GBPP UNTUK MATA KULIAH

MESIN LISTRIK I

Disusun oleh :

Mhd. Irfan Surbakti110150015

Unit : A1

Mata Kuliah : Mesin listrik I

Dosen Pembimbing : Muhammad,ST.,MT

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MALIKUSSALEH

ACEH UTARA

2013

BAB I

DASAR KONVERSI ENERGI ELETROMAGNETIK

1.1. Medan Magnet dan Medan Listrik

Kuat suatu medan listrik (E) berbanding lurus dengan beda potensial yang

diberikan dan berbanding terbalik dengan jarak antara kedua konduktor. Kuat

medan listrik dapat dinyatakan dengan persamaan :

E = V /

medan listrik E juga dapat dituliskan persamaannya

E = F / q

E = q / 4πεr^2

Dimana E adalah kuat medan listrik (V/m), V adalah beda potensial yang

diberikan (V), dan d adalah jarak antara konduktor (m).

Ketika arus mengalir melalui suatu konduktor maka akan terbentuk suatu

medan magnetik di sekeliling konduktor tersebut. Medan magnetik itu tidak

terlihat dengan kasat mata tetapi dapat dideteksi menggunakan kompas(jarum

kompas tampak bergerak). Jika dua buah konduktor tersebut didekatkan maka

medan magnetik dari keduanya akan berinteraksi sehingga konduktor –konduktor

tersebut akan mengalami gaya tarik – menarik atau tolak – menolak.

Kuat medan magnet menyatakan seberapa besar kerapatan dari fluks

medan magnetik tersebut pada suatu titik. Kekuatan medan magnet akan

sebanding dengan arus yang diberikan dan berbanding terbalik dengan jarak dari

konduktor. Kerapatan fluks magnet dapat dinyatakan dengan persamaan :

B = kI / d

Dimana B adalah kerapatan fluks magnetik (Tesla). I adalah arus (Ampere), d

adalah jarak dari konduktor (meter), dan k adalah konstanta.

k = μ / 2π

Dalam kasus pada toroida dengan ukuran diameter yang berbeda. Jika

kedua toroida tersebut memiliki jumlah lilitan(N) yang sama, dan dialiri arus (I)

yang sama maka Kuat medan magnet (H) dapat dinyatakan dengan persamaan :

H = I x N / l = ampere / meter

Dimana H adalah kuat medan magnet (A/m), N adalah jumlah lilitan, I adalah arus

yang melewati lilitan (Ampere), dan l adalah panjang lintasan atau lilitan.

1.2. Hukum Faraday dan Hukum Ampere

Menurut Faraday: Jumlah berat (massa) zat yang dihasilkan (diendapkan)

pada elektroda sebanding dengan jumlah muatan listrik (Coulumb) yang dialirkan

melalui larutan elektrolit tersebut. Masa zat yang dibebaskan atau diendapkan oleh

arus listrik sebanding dengan bobot ekivalen zat-zat tersebut. Dari dua pernyataan

diatas, disederhanakan menjadi persamaan:

M = e.i.t / F

dimana:

M = massa zat dalam gram

e = berat ekivalen dalam gram = berat atom: valensi

i = kuat arus dalam Ampere

t = waktu dalam detik

F = Faraday

Dalam peristiwa elektrolisis terjadi reduksi pada katoda untuk mengambil

elektron yang mengalir dan oksidasi pada anoda yang memberikan eliran elektron

tersebut. Dalam hal ini elektron yang dilepas dan yang diambil dalam jumlah yang

sama. Bobot zat yang dipindahkan atau yang tereduksi setara dengan elektron,

sehingga masa yang dipindahkan merupakan gram ekivalen dan sama dengan mol

elektron. Faraday menyimpulkan bahwa Satu faraday adalah jumlah listrik yang

diperlukan untuk menghasilkan satu ekivalen zat pada elektroda. Muatan 1

elektron = 1,6 x 10-19 Coulomb. 1 mol elektron = 6,023 x 1023 eletron. Muatan

untuk 1 mol eletron = 6,023 . 1023 x 1,6 . 10 -19 = 96.500 Coulomb = 1 faraday.

1.2.1. Hukum Faraday I

Jumlah massa zat yang dihasilkan pada katoda atau anoda berbanding

lurus dengan jumlah listrik yang digunakan selama elektrolisis. Apabila arus

listrik sebesar 1 Faraday ( 1 F ) dialirkan ke dalam sel maka akan dihasilkan :

1 ekivalen zat yang disebut massa ekivalen (e)

1 mol elektron ( e- )

Cara menghitung massa ekivalen (e) :

e = Ar Unsur / jumlah muatan ionnya

e = Ar/n

1.3. Rangkaian magnetisasi

1. Bahan magnetisasi digunakan untukperalatan sederhana dan modern.

Magnetpermanen telah digunakan manusia selamalebih 5.000 tahun

seperti medium perekampada komputer pada audio dan video.

2. Berdasarkan responnya terhadapmedan magnet luar, medan

dapatdiklasifikasikan menjadi : a. diamagnetik b. paramagnetik c.

feromagnetik

3. Bahan DiamagnetikBahan diamagnetik merupakan bahan yangmemiliki

nilai suseptibilitas (xm) negatif dansangat kecil. Medan magnet yang

dihasilkan olehorbital dan perputaran elektron dapat

ditiadakansepenuhnya.

4. Bahan ParamagnetikBahan paramagnetik merupakan bahan-bahan

yangmemiliki suseptibilitas (xm) yang positif dan beradadalam skala -10-5

sampai -10-3 Bahan FeromagnetikBahan feromagnetik merupakan bahan

yang masihbersifat magnet walaupun bahan itu sudah tidakberada di

dalam medan magnet luar. Yang termasukbahan feromagnetik adalah besi,

nikel dan kobal.

5. Bahan Paramagnetik dan Diamagnetik Linear Di dalam bahan

paramagnetik dan diamagnetik, magnetisasi terjadi bila ada medan magnet

luar, sedangkan bila medan magnet luar itu nol, maka magnetisasinya

hilang (M=0) Jika medan magnet luar tidak terlalu besar, sebagaian

besar bahan magnetisasinya sebanding dengan medan H,yaitu: M xm H

6. Tabel suseptibilitas Magnetik beberapa bahan (padatekana dan suhu

kamar)

7. Medan HBila di dalam bahan terdapat arus bebas, misal listrikyang

mengalir melalui kawat yang di masukkan kedalam bahan termagnetisasi,

atau arus bebas yangmengalir di dalam bahan jika bahan yang

termagnetisasiitu adalah konduktor, maka arus totalnya adalah: J = Jb +

JfHukum Ampere dalam bahan termagnetisasi menjadi : 1 ( B) J J f Jb J f (

M) 0

8. Atau ( 1 B M ) J f 0Medan magnet luar dalam bentuk medan H

yangdidefinisikan sebagai: H = B0 /μ0 B0 0 J f Atau H J fSehingga: 1 H B

M 0

9. Karena 1 H B M 0Dan M xm HMaka untuk medium linear berlaku

hubunganB 0 (1 xm ) H Atau B HDimana 0 (1 xm )

10. MAGNET PERMANEN Suatu bahan yang memiliki retentivitas yang

tinggi dapat digunakan sebagai magnet permanen yang kuat. Magnet

permanen dapat kehilangan magnetisasi permanennya pada suhu yang

lebih tingi dari nilai kritis yang disebut suhu Curie. Untuk kebanyakan

bahan feromagnetik, suhu Curie mendekati suhu 5000C. Contoh bahan

magnet permanen yaitu: - Baja - Alnico V - Cunico - Karbon

11. Medan Magnet BumiArus listrik yang mengalir dalam inti besi cair dari

bumidan menghasilkan medan magnet. Kerapatan fluksmagnet sekitar

0,62 x 10-4 Wb/m2 dikutub utara magnetdan sekitar 0,5 x 10-4 Wb/m2

digaris lintang 400 .

12. POTENSIAL BAHAN TERMAGNETISASI Mis. Bahan termagnetisasi

memiliki momen dipole magnet persatuan volume M, maka potensial

vektor dari sebuah momen dipole m yaitu: ^ 0 m r A 2 4 r Setiap elemen

volume dτ mengandung momen dipole Mdτ, sehingga potensial vektor

totalnya: ^ 0 M r A 2 d 4 r

13. ^ 1 rKarena 2 maka dapat ditulis: r r 0 1 A M d 4 rDengan menggunakan

aturan ( fA ) f( A) A ( f)Maka persamaan dapat ditulis menjadi: 0 1 1 A M

d M d 4 r r

14. Suku kedua ruas kanan dapat ditulis dalam bentukintegral permukaan,

sehingga: 0 1 0 1 A M d M da 4 r 4 r ^ J b M dan K M n bMaka persamaan

potensial vektor dapat ditulis menjadi: 0 1 0 1 A J bd K b da 4 r 4 r

1.4.

