Listrik sudah menjadi
bagian yang penting bagi kehidupan manusia saat ini. Arus listrik dimanfaatkan
sebagai sumber energi untuk menghidupkan berbagai macam alat-alat lisrik. Arus
listrik didapatkan dari proses konversi sumber energi lainya ( energi panas,
energi gerak, dll) menjadi energi listrik.
Generator merupakan
sebuah alat yang mampu menghasilkan arus listrik. salah satu jenis generator
adalah generator arus bolak balik yang akan dibahas saat ini. Generator arus
bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus
bolak-balik.
Generator Arus
Bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator atau generator AC
(alternating current) atau juga generator singkron. Alat ini sering
dimanfaatkan di industri untuk mengerakkan beberapa mesin yang menggunakan arus
listrik sebagai sumber penggerak.
Generator arus
bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu:
a. Generator arus bolak-balik 1 fasa
b. Generator arus bolak-balik 3 fasa
1. Generator 1 fasa
Generator yang dimana dalam sistem melilitnya hanya terdiri dari satu kumpulan kumparan yang hanya dilukiskan dengan satu garis dan dalam hal ini tidak diperhatikan banyaknya lilitan. Ujung kumparan atau fasa yang satu dijelaskan dengan huruf besar X dan ujung yang satu lagi dengan huruf U.
Generator yang dimana dalam sistem melilitnya hanya terdiri dari satu kumpulan kumparan yang hanya dilukiskan dengan satu garis dan dalam hal ini tidak diperhatikan banyaknya lilitan. Ujung kumparan atau fasa yang satu dijelaskan dengan huruf besar X dan ujung yang satu lagi dengan huruf U.
2. Generator 3 fasa
Generator yang dimana dalam sistem melilitnya terdiri dari tiga kumpulan kumparan yang mana kumparan tersebut masing-masing dinamakan lilitan fasa. Jadi pada statornya ada lilitan fasa yang ke satu ujungnya diberi tanda U – X; lilitan fasa yang ke dua ujungnya diberi tanda dengan huruf V – Y dan akhirnya ujung lilitan fasa yang ke tiga diberi tanda dengan huruf W – Z.
Generator yang dimana dalam sistem melilitnya terdiri dari tiga kumpulan kumparan yang mana kumparan tersebut masing-masing dinamakan lilitan fasa. Jadi pada statornya ada lilitan fasa yang ke satu ujungnya diberi tanda U – X; lilitan fasa yang ke dua ujungnya diberi tanda dengan huruf V – Y dan akhirnya ujung lilitan fasa yang ke tiga diberi tanda dengan huruf W – Z.
Prinsip Kerja Generator
Prinsip dasar generator arus
bolak-balik menggunakan hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar
berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut
akan terbentuk gaya gerak listrik.
Besar tegangan generator bergantung
pada :
1. Kecepatan putaran (N)
2. Jumlah kawat pada kumparan yang
memotong fluk (Z)
3. Banyaknya fluk magnet yang
dibangkitkan oleh medan magnet (f)
3. Konstruksi Generator
Generator arus bolak-balik ini
terdiri dari dua bagian utama, yaitu
1. Stator, merupakan bagian diam dari
generator yang mengeluarkan tegangan bolakbalik
2. rotor, merupakan bagian bergerak
yang menghasilkan medan magnit yang menginduksikan ke stator.
Stator terdiri dari badan generator
yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak
terminal dan name plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan
ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan
lilitan stator.
Lilitan stator yang merupakan tempat
untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient)
atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder). Konstruksi dari
generator sinkron dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Jumlah Kutub pada Generator
Jumlah kutub generator arus
bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang
dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini.
Keterangan:
f = frekuensi tegangan (Hz)
p = jumlah kutub pada rotor
n = kecepatan rotor (rpm)
Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan daalam Gambar 7. Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).
2.1 Motor sinkron
Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.
2.1 Motor sinkron
Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.
Komponen utama motor sinkron adalah (Gambar 7):
· Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.
Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh, 2003):
Ns = 120 f/p
Dimana:
f = frekwensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub
2.2 Motor induksi
Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.
a. Komponen
Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 8):
· Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
o Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatka dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.
o Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.
· Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat
b.Klasifikasi motor induksi
Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003):
· Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti fan angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
· Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.
c. Kecepatan motor induksi
Motor induksi bekerja sebagai berikut. Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar.
Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser/ slip ring motor”.
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran (Parekh,
2003):
%slip = Ns-Nb/Ns x100
Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM
d. Hubungan antara beban, kecepatan dan torque
Gambar 9 menunjukan grafik torque-kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003):
· Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torque yang rendah (“pull-up torque”).
· Mencapai 80% kecepatan penuh, torque berada pada tingkat tertinggi (“pull-out torque”) dan arus mulai turun.
· Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torque dan stator turun ke nol.
C.
TRANSFORMATOR
Transformator adalah alat yang berfungsi mengubah, yaitu menaikkan
atau menurunkan GGL (tegangan) sumber berdasarkan prinsip imbas
elektromagnetik. Gambar skema transformator dapat dilihat pada gambar 10.9.
Salah satu kumparan disebut kumparan primer dan kumparan yang lain disebut
kumparan sekunder. Tegangan sumber disambung dengan terminal kumparan primer,
dan beban tersambung dengan terminal kumparan sekunder
Gambar 10-9. Simbol
skema transformator
Kumparan primer dan
sekunder melilit inti tansformator. Inti ini dapat berupa udara, besi, atau
ferit. Gambar 10.10 a dan b menunjukkan kumparan primer dan sekunder melilit
silinder dan bahan nonferromagnetik, yang didalamnya dapat diisikan inti
transformator, misalnya udara atau ferit. Pada gambar a lilitan terpisah, dan
gambar b kedua lilitan berada pada satu bagian. Bentuk lilitan ini mempunyai
imbas elektromagnetik yang lebih baik. Gambar 10.10 c menunjukkan gambar
transformator dengan inti besi. Inti besi dan inti ferit dapat menaikkan
koefisien pemindahan daya. Tansformator dengan inti udara, besi, maupun ferit
mempunyai simbol yang standar, yaitu seperti pada gambar 10.10 d.
