Prih Sumardjati Sofian Yahya Ali Mashar TEKNIK PEMANFAATAN TENAGA LISTIK JILID 3 SMK Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-undang TEKNIK PEMANFAATAN TENAGA LISTIK JILID 3 Untuk SMK Penulis Utama Editor Perancang Kulit : Prih Sumardjati Sofian Yahya Ali Mashar : Miftahu Soleh : Tim Ukuran Buku : 18,2 x 25,7 cm SUM t SUMARDJATI, Prih Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik Jilid 3 untuk SMK /oleh Prih Sumardjati, Sofian Yahya, Ali Mashar ---- Jakarta : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional, 2008. xxiv. 155 hlm Daftar Pustaka : 509-511 ISBN : 978-979-060-096-6 Diterbitkan oleh Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional Tahun 2008 KATA SAMBUTAN Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2008, telah melaksanakan penulisan pembelian hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis untuk disebarluaskan kepada masyarakat melalui website bagi siswa SMK. Buku teks pelajaran ini telah melalui proses penilaian oleh Badan Standar Nasional Pendidikan sebagai buku teks pelajaran untuk SMK yang memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 12 tahun 2008. Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada seluruh penulis yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para pendidik dan peserta didik SMK di seluruh Indonesia. Buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada Departemen Pendidikan Nasional tersebut, dapat diunduh (download), digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Dengan ditayangkannya softcopy ini akan lebih memudahkan bagi masyarakat untuk mengaksesnya sehingga peserta didik dan pendidik di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini. Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Selanjutnya, kepada para peserta didik kami ucapkan selamat belajar dan semoga dapat memanfaatkan buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan. Jakarta, Direktur Pembinaan SMK PENGANTAR Sebagai jawaban terhadap kebutuhan dunia kerja, Pemerintah telah mengembangkan kurikulum Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) menjadi kurikulum berbasis kompetensi. Dengan kurikulum ini diharapkan SMK mampu menghasilkan lulusan-lulusan yang kompeten untuk menjadi tenaga kerja profesional di dunia kerja sehingga dapat meningkatkan taraf hidup sendiri maupun keluarga serta masyarakat dan bangsa Indonesia pada umumnya. Kelompok Teknologi Bidang Teknik Listrik, yang merupakan salah satu bagian dari Kelompok Teknologi yang dikembangkan di lingkungan SMK, telah mengklasifikasikan lingkup kompetensinya menjadi empat Kurikulum Tingkat Satuan Pendidikan (KTSP), yaitu: (1) KTSP Pembangkit Tenaga Listrik, (2) KTSP Transmisi Tenaga Listrik, (3) KTSP Distribusi Tenaga Listrik, dan (4) KTSP Pemanfaatan Tenaga Listrik. KTSP Pembangkit Tenaga Listrik meliputi sumber energi dan proses konversinya sampai menjadi energi listrik, KTSP Transmisi Tenaga Listrik menitikberatkan pada aspek pengirimanan daya listrik dari pusat pembangkit sampai ke gardu distribusi, KTSP Distribusi Tenaga Listrik meliputi pendistribusian tenaga listrik dari gardu distribusi ke pusat-pusat beban, dan KTSP Pemanfaatan Tenaga Listrik mencakup ranah bagaimana listrik dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan para pemakainya yang dampaknya dapat dirasakan secara langsung. Buku Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik ini disusun berdasarkan profil kompetensi KTSP Pemanfaatan Tenaga Listrik. Oleh karena itu, buku ini akan sangat membantu para siswa SMK Teknik Listrik dalam mengenal dan memahami teknik pemanfaatan tenaga listrik di industri maupun dalam kehidupan sehari-hari. Dengan pemahaman yang dimiliki, diharapkan dapat menyokong profesionalitas kerja para lulusan yang akan memasuki dunia kerja. Bagi para guru SMK, buku ini dapat digunakan sebagai salah satu referensi sehingga dapat membantu dalam mengembangkan materi pembelajaran yang aktual dan tepat guna. Buku ini juga bisa digunakan para alumni SMK untuk memperluas pemahamannya di bidang pemanfaatan tenaga listrik terkait dengan bidang kerjanya masing-masing. Buku ini dibagi menjadi enam bab, yaitu: (1) Bahaya Listrik dan Sistem Pengamanannya, (2) Instalasi Listrik, (3) Peralatan Listrik Rumah Tangga, (4) Sistem Pengendalian, (5) Mesin-mesin Listrik, dan (6) PLC. Bab-bab yang termuat di dalam buku ini mempunyai keterkaitan antara satu dan lainnya yang akan membentuk lingkup pemahaman pemanfaatan tenaga listrik secara komprehensif, yang dapat dianalogikan sebagai sustu sistem industri, dimana tercakup aspek penyaluran tenaga listrik secara spesifik ke sistem penerangan dan beban-beban lain (Instalasi Listrik), pemanfaatan tenaga listrik untuk keperluan rumah tangga (Peralatan Listrik Rumah Tangga), penyediaan dan pemanfaatan tenaga tenaga listrik untuk sistem permesinan industri (Mesin-mesin Listrik) dan saran pengendalian tenaga listrik yang dibutuhkan dalam proses produksi (Sistem Pengendalian dan PLC) serta pemahaman terhadap cara kerja yang aman di bidang kelistrikan (Bahaya Listrik dan Sistem Pengamannya). Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik i Jadi dengan buku ini diharapkan terbentuk pemahaman sistem pemanfaatan tenaga listrik secara komprehensif dan bisa menjadi sumber belajar bagi siswa SMK Teknik Listrik dan referensi bagi para guru pengampu KTSP Pemanfaatan Tenaga Listrik. Terlepas dari itu semua, penulis menyadari bahwa dengan segala keterbatasan pada penulis, buku ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis harapkan kritik dan saran masukan dari para pengguna buku ini, terutama para siswa dan guru SMK yang menjadi sasaran utamanya, untuk digunakan dalam perbaikannya pada waktu mendatang. Penulis mengucapkan terima kasih dan menyampaikan rasa hormat kepada Direktur Pembinaan SMK, Kasubdit Pembelajaran, beserta staf atas kepercayaan dan kerjasamanya dalam penulisan buku ini serta semua pihak yang telah memberi dorongan semangat dan bantuannya baik langsung maupun tidak langsung atas tersusunnya buku ini. Semoga Allah SWT membalas segala kebaikan dengan pahala yang berlipat ganda. Semoga buku ini bermanfaat bagi banyak pihak dan menjadi bagian amal jariah bagi para penulis dan pihak-pihak yang terlibat dalam proses penyusunan buku ini. Amin Bandung, Desember 2007 Penulis Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik ii DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ...................................................................................... i DAFTAR ISI .................................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ ix DAFTAR TABEL ............................................................................................ xxiii 1. BAHAYA LISTRIK DAN SISTEM PENGAMANANNYA .......................... 1 1.1. Pendahuluan ..................................................................................... 1 1.2. Bahaya Listrik .................................................................................... 1 1.3. Bahaya Listrik bagi Manusia .............................................................. 1.3.1. Dampak sengatan listrik bagi manusia .................................. 1.3.2. Tiga faktor penentu tingkat bahaya listrik .............................. 1.3.3. Proses Terjadinya Sengatan Listrik ....................................... 1.3.4. Tiga faktor penentu keseriusan akibat sengatan listrik .......... 1.3.5. Kondisi-kondisi Berbahaya .................................................... 1.3.6. Sistem Pengamanan terhadap Bahaya Listrik ...................... 1.3.7. Alat Proteksi Otomatis ............................................................ 1.3.8. Pengaman pada peralatan portabel ...................................... 1.3.9. Prosedur Keselamatan Umum .............................................. 1.3.10. Prosedur Keselamatan Khusus ............................................. 2 2 2 4 4 6 7 10 12 13 15 1.4. Bahaya Kebakaran dan Peledakan ..................................................... 17 1.4.1. Penyebab Kebakaran dan Pengamanan ............................... 17 1.5. Sistem – IP berdasarkan DIN VDE 0470 ............................................. 20 2. INSTALASI LISTRIK ................................................................................ 22 2.1. Pendahuluan ................................................................................... 2.1.1. Sejarah Penyediaan Tenaga Listrik...................................... 2.1.2. Peranan Tenaga Listrik ....................................................... 2.1.3. Instalasi Penyediaan dan Pemanfaatan Tenaga Listrik ...... 2.1.4. Jaringan Listrik .................................................................... 2.1.5. Alat Pengukur dan Pembatas (APP) ................................... 2.1.6. Panel Hubung Bagi (PHB) ................................................... 2.1.7. Penghantar .......................................................................... 2.1.8. Beban Listrik ........................................................................ 2.1.9. Perhitungan Arus Beban ..................................................... 2.1.10. Bahan Kebutuhan Kerja Pemasangan Instalasi Listrik ........ 22 23 24 25 29 36 43 49 52 56 57 2.2. Peraturan Instalasi Listrik ................................................................ 2.2.1. Sejarah Singkat ................................................................... 2.2.2. Maksud dan Tujuan PUIL-2000 ........................................... 2.2.3. Ruang Lingkup .................................................................... 58 58 58 58 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik iii 2.2.4. 2.2.5. 2.2.6. 2.2.7. iv Garis Besar Isi PUIL-2000 ................................................... Peraturan Menteri ................................................................ Peraturan dan Undang-undang Lainnya ............................. Pemasangan Instalasi Listrik ............................................... 58 63 67 69 2.3. Macam-macam Instalasi ................................................................. 71 2.4. Macam-macam Ruang Kerja Listrik ................................................ 73 2.5. Prinsip Dasar Instalasi Bangunan (IEC 364-1) ............................... 77 2.6. Pencahayaan .................................................................................. 2.6.1. Sifat gelombang cahaya ...................................................... 2.6.2. Pandangan Silau ................................................................. 2.6.3. Satuan-satuan Teknik Pencahayaan .................................. 2.6.4. Hukum Penerangan ............................................................ 2.6.5. Penyebaran Cahaya ............................................................ 2.6.6. Perancangan Penerangan Buatan ...................................... 2.6.7. Penggunaan Energi Untuk Pencahayaan Buatan................ 79 79 80 81 83 84 86 98 2.7. Sejarah Perkembangan Sumber Cahaya ....................................... 2.7.1. Sumber Cahaya Dengan Lemak dan Minyak ...................... 2.7.2. Sumber Cahaya Dengan Gas ............................................. 2.7.3. Lampu Busur ....................................................................... 121 121 123 123 2.8. Macam-macam Lampu Listrik ......................................................... 2.8.1. Lampu Pijar ......................................................................... 2.8.2. Neon Sign (Lampu Tabung) ................................................ 2.8.3. Lampu Merkuri .................................................................... 2.8.4. Lampu Sodium .................................................................... 125 125 131 137 141 2.9. Kendali Lampu / Beban Lainnya ..................................................... 145 2.10. Perancangan dan Pemasangan Pipa Pada Instalasi Listrik ........... 2.10.1. Pipa Union ........................................................................... 2.10.2. Pipa Paralon / PVC ............................................................. 2.10.3. Pipa Fleksibel ...................................................................... 2.10.4. Tule / Selubung Pipa ........................................................... 2.10.5. Klem / Sangkang ................................................................. 2.10.6. Sambungan Pipa (Sock) ...................................................... 2.10.7. Sambungan Siku ................................................................. 2.10.8. Kotak Sambung ................................................................... 155 155 156 156 156 157 157 157 158 2.11. Sistem Pentanahan ......................................................................... 2.11.1. Pendahuluan ....................................................................... 2.11.2. Pentanahan Netral Sistem .................................................. 2.11.3. Pentanahan Peralatan ......................................................... 2.11.4. Elektroda Pentanahan dan Tahanan Pentanahan .............. 2.11.5. Jenis-Jenis Elektroda Pentanahan ...................................... 2.11.6. Tahanan Jenis Tanah .......................................................... 2.11.7. Tahanan Pentanahan Berdasarkan Jenis dan Ukuran Elektroda ............................................................................. 2.11.8. Luas Penampang Elektroda Pentanahan ............................ 2.11.9. Luas Penampang Hantaran Pengaman .............................. 159 159 159 162 167 167 170 170 171 172 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 2.12. Pengujian Tahanan Pentanahan ..................................................... 2.12.1. Pengukuran Tahanan Pentanahan (Earth Tester) .............. 2.12.2. Posisi Elektroda Bantu Dalam Pengukuran ......................... 2.12.3. Pengukuran Tahanan Elektroda Pentanahan Menggunakan Metoda 62% ................................................. 2.12.4. Jarak Peletakan Elektroda Bantu ........................................ 2.12.5. Sistem Multi-Elektroda ......................................................... 2.12.6. Metoda Pengukuran Dua-Titik (Metoda Penyederhanaan) .. 2.12.7. Pengukuran Kontinuitas ...................................................... 2.12.8. Petunjuk-petunjuk teknis pengukuran ................................. 174 174 176 178 180 181 182 183 183 2.13. Membuat Laporan Pengoperasian .................................................. 187 2.14. Gangguan Listrik ............................................................................. 2.14.1. Gejala Umum Gangguan Listrik .......................................... 2.14.2. Penyebab Gangguan ........................................................... 2.14.3. Diagnosis Gangguan ........................................................... 2.14.4. Mencari / Menemukan Gangguan ....................................... 190 190 190 190 190 2.15. Pemeliharaan / Perawatan ............................................................... 2.15.1. Pemeliharaan Rutin ............................................................. 2.15.2. Pemeliharaan Tanpa Jadwal / Mendadak ........................... 2.15.3. Objek Pemeriksaan ............................................................. 2.15.4. Pemeliharaan PHB – TR (Tegangan Rendah) .................... 2.15.5. Pemeliharaan Tiang ............................................................ 2.15.6. Pemeliharaan Pembumian .................................................. 2.15.7. Contoh Identifikasi Gangguan Pada Pembumian Netral Pengaman ........................................................................... 2.15.8. Contoh Pengukuran dalam Pengujian Kontinuitas Penghantar ........................................................................... 191 191 191 192 192 195 195 2.16. Simbol-simbol Gambar Listrik ......................................................... 2.16.1. Lambang Huruf Untuk Instrumen Ukur ................................ 2.16.2. Lambang Gambar Untuk Diagram ....................................... 2.16.3. Lambang Gambar Untuk Diagram Instalasi Pusat dan Gardu Listrik ........................................................................ 2.16.4. Lambang Gambar untuk Diagram Instalasi Bangunan ........ 2.16.5. Nomenklatur Kabel .............................................................. 200 200 201 196 198 206 212 218 2.17. Latihan Soal .................................................................................... 221 3. PERALATAN LISTRIK RUMAH TANGGA .............................................. 222 3.1. Alat-Alat Laundry ............................................................................. 3.1.1. Seterika Listrik ..................................................................... 3.1.2. Mesin Cuci Pakaian ............................................................. 3.1.3. Mesin Pengering Pakaian .................................................... 3.1.4. Mesin Cuci Piring ................................................................. 3.1.5. Mesin Pembersih Vakum ..................................................... Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 222 222 228 236 241 246 v 3.2. Alat-Alat Memasak .......................................................................... 3.2.1. Toaster ................................................................................ 3.2.2. Kompor Listrik ..................................................................... 3.2.3. Microwave Oven .................................................................. 251 251 255 262 3.3. Alat-Alat Pemanas & Pendingin ...................................................... 3.3.1. Pengering Rambut .............................................................. 3.3.2. Kulkas dan Freezer ............................................................. 3.3.3. Alat Pendingin Ruangan ...................................................... 3.3.4. Alat Pemanas Air ................................................................. 267 267 271 277 283 4. SISTEM PENGENDALIAN ....................................................................... 288 4.1. Sistem Pengendali Elektronik ......................................................... 4.1.1. Pendahuluan ....................................................................... 4.1.2. Pengendali Tidak Kontinyu .................................................. 4.1.3. Pengendali Dua-Posisi ........................................................ 4.1.4. Pengendali Kontinyu ........................................................... 4.1.5. Pengendali Campuran.......................................................... 4.1.6. Pengendali Elektronik .......................................................... 291 291 291 291 293 297 299 4.2. Sistem Pengendali Elektronika Daya .............................................. 4.2.1. Pendahuluan ....................................................................... 4.2.2. Komponen Semikonduktor Daya ......................................... 4.2.3. Penyearah ........................................................................... 4.2.4. Pengendali Tegangan AC ................................................... 4.2.5. Kontrol Kecepatan dan Daya Motor Induksi Fasa Tiga ....... 4.2.6. Persiapan, Pengoperasian, dan Pemeriksaan Pengendali Elektronika Daya ................................................................. 304 304 305 312 323 324 Sistem Pengendalian Motor ............................................................ 4.3.1. Kontaktor Magnit ................................................................. 4.3.2. Kontak Utama dan Kontak Bantu ........................................ 4.3.3. Kontaktor Magnit dengan Timer .......................................... 4.3.4. Rele Pengaman Arus Lebih (Thermal Overload Relay) ...... 4.3.5. Mengoperasikan dan Memelihara Sistem Pengendali Elektromagnetik ................................................................... 331 333 334 335 336 Elektro Pneumatik ........................................................................... 4.4.1. Pendahuluan ....................................................................... 4.4.2. Simbol-Simbol ..................................................................... 4.4.3. Sistem Komponen ............................................................... 343 343 343 349 4.3. 4.4. 327 337 5. MESIN LISTRIK ........................................................................................ 353 5.1. vi Transformator Satu Fasa ................................................................ 356 5.1.1. Konstruksi dan Prinsip Kerja ............................................... 356 5.1.2. Transformator Ideal ............................................................. 358 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 5.1.3. Transformator Berbeban ..................................................... 360 5.1.4. Pengujian Transformator ..................................................... 364 5.1.5. Paralel Transformator .......................................................... 367 5.2. Transformator Tiga Fasa ................................................................. 5.2.1. Konstruksi Transformator .................................................... 5.2.2. Hubungan Transformator Tiga Fasa ................................... 5.2.3. Pengujian Transformator Tiga Fasa .................................... 5.3. Transformator Khusus ..................................................................... 381 5.3.1. Autotransformator ................................................................ 381 5.3.2. Transformator Pengukuran .................................................. 382 5.4. Generator Arus Searah ................................................................... 5.4.1. Konstruksi Mesin Arus Searah ............................................ 5.4.2. Tegangan Induksi ................................................................ 5.4.3. Reaksi Jangkar .................................................................... 5.4.4. Hubungan Generator Arus Searah ...................................... 5.4.5. Efisiensi ............................................................................... 5.4.6. Karakteristik Generator ........................................................ 384 384 392 393 394 396 397 5.5. Motor Arus Searah .......................................................................... 5.5.1. Prinsip Dasar ....................................................................... 5.5.2. Persamaan Tegangan dan Daya ......................................... 5.5.3. Torsi ..................................................................................... 5.5.4. Rugi-rugi Daya dan Efisiensi ............................................... 5.5.5. Macam-macam Hubungan Motor Arus Searah ................... 5.5.6. Karakteristik Motor Arus Searah .......................................... 402 402 402 403 404 404 406 5.6. Motor Induksi Tiga Fasa .................................................................. 5.6.1. Konstruksi dan Prinsip Kerja ............................................... 5.6.2. Frekuensi dan Slip Rotor ..................................................... 5.6.3. Rangkaian Ekuivalen ........................................................... 5.6.4. Torsi dan Daya .................................................................... 5.6.5. Penentuan Parmeter Motor Induksi ..................................... 5.6.6. Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa ................ 5.6.7. Pemilihan Motor ................................................................... 408 408 413 414 416 420 422 425 5.7. Generator Sinkron ........................................................................... 5.7.1. Pendahuluan ....................................................................... 5.7.2. Konstruksi ............................................................................ 5.7.3. Prinsip Kerja ........................................................................ 