Konsep Rangkaian Magnet

Arus listrik (i) yang dialirkan melalui penghantar yang dibelitkan pada

intibesi yang berbentuk cincin toroidal akan menghasilkan medan

magnetyang sebanding dengan jumlah lilitan (N) dikalikan dengan

besaranarus listrik (i)

Ampere turn (Ni) ini dikenal dengan Gaya Gerak Magnet (ggm)

dandinyatakan dengan notasi FF = N i ampere-turn

Gaya gerak magnet adalah perbedaan potensial magnet yg

cenderungmenggerakkan fluks di sekitar cincin toroidal

Gerak fluks di sekitar cincin selain ditentukan oleh besaran ggm

jugamerupakan fungsi dari tahanan inti besi yang membawa fluks tersebut

Tahanan inti besi itu disebut : reluktansi R dari rangkaian magnet

Φ= F / R

o Reluktansi berbanding lurus dengan panjang (l) berbanding terbalik

dengan penampang luas bidang (A) dan bergantung pada bahan magnetik

rangkaian magnet tersebut, dimana besaran l dalam meterrdan A dalam

meter persegi :

R = l/ μA ampere-turn/weber

Adanya analogi antara hubungan rangkaian magnet dan hubungan

rangkaian listrik

1.5.

KURVA MAGNETISASI:

Hubungan antara sifat magnetik suatu bahan dengan permeabilitas

dapatditunjukkan dengan kurva kerapatan fluks B sebagai fungsi dari kuat medan

Hyang biasa dikenal dengan Kurva B-H atau Kurva Magnetisasi

Kurva B-H hanya dipengaruhi oleh jenis bahan yang dipakai dan tidak

tergantung pada dimensi bahan tersebut.Apabila diketahui harga ampere-turn Ni

dan harga panjang rata-rata jalur fluksi maka harga kuat medan Ni/l jatuh pada

sumbuh orizontal dan secara grafik dengan mudah dapat ditentukan kerapatan

fluksi Byang terletak pada sumbu ordinat tegak. Karena H = Ni/l dan B =Φ/A

maka terlihat bahwa kuat medan (H) sebanding dengan gaya gerak magnet (Ni)

dankerapatan fluks (B) sebanding dengan garis fluks (Φ)

1.6. Energi dalam Medan Magnet

Energi listrik yang diberikan oleh sumber akan digunakan oleh inti

besibeserta belitannya untuk menghasilkan medan magnetEnergi yang diperoleh

akan tersimpan dalam medan magnet yang ditimbulkan

dWE= dWF

Sedangkan

dWF= i dλ= F dΦ

Jadi energi yang tersimpan pada medan magnet adalah:

Persamaan diatas mengandung arti bahwa besarnya energi yang

tersimpandalam medan magnet merupakan suatu luas daerah tertentu dimana luas

daerahtersebut ditentukan oleh jenis bahan pemagnetan inti

Pada Bahan Feromagnet, hubungan antara F dan Φ tidak linier. Dari gambar

a,diketahui bahwa untuk kurva menaik oa , jumlah energi yang dibutuhkan

samadengan luas daerah oac . Apabila harga F dikembalikan ke harga nolnya

(kurvamenurun ab ) sebagian energi yang besarnya sama dengan luas daerah abc

akan dilepaskan sedangkan energi sebesar luas daerah oab hilang sebagaipanas

(rugi histeresis). Siklus penuh rugi histerisis akan membentuk suatugelang

(lingkar tertutup) seperti pada gambar b.

Persamaan diatas mengandung arti bahwa energi dalam medan

magnetditentukan oleh luas daerah yang dibatasi antara kurva magnetisasi dan

sumbuB atau luas daerah oac pada gamba

BAB II

MEMAHAMI DASAR ELETROMEKANIK

2.1. Konversi Energi Eletromekanik

Salah satu aspek penting dalam sistem tenaga adalah yang menyangkut

konversi energi elektromekanik ; yaitu konversi energi dari bentuk mekanik ke

listrik dan dari bentuk listrik ke mekanik. Konversi energi tersebut berlangsung

pada sistem tenaga melalui peralatan elektromagnet yang disebut generator dan

motor.

Melalui generator sinkron tiga fasa yang menerima kopel dari poros

turbin, sistem ini berperan untuk mengubah bentuk energi mekanik menjadi

energi listrik.

Blok di tengah Gambar 1.5 menggambarkan bagian dri sistem tenaga yang

mengirimakn energi listrik dari sistem pembangkit menuju sistem beban. Untuk

mengurangi rugi-rugi panas, energi yang dikirim perlu dinaikkan tegangannya

melalui transformator penaik tegangan. Dengan demikian, meskipun

transformator bukan termasuk peralatan konversi energi, namun merupakan alat

pembangkit elektromagnet yang juga penting dalam sistem tenaga.

Blok di sebelah kanan menggambarkan sistem beban yang mengubah

sebagaian dari energi listrik menjadi bentuk energi mekanik. Perubahan tersebut

berlangsung dalam mesin-mesin berputar yang disebut motor. Selain itu sebagain

energi listrik dipergunakan untuk keperluan beban lainnya seperti penerangan,

pendinginan, dan pemanasan.

2.2. Transmisi dan Distribusi

Apabila saluran transmisi menyalurkan tenaga listrik bertengangan tinggi

ke pusat-pusat beban dalam jumlah besar, maka saluran distribusi berfungsi

membangkitkan tenaga listrik tersebut kepada pihak pemakai melalui saluran

tegangan rendah.

Generator sinkron di pusat pembangkit biasanya menghasilkan tenaga

listrik dengan tegangan antara 6-20kV yang kemudian, dengan bantuan

transformator tegangan tersebut dinaikkan menjadi 150-500kV. Saluran tegangan

tinggi (STT) menyalurkan tenaga listrik menuju pusat penerima; di sini tegangan

diturunkan menjadi tegangan subtransmisi 70kV. Pada gardu induk (GI), tenaga

listrk yang diterima kemudian dilepaskan menuju trafo distribusi (TD) dalam

bentuk teganang menegah 20kV. Melalui trafo distribusi yang tersebar di berbagai

pusat-pusat beban, tegangan distribusi primer ini diturunkan menjadi tegangan

rendah 220/380 V yang akhirnya diterima pihak pemakai. Contoh saluran

transmisi dan distribusi terlihat pada gambar dibawah ini.

2.3. Gaya gerak listrik

Definisi gaya gerak listrik adalah beda potensial antara ujung-ujung

penghantar sebelum dialiri arus listrik. Gaya gerak listrik disingkat dengan GGL,

dengan satuan volt. Gaya gerak listrik merupakan energy yang diberikan pada

setiap muatan listrik untuk bergerak antara dua kutub baterai atau generator.

Sebuah electron-elektron bermuatan e yang bergerak dari kutub negative ke kutub

positif melalui konduktor di luar baterai dengan gaya gerak listrik sebesar V, akan

mendapat energy sebesar e x V joule.

Pada dasarnya sumber GGL itu segala jenis alat yang muatan positif ama

negatifnya terpisah. Kedua ujung dari alat tersebut di sebut terminal. Muatan

positif ya numpuknya di terminal positif, sementara muatan negatif, tentunya di

terminal negatif.

Terminal positif namanya anoda. Terminal negatif namanya katoda.

Ingetnya gini aja. Kalau positif itu ga ada noda. (Ga ada noda ya gak belajar..

hehe). Ga ada noda kan anoda, seperti gak ada tuhan, kan disebut ateis. Huruf a

didepannya itu loh. Positif gak ada noda, negatif katoda. Mudah kan

menghapalnya.

Oke, kembali ke anoda ama katoda tadi. Karena kedua jenis muatan ini misah,

akibatnya ada medan listrik. Medannya nunjuk dari anoda ke katoda. Inget tuh

arahnya. Dari anoda ke katoda.

Medan ini, kemudian, memaksakan sebuah gaya pada muatan positif.

Medan ini memaksa, mendorong muatan positif dalam alat ini menuju katoda.

Sementara itu, gaya ini juga memaksa muatan negatif ke anoda. Supaya muatan

positif tetap di terminal positif dan muatan negatif tetep di terminal negatif, alat

ini menghasilkan gaya non listrik yang melawan gaya listrik dan terus mendorong

muatan positif ke anoda dan muatan negatif ke katoda. Jadi seperti gulat gitu.

Sumo bisa juga. Medan listrik vs medan non listrik. Saling dorong mendorong.

Mungkin bisa dibayangkan GGL itu seperti air dalam pipa tegak yang

dipaksa naik. Waktu airnya naik ke puncak (anoda) gravitasi maksain supaya tuh

air turun (katoda). Jadi supaya air tetap bisa naik, harus ada gaya non gravitasi,

seperti pompa misalnya, yang mendorong air melawan gravitasi.

Nah, dalam kasus GGL, gaya dari mesin pompa ini bisa berasal dari reaksi kimia,

seperti baterai. Bisa juga dari gaya magnet, seperti dari generator listrik. Atau dari

sumber mekanik lainnya lah.

Seperti dalam kasus air tadi, dimana energi potensial gravitasi air

bertambah saat air di dorong semakin tinggi, gaya lain ini menyebabkan muatan

mengalir ke anoda, meningkatkan energi potensial listrik. Akibatnya terjadi beda

potensial antara anoda dan katoda.

Kalau ga ada rugi gara-gara panas waktu muatan mengalir ke anoda di

dalam alat ini, beda potensialnya pastilah sama dengan GGL sumber. Ituloh, kan

ada hukum kekekalan energi.

Kalau, di luar alat ini, kita pasang apakeq yang membuat anoda terhubung

balik ke katoda, maka arus akan mengalir lewat penghubung ini dari anoda ke

katoda. Ya penghubungnya bisa kabel atau kawat telanjang (kesetrum tanggung

sendiri).

Ntar, nih ada contoh gambarnya. Coba liat gambar ini

Sebuah rangkaian listrik putus

Titik a dengan c itu kalau dihubungkan akan menjadi rangkaian loh. Jadi

titik a dihubungkan ke anoda dan titik c dihubungkan ke katoda. Coba

lihat di gambar ini biar jelas

Gaya Gerak listrik dalam rangkaian tertutup

Muatan kehilangan energi listrik yang bergerak dari terminal tinggi ke

terminal rendah lewat rangkaian luar, lalu dipaksa oleh gaya non listrik

kembali ke anoda lewat alat GGL dan karenanya memperbaiki energi

listriknya. Seperti sistem air kita lo. Airnya mengalir kembali lewat

beberapa pipa lain lalu kembali lagi ke pipa tegak dengan dorongan

pompa. Perbedaan potensial tetap terjaga antara terminal saat tidak ada

arus. Kan gak ada kawat yang menghubungkan terminal. Nah, beda

potensial kalau ga ada arus ini namanya GGL Rangkaian Terbuka.

Kalo kita menghubungkan satu kawat dengan hambatan R pada kedua

terminal itu, berarti arus akan mengalir lewat hambatan itu dengan

tegangan V yang bekerja di sepanjang terminal. Kalau kabel ini cuma satu-

satunya hambatan yang ada di rangkaiannya, arusnya pasti mengikuti

hukum Ohm, yaitu I = V/R = GGL/R.

Tapi kenyataannya, selalu ada rugi panas dalam sumber GGL. Panas ini

muncul karena agitasi molekul saat muatan mengalir dalam sumber.

Molekulnya merinding. Kan semakin kuat merindingnya molekul,

semakin panas suhunya. Oke deh, kalau dalam kasus ini ya berarti GGL ga

lagi sama dengan V. Ada energi non listrik yang hilang menjadi panas.

Besarnya rugi panas ini sebanding dengan arus, jadinya GGL = V – I.r.

Nah, r disini adalah tetapan proporsionalitas. Karena dimensinya sama

dengan hambatan, jadi dia lebih sering disebut “hambatan dalam” atau

Rint. Hambatan dalam apa? Ya hambatan dalam sumber.

Kalau gak ada arus mengalir melewati sumber, maka beda potensial

sepanjang sumber itu sama aja dengan GGL rangkaian terbuka sumber,

karena kan gak ada tegangan jatuh gara-gara arus lewat ke hambatan

dalam. Tapi, kalau arusnya ngalir di rangkaian luar, arus yang sama juga

bakalan mengalir di dalam sumber dan tegangan bakalan jatuh sebesar Vin

= I. Rint. Jatuh tegangan ini terjadi di sepanjang hambatan dalam Rint.

Akibatnya, tegangan yang ada pada rangkaian adalah E – I.Biasanya

sumber GGL itu ya baterai. Baterai memakai gaya kimia dan karenanya

energi kimia inilah yang dipakai untuk memaksa arus melewati baterai

dari katoda ke anoda.

2.4. Kopel

Torsi (Kopel):

Jika jari-jari jangkar dari generator DC sebesar r mendapat gaya F makakerja

yang dilakukan oleh gaya F dalam satu putaran adalah :

W = F x jarak

W = F 2πr

Kerja yang dilakukan oleh gaya F dalam putaran per detik adalah :

W = F 2πr n = F r 2πn

W = Ta2πn = Ta ωm

W = Ta2πN/60

dimana :

W = kerja yang dilakukan oleh kumparan jangka

F = Gaya (Newton)

r = jari-jari jangkar

N = Putaran jangkar (rpm = rotasi per menit)

n = Putaran jangkar (rpd = rotasi per detik )

Ta= Torsi Jangkar (Nm) = F r

ωm= Kec. Putar mekanik ( rpd) = 2πn

Adapun besar kerja yang dilakukan oleh putaran jangkar per detik (ω)

adalahsebanding dengan daya jangkar dapat ditulis :

W = Pa= EaIa

Dengan demikian dapat ditulis :

Dimana :

Ta= torsi jangkar (Nm)

n = putaran jangkar

Seperti yang telah diuraikan sebelumnya bahwa ggl induksi jangkar dapat

ditulis:

Dimana :

Ta = Torsi jangkar (Nm)

Φ = Fluks (weber)

Z = jumlah penghantar kumparan jangkar

a = jumlah kumparan parallel

N = Putaran jangkar

2.5. Distribusi Fluks

Fungsi distribusi dilakukan oleh badan usaha atau perorangan sejak

pengumpulan barang dengan jalan membelinya dari produsen untuk disalurkan ke

konsumen, berdasarkan hal tersebut maka fungsi distribusi terbagi atas:

1. Fungsi pertukaran, dimana kegiatan pemasaran atau jual beli barang atau

jasa yang meliputi pembelian, penjualan, dan pengambilan resiko (untuk

mengatasi resiko bisa dilakukan dengan menciptakan situasi dan kondisi

pergudangan yang baik, mengasuransikan barang dagangan yang akan dan

sedang dilakukan).

2. Fungsi penyediaan fisik, berkaitan dengan menyediakan barang dagangan

dalam jumlah yang tepat mencakup masalah pengumpulan, penyimpanan,

pemilahan, dan pengangkutan.

3. Fungsi penunjang, ini merupakan fungsi yang berkaitan dengan upaya

memberikan fasilitas kepada fungsi-fungsi lain agar kegiatan distribusi

dapat berjalan dengan lancar, fungsi ini meliputi pelayanan, pembelanjaan,

penyebaran informasi, dan koordinasi.

Definisi fluks yaitu garis-garis gaya (magnet dan listrik). Dalam optika,

fluks berarti berkas cahaya yang menembus luas permukaan. Fluks cahaya

menyatakan energi per satuan waktu, dinyatakan dalam satuan lumen atau

intensitas cahaya. Fluks atau garis-garis gaya magnet dan listrik, merupakan garis

khayal di sekitar magnet dan muatan listrik yang dapat menentukan besar kuat

medan magnet dan medan listrik.

Di dalam magnet, arah fluks magnet dari kutub Selatan (KS) menuju kutub

utara (KU), sedangkan di luar magnet, dari kutub utara (KU) menuju kutub

selatan (ks). arah fluks listrik adalah darimuatan positif (+) menuju muatan negatif

(-)

2.6. Derajat Listrik

Pengertian dan hubungan antara derajat listrik dengan derajat mekanik

dapat dijelaskan sebagai berikut :

Jika kumparan pada Gambar 1 berputar satu keliling

(360o perputaran mekanik), maka tegangan yang

dihasilkan kumparan akan menyelesaikan satu

gelombang penuh (satu siklus) seperti pada Gambar 2.

Apa yang terjadi bila jumlah kutubnya diperbanyak menjadi empat buah

atau dua pasang kutub seperti pada Gambar 3 dan kumparannya diputar satu

putaran (360o perputaran mekanik).

Tegangan yang dihasilkan menjadi dua siklus (dua gelombang penuh) atau 720o

(Gambar 4).

Besar sudut yang ditempuh oleh tegangan yang dihasilkan akibat

perputaran kumparan diantara kutub-kutub magnet (medan magnet) inilah yang

disebut dengan derajat listrik.

Sedangkan sudut yang ditempuh oleh perputaran kumparan disebut dengan

derajat mekanik. Dari kedua fenomena di atas dapat ditarik kesimpulan sebagai

berikut :

Jika kumparan berputar satu putaran (360o) pada suatu

medan magnet yang memiliki satu pasang kutub, maka

gelombang tegangan induksi yang dihasilkan menempuh 3600

listrik.

Sedangkan bila kumparan berputar satu putaran (360o) pada

suatu medan magnet yang memiliki dua pasang kutub, maka gelombang tegangan

induksi yang dihasilkan menempuh 720 o listrik.

Hubungan antara derajat mekanik dengan derajat

listrik dapat dituliskan sebagai berikut :

Θe = p . Θm –> Dimana : Θe = derajat listrik ;

Θm = derajat mekanik ; p = jumlah pasang kutub

Dari persamaan di atas dapat diketahui, bahwa untuk menghasilkan tegangan satu

gelombang penuh diperlukan 1 / p kali putaran kumparan.

Jika kumparan berputar dengan kecepatan n putaran per menit (rpm), atau n/60

putaran per detik, maka banyaknya gelombang penuh yang terjadi setiap

detiknya atau lebih dikenal dengan frekuensi adalah : f = (p.n) / 60 –>

Dimana : f = frekuensi (Herzt) ; p = jumlah pasang kutub ; n = jumlah putaran

per menit (rpm)

2.7. Frekuensi

Definisi frekuensi adalah berkali-kali atau berulang-ulang kali. Frekuensi

adalah Jumlah suatu getaran atau putaran setiap waktu. Disebut bilangan getar.

Misalnya benda bergetar 60 kali setiap detik, maka dikatakan frekuensi benda

tersebut 60 getaran / detik. Jika benda berputar 60 kali setiap detik, maka

dikatakan frekuensi benda tersebut 60 putaran / detik. Satuan frekuensi dapat

dinyatakan sebagai berikut :

Getaran / detik = hertz (hz)

Putaran / detik = cycles per second (cps)

Putaran / menit = cycles per minute (cpm)

Untuk frekuensi yang besar digunakan sataun : kilohertz (kHz) atau Megahertz

(MHz)

1 kilohertz (kHz) = 103 hertz (Hz

1 Megahertz (MHz) = 106 hertz (Hz)

Beberapa besaran lain dari frekuensi, yaitu:

1. Kilohertz(KHz) ribu siklus

2. Megahertz(Mhz) juta siklus

3. gigahertz(GHz) milyar siklus

4. Terahertz(THz) ribu milyar siklus

Secara umum wireless bekerja pada frekuensi 2,4-2,483GHz. Frekuensi ini

di dunia internasional dikenal dengan frekuensi bebas yang biasanya digunakan

untuk keperluan riset pada bidang medis dan industri, selain itu frekuensi ini juga

banyak digunakan untuk keperluan komunikasi lainnya, seperti microwave serta

alat-alat komunikasi wireless lainnya.