Gambar 10-10.
Tipe-tipe transformator dan simbolnya
digunakan pada frekuensi audio (af) dan untuk penggunaan sebagai
sumber tenaga. Transformator jenis ini mempunyai kumparan yang melilit pada
inti besi yang terbuat dari bahan ferromagnetik, berbentuk lembaran-lembaran
tipis yang terisolasi satu sama lainnya.
1. Perbandingan Lilitan
Perbandingan lilitan
(n) adalah perbandingan antara jumlah lilitan pada kumparan sekunder (Ns)
dengan jumlah lilitan pada kumparan primer (Np).
Perbandingan jumlah
lilitan primer dengan sekunder menentukan perbandingan tegangan primer (input)
dan sekunder (output). Untuk menentukan berapa penurunan atau kenaikan tegangan
yang akan kita inginkan, dapat digunakan persamaan sebagai berikut.
Vs/Ns = Vp/Np
keterangan:
Vs = tegangan
primer (input), dalam volt
NS = jumlah lilitan pada kumparan
primer (input)
VP = tegangan
sekunder (output), dalam volt N = jumlah lilitan pada kumparan sekunder
(output)
Contoh:
Suatu transformator
mempunyai kumparan primer dengan 100 lilitan, dan kumparan sekunder 600
lilitan. Berapa perbandingan lilitannya?
Jawab.
Ns = 600 lilitan
Np= 150 lilitan
Perbandingan
lilitan:
Jadi, perbandingan
jumlah lilitannya = 4.
2. Transformator Step-up
Transformator step-up
adalah trafo yang digunakan untuk memperbesar GGL atau tegangan listrik suatu
sumber (untuk menaikkan tegangan). Transfor-mator ini mempunyai tegangan sekun-der
lebih tinggi dibandingkan tegangan primernya. Rasio perbandingan tegang-an
sekunder dengan tegangan primer sama dengan rasio perbandingan jumlah lilitan
pada kumparan sekunder dan kumparan primer.
Penggolongan jenis iransformator step-up dan step-down
ditentukan oleh perbandingan antara Jumlah lilitan sekunder dan jumlah lilitan
primer.
3. Transformator Step-down
Transformator
step-down adalah trafo yang digunakan untuk memperkecil GGL atau tegangan
Listrik suatu sumber (untuk menurunkan tegangan sumber). Transformator ini
mempunyai tegangan primer lebih tinggi dibandingkan tegangan sekundernya. Dari
persamaan 2.8 di atas terlihat bahwa perbandingan lilitan sekunder dan primer
juga menentukan nilai tegangan V, sehingga untuk transformator step-down harga
n atau perbandingan lilitan selalu lebih kecil
dari I.
4. Prinsip Kerja
Transformator
Jika ada aliran arus
pada kumparan primer, maka akan timbul perubahan fluks magnetik di bagian
primer. Akibatnya fluks magnetik yang dilingkupi oleh sekunder berubah pula,
sehingga pada bagian kumparan sekunder terjadi pula GGL imbas. Perubahan kuat
arus pada bagian primer harus terus-menerus. Oleh karena itu, arus yang
melewati kumparan primer harus arus bolak-balik (arus yang berubah terhadap waktu).
Pengaliran arus
listrik ke kumparan primer yang menimbulkan GGL imbas pada kumparan sekunder
juga meru-pakan pemindahan energi listrik dari kumparan primeri ke kumparan
sekun-der. Pemindahan energi dari kumparan primer ke kumparan, sekunder merupa-kan
kerugian atau kehilangan energi. Kerugian energi itu berupa
a. pemanasan joule
Panas yang timbul akibat adanya hambatan
listrik pada penghantar (kum-paran);
b. pemanasan arus pusar
Panas yang timbul akibat arus pusar. Arus pusar yaitu arus yang
timbul dalam suatu logam/penghantar yang berada dalam medan magnet. Arus ini cenderung merugikan
karena dapat menimbulkan kalor/panas. Sifat ini dapat dikurangi dengan
memecah-mccah logam atau penghantar tersebut. Karena itu teras besi (inti) pada
transformator dibuat berlapis-lapis atai; terdiri dari batang-batang kecil.
Gambar 10-11. Untuk
mengurangi efek arus pusar, inti besi trafo dibuat berlapis-lapis
a.
Daya Transformator
Pada transformator
terdapat label spesifikasi yang berisi daya, volt-ampere (VA),
tegangan-tegangan primer dan sekunder (dalam volt), dan frekuensi
pengoperasian-nya (dalam hertz). Contoh, suatu transformator dengan spesifikasi
sebagai berikut: 2 kVA, 500/50, 60 Hz. Nilai 2 kVA adalah daya transformator,
500 dan 50 adalah nilai-nilai tegangan primer atau sekunder, dan 60 Hz adalah
frekuensi pengope-rasiannya.
Transformator yang
ideal dapat memindahkan semua energi yang masuk ke primer dan ke luar lewat
sekunder tanpa ada kerugian. Hal ini sulit dicapai karena di dalam sistem kerja
transformator ada kerugian-kerugian. Perbandingan daya yang ada pada bagian
sekunder dengan bagian yang ada pada primer merupakan nilai efisiensi dari
transformator.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar