04.16
Nusantara Electric
Bedanya dengan arus searah yang mana besar dan arahnya tetap atau searah
saja, sedangkan Arus Bolak-Balik (ABB) dimana setiap saat besarnya tidak tetap,
dan pada saat tertentu pula arahnya akan berubah. ABB dibangkitkan oleh sumber
generator.
Dalam generator ABB, biasanya mempunyai kumparan yang tetap dan yang
berputar adalah kutub-kutubnya (generator dengan kutub dalam).
Keuntungan konstruksi macam ini ialah, bahwa untuk pengambilan arus yang
dibangkitkan dalam kumparan tidak diperlukan cincin seret/slipring dan burstel-
burstel sebagai hantaran luar dapat dihubungkan padanya melalui klem-klem. Hal
ini sangat penting artinya bagi generator-generator tegangan tinggi atau arus kuat.
Bagian-bagian generator;
1. Rumah generator (body)
2. Lilitanstator dan inti stator
3. Lilitan jangkar rotor , inti rotor dan kutub
4. Cincin seret / slipring
5. Poros
6. Sikat arang
7. Terminal
8. Bantalan
9. Pendingin / kipas
10. Tutup
11. dll
kutub-kutub dari jangkar kutub diperkuat dengan dinamo arus searah yang
dipasang satu poros dengan generator ABB.
Jika jantera kutub berputar satu putaran, maka akan terjadi suatu perubahan aliran
daya magnetis yang serupa dengan apabila suatu lilitan diputar sekali sekeliling
kutub-kutub.
Sikap a :
Arus daya magnetis tegak lurus terhadap bidang lilitan, sehingga jumlah garis-
garis gaya yang terkurung dalam belitan adalah paling besar (maksimal) dan ggl
yang dibangkitkan adalah Nol.
Sikap b :
Arus daya magnetis sejajar dengan bidang lilitan sehingga jumlah garis-garis gaya
yang terkurung di dalamnya Nol dan ggl yang dibangkitkan dalam lilitan adalah
maksimum.
Arah ggl dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Perlu di ingat bahwa
dalam hal ini yang berputar/bergerak adalah kutub-kutubnya.
Kita umpamakan kutub-kutubnya yang diam dan lilitannya yang berputar dengan
arah berlawanan dengan berputarnya kutub-kutub.
Pada sikap ini ggl yang dibangkitkan pada sisi lilitan yang berhadapan dengan
kutub Utara meninggalkan kita, dan yang berhadapan dengan kutub Selatan
menuju pada kita.
Sikap c :
Jumlah garis-garis gaya yang terkurung dalam lilitan maksimal dan ggl yang
dibangkitkan dalam lilitan Nol.
Sikap d :
Jumlah garis-garis gaya yang terkurung dalam lilitan Nol dan ggl yang
dibangkitkan maksimal, tetapi arahnya berbalikan dengan sikap b, sebab sisi lilitan
bagian atas pada sikap d berhadapan dengan kutub Utara.
Sikap e :
Jumlah garis-garis gaya yang terkurung dalam lilitan kembali maksimal sehingga
ggl yang dibangkitkan dalam lilitan adalah Nol.
Perubahan besarnya ggl dan juga besarnya aliran selama jangka kutub berputar
satu kali putaran, digambarkan dengan suatu garis-garis lengkung seperti gambar
diatas. Garis ini , yang berbentuk garis lengkung sinus dapat dilukiskan seperti
gambar dibawah.
Mula-mula kita gambarkan sebuah lingkaran dengan jari-jari yang panjangnya
diumpamakan sebagai ggl maksimum. Jari-jari atau "Vektor" ini dimisalkan
berputar satu kali dan arah yang bertentangan dengan arah perputaran jarum jam
dan pada sekeliling lingkaran itu terletak sisi lilitan.
Jika vektor berada pada jam 0, maka lilitan berada pada sikap a dan ggl yang
terbangkit adalah Nol.
Setelah ¼ perputaran, vektor berada pada jam 3 dan ggl telah mencapai harga
maksimumnya . dan setelah ¼ perputaran lagi, vektor berada pada sikap pada jam
b, maka ggl yang terbangkit telah turun hingga mencapai harga Nol lagi. Garis-
garis tegak lurus dan memperhubungkan titik ujung vektor dengan garis
menyatakan arah dan besarnya ggl yang terbangkit.
Dengan cara serupa itu dapat diketahui besar dan arahnya dari sikap-sikap vektor
setiap saat.