Frekuensi radio menunjuk ke spektrum elektromagnetik di mana

gelombang elektromagnetik dapat dihasilkan oleh pemberian arus bolak-balik ke

sebuah antena.

BAB III

MEMAHAMI TRANSFORMATOR

3.1. Teori Dasar Transformator

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan

danmerubah energi listrik dari atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik

yanglain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-

elektromagnet.

Transformator dapat dikelompokkan berdasarkan :

1. Frekwensi

frekwensi daya ( 50–60 c/s)

frekwensi pendengaran (50 c/s20 kc/s)

frekwensi radio (di atas 30 kc/s)

2. Pemakaian di bidang tenaga listrik

Transformator daya- Transformator distribusi

Transformator pengukuran ( transformator arus dan trafo

tegang

3.2. Trafo

Berbeban dan Tanpa Beban

3.2.1. Keadaan Transformator Berbeban

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, I2 mengalir

padakumparan sekunder. Arus I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet N2 I2

yang cenderung menentang fluks bersama (ΦM ) sebagai akibat arus pemagnetan

(IM) Agar ΦM tidak berubah, pada kumparan primer harus mengalir :

Prinsip trafo adalah induksi medan magnet yang ditimbulkan oleh

kumparan primer melalui inti besi (kern) dan menginduksi kumparan sekunder

sehingga timbul tegangan pada ujung2 kumparan sekunder. Bila sekunder nya

diberi beban maka akan timbul arus listrik dan sekunder mengeluarkan daya

sehingga pada primer arus akan mengalir lebih besar.

3.2.2. Keadaan Transformator Tanpa Beban

:

Bila kumparan primer suatu tranformator dihubungkan dengan sumber

teganganV1 yang sinusoida maka akan mengalir arus primer I0 yang juga

sinusoida dandengan menganggap belitan N1 reaktif murni maka I0 akan

tertinggal 900 dari V1.

Arus primer I0 menimbulkan fluks (Φ) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoida :

Φ=Φmaks sin ωt

Fluks sinusoida ini akan menghasilkan tegangan induksi e1(Hukum Faraday)

= 4.44 N1f Φmaks

Pada rangkaian skunder, fluks(Φ) bersama menimbulkan ;

e2 = - N2

e 2 = - N2ωΦmaks Cos ωt

E2= 4.44 N2fΦmaks

Bila kumparan primer transformator dihubungkan dengan sumber

tegangan V1 yang sinusoid maka akan mengalir arus primer Io yang juga sinusoid

dan dengn menganggap belitan N1 reaktif murni, Io akan tertinggal 90o dari V1

dan fluks sefasa dengn Io. Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks

bocor: Arus primer Io yang mengalir dalam kenyataannya bukan merupakan arus

induktif murni, tapi terdiri atas komponen:

Komponen arus pemagnetan (Im)

Komponen arus rugi tembaga (Ic

3.3. Faktor daya

3.3.1. Daya

Secara umum, pengertian daya adalah energi yang dikeluarkan untuk

melakukan usaha. Dalam sistem tenaga listrik, daya merupakan jumlah energi

listrik yang digunakan untuk melakukan usaha. Daya listrik biasanya dinyatakan

dalam satuan Watt.

P = VI

Terdapat tiga macam daya yaitu :

1. Daya aktif (P)

Daya aktif adalah daya yang terpakai untuk melakukan usaha atau energi

sebenarnya. Satuan daya aktif adalah watt.

P1Φ = V I cos φ

2. Daya reaktif (Q)

Daya Reaktif (reactive power) adalah daya yang di suplai oleh komponen

reaktif. Satuan daya reaktif adalah VAR.

Q1Φ = V I sin φ

3. Daya semu (S)

Daya semu (apparent power) adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian

antara tegangan rms (Vrms) dan arus rms (Irms) dalam suatu jaringan atau daya

yang merupakan hasil penjumlahan trigonometri antara daya aktif dan daya

reaktif. Satuan daya nyata adalah VA.

3.3.2. Faktor Daya

Faktor daya yang dinotasikan sebagai cos φ didefinisikan sebagai

perbandingan antara arus yang dapat menghasilkan kerja didalam suatu rangkaian

terhadap arus total yang masuk kedalam rangkaian atau dapat dikatakan sebagai

perbandingan daya aktif (kW) dan daya semu (kVA). Daya reaktif yang tinggi

akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih

rendah. Faktor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu

.

Dalam sistem tenaga listrik dikenal 3 jenis faktor daya yaitu faktor daya

unity, faktor daya terbelakang (lagging) dan faktor daya terdahulu (leading) yang

ditentukan oleh jenis beban yang ada pada sistem.

3.3.2.1. Fak

tor Daya Unity

Faktor daya unity adalah keadaan saat nilai cos φ adalah satu dan tegangan

sephasa dengan arus. Faktor daya Unity akan terjadi bila jenis beban adalah

resistif murni

Gambar 1 Arus sephasa Dengan Tegangan

Pada Gambar terlihat nilai cos φ sama dengan 1, yang menyebabkan jumlah daya

nyata yang dikonsumsi beban sama dengan daya semu.

3.3.2.2. Fak

tor Daya Terbelakang (Lagging)

Faktor daya terbelakang (lagging) adalah keadaan faktor daya saat

memiliki kondisi-kondisi sebagai berikut :

1. Beban/ peralatan listrik memerlukan daya reaktif dari sistem atau beban

bersifat induktif.

2. Arus (I ) terbelakang dari tegangan (V), V mendahului I dengan sudut φ

Gambar 2 Arus tertinggal dari tegangan sebesar sudut φ

Dari Gambar terlihat bahwa arus tertinggal dari tegangan maka daya reaktif

mendahului daya semu, berarti beban membutuhkan atau menerima daya reaktif

dari sistem.

3.3.2.3. Fak

tor Daya Mendahului (Leading)

Faktor daya mendahului (leading) adalah keadaan faktor daya saat memiliki

kondisi-kondisi sebagai berikut :

1. Beban/ peralatan listrik memberikan daya reaktif dari sistem atau beban

bersifat kapasitif.

2. Arus mendahului tegangan, V terbelakang dari I dengan sudut φ

Gambar 3 Arus Mendahului Tegangan Sebesar Sudut φ

Dari Gambar terlihat bahwa arus mendahului tegangan maka daya reaktif

tertinggal dari daya semu, berarti beban memberikan daya reaktif kepada sistem.

3.4. Rangkaian Ekivalen Trofo

Bahwa tidak semua fluks (Φ) yang dihasilkan oleh arus pemagnetan

IMmerupakan fluks bersama (ΦM) karena sebagian darinya hanya

mencakupkumparan primer (Φ1) atau kumparan sekunder (Φ2) saja. Dalam

rangkaianekivalen yang digunakan untuk menganalisa kerja suatu transformator,

adanyafluks bocor ini (Φ1 danΦ2) ditunjukkan sebagai reaktansi X1 dan X2

sedangkanrugi tahanan ditunjukkan dengan R1 dan R2.Model rangkaian ekivalen.

Persamaan ini mengandung pengertian bahwa apabila parameter

rangkaiansekunder dinyatakan dalam harga rangkaian primer, maka harganya

perludikalikan dengan faktor a2

Sehingga rangkaiannya menjadi

3.5. Pemgukuran transformator

3.6. Rugi-rugi dan Efisiensi Trafo

3.6.1. Rugi-Rugi

3.6.1.1. Rugi tembaga (Pcu)

Rugi tembaga adalah rugi yang disebabkan oleh arus beban yang mengalir

pada kawat tembaga, dapat ditulis:

Pcu= I2R

Karena arus beban berubah-ubah maka rugi tembaga juga tidak

konstantergantung pada beba

3.6.1.2. Rugi Besi (Pi)

Rugi besi terdiri dari :

1. Rugi Histeresis

rugi yang disebabkan oleh fluks bolak-balik pada inti besi,

dinyatakandengan:

Ph= Khf Bmaks

2. Rugi arus Eddy

Rugi yang disebabkan oleh arus pusar pada inti besi, dirumuskan :

Pe= Kef2B2 maks

Kh, Ke= konstanta

Bmaks= fluks maksimum

Sehingga rugi besi (rugi inti) adalah :

Pi= Ph+ Pe

3.6.2. Efisiensi

Efisiensi dinyatakan sebagai:

3.7. Kerja Parallel Trafo

Pertambahan beban pada suatu saat menghendaki adanya kerja paralel

diantaratranformator. Tujuan kerja paralel adalah agar beban yang dipikul

sebandingdengan kemampuan KVA masing-masing transformator sehingga tidak

terjadipembebanan lebih dan pemanasan lebih

Syarat kerja paralel :

1. Perbandingan tegangan harus sama jika perbandingan ≠ → tegangan

induksi pada kumparan sekunder ≠ →menyebabkan terjadi arus pusar pada

kumparan sekunder ketika dibebani→ timbul panas pada kumparan

sekunder

2. Polaritas transformator harus sama

3. Tegangan impedansi pada keadaan beban penuh harus sama

4. Perbandingan reaktansi terhadap tahanan sebaiknya samaApabila

perbandingan R/X sama maka kedua transformator akan bekerjapada

faktor kerja yang sama

3.8. Trafo Tiga Fasa

Transformator tiga phasa digunakan karena pertimbangan ekonomi.