5.7.4. Alternator Tanpa Beban ...................................................... 5.7.5. Alternator Berbeban ............................................................ 5.7.6. Menentukan Resistansi dan Reaktansi ............................... 5.7.7. Pengaturan Tegangan ......................................................... 5.7.8. Kerja Paralel Alternator ....................................................... 427 427 427 433 435 436 437 439 442 5.8. Motor Sinkron .................................................................................. 444 5.8.1. Prinsip Kerja ........................................................................ 444 5.8.2. Motor Saat Berbeban .......................................................... 445 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 369 369 373 377 vii 5.8.3. 5.8.4. 5.8.5. 5.8.6. Daya Dihasilkan Motor Sinkron ........................................... Efisiensi Motor Sinkron ........................................................ Kurva V Motor Sinkron ........................................................ Pengasutan Motor Sinkron .................................................. 446 447 448 449 Motor Satu Fasa .............................................................................. 5.9.1. Pendahuluan ....................................................................... 5.9.2. Motor Induksi Satu Fasa ..................................................... 5.9.3. Motor Seri Satu Fasa (Universal) ........................................ 451 451 452 464 5.10. Generator Set ................................................................................. 5.10.1. Pendahuluan ....................................................................... 5.10.2. Mesin Diesel ........................................................................ 5.10.3. Mengoperasikan Generator Set .......................................... 465 465 466 468 5.11. Memperbaiki Motor Listrik ............................................................... 5.11.1. Pendahuluan ....................................................................... 5.11.2. Perbaikan Dasar Motor Induksi ........................................... 5.11.3. Membongkar Kumparan Motor ............................................ 5.11.4. Pelilitan Kumparan Motor .................................................... 5.11.5. Laporan Pelaksanaan Pekerjaan ........................................ 477 477 478 480 481 486 5.9. 6. PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER ............................................ 487 6.1. Pendahuluan ................................................................................... 6.1.1. Sejarah Perkembangan PLC................................................ 6.1.2. Keuntungan Penggunaan PLC ............................................ 6.1.3. Penggunaan PLC di Industri ............................................... 487 488 489 489 6.2. Konsep Logika ................................................................................ 491 6.2.1. Fungsi Logika ...................................................................... 491 6.2.2. Rangkaian PLC dan Simbolik Kontak Logika ...................... 494 6.3. Arsitektur PLC ................................................................................. 495 6.3.1. Perangkat Keras .................................................................. 495 6.3.2. Arsitektur Internal ................................................................ 496 6.4. Pemrograman PLC ......................................................................... 6.4.1. Bahasa Pemograman PLC .................................................. 6.4.2. Operasi Pembacaan ............................................................ 6.4.3. Instruksi Dasar PLC ............................................................ 6.4.4. Pemograman dengan CX Programmer ............................... 6.4.5. Contoh Program .................................................................. 498 498 499 500 503 505 DAFTAR PUSTAKA RIWAYAT PENULIS viii Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik DAFTAR GAMBAR 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 1.22 1.23 1.24 1.25 1.26 1.27 1.28 1.29 1.30 Bahaya Primer Listrik ............................................................................. Bahaya Sekunder Listrik ........................................................................ Segitiga tegangan, arus, dan tahanan ................................................... Tubuh manusia bagian dari rangkaian ................................................... Sistem tegangan rendah di Indonesia .................................................... Jenis Bahaya Listrik ................................................................................ Reaksi Tubuh terhadap Sengatan Listrik ................................................ Contoh-contoh penyebab bahaya listrik.................................................. Pengamanan dengan isolasi pengaman ................................................ Pengamanan dengan pemagaran .......................................................... Kondisi tegangan sentuh pada mesin .................................................... Saluran pentanahan sebagai pengaman terhadap tegangan sentuh .... Pengawatan kabel pentanahan .............................................................. Contoh pengaman otomatis ................................................................... RCD/ELCB Fasa-Tiga ............................................................................ Contoh klasifikasi peng-amanan alat portabel ....................................... Contoh penggunaan alat listrik ............................................................... Penggunaan tangga di daerah instalasi listrik ........................................ Inspeksi kondisi peralatan ...................................................................... Pemisahan si korban dari aliran listrik .................................................... Tindakan pertolongan pertama .............................................................. Titik pemutusan aliran listrik ................................................................... Penandaan alat yang diperbaiki ............................................................. Tanda pekerjaan selesai ........................................................................ Bahaya Kebakaran dan Peledakan ........................................................ Ukuran kabel .......................................................................................... Pemakaian stop-kontak yang salah ....................................................... Koneksi yang kendor .............................................................................. Lingkungan sangat berbahaya ............................................................... Jenis Arus Kesalahan ............................................................................ 1 2 3 3 3 4 6 7 7 7 8 9 10 11 11 12 13 13 13 14 14 15 15 16 17 17 18 18 18 19 Saluran energi listrik dari pembangkit ke pemakai ................................. Generator ............................................................................................... Penyaluran energi listrik ke beban ......................................................... Distribusi Tenaga Listrik ke Konsumen .................................................. Instalasi Penyediaan dan Pemanfaatan Tenaga Listrik ......................... Saluran penghantar udara untuk bangunan-bangunan kecil (mengganggu keindahan pandangan) ................................................... 2.7 Saluran kabel bawah tanah pada suatu perumahan elit ........................ 2.8 Situasi .................................................................................................... 2.9 Denah rumah tipe T-125 lantai dasar ..................................................... 2.10 Instalasi rumah tipe T-125 lantai dasar .................................................. 2.11 Diagram satu garis instalasi listrik pada bangunan /gedung Tegangan Rendah ................................................................................. 2.12 Diagram satu garis instalasi listrik pada bangunan /gedung sistem Tegangan Menengah dan Tegangan Rendah ....................................... 22 23 24 25 25 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 30 30 32 33 34 35 36 ix 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 2.31 2.32 2.33 2.34 2.35 2.36 2.37 2.38 2.39 2.40 2.41 2.42 2.43 2.44 2.45 2.46 2.47 2.48 2.49 2.50 2.51 2.52 2.53 2.54 2.55 2.56 2.57 2.58 2.59 x Diagram satu garis sambungan tenaga listrik tegangan menengah ...... Kwh meter satu fasa analog dan digital ................................................. Kwh meter tiga fasa analog dan digital .................................................. Kwh meter tiga fasa dan KVARh ........................................................... Rangkaian Kwh satu fasa dengan trafo arus ......................................... Rangkaian Kwh dua fasa dengan sambungan tetap ............................. Rangkaian Kwh tiga fasa dengan trafo arus dan trafo tegangan ........... Contoh cubicle di ruang praktek POLBAN ............................................. MCB (Miniatur Circuit Breaker) .............................................................. Moulded Case Circuit Breaker ............................................................... ACB (Air Circuit Breaker) ....................................................................... OCB (Oil Circuit Breaker) ....................................................................... VCB (Vakum Circuit Breaker) ................................................................ SF6 CB (Sulfur Hexafluoride Circuit Breaker) ........................................ Kabel NYA ............................................................................................. Kabel NYM ............................................................................................. Kabel NYY ............................................................................................. Kabel N2XY ........................................................................................... Kabel N2XY ........................................................................................... Diagram Transmisi dan Distribusi .......................................................... Rangkaian macam-macam Beban Sistem 3 fasa, 4 kawat .................... Macam-macam Stop Kontak .................................................................. Piranti-piranti menggunakan motor ........................................................ Diagram satu garis ................................................................................. Saluran instalasi bawah trotoar .............................................................. Kelompok Gelombang Elektromagnetik ................................................. Warna-warna Spektrum ......................................................................... Energi – Panjang Gelombang – Lampu Pijar 500W ............................. Grafik Kepekaan Mata ........................................................................... Pandangan Silau .................................................................................... Mata Manusia ........................................................................................ Radian .................................................................................................... Steradian ................................................................................................ Lilin yang menyinari buku ...................................................................... Fluks Cahaya ......................................................................................... Iluminansi ............................................................................................... Hukum kebalikan kuadrat iluminasi ....................................................... Kurva Cosinus ........................................................................................ Jenis pantulan dan armatur ................................................................... Sumber Cahaya diatas bidang kerja ...................................................... Diagram Polar Intensitas Cahaya Lampu Pijar ...................................... Armatur Lampu Pijar .............................................................................. Diagram perhitungan dan optimasi daya listrik pada sistem pencahayaan buatan ............................................................................. Prosedur perencanaan teknis pencahayaan buatan .............................. Membuat Api dari Gesekan Batu ........................................................... Penerangan dengan Api ........................................................................ Api Lilin .................................................................................................. 37 38 38 39 41 41 42 45 46 47 47 48 48 49 50 50 50 51 51 52 53 54 55 56 71 79 79 79 80 80 80 81 81 81 82 82 83 83 85 90 90 90 111 116 121 121 122 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 2.60 Lampu Minyak ........................................................................................ 2.61 Lampu Minyak dengan Tekanan ............................................................ 2.62 Lampu Gas ............................................................................................. 2.63 Lampu Busur .......................................................................................... 2.64 Joseph Swan dan lampu percobaannya ................................................ 2.65 Edison dan lampu percobaannya ........................................................... 2.66 Bohlam Bening ....................................................................................... 2.67 Bohlam Buram ....................................................................................... 2.68 Bohlam Lilin ............................................................................................ 2.69 Argenta ................................................................................................... 2.70 Superlux ................................................................................................. 2.71 Luster Bulat ............................................................................................ 2.72 Halogen .................................................................................................. 2.73 Halogen dengan reflektor ....................................................................... 2.74 Lampu Tabung ....................................................................................... 2.75 Tahapan kerja lampu fluoresen .............................................................. 2.76 Gerakan elektron gas ............................................................................. 2.77 Bentuk lampu hemat energi ................................................................... 2.78 Contoh Lampu Reklame ........................................................................ 2.79 Lampu Merkuri ....................................................................................... 2.80 Rangkaian dasar lampu merkuri tekanan tinggi ..................................... 2.81 Merkuri Reflector .................................................................................... 2.82 Merkuri Blended ..................................................................................... 2.83 Lampu Metal Halide ............................................................................... 2.84 Lampu SOX ............................................................................................ 2.85 Rangkaian dasar lampu sodium tekanan rendah ................................... 2.86 Lampu SON ........................................................................................... 2.87 Rangkaian dasar lampu sodium tekanan tinggi ..................................... 2.88 Pemasangan saklar kutub tunggal dan sebuah stop kontak .................. 2.89 Rangkaian saklar kutub ganda ............................................................... 2.90 Rangkaian saklar kutub tiga ................................................................... 2.91 Rangkaian Saklar Seri ........................................................................... 2.92 Pemasangan Saklar kelompok .............................................................. 2.93 Pemasangan Sepasang Saklar Tukar ................................................... 2.94 Pemasangan Sepasang Saklar Tukar dengan Penghantar Kabel ......... 2.95 Pemasangan Saklar Silang dengan sepasang saklar tukar ................... 2.96 Macam-macam Saklar Lampu ............................................................... 2.97 Pipa Union .............................................................................................. 2.98 Pipa Paralon / PVC ................................................................................ 2.99 Pipa Fleksibel ......................................................................................... 2.100 Tule ..................................................................................................... 2.101 Klem .................................................................................................... 2.102 Sambungan Pipa ................................................................................. 2.103 Sambungan Siku ................................................................................. 2.104 Kotak Sambung ................................................................................... 2.105 Saluran Tanah dan Netral disatukan (TN-C) ....................................... 2.106 Saluran Tanah dan Netral disatukan pada sebagian sistem (TNC-S)...................................................................................................... Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 122 122 123 123 126 126 127 128 128 128 129 129 129 130 131 133 133 134 136 137 138 139 140 140 141 142 143 144 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 156 156 157 157 157 158 160 161 xi 2.107 2.108 2.109 2.110 2.111 2.112 2.113 2.114 2.115 2.116 2.117 2.118 2.119 2.120 2.121 2.122 2.123 2.124 2.125 2.126 2.127 2.128 2.129 2.130 2.131 2.132 2.133 2.134 2.135 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 xii Saluran Tanah dan Netral dipisah ....................................................... Saluran Tanah Sistem dan Saluran Bagian Sistem Terpisah ............. Saluran tanah melalui impedansi ........................................................ Tegangan sentuh tidak langsung ........................................................ Tegangan sentuh dan tegangan langkah ............................................ Elektroda batang ................................................................................. Elektroda pita dalam beberapa konfigurasi ......................................... Elektroda Pelat .................................................................................... Pengukuran Metoda 3 Kutub .............................................................. Pengukuran Metoda 2 Kutub .............................................................. Prinsip pengukuran tahanan elektroda pengetanahan menggunakan metoda jatuh tegangan – 3 titik ................................... Daerah resistansi efektif dari dua elektroda yang tumpang-tindih ...... Posisi elektroda Y di luar daerah resistansi efektif dari dua elektroda yang tidak tumpang-tindih ................................................... Pengukuran resistansi elektroda pengetanahan menggunakan Metoda 62% ........................................................................................ Daerah resistansi efektif tumpang-tindih ............................................. Daerah pengukuran 62% .................................................................... Sistem Multi-elektroda ......................................................................... Metoda pengukuran dua-titik ............................................................... Pengukuran kontinyuitas hantaran pengetanahan .............................. Metoda pengukuran derau dalam sistem pengetanahan .................... Cara menetralisi noise dengan melilitkan kabel-kabel ukur secara bersama-sama ........................................................................ Cara menghindari noise dengan pengaturan rentangan kabelkabel ukur ............................................................................................ Pentralisiran noise menggunakan kabel perisai (shielded cables) ...... Cara mengatasi tahanan kontak antara elektroda dengan tanah sekitarnya ............................................................................................ Penggunaan kawat kasa sebagai pengganti dari elektroda bantu....... Kasus putusnya panghantar netral pada sistem PNP ......................... Pengukuran resistansi kawat fasa, netral dan pembumian ................. Pengukuran resistansi kawat penghantar melingkar fasa dan netral ................................................................................................... Pengukuran resistansi kawat penghantar melingkar fasa dan pembumian ......................................................................................... Jenis-jenis seterika ................................................................................ Kabel daya ............................................................................................. Jenis-jenis Elemen pemanas ................................................................. Jenis-jenis alas seterika ......................................................................... Penutup dan pemberat .......................................................................... Knob dan pengatur suhu ........................................................................ Tangkai seterika ..................................................................................... Ikhtisar bagian-bagian utama seterika ................................................... Mesin cuci pakaian ................................................................................ Motor dan beban pemberat .................................................................... 161 162 162 163 164 168 169 169 175 175 176 177 178 178 179 180 181 183 183 184 184 185 185 186 186 196 199 199 199 222 222 223 223 223 224 224 227 228 229 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 3.33 3.34 3.35 3.36 3.37 3.38 3.39 3.40 3.41 3.42 3.43 3.44 3.45 3.46 3.47 3.48 3.49 3.50 3.51 3.52 3.53 3.54 3.55 3.56 3.57 3.58 Sistem penyangga pulley ....................................................................... Sistem peredam getaran ........................................................................ Bagian belakang mesin dan katup solenoid ........................................... Piranti anti-siphon .................................................................................. Saluran masuk (inlet) air dan tempat limpahan air ................................. Pompa dan saluran air ........................................................................... Pompa air ............................................................................................... Saklar pemilih tipikal .............................................................................. Keadaan di dalam saklar ........................................................................ Mekanisme saklar pemilih ...................................................................... Saklar kontrol temperatur dan kecepatan .............................................. Gambaran saklar kontrol kecepatan dan temperatur ............................. Kontrol ketinggian air ............................................................................. Mesin pengering pakaian ....................................................................... Sirkulasi udara di dalam mesin .............................................................. Elemen pemanas ................................................................................... Lubang-lubang udara ............................................................................. Tumbler dan pintu .................................................................................. Lubang-lubang pada pintu dan slot besar ............................................. Screen kain dan saluran udara .............................................................. Fan dan saluran buang .......................................................................... Flens ................................................................................................... Bantalan ................................................................................................. Saklar Siklus .......................................................................................... Saklar siklus dilihat dari belakang .......................................................... Motor saklar siklus ................................................................................. Panel kontrol panas ............................................................................... Sensor suhu ........................................................................................... Mesin cuci piring .................................................................................... Mesin cuci piring dalam tatanan yang kompak ...................................... Saklar control tipikal ............................................................................... Tempat cuci piring konvensional ........................................................... Mesin cuci tampak dalam ....................................................................... Contoh penyambungan ke kran sumber air ........................................... Sisi dalam mesin bagian atas ................................................................ Bagian bawah mesin lengkap dengan rak ............................................. Bagian bawah mesinrak dilepas ............................................................ Wadah garam ......................................................................................... Proses di dalam mesin cuci ................................................................... Pembersihan menggunakan pembersih vakum ..................................... Bagian-bagian utama mesin pembersih vakum ..................................... Jenis sikat putar ..................................................................................... Contoh tas debu ..................................................................................... Jenis-jenis perlengkapan pengisap ........................................................ Pembersih vakum jenis berdiri ............................................................... Prinsip kerja pembersih vakum basah/kering ........................................ Toaster ................................................................................................... Elemen pemanas toaster ....................................................................... Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 229 230 230 231 231 231 232 232 233 233 233 234 234 236 237 237 237 238 238 238 238 239 239 239 239 240 240 241 242 242 242 242 243 243 243 243 244 244 244 246 247 247 248 249 249 249 251 251 xiii 3.59 Slot tempat roti dilihat dari atas .............................................................. 3.60 Mekanisme penurunan toaster .............................................................. 3.61 Mekanisme penurun rak roti .................................................................. 3.62 Papan-papan rangkaian ......................................................................... 3.63 Prinsip pemanasan pada kompor listrik ................................................. 3.64 Kompor dengan elemen pemanas terbuka ............................................ 3.65 Kompor listrik jenis dengan 4 piring panas (hot-plate) ........................... 3.66 Konstruksi hot plate ............................................................................... 3.67 Kompor listrik jenis radiasi ..................................................................... 3.68 Konfigurasi rangkaian elemen pemanas ................................................ 3.69 Skema mekanisme kendali kompor listrik tipikal .................................... 3.70 Kompor induksi ...................................................................................... 3.71 Sistem kontrol ........................................................................................ 3.72 Daya masukan tegangan tinggi ............................................................. 3.73 Bagian tegangan tinggi .......................................................................... 3.74 Microwave digital ................................................................................... 3.75 Tombol-tombol fungsi microwave .......................................................... 3.76 Piring putar di ruang masak ................................................................... 3.77 Pemutar piring dan landasan putar ........................................................ 3.78 Elemen pemanas grill ............................................................................ 3.79 Bagian dalam samping .......................................................................... 3.80 Pengering rambut tipikal ........................................................................ 3.81 Kipas angin pembangkit aliran udara ..................................................... 3.82 Saklar pengatur kecepatan motor .......................................................... 3.83 Elemen pemanas ................................................................................... 3.84 Arah semburan udara melewati elemen pemanas ................................. 3.85 Isolasi dan penghalang protektif ............................................................ 3.86 Kulkas tipikal .......................................................................................... 3.87 Bagan kelengkapan kulkas .................................................................... 3.88 Siklus refrigerasi .................................................................................... 3.89 Proses pendinginan ............................................................................... 3.90 Freezer dan pengatur suhu .................................................................... 3.91 Koil kondensor ....................................................................................... 3.92 Ventilasi udara ruang kompresor ........................................................... 3.93 Ruang pendingin .................................................................................... 3.94 Lubang pembuangan limbah air ............................................................ 3.95 Diagram pengkondisi udara (AC) ........................................................... 3.96 AC Jendela ............................................................................................ 3.97 AC jendela tampak dalam ...................................................................... 3.98 Prinsip unit AC-Split ............................................................................... 3.99 Unit kondensasi ..................................................................................... 3.100 Prinsip AC-chiller ................................................................................. 3.101 Menara pendingin (cooling tower) tipikal ............................................. 3.102 Alat pemanas air dengan tangki terbuka dan tangki tertutup .............. 3.103 Bagian dalam tangki air ....................................................................... 3.104 Alat pemanas air tunggal .................................................................... 4.1 xiv 252 252 252 253 256 257 258 258 258 259 259 260 263 263 263 264 264 265 265 265 265 267 268 269 269 269 270 272 272 274 274 275 275 275 276 276 278 279 279 280 280 281 282 284 285 286 Diagram kotak sistem kendali ................................................................ 288 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 2.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 4.28 4.29 4.30 4.31 4.32 4.33 4.34 4.35 4.36 4.37 4.38 4.39 4.40 4.41 4.42 4.43 4.44 4.45 4.46 4.47 4.48 4.49 Automatic Voltage Regulator (AVR) generator ...................................... Bilah-bimetal sebagai pengendali on-off ................................................ Zona netral ............................................................................................. Aksi pengendali tiga posisi ..................................................................... Tanggapan step pengendali P ............................................................... Diagram kotak pengendali P .................................................................. Hubungan keluaran dan masukan pengendali Proporsional ................. Offset pengendali P ................................................................................ Diagram kotak pengendali I ................................................................... Tanggapan pengendali I terhadap error step tetap ................................ Laju perubahan keluaran terhadap error ................................................ Keluaran pengendali fungsi perubahan error ......................................... Diagram kotak pengendali D .................................................................. Tanggapan step pengendali PI .............................................................. Diagram kotak pengendali PI ................................................................. Tanggapan step dan diagram kotak pengendali PID ............................. Realisasi pengendali dua-posisi ............................................................. Realisasi pengendali P ........................................................................... Realisasi pengendali I ............................................................................ Realisasi pengendali Diferensial ............................................................ Realisasi pengendali PI .......................................................................... Realisasi pengendali PD ........................................................................ Implementasi pengendali PID ................................................................ Ruang lingkup elektronika daya ............................................................. Simbol dan konstruksi dioda .................................................................. Karakteristik dioda .................................................................................. Simbol dan konstruksi thyristor .............................................................. Karakteristik thyristor .............................................................................. Proteksi dari arus beban lebih: proteksi fasa dan proteksi cabang ........ Proteksi terhadap tegangan lebih .......................................................... Dua komponen 4-lapis dihubungkan secara berlawanan ...................... Komponen semikonduktor lima-lapis ..................................................... Simbol dan karakteristik diac ................................................................. Contoh diac ............................................................................................ Simbol dan karakteristik Triac ................................................................ Contoh spesifikasi triac .......................................................................... Ikhtisar penyearah dan simbol-simbolnya .............................................. Penyearah E1U ...................................................................................... Penyearah B2U ...................................................................................... Jenis tampilan rangkaian jembatan ........................................................ Rangkaian penyearah M3U ................................................................... Bentuk tegangan keluaran penyearah M3U ........................................... Penyearah B6U ...................................................................................... Bentuk gelombang tegangan dan dioda-dioda yang konduksi .............. Penyearah E1C ...................................................................................... Bentuk gelombang arus dan tegangan keluaran pada E1C ................. Dioda free-wheeling ............................................................................... Karakteristik pengaturan E1C ................................................................ Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 290 291 292 292 293 293 294 294 295 296 296 297 297 298 298 298 299 300 300 301 301 302 303 304 306 306 308 308 310 310 311 311 311 311 312 312 313 313 315 315 316 316 317 317 319 320 320 320 xv 4.50 4.51 4.52 4.53 4.54 4.55 4.56 4.57 4.58 4.59 4.60 4.61 4.62 4.63 4.64 4.65 4.66 4.67 4.68 4.69 4.70 4.71 4.72 4.73 4.74 4.75 4.76 4.77 4.78 4.79 4.80 4.81 4.82 4.83 4.84 4.85 4.86 4.87 4.88 xvi Penyearah B2C ...................................................................................... Penyearah M3C ..................................................................................... Penyearah B6C ...................................................................................... Bentuk dasar pengendali tegangan AC ................................................. Skema kontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya DC tegangan tetap ....................................................................................... Skema kontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya DC dan inverter PWM ......................................................................................... Skema kontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya AC dan inverter frekuensi variabel ...................................................................... Skema kontrol kecepatan motor induksi dengan catu daya AC dan inverter PWM ......................................................................................... Diagram kotak sistem kontrol kecepatan motor induksi fasa tiga .......... Kendali motor manual ............................................................................ Kendali motor Semi otomatis ................................................................. Kendali motor Semi otomatis ................................................................. Kontaktor magnit .................................................................................... Simbol kontaktor magnit ........................................................................ Kontak Utama dan TOR ......................................................................... Kontak-kontak Bantu .............................................................................. Kontaktor Magnit dan Timer ................................................................... Timer on Delay ....................................................................................... Timer Off Delay ...................................................................................... Kontaktor magnit dengan waktu tunda kombinasi hidup-mati ................ Kontaktor magnit dengan waktu tunda hidup-mati kontinyu ................. Konstruksi TOR ...................................................................................... Permukaan TOR .................................................................................... Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali motor langsung (Direct on line) ........................................................................................ Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali motor langsung dengan TOR .......................................................................................... Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali motor putar kanankiri .......................................................................................................... Diagram kontrol dan diagram daya pengendali starter motor dengan pengasutan Y – ¨ ................................................................................... Diagram kontrol dan diagram daya Pengendali starter motor rotor lilit dengan pengasutan resistor ............................................................. Contoh pemakaian 1 .............................................................................. Contoh pemakaian 2 .............................................................................. Contoh pemakaian 3 .............................................................................. Instalasi komponen Pneumatik .............................................................. Instalasi Komponen Elektrik ................................................................... Elemen-elemen Elektro-pneumatik ........................................................ Pemrosesan sinyal ................................................................................. Rantai kontrol ......................................................................................... Rangkaian komponen pneumatik 1 ....................................................... Instalasi komponen pneumatik 2 ........................................................... Instalasi komponen pneumatik 3 ........................................................... 321 322 322 323 325 325 325 326 326 331 332 332 333 333 334 334 335 335 335 336 336 336 336 338 339 340 341 342 348 348 349 349 350 350 350 350 351 352 352 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 5.18 5.19 5.20 5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.26 2.27 2.28 5.29 5.30 5.31 5.32 5.32 5.33 5.34 5.35 5.36 5.37 5.38 5.39 5.40 5.41 5.42 5.43 5.44 5.45 5.46 Pembangkit Tenaga Listrik ..................................................................... Mesin CNC ............................................................................................. Mesin Cuci ............................................................................................. Alternator Mobil ...................................................................................... Mesin Printer .......................................................................................... Mesin ATM ............................................................................................ Penggunaan Transformator pada Bidang Tenaga Listrik ...................... Transformator Daya ............................................................................... Transformator Distribusi Tipe Tiang ...................................................... Transformator pada Peralatan Elektronik .............................................. Percobaan Arus Induksi ......................................................................... Percobaan Induksi ................................................................................. Fluks Magnet Transformator .................................................................. Transformator Tipe Inti ........................................................................... Tranformator Tipe Cangkang ................................................................. Laminasi Inti Transformator ................................................................... Transformator TanpA Beban .................................................................. Arus Tanpa Beban ................................................................................. Kurva B – H ............................................................................................ Transformator Ideal ................................................................................ Transformator Berbeban ........................................................................ Rangkaian Ekuivalen Transformator ...................................................... Rangkaian Ekuivalen dengan Acuan Sisi Primer ................................... Rangkaian Ekuivalen dengan Acuan Sisi Primer disederhanakan ........ Rangkaian Ekuivalen dengan Acuan Sisi Sekunder .............................. Transformator Faktor Daya ”Lagging” .................................................... Transformator Faktor Daya ”Leading” .................................................... Transformator Faktor Daya ”Unity” ........................................................ Rangkaian Percobaan Beban Nol .......................................................... Rangkaian Ekuivalen Hasil Percobaan Beban Nol ................................ Rangkaian Percobaan Hubung Singkat ................................................. Rangkaian Ekuivalen Hasil Percobaan Hubung Singkat ....................... Penentuan Polaritas Transformator ....................................................... Rangkaian Paralel Transformator Satu Fasa ......................................... Rangkaian Ekuivalen Paralel Transformator Satu Fasa ........................ Diagram Vektor Paralel Transformator Satu Fasa ................................. Rangkaian Paralel Transformator Satu Fasa Teg Sama ....................... Rangkaian Ekuivalen Paralel Transformator Tegangan Sama .............. Diagram Vektor Paralel Transformator Tegangan Sama ....................... Konstruksi Tranformator Tiga Fasa ........................................................ Transformator Tipe Inti ........................................................................... Transformator Tipe Cangkang ............................................................... Bushing Transformator ........................................................................... Alat Pernafasan ...................................................................................... Tap Changer .......................................................................................... Indikator Level Minyak ........................................................................... Indikator Temperatur .............................................................................. Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 353 353 353 354 354 354 355 355 355 356 356 356 357 358 358 358 359 359 360 360 360 361 361 362 362 363 363 363 365 365 366 366 366 367 367 367 367 368 368 369 369 370 371 371 371 372 372 xvii 5.47 5.48 5.49 5.50 5.51 5.52 5.53 5.54 5.55 5.56 5.57 5.58 5.59 5.60 5.61 5.62 5.63 5.64 5.65 5.66 5.67 5.68 5.69 5.70 5.71 5.72 5.73 5.74 5.75 5.76 5.77 5.78 5.79 5.80 5.81 5.82 5.83 5.84 5.85 5.86 5.87 5.88 5.89 5.90 5.91 5.92 5.93 5.94 xviii Relai Buchholz ....................................................................................... Hubungan Bintang- bintang ................................................................... Hubungan Segitiga – Segitiga ............................................................... Hubungan Bintang – Segitiga ................................................................ Hubungan Segitiga- Bintang .................................................................. Transformator Tiga Fasa Hubung Zig-zag ............................................. Hubungan V-V atau Open .................................................................. Hubungan Open Y - Open .................................................................. Hubungan Scott atau T-T ....................................................................... Kelompok Hubungan Dy5 ...................................................................... Rangkaian Autotransformator ................................................................ Transformator Arus ................................................................................ Transformator Tegangan ....................................................................... Konstruksi Mesin Arus Searah ............................................................... Konstruksi Sikat Komutator .................................................................... Proses Terbentuknya Ggl pada Sisi Kumparan Generator .................... Proses Penyearahan Tegangan pada Generator Arus Searah ............. Jangkar Generator Arus Searah ............................................................ Lilitan Jangkar ........................................................................................ Letak Sisi-sisi Kumparan dalam Alur ..................................................... Prinsip Lilitan Gelung ............................................................................. Lilitan Gelung Tunggal ........................................................................... Prinsip Lilitan Gelombang ...................................................................... Lilitan Gelombang Tunggal .................................................................... Fluks Medan Utama ............................................................................... Fluks Medan Jangkar ............................................................................. Reaksi Jangkar ...................................................................................... Generator Penguat Terpisah ................................................................. Generator Shunt .................................................................................... Generator Seri ....................................................................................... Generator Kompon Panjang .................................................................. Generator Kompon Pendek ................................................................... Diagram Aliran Daya pada Generator Arus Searah ............................... Rangkaian Generator Beban Nol ........................................................... Rangkaian Generator Berbeban ............................................................ Kurva Generator Arus Searah saat Dibebani ......................................... Percobaan Beban Nol Generator Penguat Sendiri ................................ Resistansi Kritis Generator Shunt .......................................................... Karakteristik Beban Nol pada Kecepatan Berbeda ................................ Kurva Kecepatan Kritis .......................................................................... Contoh Karakteristik Beban Nol ............................................................. Generator Arus Searah Shunt Berbeban ............................................... Prinsip Kerja Motor Arus Searah ........................................................... Rangkaian Motor Arus Searah Penguat Terpisah ................................. Rangkaian Motor Arus Searah Penguat Sendiri Shunt .......................... Rangkaian Motor Arus Searah Penguat Sendiri Seri ............................. Rangkaian Motor Arus Searah Kompon Panjang .................................. Rangkaian Motor Arus Searah Kompon Pendek ................................... 372 373 373 374 374 375 376 376 377 379 381 382 383 384 385 386 387 387 388 388 389 390 390 391 393 393 393 394 395 395 396 396 397 397 398 398 399 399 400 400 400 401 402 405 405 405 405 406 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 5.95 Penampang Motor Induksi Tiga Fasa .................................................... 5.96 Lilitan Motor Induksi ............................................................................... 5.97 Rotor Sangkar ........................................................................................ 5.98 Rotor lilit ................................................................................................. 5.99 Nilai Arus Sesaat dan Posisi Flux .......................................................... 5.100 Proses Terjadinya Medan ................................................................... 5.101 Terjadinya Putaran pada Motor Induksi .............................................. 5.102 Rangkaian Ekuivalen Rotor ................................................................. 5.103 Rangkaian Ekuivalen Motor ................................................................ 5.104 Rangkaian Ekuivalen dengan Refrensi Primer ................................... 5.105 Karakteristik Slip Vs Torsi ................................................................... 5.106 Rangkaian Ekuivalen Motor Induksi Rotor Lilit .................................... 5.107 Diagram Aliran Daya Motor Induksi Tiga Fasa .................................... 5.108 Rangkaian Ekuivalen Motor Induksi .................................................... 5.109 Rangkaian Ekuivalen dengan Refrensi Stator .................................... 5.110 Tes Tanpa Beban ................................................................................ 5.111 Tes Hubung Singkat ............................................................................ 5.112 Mengubah JumlahKutub ..................................................................... 5.113 Pengaturan Tahanan Rotor Motor ...................................................... 5.114 Pengaturan Tegangan ........................................................................ 5.115 Skema Pengaturan Frekuensi ............................................................. 5.116 Generator Sinkron Tiga Fasa dengan Penguatan Generator DC “Pilot Exciter” ....................................................................................... 5.117 Generator Sinkron Tiga Fasa dengan Sistem Penguatan “Brushless Exciter System” ................................................................. 5.118 Bentuk Rotor ....................................................................................... 5.119 Inti Stator dan Alur pada Stator ........................................................... 5.120 Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa ................................ 5.121 Urutan Fasa ABC ................................................................................ 5.122 Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa ........................ 5.123 Diagram Phasor dari Tegangan Induksi Lilitan ................................... 5.124 Total Ggl Et dari Tiga Ggl Sinusoidal .................................................. 5.125 Kisar Kumparan .................................................................................. 5.126 Vektor Tegangan Lilitan ...................................................................... 5.127 Diagram Generator AC Satu Fasa Dua Kutub .................................... 5.128 Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub ..................................... 5.129 Kurva dan Rangkaian Ekuivalen Alternator Tanpa Beban .................. 5.130 Kondisi Reaksi Jangkar ....................................................................... 5.131 Vektor Diagram dari Beban Alternator ................................................ 5.132 Rangkaian Test Alternator Tanpa Beban ............................................ 5.133 Rangkaian Test Alternator di Hubung Singkat .................................... 5.134 Karakteristik Tanpa Beban dan Hubung Singkat sebuah Alternator .... 5.135 Pengukuran Resistansi DC ................................................................. 5.136 Vektor Diagram Pf “Lagging” ............................................................... 5.137 Vektor Arus Medan ............................................................................. 5.138 Karakteristik Beban Nol, Hubung Singkat, dan Vektor Arus Medan .... 5.139 Diagram Potier .................................................................................... 5.140 Vektor Diagram Potier ......................................................................... Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 408 409 409 410 410 412 413 414 415 415 417 417 418 419 420 421 422 423 424 424 425 428 428 429 429 430 430 431 432 432 432 433 434 435 436 436 437 438 438 438 439 439 440 440 441 442 xix 5.141 5.142 5 143 5.144 5.145 5.146 5.147 5.148 5.149 5.150 5.151 5.152 5.153 5.154 5.155 5.156 5.157 5.158 5.159 5.160 5.161 5.162 5.163 5.164 5.165 5.166 5.167 5.168 5.169 5.170 5.171 5.172 5.173 5.174 5.175 5.176 5.177 5.178 5.179 5.180 5.181 5.182 5.183 5.184 5.185 5.186 5.187 xx Rangkaian Paralel Alternator .............................................................. Rangkaian Lampu Berputar ................................................................ Sychroscope ....................................................................................... Motor Sinkron dua Kutub .................................................................... Pengaruh Beban pada Kutub Rotor Motor Sinkron ............................. Pengaruh Kenaikan BebanPada Arus Jangkar ................................... Vektor Diagram untuk Menentukan Daya Motor ................................. Diagram Aliran Daya pada Sebuah Motor Sinkron ............................. Diagram Vektor dalam Keadaan Beban Tetap, dengan Faktor Daya Berbeda .................................................................................... Kurva V Motor Sinkron ........................................................................ Food Processor ................................................................................... Mixer .................................................................................................. Pod Coffee Makers Induksi Satu Fasa ................................................ Letak Kumparan Motor ........................................................................ Putaran Fluksi ..................................................................................... Bentuk Gelombang Fluksi ................................................................... Lengkung Torsi Motor Induksi Satu Fasa ........................................... Kumparan Bantu Motor Induksi Satu Fasa ......................................... Rangkaian Pengganti tanpa Rugi Inti .................................................. Rangkaian Pengganti dengan Rugi Inti (rc Paralel) ............................ Rangkaian Pengganti dengan Rugi Inti (rc Seri) ................................. Motor Split Phase ................................................................................ Motor Kapasitor ................................................................................... Motor Capacitor-Start .......................................................................... Motor Capacitor-Run ........................................................................... Motor Capacitor-Start Capacitor-Run .................................................. Motor Shaded-Pole ............................................................................. Konstruksi Motor Universal ................................................................. Jangkar Motor Universal ..................................................................... Contoh Generator Set ......................................................................... Prinsip Kerja Mesin Diesel .................................................................. Bagian-bagian Utama Generator Set .................................................. Fuel Filters (Wire-element Type) ......................................................... Fuel Filters (Paper Element Type) ..................................................... Pompa Injeksi Bahan Bakar ................................................................ Pemeriksaan Minyak Pelumas ............................................................ Pemeriksaan Sistem Pendingin ......................................................... Pemeriksaan Baterai ........................................................................... Menguji Poros Motor ........................................................................... Pengujian Belitan Stator Dengan AVO Meter ..................................... Melepas Mur Tutup Rangka Motor ...................................................... Melepas Penutup Motor dengan Treker .............................................. Melepas Penutup Motor dengan Palu ................................................. Memisahkan Bagian Rotor dari Rangka Motor ................................... Pemeriksaan Belitan Stator dengan Megger ...................................... Pemotongan Kawat Kumparan ........................................................... Hubungan Kumparan .......................................................................... 443 443 444 444 445 445 446 447 448 449 451 451 451 452 453 454 455 455 456 456 457 458 459 460 461 462 462 464 464 465 466 468 471 471 471 472 472 473 478 479 479 479 479 480 480 481 482 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 5.188 5.189 5.190 5.191 5.192 5.193 5.194 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11 6.12 6.13 6.14 6.15 6.16 6.17 6.18 6.19 6.20 6.21 6.22 6.23 6.24 6.25 6.26 6.27 6.28 6.29 6.30 6.31 6.32 6.33 6.34 6.35 6.36 6.37 6.38 6.39 Hubungan Kumparan 4 (Empat) Kutub ............................................... Bentangan Kumparan Motor Induksi 3 Fasa, 4 Kutub ........................ Penyekatan Alur .................................................................................. Melilit Kumparan Langsung ................................................................. Contoh Mal untuk Melilit Kumparan .................................................... Cara Lilitan Pintal ................................................................................ Memasang Kumparan pada Alur ........................................................ 483 483 484 484 484 485 485 Ilustrasi Konseptual Aplikasi PLC .......................................................... Contoh PLC ............................................................................................ Standardisasi Bahasa Pemrograman PLC ............................................ Gerbang AND ......................................................................................... Gerbang AND dengan 2 Masukan dan Tabel Kebenaran ..................... Contoh Aplikasi Gerbang AND ............................................................... Gerbang OR ........................................................................................... Gerbang OR dengan 2 Masukan dan Tabel Kebenaran ........................ Contoh Aplikasi Gerbang OR ................................................................. Gerbang OR dan Tabel Kebenaran ....................................................... Contoh Aplikasi Gerbang NOT ............................................................... Contoh Aplikasi Gerbang NOT ............................................................... Gerbang NAND ...................................................................................... Gerbang NOR ........................................................................................ Contoh Rangkaian dengan Logika Hardwired dan Diagram Tangga PLC ........................................................................................................ Sistem PLC ............................................................................................ Arsitektur PLC ........................................................................................ Kompoenen Utama CPU ........................................................................ Bahasa Pemrograman Menurut Standar IEC ........................................ Operasi Pembacaan .............................................................................. Ilustrasi Proses Beberapa Eksekusi Relai pada Diagram Tangga ......... Simbol Load (LD) ................................................................................... Simbol Load Not (LDNOT) ..................................................................... Simbol And ............................................................................................. Simbol OR .............................................................................................. Simbol OR NOT ..................................................................................... Simbol OUT ............................................................................................ Instruksi Out Not .................................................................................... Instruksi Timer ........................................................................................ Instruksi Counter .................................................................................... Instruksi Move ........................................................................................ Instruksi Compare .................................................................................. Instruksi Less Than ................................................................................ Instruksi Greater Than ........................................................................... Instruksi End .......................................................................................... Menu Utama CX-Programmer ............................................................... CX-Programmer New Project ................................................................. Select Serial Port ................................................................................... Pengisian dan Pengosongan Tangki Air ................................................ 487 487 488 491 491 491 492 492 492 492 493 493 494 494 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik 494 495 496 497 499 499 500 500 500 501 501 501 501 501 501 502 502 502 502 502 502 503 504 505 505 xxi 6.40 Diagram Tangga Pengisian dan Pengosongan Tangki Air .................... 506 6.41 Pengepakan Buah Apel ......................................................................... 507 6.42 Diagram Tangga Pengepakan Buah Apel ............................................. 508 xxii Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Daya Tersambung Pada Tegangan Menengah ......................................... 26 Tabel 2.2 Golongan Pelanggan PT. PLN ................................................................... 27 Tabel 2.3 Standarisasi Daya Pelanggan TM Dengan Pembatas Pelabur TM ........... 28 Tabel 2.4 Standarisasi Daya Pelanggan TM Dengan Pembatas Pelabur TR ............ 28 Tabel 2.5 Golongan Tarif ............................................................................................ 29 Tabel 2.6 Standar Daya PLN ...................................................................................... 43 Tabel 2.7 Daftar bahan untuk pemasangan instalasi listrik rumah tinggal ................. 57 Tabel 2.8 Panjang Gelombang ................................................................................... 79 Tabel 2.9 Daftar Efikasi Lampu .................................................................................. 83 Tabel 2.10 Perhitungan Intensitas Penerangan ......................................................... 83 Tabel 2.11 Tingkat Pencahayaan ............................................................................... 86 Tabel 2.12 Tingkat Pencahayaan Minimum Yang Direkomendasikan dan Renderasi Warna ...................................................................................... 87 Tabel 2.13 Efisiensi Armartur Penerangan Langsung ................................................ 92 Tabel 2.14 Efisiensi Armartur Penerangan Sebagian Besar Langsung ..................... 93 Tabel 2.15 Efisiensi Armartur Langsung Tak Langsung ............................................ 94 Tabel 2.16 Efisiensi Armartur ..................................................................................... 95 Tabel 2.17 Efisiensi Armartur Penerangan Tak Langsung ......................................... 96 Tabel 2.18 Intensitas Penerangan .............................................................................. 98 Tabel 2.19 Konsumsi Daya Listrik Lampu .................................................................. 99 Tabel 2.20 Temperatur Warna Yang Direkomendasikan Untuk Berbagai Fungsi/Jenis Ruangan .............................................................................. 101 Tabel 2.21 Fluks Cahaya dan Efikasi Lampu ............................................................. 103 Tabel 2.22 Contoh Jenis Lampu Yang Dianjurkan Untuk Berbagai Fungsi/Jenis Bangunan ................................................................................................. 105 Tabel 2.23 Daya Listrik Maksimum untuk Pencahayaan yang Diijinkan .................... 108 Tabel 2.24 Daya Pencahayaan Maksimum Untuk Tempat Di Luar Lokasi Bangunan Gedung ................................................................................... 109 Tabel 2.25 Daya Pencahayaan Maksimum Untuk Jalan dan Lapangan ................... 109 Tabel 2.26 Tingkat Pencahayaan Minimum Yang Direkomendasikan dan Renderasi Warna ...................................................................................... 111 Tabel 2.27 Ikhtisar Illuminasi Untuk Beberapa Jenis Gedung ................................... 117 Tabel 2.28 Karakteristik Lampu Halogen ................................................................... 130 Tabel 2.29 Warna Cahaya Lampu Tabung ................................................................ 131 Tabel 2.30 Kemampuan tabung dialiri arus listrik ...................................................... 135 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik xxiii Tabel 2.31 Jenis Lampu Merkuri ................................................................................ 138 Tabel 2.32 Karakteristik Lampu Merkuri Tekanan Tinggi ........................................... 138 Tabel 2.33 Data Lampu Merkuri Flouresen ................................................................ 139 Tabel 2.34 Daya Lampu Merkuri Blended .................................................................. 140 Tabel 2.35 Karakteristik Lampu Sodium Tekanan Rendah ........................................ 142 Tabel 2.36 Karakteristik Lampu Sodium Tekanan Tinggi ........................................... 143 Tabel 2.37 Kondisi Lampu Saklar Seri ....................................................................... 149 Tabel 2.38 Kondisi Lampu Saklar Kelompok ............................................................. 150 Tabel 2.39 Kondisi Lampu Saklar Tukar I .................................................................. 151 Tabel 2.40 Kondisi Lampu Saklar Tukar II ................................................................. 152 Tabel 2.41 Kondisi Lampu Saklar Silang .................................................................... 153 Tabel 2.42 Besar Tegangan Sentuh dan Waktu Pemutusan Maksimum .................. 165 Tabel 2.43 Tegangan Langkah dan Waktu Pemutusan Gangguan Maksimum Yang Diizinkan .......................................................................................... 166 Tabel 2.44 Tahanan Jenis Tanah ............................................................................... 170 Tabel 2.45 Tahanan Pengetanahan Pada Jenis Tanah Dengan Tahanan Jenis ȇ1=100 Ohm-Meter .................................................................................. 171 Tabel 2.46 Luas Penampang Minimum Elektroda Pengetanahan ............................. 171 Tabel 2.47 Luas Penampang Minimum Hantaran Pengaman ................................... 172 Tabel 2.48 Jarak Elektroda-Elektroda Bantu Menggunakan Metoda 62% (Ft) .......... 180 Tabel 2.49 Sistem Multi-Elektroda .............................................................................. 182 Tabel 2.50 Contoh Identifikasi Jenis Gangguan Peralatan Instalasi Listrik TR Pada Gedung ........................................................................................... 