 0 4 0 5 0 1 0 3 0

1 4 E I - 6 6 6 6 2 2 1 1 4 4 5 5 1 1 3 3

1 5 E I - 7 5 7 5 2 5 1 2 , 5 5 0 6 2 , 5 1 2 , 5 3 7 , 5

1 6 E I - 7 6 , 2 7 6 , 2 2 5 , 4 1 2 , 7 5 0 , 8 6 3 , 5 1 2 , 7 3 8 , 1

1 7 E I - 7 8 7 8 2 6 1 3 5 2 6 5 1 3 3 9

1 8 E I - 8 4 8 4 2 8 1 4 5 6 6 7 1 4 3 9

1 9 E I - 8 5 , 8 8 5 , 8 2 8 , 6 1 4 , 3 5 7 , 2 7 1 , 5 1 4 , 3 4 2 , 9

2 0 E I - 9 6 9 6 3 2 1 6 6 4 8 0 1 6 4 8

2 1 E I - 1 0 5 1 0 5 3 5 1 7 , 5 7 0 8 7 , 5 1 7 , 5 5 2 , 5

2 2 E I - 1 1 4 1 1 4 3 8 1 9 7 6 9 5 1 9 5 7

2 3 E I - 1 2 0 1 2 0 4 0 2 0 8 0 4 0 2 0 6 0

2 4 E I - 1 3 2 1 3 2 4 4 2 2 8 8 1 1 0 2 2 6 6

2 5 E I - 1 3 3 , 2 1 3 3 4 4 , 4 2 2 , 2 8 8 , 8 1 1 1 2 2 , 2 6 6 , 6

2 6 E I - 1 4 4 1 4 4 4 0 2 6 9 8 1 2 4 2 6 7 2

2 7 E I - 1 5 0 1 5 0 5 0 2 5 1 0 0 1 2 5 2 5 7 5

2 8 E I - 1 5 2 , 4 1 5 2 , 4 5 0 , 8 2 5 , 4 1 0 1 , 6 1 2 7 2 5 , 4 7 6 , 2

2 9 E I - 1 6 2 1 6 2 5 4 2 7 1 0 8 1 3 5 2 7 8 1

3 0 E I - 1 6 8 1 6 8 5 6 2 8 1 1 2 1 4 0 2 8 8 4

3 1 E I - 1 7 1 1 7 1 5 7 2 8 , 5 1 1 4 1 4 2 , 5 2 8 , 5 8 5 , 5

3 2 E I - 1 8 0 1 8 0 6 0 3 0 1 2 0 1 5 0 3 0 9 0

3 3 E I - 1 9 2 1 9 2 6 4 3 2 1 2 8 1 6 0 3 2 9 6

3 4 E I - 2 1 0 2 1 0 7 0 3 5 1 4 0 1 7 5 3 5 1 0 5

3 5 E I - 2 4 0 2 4 0 8 0 4 0 1 6 0 2 0 0 4 0 1 2 0

Tabel 2. Ukuran kawat dan kekuatan hantar arusnya

AWG

Gaug

e

Diameter

mm M a x i m u m A m p e r e f o r c h a s s i s w i r i n g M a x i m u m A m p e r e f o r P o w e r T r a n s m i s s i o n

Ohm per km

OOOO 11.684 3 8 0 3 0 2 0 . 1 6 0 7 2

O OO 10.40384 3 2 8 2 3 9 0 . 2 0 2 7 0 4

O O 9.26592 2 8 3 1 9 0 0 . 2 5 5 5 1 2

0 8.25246 2 4 5 1 5 0 0 . 3 2 2 4 2 4

1 7.34822 2 1 1 1 1 9 0 . 4 0 6 3 9 2

2 6.54304 1 8 1 9 4 0 . 5 1 2 6 6 4

3 5.82676 1 5 8 7 5 0 . 6 4 6 1 6

4 5.18922 1 3 5 6 0 0 . 8 1 5 0 8

5 4.62026 1 1 8 4 7 1 . 0 2 7 6 2 4

6 4.1148 1 0 1 3 7 1 . 2 9 5 9 2 8

7 3.66522 8 9 3 0 1 . 6 3 4 0 9 6

8 3.2639 7 3 2 4 2 . 0 6 0 4 9 6

9 2.90576 6 4 1 9 2 . 5 9 8 0 8 8

1 0 2.58826 5 5 1 5 3 . 2 7 6 3 9 2

1 1 2.30378 4 7 1 2 4 . 1 3 2 8

1 2 2.05232 4 1 9 . 3 5 . 2 0 8 6 4

1 3 1.8288 3 5 7 . 4 6 . 5 6 9 8 4

1 4 1.62814 3 2 5 . 9 8 . 2 8 2

1 5 1.45034 2 8 4 . 7 1 0 . 4 4 3 5 2

1 6 1.29032 2 2 3 . 7 1 3 . 1 7 2 4 8

1 7 1.15062 1 9 2 . 9 1 6 . 6 0 9 9 2

1 8 1.02362 1 6 2 . 3 2 0 . 9 4 2 8

1 9 0.91186 1 4 1 . 8 2 6 . 4 0 7 2 8

2 0 0.8128 1 1 1 . 5 3 3 . 2 9 2

2 1 0.7239 9 1 . 2 4 1 . 9 8 4

2 2 0.64516 7 0 . 9 2 5 2 . 9 3 9 2

2 3 0.57404 4 . 7 0 . 7 2 9 6 6 . 7 8 0 8

2 4 0.51054 3 . 5 0 . 5 7 7 8 4 . 1 9 7 6

2 5 0.45466 2 . 7 0 . 4 5 7 1 0 6 . 1 7 3 6

2 6 0.40386 2 . 2 0 . 3 6 1 1 3 3 . 8 5 6 8

2 7 0.36068 1 . 7 0 . 2 8 8 1 6 8 . 8 2 1 6

2 8 0.32004 1 . 4 0 . 2 2 6 2 1 2 . 8 7 2

2 9 0.28702 1 . 2 0 . 1 8 2 2 6 8 . 4 0 2 4

3 0 0 . 2 5 4 0 . 8 6 0 . 1 4 2 3 3 8 . 4 9 6

3 1 0.22606 0 . 7 0 . 1 1 3 4 2 6 . 7 2 8

3 2 0.2032 0 . 5 3 0 . 0 9 1 5 3 8 . 2 4 8

3 3 0.18034 0 . 4 3 0 . 0 7 2 6 7 8 . 6 3 2

3 4 0.16002 0 . 3 3 0 . 0 5 6 8 5 5 . 7 5 2

3 5 0.14224 0 . 2 7 0 . 0 4 4 1 0 7 9 . 1 2

3 6 0 . 1 2 7 0 . 2 1 0 . 0 3 5 1 3 6 0

3 7 0.1143 0 . 1 7 0 . 0 2 8 9 1 7 1 5

3 8 0.1016 0 . 1 3 0 . 0 2 2 8 2 1 6 3

3 9 0.0889 0 . 1 1 0 . 0 1 7 5 2 7 2 8

4 0 0.07874 0 . 0 9 0 . 0 1 3 7 3 4 4 0

C. Contoh Perencanaan dan Perhitungan Trafo Daya

Misalkan kita mau membuat/gulung trafo kotak EI dengan tegangan

primer 220V dan sekundernya 32V CT ; 5A , maka perhitungannya dengan

memakai rumus-rumus trafo diatas.

1.  Hitung daya trafo yang kita butuhkan

P2  =  V2 x I2

=  2 x 32 x 5

=  320 VA  

     Sehingga daya primernya      

               P1  =  1,1  x  P2

                     =  1,1  x  320

                     =  352 VA

2.  Hitung luas penampang inti besinya    

         

              Aeff  =  √ P1

                      =  √ 352

              Aeff  =  18,7 cm2

3.  Hitung lebar dan panjang inti besinya

              b     =  √Aeff  / 1,3

                     =  √18,7 / 1,3

                     =   3,79 cm

     dengan melihat tabel ukuran inti besi, maka ukuran lebar yang mendekati

adalah 3,8 cm (EI-114)

              h     =  Aeff  /  b

                     =  18,7  /  3,8

                     =  4,9 cm

4.  Tentukan diameter kawat primer dan sekunder

              d1   =  0,7  x √ I1

                     =  0,7  x √ 352 / 220

                     =  0,7  x √ 1,6

                     =  0,88 mm

     Dengan melihat tabel ukuran kawat yang mendekati yaitu AWG 19 diameter

0,91 mm

               d2   =  0,7  x  √ I2

                      =  0,7  x  √ 5

                      =  0,7  x  2,236

                      =  1,56 mm

     Di tabel ukuran kawat yang mendekati yaitu AWG 14 diameter 1,6 mm.

5.  Menghitung jumlah lilitan primer dan sekunder

               n1   =  ( 45 / Aeff ) x 220

                      =  ( 45 / 18,7 ) x 220

                      =  2,4  x  220

                      =  529  lilit

                n2  =  ( 50 / Aeff  ) x 32

                      =  ( 50 / 18,7 ) x 32

                      =  2,67  x  32

                      =  85 lilit

     Karena mau dibikin CT (Center Tap) maka gulungannya menjadi 2 kali, 85 lilit

- CT - 85  lilit

6.  Pengecekan gulungan 

                c    =  ( n1 q1 + n2 q2 )  /  Acu

      Acu adalah luas jendela inti (x.y), dari tabel 2 , untuk core EI-114 nilai x = 19

mm , y = 57 mm 

      luas penampang q = ¼ π d2

            c    =  ( 529 x ¼ x 3,14 x 0,912  +  85 x 2 x ¼ x 3,14 x 1,622 )  /  ( 19 x 57 )

                      =  ( 343,88  +  350,22 )  /  1083

                      =  694,1 /  1083

                      =  0,64

     Nilai c = 0,64 berarti bisa dipastikan kawat dapat masuk ke jendela inti.

2.5. Teori Motor Listrik DC

Pengertian Motor DC

Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi

listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya

memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat

bahan,dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan

di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab

diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di

industri.

Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan

medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc

disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor

(bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada

medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada

setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja

dari arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang

mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus

yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet.

Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar

bebas di antara kutub-kutub magnet permanen.

Gambar 1. Motor D.C Sederhana

Catu tegangan dc dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh

komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu

lilitan pada gambar di atas disebut angker dinamo. Angker dinamo adalah sebutan

untuk komponen yang berputar di antara medan magnet.

Prinsip Dasar Cara Kerja

Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor.

Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor.

Gambar 2. Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor .

Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis

fluks di sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan

jempol mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan

arah garis fluks. Gambar 3 menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar

konduktor berubah arah karena bentuk U.

Gambar 3. Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor.

Catatan :

Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah konduktor jika ada arus

mengalir pada konduktor tersebut.

Pada motor listrik konduktor berbentuk U disebut angker dinamo.

Gambar 4. Medan magnet mengelilingi konduktor dan diantara kutub.

Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub uatara

dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan

magnet kutub. Lihat gambar 5.

Gambar 5. Reaksi garis fluks.

Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan

(looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui

ujung B.

Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada

kutub dan menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan

berusaha bergerak ke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B

yang berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan

menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha

untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya

tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum jam.

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :

Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran /

loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan

mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.

Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan

tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh

susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan

menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah

tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun

sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet

disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai

tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat

pada gambar di bawah ini :

Gambar Prinsip kerja motor dc

Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara

sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang

disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang

dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor.

Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang

dimaksud dengan beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran

tenaga putar / torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya

dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok :

Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya

bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi.

Contoh beban dengan torque konstan adalah corveyors, rotary kilns, dan

pompa displacement konstan.

Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi

dengan kecepatn operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa

sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan).

Peralatan Energi Listrik : Motor Listrik.

Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang

berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban

dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.

Prinsip Arah Putaran Motor

Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming

tangan kiri. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah

dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet memotong sebuah kawat

penghantar yang dialiri arus searah dengan empat jari, maka akan timbul gerak

searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya sama dengan F.

Prinsip motor : aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam

pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada

penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah

besar.

Contoh :

Sebuah motor DC mempunyai kerapatan medan magnet 0,8 T. Di bawah

pengaruh medan magnet terdapat 400 kawat penghantar dengan arus 10A. Jika

panjang penghantar seluruhnya 150 mm, tentukan gaya yang ada pada armature.

Jawab :

F = B.I.ℓ.z = 0,8 (Vs/m2). 10A. 0,15 m.400

= 480 (Vs.A/m)

= 480 (Ws/m) = 480 N.

Electromotive Force (EMF) / Gaya Gerak Listrik

EMF induksi biasanya disebut EMF Counter. atau EMF kembali. EMF kembali

artinya adalah EMF tersebut ditimbulkan oleh angker dinamo yang yang melawan

tegangan yang diberikan padanya.

Teori dasarnya adalah jika sebuah konduktor listrik memotong garis medan

magnet maka timbul ggl pada konduktor.

Gambar 8. E.M.F. Kembali.

EMF induksi terjadi pada motor listrik, generator serta rangkaian listrik

dengan arah berlawanan terhadap gaya yang menimbulkannya.

HF. Emil Lenz mencatat pada tahun 1834 bahwa “arus induksi selalu berlawanan

arah dengan gerakan atau perubahan yang menyebabkannya”. Hal ini disebut

sebagai Hukum Lenz.

Timbulnya EMF tergantung pada:

kekuatan garis fluks magnet

jumlah lilitan konduktor

sudut perpotongan fluks magnet dengan konduktor

kecepatan konduktor memotong garis fluks magnet

Tidak ada arus induksi yang terjadi jika angker dinamo diam.

Mengatur Kecepatan pada Armature

Berdasarkana persamaan di bawah ini :

Jika flux Φ tetap dijaga konstan, dan kecepatannya berubah berdasarkan armature

voltage (Es). Dengan naiknya atau turunnya Es, kecepatan motor akan naik atau

turun sesuai dengan perbandingannya.

Pada gambar di atas dapat dilihat bahwa Es dapat divariasikan dengan

menghubungkan motor armature M ke excited variable – voltage dc generator G

yang berbeda. Field excitation dari motor tetap dijaga tetap kosntan, tetapi

generator Ix bisa divariasikan dari nol sampai maksimum dan bahkan sebaliknya.

Oleh sebab itu generator output voltage Es bisa divariasikan dari nol sampai

maksimum, baik dalam polaritas positif maupun negatif. Oleh karena itu,

kecepatan motor dapat divariasikan dari nol sampai maksimum dalam dua arah.

Metode speed control ini, dikenal sebagai sistem Ward-Leonard, ditemukan di

pabrik baja (steel mills), lift bertingkat, pertambangan, dan pabrik kertas.

Dalam instalasi modern, generator sering digantikan dengan high-power

electronic converter yang mengubah ac power dari listrik ke dc.

Ward-Leonard sistem lebih dari sekadar cara sederhana dengan

menerapkan suatu variabel dc ke armature dari motor dc. Hal tersebut benar-benar

dapat memaksa motor utnuk mengembangkan torsi dan kecepatan yang

dibutuhkan oleh beban. Contohnya, misalkan Es disesuaikan dengan sedikit lebih

tinggi daripada Eo dari motor. Arus akan mengalir dengan arah sesuai dengan

gambar di atas, dan motor mengembangkan torsi yang positif. Armature dari

motor menyerap power karena I mengalir ke terminal positif.

Sekarang, misalkan kita megurangi Es dengan mengurangi excitation ΦG.

Segera setelah Es menjadi kurang dari Eo, arus I berbalik. Hasilnya, torsi motor

berbalik dan armature dari motor menghantarkan daya ke generator G. Akibatnya,

motor dc mendadak menjadi generator dan generator G mendadak menjadi motor.

Maka, dengan mengurangi Es, motor tiba-tiba dipaksa untuk memperlambat.

Apa yang terjadi kepada power dc yg diterima oleh generator? Saat

generator menerima daya listrik, generator beroperasi sebagai motor,

mengendalikan motor ac nya sendiri sebagai asynchrounous generator. Hasilnya,

ac power memberikan kembali ke rangkaian yang biasanya memberikan motor ac.

Kenyataannya daya bisa diperoleh kembali, cara ini membuat Ward-Leonard

sistem menjadi sangat efisien.

Contoh soal :

Calculate

a. Torsi motor dan kecepatan saat

Es = 400 V dan Eo = 380 V

b. Torsi motor dan kecepatan saat

Es = 350 V dan Eo = 380 V

Solution

a. Arus armature adalah

I = (Es – Eo)/R = (400-380)/0.01

= 2000 A

Daya ke motor armature adalah

P = EoI = 380 x 2000 = 760kW

Kecepatan motor adalah

n = (380 V / 500 V) x 300 = 228r/min

Torsi motor adalah

T = 9.55 P/n

= (9.55 x 760 000)/228

= 47.8 kN.m

b. Karena Eo = 380 V, kecepatan motor masih 228 r/min. Arus armature adalah

I = (Es-Eo)/R = (350-380)/0.01

= -3000A

Arusnya negatif dan mengalir berbalik; akibatnya, torsi motor juga berbalik. Daya

dikembalikan ke generator dan hambatan 10 mΩ :

P = EoI = 380 x 3000 = 1140kW

Braking torque yang dikembangkan oleh motor :

T = 9.55 P/n

= (9.55 X 1 140 000)/228

= 47.8 kN.m

Kecepatan dari motor dan dihubungkan ke beban mekanis akan cepat jatuh

dibawah pengaruh electromechanical braking torque.

Cara lain untuk mengontrol kecepatan dari motor dc adalah menempatkan

rheostat yang di-seri-kan dengan armature (gambar di atas). Arus dalam rheostat

menghasilkan voltage drop jika dikurangi dari fixed source voltage Es,

menghasilkan tegangan suplai yang lebih kecil dari armature. Metode ini

memungkinkan kita untuk mengurangi kecepatan dibawah kecepatan nominalnya.

Ini hanya direkomendasikan untuk motor kecil karena banyak daya dan pasa yang

terbuang dalam rheostat, dan efisiensi keseluruhannya rendah. Di samping itu,

pengaturan kecepatan lemah, bahkan untuk rheostat yg diatur fixed. Akibatnya, IR

drop sedangkan rheostat meningkat sebagaimana arus armature meningkat. Hal ini

menghasilkan penurunan kecepatan yang besar dengan naiknya beban mekanis.

Mengatur Kecepatan dengan Field

Berdasarkan persamaan di atas kita juga dapat memvariasikan kecepatan motor dc

dengan memvariasikan field flux Φ. Tegangan armature Es tetap dijaga konstan

agar numerator pada persamaan di atas juga konstan. Oleh sebab itu, kecepatan

motor sekarang berubah perbandingannnya ke flux Φ; jika kita menaikkan

fluxnya, kecepatan akan jatuh, dan sebaliknya.

Metode dari speed control ini seringkali digunakan saat motor harus

dijalankan diatas kecepatan rata-ratanya, disebut base speed. Untuk mengatur flux

( dan kecepatannya), kita menghubungkan rheostat Rf secara seri dengan fieldnya.

Untuk mengerti metode speed control, pada gambar di atas awalnya

berjalan pada kecepatan konstan. Counter-emf Eo sedikit lebih rendah dari

tegangan suplai armature Es, karena penurunan IR armature. Jika tiba-tiba

hambatan dari rheostat ditingkatkan, baik exciting current Ix dan flux Φ akan

berkurang. Hal ini segera mengurangi cemf Eo, menyebabkan arus armature I

melonjak ke nilai yang lebih tinggi. Arus berubah secara dramatis karena nilainya

tergantung pada perbedaam yang sangat kecil antara Es dan Eo. Meskipun

fieldnya lemah, motor mengembangkan torsi yang lebih besar dari sebelumnya.

Itu akan mempercepat sampai Eo hampir sama dengan Es.

Untuk lebih jelasnya, untuk mengembangkan Eo yang sama dengan fluks

yang lebih lemah, motor harus berputar lebih cepat. Oleh karena itu kita dapat

meningkatkan kecepatan motor di atas nilai nominal dengan memperkenalkan

hambatan di dalam seri dengan field. Untuk shunt-wound motors, metode dari

speed control memungkinkan high-speed/base-speed rasio setinggi 3 : 1. Range

broader speed cenderung menghasilkan ketidakstabilan dan miskin pergantian.

Di bawah kondisi-kondisi abnormal tertentu, flux mungkin akan drop ke

nilai rendah yang berbahaya. Sebagai contoh, jika arus exciting dari motor shunt

sengaja diputus, satu-satunya flux yang tersisa adalah remanent magnetism

(residual magnetism) di kutub. Flux ini terlalu kecil bagi motor untuk berputar

pada kecepatan tinggi yang berbahaya untuk menginduksi cemf yang diharuskan.

Perangkat keamanan diperkenalkan untuk mencegah kondisi seperti pelarian.

Shunt motor under load

Mempertimbangkan sebuah motor dc berjalan tanpa beban. Jika beban

mekanis tiba-tiba diterapkan pada poros, arus yang kecil tanpa beban tidak

menghasilkan torsi untuk membawa beban dan motor mulai perlahan turun. Ini

menyebabkan cemf berkurang, menghasilkan arus yang lebih tinggi dan torsi

lebih tinggi. Saat torsi dikembangkan oleh motor adalah sama dengan torsi yang

dikenakan beban mekanik, kemudian, kecepatan akan tetap konstan. Untuk

menyimpulkan, dengan meningkatnya beban mekanis, arus armature akan naik

dan kecepatan akan turun.

Kecepatan motor shunt akan tetap relatif konstan dari tidak ada beban ke

beban penuh. Pada motor yang kecil, itu hanya turun sebesar 10-15 persen saat

beban penuh ditambahkan. Pada mesin yang besar, dropnya bahkan berkurang,

sebagian ke hambatan armature yang paling rendah. Dengan menyesuaikan field

rheostat, kecepatan harus dijaga agar benar-benar konstan sesuai dengan

perubahan beban.

Series motor

Motor seri identik dalam kosntruksi untuk motor shunt kecuali untuk field.

Field dihubungkan secara seri dengan armature, oleh karena itu, membawa arus

armature seluruhnya. Field seri ini terdiri dari beberapa putaran kawat yang

mempunyai penampang cukup besar untuk membawa arus.

Meskipun kosntruksi serupa, properti dari motor seri benar-benar berbeda

dari motor shunt/ Dalam notor shunt, flux Φ per pole adalah konstan pada semua

muatan karena field shunt dihubungkan ke rangkaian. Tetapi motor seri, flux per

pole tergantung dari arus armature dan beban. Saat arusnya besar, fluxnya besar

dan sebaliknya. Meskipun berbeda, prinsip dasarnya dan perhitungannya tetap

sama.

Pada motor yang mempunyai hubungan seri jumlah arus yang melewati

angker dinamo sama besar dengan yang melewati kumparan. Lihat gambar 9.

Jika beban naik motor berputar makin pelan. Jika kecepatan motor berkurang

maka medan magnet yang terpotong juga makin kecil, sehingga terjadi penurunan

EMF. kembali dan peningkatan arus catu daya pada kumparan dan angker dinamo

selama ada beban. Arus lebih ini mengakibatkan peningkatan torsi yang sangat

besar.

Catatan :

Contoh keadaan adalah pada motor starter yang mengalami poling ( angker

dinamo menyentuh kutub karena kurang lurus atau ring yang aus). Arus yang

tinggi akan mengalir melalui kumparan dan anker dinamo karena kecepatan

angker dinamo menurun dan menyebabkan turunnya EMF kembali.

Gambar 9. Motor dengan kumparan seri.

EMF kembali mencapai maksimum jika kecepatan angker dinamo maksimum.

Arus yang disedot dari catu daya menurun saat motor makin cepat, karena EMF

kembali yang terjadi melawan arus catu daya.

EMF kembali tidak bisa sama besar dengan arus EMF. yang diberikan pada motor

d.c., sehingga akan mengalir searah dengan EMF yang diberikan.

Karena ada dua EMF. yang saling berlawanan EMF kembali menghapuskan EMF.

yang diberikan, maka arus yang mengalir pada angker dinamo menjadi jauh lebih

kecil jika ada EMF kembali.

Karena EMF kembali melawan tegangan yang diberikan maka resistansi angker

dinamo akan tetap kecil sementara arus angker dinamo dibatasi pada nilai yang

aman.

Pengereman Regeneratif

Bagan rangkaian di bawah ini menjelaskan mengenai rangkaian pemenggal yang

bekerja sebagai pengerem regeneratif. Vo hádala gaya gerak listrik yang

dibangkitkan oleh mesin arus searah, sedangkan Vt hádala tegangan sumber bagi

motor sekaligus merupakan batería yang diisi. Ra dan La masing-masing hádala

hambatan dan induktansi jangkar.

Gambar Bagan Pengereman Regeneratif

Prinsip kerja rangkaian ini hádala sebagai berikut :

Ketika saklar pemenggal dihidupkan, maka arus mengalir dari jangkar, melewati

skalar dan kembali ke jangkar. Ketika sakalar pemenggal dimatikan, maka energi

yang tersimpan pada induktor jangkar akan mengalir melewati dioda, baterai

dengan tegangan Vt dan kembali ke jangkar. Analogi rangkaian sistem

pengereman regeneratif dari gambar di atas dapat dibagi menjadi dua mode.

Mode-1 ketika saklar on dan mode ke-2 ketika saklar off seperti ditunjukkan pada

gambar di bawah ini.

Gambar Rangkaian ekivalen untuk a) saklar on; b). Saklar off.

dengan :

Vo = gaya gerak listrik

La = induktansi jangkar

Ra = resistansi jangkar

Vt = tegangan batería

i1 = kuat arus jangkar ketika pemenggal on (arus tidak melewati baterai)

i2 = kuat arus jangkar ketika pemenggal off ( arus melewati baterai)

Sedangkan Gambar di bawah ini menunjukkan arus jangkar yang kontinyu dan

yang tidak kontinyu.

Gambar Arus Jangkar. a). Arus Kontinyu; b). Arus Terputus

dengan:

I1o = kuat arus jangkar saat pemenggal mulai on

I2o = kuat arus jangkar saat pemenggal mulai off

ton = lama waktu pemenggal on

toff = lama waktu pemenggal off

td = lama waktu dimana i2 tidak nol

Tp = perioda pemenggal, Tp = ton + toff

Karakteristik motor kompon

Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor

kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri

dengan gulungan dynamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6.

Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan

kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase

gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque

penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini.

Gambar Karakteristik Motor Kompon DC

Pengereman pada motor

Pengereman secara elektrik dapat dilaksanakan dengan dua cara yaitu secara:

– Dinamis

– Plugging

Pengereman secara Dinamis

Pengereman yang dilakukan dengan melepaskan jangkar yang

berputar dari sumber tegangan dan memasangkan tahanan pada terminal

jangkar. Oleh karena itu kita dapat berbicara tentang waktu mekanis T

konstan dalam banyak cara yang sama kita berbicara tentang konstanta waktu

listrik sebuah kapasitor yang dibuang ke dalam sebuah resistor. Pada

dasarnya, T adalah waktu yang diperlukan untuk kecepatan motor jatuh ke

36,8 persen dari nilai awalnya. Namun, jauh lebih mudah untuk menggambar

kurva kecepatan-waktu dengan mendefinisikan konstanta waktu baru T o yang

merupakan waktu untuk kecepatan dapat berkurang menjadi 50 persen dari

nilai aslinya. Ada hubungan matematis langsung antara konvensional

konstanta waktu T dan setengah konstanta waktu T O Buku ini diberikan oleh

T o = 0,693 T

Kita dapat membuktikan bahwa waktu mekanis ini konstan diberikan oleh

di mana

T o = time for the motor speed to fall to one-half its previous value [s] T o

= waktu untuk kecepatan motor jatuh ke satu-setengah dari nilai sebelumnya

[s]

J = moment of inertia of the rotating parts, referred to the motor shaft [kg×m]

J = momen inersia dari bagian yang berputar, yang disebut poros motor

[kg × m]

n 1 = initial speed of the motor when braking starts [r/min] n 1 = awal laju

pengereman motor saat mulai [r / min]

P 1 = initial power delivered by the motor to the braking resistor [W] P 1

= awal daya yang dikirim oleh motor ke pengereman resistor [W]

131.5 = a constant [exact value = (30/p) 2 log e 2] 131,5 = konstan

[exact value = (30 / p) 2 log e 2]

0.693 = a constant [exact value = log e 2] 0,693 = konstan [exact

value = log e 2]

Persamaan ini didasarkan pada asumsi bahwa efek pengereman sepenuhnya

karena energi pengereman didisipasi di resistor. In general, the motor is

subjected to an extra braking torque due to windage and friction, and so the

braking time will be less than that given by Eq. Secara umum, motor

dikenakan tambahan akibat torsi pengereman windage dan gesekan, sehingga

waktu pengereman akan lebih kecil dari yang diberikan oleh Persamaan. 5.9.