Inidikarenakan pemakaian inti besi pada transformator tiga phasa lebih

sedikitdibandingkan dengan pemakaian tiga buah transformator phasa tunggal.

BAB IVGENERATOR DC

4.1. Teori Dasar Generator DC

4.1.1. Pengertian Generator DC

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang

mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.Generator DC menghasilkan arus

DC / arus searah.Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan

dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker),

jenis generator DC yaitu:

1. Generator penguat terpisah

2. Generator shunt

3. Generator kompon

Dua bagian utama generator arus searah yakni :

1. Rotor adalah bagian generator yang berputar, terdiri dari :

Poros jangkar

Inti jangkar

Komutator

Kumparan jangkar

2. Motor adalah bagian generator yang tidak berputar, terdiri dari :

Kerangka generator

Kutub utama dengan belitannya

Kutub pembantu dengan belitannya

Bantalan poros

Sikat

Persamaan dalam perhitungan generator arus searah

Ea = V + Ia Ra

Ea = (Ø Z N/60) x (P/a)

Dimana :

Ea = Gaya gerak listirk yang dibangkitkan pada jangkar generator

V = Tegangan terminal generator yang diberikan

Ia = Arus jangkar

Ra = Tahanan jangkar

Ø = Fluks per kutub

Z = Jumlah konduktor

N = Kecepatan putaran (rpm)

a = Jumlah kutub

4.1.2. Konstruksi Generator DC

Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet

permanent dengan 4.kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap

beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis,

serta bagian rotor.

Gambar 1 menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.

Gambar 1. Konstruksi Generator DC

Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang

diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar.Bagian stator terdiri

dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box.

Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros

rotor.

Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah

sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodic / berkala.

Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan

serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator, gunakan amplas halus untuk

membersihkan noda bekas sikat arang.

4.1.3. Prinsip kerja Generator DC

Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui

dua cara:

dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi

bolak-balik.

dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.

Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada

Gambar 2 dan Gambar 3.

Gambar 2. Pembangkitan Tegangan Induksi.

Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi

perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan

menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor

menempati posisi seperti Gambar 2 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi perpotongan

medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada

Gambar 2.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak

adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor.

Daerah medan ini disebut daerah netral.

Gambar 3.Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator.

Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin

(disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 3.(1), maka

dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan

rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 3.(2) dengan dua

belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positip.

Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi

bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah

tegangan AC.

Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC,

sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi

(arus penguat medan).

4.1.4. Cara Kerja Sistem Pengisian Generator Dc

4.1.4.1. Saat Tegangan Kurang dari Tegangan Baterai

Pada saat mesin mati atau tegangan yang dihasilkan generator DC kurang

dari baterai, posisi kontakcutout relay terbuka, kontak current regulator tertutup

dan voltage regulator tertutup. Bila mulai hidup listrik yang dihasilkan masih

kecil sebab kemangnetan masih kecil, listrik yang dihasilkan generator dialirkan

kefield coil, kontak current regulator, kontak voltage regulator dank e

massa. Kemagnetan field coil semakin kuat.

4.1.4.2. Saat Tegangan Generator Lebih Besar dari Tegangan Baterai (Kerja Cut Out Relay)

Semakin kuatnya magnet pada field coil menyebabkan tegangan yang

dihasilkan generator (A) semakin besar. Besarnya tegangan tersebut menyebabkan

kemagnetan cutout relay yang dihasilkan dari shunt winding semakin kuat,

sehingga mampu menarik kontak cutout relay sehingga berhubungan.

4.1.4.3. Saat Arus Berlebihan (Kerja Current Regulator)

Berhubunganya kontak cutout relay akan mengalirkan listrik yang

dihasilkan generator ke baterai dan beban.  Aliran listrik mengalir melalui lilitan

pada current regulator, semakin besar aliran listrik semakin kuat kemagnetan

yang dihasilkan, sehingga mampu menarik kontak current regulator sehingga

terbuka.  Terbukanya kontak current regulator menyebabkan aliran listrik

pada field koil terputus, kemagnetan berkurang dan listrik yang dihasilkan

generator berkurang, arus listrik berkurang. Demikian seterusnya sehingga arus

listrik yang dihasilkan  stabil.

4.1.4.4. Saat Tegangan Berlebihan (Kerja Voltage Regulator)

Bila tegangan yang dihasilkan generator berlebihan maka arus yang

mengalir ke lilitan voltage regulator semakin besar, kemagnetan semakin kuat,

sehingga mampu menarik kontak voltage regulator. Kontakvoltage

regulator terbuka, menyebabkan aliran listrik pada field coil terputus, kemagnetan

berkurang dan listrik yang dihasilkan generator berkurang, tegangan listrik yang

dihasilkan berkurang. Demikian seterusnya sehingga tegangan listrik yang

dihasilkan  stabil.

 

Sistem pengisian generator DC pada saat ini sudah jarang

digunakan. Beberapa kelemahan sehingga tidak digunakan antara lain:

Ukuran generator lebih besar dibandingkan altenator untuk daya yang

sama

Diperlukan pemutus arus ke baterai saat generator belum bekerja (cut

out),  pada altenator menggunkan diode

Usia sikat lebih pendek sebab sikat berhubungan dengan komutator yang

kontruksinya bergaris-garis, sedangkan pada altenator menggunakan slip

ring.

4.1.5. Macam - Macam Gangguan Generator dan Akibatnya

Dalam suatu operasi sistem tenaga listrik, terdapat banyak sekali kondisi

yang mempengaruhi kinerja dari komponen-komponen yang ada didalamnya.

Kondisi-kondisi tersebut dapat berupa kondisi normal (berbeban, tanpa beban, dll)

dan juga kondisi tak normal (gangguan). Salah satu komponen sistem tenaga

listrik yang kinerjanya berpengaruh jika sedang dalam kondisi gangguan adalah

generator.

  Gangguan yang terdapat pada generator ada banyak jenis. Secara umum,

gangguan pada generator dapat diklasifikasikan menjadi 3 jenis, yaitu : 

4.1.5.1. Gangguan Listrik (Electrical Fault)

Jenis gangguan ini adalah gangguan yang timbul dan terjadi pada bagian-

bagian listrik dari generator. Gangguan-gangguan tersebut antara lain :

1. Hubung Singkat 3 (Tiga) Fasa

    Terjadinya arus lebih pada stator yang dimaksud adalah arus lebih yang

timbul akibat terjadinya hubungan singkat tiga fasa (three phase fault). Gangguan

ini akan menimbulkan loncatan bunga api dengan suhu tinggi yang akan

melelehkan belitan dengan resiko terjadinya kebakaran jika isolasi tidak terbuat

dari bahan yang anti api (non flammable).

2. Hubung Singkat 2 (Dua) Fasa

    Gangguan hubung singkat 2 fasa (unbalance fault) lebih berbahaya

dibanding gangguan hubung singkat tiga fasa (balance fault) karena disamping

akan terjadi kerusakan pada belitan, akan timbul pula vibrasi pada kumparan

stator. Kerusakan lain yang timbul adalah pada poros (shaft) dan kopling turbin

akibat adanya momen puntir yang besar.

3. Stator Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah ( Stator Ground Fault )

   Kerusakan akibat gangguan 2 fasa atau antara konduktor kadang-kadang masih

dapat diperbaiki dengan menyambung (taping) atau mengganti sebagian

konduktor tetapi kerusakan laminasi besi (iron lamination) akibat gangguan 1 fasa

ketanah yang menimbulkan bunga api dan merusak isolasi dan inti besi adalah

kerusakan serius yang perbaikannya dilakukan secara total. Gangguan jenis ini

meskipun kecil harus segera diproteksi. 

Stator Terhubung Singkat ke Tanah

4. Rotor Hubung Tanah ( Field Ground )

    Pada rotor generator yang belitannya tidak dihubungkan ketanah (un-

grounded system), bila salah satu sisi terhubung ketanah belum menjadikan

masalah. Tetapi apabila sisi lainnya kemudian terhubung ketanah, sementara sisi

sebelumnya tidak terselesaikan maka akan terjadi kehilangan arus pada sebagian

belitan yang terhubung singkat melalui tanah. Akibatnya terjadi ketidak-

seimbangan fluksi yang menimbulkan vibrasi yang berlebihan dan  kerusakan

fatal pada rotor. 

5. Kehilangan Medan Penguat ( Loss of Excitation )

  Hilangnya medan penguat akan membuat putaran mesin naik dan

berfungsi sebagai generator induksi. Kondisi ini akan berakibat pemanasan Iebih

pada rotor dan pasak (slot wedges), akibat arus induksi yang bersirkulasi pada

rotor.

Kehilangan medan penguat dapat dimungkinkan oleh :

Jatuhnya (trip) saklar penguat .

Hubung Singkat pada belitan  penguat.

Kerusakan kontak-kontak sikat arang pada sisi penguat.

Kerusakan pada sistem AVR.

6. Tegangan Lebih (Over Voltage)

  Tegangan yang berlebihan melampaui batas maksimum yang diijinkan

dapat berakibat tembusnya (breakdown) desain isolasi yang akhirnya akan

menimbulkan hubungan singkat antara belitan. Tegangan lebih dapat dimung-

kinkan oleh mesin putaran lebih (overspeed) atau kerusakan pada pengatur

tegangan otomatis  (AVR). 

4.1.5.2. Ganguan Mekanis/Panas (Mechanical or Thermal Fault)

Jenis-jenis gangguan mekanik atau panas antara lain:

1. Generator Berfungsi Sebagai Motor ( Motoring )

    Motoring adalah peristiwa berubah fungsinya generator menjadi motor

akibat daya balik (reverse power). Daya balik terjadi disebabkan oleh turunnya

daya masukan dari penggerak utama (prime mover) . Dampak kerusakan akibat

peristiwa motoring adalah lebih kepada penggerak utama itu sendiri . Pada turbin

uap peristiwa motoring akan mengakibatkan pemanasan lebih pada sudu-sudunya,

kavitasi pada sudu-sudu turbin air, dan ketidakstabilan pada turbin gas.

2. Pemanasan Lebih Setempat

    Pemanasan lebih setempat pada sebagian stator dapat dimungkinkan oleh :

Kerusakan laminasi

Kendornya bagian-bagian tertentu didalam generator seperti: pasak-pasak

stator (stator wedges), terminal ujung-ujung belitan, dsb.

3. Kesalahan Paralel

    Kesalahan dalam memparalel generator karena syarat-syarat sinkron tidak

terpenuhi dapat mcngakibatkan kerusakan pada bagian poros dan kopling

generator dan penggerak utamanya karena terjadinya momen puntir.

Kemungkinan kerusakan lain yang timbul kerusakan PMT dan kerusakan pada

kumparan stator akibat adanya kenaikan tegangan sesaat.

4. Gangguan Pendingin Stator

  Gangguan pada media sistem pendingin stator (pendingin dengan media  udara,

hidrogen atau air) akan menyebabkan kenaikan suhu belitan stator. Apabila suhu

belitan melampaui batas ratingnya akan berakibat kerusakan belitan.

4.1.5.3. Gangguan Sistem (System Fault)

  Generator dapat terganggu akibat adanya gangguan yang datang atau

terjadi pada sistem. Gangguan-gangguan sistem yang umumnya terjadi antara

lain: 

1. Frekuensi Operasi Yang Tidak Normal ( Abnormal Frequency Operation )  

    Perubahan frekuensi keluar dari batas-batas normal di sistem dapat

berakibat ketidakstabilan pada turbin generator. Perubahan frekuensi sistem dapat

dimungkinkan oleh tripnya unit-unit pembangkit atau penghantar (transmisi). 

2. Lepas Sinkron ( Loss of Synchron )

    Adanya gangguan di sistem akibat perubahan beban mendadak, switching,

hubung singkat dan peristiwa yang cukup besar akan menimbulkan

ketidakstabilan sistem. Apabila peristiwa ini cukup lama dan melampaui batas-

batas ketidakstabilan generator, generator akan kehilangan kondisi paralel.

    Keadaan ini akan menghasilkan arus puncak yang tinggi dan

penyimpangan frekuensi operasi keluar dan yang seharusnya sehingga akan

menyebabkan terjadinya stress pada belitan generator, gaya puntir yang

berfluktuasi dan resonansi yang akan merusak turbin generator. Pada kondisi ini

generator harus dilepas dari sistem.

3. Pengaman Cadangan ( Back Up Protection )

    Kegagalan fungsi proteksi didepan generator pada saat  terjadi gangguan

di sistem akan menyebabkan gangguan masuk dan dirasakan oleh generator.

Untuk ini perlu pemasangan pengaman cadangan.

4. Arus Beban Kumparan Yang Tidak Seimbang ( Unbalance Armature

Current)

   Pembebanan yang tidak seimbang pada sistem atau adanya gangguan satu

fasa dan dua fasa pada sistem yang menyebabkan beban generator tidak seimbang

dan menimbulkan arus urutan negatif. Arus urutan negatif yang melebihi akan

menginduksikan arus medan yang berfrekuensi rangkap dengan arah berlawanan

dengan putaran rotor dan akan menginduksikan arus pada rotor yang akan

menyebabkan adanya pemanasan lebih dan kerusakan pada bagian-bagian

konstruksi rotor.

4.2. Macam-Macam Belitan

4.2.1. Jangkar Generator DC

Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur.

Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi.Pada umumnya

jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik dengan

permiabilitas yang cukup besar.

Permiabilitas yang besar diperlukan agar lilitan jangkar terletak pada derah

yang induksi magnetnya besar, sehingga tegangan induksi yang ditimbulkan juga

besar.Belitan jangkar terdiri dari beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur

jangkar.Tiap-tiap kumparan terdiri dari lilitan kawat atau lilitan batang.

Gambar 4.Jangkar Generator DC.

4.2.2. Reaksi Jangkar

Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah

generator saat tanpa beban disebut Fluks Medan Utama (Gambar 5).Fluks ini

memotong lilitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi.

Gambar 5. Medan Eksitasi Generator DC

Bila generator dibebani maka pada penghantar jangkar timbul arus

jangkar.Arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada penghantar jangkar

tersebut dan biasa disebut FIuks Medan Jangkar (Gambar 6).

Gambar 6:Medan Jangkar dari Generator DC (a) dan Reaksi Jangkar (b).

Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak

disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak di

sebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan

medan jangkar ini disebut reaksi jangkar.

Reaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus pada

garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut α. Dengan kata lain, garis netral akan

bergeser. Pergeseran garis netral akan melemahkan tegangan nominal generator.

Untuk mengembalikan garis netral ke posisi awal, dipasangkan medan magnet

bantu (interpole atau kutub bantu), seperti ditunjukkan pada Gambar 7.(a).

Gambar 7.Generator dengan Kutub Bantu (a) dan Generator Kutub Utama, Kutub

Bantu, Belitan Kompensasi (b).

Lilitan magnet bantu berupa kutub magnet yang ukuran fisiknya lebih

kecil dari kutub utama. Dengan bergesernya garis netral, maka sikat yang

diletakkan pada permukaan komutator dan tepat terletak pada garis netral n juga

akan bergeser. Jika sikat dipertahankan pada posisi semula (garis netral), maka

akan timbul percikan bunga api, dan ini sangat berpotensi menimbulkan

kebakaran atau bahaya lainnya.

Oleh karena itu, sikat juga harus digeser sesuai dengan pergeseran garis

netral. Bila sikat tidak digeser maka komutasi akan jelek, sebab sikat terhubung

dengan penghantar yang mengandung tegangan. Reaksi jangkar ini dapat juga

diatasi dengan kompensasi yang dipasangkan pada kaki kutub utama baik pada

lilitan kutub utara maupun kutub selatan, seperti ditunjukkan pada gambar 7 (a)

dan (b), generator dengan komutator dan lilitan kompensasinya.

Kini dalam rangkaian generator DC memiliki tiga lilitan magnet, yaitu:

lilitan magnet utama

lilitan magnet bantu (interpole)

lilitan magnet kompensasi

4.2.3. Jenis-jenis Belitan Jangkar

4.2.3.1. Belitan Jerat (Lap Winding)

      a = p

4.2.3.2. Belitan Gelombang (Wave Winding)

     a = 2

    Dimana :

    p = jumlah pasangan

    a = jumlah kutub

4.3. Macam-macam Generator DC

4.3.1. Generator Penguat Terpisah

Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak

terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator penguat

terpisah, yaitu:

1. Penguat elektromagnetik (Gambar 8.a)

2. Magnet permanent / magnet tetap (Gambar 8.b)

Gambar 8.Generator Penguat Terpisah.

Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur

melalui pengaturan tegangan eksitasi.Pengaturan dapat dilakukan secara

elektronik atau magnetik.Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari luar

yang dimasukkan melalui belitan F1-F2.

Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output

generator yang konstan dari terminal rotor A1-A2. Karakteristik tegangan V

relatif konstan dan tegangan akan menurun sedikit ketika arus beban I dinaikkan

mendekati harga nominalnya.

Karakteristik Generator Penguat Terpisah

Gambar 9. Karakteristik Generator Penguat Terpisah

Gambar 9 menunjukkan:

a. karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie 100%) dan

saat eksitasi setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus eksitasi, I adalah arus

beban.Tegangan output generator akan sedikit turun jika arus beban

semakin besar.

b. Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar.

c. Perurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar,

selanjutnya mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan

magnet, sehingga tegangan induksi menjadi kecil.

4.3.2. Generator Shunt

Pada generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel dengan

rotor (A1-A2). Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat

pada medan magnet stator. Rotor berputar dalam medan magnet yang lemah,

dihasilkan tegangan yang akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai

tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2

diatur oleh tahanan geser. Makin besar arus eksitasi shunt, makin besar medan

penguat shunt yang dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai

mencapai tegangan nominalnya. Diagram rangkaian generator shunt dapat dilihat

pada Gambar 10.

Gambar 10. Diagram Rangkaian Generator Shunt

Jika generator shunt tidak mendapatkan arus eksitasi, maka sisa

megnetisasi tidak akan ada, atau jika belitan eksitasi salah sambung atau jika arah

putaran terbalik, atau rotor terhubung-singkat, maka tidak akan ada tegangan atau

energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut.

Karakteristik Generator Shunt

Gambar 11.Karakteristik Generator Shunt.

Generator shunt mempunyai karakteristik seperti ditunjukkan pada

Gambar 11. Tegangan output akan turun lebih banyak untuk kenaikan arus beban

yang sama, dibandingkan dengan tegangan output pada generator penguat

terpisah.

Sebagai sumber tegangan, karakteristik dari generator penguat terpisah dan

generator shunt tentu kurang baik, karena seharusnya sebuah generator

mempunyai tegangan output yang konstan, namun hal ini dapat diperbaiki pada

generator kompon.