193 Tabel 2.51 Contoh Identifikasi Jenis Gangguan Peralatan Instalasi Listrik TM Pada Gedung ........................................................................................... 194 Tabel 2.52 Contoh Pengukuran Dalam Pengujian Kontinuitas Penghantar .............. 198 Tabel 3.1 Daya Kompor Listrik ................................................................................... 258 Tabel 4.1 Ikhtisar Penyearah ...................................................................................... 318 Tabel 5.1 Parameter Pengujian Beban Nol ................................................................ 378 Tabel 5.2 Parameter Pengujian Hub Singkat ............................................................. 378 Tabel 5.3 Kelompok Hubungan Menurut Standar Vde 0532 ...................................... 380 Tabel 5.4 Hubungan Sisi Kumparan Dengan Lamel Lilitan Gelung ........................... 389 Tabel 5.5 Hubungan Sisi Kumparan dengan Lamel Lilitan Gelombang .................... 391 Tabel 5.6 Karakteristik Torsi Motor Induksi ................................................................ 426 Tabel 5.7 Klasifikasi Isolasi Motor .............................................................................. 426 Tabel 5.8 Karakteristik dan Penggunaan Motor Induksi Satu Fasa ........................... 463 Tabel 5.9 Pelacakan Gangguan pada Genset .......................................................... 476 Tabel 6.1 Bagian dan Fungsi CX – Programmer ....................................................... 504 Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik xxiv 5. MESIN LISTRIK Prinsip dasar dari sebuah mesin listrik adalah konversi energi elektromekanik, yaitu konversi dari energi listrik ke energi mekanik atau sebaliknya dari energi mekanik ke energi listrik. Alat yang dapat mengubah (mengkonversi) energi mekanik ke energi listrik disebut generator, dan apabila mesin melakukan proses konversi sebaliknya yaitu dari energi listrik ke energi mekanik disebut motor. Selain generator dan motor, transformator juga termasuk alat listrik yang menjadi bahasan pada saat mempelajari mesin, meskipun energi yang masuk dan yang keluar dari transformator sama yaitu energi listrik. Pada transformator energi listrik yang diberikan pada lilitan akan mengakibatkan timbulnya medan magnet pada inti besi dan selanjutnya diubah kembali menjadi energi listrik. Mesin listrik mulai dikenal tahun 1831 dengan adanya penemuan oleh Michael Faraday mengenai induksi elektromagnetik yang menjadi prinsip kerja motor listrik. Percobaan mengenai konsep mesin listrik di laboratorium-laboratorium terus dilakukan sampai tahun 1870 saat Thomas Alfa Edison memulai pengembangan generator arus searah secara komersial untuk mendukung distribusi tenaga listrik yang berguna bagi penerangan listrik di rumah-rumah. Kejadian yang penting dalam sejarah mesin listrik adalah dengan dipantenkannya motor induksi tiga fasa oleh Nikola Tesla pada tahun 1888. Konsep Tesla mengenai arus bolak-balik selanjutnya dikembangkan oleh Charles Steinmetz pada dekade berikutnya, sehingga pada tahun 1890 transformator dapat diwujudkan, sekaligus menjadi pembuka jalan untuk melakukan transmisi daya listrik jarak jauh. Mesin Listrik Gambar 5.1 Pembangkit Tenaga Listrik Gambar 5.2 Mesin CNC Gambar 5.3 Mesin Cuci 353 Meskipun konsep mesin listrik yang digunakan saat ini tidak berbeda dari sebelumnya, tetapi perbaikan dan proses pengembangan tidak berhenti. Pengembangan bahan ferromagnetic dan isolasi terus dilakukan untuk meningkatkan kemampuan daya yang lebih besar dibandingkan dengan mesin listrik yang digunakan sekarang ini. Mesin listrik memegang peranan yang sangat penting dalam industri maupun dalam kehidupan sehari-hari. Pada power plant digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik, di industri digunakan sebagai penggerak peralatan mekanik, seperti mesin pembuat tekstil, pembuat baja, dan mesin pembuat kertas. Dalam kehidupan sehari-hari mesin listrik banyak dimanfaatkan pada peralatan rumah tangga listrik, kendaraan bermotor, peralatan kantor, peralatan kesehatan, dan sebagainya. Ada tiga katagori utama untuk mesin putar (rotating machines) atau mesin dinamis yaitu mesin arus searah, mesin induksi, dan mesin sinkron. Dari katagori utama ini dikelompokkan lagi atas generator dan motor. Transformator termasuk katagori mesin statis, dan berdasarkan fasanya dibagi atas transformator satu fasa dan tiga fasa. Gambar 5.4 Alternator Mobil Gambar 5.5 Mesin Printer ¾ Penggunaan Transformator Transformator merupakan salah satu alat listrik yang banyak digunakan pada bidang tenaga listrik dan bidang elektronika. Pada bidang tenaga listrik, transformator digunakan mulai dari pusat pembangkit tenaga listrik sampai ke rumah-rumah (Gambar 5.7). Sebelum di transmisikan tegangan yang dihasilkan oleh pembangkit dinaikkan 354 Gambar 5.6 Mesin ATM Mesin Listrik Gambar 5.7 Penggunaan Transformator pada Bidang Tenaga Listrik terlebih dahulu dengan menggunakan sebuah transformator daya (Gambar 5.8) dengan tujuan untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi saat listrik di transmisikan. Gambar 5.8 Transformator Daya Kemudian sebelum digunakan oleh konsumen tegangan akan diturunkan lagi secara bertahap dengan menggunakan transformator distribusi (Gambar 5.9), sesuai dengan peruntukkannya Mesin Listrik seperti kawasan atau perumahan. industri, komersial, Gambar 5.9 Transformator Distribusi Tipe Tiang Transformator yang dimanfaatkan di rumah tangga pada umumnya mempunyai ukuran yang lebih kecil, seperti yang digunakan untuk menyesuaikan 355 tegangan dari peralatan rumah tangga listrik dengan suplai daya yang tersedia. Transformator dengan ukuran yang lebih kecil lagi biasanya digunakan pada perangkat elektronik seperti radio, televisi, dan sebagainya (Gambar 5.10). Jadi yang terjadi dalam percobaan itu adalah apa yang disebut arus imbas yang dihasilkan oleh tegangan gerak listrik imbas. Gambar 5.10 Transformator pada Peralatan Elektronik 5.1 Transformator Satu . 5.1.1 Konstruksi dan Prinsip Kerja Dalam suatu eksperimennya Michael Faraday dengan menggunakan bahanbahan berupa sebuah coil, magnet batang dan galvanometer (Gambar 5.11) dapat membuktikan bahwa bila kita mendorong medan magnet batang ke dalam coil tersebut, dengan kutub utaranya menghadap coil tersebut, ketika batang magnet sedang begerak, jarum galvanometer memperlihatkan penyimpangan yang menunjukkan bahwa sebuah arus telah dihasilkan di dalam coil tersebut. Bila batang magnet tersebut digerakkan dengan arah sebaliknya maka arah penunjukkan pada galvanometer arahnyapun berlawanan yang menunjukkan bahwa arah arus yang terjadi berlawanan juga. 356 Gambar 5.11 Percobaan Arus Induksi Dalam percobaan lainnya Michael Faraday mencobakan sebuah cincin yang terbuat dari besi lunak, kemudian cincin besi lunak tersebut dililit dengan kawat tembaga berisolasi (Gambar 5.12). Bila saklar (S) ditutup, maka akan terjadi rangkaian tertutup pada sisi primer, demikian arus I1 akan mengalir Gambar 5.12 Percobaan Induksi pada rangkaian sisi primer tersebut, sedangkan pada lilitan sekunder tidak ada arus yang mengalir. Tetapi bila saklar (S) ditutup dan dibuka secara Mesin Listrik bergantian maka jarum galvanometer akan memperlihatkan adanya penyimpangan yang arahnya berubah-ubah kekiri dan kekanan. Perubahan arah penunjukkan jarum galvanometer ini disebabkan adanya tegangan induksi pada lilitan sekunder, sehingga I 2 mengalir melalui galvanometer. Dari percobaan seperti telah dijelaskan diatas Michael Faraday dapat menyimpulkan bahwa tegangan gerak listrik imbas e didalam sebuah rangkaian listrik adalah sama dengan perubahan fluks yang melalui rangkaianrangkaian tersebut. Jika kecepatan perubahan fluks dinyatakan didalam weber/detik, maka tegangan gerak listrik e dinyatakan dalam Volt, yang dalam bentuk persamaannya adalah : dI e  ………………..(5.1-1) dt pers (5.1 - 1) ini dikenal dengan hukum Induksi Faraday, tanda negatif menunjukkan bahwa arus induksi akan selalu mengadakan perlawanan terhadap yang menghasilkan arus induksi tersebut. Bila coil terdiri dari N Lilitan, maka tegangan gerak listrik imbas yang dihasilkan merupakan jumlah dari tiap lilitan, dalam bentuk persamaan : dI e N ………………..(5.1– 2) dt dan NdI dinamakan tautan fluksi (Flux Linkages) didalam alat tersebut. Definisi Transformator Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi Listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain dengan frekuensi yang sama, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Mesin Listrik Secara konstruksinya transformator terdiri atas dua kumparan yaitu primer dan sekunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, maka fluks bolak-balik akan terjadi pada kumparan sisi primer, kemudian fluks tersebut akan mengalir pada inti transformator, dan selanjutnya fluks ini akan mengimbas pada kumparan yang ada pada sisi sekunder yang mengakibatkan timbulnya fluks magnet di sisi sekunder, sehingga pada sisi sekunder akan timbul tegangan (Gambar 5.13). Gambar 5.13 Fluks Magnet Transformator Berdasarkan cara melilitkan kumparan pada inti, dikenal dua jenis transformator, yaitu tipe inti (core type) dan tipe cangkang (shell type). Pada transformator tipe inti (Gambar 5.14), kumparan mengelilingi inti, dan pada umumnya inti transformator L atau U. Peletakkan kumparan pada inti diatur secara berhimpitan antara kumparan primer dengan sekunder. Dengan pertimbangan kompleksitas cara isolasi tegangan pada kumparan, biasanya sisi kumparan tinggi diletakkan di sebelah luar. Sedangkan pada transformator tipe cangkang (Gambar 5.15) kumparan dikelilingi oleh inti, dan pada umumnya intinya berbentuk huruf E dan huruf I, atau huruf F. 357 Untuk membentuk sebuah transformator tipe Inti maupun Cangkang, inti dari transformator yang berbentuk huruf tersebut disusun secara berlapis-lapis (laminasi), jadi bukan berupa besi pejal.. Tujuan utama penyusunan inti secara berlapis (Gambar 5.16) ini adalah unuk mengurangi kerugian energi akibat ”Eddy Current” (arus pusar), dengan cara laminasi seperti ini maka ukuran jerat induksi yang berakibat terjadinya rugi energi di dalam inti bisa dikurangi. Proses penyusunan inti Transformator biasanya dilakukan setelah proses pembuatan lilitan kumparan transformator pada rangka (koker) selesai dilakukan. Gambar 5.14 Transformator Tipe Inti 5.1.2 Transformator Ideal Sebuah transformator dikatakan ideal, apabila dalam perhitungan dianggap tidak ada kerugian-kerugian yang terjadi pada transformator tersebut, seperti rugi akibat resistansi, induktansi, arus magnetisasi, maupun akibat fluks bocor. Jika sebuah transformator tanpa beban (Gambar 5.17), kumparan primernya dihubungkan dengan dengan sumber tegangan arus bolak-balik (abb) sinusoid V1 , maka akan mengalir arus primer I 0 yang juga mempunyai bentuk gelombang sinusoidal, bila diasumsikan kumparan N1 merupakan reaktif murni, Gambar 5.15 Tranformator Tipe Cangkang maka I 0 akan tertinggal 90 0 dari V1 . Arus primer ini akan menimbulkan fluks sinusoidal yang sefasa, I I maks sin Zt …………(5.1– 3) Gambar 5.16 Laminasi Inti Transformator 358 Mesin Listrik rugi tembaga ( I C ). Arus magnetisasi ini menghasilkan fluks (ĭ). Gambar 5.17 Transformator Tanpa Beban Fluks yang sinusoidal akan mengkibatkan terbangkitnya tegangan induksi E1 dI Volt e1  N 1 dt e1 N1 d(I maks sin Zt ) dt  N1ZI maks cos Zt N1 2SfI maks 4,44N1fI maks (5.1-4) 2 maka pada sisi sekunder, fluks tersebut akan mengakibatkan timbulnya tegangan E 2 . dI Volt e 2 N 2 dt e 2 N 2 ZI maks cos Zt Volt E 2 4,44N 2 fI maks Volt............. (5.1 – 5) E1 Arus primer yang mengalir pada transformator saat sekunder tanpa beban, bukan merupakan arus induktif murni, tetapi terdiri dari dua komponen arus yaitu arus magnetisasi ( I m ) dan arus Mesin Listrik Gambar 5.18 Arus Tanpa Beban Bentuk gelombang arus magnetisasi (Gambar 5.18) yang berbentuk sinusoidal akan berubah bentuk akibat pengaruh sifat besi (inti) yang tidak linear, sehingga bentuk gelombang berubah seperti yang diperlihatkan pada Gambar 5.19. Sebuah Transformator Ideal dalam keadaan berbeban, seperti dieperlihatkan pada gambar 5.20. Bila Q 2 2 .V2 . sin Zt , dimana V2 nilai tegangan efektif dari terminal sekunder V kemudian i 2 2. ( 2 ) sin(Zt  M) , M Z adalah sudut impedansi dari beban. Dalam bentuk phasor : I2 V2 Z I2 ‘M 359 dimana I 2 V2 Z2 dan Z Z ‘M V 2 . 2 sin Zt , efektifnya V1 K Q1 V2 K sedangkan untuk arus : 2 .I 2 .K sin(Zt  M) i1 = 2I 1 . sin(Zt  M) dalam bentuk phasor : I1 I 2 .K Impedansi dilihat dari sisi sekunder : Z in Z in V1 I1 Z K2 V2 / K I 2K V2 I 2K 2 Gambar 5.19 Kurva B – H ...............................(5.1 – 6) 5.1.3 Transformator Berbeban Pada sub bab terdahulu telah dijelaskan bagaimana keadaan transformator secara ideal baik saat tanpa beban maupun berbeban. Dalam prakteknya apabila sisi kumparan sekunder transformator diberi beban (Gambar 5.21) maka besar tegangan yang di induksikan (E2) tidak akan sama dengan tegangan pada terminal (V2), hal ini terjadi karena adanya kerugian pada kumparan transformator. Apabila transformator diberi beban Z L maka arus I 2 akan mengalir pada beban tersebut, arus yang mengalir ini akan mengakibatkan timbulnya gaya gerak magnet (ggm) N 2 I 2 yang mana arahnya cenderung melawan arah fluks bersama yang telah ada disebabkan arus magnetisasi I m . 360 Gambar 5.20 Transformator Ideal Gambar 5.21 Transformator Berbeban Mesin Listrik Untuk menjaga agar fluks bersama yang telah ada bisa dijaga dipertahankan nilainya, maka pada sisi kumparan primer arus mengalir arus I '2 yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I '2 , sehingga arus yang mengalir pada sisi kumparan primer menjadi : I1 I 0  I 2 dimana I 0 I C  Im , apabila I C (rugi besi) diabaikan, maka nilai I 0 = I m , sehingga I1 I m  I c2 . Untuk menjaga agar fluks bersama yang ada pada inti transformator tetap nilainya, maka : N 1I m N 1I m N 1I m N 1I 1  N 2 I 2 N1 (I m  I c2 )  N 2 I 2 N1I m  N1I c2  N 2 I 2 , maka N1I c2 N 2 I 2 , nilai I '2 = I 1 bila I m dianggap kecil, sehingga I1 I2 N2 …(5.1 – 7) N1 5.1.3.1 Rangkaian Ekuivalen Untuk memudahkan menganalisis kerja transformator tersebut dapat dibuat rangkaian ekuivalen dan vektor diagramnya, rangkaian ekuivalen ini dapat dibuat dengan acuan sisi primer atau acuan sisi sekunder (Gambar 5.22). Gambar 5.22 Rangkaian Ekuivalen Transformator Gambar 5.23 Rangkaian Ekuivalen dengan Acuan Sisi Primer Mesin Listrik 361 Gambar 5.24 Rangkaian Ekuivalen dengan Acuan Sisi Primer disederhanakan Yang dimaksud dengan acuan sisi primer adalah apabila parameter rangkaian sekunder dinyatakan dalam harga rangkaian primer dan harganya perlu dikali1 kan dengan faktor (Gambar 5.23) K2 Untuk memudahkan dalam menganalisis, rangkaian ekuivalen pada gambar 5.23 dapat disederhanakan lagi, seperti diperlihatkan pada gambar 5.24. Berdasarkan rangkaian diatas kita dapat menentukan nilai parameter yang ada pada transformator tersebut berdasarkan persamaan-persamaan berikut ini. Impedansi ekuivalen transformator adalah : R X Z eq1 (R 1  2 )  j( X1  2 ) K2 K2 R eq1  jX eq1 ………..….(5.1 – 8) dimana R eq1 R1  R2 K2 X1  X2 V1 …………..….(5.1 -10) K2 E1  I 1 .R 1  I 1 .X1 ……...(5.1 -11) V2 E 2  I 2 .R 2  I 2 .X 2 …….(5.1 –12) E2 E1 N2 N1 X eq1 K atau E1 E2 ..(5.1 – 13) K maka : 1 E1 (I 2 .Z L  I 2 .R 2  I 2 .X 2 ) K sedangkan I 2' I2 N2 N1 K atau I 2 I 2' K sehingga ' I ' I ' 1 I2 Z L  2 R 2  2 X 2 ) (5.1-14) ( K K K K V2 dan V1  I 1 (R eq1  jX eq1 ) (5.1 -15) K E1 …….……......(5.1 – 9) Gambar 5.25 Rangkaian Ekuivalen dengan Acuan Sisi Sekunder 362 Mesin Listrik Rangkaian ekuivalen transformator bisa dibuat dengan acuan sisi sekunder (Gambar 5.25), untuk itu parameter rangkaian primer harus dinyatakan dalam harga rangkaian sekunder dan harganya perlu dikalikan dengan K 2 . Z eq 2 Gambar 5.26 Transformator Faktor Daya ”Lagging” (R 1K 2  R 2 )  j( X1K 2  X 2 ) R eq 2  jX eq 2 ) ……………(5.1–16) R eq 2 X eq 2 E2 V2 2 R 1K  R 2 ) ………….....(5.1– 17) 2 X1K  X 2 ………………..(5.1–18) K^V1  (I 2 .K.R 1  I 2 .K.X1 )` (5.1-19) K.V1  I 2 (R eq 2  jX eq 2) ….(5.1-20) x Faktor Daya “ Leading “ Perkiraan tegangan jatuh untuk faktor daya Leading I 2 .R eq 2 Cos M  I 2 .X eq 2 .Sin M ..(5.1-21) 5.1.3.2 Perkiraan Tegangan Jatuh pada Transformator Saat sebuah transformator dalam keadaan tanpa beban V1 kira-kira sama nilainya dengan E1 , sehingga E 2 E1K . Juga E 2 oV2 , dimana oV2 adalah terminal tegangan sekunder pada keadaan tanpa beban atau oV2 K.V1 . Perbedaan keduanya adalah sebesar I 2 .Z eq 2 , sedangkan perkiraan tegangan jatuh pada sebuah transformator dengan acuan tegangan sekunder. Tegangan jatuh pada sebuah transformator dipengaruhi oleh nilai beban dan faktor daya yang terhubung pada transformator tersebut. x Gambar 2.27 Transformator Faktor Daya ”Leading” x Faktor Daya “ Unity “ Secara umum, perkiraan tegangan jatuh pada transformator adalah : I 2 .R eq 2 .Cos M r I 2 .X eq 2 Sin M ...(5.1 -22) Perkiraan tegangan jatuh dilihat dari sisi primer adalah : I 1 .R eq1 .Cos M r I 1 .X eq1 .Sin M …..(5.1 -23) Faktor Daya “ Lagging “ Tegangan jatuh total I 2 .Z eq 2 AC AF dan diasumsikan sama dengan AG. Perkiraan tegangan jatuh : AG = AD + DG I 2 .R eq 2 .CosM  I 2 .X eq 2 .SinM dengan asumsi Mesin Listrik M1 M2 Gambar 2.28 Transformator Faktor Daya ”Unity” M 363 Prosentase tegangan jatuh dilihat dari sisi sekunder : I 2 .R eq 2 .CosM r I 2 .Xeq 2 .Sin M oV2 100%xI 2 .R eq 2 oV2 Cos M r Pengaturan Tegangan (Regulation Voltage) suatu transformator adalah perubahan tegangan sekunder antara beban nol dan beban penuh pada suatu faktor daya tertentu, dengan tegangan primer konstan. x100% 100% xI2 .Xeq 2 oV2 Sin M Vr Cos M r Vx Sin M …………(5.1 – 24) 5.1.3.3 Efisisensi Transformator Efisiensi = K = Daya Keluar Daya Masuk Daya _ Keluar Daya _ Keluar  6Rugi 2 dimana 6 Rugi = Pcu  Pi 6Rugi K 1 (5.1 -25) Daya _ Masuk Cu I 2 2 R eq 2 (Pcu) = I1 2 .R eq1 Ada dua macam pengaturan tegangan yaitu, Regulation Down (Reg Down) dan Regulation Up (Reg Up) : oV2  V2 % Reg Down x100% .(5.1-27) oV2 oV2  V2 x100% .(5.1-28) % Reg Up V2 Tegangan sisi sekunder tanpa beban sebagai referensi (acuan) adalah E2 E2' E1 V1 K dan jika tegangan terminal sekunder beban penuh sebagai referensi primer V2 V2 ' K % Pengaturan (Regulation) V1  V2 ' x100% V1 5.1.3.4 Perubahan Efisiensi Terhadap Beban Rugi 5.1.3.5 Pengaturan Tegangan atau I 1 .R eq1 .CosM  I 1 .X eq1 .SinM V1 Wc Rugi Inti (Pi) Arus Pusar = Rugi Histeris + Rugi = Ph + Pe Pi R eq1 V1 .CosM1 Pi V1 .I1 2 .CosM1 atau I12 .R eq1 (5.1 – 26) dari persamaan diatas dapat ditarik kesimpulan, untuk beban tertentu, efisiensi maksimum terjadi ketika rugi tembaga = rugi inti. x100% Vr CosM  Vx .SinM ………...(5.1 – 29) 5.1.4 Pengujian Transformator Untuk menganalisis transformator berdasarkan rangkaian ekuivalen, maka perlu diketahui parameter-parameter yang ada pada transformator tersebut. Parameter transformator bisa diketahui dari datasheet yang diberikan oleh 364 Mesin Listrik pabrik pembuat atau bila tidak ada bisa diketahui berdasarkan hasil percobaan. Dua macam percobaan yang terpenting adalah percobaan beban nol (tanpa beban) dan percobaan hubung singkat. Percobaan beban dilakukan untuk mengetahui rugi inti dari transformator, sedangkan percobaan hubung singkat dilakukan untuk mengetahui rugi tembaganya. V0 2 …………….(5.1 – 34) P0 Rc V0 Ic Xm V0 …………………..…(5.1 – 35) Im 5.1.4.1 Percobaan Beban Nol Pada saat sisi sekuder dari transformator tidak diberi beban (Gambar 5.29), tegangan sisi primer hanya akan mengalirkan arus pada rangkaian primer yang terdiri dari impedansi bocor primer Z1 R 1  jX1 dan impedansi penguatan : Z m R c  jX m . Karena umumnya Z1 jauh lebih kecil dari Z m , maka Z1 biasa diabaikan tanpa menimbulkan suatu kesalahan yang berarti, rangkaian ekuivalennya (Gambar 5.30). Pada umumnya percobaan beban nol dilakukan dengan alat ukur diletakkan di sisi tegangan rendah dengan besarnya tegangan yang diberikan sama dengan tegangan nominalnya. Hal ini dilakukan dengan pertimbangan sebagai berikut : a) Bekerja pada sisi tegangan tinggi lebih berbahaya ; b) Alat-lat ukur tegangan rendah lebih mudah didapat. Dari hasil penunjukkan alat –alat ukur didapat nilai sebagai berikut : I0 P0 Ic I c 2  I m 2 …………….(5.1 – 31) V1 .I 0 .CosM 0 ……………(5.1 – 32) I 0 .CosM 0 dan Im I 0 .SinM 0 Mesin Listrik Gambar 5.29 Rangkaian Percobaan Beban Nol Gambar 5.30 Rangkaian Ekuivalen Hasil Percobaan Beban Nol 5.1.4.2 Percobaan Hubung Singkat Pada saat melakukan percobaan hubung singkat, sisi tegangan rendah transformator di hubung singkat (Gambar 5.31), alat ukur diletakkan di sisi tegangan tinggi dengan nilai arus dan tegangan yang telah direduksi (dikurangi), tegangan yang diberikan r 5%- 10% dari harga nominalnya. Nilai arus yang melalui kumparan yang dihubung singkat sama dengan arus nominalnya, oleh karena besarnya V2 sama dengan nol, maka besarnya E 2 adalah sama dengan rugi tegangan pada belitan sekundernya. 365 E 2HS I 2 .Z 2 sedangkan dalam keadaan normal E 2 V2  I 2 .Z 2 , karena itu didalam per-cobaan hubung singkat ini E 2HS hanya 5 % - 10% dari E 2 . Daya yang diserap pada saat percobaan hubung singkat ini dapat dianggap sama dengan besarnya kerugian tembaga pada kedua sisi kumparan tersebut. PHS I1 2 .R 1  I 2 2 .R 2 Gambar 5.32 Rangkaian Ekuivalen Hasil Percobaan Hubung Singkat I 1 2 .R 1  (I 2 ' ) 2 .R 2 ' I 1 2 .(R 1  R 2 ' ) ? I 1 2 .R eq1 PHS ……(5.1 – 36) I12 jika resistansi ekuivalen diperoleh dari percobaan hubung singkat tersebut akan digunakan untuk memperhitungkan efisiensi, maka resistansi ini harus dikoreksi pada temperatur kerja yaitu 75qC, sehingga : 234,5  75 R 75 R. 234,5  t VHS …………………..(5.1 – 37) Z eq1 I1 X eq1 CosM HS R eq1 5.1.4.3 Penentuan Polaritas Transformator Satu Fasa Cara melilit kumparan transformator sangat menentukan tegangan induksi yang dibangkitkan dan polaritas dari transformator tersebut (Gambar 5.32). Bila sisi primer diberi tegangan, akan menghasilkan arah tegangan induksi seperti ditunjukkan arah panah. Terminal H1 mempunyai polaritas yang sama dengan L1 yaitu positif (+), sedang-kan H2 polaritasnya sama dengan L2 (-). (Z eq1 ) 2  (R eq1 ) 2 …..(5.1 - 38) PHS ………..….(5.1 – 39) VHS .I 1 Gambar 5.32 Penentuan Polaritas Transformator Gambar 5.31 Rangkaian Percobaan Hubung Singkat 366 Posisi polaritas seperti tersebut diatas disebut dengan polaritas pengurangan, sebaliknya jika polaritas H1 (+) = L2 (+) dan H2 (-) = L1 (-), akibat cara melilit kumparan sekunder sebaliknya dari kondisi pertama, maka disebut polaritas penjumlahan. Mesin Listrik Penentuan polaritas seperti tersebut dijelaskan diatas bisa diketahui dengan cara melakukan pengukuran tegangan sebagai berikut, bila : ¾VaVH disebut polaritas penjumlahan. 5.1.5 Paralel Transformator Penambahan beban pada suatu saat menghendaki adanya kerja paralel diantara transformator. Tujuan utama kerja paralel ialah supaya beban yang dipikul sebanding dengan kemampuan KVA masing-masing transformator, sehingga tidak terjadi pembebanan yang berlebihan. Untuk kerja paralel transformator ini diperlukan beberapa syarat : 1. Kumparan primer dari transformator harus sesuai dengan tegangan dan frekuensi sitem suplai (jala – jala) ; 2. Polaritas transformator harus sama ; 3. Perbandingan tegangan harus sama ; 4. Tegangan impedansi pada keadaan beban penuh harus sama ; 5. Perbandingan reaktansi terhadap resistansi sebaiknya sama. 5.1.5.1 Paralel Dua Transformator dalam Keadaan Ideal Keadaan ideal dari dua transformator mempunyai perbandingan tegangan sama dan mempunyai segitiga tegangan impedansi yang sama dalam ukuran dan bentuk. Segitiga ABC menunjukkan segitiga tegangan impedansi yang sama dari kedua transformator. Arus I A dan I B dari masing-masing transformator sefasa dengan arus beban I dan berbanding Mesin Listrik Gambar 5.33 Rangkaian Paralel Transformator Satu Fasa Gambar 5.34 Rangkaian Ekuivalen Paralel Transformator Satu Fasa Gambar 5.35 Diagram Vektor Paralel Transformator Satu Fasa Gambar 5.36 Rangkaian Paralel Transformator Satu Fasa Teg Sama terbalik terhadap masing-masing impedansinya, 367 I IA  IB E  I A .Z A V2 I A .Z A IA dan I B I B .Z B E  I B .Z B atau E  I.Z AB IA ZB IB ZA I.Z B ...............