5.9.

Pengereman secara Plugging

Kita bisa menghentikan motor bahkan lebih cepat dengan menggunakan

metode yang disebut plugging. Ini terdiri dari tiba-tiba membalikkan arus

angker dengan membalik terminal sumber (Gambar 5.19a).

Gambar 5.18 Kecepatan kurva terhadap waktu untuk berbagai metode

pengereman.

Di bawah kondisi motor normal, angker arus / 1 diberikan oleh

I 1 = (E s - E o) IR

di mana R o adalah resistansi armature. Jika kita tiba-tiba membalik terminal

sumber tegangan netto yang bekerja pada sirkuit angker menjadi (E o + E s).

Yang disebut counter-ggl E o dari angker tidak lagi bertentangan dengan apa-

apa tetapi sebenarnya menambah tegangan suplai E s. Bersih ini tegangan

akan menghasilkan arus balik yang sangat besar, mungkin 50 kali lebih besar

daripada beban penuh arus armature. Arus ini akan memulai suatu busur

sekitar komutator, menghancurkan segmen, kuas, dan mendukung, bahkan

sebelum baris pemutus sirkuit bisa terbuka.

Gambar A Amature terhubung ke sumber dc E s.

Figure 5.19b Plugging. Gambar B Menghubungkan.

Untuk mencegah suatu hal yang tidak diinginkan, kita harus membatasi

arus balik dengan memperkenalkan sebuah resistor R dalam seri dengan rangkaian

pembalikan (Gambar 5.19b). As in dynamic braking, the resistor is designed to

limit the initial braking current I 2 to about twice full-load current. Seperti dalam

pengereman dinamis, resistor dirancang untuk membatasi pengereman awal arus I

2 sampai sekitar dua kali arus beban penuh. With this plugging circuit, a reverse

torque is developed even when the armature has come to a stop.

Dengan memasukkan rangkaian, torsi reverse dikembangkan bahkan

ketika angker telah datang berhenti. In effect, at zero speed, E o = 0, but I 2 = E

s /R, which is about one-half its initial value. Akibatnya, pada kecepatan nol, E o =

0, tapi aku 2 = E s / R, yaitu sekitar satu setengah nilai awalnya. As soon as the

motor stops, we must immediately open the armature circuit, otherwise it will

begin to run in reverse. Begitu motor berhenti, kita harus segera membuka sirkuit

angker, selain itu akan mulai berjalan secara terbalik. Circuit interruption is

usually controlled by an automatic null-speed device mounted on the motor shaft.

Sirkuit gangguan biasanya dikontrol oleh sebuah null-kecepatan otomatis

perangkat terpasang pada poros motor.

The curves of Fig. Lekuk Gambar. 5.18 enable us to compare plugging

and dynamic braking for the same initial braking current. 5,18

memungkinkan kita untuk membandingkan pengereman plugging dan

dinamis untuk pengereman awal yang sama saat ini. Note that plugging stops

the motor completely after an interval 2 T o . Perhatikan bahwa memasukkan

motor benar-benar berhenti setelah selang waktu 2 T o. On the other hand, if

dynamic braking is used, the speed is still 25 percent of its original value at

this time. Di sisi lain, jika pengereman dinamis digunakan, kecepatan masih

25 persen dari nilai aslinya pada saat ini. Nevertheless, the comparative

simplicity of dynamic braking renders it more popular in most applications.

Meskipun demikian, kesederhanaan komparatif pengereman dinamis

menjadikan lebih populer di sebagian besar aplikasi.

Reaksi Jangkar

Terjadinya gaya torsi pada jangkar disebabkan oleh hasil interaksi dua

garis medan magnet. Kutub magnet menghasilkan garis medan magnet dari utara-

selatan melewati jangkar. Interaksi kedua magnet berasal dari stator dengan

magnet yang dihasilkan jangkar mengakibarkan jangkar mendapatkan gaya torsi

putar berlawanan arah jarus jam. Karena medan utama dan medan jangkar terjadi

bersama sama hal ini akan menyebabkan perubahan arah medan utama dan akan

mempengaruhi berpindahnya garis netral yang mengakibatkan kecenderungan

timbul bunga api pada saat komutasi.

Untuk itu biasanya pada motor DC dilengkapi dengan kutub bantu yang terlihat

seperti gambar dibawah ini

Gambar kutub bantu (interpole) pada motor DC

Kutub bantu ini terletak tepat pada pertengahan antara kutub utara dan kutub

selatan dan berada pada garis tengah teoritis. Lilitan penguat kutub ini

dihubungkan seri dengan lilitan jangkar, hal ini disebabkan medan lintang

tergantung pada arus jangkarnya. Untuk mengatasi reaksi jangkar pada mesin –

mesin yang besar dilengkapi dengan lilitan kompensasi. Lilitan kompensasi itu

dipasang pada alur – alur yang dibuat pada sepatu kutub dari kutub utama. Lilitan

ini sepertijuga halnya dengan lilitan kutub bantu dihubungkan seri dengan lilitan

jangkar. Arah arusnya berlawanan dengan arah arus kawat jangkar yang berada

dibawahnya.

Contoh soal:

1. Jangkar sebuah motor DC tegangan 230 volt dengan tahanan 0.312 ohm

dan mengambil arus 48 A ketika dioperasikan pada beban normal.

a. Hitunglah GGL lawan (Ea) dan daya yang timbul pada jangkar.

b. Jika tahanan jangkar 0.417 ohm, keadaan yang lain sama. Berapa

GGL lawan (Ea) dan daya yang timbul pada jangkar. Penurunan

tegangan pada sikat-sikat sebesar 2 volt untuk soal a dan b.

Jawaban:

a. Ea = V – Ia Ra – 2∆E

= (230 – 2 ) – (48 x 0.312) = 213 volt

Daya yang dibangkitkan pada jangkar = Ea Ia

= 213 x 48

= 10.224 watt

b. Eb = V – Ia Ra – 2∆E

= (230 – 2) – (48 x 0.417) = 208 volt

Daya yang dibangkitkan pada jangkar = Ea Ia

= 208 x 48

= 9984 watt

2.6. Teori Motor Listrik AC

A. Sejarah Motor Listrik AC

NikolaTesla (lahir di Smiljan, Kroasia, 10 Juli1856 – meninggal di New York

City, 7 Januari1943 pada umur 86 tahun) adalah seorang penemu, fisikawan,

teknisi mekanika, dan teknisi listrikAmerika Serikat.

Tesla dianggap sebagai salah satu penemu terpenting dalam sejarah dan

merupakan salah seorang teknisi terbesar dalam akhir abad ke-19 dan abad ke-20.

Tesla merupakan seorang perintis elektro mekanik, tanpa kabel, dan daya listrik.

Ia berketurunan Serbia dan menjadi warga negara Amerika Serikat pada 1891

selagi bekerja di negara tersebut.

Paten Tesla dan kerja teorinya merupakan dasar dari daya listrik arus bolak-

balik (bahasa Inggris: Alternating Current, AC) modern termasuk distribusi daya

polyphase, dan motor AC, yang ia umumkan pada Revolusi Industri Kedua.

Setelah pendemonstrasian komunikasi tanpa kabel pada 1893 dan memenangkan

“Perang Arus“, Tesla dianggap sebagai salah satu teknisi listrik AS terhebat

B. Definisi Motor Listrik AC

Motor Ac adalah sebuah motor lisatrik yang digerakkan oleh alternating

current atau arus bolak balik (AC). umumnya, motor AC terdiri dari dua

komponen utama yaitu stator dan rotor. seperti yang telah dijelaskan sebelumnya

pada motor DC, stator adalah bagian yang diam dan letaknya berada di luar. stator

mempunyai coil yang di aliri oleh arus listrik bolak balik dan nantinya akan

menghasilkan medan magnet yang berputar. bagian yang kedua yaitu rotor. rotor

adalah bagian yang berputar dan letaknya berada di dalam (di sebelah dalam

stator). rotor bisa bergerak karena adanya torsi yang bekerja pada poros dimana

torsi tersebut dihasilkan oleh medan magnet yang berputar.

C. Pengklasifikasian Berdasarkan Jenis Motornya.

1. Motor induksi

Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (ac) yang paling luas

digunakan Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja

berdasarkan induksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor

ini bukan diperoleh dari sumber tertentu,tetapi merupakan arus yang terinduksi

sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar

(rotating magneticfield) yangdihasilkan oleh arus stator.

Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di

industri mau pun dirumah tangga. Motor induksi yang umum dipakai adalah

motor induksi 3-fase dan motor induksi 1-fase. Motor induksi 3-fase dioperasikan

pada sistem tenaga 3-fase dan banyak digunakan   di dalam berbagai bidang

industri dengan kapasitas yang besar. Motor induksi 1-fase dioperasikan pada

sistem tenaga 1-fase dan banyak digunakan terutama untuk peralatan rumah

tangga seperti kipas angin,lemari es, pompa air,mesin cucidan sebagainya. karena

motor induksi 1-fase mempunyai daya keluaran yang rendah.Bentuk gambaran

motor induksi 3-fasa diperlihatkan pada gambar 1 ,dan contoh penerapan motor

induksi ini diindustry diperlihatkan pada gambar 2.

Data-data motor induksi mengenai daya,tegangan dan data lain yang

berhubungan dengan kerja motor induksi dibuatkan pada plat nama (nameplate)

motor induksi. Contoh data yang ditampilkan pada plat nama motor induksi ini

diperlihatkan pada gambar 3.

Kontruksi Motor Induksi

Motor induksi pada dasarnya mempunyai 3 bagian penting seperti yang

diperlihatkan pada gambar4. sebagai berikut:

1. Stator :Merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang

dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya.

2. Celah : Merupakan celah udara: tempat berpindahnya energy dari stator ke

rotor.

3. Rotor : Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet

dari kumparan stator yang diinduksikan kepada rotor.

Bentuk konstruksi rotor sangkar motor induksi secara lebih rinci diperlihatkan

pada gambar 5.

Prinsip Kerja Motor Induksi

Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan

stator kepada kumparan rotornya. Bila kumparan stator motor induksi 3-fasayang

dihubungkan dengan suatu sumber tegangan 3-fasa,maka kumparan stator akan

menghasilkan   medan   magnet   yang berputar.   Garis-garis   gaya fluks yang

diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga

timbul emf (ggl) atau tegangan induksi. Karena penghantar   (kumparan) rotor

merupakan rangkaian yang tertutup,maka akan mengalir arus pada kumparan

rotor. Penghantar (kumparan )rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya

fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami

gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai

dengan arah pergerakan medan induksi stator.

Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor

pada rotor,sehingga terinduksi arus dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun

akan turut berputar mengikuti medan putar stator.Perbedaan putaran relatif antara

stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban,akan memperbesar kopel motor

yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga

slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi,

Bila beban motor bertambah,putaran rotor cenderung menurun.

Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang ditempatkan pada slot-

slotnya yang dililitkan pada sejumlah kutup tertentu.Jumlah kutup ini menentukan

kecepatan berputarnya medan stator yang terjadi yang diinduksikan ke rotornya.

Makin besar jumlah kutup akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar

medan stator dan sebaliknya.   Kecepatan berputarnya medan putar ini disebut

kecepatan sinkron. Besarnya kecepatan sinkron ini adalah sebagai berikut.

Ω sin k   = 2.π.f(listrik,rad/dt)=2.π.f/P(mekanik,rad/dt)

atau:

Ns= 60.f/P(putaran/menit,rpm)

yang mana:

f= frekuensi sumber AC(Hz) P = jumlah pasang kutup

Ns dan ω sin k = kecepatan putaran sinkron medan magnet stator

Prinsip kerja motor induksi berdasarkan macam fase sumber tegangannya

dapat dijelaskan lebih lanjut sebagai berikut dibawah ini.

1. Sumber 3-fase

Sumber 3-fase ini biasanya digunakan oleh motor induksi 3-fase. Motor

induksi 3-faseini mempunyai kumparan 3-fase yang terpisah antar satu sama

lainya sejarak 1200 listrik yang dialiri oleh arus listrik 3-fase yang berbeda fase

1200 listrik antar fasenya,sehingga keadaan ini akan menghasilkan resultan fluks

magnet yang berputar seperti halnya kutup magnet aktual yang berputar secara

mekanik. Bentuk gambaran sederhana hubungan kumparan motor induksi 3-fase

dengan dua kutup Stator diperlihatkan pada gambar 8.

Bentuk gambaran fluk yang terjadi pada motor induksi 3-fasa

diperllihatkan pada gambar 9.(fluks yang terjadi pada kumparan 3-fase

diasumsikan sinusoidal seperti yang diperlihatkan pada gambar 9.a   dengan arah

fluks positif sepertiGambar.9.b)

Pada dasarnya,prinsip kerja motor induksi 1-fasa sama dengan motor

induksi 2-fasa yang tidak simetris karena pada kumparan statornya dibuat dua

kumparan (yaitu kumparan bantu dan kumparan utama) yang mempunyai

perbedaan secara listrik dimana antara masing-masing kumparannya tidak

mempunyai nilai impedansi yang sama dan umumnya motor bekerja dengan satu

kumparan stator (kumparan utama).Khusus untuk motor kapasitor-start kapasitor-

run,maka motor ini dapat dikatakanbekerja seperti halnya motor induksi 2-fasa

yang simetris karena motor ini bekerja dengan kedua kumparannya (kumparan

bantu dan kumparan utama) mulai dari start sampai saat running (jalan).

Motor induksi  1-fase yang bekerja dengan satu kumparan stator pada saat

running (jalan) dapat dikatakan bekerja bukan berdasarkan   medan putar, tetapi

bekerja berdasarkan gabungan medan maju dan medan mundur. Bila salah satu

medan tersebut dibuat lebih besar maka rotornya akan berputar mengikuti

perputaran medan ini. Bentuk gambaran proses terjadinya medan maju dan medan

mundur ini dapat dijelaskan dengan menggunakan teori perputaran medan ganda

seperti yang diperlihatkan pada gambar10. Gambar10. memperlihatkan bahwa

fluks sinusoidal bolak balik dapat ditampilkan sebagai dua fluks yang

berputar,dimana masing-masing fluks bernilai setengah dari nilai fluks bolak-

baliknya yang berputar dengan kecepatan sinkron dengan arah yang saling

berlawanan.