4.3.3. Generator Kompon

Generator kompon mempunyai dua penguat eksitasi pada inti kutub utama

yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt, dan lainnya

merupakan penguat seri.Diagram rangkaian generator kompon ditunjukkan pada

Gambar 12. Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak di depan belitan shunt.

Gambar 12. Diagram Rangkaian Generator Kompon

Karakteristik Generator Kompon

Gambar 13. Karakteristik Generator Kompon

Gambar 13 menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan

output generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus

eksitasi penuh maupun eksitasi 50%. Hal ini disebabkan oleh adanya penguatan

lilitan seri, yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar.

Jadi ini merupakan kompensasi dari generator shunt, yang cenderung tegangannya

akan turun jika arus bebannya naik.

 

4.4. Komponen-komponen Penyusun Generator DC

4.4.1. Piringan Tutup

Piringan tutup pada ujung-ujung rumah sebagai dudukan bantalan-

bantalan sebagai tempat berputarnya armatur. Bantalan yang terpasang pada plat

penutup untuk menahan beban torsi dari sabuk penggerak. Tutup bagian belakang

mempunyai lubang pelumasan untuk memasukan oli pelumas.Sikat arang

dipasang pada tutup bagian belakang.

4.4.2. Pul Kumparan Medan / Sepetu-Sepatu Kutub

Pul kumparan medan yang biasa disebut sepatu-sepatu kutup dikonstruksi

dari besituang. Pada bagian dalam dibentuk cekung untuk menyesuaikan bentuk

kontur bulat dari armatur dan mengurangi haambatan magnetik dari jarak udara.

Ujung-ujungnya diperpanjang sebagai dudukan kumparan medan. Kutup-kutup

magnet dipasangkan dengan baut pada rumah generator.

4.4.3. Kumparan Medan

Kumparan medan digulung dengan kawat yang berukuran kecil; dengan

tahananr elatif besar. Kumparan medan digulung dengan bentuk yang sesuai,

diisolasi dan dibentuk yang sesuai dengan kontur rumah dan digulung pada kutup-

kutup magnet.

4.4.4. Armatur/Anker

Armatur/Anker dinamo dikonstruksi dari plat-plat yang disusun berlapis-

lapis yang disatukan dalam satu poros dan mempunyai alur-alur sebagai tempat

kumparan.Kumparan dapat digulung langsung pada alur-alur membentuk

gulungan/kumparan armatur/anker.

4.4.5. Komutator

Komutator terdiri dari segmen-segmen dari tembaga, dibentuk irisan

memanjang searah dengan poros, masing-masing diisolasi satu dengan yang

lainnya dan dengan poros diisolasi oleh mika atau phenolic resin.Komutator

dipres pada poros anker.Kumparan anker dihubungkan ke komutator untuk

membentuk hubungan/rangkaian kontinyu.Komutator berfungsi untuk

menyearahkan arus induksi bolak-balik dalam kumparan anker menjadi arus

searah untuk digunakan ke beban kelistrikan kendaraan.

4.4.6. Rumah Sikat dan Arang Sikat

Sikat arang digunakan untuk menghubungkan hubungan antara

armatur/anker dengan rangkaian luar.Sikat arang dapat bergesek dengan baik

dengan komutator dengan bantuan pegas dan rumah sikat.Hubungan antara sikat-

sikat arang dan rangkaian luar adalah dengan kabel tembaga fleksibel.

4.4.7. Kipas Pendingin

  Kipas pendingin terletak di bagian depan dan menyatu dengan puli

penggerak mengalirkan udara pendingin ke dalam generator.

4.5. Generator Berbeban dan Tanpa Beban

4.5.1. Generator Berbeban

Bila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan

terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan

pada:

1. Resistansi Jangkar

Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegangan

jatuh/fasa dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar.

2. Reaktansi Bocor Jangkar

Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang

terjaditidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini

disebut“fluks bocor”.

3. Reaksi Jangkar

Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator

dibebani akan menimbulkan fluks jangkar (ΦA) yang berintegrasi dengan

fluks yangdihasilkan pada kumparan medan rotor (ΦF), sehingga akan

dihasilkan suatu fluks resultan sebesar

Tiga macam sifat beban jika dihubungkan dengan generator, yaitu : beban

resistif, beban induktif, dan beban kapasitif. Akibat pembeban ini akan

berpengaruh terhadap tegangan beban dan faktor dayanya. Gambar 4

menunjukkan jika beban generator bersifat resistif mengakibatkan penurunan

tegangan relatif kecil dengan faktor daya sama dengan satu. Jika beban generator

bersifat induktif terjadi penurunan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya

terbelakang (lagging). Sebaliknya,  Jika beban generator bersifat kapasitif akan

terjadi kenaikan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya mendahului

(leading).

Hubungan antara tegangan tanpa beban (Eo) dengan tegangan berbeban (V)

disebut regulasi tegangan, yang dinyatakan sebagai berikut :

4.5.2. Generator Tanpa Beban

Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai generator dengan

diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (If), maka pada

kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban (Eo), yaitu:

Eo = 4,44 · Kd · Kp · f · φm · T Volt

Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada

stator,sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan

oleh arusmedan (If ). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan

keluaran juga akannaik sampai titik saturasi (jenuh), seperti diperlihatkan pada

gambar 8. Kondisigenerator tanpa beban bisa digambarkan rangkaian

ekuivalennya seperti diperlihatkanpada gambar 8b.

4.6. Torsi, Rugi-rugi dan Efesiensi

4.6.1. Rugi-Rugi pada Generator DC

4.6.1.1. Rugi-rugi Tembaga

1. Rugi-rugi Jangkar, Pj = Ia . Ra Watt

2. Rugi-rugi Shunt, Psh = Ish . Rsh Watt

3. Rugi-rugi Seri, Ps = Is . Rs Watt

4.6.1.2. Rugi-rugi Inti

1. Rugi-rugi Hysterisis

2. Rugi-rugi Eddy current

4.6.1.3. Rugi-rugi Mekanis

1. Rugi-rugi gesekan poros

2. Rugi-rugi angin akibat putaran jangkar

3. Rugi-rugi gesekan akibat gesekan sikat dengan komutator

4.6.2. Efesiensi

BAB VMOTOR DC

5.1. Dasar Teori Motor DC

5.1.1. Pengertian Motor DC

Motor DC merupakan perangkat yang berfungsi merubah besaran listrik

menjadi besaran mekanik. Prinsip kerja motor didasarkan pada gaya

elektromagnetik. Motor DC bekerja bila mendapatkan tegangan searah yang

cukup pada kedua kutupnya. Tegangan ini akan menimbulkan induksi

elektromagnetik yang menyebabkan motor berputar.

Motor DC adalah mesin DC yang mengubah (mengonversikan)

listrik arus searah menjadi gerak. Komponen-komponen motor DC seperti

Stator dan Rotor. Namun ada satu komponen yang membedakan motor

DC dengan motor AC yaitu komutator (commutator). Fungsi dari

komutator tersebut adalah untuk menyearahkan arus. Stator adalah teridri

dari kumparan yang statis sedangkan rotor adalah kumparan yang

bergerak.

Mesin DC (Direct Current) adalah mesin listrik yang bekerja

dengan menggunakan atau menghasilkan arus searah (direct current).

Mesin ini mempunyai sebuah lilitan (winding) DC atau magnet permanen

pada bagian stator. Rotor (armature) disuply dengan sebuah arus DC yang

melalui komutator (commutator) dan sikat-sikat. Aplikasi mesin DC

seperti dinamo dan lain-lain.

5.1.2. Prinsip Kerja Motor DC

Prinsip kerja dari motor DC adalah sebgai berikut:

1. Stator dicatu arus DC. Arus yang mengalir pada sebuah kawat

penghantar akan menimbulkan suatu medan magnet.

2. Medan magnet yang timbul tersebut akan meghasilkasn fluks.

3. Rotor dicatu arus DC.

4. Ketika fluks yang dihasilkan stator mengenai permukaan rotor yang

dialiri arus DC. Ini akan mengakibatkan rotor akan bergerak.

Antara Stator dan Rotor tedapat sebuah gap yang disebut dengan

air gaps. Air gaps menyebabkan sebuah mesin dapat berputar. Ia juga

dapat digunakan untuk the layer of bonding tape disekitar rotor dan untuk

pendingin udara yang melalui sebuah sistem tersebut. Air gap yang lebar

dapat mengurangi getara seebuah mesin tetapi jika terlalu lear juga dapat

mengurangi medan mangnetik kontak dengan konduktor.

Rotor pada mesin DC juga apat diganti dengan magnet permanen

sehingga tidak diperlukan lagi pencatuan rotor. Keuntungan dari permanen

magnet adalah:

1. Tidak dibutuhkan supply listrik ke rotor

2. Tidak ada rugi dirotor

3. Kemungkinan akan mempunyai ukuran frame yang lebih kecil

Namun tetap saja ada kekurangannya yaitu:

1. Kekuatan dari medan konstan

2. Kekuatan magnet gapang sekali berkurang jika terjadi benturan atau

goncangan pada rotor tersebut.

Armature reaction atau reaksi jangkar adalah suatu peristiwa atau kejadian

dimana normal palne dari rotor bergeser. Hal ini dikarenakan karena adanya

interaksi antara medan utama stator dengan medan rotor.

Akibat dari reaksi jangkar adalah terjadinya percikan api (sparking)

yang dikarenakan perubahan normal medan rotor yang semakin dekat

dengan statornya sehingga jika jarak makin dekat akan ada loncatan-

loncatan elektron yang terjadi,awalnya sedikit namun seiring dengan

berjalannya waktu elektronnya akan semakin banyak sehingga akan timbul

loncatan elektron. Peristiwa ini hampir mirip dengan peristiwa terjadinya

petir.

5.1.3. Flashover pada Mesin DC

Seperti telah disebutkan pada pembahasan sebelumnya adanya

reaksi jangkar pada mesin DC mengakibatkan adanya sparking (loncatan

api). Namun dalam keadaan yang sangat ekstrim sekali akan terjadi

flashover.

Flashover adalah fenomena yang terjadi pada mesin DC akibat

reaksi jangkar. Flashover adalah percikan api yang lebih besar dari

sparking. Mengapa hal ini harus dibicarakan? Hal ini dikarenakan

flashover merupakan dampak yang sangat berbahaya dari reaksi jangkar.

Dampaknya adalah ketika terjadi sparking maka yang terjadi

brush(sikat) akan cepat habis dan abunya akan semakin mengurangi

kinerja dari mesin DC tersebut. Namun dampak yang diakibatkan oleh

peristiwa flashover adalah brush akan meleleh (melting) dan jika ini terjadi

maka yang akan terjadi adalah akan terjadinya short circuit pada mesin

DC. Jika hal ini terjadi maka mesin tersebut akan rusak.

Hal ini yang sangat diwaspadai pada mesin DC. Bagaimana kita

mengatasi Flashover tersebut? Sebenarnya tidak ada benar-benar cara

menanggulangi flashover caranya adalah dengan mengurangi reaksi

jangkarnya, salah satunya dengan mengganti rotor menjadi permanen rotor

dan ada metode dan perlengkapan lainnya. Tegangan polar dan

magnitudnya di kumparan medan dapat dimonitor. Mendeteksi secara

cepat tegangan polarnya dilakukan dengan meningkatkan secara cepat

mangnitudnya pada sinyal flashovernya. Sinyal flashover dipasangkan

dengan elemen pengontrol tegangan.

5.2. Macam-macam Motor DC

Berdasarkan macamnya, Motor DC terdiri dari:

1. Motor DC Shunt

Motor DC jenis ini mempunyai ciri kumparan penguat medan diparalel

terhadap kumparan armatur. Kelebihan dari Motor DC jenis ini yaitu

tidak terlalu membutuhkan banyak ruangan karena diameter kawat

kecil. Sedangkan kelemahannya yaitu daya keluaran yang dihasilkan

kecil karena arus penguatnya kecil.

2. Motor DC Seri

Motor DC jenis ini mempunyai ciri kumparan penguat medan diseri

terhadap kumparan armatur. Kelebihan dari Motor DC jenis ini yaitu

daya output yang dihasilkan besar. Sedangkan kelemahannya yaitu

arus beban yang diminta sangatlah besar, sesuai dengan beban yang

dipikulnya, jika tegangan inputnya tidak stabil maka flux magnit yang

dihasilkan oleh kumparan seri tidak stabil pula, sehingga daya output

yang dihasilkan tidak stabil.

3. Motor DC Kompond

Pada umumnya Motor DC Kompond dibuat untuk mengurangi

kelemahan yang terjadi pada Motor DC Shunt maupun Seri. Jenisnya

ada dua macam, yaitu Motor DC Kompond Panjang dan Motor DC

Kompond Pendek, ciri khas yang membedakan keduanya yaitu tata

letak kumparan penguat medan tambahan diletakkan seri dengan

kumparan penguat medan pada Motor DC Shunt dan ini desebut Motor

DC Kompond Pendek. Sedangkan pada Motor DC Kompond Panjang,

kumparan penguat medan tambahan diletakkan secara seri antara

Kumparan armatur dan kumparan penguat medan shunt pada Motor

DC Shunt.

5.4. Pengaturan Kecepatan Motor DC

Besarnya gaya gerak listrik induksi pad kumparan armatur akibatnya

berputarnya rotor yang terletak diantara kutub magnet diperoleh

(III.1)

dimana:

: Flux magnit per kutub (waber)

N : putaran rotor (rpm)

atau

(III,2)

dengan

sedangkan

(III.3)

Jadi dari persamaan (III.1) dan (III.3) diperoleh

Dengan demikian kecepatan putar Motor DC dapat diperoleh dengan

mengubah-ubah flux magnet, pengaturan arus armatur atau dengan

pengubahan tegangan sumber.

5.4.1. Pengaturan Kecepatan Putar Motor DC dengan Pengaturan Flux

Magnet

Rangkaian listrik pada gambar dibawah menunjukkan kecepatan

putar Motor DC akan minimum apabila Ir minimum. Hal ini terjadi

apabila VR maksimum.

Pengaturan kecepatatan motor DC model ini mudah

pengerjaannya, murah biayanya dan panas yang terjadi rendah

Gb. III.

5.4.2. Pengaturan Kecepatan Putar Motor DC dengan Pengaturan Arus

Armatur

Pada pengaturan jenis ini, putaran yang dihasilkan semakin besar apabila

VR dalam kondisi minimum. Pengaturan jenis ini jarang digunakan oleh karena

rugi panas yang dihasilkan cukup besar.

Gb. III.6

5.4.3. Pengaturan Kecepatan Putar Motor DC dengan Pengaturan Sumber

Tegangan

Sebagaimana telah diketahui bahwa variasi tegangan akan memvariasi

arus, kondisi dimana arus bervariasi akan menebabkan variasi penguatan medan

armatur, sehingga akan memvariasi kecepatan putar.

5.5. Karakteristik Motor DC 

1. Karakteristik Motor Penguat Terpisah

Pada motor dengan penguat terpisah, arus eksitasinya tidak tergantung dari

sumber tegangan yang mencatunya. Putaran jangkar akan turun dengan

naiknya momen torsi, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.25b.

2. Karakteristik Motor Shunt

Rangkaian eksitasi motor shunt terletak paralel dengan jangkar. Putaran

akan turun dengan naik-nya momen torsi. Pada kondisi tanpa beban,

karakteristik motor shunt mirip dengan motor dengan penguat terpisah.

3. Rangkaian Eksitasi Motor Seri Dipasang Secara Seri Terhadap

Jangkar

Diantara jenis motor DC lainnya, motor seri memerlukan momen torsi

awal paling besar. Hal yang perlu diperhatikan, bahwa motor seri tidak boleh

dioperasikan dalam kondisi tanpa beban.

4. Krarakterisrik Motor Kompon

Pada motor kompon, kutub utama berisi rangkaian seri dan paralel. Dalam

kondisi tanpa beban, motor kompon mempunyai sifat seperti motor shunt. Pada

kondisi beban terpasang, dengan momen torsi yang sama, akan didapat putaran

sedikit lebih tinggi.

5.6. Rugi-Rugi dan Efisiensi Mesin Dc

5.6.1. Rugi-Rugi Pada Mesin DC

Kerugian adalah berhubungan dengan selisih antara daya sebenarnya yang

diberikan pada mesin dan daya yang diasilkan oleh mesin tersebut.

Input - Output = Rugi-rugi

Rugi-rugi yang terjadi pada mesin listrik seperti halnya generator atau

motor terbagi dalam tiga kelompok utama yaitu Rugi tembaga, rugi besi serta

rugi gesekan dan celah udara. Semua kerugian ini menghasilkan panas pada

beberapa bagian mesin. Hal ini memerlukan daya yang cukup besar yang harus

diberikan pada mesin.

5.6.1.1. Rugi tembaga

Bila arus listri mengalir melalui suatu rangkaian, dayanya dinyatakan

dalam watt dan dihitung sebagai hasil perkalian tahanan dan kwadrat arus.

R watt

Pada mesin DC, rugi-rugi tejadi pada :

lilitan jangkar

hubungan sikat dan komutator

lilitan kutub bantu

lilitan medan seri

lilitan medan shunt

Rugi tembaga pada lilitan jangkar, hubungan sikat dan komutator, lilitan

kutub bantu, dan lilitan medan seri dapat berubah-ubah menurut perubahan beban,

tetapi rugi pada medan shunt tetap untuk harga tegangan terminal yang konstan.

5.6.1.2. Rugi besi

Rugi besi terutama terjadi pada inti jangkar dan terdiri dari rugi arus eddy

dan rugi histerisis. Dalam prakteknya rugi besi ini dinyatakan rugi tetap.

5.6.1.3. Rugi gesekan dan celah udara

Rugi gesekan terjadi pada bantalan dan komutator. Rugi celah udara tejadi pada

putaran jangkar dengan celah udara disekelilingnya. Pada prakteknya rugi-rugi

gesekan dan celah udara dianggap konstan/tetap.

5.6.2. Efisiensi Mesin

Efisiensi biasanya dinyatakan sebagai persentase perbandingan atara

output terhadap input.

Daya output mesin lebih kecil dari daya input karena ada kerugian daya.

Dari gambar dapat dilihat bahwa:

Input = Output + Rugi-rugi

dan

Output = Input + Rugi-rugi

Jadi :

% Eisiensi =

dan

% Efisiensi =

5.6.3. Efisiensi Maksimum

Efisiensi maksimum terjadi pada mesin bila rugi-rugi yang berubah-ubah

sama dengan rugi-rugi yang konstan. Pada umumnya mesin DC didisain

terjadinya efisiensi maksimum mendekati beban penuh mesin.