(5.1 – 40) (Z A  Z B ) I.Z A ………..…(5.1 – 41) (Z A  Z B ) Z A , Z B = Impedansi dari masingmasing transformator I A , I B = Arus masing-masing transformator Gambar 5.37 Rangkaian Ekuivalen Paralel Transformator Tegangan Sama 5.1.5.2 Paralel Transformator PerBandingan Tegangan Sama Diasumsikan tegangan tanpa beban dari kedua transformator dari kedua sekunder sama E A E B E , tidak ada perbedaan fasa antara E A dan E B , hal ini dapat dilakukan jika arus magnetisasi dari kedua transformator tidak terlampau jauh berbeda antara yang satu dengan yang lainnya. Dibawah kondisi ini, kedua sisi primer dan sekunder dari kedua transformator dapat dihubungkan secara paralel dan tidak ada arus sirkulasi antara keduanya saat tanpa beban. Bila admitansi magnetisasi diabaikan, kedua transformator dapat dihubungkan dengan rangkaian ekuivalen seperti diperlihatkan pada Gambar 5.37, dan vektor diagramnya seperti diperlihatkan pada Gambar 5.38 Z A , Z B = Impedansi dari masing-masing transformator. I A , I B = Arus masing-masing transformator V2 = Tegangan terminal I = Arus total 368 Gambar 5.38 Diagram Vektor Paralel Transformator Tegangan Sama I A .Z A V2 .I A V2 .I B I B .Z B I.Z AB ZB ZA  ZB ZA V2 .I ZA  ZB V2 .I dan sedangkan V2 .I.x10 3 S kombinasi daya beban dalam KVA dan daya dalam KVA untuk masing-masing transformator adalah : ZB ............(5.1 – 42) SA S ZA  ZB ZA .............(5.1 – 43) dan S B S Z A  ZB Mesin Listrik 5.2 Transformator Tiga Sebuah transformator tiga fasa secara prinsip sama dengan sebuah transformator satu fasa, perbedaan yang paling mendasar adalah pada sistem kelistrikannya yaitu sistem satu fasa dan tiga fasa. Sehingga sebuah transformator tiga fasa bisa dihubung bintang, segitiga, atau zig-zag. Transformator tiga fasa banyak digunakan pada sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik karena pertimbangan ekonomis. Transformator tiga fasa banyak sekali mengurangi berat dan lebar kerangka, sehingga harganya dapat dikurangi bila dibandingkan dengan penggabungan tiga buah transformator satu fasa dengan “rating” daya yang sama. Tetapi transformator tiga fasa juga mempunyai kekurangan, diantaranya bila salah satu fasa mengalami kerusakan, maka seluruh transformator harus dipindahkan (diganti), tetapi bila transformator terdiri dari tiga buah transformator satu fasa, bila salah satu fasa transformator mengalami kerusakan. Sistem masih bisa dioperasikan dengan sistem “ open delta “. a. Bagian dalam Transformator b. Bagian luar Transformator Gambar 5.39 Konstruksi Tranformator Fasa Tiga 5.2.1 Konstruksi Transformator Secara umum sebuah transformator tiga fasa mempunyai konstruksi hampir sama, yang membedakannya adalah alat bantu dan sistem pengamannya, tergantung pada letak pemasangan, sistem pendinginan, pengoperasian, fungsi dan pemakaiannya. Bagian utama, alat bantu, dan sistem pengaman yang ada pada sebuah transformator daya (Gambar 5.39), adalah : Mesin Listrik Gambar 5.40 Transformator Tipe Inti 369 i Inti Besi Transformator Seperti telah dijelaskan pada pembahasan transformator satu fasa inti besi berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluks dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Sama seperti transformator satu fasa, berdasarkan cara melilit kumparanya ada dua jenis, yaitu tipe inti (Gambar 5.40) dan tipe cangkang (Gambar 5.41). Oleh karena itu minyak transformator harus memenuhi persyaratan, sebagai berikut : ¾ Mempunyai kekuatan isolasi (Dielectric Strength); ¾ Penyalur panas yang baik dengan berat jenis yang kecil, sehingga partikel-partikel kecil dapat mengendap dengan cepat; ¾ Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersikulasi dan kemampuan pendinginan menjadi lebih baik; ¾ Tidak nyala yang tinggi, tidak mudah menguap; ¾ Sifat kimia yang stabil. i Tangki Transformator Tangki transformator berfungsi untuk menyimpan minyak transformator dan sebagai pelindung bagian-bagian transformator yang direndam dalam minyak. Ukuran tangki disesuaikan dengan ukuran inti dan kumparan. Gambar 5.41 Transformator Tipe Cangkang i Kumparan Transformator Kumparan transformator terdiri dari lilitan kawat berisolasi dan membentuk kumparan. Kawat yang dipakai adalah kawat tembaga berisolasi yang berbentuk bulat atau plat. Kumparan-kumparan transformator diberi isolasi baik terhadap kumparan lain maupun inti besinya. Bahan isolasi berbentuk padat seperti kertas prespan, pertinak, dan lain-nya. i MinyakTransformator Untuk mendinginkan transformator saat beroperasi maka kumparan dan inti transformator direndam di dalam minyak transformator,minyak juga berfungsi sebagai isolasi. 370 i Konservator Transformator Konservator merupakan tabung berisi minyak transformator yang diletakan pada bagian atas tangki. Fungsinya adalah : ¾ Untuk menjaga ekspansi atau meluapnya minyak akibat pemanasan; ¾ Sebagai saluran pengisian minyak. i Sistem mator Pendinginan Transfor- Sistem pendinginan pada transformator dibutuhkan supaya panas yang timbul pada inti besi dan kumparan dapat disalurkan keluar sehingga tidak merusak isolasi didalam transformator. Media yang digunakan pada sistem pendinginan dapat berupa : udara / gas, minyak dan air. Sirkulasinya dilakukan secara : alamiah (natural) dan atau paksaan (forced). Mesin Listrik i Bushing Transformator Bushing transformator adalah sebuah konduktor yang berfungsi untuk menghubungkan kumparan transformator dengan rangkaian luar yang diberi selubung isolator. Isolator juga berfungsi sebagai penyekat antara konduktor dengan tangki transformator. Bahan bushing adalah terbuat dari porselin yang tengahnya berlubang (Gambar 5.42). i Alat Pernapasan Naik turunnya beban transformator dan suhu udara sekeliling transformator, mengakibatkan suhu minyak berubahubah mengikuti perubahan tersebut. Bila suhu minyak naik, minyak memuai dan mendesak udara diatas permukaan minyak keluar dari tangki dan bila suhu turun sebaliknya udara akan masuk. Keadaan ini merupakan proses pernapasan transformator. Tetapi udara luar yang lembab akan menurunkan nilai tegangan tembus minyak. Untuk mencegah hal itu transformator dilengkapi dengan alat pernafasan (Gambar 5.43) yang berupa tabung berisi zat hygroskopis,seperti kristal silikagel. Gambar 5.42 Bushing Transformator i Tap Changer Tap changer (Gambar 5.44) adalah alat yang berfungsi untuk mengubah perbandingan lilitan transformator untuk mendapatkan tegangan operasi pada sisi sekunder sesuai yang dibutuhkan oleh tegangan jaringan (beban) atau karena tegangan sisi primer yang berubah-ubah. Tap changer (perubahan tap) dapat dilakukan dalam keadaan berbeban (on load) atau keadaan tidak ber-beban(off load). Untuk tranformator distribusi perubahan tap changer dilakukan dalam keadaan tanpa beban. Mesin Listrik Gambar 5.43 Alat Pernafasan Gambar 5.44 Tap Changer 371 i Sirip-sirip Pendingin atau Radiator singkat, sistem pendinginan, volume minyak, dan lain-lain. Berfungsi untuk memperluas daerah pendinginan, yaitu daerah yang berhubungan langsung dengan udara luar dan sebagai tempat terjadinya sirkulasi panas. i Alat Indikator Alat Indikator digunakan untuk memonitor kondisi komponen utama atau media bantu yang ada didalam transformator saat transformator beroperasi, seperti : ¾ suhu minyak ; ¾ permukaan minyak ; ¾ sistem pendinginan ; ¾ posisi tap. Gambar 5.45 Indikator Level Minyak i Rele Buchholz (Buchholz Relay) Rele Buchholz biasa disebut juga rele gas, karena bekerjanya digerakan oleh pengembangan gas. Tekanan gas akan timbul bila minyak mengalami kenaikan temperatur yang diakibatkan oleh : ¾ Hubung singkat antar lilitan pada atau dalam fasa; ¾ Hubung singkat antar fasa; ¾ Hubung singkat antar fasa ke tanah; ¾ Busur api listrik antar laminasi; ¾ Busur api listrik karena kontak yang kurang baik. Gas yang mengembang akan menggerakan kontak-kontak rangkaian alarm atau rangkaian pemutus. Gambar 5.46 Indikator Temperatur i Plat Nama Plat nama yang terdapat pada bagian luar transformator sebagai pedoman saat pemasangan maupun perbaikan. Data-data yang dicantumkan seperti : Phasa dan frekuensi, daya nominal, tegangan primer/ sekunder,kelompok hubungan, arus nominal, % arus hubung 372 Gambar 5.47 Rele Buchholz Mesin Listrik 5.2.2 Hubungan Transformator Tiga Fasa Secara umum dikenal tiga cara untuk menyambung rangkaian listrik sebuah transformator tiga fasa, yaitu hubungan bintang, hubungan segitiga, dan hubungan Zig-zag. i Hubungan Bintang - bintang Hubungan dari tipe ini lebih ekonomis untuk arus nominal yang kecil, transformator tegangan tinggi (Gambar 5.48). Jumlah dari lilitan perfasa dan jumlah isolasi minimum karena tegangan fasa 1 tegangan jala-jala (Line), juga tidak 3 ada perubahan fasa antara tega-ngan primer dengan sekunder. Bila beban pada sisi sekunder dari transfor-mator tidak seimbang, maka tegangan fasa dari sisi beban akan berubah kecuali titik bintang dibumikan. Gambar 5.48 Hubungan Bintangbintang Primer: Vph1 VL1 3 Volt dan I L1 I ph1 Sekunder: Vph 2 I L2 VL 2 3 Volt I ph 2 Amp K dan Vph 2 Vph1 i Hubungan Segitiga-Segitiga Hubungan ini umumnya digunakan dalam sistem yang menyalurkan arus besar pada tegangan rendah dan terutama saat kesinambungan dari pelayanan harus dipelihara meskipun satu fasa mengalami kegagalan (Gambar 5.49). Adapun beberapa keuntungan dari hubungan ini adalah : Mesin Listrik Gambar 5.49 Hubungan Segitiga – Segitiga 373 x x x Tidak ada perubahan fasa antara tegangan primer dengan sekunder. Luas penampang dari konduktor 1 dikurangi karena arus fasa arus 3 jala-jala Tidak ada kesulitan akibat beban tidak seimbang pada sisi sekunder. Kerugian yang terjadi pada hubungan ini adalah : x Lebih banyak isolasi dibutuhkan dibandingkan dengan hubungan bintang-bintang. x Tidak adanya titik bintang memungkin, merupakan kerugian yang dapat membahayakan. Bila salah satu jalajala ke tanah karena kegagalan, tegangan maksimum antara kumparan dan inti akan mencapai tegangan jala-jala penuh. Primer : VL1 Vph1 Volt dan I L1 Sekunder: VL 2 Vph 2 K dan I L2 Gambar 5.50 Hubungan Bintang – Segitiga 3 I ph1 3 I ph 2 Vph 2 Vph1 i Hubungan Bintang - Segitiga Hubungan transformator tipe ini pada prinsipnya digunakan, dimana tegangan diturunkan (Step - Down), seperti pada jaringan transmisi. Pada hubungan ini, 1 perbandingan tegangan jala-jala 3 kali perbandingan lilitan transformator dan tegangan sekunder tertinggal 30 q dari tegangan primer. Primer : Vph1 374 VL1 3 Volt dan I L1 I ph1 Amp Gambar 5.51 Hubungan SegitigaBintang Mesin Listrik karena tegangan pada peralatan yang digunakan pemakai akan berbeda-beda. Sekunder : Vph 2 K VL 2 Volt dan I ph 2 I L2 3 Amp Vph 2 Vph1 i Hubungan Segitiga - Bintang Hubungan ini umumnya digunakan, dimana diperlukan untuk menaikkan tegangan (Step-Up), misalnya pada awal sistem transmisis tegangan tinggi. Dalam hubungan ini perbandingan tegangan 3 kali perbandingan lilitan transformator dan tegangan sekunder mendahului sebesar 30q. Untuk menghindari terjadinya tegangan titik bintang, diantaranya adalah dengan menghubungkan sisi sekunder dalam hubungan Zig-zag. Dalam hubungan Zig-zag sisi sekunder terdiri atas enam kumparan yang dihubungkan secara khusus (Gambar 5.52) Primer VL1 Vph1 Volt dan Iph1 I L1 3 A Sekunder: Vph 2 K VL 2 3 Volt dan I L 2 I ph 2 A Vph 2 Vph1 Daya Total Tiga Fasa : S = 3.VL .I L VA atau S 3.Vph .I ph VA P = 3.VL .I L .CosM Watt Q = 3.VL .I L .Sin M Var i Hubungan Zig - Zag Kebanyakan transformator distribusi selalu dihubungkan bintang, salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh transformator tersebut adalah ketiga fasanya harus diusahakan seimbang. Apabila beban tidak seimbang akan menyebabkan timbulnya tegangan titik bintang yang tidak diinginkan, Mesin Listrik Gambar 5.52 Transformator Tiga Fasa Hubung Zig-zag Ujung-ujung dari kumparan sekunder disambungkan sedemikian rupa, supaya arah aliran arus didalam tiap-tiap kumparan menjadi bertentangan. Karena e1 tersambung secara berlawanan dengan gulungan e2, sehingga jumlah vektor dari kedua tegangan itu menjadi : 375 e Z1 e1  e 2 ; e Z2 e 2  e3 e Z3 e 3 _ e1 _____________ e Z1  e Z 2  e Z3 0 3e b , Teg titik bintang eb = 0 e e 3 e1 , nilai tegangan fasa e z 2 2 Sedangkan tegangan jala-jala : e EZ eZ 3 3 2 x Perbandingan daya saat Hubungan ' dengan V -V adalah : VL .I L Ssaat V  V Ssaat / 3.VL .I L 1 x100% 57,7% 3 Kekurangan Hubungan ini adalah : x Faktor daya rata-rata, pada V - V beroperasi lebih kecil dari P.f beban, kirakira 86,6% dari faktor daya beban seimbang. x Tegangan terminal sekunder cenderung tidak seimbang, apalagi saat beban bertambah. i Transformator Tiga Fasa dengan Dua Kumparan Selain hubungan transforamator seperti telah dijelaskan pada sub-bab sebelumnya, ada transformator tiga fasa dengan dua kumparan. Tiga jenis hubungan yang umum digunakan adalah : x V - V atau “ Open ' “ x “ Open Y - Open ' “ x Hubungan T – T Misal Tiga buah transformator satu fasa masing-masing mempunyai daya sebesar 10 KVA, bila dihubungkan V - V (Gambar 5.53) karena salah satu dilepas (sebelumnya dihubungkan segitiga) maka dayanya tidak 2 x 10 KVA = 20 KVA, tetapi hanya 0,866 x 20 KVA = 17,32 KVA. Hal ini bisa dibuktikan sebagai berikut : x Daya S saat dihubungkan ' = 3. VL .I L VA IL x I ph 2 menjadi arus jala  jala 3 x Daya S saat dihubungkan V - V §I · = 3.VL .¨¨ L ¸¸ VL .I L VA © 3¹ 376 Gambar 5.53 Hubungan V-V atau Open ' Gambar 5.54 Hubungan Open Y -Open ' Mesin Listrik Gambar 5.55 Hubungan Scott atau T-T Hubungan Open Y - Open ' diperlihatkan pada Gambar 5.54, ada perbedaan dari hubungan V - V karena penghantar titik tengah pada sisi primer dihubungkan ke netral (ground). Hubungan ini bisa digunakan pada transformator distribusi. 5.2.3 Pengujian Transformator Tiga Fasa i Hubungan Scott atau T - T Pengujian yang harus dilakukan pada sebuah transformator tiga fasa biasanya disesuaikan dengan kebutuhannya (pengujian rutin, pengujian awal, dan pengujian akhir), jenis pengujiannya juga cukup beragam, seperti : Hubungan ini merupakan transformasi tiga fasa ke tiga fasa dengan bantuan dua buah transformator (Kumparan). Satu dari transformator mempunyai “ Centre Taps “ pada sisi primer dan sekundernya dan disebut “ Main Transformer “. Transformator yang lainnya mempunyai “0,866 Tap “ dan disebut “ Teaser Transformer “. Salah satu ujung dari sisi primer dan sekunder “teaser Trans-former” disatukan ke “ Centre Taps” dari “ main transformer “. i Pengujian Tahanan Isolasi i Pengujian Tahanan Kumparan i Pengujian Karektristik Beban Nol i Pengujian Karektistik Hubung Singkat i Pengujian Karakteristik Berbeban i Pengujian Perbandingan Transformasi i Pengujian Kelompok Hubungan i Pengujian Tegangan Terapan i Pengujian Tegangan Induksi i Pengujian Kebocoran Tangki i Pengujian Jenis “ Teaser Transformer” beroperasi hanya 0,866 dari kemampuan tegangannya dan kumparan “ main trnsformer “ beroperasi pada Cos 30 q = 0,866 p.f, yang ekuivalen dengan “ main transformer “ bekerja pada 86,6 % dari kemampuan daya semunya. i Pengujian Tahanan Isolasi Mesin Listrik Pengujian tahanan isolasi biasanya dilaksanakan pada awal pengujian dengan tujuan untuk mengetahui secara dini kondisi isolasi transformator, untuk menghindari kegagalan yang bisa bera- 377 kibat fatal, sebelum pengujian selanjutnya dilakukan. Pengujian dilaksanakan dengan menggunakan Megger. Tahanan isolasi yang diukur diantaranya : ¾ Sisi Primer dan Sekunder ¾ Sisi Primer dan pembumian ¾ Sisi Sekunder dan pembumian i Pengujian Tahanan Kumparan Pengujian dilakukan dengan cara melakukan pengukuran tahanan kumparan transformator. Data hasil pengujian digunakan untuk menghitung besarnya rugi tembaga pada transformator tersebut. yang hilang akibat dari tembaga dari transformator saat beroperasi. Contoh untuk menghitung parameterparameter transformator tiga fasa dari hasil percobaan hubung singkat bisa dilihat pada tabel 5.2 dengan asumsi sisi tegangan rendah di hubung singkat dan alat ukur ada di sisi tegangan tinggi, persamaan yang terlihat pada tabel menunjukan dimana alat ukur diletakan. Tabel 5.1 Parameter Pengujian Beban Nol i Pengujian Karakteristik Beban Nol Pengujian Karakteristik Beban Nol atau Tanpa Beban dilakukan untuk mengetahui besarnya kerugian daya yang disebabkan oleh rugi hysterisis dan eddy current pada inti transformator dan besarnya arus yang pada daya tersebut. Pengukuran dilakukan dengan memberikan tegangan nominal pada salah satu sisi transformator dan sisi lainnya dibiarkan dalam keaadaan tanpa beban. Contoh untuk menghitung parameterparameter transformator tiga fasa dari hasil percobaan beban nol bisa dilihat pada tabel 5.1. Persamaan yang terlihat pada tabel menandakan dimana alat ukur diletakkan. Tabel 5.2 Parameter Pengujian Hub Singkat i Pengujian Karakteristik Hubung Singkat Pengujian dilakukan dengan cara memberikan arus nominal pada salah satu sisi transformator dan sisi yang lain dihubung singkat, dengan demikian akan dibangkitkan juga arus nominal pada sisi yang di hubung singkat. Adapun tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui besarnya rugi daya 378 Mesin Listrik i Pengujian Perbandingan Transformasi Pengujian perbandingan transformasi atau belitan kumparan adalah untuk mengetahui perbandingan jumlah kumparan sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah pada setiap tapping sehinggga tegangan keluaran yang dihasilkan oleh transformator sesuai dengan yang spesikasi/rancangan. i Pengujian Tegangan Terapan Pengujian tegangan terapan (Withstand Test) dilakukan untuk menguji kekuatan isolasi antara kumparan dan rangka tangki. Pengujian dilakukan dengan cara memberikan tegangan uji sesuai dengan standar uji dan dilakukan pada : ¾ Sisi tegangan tinggi terhadap sisi tegangan rendah dan rangka tangki yang dibumikan. ¾ Sisi tegangan rendah terhadap sisi tegangan tinggi dan rangka tangki yang dibumikan. dan besar perbedaan fasa tersebut menyebabkan adanya berbagai kelompok hubungan pada transformator. Untuk penentuan kelompok hubungan ini dipergunakan tiga jenis tanda atau kode, yaitu : i Tanda Kelompok sisi tegangan tinggi terdiri atas kode D, Y, dan Z. i Tanda Kelompok sisi tegangan rendah terdiri atas kode d, y , dan z. Angka jam menyatakan bagaimana letak sisi kumparan tegangan tinggi terhadap sisi tegangan rendah. Jarum jam panjang dibuat selalu menunjuk angka 12 dan berimpit dengan Vektor TT tegangan tinggi. Letak Vektor tegangan rendah TH menunjukkan arah jarum jam pendek. Sudut antara jarum jam panjang dan pendek adalah pegeseran antara vektor tegangan tinggi dengan tegangan rendah (V dan v). i Pengujian Tegangan Induksi Tujuan pengujian tegangan induksi adalah untuk mengetahui kekuatan isolasi antara lapisan dari tiap-tiap belitan dan kekuatan isolasi antar belitan transformator. Pengujian dilakukan dengan cara memberi tegangan suplai dua kali tegangan nominal pada salah satu sisi dan sisi lainnya dibiarkan terbuka. Untuk mengatasi kejenuhan pada inti transformator maka frekuensi yang digunakan harus dinaikan sesuai dengan kebutuhan dalam jangka waktu tertentu. i Pengujian Kelompok Hubungan Vektor tegangan primer dan sekunder sebuah transformator sangat tergantung pada cara melilit kumparannya. Pada transforma-tor Tiga Fasa arah tegangan menimbulkan perbedaan fasa. Arah Mesin Listrik Gambar 5.56 Kelompok Hubungan Dy5 379 Gambar 5.56 memperlihatkan contoh kelompok hubungan sebuah transformator tiga fasa Dy5, artinya sisi primer dihubung segitiga (jam 12) dan sisi sekunder dihubung bintang (jam 5). Untuk memudahkan, pabrik-pabrik pada pelaksanaannya membatasi jumlah kelompok hubungan dengan membuat normalisasi pada kelompok hubungan yang dianggap baku. Standardisasi yang banyak diikuti adalah menurut peraturan Jerman, yaitu VDE 0532 (lihat tabel 5.3). Kelompok hubungan yang disarankan untuk digunakan adalah Yy0, Dy5, Yd5, dan Yz5, pada tabel diberi tanda garis pinggir warna merah. Tabel 5.3 Kelompok Hubungan Menurut Standar VDE 0532 380 Mesin Listrik 5.3 Transformator Khusus kan untuk primer dan sekunder bisa diperkirakan dengan persamaan : S tb V1 .I1  V2 .I 2 5.3.1 Autotransformator Bila kerugian-kerugian didalam transformator dapat diabaikan, maka untuk pendekatan, persamaan untuk transformator biasa adalah : Autotransformator adalah transformator yang hanya terdiri dari satu kumparan yang hanya berfungsi sebagai sisi primer dan sekunder (Gambar 5.57). S tb 2.V1 .I 1 | 2.V2 .I 2 untuk autotransformator pendekatannya adalah : S tA V1 .I  V3 .I 2 sedangkan : I1 maka : I  I2 , maka I I1  I 2 V1 (I 1  I 2 )  (V2  V1 )I 2 V1 .I 1  V1 .I 2  V2 .I 2  V1 .I 2 S tA bila V1 .I 1  V2 .I 2  2.V1 .I 2 rugi-rugi dibaikan maka dapat ditulis : Gambar 5.57 Rangkaian Autotransformator Bila tegangan pada sisi primer V1 dan arus I1, tegangan pada sisi sekunder V2 dan arus I2. daya semu bisa mencermikan banyaknya bahan yang digunakan untuk pembuatan transformator tersebut. Besaran tegangan merupakan ukuran mengenai banyaknya inti yang dipakai, sedangkan arus berbanding lurus dengan banyaknya kawat tembaga yang dipakai dalam pembuatan transformator tersebut. Pada transformator “biasa” yang terdiri dari dua kumparan yang terpisah secara listrik, banyaknya bahan yang digunaMesin Listrik S tA | 2.V1 .I1  2V1 .I 2 | 2.V2 .I 2  2.V1 .I 2 Perbandingan antara daya Autotransformator S tA dengan daya tipe sebagai transformator biasa S tb , adalah : S tA S tb 2.V2 .I 2  2.V1 .I 2 2.V2 .I 2 V2  V1 V2 1 V1 V2 dari persamaan diatas dapat dilihat untuk nilai V1 dab V2 yang tidak jauh berbeda, misalnya V1 : V2 = 0,9, S maka perbandingan tA 10,9 0,1 ini S tb menunjukkan dengan menggunakan autotransformator diperlukan bahan 10% lebih hemat daripada transformator biasa. Autotransformator banyak digunakan di: x Industri untuk alat pengasut (start) motor induksi tiga fasa rotor sangkar. 381 x Rumah-rumah untuk menaikkan tegangan yang tidak sesuai dengan kebutuhan peralatan listrik rumah tangga. 5.3.2 Transformator Pengukuran Untuk melakukan pengukuran tegangan atau arus yang berada di gardu-gardu listrik atau pusat pembangkit tenaga listrik biasanya tidak dilakukan secara langsung karena karena nilai arus/ tegangan yang harus diukur pada umumnya tinggi. Apabila pengukuran besaranbesaran listrik ini dilakukan secara langsung, maka alat-alat ukur yang harus disediakan akan menjadi sangat mahal karena baik dari ukuran fisik maupun ratingnya memerlukan perancangan secara khusus. beban yang besar dapat diukur hanya dengan menggunakan Ampermeter yang rangenya tidak terlalu besar. Bila sebuah transformator arus mempunyai perbandingan 100/5 A., artinya transformator mengubah arus primer dari 100 A menjadi 5A di sisi sekunder. Karena pada sisi primer selalu mengalir arus yang besar, maka sisi sekunder harus selalu dalam keadaan tertutup, bila terbuka maka transformator akan mengalami kerusakan, hal ini disebabkan karena tidak adanya fluks yang bersal dari sisi sekunder. Untuk mengatasi hal tersebut maka yang dibuat secara khusus bukan alat ukurnya, melainkan transformatornya, dengan cara ini harganyapun relatif lebih murah bila dibandingkan dengan pembuatan alat ukur khusus. Transformator khusus ini disebut transformator pengukuran (instrumen). Ada dua jenis transformator pengukuran, yaitu : 1. Transformator Arus yang menurunkan arus menurut perbandingan tertentu. 2. Transformator tegangan yang menurunkan tegangan menurut perbandingan tertentu. 