Jika waktu selama terjadinya suatu perubahan tekanan yang sempurna kita bagi
12 bagian yang sama, maka kejadian-kejadian itu semua dapat dilukiskan seperti
terlihat pada gambar B.
SIFAT-SIFAT ARUS BOLAK-BALIK ( ABB )
1. ABB tidak dapat dipakai untuk pekerjaan kimia
2. ABB tidak dapat dipakai untuk pekerjaan suhu
3. ABB dapat dipakai untuk pekerjaan kemagnitan.
KEUNTUNGAN ABB
Tegangan dari generator dapat dibuat tinggi sampai 10 s.d 15 KV. Untuk
pengiriman tenaga listrik, tegangan generator tersebut dapat dinaikkan lagi
dengan pertolongan transformator sampai 150 kV bahkan sampai pula 500 kV.
Setelah sampai tujuan yang diinginkan, tegangan yang tinggi itu diturunkan lagi
dengan pertolongan transformator juga sesuai tegangan yang dikendaki.
Dengan demikian kerugian tegangan yang besar pada hantaran pengirim dapat
dihindari.
Dari pertolongan transformator tersebut, dimana tegangan bisa diatur naik atau
turun, maka dalam hal ini transformator yang digunakan adalah transformator
step-up atau step-down.
2. NILAI EFEKTIF DARI KUAT ALIRAN DAN TEKANAN
Apabila melalui suatu pesawat pemanas gbr.a) mengalir suatu aliran tukar yang
mempunyai nilai maksimum 30 A, maka nilai aliran tukar akan berubah diantara
0-30 A. Dan gambar b) , memperlihatkan jalannya aliran tukar ini selama ½ kala.
Alat pengukur Ammeter ternyata hanya menunjuk suatu harga aliran sebesar 21
A, dan ini dinamakan "Kuat Aliran Efektif" atau "Nilai Guna" dari aliran tukar.
Sehingga nilai efektif dari aliran tukar itu adalah kira-kira 0,7 atau 1/2 kali
besarnya kuat aliran maksimum, atau dapat dituliskan rumus :
Nilai tekanan efektif sudah diketahui secara umum, tetapi harus diperhatikan juga
besarnya nilai tekanan maximum, lebih-lebih pada tekanan-tekanan yang tinggi
karena akan berhubungan dengan penentuan besarnya penahan/tahanan-tahanan
isolasi suatu penghantar.
Jika tidak ada petunjuk-petunjuk lain, maka besarnya harga-harga untuk tekanan
dan aliran tukar selalu kita tafsirkan sebagai nilai efektif.
Dari percobaan-percobaan diatas ternyata bahwa selama jangka waktu perjalanan
yang sama, besarnya kuat arus efektif dari aliran tukar sebesar 21 A itu
menimbulkan suatu kalor (panas) yang sama banyaknya dengan kuat aliran rata
dari 21 Ampere juga.
Untuk menentukan banyaknya panas yang terjadi dari aliran tukar , berlaku pula
Hukum Joule, yaitu dengan rumus :
tKalor R I Q ef . . . 24 ,0 2
=
3. LINGKARAN ALIRAN TUKAR DENGAN MUATAN BEBAS INDUKSI
Apabila aliran listrik dalam aliran rata diputuskan dengan tiba-tiba, maka
perubahan aliran yang mengalir akan besar dan terbangkitlah suatu ggl induksi
sendiri, yang kadang-kadang sangat besar, sehingga percikan-percikan bunga api
listrik.
Di dalam suatu lingkaran aliran tukar akan selalu terbangkit ggl induksi sendiri
secara terus menerus, disebabkan oleh karena aliran tukar itu selalu berubah
kuatnya.
Jika pada lingkaran aliran tukar yang semata-mata hanya terdapat lampu-lampu
pijar, pesawat-pesawat pemanas , dsbnya, yang hanya mempunyai penahan-
penahan ohm saja, maka pada waktu aliran tukar dialirkan dengan semisal
frekuensi 50 Hz, maka tidak akan terbangkit suatu ggl / DEM yang nyata.
Pesawat-pesawat yang dihubungkan pada suatu tekanan bolak-balik dan di
dalamnya tidak terdapat adanya gejala-gejala induksi sendiri yang nyata, maka
pesawat-pesawat itu dinamakan "Pesawat Yang Bebas Induksi".
Besarnya kuat arus dalam setiap saat dapat
dihitung dengan jalan membagi besar
tekanan pada setiap saat dengan tahanan.
Dan ini ternyata bahwa kuat aliranpun
berubah menurut garis lengkung, yang
sesuai dengan garis lengkung tekanan.
Jadi,kuat aliran itu, juga selalu berubah menurut garis sinus, yaitu dari harga Nol
sampai :
I
E
Gambar : 19.
6084836K3-UBPMRICA
5
2
max
max
max
I
danI
R
E
I
ef = → =
dan, dengan melihat Hukum Ohm, maka :
R
E
I ef
ef =
4. INDUKSI SENDIRI DAN PERKISARAN FASA
Jika dalam suatu lingkaran kumparan dialirkan aliran tukar gambar 20.a, maka
aliran yang terdapat pada lilitan-lilitan akan selalu berubah arahnya, sehingga
aliran daya magnetis yang terbangkit di dalam kumparan itu juga akan selalu
berubah kuat dan arahnya.
Aliran daya magnetis yang berubah-ubah ini akan mengakibat ggl/DEM induksi
sendiri di dalam kumparan yang mana juga dapat bertambah atau berkurangnya
kuat aliran.
Didalam suatu lingkaran aliran tukar gejala induksi itu selalu timbul, oleh
karenanya kuat aliran akan mencapai nilai-nilai maksimalnya dan selain dari itu
akan mengikuti (mengiring) jalannya tekanan seperti terlukis pada gambar 20.b.
dimana garis lengkung aliran bergeser kekanan terhadap lengkung tekanan.
Hal serupa itu dikatakan bahwa , "Aliran berkisar dalam fasa terhadap tekanan".
Pesawat-pesawat yang dimana timbul gejala-gejala induksi sendiri dinamakan :
" Pesawat Induktif".
Pada suatu muatan induktif, aliran dan tekanan selalu berkisar dalam fasa, yang
mana aliran mengiring/mengikutu tekanan. Perkisaran fasa itu akan menjadi
besar, apabila induksi sendiri bertambah besar. Besarnya perkisaran itu umumnya
dinyatakan dengan huruf yunani ( phi ) dan diukur dengan derajat listrik.
Dalam gambar 20.b. garis lengkung tekanan dan garis lengkung aliran dilukiskan
sedemikian rupa, sehingga perkisaran fasa adalah 1/12 x 360o = 30 o listrik.
Jika kumparan dari contoh diatas itu dilengkapi dengan suatu teras baja lunak
yang tertutup ( gambar 20.c.), maka induksi sendiri akan menjadi sangat besar.
Perkisaran fasa yang terjadi dapat kita anggap sedemikian besarnya, sehingga
tekanannya menjadi nilai maksimal pada saat harga aliran sama dengan Nol dan
mulai mengalir kearah yang bersamaan dengan arah tekanan itu (gambar 20.d).
Setelah ¼ kala, tekanan itu mencapai harga Nol dan aliran mencapai harga
maksimalnya. Dalam hal serupa ini dikatakan bahwa perkisaran fasa = 90o.
Didalam prakteknya hanyalah mungkin tercapai suatu perkisaran fasa yang sangat
mendekati nilai itu, untuk mencapai 90o tepat sangatlah tidak mungkin.
20.a
20.b
1 Kala
½ Kala
Tekanan
Aliran
6084836K3-UBPMRICA
6
Dalam hal yang demikian ini besarnya tahanan ohm haruslah sedemikian kecilnya,
sehingga bolehlah diabaikan saja. Hal serupa ini dinamakan suatu muatan induktif
yang sempurna , jadi ;
"Pada suatu muatan induktif yang sempurna, aliran mengiring/mengikuti pada 90o".
5. HARGA RATA-RATA
Harga rata-rata untuk tegangan ac ditulis Erata-rata
dan untuk arusnya Irata-rata .
Harga rata-rata untuk garis lengkung berbentuk
sinus dicari selama ½ periode. Sebab kalau dicari
dalam 1 periode harga rata-ratanya = 0 (luas bidang
bagian positip atau yang diarsir tegak sama dengan
luas bidang bagian negatip yang diarsir mendatar.
Yang diartikan harga rata-rata seperti gambar diatas ialah tinggi bidang berbentuk
segi empat, yang luasnya sama dengan luas bidang yang dibatasi garis lengkung
bentuk sinus selama ½ periode, dan menurut perhitungan Ilmu Pasti bahwa harga
harga itu dapat dihitung dengan rumus:
a. Untuk tegangan : E rata-rata =
π
m xE 2
b. Untuk arus : I rata-rata =
π
m xI 2
Contoh 1 :
Tegangan bolak-balik bentuk sinus mempunyai harga maksimum 140 Volt. Berapa
harga rata-rata dan harga efektifnya?
Jawab: a. E rata-rata =
Volt
x xEm
12 , 89
14 ,3
140 2 2
= =
π
b. E efektif =
Volt
V
Em
996 , 98
2
140
2
= =
6. HARGA DARI FAKTOR PUNCAK ( ft )
Faktor puncak ialah faktor bagi dengan maksimum harga efektif, sehingga
rumusnya;
= =
=
Rata-rata
2
0
a.c
aliran
tekanan
¼ Kala=90O
20.c
20.d
6084836K3-UBPMRICA
7
7. HARGA DARI FAKTOR BENTUK ( fb )
Faktor bentuk ialah hasil bagi dari harga efektif dengan harga rata-rata, sehingga
rumusnya :
= = =
−
=
π
π
Contoh 1: Pada saat 1/6 periode harga tegangan = 80 V. Berapa harga rata-rata
dan harga efektifnya?
Jawab : e = 80 V selama 1/6T
= = = α
e = Em.Sin α
= = = =
α
= = = −
π
= = =
Catatan :
1. Faktor bentuk sangat penting untuk menentukan konstuksi kutub magnit
supaya dapat membangkitkan ggl bentuk sinus.
2. Untuk penulisan harga efektif pada index ef tidak perlu ditulis, karena
harga listrik yang dipakai konsumen adalah menunjukkan harga
efektifnya. Cukup ditulis untuk tegangan E dan untuk arus I saja.
3. Kalau besaran bentuk sinus diukur dengan pesawat ukur dan harga
yang ditunjukkan oleh pesawat ukur itu ialah menunjukkan harga
efektifnya. `
8. HARGA-HARGA PADA ARUS BOLAK-BALIK 1 FASA
A. Harga sesaat : yaitu harga pada saat tertentu pada gelombang sinusoida
( saat t1 e1 , t2 e2 , t3 e3 , ....dstnya)
= → =
Karena a = .t , maka harga sesaat arus, adalah i = Imax.Sin .t
α
I
i
t
I
Imax
Imax
6084836K3-UBPMRICA
8
B. Harga Maksimum : yaitu harga paling tinggi pada gelombang sinusoida.
C. Harga Efektif : yaitu harga yang ditunjukkan oleh alat ukur bolak- balik,
!
!
"
"
=
=
D. Harga Rata-rata : yaitu harga rata-rata Arus Bolak-Balik pada setengah
sinusoida ,
!
!
"
"
=
=
π
E.Harga faktor bentuk =
!
!
=
=
−
$
Jadi, faktor bentuk = 1,1
dan, untuk faktor konstantanya = 4,4.
9. KALA DAN FREKUENSI
Jika jangkar kutub berputar satu kali putaran, gaya gerak listrik (ggl) dan arus yang
dinduksikan di dalam kumparan stator berubah dari Nol menjadi maksimum positip
menjadi Nol maksimum negatip dan kembali ke Nol ( untuk 2 kutub). Waktu
terjadinya perubahan penuh dari ggl dan arus ini disebut "KALA". Satu kala bila
dibagi menjadi 360 bagian yang sama, masing-masing bagian disebut "SATU
DERAJAT LISTRIK" ( 1o LISTRIK).
Jadi, 1 KALA = 360 DERAJAT LISTRIK
( 1 KALA = PERIODE CYCLE ).
Jika pada 1 detik jangkar kutub berputar 1x putaran, maka waktu terjadinya 1 Kala
adalah 1 detik.
Jika jangkar kutub itu berputar 2x putaran, maka waktu terjadinya 1 Kala adalah ½
detik dan dalam 1 detik terjadi 2 Kala.
Dan apabila jangkar kutub berputar 25x lebih cepat, maka waktu terjadinya 1 Kala
adalah 1/25 detik, atau dalam 1 detik terjadi 25 Kala.
Banyaknya Kala yang terjadi dalam 1 detik disebut "FREKUENSI" aliran tukar.
Dan sudut yang dijalani oleh putaran jangkar kutub pada setiap detik dinamakan
"KECEPATAN SUDUT", yang dinyatakan dengan (OMEGA).
Kecepatan sudut ini () biasanya tidak dinyatakan dalam derajat listrik tetapi
dalam "RADIAL-RADIAL".
RADIAL adalah suatu sudut yang besarnya bersamaan dengan jari-jari r, oleh
karena keliling lingkaran adalah sama dengan 2.π .r. Jadi suatu sudut dari 360o
listrik ( 1Kala ) adalah = 2. π radial listrik.
Untuk suatu frekuensi (f), besarnya kecepatan sudut listrik atau apa yang
dinamakan "FREKUENSI LINGKARAN" , menjadi :
= 2. π . f RUMUS.
Atau nilai = 2. π . f = 2 x 3,14 x 50 = 314.
Karena frekuensi yang digunakan di Indonesia adalah 50 Hz.
10. PENGERTIAN FREKUENSI
f = f Hz , artinya dalam 1 detik menghasilkan f gelombang, atau 1 gelombang
membtutuhkan 1/f detik.
f = 50 Hz , artinya dalam 1 detik menghasilkan 50 gelombang, atau 1 gelombang
membutuhkan waktu 1/50 detik.
6084836K3-UBPMRICA
9
Padahal 1 gelombang waktunya = T detik. Jadi ;
=
Dari rumus diatas, dan rumus
π
π π
ω = = =
karena
= ,
Sehingga rumusnya menjadi ;
π ω = Jadi nilai = 2 x 3,14 x 50
= 314
Jika frekuensi yang berlaku adalah 50 Hz, yang mana besaran frekuensi 50 Hz
adalah frekuensi di Indonesia.
Definisi Frekuensi
Ialah jumlah perubahan arah arus perdetik, atau jumlah sinusoida perdetik.
f = 50 Hz , artinya 1 detik terjadi 50 x perubahan arus , atau
1 detik sebanyak 50 gelombang sinusoida.
Dari persamaan derajat listrik
%
θ θ
= diketahui bahwa untuk setiap satu siklus
tegangan yang dihasilkan mesin menyelesaikan
%
kali putaran. Karena itu
frekuensi gelombang tegangan adalah
%
=
dimana, e = sudut listrik
m = sudut mekanik
P = jumlah kutub ( jika p artinya pasang kutub )
n = rotasi permenit ( rpm )
= rotasi perdetik ( rps )
Kecepatan sinkron untuk mesin arus bolak-balik lazimnya dinyatakan dengan ;
&
=
Jadi, misalnya untuk generator sinkron yang bekerja dengan frekuensi 50 c/s dan
mempunyai jumlah kutub ( p=2 ), kecepatan berputar mesin tersebut adalah ;
= =
Catatan : 50 c/s ( cycle/second = 50 Hz = 50 putaran/detik).
T
1 periode
T
1 periode
T
1 periode
T = 2 periode
Periode dengan symbol T
6084836K3-UBPMRICA
10
Jadi, 1 putaran = 1 pasang kutub = 1 periode = 1 detik = 1 frekuensi
Rumus :
1 periode dalam waktu 1 detik , maka frekuensinya = 1 Hz
1 periode dalam waktu ½ detik , maka frekuensinya = 2 Hz
1 periode dalam waktu 2 detik , maka frekuensinya = ½ Hz
1 periode dalam waktu 1 menit , maka frekuensinya = 1/60 Hz
1 periode dalam waktu 50 detik , maka frekuensinya = 1/50 Hz
Sehingga ;
=
=
%
= dimana
karena
Putaran dalam 1 menit = 60 detik.
atau,
&
= ingat p huruf kecil, artinya untuk pasang kutub.
%
= ingat P huruf besar, artinya untuk jumlah kutub.
(dimana perbedaannya pada Pasang dan Jumlah).
Jadi,
&
= untuk pasang kutub karena ;
%
= untuk jumlah kutub P=1/2 p , dan
&
= untuk pasang kutub p = 2 P
%
= untuk jumlah kutub
Dari rumus XL pada arus tukar, yaitu
'
(
'
π = , dimana L=1 Henry , maka
'
(
'
π = maka
Ω = =
'
(
Sehingga, bila f = 50 Hz , maka XL = 314
f = 25 Hz , maka XL = 150
f = 10 Hz , maka XL = 62,8
f = 5 Hz , maka XL = 30
f = 0 Hz , maka XL = 0
Kesimpulan ; f makin tinggi , maka XL makin besar
L
Dari rumus XC pada arus tukar, yaitu
)
(
)
π
= , jika C = 10 F , maka
Ω =
= =
)
(
) π
Sehingga, bila f = 50 Hz , maka XC = 318
f = 25 Hz , maka XC = 636,6
f = 10 Hz , maka XC = 1591
f = 5 Hz , maka XC = 3183
f = 0 Hz , maka XC = 1 M
Kesimpulan ; f makin tinggi , maka XC makin kecil
f makin kecil , maka XC makin besar
XC
10
Posted in: Design
0 komentar:
Posting Komentar