Gambar 10.a memperlihatkan bahwa fluks total yang dihasilkan sebesar

Φm adalah akibat pengaruh dari masing-masing komponen fluks A dan B yang

mempunyai nilai sama sebesar Φm/2 yang berputar dengan arah yang

berlawanan.Setelah fluks A dan B berputar sebesar +θ dan -θ (padagambar10.b)

resultan fluks yang terjadi menjadi   2 x (Φm/2) sin(2θ/2) = Φm sinθ.Selanjutnya

setelah seperempat lingkaran resultan fluks yang terjadi(gambar10.c) menjadi nol

karena masing-masing fluks A dan B mempunyai harga yang saling

menghilangkan. Setelah setengah lingkaran (gambar 3.6d)resultan fluks A dan

bahkan menghasilkan –2 x(Φm/2) =-Φm (arah berlawanan dengan gambar

10.a).Selanjutnya setelah tiga perempat lingkaran (gambar 10.e)resultan fluks A

dan B yang terjadi kembali nol karena masing-masing fluksyang saling

menghilangkan. Proses pada gambar10. ini akan terus berlangsung sehingga

terlihat bahwa medan fluks yang terjadi adalah medan maju dan medan mundur

karena pengaruh fluks magnet bolak balik yang dihasilkan oleh sumber arus bolak

balik.

D. Pengklasifikasian dari Segi Hubungan Putaran dan Frekuensi Fluks

Magnet.

1. Motor Sinkron (Motor Serempak)

Disebut sebagai motor sinkron karena putaran motor sama dengan

putaran fluks magnet stator. motor tidak dapat berputar sendiri meski

lilitan stator telah dihubungkan dengan tegangan luar.

2. Motor Asinkron (Motor Tak Serempak)

Disebut sebagai motor asinkron karena putaran rotor tidak sama

dengan putaran fluks magnet statornya. perbedaan kecepatan inilah

yang nantinya kita sebut sebagai slip.

E. Prinsip Kerja Motor Listrik Ac

Gambar 11.Komponen Motor AC.

Gambar 12.Prinsipkerja Motor AC

Motor arus bolak-balik (motor AC) ialah suatu mesin yang berfungsi

mengubah tenaga listrik arus bolak-balik (listrik AC) menjadi tenaga gerak atau

tenaga mekanik berupa putaran dari pada Rotor. Motor listrik arus bolak-balik

dapat dibedakan atas beberapa jenis Seperti pada motor DC pada motor AC, arus

dilewatkan melalui kumparan, menghasilkan torsi pada kumparan. Sejak saat itu

bolak, motor akan berjalan lancar hanya pada frekuensi gelombang sinus. Hal ini

disebut motor sinkron. Lebih umum adalah motor induksi, dimana arus listrik

induksi dalam kumparan berputar dari pada yang diberikan kepada mereka secara

langsung.

Salah satu kelemahan dari jenis motor AC adalah arustinggi yang harus

mengalir melalui kontak berputar. Memicu dan pemanasan pada kontak-kontak

dapat menghabiskan energi dan memperpendek masa pakai motor. Dalam motor

AC umum medan magnet yang dihasilkan oleh elektro magnet didukung oleh

tegangan AC sama dengan kumparan motor. Kumparan yang menghasilkan

medan magnet yang kadang-kadang disebut sebagai “stator”, sedangkan

kumparan dan inti padat yang berputar disebut “dinamo”. Dalam motor AC

medan magnet sinusoidal bervariasi, seperti arus dalam kumparan bervariasi.

F. Sistem Pemeliharaan Pada Motor Listrik Ac

Pengertian pemeliharaan

Pemeliharaan atau sering disebut maintenanceadalah suatu tindakan

teknis, adminstrasi dan finansial yang ditujukan untuk mempertahankan dan atau

mengembalikan agar sesuatu (misal generator pembangkit) kembali pada unjuk

kerja seperti pada saat performancetest.

Prinsip dasar pemeliharaan didasarkan pada:

1. Time basedmaintenance(pemeliharaan berdasarkan waktu)

2. Conditionbasemaintenance(pemeliharaan berdasarkan kondisi atau

keadaan)

Pada pelaksanaannya, kedua prinsip tersebut kebanyakan digabungkan dan

selalu dikaitkan dengan efisiensi dan efektivitas, terutama jika menyangkut

masalah biaya.Yang menjadi pertimbangan lain pada pemeliharaan adalah

masalah prediksi maintenancedan pemeliharaan ke tiga.

Meningkatkan Perawatan

Hampir semua inti motor dibuat dari baja silikon atau baja gulung dingin yang

dihilangkan karbonnya, sifat-sifat listriknya tidak berubah dengan usia. Walau

begitu, perawatan yang buruk dapat memperburuk efisiensi motor karena umur

motor dan operasi yang tidak handal. Sebagai contoh,pelumasan yang tidak benar

dapat menyebabkan meningkatnya gesekan pada motor dan penggerak transmisi

peralatan. Kehilangan resistansi pada motor, yang meningkat dengan kenaikan

suhu.

Kondisi ambien dapat juga memiliki pengaruh yang merusak pada kinerja

motor.Sebagai contoh,suhu ekstrim,kadar debu yang tinggi, atmosfir yang

korosif,dan kelembaban dapat merusak sifat-sifat bahan isolasi; tekanan mekanis

karena siklus pembebanan dapat mengakibatkan kesalahan penggabungan.

Perawatan yang tepat diperlukan untuk menjaga kinerja motor. Sebuah daftar

periksa praktek perawatan yang baik akan meliputi:

Pemeriksaan motor secara teratur untuk pemakaian bearingsdan

rumahnya (untuk mengurangi kehilangan karena gesekan) danuntuk

kotoran/debu pada saluran ventilasi

motor(untukmenjaminpendinginanmotor)

Pemeriksaan kondisi beban untuk meyakinkan bahwa motor tidak

kelebihan atau kekurangan beban. Perubahan pada beban motor dari

pengujian terakhir mengindikasikan suatu perubahan pada beban yang

digerakkan, penyebabnya yang harus diketahui.

Pemberian pelumas secara teratur. pihak pembuat biasanya memberi

rekomendasi untuk cara dan waktu pelumasan motor. Pelumasan yang

tidak cukup dapat menimbulkan masalah, seperti yang telah

diterangkan diatas. Pelumasan yang berlebihan dapat juga

menimbulkan masalah,misalnya minyak atau gemuk yang berlebihan

dari bearingmotor dapat masuk kemotor dan menjenuhkan bahan

isolasi motor,menyebabkan kegagalan dini atau mengakibatkan resiko

kebakaran.

Pemeriksaan secara berkala untuk sambungan motor yang benar dan

peralatan yang digerakkan. Sambungan yang tidak benar

dapatmengakibatkansumbuasdan bearingslebih cepat aus,

mengakibatkan kerusakan terhadap motor dan peralatan yang

digerakkan.

Dipastikan bahwa kawat pemasok dan ukuran kotak terminal dan

pemasangannya benar.

Sambungan-sambungan pada motor dan starterharus diperiksa untuk

meyakinkan kebersihan dan kekencangnya.

Penyediaan ventilasi yang cukup dan menjaga agar saluran pendingin

motor bersih untuk membantu penghilangan panas untuk mengurangi

kehilangan yang berlebihan. Umurisolasi pada motor akan lebih

lama:untuk setiap kenaikan suhu operasi motor 10oC diatas suhu

puncak yang direkomendasikan, waktu pegulungan ulang akan lebih

cepat, diperkirakan separuhnya.

2.7. Perhitungan Motor Listrik

Perhitungan Dasar Motor Listrik AC

a. Rumusmenghitungkecepatansinkron, jika yang

diketahuifrekuensidanjumlahkutuppada motor AC.

Contoh :hitungkecepatanputar motor 4 poles/kutupjika motor

dioperasikandenganfrekuensi 50 hz.

ns = (120. F)/ P  = (120 . 50)/ 4  = 1500 rpm

b. Menghitung slip pada motor

Contoh :hitung slip motor jikadiketahuikecepatan motor 1420 rpm.

Dengankecepatansinkron yang samadenganhasildiatas.

% slip = ((ns - n)/ ns) x 100 = ((1500 - 1420)/ 1500)x 100 = 5 %

c.  Menghitungarus/ampere motor ketikadiketahuidaya(watt),

tegangan(volt), danfaktordaya(cos φ).

Contoh.Hitungbesarnyaarus(ampere) motor dengandaya 1 kw

dantegangan 220V denganfaktordaya 0,88.

I = P / V. Cos φ.....P = 1 kw = 1000 watt

I = 1000/(220 . 0,88) = 5 Ampere

d. Menghitungdaya motor 3 phasaketikadiketahuiarus, tegangan,

danfaktordaya.

Contoh.Hitungdaya motor induksi 3 phasa yang memilikiarus 9,5 A

dengantegangan 380V danfaktordaya/ cos φ 0,88.

P = √3 .V. I .cos φ  = 1,73 . 380 . 9,5 . 0,88 = 5495 watt ataudibulatkanjadi 5,5

KW.

e. Menghitungdaya output motor

P output =  √3 .V. I .eff .cos φ

Contoh.Hitungdaya output motor jikadiketahuiseperti data

diatasdenganefisiensi motor 90 % . 

P output = √3 .V. I .eff .cos φ  = 1,73 . 380 . 9,5 . 0,9 . 0,88 = 4946 watt

ataudibulatkanjadi 5 KW atau 6,6 HP

f. Menghitungefisiensidaya motor

Contoh.Dengandaya input motor 5 KW dandaya output 4,5 KW.

Hitungefisiensidayapada motor tersebut.

ᶯ = (Pout / P)x 100% = (4500/5000)x 100% = 90 %

g. Menghitungdayasemu motor (VA)

Pada motor 1 phasa

S (VA) = V . I

Pada motor 3 phasa

S = √3 .V . I

h. Menghitung torsi motor jikadiketahuidaya motor dankecepatan motor.

Hubunganantara horse power, torsi dankecepatan.

Contoh.Hitungberapa torsi motor 10 HP. Dengankecepatan 1500 rpm.

T = (5250 . HP)/n  = (5250 . 10)/ 1500  = 35 lbft = 45,6 Nm

PerhitunganDasar Motor DC

Dalamaplikasi motor DC dalamkehidupansehari-

haridandalamduniaindustridiperlukanperhitunganuntukmengetahuiarus, tegangan,

ggl, gayamedan magnet danmasihbanyakperhitunganlainnya.

Dibawah ini merupakan rumus –rumus perhitungan motor DC :

a. Daya Input :

b. Daya output :

Pout = Tout x ω

dimana Tout : Torsi output

ω : Kecepatan sudut

c. Efisiensi :

d. Gaya :

F   = B.I.ℓ

dimana B : Rapat medan magnet

I : Kuat arus

ℓ : panjang penghantar

e. Torsi :

T = F. r = B.I.ℓ.r

dimana ℓ : panjang penghantar

r : jari-jari rotor

Berikutiniadalahcontoh-contohperhitunganpada motor DC

dalambentuksoal-soaldanpenyelesaiannya :

Sebuah motor DC mempunyai kerapatan medan magnet 0,8 T. Di bawah

pengaruh medan magnet terdapat 400 kawat penghantar dengan arus 10A. Jika

panjang penghantar seluruhnya 150 mm, tentukan gaya yang ada pada

armature.

Diketahui : B = 0,8 T

                   I  =10A

                   ℓ = 150 mm = 0,155 m

                   z = 400

Jawab :

F   = B.I.ℓ.z

      = 0,8 . 10 . 0,15 .400

             = 480 (Ws/m)

= 480 N.

Jangkarsebuah motor DC tegangan 230 volt dengantahanan 0.312 ohm

danmengambilarus 48 A ketikadioperasikanpadabebannormal.

a. Hitunglah GGL lawan (Ea) dandaya yang timbulpadajangkar.

b. Jikatahananjangkar 0.417 ohm, keadaan yang lain sama. Berapa GGL

lawan (Ea) dandaya yang

timbulpadajangkar.Penurunanteganganpadasikat-sikatsebesar 2 volt

untuksoal a dan b.

Diketahui :

V = 230 V

I  = 48 A

Ra = 0.312 ohm

Rb = 0.417 ohm

Jawab:

Ea = V – Ia. Ra – 2∆E

= (230 – 2 ) – (48 x 0.312) = 213 volt

Daya yang dibangkitkanpadajangkar= Ea. Ia

= 213 x 48

= 10.224 watt

Eb   = V – Ia . Ra – 2∆E

= (230 – 2) – (48 x 0.417) = 208 volt

Daya yang dibangkitkanpadajangkar = Ea. Ia

= 208 x 48

= 9984 watt

BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat saya ambil dari penilisan makalah ini adalah sebagai berikut:

1. Trafo arus yang digunakan untuk mengambil input data masukan berupa besaran arus dengan cara perbandingan belitan pada belitan primer atau sekunder.

2. Sebuah trafo arus dikatakan bagus dan baik jika memiliki kekuatan isolasi yang kuat dan baik untuk menahan arus yang besar.

3. Gangguan terjadi akibat sambaran petir yang mengenai kawat phasa, dapat menimbulkan gelombang berjalan yang merambat melalui kawat phasa tersebut dan menimbulkan gangguan pada trafo

3.2. Saran

1. Untuk menjaga keandalan system maka pada pemeliharaan Transformator Arus (CT) harus dilakukan secara rutin sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan.

DAFTAR PUSTAKA

Sumardjati, Prih, dkk & http://electric-mechanic.blogspot.com

Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta: Gramedia,

1988

Sumanto, Mesin Arus Searah. Jogjakarta: Penerbit ANDI OFFSET, 1994

http://konversi.wordpress.com/2008/09/01/motor-arus-searah-dc-bagaimana-

bekerjanya/

http://duniaelektronika.blogspot.com/2008/04/mesin-arus-searah.html

http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/electricmotors.html#DCmotors

http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/12/motor-listrik.html

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/09/animasi-motor-dc.html

www.energyefficiencyasia.org

http://zone.ni.com/devzone/cda/ph/p/id/49#toc3 (national instrument)