5.3.2.1 Transformator Arus Transformator arus (Gambar 5.58) digunakan untuk mengukur arus beban pada sebuah rangkaian. Dengan penggunaan transformator arus, maka arus 382 Gambar 5.58 Transformator Arus Mesin Listrik 5.3.2.2 Transformator Tegangan Prinsip kerja transformator tegangan sebenarnya sama dengan sebuah transformator biasa, yang membedakannya adalah dalam perbandingan transformasinya, dimana transformator tegangan memiliki ketelitian yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan transformator biasa. Transformator tegangan biasanya mengubah tegangan tinggi menjadi tegangan rendah. Misalnya pada sebuah Gardu distribusi yang mempunyai tegangan 20 KV dengan transformator tegangan diturunkan menjadi 200 Volt yang digunakan untuk pengukuran. Untuk mencegah terjadinya perbedaan tegangan yang besar antara kumparan primer dengan sekunder, karena adanya kerusakan isolasi pada kumparan primer., maka pada sisi sekunder perlu dipasang pembumian. Gambar 5.59 Transformator Tegangan Mesin Listrik 383 5.4 Generator Arus Searah 5.4.1 Konstruksi Mesin Arus Searah Ada tiga hal pokok yang menjadi dasar kerja sebuah mesin listrik, yaitu : x Adanya fluks magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnit. x x Adanya kawat penghantar listrik, yang merupakan tempat terbentuknya gaya gerak listrik (Ggl) atau aliran arus listrik. Gerakan realtif antara fluk magnet dengan kawat penghantar listrik. Dalam hal ini boleh magnitnya tetap, sedangkan kawat penghantarnya yang bergerak atau sebaliknya. Gambar 5.60 Konstruksi Mesin Arus Searah 384 Mesin Listrik Konstruksi sebuah Mesin Arus Searah dapat dibagi atas : Bagian Stator : ¾ Rangka generator atau Motor ¾ Inti kutub magnet dan Lilitan Penguat Magnet ¾ Sikat Komutator Bagian Rotor ¾ Komutator ¾ Jangkar ¾ Lilitan Jangkar 5.4.1.1 Rangka ( Frame ) Fungsi utama dari rangka mesin adalah sebagai bagian dari tempat mengalirnya fluks; magnet. Karena itu rangka mesin dibuat dari bahan ferromagnetik. Seiain itu rangkapun befungsi untuk meletakkan alat-alat tertentu dan melindungi bagian-bagian mesin lainnya. Mesin-mesin yang kecil rangkanya dibuat dari besi tuang, sedangkan mesinmesin yang besar rangkanya dibuat dari plat campuran baja yang berbentuk selinder. bahan berlapis-lapis tipis untuk rnengurangi panas karena adanya arus pusar yang terbentuk pada kutub magnet buatan tersebut. 5.4.1.3 Sikat Komutator Fungsi utama sikat adalah sebagai penghubung untuk aliran arus dari lilitan jangkar ke terminal luar (generator) atau dari terminal luar ke lilitan jangkar (Motor). Karena itu sikat sikat dibuat dari bahan konduktor. Disamping itu sikat juga berfungsi untuk terjadinya komutasi, berrsama-sama dengan komutator, bahan sikat harus lebih lunak dari bahan komutator. 5.4.1.2 Inti Kutub Magnet dan Lilitan Penguat Magnet Fluks magnet yang terdapat pada mesin listrik dihasilkan oleh kutub-kutub magnet. Kutub magnet diberi lilitan penguat magnet yang berfungsi untuk tempat aliran arus listrik supaya terjadi proses elektromagnetisme. Pada dasarnya kutub magnit terdiri dari dua bagian pokok, yaitu inti kutub magnet dan sepatu kutub magnet. Karena kutub magnet berfungsi menghasilkan fluks magnet, maka kutub magnet dibuat dari bahan ferromagnetik, misalnya campuran baja-silikon. Disamping itu, kutub magnet dibuat dari Mesin Listrik Gambar 5.61 Konstruksi Sikat Komutator 385 Supaya hubungan/kontak antara sikatsikat yang diam dengan komutator yang berputar dapat sebaik mungkin, maka sikat memerlukan alat pemegang dan penekan berupa per/pegas yang dapat diatur. Memilih bahan yang digunakan untuk suatu sikat, perlu memperhatikan : x Putaran mesin; x Kerapatan arus yang melalui sikat; x Tekanan sikat terhadap komutator. 5.4.1.4 Komutator Seperti diketahui komutator berfungsi sebagai alat penyearah mekanik, yang ber-sama-lama dengan sikat membentuk suatu kerjasama yang disebut komutasi. Supaya menghasilkan penyearah yang lebih baik, maka komutator yang digunakan jumlahnya banyak. Karena itu tiap belahan/segmen komutator tidak lagi merupakan bentuk sebagian selinder, tetapi sudah berbentuk lempeng-lempeng. Diantara setiap lempeng/ segmen komutator terdapat bahan isolator. Isolator yang digunakan menentukan kelas dari mesin berdasarkan kemampuan suhu yang timbul dalam mesin tersebut. Jadi disamping sebagai isolator terhadap listrik isolator yang digunakan harus mampu terhadap panas tersebut. Berdasarkan jenis isolator yang digunakan terhadap kemampuan panas ini maka mesin DC dikenal atas : • Kelas A : Maks 700 C • Kelas B : Maks 1100 C • Kelas H : Maks 1850 C 386 Gambar 5.62 Proses Terbentuknya Ggl Sisi Kumparan Generator pada Tegangan yang dibangkitkan pada sisi kumparan sebuah generator arus seaah, sebenarnya adalah dalam bentuk gelombang arus bolak balik, selanjutnya komutator akan mengubah menjadi arus searah. Proses perubahan arus bolak-balik menjadi arus searah oleh komutator bisa dijelaskan sebagai berikut : Mesin Listrik Gambar 5.63 Proses Penyearahan Tegangan pada Generator Arus Searah Komutator 1 dihubungkan dengan sisi kumparan 1 dan Komutator 2 dengan sisi kumparan 2. Jadi kalau kumparan berputar, maka sikat komutator akan bergesekan dengan komutator secara bergantian. Peristiwa pergesekan/perpindahan sikat dari satu komutator ke komutator berikutnya biasa disebut komutasi. Peristiwa komutasi inilah yang menyebabkan terjadinya penyearahan. dengan permeabilitas yang cukup besar, dengan maksud agar kumparan lilitan jangkar terletak dalam daerah yang imbas magnetnya besar sehingga ggl yang terbentuk dapat bertambah besar. 5.4.1.5 Jangkar Jangkar yang umum digunakan dalam mesin arus searah adalah yang berbentuk silinder, yang diberi alur pada bagian permukaannya untuk melilitkan kumparan-kumparan tempat terbentuknya Ggl imbas. Jangkar dibuat dari bahan yang kuat yang mempunyai sifat ferromagnetik Mesin Listrik Gambar 5.64 Jangkar Generator Arus Searah ¾ Lilitan Jangkar Lilitan jangkar berfungsi sebagai tempat terbentuknya Ggl imbas. Lilitan jangkar 387 terdiri atas beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur jangkar. Tiaptiap kumparan dapat tediri atas lilitan kawat atau lilitan batang. G S 2U Bila dalam tiap-tiap mempunyai 8 s/d 18 alur, maka : kutub G = (8 – 18) 2p Tiap-tiap kumparan dihubungkan dengan kumparan berikutnya melalui lamel komutator, sehingga semua kumparan dihubung seri dan merupakan rangkaian tertutup. Tiap-tiap lamel dihubungkan dengan dua sisi kumparan sehingga jumlah lamel k, adalah : S=2.k Z ZS Gambar 5.65 Lilitan Jangkar k 2.k Z 2. Z S Bila dalam tiap-tiap alur terdapat dua sisi kumparan (U = 1) maka jumlah lamel juga sama dengan jumlah alur G S 2 .U 2. k Ÿk=U.G 2 .u ™ Lilitan Gelung Gambar 5.66 Letak Sisi-sisi Kumparan dalam Alur Z = Jumlah penghantar/kawat jangkar atau batang jangkar. Zs = Jumlah kawat tiap sisi kumparan S = Jumlah sisi kumparan. Tiap-tiap kumparan mempunyai dua sisi kumparan dan jumlahnya harus genap. Pada tiap-tiap alur bisa dipasang dua sisi kumparan atau lebih dalam dua lapisan bertumpuk (Gambar 5.66). Dalam tiap-tiap alur terdapat 2U sisi kumparan, maka jumlah alur G adalah : 388 Jika kumparan dihubungkan dan dibentuk sedemikian rupa sehingga setiap kumparan menggelung kembali ke sisi kumparan berikutnya maka hubungan itu disebut lilitan gelung. Perhatikan gambar 5.67 Prinsip Lilitan gelung. Y = kisar lilitan, yang menyatakan jarak antara lamel permulaan dan lamel berikutnya melalui kumparan. YC = kisar komutator, jumlah lamel yang melalui komutator. Y1, Y2 = kisar bagian. Y = Y1 + Y2 = 2.YC Mesin Listrik disebut juga kisar hubung. Y2 = 2 . YC – Y1 Contoh : 2p = 2,G = k = 8, S =16, dan U = 1 rencanakan lilitan gelung tunggalnya : Yg G 8 4 2p 2 YC = 1 Y1 = 2 . U . Yg + 1 = 2 .1 . 4 + 1 =9 Y2 = 2. YC –Y1 =2.1-9 = -7 Tabel 5.4 Hubungan Sisi Kumparan dengan Lamel Lilitan Gelung Gambar 5.67 Prinsip Lilitan Gelung Pada lilitan gelung kisar bagian Y2 mundur atau negatif. Tiap kumparan mempunyai satu sisi benomor ganjil dan satu sisi bernomor genap, karena itu Y1 dan Y2 selamanya harus merupakan bilangan ganjil. Kisar bagian Y1 ditetapkan oleh Iebar kumparan, diperkirakan sama dengan jarak kutub-kutub . Bila lebar kumparan dinyatakan dengan jumlah alur, biasanya dinyatakan dengan kisar Yg . Yg = G G Ÿ Yg ¢ 2p 2p Kisar bagian Y1 biasanya dinyatakan dengan sejumlah sisi kumparan yang harus dilalui supaya dari sisi yang satu sampai pada sisi berikutnya. Di dalam tiap-tiap alur dimasukkan sisi kumparan 2U dan secera serempak beralih dari lapisan atas ke lapisan bawah karena itu Y1 = 2 . U . Yg + 1 Kisar bagian Y1 menentukkan cara menghubungkan ujung kumparan yang satu dengan kumparan berikutnya melalui lamel komutator, kisar Y2 biasa Mesin Listrik LAMEL 1 2 3 4 5 6 7 8 SISI KUMPARAN 1 3 5 7 9 11 13 15 - 10 12 14 16 2 4 6 8 LAMEL 2 3 4 5 6 7 8 1 ™ Lilitan Gelung Majemuk Lilitan Gelung Majemuk terdiri dari dua lilitan gelung tunggal atau lebih yang dililit secara simetris antara yang satu dengan yang lainnya. Pada lilitan gelung tunggal banyaknya cabang paralel sama dengan banyaknya jumlah kutub (2p) dari mesin tersebut, sedangkan pada lilitan gelung majemuk yang mempunyai m gelung tunggal, banyaknya cabang paralel adalah: a=m.p. Yc = m Y2 = 2 . m – Y1 sedangkan untuk menentukan Y1 sama seperti pada lilitan gelung tunggal. Untuk mendapatkan lilitan gelung majemuk tertutup ujung lilitan terakhir harus kembali lagi ke lamel permulaan. 389 Gambar 5.68 Lilitan Gelung Tunggal ™ Lilitan Gelombang Yc Lilitan Gelombang Tunggal Pada lilitan gelombang kisar komutator Yc lebih besar bila dibandingkan dengan Yc pada lilitan gelung . k r1 p Contoh : 2p = 4 ; S = 42 ; G = k = 21 ; u = 1 21  1 Yc Ÿ Yc = 10 atau 11, 2 kita ambil Yc = 10 YG G 2p 21 1 5 , 4 4 kita bulatkan menjadi 5 Gambar 5.69 Prinsip Lilitan Gelombang Kisar bagian pada lilitan gelombang mempunyai nilai positif(maju). 390 2 . u . YG + 1 = 2 .. 1.5 + 1 = 11 dan Y2 = 2 . Yc – Y1 = 2 . 10 – 11 = 9 Y1 Mesin Listrik Tabel 5.5 Hubungan Sisi Kumparan dengan Lamel Lilitan Gelombang LAMEL 1 11 21 10 20 9 19 8 18 7 17 6 16 5 15 4 14 3 13 2 12 SISI KUMPARAN 1 - 12 21 - 32 41 - 10 19 - 30 39 - 8 17 - 28 37 - 6 15 - 26 35 - 4 13 - 24 33 - 2 11 - 22 31 - 42 9 - 20 29 - 40 7 - 18 27 - 38 5 - 16 25 - 36 3 - 14 23 - 34 LAMEL 11 21 10 20 9 19 8 18 7 17 6 16 5 15 4 14 3 13 2 12 1 Pada lilitan gelombang tunggal banyaknya sikat yang dibutuhkan hanya dua buah, tidak tergantung pada jumlah kutubnya. Lilitan Gelombang Majemuk Apabila nilai arus atau tegangan yang diperlukan tidak bisa dipenuhi dengan lilitan gelung atau gelombang tunggal, maka diatasi dengan lilitan gelombang majemuk. Lilitan gelombang majemuk terdiri dari dua lilitan gelombang tunggal atau lebih. Tiap-dap lilitan gelombang tunggal terdiri dari dua cabang paralel, untuk gelombang majemuk a = 2 . m Yc k rm p Gambar 5.70 Lilitan Gelombang Tunggal Mesin Listrik 391 Berdasarkan penjelasan diatas maka dapat dilihat perbedaan-perbedaan yang terdapat pada lilitan gelung dan gelombang yaitu : Lilitan Gelung 1. Untuk generator bertegangan rendah, arus besar. 2. Ujung-ujung kumparan disambung pada lamel yang berdekatan. 3. Pada lilitan gelung tunggal, arus yang mengalir pada jangkar terbagi sesuai dengan jumlah kutub. 4. Pada lilitan gelung majemuk, arus yang mengalir terbagi sesuai dengan rumusan a = m . p. 5. Sisi kumparan terbagi pads dua bagian, yaitu terletak dihadapan kutub utara dan kutub selatan. Lilitan Gelombang 1. Untuk generator bertegangan tinggi, arus rendah. 2. Pada lilitan gelombang tunggal ujung-ujung kumparai dihubungkan pada lamel komutator dengan jarak mendekati 3600 Listrik. 3. Jumlah cabang paralel pada lilitan gelombang tunggal adalah 2 (dua), walaupun jumlah kutubnya > 2. 4. Pada lilitan gelombang tunggal penghantar-penghantar pada masing-masing cabang, diletakkan terbagi rata pada seluruh permukaan kutub-kutubnya. 5. Lilitan gelombang majemuk digunakan jika dengan lilitan gelung atau gelombang tunggal arus atau tegangan yang diperlukan tidak tercapai. 5.4.2 Tegangan Induksi Tegangan Induksi jangkar atau Ggl Jangkar dibangkitkan pada kumparankumparan jangkar dari sebu-ah generator. Nilai tegangan ini bisa 392 dihitung berdasarkan persamaan-persamaan dibawah ini : I Z = Fluks per kutub dalam Weber = Jumlah penghantar (kawat) dari = Jumlah Alur (G) x Jumlah penghantar per alur 2p = P = Jumlah kutub pada generator a = Banyaknya cabang paralel N = Putaran jangkar dalam Rpm E = Tegangan yang diinduksikan pada jangkar dalam Volt. GgI rata-rata yang diinduksikan pada tiap penghantar dI Volt dt Fluks terpotong per penghantar dalam satu putaran, dI = I . P Weber Jumlah putaran /detik N -N 60 Waktu untuk satu putaran, dt 60 N Ggl Induksi/penghantar dI I .P.N V dt 60 Untuk Lilitan Gelombang Jumlah cabang paralel = 2 Jumlah penghantar terhubung dalam satu cabang seri Z 2 ? Ggl Induksi/Cabang I .P.N Z x 60 A I .Z .P.N Volt 120 Untuk Lilitan Gelung Jumlah cabang paralel = a Jumlah penghantar terhubung seri dalam satu cabang Z a Mesin Listrik Ggl Induksi/cabang I .P.N 60 x Z Volt a Rumus secara umum untuk Ggl Induksi pada jangkar, E I .Z .N Z 60 x a Volt 5.4.3 Reaksi Jangkar Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah generator saat tanpa beban disebut Fluks Medan Utama (Gambar 5.71). Gambar 5.71 Fluks Medan Utama Fluks ini memotong belitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi, 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 5.72). Selanjutnya perhatikan gambar 5.73, disini terlihat fluks medan utama disebelah kiri kutub utara dilemahkan oleh sebagian fluks medan lintang (jangkar) dan disebelah kanan diperkuat. Sedangkan pada kutub selatan fluks medan utama disebelah kanan diperlemah dan disebelah kiri diperkuat oleh fluks medan lintang. Pengaruh adanya interaksi ini disebut reaksi jangkar. Gambar 5.72 Fluks Medan Jangkar Reaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus pada garis netral teoritis AB, tetapi bergeser sebesar sudut D sehingga tegak lurus pada garis netral teoritis A' B'. Sikat yang diletakkan pada permukaan komutator yang terletak pada garis netral AB harus digeser letaknya supaya tidak timbul bunga api. Sikat harus digeser sesuai dengan pergeseran garis netral. Mesin Listrik Gambar 5.73 Reaksi Jangkar 393 Bila sikat tidak digeser maka komutasi akan jelek, sebab sikat terhubung dengan penghantar yang mengandung tegangan. 5.4.4 Hubungan Generator Arus Searah Ia IL Pj V 'e Ra RL PL = Arus jangkar = Arus beban = Daya jangkar = Tegangan terminal jangkar = Kerugian tegangan pada sikat = Tahanan lilitan jangkar = Tahanan beban = Daya keluar (beban) Berdasarkan sumber arus kemagnitan untuk lilitan kutub magnit, maka dapat dibedakan atas : x Generator dengan Penguat Terpisah, jika arus untuk lilitan kutub magnit berasal dari sumber arus searah yang terletak di luar generator. x Generator dengan Penguat Sendiri, jika arus untuk lilitan kutub magnit berasal dari generator itu sendiri. 5.4.4.1 Generator Penguat Terpisah Dengan terpisahnya sumber arus searah untuk lilitan medan dan generator, berarti besar kecilnya arus medan tidak terpengaruh oleh nilai-nilai arus ataupun tegangan pada generator (Gam-bar 5.74). Persamaan arus: Im Em Rm Ia = IL Persamaan Tegangan : E = V +Ia . Ra + 2'e V = IL . RL Pj = L . la Watt PL = V . IL Watt Keterangan : Im = Arus penguat magnit Em = Tegangan sumber penguat magnit Rm = Tahanan lilitan penguat magnit 394 Gambar 5.74 Generator Penguat Terpisah 5.4.4.2 Generator Penguat Sendiri Karena generator jenis ini memperoleh arus untuk lilitan medan dari dalam generator itu sendiri, maka dengan sendirinya besarnya arus medan akan terpengaruh oleh nilai-nilai tegangan dan arus yang terdapat pada generator. Hal ini akan tergantung pada cara hubungan Iilitan penguat magnit dengan lilitan jangkar. Mesin Listrik a. Generator Shunt Gambar 5.75 Generator Shunt Gambar 5.76 Generator Seri Persamaan arus : c. Generator Kompon Ia = IL + Ish Pada generator kompon lilitan medan penguat yang terdapat pada inti kutub magnit terdapat 2 (dua), yaitu untuk seri dan shunt. Berdasarkan cara meletakkan lilitan tersebut maka dapat dibentuk hubungan. Generator kompon panjang dan generator kompon pendek Ish V Rsh Persamaan Tegangan : E = V + Ia . Ra + 2'e V = IL . RL c.1 Generator Kompon Panjang b. Generator Seri Persamaan arus : Ia = Is = IL Persamaan Tegangan : E = V + Ia . Ra + Is . Rs + 2'e = V + Ia (Ra + Rs) + 2'e Mesin Listrik 395 Persamaan arus : Is = IL Ia = IL + Ish Ish = Vcd Rsh Persamaan Tegangan : E = V . Ia . Ra + Is . Rs + 2'e = Ia . Ra + Ish . Rsh + 2'e Gambar 5.77 Generator Kompon Panjang Persamaan arus : Is = Ia Ia = IL + Ish 5.4.5 Efisiensi Rugi – rugi yang terjadi dalam sebuah generator arus searah dapat dibagi sebagai berikut : Persamaan Tegangan : E = V . Ia (Ra + Rs) + 2'c c.2 Generator Kompon Pendek x Rugi Tembaga a. Rugi Tembaga jangkar = Ia2 Watt b. Rugi Tembaga Medan Shunt = Ish2. Rsh Watt c. Rugi Tembaga Medan Seri = Is2 . Rs Watt x Rugi Inti a. Rugi Hysterisis b. Eddy Currents x a. b. c. Gambar 5.78 Generator Kompon Pendek 396 , Ph D B max1.6 . f , Pe D B max2 . f2 Rugi Mekanis Rugi gesekan pada poros Rugi angin akibat putaran jangkar. Rugi gesekan akibat gesekan sikat dengan komutator. Mesin Listrik . Gambar 5.79 Diagram Aliran Daya pada Generator Arus Searah Diagram aliran daya dari sebuah generator dc bias diilustrasikan seperti diperlihatkan pada gambar 5.79. Rugi Besi dan Gesekan = Daya Masuk Mekanis (Pm) - Daya Jangkar (Pj) Rugi Tembaga Total = Daya Jangkar (Pj) - Daya Keluar Generator (Pout) Efisiensi Mekanis Km Daya yang dibangkitkan jangkar x 100% Daya Masuk Mekanis Efisiensi Listrik KI Daya Keluar Generator x 100% Daya dibangkitkan jangkar x Karakteristik Dalam atau Total (E/Ia) Memperlihatkan hubungan antara Ggl E yang diinduksikan secara nyata dalam jangkar dan arus jangkar Ia. x Karakteristik Luar (V/Ia) Memperlihatkan hubungan antara tegangan terminal V dan arus beban I. Kurva ini dibawah karakteristik dalam, karena itu perhitungan bisa diambil dari kerugian tegangan diatas resistansi jangkar. 5.4.6.1 Generator Penguat Terpisah a. Karakteristik Beban Nol Efisiensi Total Kt Daya Keluar Generator x 100% Daya Masuk Mekanis 5.4.6 Karakteristik Generator x Karakteristik Beban Nol (Eo / Im) Memperlihatkan hubungan antara pembangkitan Ggl tanpa beban (beban nol) dalam jangkar (Eo) dan arus medan (lm) pada kecepatan konstan. Mesin Listrik Gambar 5.80 Rangkaian Generator Beban Nol 397 Rangkaian untuk memperoleh data yang diperlukan untuk membuat kurva beban nol diperlihatkan pada gambar 5.80. Bila arus medan dinaikkan secara bertahap dengan menggunakan rheostat dan nilai perubahan arusnva dibaca dengan Ampermeter yang dihubungkan pada rangkaian medan. Persamaan Tegangan untuk Generator DC adalah : E I .Z .N 60 x P Volt, bila a kecepatan dijaga konstan maka : E = c . M. Penambahan arus medan akan mengakibatkan kenaikkan tegangan yang didistribusikan sampai mencapai daerah saturasi. b. Karakteristik Berbeban Gambar 5.81 memperlihatkan Generator DC saat berbeban. Gambar 5.82 Kurva Generator Arus Searah saat Dibebani jangkar dan resistansi jangkar. Gambar 5.81 Rangkaian Generator Berbeban Kurva generator DC penguat terpisah saat dibebani (Gambar 5.82) dapat diambil dari kurva beban nol dengan cara menguranginya dengan kerugian akibat reaksi jangkar dan resistansi jangkar. Apabila penururtan tegangan akibat reaksi jangkar dikurangkan dengan Eo, maka akan diperoleh E (kurva II) yang menunjukkan tegangan yang sebenarnya yang terjadi pada jangkar saat generator dibebani. Selanjutnya bila kerugian tegangan akibat resistansi jangkar Ia.Ra dikurangkan terhadap E maka akan diperoleh tegangan terminal V (kurva III). Kurva II memperlihatkan Karakteristik Dalam dan Kurva III Karakteristik Luar. c. Karakteristik Dalam dan Luar Perhatikan kembali gambar 5.82, pada waktu generator dibebani maka timbul penurunan tegangan akibat reaksi 398 Mesin Listrik 5.4.6.1 Kurva Beban Nol Generator Penguat Sendiri penguat OA (R) = Volt Ampere Kurva beban nol dari generator penguat sendiri (Generator Shunt dan Seri) bisa didapat dengan cara melepaskan kumparan medan dari generator dan dihubungkan dengan sumber tegangan arus searah dari luar . Gambar 5.84 Resistansi Kritis Generator Shunt Gambar 5.83 Percobaan Beban Nol Generator Penguat Sendiri Seperti halnya pengambilan data untuk generator dengan penguat terpisah, pada penguat sendiripun arus medan ini diatur secara bertahap dengan rheostat pada kecepatan konstan. Sebagai akibat adanya magnet sisa pada kutub magnet, walaupun Im = 0 sudah terjadi sedikit Ggl sehingga kurva akan dimulai diatas 0 (nol) . a. Resistansi Kritis Generator Shunt Untuk menentukan resistansi kritisnya, maka generator dihubungkan sebagai generator shunt. Perhatikan gambar 5.84, Titik P terletak pada garis resistansi medan penguat OA. Garis OA digambarkan dengan kemiringan yang sama dengan resistansi kumparan Mesin Listrik Tegangan OL merupakan tegangan maksimum pada saat generator mempunyai nilai resistansi medan R. Bila resistansi medan penguat diturunkan menjadi OB maka tegangan yang dibangkitkan menjadi OL. Sebaliknya bila resistansi dinaikkan terus sehingga tidak, memotong kurva beban nol (OT) maka tegangan tidak akan dibangkitkan. Nilai resistansi yang terletak sepanjang garis kemiringan dimana tegangan masih bisa dibangkitkan disebut resistansi kritis (Rc). Resistansi kritis ini merupakan tangen dari kurva. b. Karakteristik Beban Nol pada Kecepatan yang Berbeda Kurva beban nol dengan kecepatan yang berbeda, digambarkan dengan kurva N1 dan N2 (Gambar 5.85). Karena perubahan tegangan E sebanding dengan perubahan N pada nilai Im yang sama, maka : E2 E1 N2 atau N1 E2 = E1 N2 N1 399 E1 = HC bila N1 untuk lm = OH , E1 = HC bila N1 Im = OH , E2 = HD Bila N2 ? E2 = HC x N2 N1 Contoh : Karakteristik beban nol dari sebuah generator arus searah shunt yang berputar pada kecepatan 1000 Rpm adalah sebagai berikut : E0(V) Im(A) E0(V) Im(A) 52,5 1 275 7 107,5 2 287,5 8 155 3 196,5 4 298 9 231 5 308 10 256,5 6 312 11 Perkiraan tegangan beban nol (E0) yang akan terjadi bila putaran 800 Rpm dan resistansi medan 30 Ohm . Jawab : Gambar 5.85 Karakteristik Beban Nol pada Kecepatan Berbeda c. Kecepatan Kritis Kecepatan kritis dari sebuah generator shunt adalah kecepatan dimana resistansi kumparan medan magnet yang ada menunjukkan resistansi kritis. Pada gambar 5.86 kurva 2 memperlihatkan kecepatan kritis sebab garis Rsh merupakan resistansi kritis. Gambar 5.86 Kurva Kecepatan Kritis 400 Gambar 5.87 Contoh Karakteristik Beban Nol Misal : - Im = 5A, lalu kalikan dengan 30 Ohm (5 x 30 = 150 Volt) - Buat titik B (5 A, 150 Volt). - Buat garis dari titik 0 melalui B, dan memotong di A. - Buat garis horizontal dari titik A ke sumbu Y dan memotong di M. - OM menunjukkan tegangan maksimum yang dibangkitkan generator dengan resistansi medan 30 Ohm dan kecepatan 1000 Rpm, OM = 310 Volt. Untuk mendapatkan ggl induksi saat N= 800 Rpm, harus dibuat kurva baru dengan menganggap ggl sebanding dengan perubahan kecepatan. Mesin Listrik Semua nilai tegangan pada 1000 Rpm dikalikan dengan 800 = 0,8 dan kurva 1000 untuk N = 800 Rpm dibuat: E0 (volt) 42 86 124 157,2 184,8 212,4 220 230 Im (Amp) 1 2 3 4 5 6 7 8 - dengan Rsh = 30 Ohm, ON = 230 Volt d. Karakteristik Luar Seperti telah dijelaskan sebelumnya, bahwa tegangan terminal generator akan turun apabila terjadi penambahan beban. Ada tiga penyebab pokok yang mengakibatkan turun tegangan terminal generator shunt saat berbeban (1) Kerugian tegangan pada resistansi jangkar ; (2) Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar ; (3) Perurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar, selanjutnya mengakibatkan turunnya suplai arus penguat ke medan magnet sehingga Ggl induksi menjadi kecil . Gambar 5.88 Generator Arus Searah Shunt Berbeban Mesin Listrik 401 5.5 Motor Arus Searah 5.5.1 Prinsip Dasar Sebuah motor listrik adalah suatu mesin yang mengubah energi masukan listrik menjadi energi keluaran mekanik, jadi pada dasarnva sebuah mesin arus searah bisa difungsikan sebagai motor atau ge-nerator. Bila suatu penghantar yang dialiri arus ditempatkan dalam suatu medan magnet, maka akan timbul daya yang besarnya F = B . I . L (Nw). Arah gaya F dapat ditentukan berdasarkan hukum tangan kiri Flemming. Gaya yang terjadi pada motor arus searah tergantung pada besarnya arus yang melewati jangkar dan fluks magnit dari medan magnit (penguat). Bila belitan (jangkar) telah berputar, maka dalam belitan itu akan timbul suatu tegangan yang arahnya berlawanan dengan tegangan yang disuplai dari luar, dan ini disebut Ggl lawan. Besarnya Ggl Lawan yang dibangkitkan : E I .Z . N 60 x P Volt ...............(1) A V = E + Ia . Ra Volt .................(2) Ia 402 V E Ra Garis-garis gaya magnit 5.5.2 Persamaan Tegangan dan Daya Gambar 5.89 Prinsip Kerja Motor Arus Searah Ampere …………(3) Mesin Listrik Bila persamaan (2) dikalikan dengan la, maka : V. la = E . Ia + la2 Ra …………….... (4) V.la = Daya yang disuplai ke jangkar motor. Ia2 Ra = Rugi Tembaga dlm jangkar E.la = Daya yang digunakan jangkar motor yang mengakibatkan berputarnya jangkar. E.la tidak semuanya ada pada poros, karena sebagian digunakan untuk mengatasi kerugian mekanis atau kerugian gesekan dari motor. Daya Mekanis (Pm) Pm = E la = V.Ia – Ia2. Ra Differentialkan kedua sisi dengan Ia, dPm maka : = V – 2Ia . Ra dIa Gaya yang bekerja pada satu putaran penuh akan menimbulkan energi sebesar : F . 2S . n Joule. Daya yang dibangkitkan : Pm = T . Z Watt = F.r x 2S . n joule/detik 5.5.3.1 Torsi Jangkar Ta adalah torsi vang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar dengan kecepatan per detik (n), maka daya yang dibangkitkan adalah : = Ta x 2 . S .n Watt . Pm = E . Ia Watt Tax2S . n = E . Ia Watt Daya mekanik yang dibangkitkan akan maksimum bila dPm sama dengan nol. dIa x lama dengan nol_ = 0,159 I . Z x V – 2 . la . Ra = 0 V 2 V E = V – Ia . Ra = 2 I .Z . N P x la 60 A 1 Ia Ta = I . Z . P x Nm 2.S A Tax2S . n = la . Ra = Jadi la harus cukup besar supaya E setengah dari V, tetapi ini sulit untuk dicapai karena la akan terlampau besar yang menyebabkan panas, efisiensi akan dibawah 50%. 5.5.3 Torsi Torsi adalah putaran suatu gaya pada sebuah poros, dan diukur dengan hasil perkalian gaya dengan jari-jari lingkaran dimana gaya tersebut terjadi(bekerja). Torsi T = F . r (N-m) Mesin Listrik Ia Nm A 5.5.3.2 Torsi Poros Tidak seluruh torsi yang dihasilkan pada jangkar bisa dimanfaatkan oleh beban yang dihubungkan pada poros, karena sebagian akan hilang karena rugi-rugi besi dan gesekan pada motor. Torsi yang yang bisa dimanfaatkan ini disehut Torsi Poros (Tsh) Tsh = Torsi Jangkar (Ta) - Torsi yang hilang karena rugi besi dan gesekan (Tf) Eb . Ia  Rugi besi dan gesekan 2 .S . n HP x 746 Nm = 2 .S . n Tsh = 403 5.5.4 Rugi-rugi Daya dan Efisiensi sekan dan angin, seperti pada bagian poros motor. ™ Efisiensi Rugi-rugi daya yang terjadi pada sebuah motor arus searah dapat dibagi kedalam : x Rugi- rugi tembaga atau listrik. x Rugi-rugi besi atau magnet. x Rugi-rugi mekanis. ™ Rugi-rugi tembaga atau listrik x Daya yang hilang dalam panas lilitan medan dan rangkaian jangkar x Rugi tembaga dari lilitan dibagi atas: 9 Rugi tembaga jangkar Ÿ Ia2 . Ra Watt 9 Rugi tembaga medan terdiri dari: Ish2.Rsh Watt Ÿ Motor Shunt/ Motor Kompon 2 Is .Rs Watt Ÿ Motor Seri/ Motor Kompon ™ Rugi-rugi Besi atau Magnet - Rugi histerisis Ph = K.Bmax X f . V Watt K = Steinmetz hysterisis coefficient Bmax = Kerapatan fluks ªWb º maksimum « 2 » ¬m ¼ f = Frekuensi dlm Hertz V = Volume inti (m3) nilai x = antara 1,6 s/d 2 - Arus Pusar (Eddy Current) Pe = Ke.Bmax2 . f2 . V . t2 Watt Ke = Konstanta arus pusar t = Ketebalan dari inti magnit (m) Efisiensi adalah prosentase perbandingan daya keluar dan daya masuk yang terjadi pada motor. Daya Keluar x 100% Daya Masuk Daya Keluar K= x 100% Daya Masuk  6rugi K= 5.5.5 Macam-macam Hubungan Motor Arus Searah Seperti pada generator arus searah berdasarkan sumber arus kemagnetan untuk kutub magnit, maka dapat dibedakan atas : x Motor arus searah dengan peguat terpisah, bila arus untuk lilitan kutub magnet berasal dari sumber arus searah yang terletak di luar motor. x Motor arus searah dengan penguat sendiri, bila arus untuk lilitan kutub magnet berasal dari motor itu sendiri. Sedangkan berdasarkan hubungan lilitan penguat magnit terhadap lilitan jangkar untuk motor dengan pennguat sendiri dapat dikelompokkan atas : x Motor Shunt x Motor Seri Panjang x Motor Kompon Pendek ™ Rugi Mekanis Rugi mekanis yang terjadi pada motor disebabkan oleh adanya ge404 Mesin Listrik 5.5.5.1 Motor Arus Searah Penguat Terpisah Persamaan Arus dan Tegangan : IL = la + Ish Ish = V Rsh E = V - Ia.Ra b. Motor Seri Gambar 5.90 Rangkaian Motor Arus Searah Penguat Terpisah Persamaan Arus,Tegangan dan Daya Im = Em Amp Rm la = IL E = V – la . Ra - 2'e Volt . Pin = V.IL Watt Pj = Pm = E .la Watt Pout = Pm - Rugi besi&gesekan 5.5.5.2 Motor Arus Searah Penguat Sendiri a. Motor Shunt Gambar 5.91 Rangkaian Motor Arus Searah Penguat Sendiri Shunt Mesin Listrik Gambar 5.92 Rangkaian Motor Arus Searah Penguat Sendiri Seri Persamaan Arus dan Tegangan IL = Is = la E = V - IL (Rs + Ra) c. Motor Kompon c.1 Motor Kompon Panjang Gambar 5.93 Rangkaian Motor Arus Searah Kompon Panjang 405 Persamaan Arus dan Tegangan IL = la + Ish V Ish = Rsh V = E + la (Ra + Rs) c.1 Motor Kompon Pendek ristik yang penting pada motor arus searah. Karakteristik tersebut antara lain a. Karakteristik putaran sebagai fungsi dan arus.jangkar (Karakteristik Putaran) N = f (la) , V konstan b. Karakteristik torsi sebagai fungsi dari arus jangkar (Karakteristik Torsi) T = f (la) , V konstan c. Karakteristik putaran sebagai fungsi dari torsi (Karakteristik Mekanis) N = f(T) , V konstan 5.5.6.1 Karakteristik Motor Arus Searah Penguat Terpisah a. Karakteristik Putaran Gambar 5.93 Rangkaian Motor Arus Searah Kompon Pendek Persamaan Arus dan Tegangan IL = la + Ish V Ish = ab Rsh V = Vab + lL . Rs 5.5.6 Karakteristik Motor Arus Searah Karakteristik sebuah motor arus searah dapat kita tentukan berdasarkan persamaan kecepatan dan torsi. x Persamaan Kecepatan N = V  Ia . Ra Rpm CI x Persamaan Torsi T = C . Ia . I Nm Berdasarkan persamaan diatas maka dapat diperoleh karakteristik-karakte406 Putaran pada motor dengan penguat terpisah relatif konstan, penurunan kecepatan akibat perubahan beban sangat kecil. Hal ini disebabkan karena fluks medan pada motor relatif konstan dan tahanan jangkar Ra sangat kecil, sehingga penurunan kecepatan antara tanpa beban dan beban penuh adalah kecil sehingga motor bisa dikatagorikan sebagai motor yang mempunyai kecepatan tetap. b. Karakteristik Torsi Berdasarkan persamaan T = C . Ia .I Nm, jika tegangan terminal V konstan maka arus ke lilitan medan penguat juga akan konstan, sehingga fluks yang ditimbulkan medan akan konstan. Dengan demikian torsi pada motor dengan penguat terpisah hanya tergantung pada arus jangkar atau perubahan torsi berbanding lurus dengan arus jangkar. c. Karakteristik Mekanis Dengan merujuk pada persamaan Mesin Listrik T=C.Ia.I salah satu faktor yang mengakibatkan kenaikkan Torsi adalah naiknya arus jangkar la, dan akibat naiknya arus jangkar maka berdasarkan persaV  Ia . Ra maan N = Rpm, kecepa-tan CI akan turun dengan asumsi I kons-tan. Khusus untuk motor dengan penguat terpisah yang memiliki Ra kecil penurunan kecepatan tidak terlalu besar. 5.5.6.2 Karakteristik Motor Arus Searah Penguat Sendiri Karakteristik Putaran, Torsi, dan Mekanis untuk motor shunt dengan penguat sendiri hampir sama dengan motor dengan penguat terpisah, sedangkan untuk motor seri dan kompon bisa dijelaskan sbb : a. Karakteristik Putaran Motor Seri : Dengan memperhatikan kembali rangkaian listrik motor seri, besarnya arus jangkar (Ia) sama dengan arus penguatan (Is) dengan demikian : I = f(Ia) = f(Is), dan berdasarkan persamaan : maka V  Ia . Ra N= Rpm CI V  Ia . Ra N= Rpm C.Ia b. Karakteristik Torsi Motor Seri : Berdasarkan persamaan : Ta = 0,159 I . Z . P x Ia Nm, atau A Ta D I D Ia, sebelum titik jenuh I D If dan Ia, karena Ia = If oleh karena itu pada beban ringan Ta D Ia2. Sesudah titikk jenuh I hampir berdiri sendiri maka Ta D la, bentuk karakteristik menjadi lurus. Motor Kompon : Akibat adanya fluks medan seri dan shunt pada motor kompon yang saling mempengaruhi, maka karakteristik Torsi yang terjadi merupakan gabungan dari karakteristik motor seri dan shunt. Pada saat beban normal dengan naiknya la, maka pertambahan Torsi motor shunt lebih besar bila dibandingkan motor seri dan karakteristik motor kompon berada diantara kedua karakteristik tersebut, demikian juga pada saat beban besar. c. Karakteristik Mekanis Motor Seri Dengan naiknva Torsi, akan mengakibatkan naiknya la dan if (I), dari persamaan : N = V  Ia . Ra Rpm, pada C.I sehingga karakteristik akan berbentuk hiperbolis. saat Ia = 0, maka harga N men-dekati tak terhingga, sedangkan pada saat Ia (Ta) besar, kecepatan turun mendekati nol. Motor Kompon Motor Kompon Karakteristik motor kompon berada diantara karakteristik motor seri dan motor shunt, sedangkan berdasarkan arah melilit penguat medannya motor kompon bisa dibagi atas Kompon Lawan dan Kompon Bantu. Untuk motor kompon karakteristiknya berada diantara karakteristik motor seri dan motor shunt. Mesin Listrik 407 5.6 Motor Induksi Tiga 5.6.1 Konstruksi dan Prinsip Kerja Pendahuluan Mesin-mesin listrik digunakan untuk mengubah suatu bentuk energi ke energi yang lain, misalnya mesin yang mengubah energi mekanis ke energi listrik disebut generator, dan sebaliknya energi listrik menjadi energi mekanis disebut motor. Masing-masing mesin mempunyai bagian yang diam dan bagian yang bergerak. Bagian yang bergerak dan diam terdiri dari inti besi, dipisahkan oleh celah udara dan membentuk rangkaian magnetik dimana fluksi dihasilkan oleh aliran arus melalui kumparan/belitan yang terletak didalam kedua bagian tersebut. Pada umumnya mesin-mesin penggerak yang digunakan di Industri mempunyai daya keluaran lebih besar dari 1 HP dan menggunakan motor Induksi Tiga Fasa. Adapun kelebihan dan kekurangan motor induksi bila dibandingkan dengan jenis motor lainnya, adalah : Kelebihan Motor Induksi x Mempunyai konstruksi yang sederhana. x Relatif lebih murah harganya bila dibandingkan dengan jenis motor yang lainnya. x Menghasilkan putaran yang konstan. x Mudah perawatannya. x Untuk pengasutan tidak memerlukan motor lain sebagai penggerak mula. x Tidak membutuhkan sikat-sikat, sehingga rugi gesekan bisa dikurangi. Kekurangan Motor Induksi x Putarannya sulit diatur. x Arus asut yang cukup tinggi, berkisar antara 5 s/d 6 kali arus nominal motor Gambar 5.95 Penampang Motor Induksi Tiga Fasa 408 Mesin Listrik Inti besi stator dan rotor terbuat dari lapisan baja silikon yang tebalnya berkisar antara 0,35 mm - 1 mm yang tersusun secara rapi dan masing-masing terisolasi secara listrik dan diikat pada ujungujungnya. Celah udara antara stator dan rotor pada motor yg berukuran kecil 0,25 mm0,75 mm, sedangkan pada motor yang berukuran besar bisa mencapai 10 mm. Celah udara yang besar ini disediakan untuk mengantisipasi terjadinya pelengkungan pada sumbu sebagai akibat pembebanan. Tarikan pada pita (belt) atau beban yang tergantung akan menyebabkan sumbu motor melengkung. 5.6.1.1 Stator tukan kecepatan motor tersebut. Semakin banyak jumlah kutubnya maka putaran yang terjadi semakin rendah. 5.6.1.2 Rotor Motor Induksi bila ditinjau dari rotornya terdiri atas dua tipe yaitu rotor sangkar dan rotor lilit. ™ Rotor Sangkar Motor induksi jenis rotor sangkar lebih banyak digunakan daripada jenis rotor lilit, sebab rotor sangkar mempunyai bentuk yang sederhana. Belitan rotor terdiri atas batang-batang penghantar yang ditempatkan di dalam alur rotor. Batang penghantar ini terbuat dari tembaga, alloy atau alumunium. Ujungujung batang penghantar dihubung singkat oleh cincin penghubung singkat, sehingga berbentuk sangkar burung. Motor induksi yang menggunakan rotor ini disebut Motor Induksi Rotor Sangkar. Karena batang penghantar rotor yang telah dihubung singkat, maka tidak dibutuhkan tahanan luar yang dihubungkan seri dengan rangkaian rotor pada saat awal berputar. Alur-alur rotor biasanya tidak dihubungkan sejajar dengan sumbu (poros) tetapi sedikit miring. Gambar 5.96 Lilitan Motor Induksi Pada dasarnya belitan stator motor induksi tiga fasa sama dengan belitan motor sinkron. Konstruksi statornya belapis-lapis dan mempunyai alur untuk melilitkan kumparan. Stator mempunyai tiga buah kumparan, ujung-ujung belitan kumparan dihubungkan melalui terminal untuk memudahkan penyambungan dengan sumber tegangan. Masing-masing kumparan stator mempunyai beberapa buah kutub, jumlah kutub ini menenMesin Listrik Gambar 5.97 Rotor Sangkar 409 ™ Rotor Lilit Rotor lilit terdiri atas belitan fasa banyak, belitan ini dimasukkan ke dalam aluralur initi rotor. Belitan ini sama dengan belitan stator, tetapi belitan selalu dihubungkan secara bintang. Tiga buah ujung-ujung belitan dihubungkan ke terminal- terminal sikat/cincin seret yang terletak pada poros rotor. Pada jenis rotor lilit kita dapat mengatur kecepatan motor dengan cara mengatur tahanan belitan rotor tersebut. Pada keadaan kerja normal sikat karbon yang berhubungan dengan cincin seret tadi dihubung singkat. Motor induksi rotor lilit dikenal dengan sebutan Motor Induksi Slipring atau Motor Induksi Rotor Lilit. Gambar 5.98 Rotor lilit 5.6.1.3 Medan Putar Gambar 5.99 Nilai Arus Sesaat dan Posisi Flux Putaran motor pada mesin arus bolak-balik ditimbulkan oleh adanya medan putar (fluksi yang berputar) yang dihasilkan dalam kumparan statornya. Medan putar ini timbul bila kumparan stator dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa. 410 Mesin Listrik Hubungannya dapat berupa hubungan bintang atau segitiga. Pada gambar 5.98 diperlihatkan bagaimana terjadinya medan putar pada motor induksi tiga fasa. Perhatikan gambar 5.99 a s/d f x Pada posisi ketiga atau c, fluks rex Pada posisi pertama atau a, fluks sultannya mempunyai arah yang saresultan mempunyai arah yang sama dengan fluks yang dihasilkan ma dengan arah fluk yang dihasilkan oleh kumparan b - b. oleh kumparan a - a. x Pada posisi keempat s/d keenam x Pada posisi kedua atau b, fluks reterlihat fluks resultan yang terjadi sultan mempunyai arah yang sama arahnya akan berlawanan dengan dengan arah fluks yang dihasilkan arah fluks sebelumnya pada masingoleh kumparan c - c. masing kumparan. (a) (c) Mesin Listrik (b) (d) 411 (e) (f) Gambar 5.100 Proses Terjadinya Medan Putar Dari gambar diatas terlihat bahwa fluks resultan akan berputar, dan jumlah putarannya bisa ditentukan berdasarkan persamaan : Ns 120. f P x Selanjutnya arus di dalam medan magnet menimbulkan gaya (F) pada rotor. Rpm 5.6.1.3 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Prinsip kerja motor induksi atau terjadinya putaran pada motor, bisa dijelaskan sebagai berikut : x Bila kumparan stator diberi suplai tegangan tiga fasa, maka akan terjadi medan putar dengan kecepatan Ns x x (a) 120. f P Medan putar stator tersebut akan mengimbas penghantar yang ada pada rotor, sehingga pada rotor timbul tegangan induksi. Tegangan yang terjadi pada rotor menyebabkan timbulnya arus pada penghantar rotor. (b) 412 Mesin Listrik 120f . Medan putar yang terjadi P pada stator ini akan memotong penghantar- penghantar yang ada pada bagian rotor, sehingga terinduksi arus, dan sesuai dengan dengan Hukum Lentz, sehingga rotor akan berputar mengikuti putaran medan stator. Ns (c) Gambar 5.101 Terjadinya Putaran pada Motor Induksi x x x Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya (F) pada rotor cukup besar untuk menanggung kopel beban, maka rotor akan berputar searah dengan medan putar stator. Supaya timbul tegangan induksi pada rotor, maka harus ada perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator(Ns) dengan kecepatan putar rotor (Nr).Perbedaan kecepatan antara Nr dengan Ns disebut Slip (S), dan dinyatakan dengan persaNs  Nr maan S x100% Ns Bila Nr = Ns tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada kumparan jangkar rotor, sehingga tidak dihasilkan kopel. Kopel pada motor akan terjadi bila Nr lebih kecil dari Ns. 5.6.2 Frekuensi dan Slip Rotor Kumparan stator motor induksi tiga fasa bila dihubungkan dengan suplai tegangan tiga fasa akan mengasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron sesuai dengan persamaan Mesin Listrik Perbedaan kecepatan medan putar stator dengan putaran rotor biasa disebut slip. Apabila terjadi penambahan beban, maka akan mengakibatkan naiknya kopel motor dan selanjutnya akan memperbesar arus induksi pada bagian rotor. Frekuensi rotor saat motor belum berputar nilainya akan sama dengan frekuensi yang terjadi pada belitan stator, dan apabila sudah berputar frekuensi rotornya akan sebanding dengan perubahan slip yang terjadi pada motor tersebut. 5.6.2.1 Tegangan Induksi pada Rotor Saat rotor belum berputar maka Slip = 1, frekuensi dari ggl rotor nilainya sama dengan frekuensi yang di suplai ke bagian stator. Nilai tegangan induksi pada rotor saat diam adalah maksimum, sehingga motor ekuivalen dengan sebuah transformator tiga fasa yang di hubung singkat pada sisi sekundernya. Saat rotor mulai berputar, kecepatan relatif antara rotor dengan fluks medan putar stator akan menurun, sehingga tegangan induksi rotor berbanding langsung dengan kecepatan relatif, dengan demikian tegangan induksi di rotor akan mengalami penurunan. 413 Jadi untuk Slip S, tegangan induksi rotor akan S kali tegangan induksi saat diam, oleh karena itu pada kondisi ber-putar : E 2r SE 2 5.6.2.2 Slip dan Frekuensi Rotor Seperti telah dijelaskan diatas, putaran rotor tidak akan sama dengan putaran medan stator, karena bila rotor berputar sama cepatnya dengan medan stator, tidak akan timbul perbedaan kecepatan sehingga tidak ada Ggl induksi yang timbul pada rotor, tidak ada arus dan tidak ada kopel yang mendorong rotor. Itulah sebabnya rotor selalu berputar pada kecepatan dibawah kecepatan medan putar stator. Perbedaan kecepatan tergantung pada besarnya beban motor. Slip mutlak menunjukkan kecepatan relatif rotor terhadap medan putar. 5.6.3 Rangkaian Ekuivalen Dalam beberapa hal mesin Induksi menyerupai mesin sinkron, tetapi pada dasarnya mesin induksi ini hampir sama dengan transformator, terutama saat belum berputar. Energi yang “dipindahkan” dari stator ke rotor dilakukan berdasarkan azas imbas elektromagnet(induksi) dengan bantuan fluksi bersama, karena itu rangkaian ekuivalen motor induksi digambarkan seperti rangkaian ekuivalen transformator. Bagian stator membentuk sisi primer dan rotor sebagai sisi sekunder. 5.6.3.1 Rangkaian Ekuivalen Rotor Slip Mutlak = Ns – Nr Slip (S) merupakan perbandingan slip mutlak terhadap Ns, ditunjukkan per unit atau prosen oleh hubungan : Ns  Nr S x100% Ns Dalam keadaan diam, frekuensi rotor ( f 2 ) sama besarnya dengan frekuensi sumber tegangan, bila rotor berputar frekuensi rotor tergantung pada besarnya kecepatan relatif atau slip mutlak. Hubungan antara frekuensi dengan slip dapat dilihat sebagai berikut : 120.f1 P.Ns dan f1 P 120 dan pada rotor berlaku hubungan : Ns f2 f1 414 S Ÿ f2 Sxf1 Gambar 5.102 Rangkaian Ekuivalen Rotor Mesin Listrik Pada saat rotor berputar tegangan induksi rotor (E2) dan reaktansi bocor rotor (X2) dipengaruhi oleh Slip, maka arus rotor menjadi : I2 = E 2 .S = R2 S 1 R 2  R 2 (  1) S dimana R 2 Resistansi Rotor 1 R 2 (  1) = Resistansi Beban S R 2 '  (S.X 2 ) 2 E2 2 § R2 · ¨ ¸ .X 2 2 S © ¹ 5.6.3.2 Rangkaian Ekuivalen Motor Gambar 5.103 Rangkaian Ekuivalen Motor Gambar rangkaian ekuivalen pada gambar 5.102 bisa disederhanakan lagi dengan merefrensikannya pada sisi primer (stator) seperti terlihat pada gambar 5.103 Gambar 5.104 Rangkaian Ekuivalen dengan Refrensi Primer Mesin Listrik 415 5.6.4 Torsi dan Daya Seperti telah dibahas pada sub bab mengenai konstruksi dan prinsip kerja motor induksi, tidak ada suplai listrik yang dihubungkan secara langsung ke bagian rotor motor, daya yang dilewatkan senjang udara adalah dalam bentuk magnetik dan selanjutnya diinduksikan ke rotor sehingga menjadi energi listrik. Rata-rata daya yang melewati senjang udara harus sama dengan jumlah rugi daya yang terjadi pada rotor dan daya yang dikonversi menjadi energi mekanis. Daya yang ada pada bagian rotor menghasilkan torsi mekanik, tetapi besar-nya torsi yang terjadi pada poros motor dimana tempat diletakkannya beban, tidak sama dengan besarnya torsi mekanik, hal ini disebabkan adanya torsi yang hilang akibat gesekan dan angin. atau Ts k.E 2 . = E2 R 22  X22 k.E 2 2 .R 2 R 22  X22 Pada saat motor berputar, maka : T v E 2r .I 2r .CosM 2 dimana : Tegangan rotor / fasa saat E 2r berputar I 2r Arus rotor/fasa saat berputar E 2r S.E 2 I 2r E 2r Z 2r CosM 2r ¾Torsi Asut (Starting Torque) I2 E2 Z2 CosM R2 Z2 Torsi Asut 416 Ts E2 R 22  X22 R2 R 22  X22 k.E 2 .I 2 .CosM 2 R 22  X22 ¾Torsi saat Rotor(Motor) Berputar 5.6.4.1 Torsi Motor Torsi yang dihasilkan oleh sebuah motor pada saat mulai diasut disebut Torsi Asut, nilainya bisa lebih besar atau lebih kecil dari Torsi putar dalam keadaan normal. R2 x Tv S.E 2 (R 2 ) 2  ( X 2 .S) 2 R2 (R 2 ) 2  (S.X 2 ) 2 k.S.E 2 2 .R 2 R 2 2  (S.X 2 ) 2 k = konstanta, nilainya = T 3 2.S.Ns S.E 2 2 .R 2 3 x 2.S.Ns R 2 2  (S.X 2) ) 2 ¾Torsi Maksimum saat Motor Berputar Kondisi Torsi Maksimum pada saat motor berputar bisa diperoleh dengan mendeferen-tialkan persamaan Torsi terhadap Slip S. Mesin Listrik Torsi Maksimum Ÿ dT dS 2.S. 0 Berdasarkan hasil diferensial ini akan diperoleh ; R2 Sm X2 § R2 ¨¨ © X2 Ts Tmax R 2 2  S 2 .X 2 2 R k. 2 .E 2 2 .R 2 X2 R R 2  ( 2 ) 2 .X 2 X2 · ¸¸  S 2 ¹ k.R 2 .E 2 2 2 R 2  X2 2. = k.E 2 2 2.X 2 2 Sm S  S Sm 2 ¾Torsi Asut dan Torsi Maksimum k.S.E 2 2 .R 2 Tmax R2 X2 2 x 2.X 2 k.E 2 R2 X2 §R 1  ¨¨ 2 © X2 2.R 2 .X 2 R 22  X22 2.Sm · ¸¸ ¹ 2 1  Sm 2 ¾Torsi pada Rotor Lilit Untuk menentukan Arus, daya, dan Torsi pada Motor Induksi rotor lilit tidak berbeda dengan rotor sangkar, hanya pada rotor lilit kita bisa menambahkan tahanan luar terhadap bagian rotor tersebut. Gambar 5.105 Karakteristik Slip Vs Torsi ¾Torsi Beban Penuh dan Torsi Maksimum k.S.R 2 .E 2 2 Tf R 2 2  S 2 .X 2 2 Tmax ? Tf Tmax k.E 2 2 2.X 2 k.S.R 2 .E 2 2 R 2 2  S 2 .X 2 2 Mesin Listrik x 2.X 2 Gambar 5.106 Rangkaian Ekuivalen Motor Induksi Rotor Lilit k.E 2 2 417 x x Saat Pengasutan S = 1 I2 CosM 2 E2 (R 2  Rx) 2  ( X 2 ) 2 Ampere Saat Berputar I2 R 2  Rx (R 2  Rx) 2  ( X 2 ) 2 CosM 2 2 T k.E 2 .( R 2  Rx) ( R 2  Rx) 2  ( X 2 ) 2 N-m T S.E 2 (R 2  Rx) 2  (S.X 2 ) 2 Ampere R 2  Rx (R 2  Rx) 2  (S.X 2 ) 2 k.S.E 2 2 .(R 2  Rx) (R 2  Rx) 2  (S.X 2 ) 2 N-m 5.6.4.1 Daya Motor Induksi Tiga Fasa Diagram aliran daya dari sebuah Motor Induksi Tiga Fasa seperti diperlihatkan pada gambar 5.106 Daya Masuk Stator = Daya Keluar Stator + Rugi Tembaga Stator Daya Masuk Rotor = Daya Keluar Stator Daya Keluar Rotor Kotor = Daya Masuk Rotor - Rugi Tembaga Rotor Gambar 5.107 Diagram Aliran Daya Motor Induksi Tiga Fasa Daya keluar rotor dikonversi ke dalam energi mekanis dan menghasilkan Torsi Tg. Sebagian torsi yang dihasilkan Tg hilang karena gesekan dan angin di rotor disebut Torsi Poros Tsh. 418 Mesin Listrik Keterangan : Daya Keluar Rotor kotor = Pout rotor Daya Masuk Rotor = Pin rotor Rugi Tembaga Rotor = Pcu rotor Pout rotor 2.S.Nr 3.S 2 .E 2 2 .R 2 Pin rotor P2 Pin rotor Tg x2.S.Ns Pcu rotor Tg x2.S( Ns  Nr ) Pcu rotor Pin rotor Tg x2.S(Ns  Nr ) Tg x2.S.Ns Ns  Nr S Ns Pcu rotor S xPin rotor Pout rotor = Pin rotor - Pcu rotor = Pin rotor - S x Pin rotor Pout rotor Pin rotor Pcu 3.I 2 2 .R 2 R 2 2  S 2 .X 2 2 Pout rotor = Tg.2.S.Nr Tg = Rugi Tembaga Rotor untuk Sistem Tiga Fasa, adalah : 1 S Ns  Nr Ns Ns Ns  Nr Ns  Ns Ns Nr Ns Efisiensi Rotor Nr Pcu rotor S x Pin rotor Juga Pout rotor (1  S) Pin rotor 1 Watt Pcu rotor S 3.S 2 .E 2 2 .R 2 2 2 R 2  S .X 2 2 x 1 S 3.S.E 2 2 .R 2 R 2 2  S 2 .X 2 2 Daya Mekanik (Pm) atau Pout rotor =(1 - S) Pin rotor 3.S(1  S)E 2 2 .R 2 R 2 2  S 2 .X 2 2 Watt Pm Pm 2SNr / 60 Z Pm 2.S.Ns(1  S) / 60 Tg 3.S.E 2 2 .R 2 1 Nm x 2.S.Ns / 60 R 2 2  (S.X 2 ) 2 S 1 S Gambar 5.108 Rangkaian Ekuivalen Motor Induksi Mesin Listrik 419 Menentukan Torsi dan daya pada motor induksi tiga fasa, bisa dilakukan pula berdasarkan rangkaian ekuivalen (Gambar 5.107). Pin Stator = 3.V1.I1.CosM1 Watt Rugi Inti I c .Rc Pcu stator 3.I12 .R1 Watt Daya yang Ditransfer keRotor 2 3. I 2 ' . R 2' Watt S Pcu rotor §1 S · 3.(I 2 ' ) 2 .R 2 ' ¨ ¸ © S ¹ §1 S · 3(I 2 ' ) 2 .R 2 ' ¨ ¸ S ¹ © Tg 2S.Nr / 60 karenaNr Ns(1  S),maka Tg (R1  R 2' 2 )  ( X1  X 2 ' ) 2 S DayaKeluar Motor Pg ( Pout ) Pin rotor Pcu rotor ' R2  3(I 2 ' ) 2 .R 2 ' 3(I 2 ) S §1  S · 3(I 2 ' ) 2 .R 2 ' ¨ ¸ Watt © S ¹ TgxZ Tg x2S.Nr / 60 ' 2 V12 ...... x bila harga Io diabaikan Ÿ I 1 3.(I 2 ' ) 2 .R 2 ' Watt DayaMekanik Pm 3 x 2S.Ns / 60 Tg 2 V1 '· § ¨ R  R 2 ¸  j( X  X ' ) 1 2 ¨ 1 S ¸ ¹ © I 2' R 2' S 2S.Ns / 60 3(I 2 ' ) 2 R 2' Nm S I2 3.I12 .R L V1 I1 (R eq1  R L ) 2  Xeq12 3.V12 .R L Pg (R eq1  R L ) 2  Xeq12 , k diasumsikan 1 Daya Keluar Motor akan maksimum, bila : R L Pg max Z eq1 3.V12 .Z eq1 (R eq1  Z eq1 ) 2  X eq12 3.V12 2(R eq1  Z eq1 ) 5.6.5 Penentuan Parameter Motor Induksi Parameter dari rangkaian ekuivalen Rc , X m , R1 , X 1 , X 2 , danR2 , dapat ditenGambar 5.109 Rangkaian Ekuivalen dengan Refrensi Stator 420 tukan berdasarkan hasil tes tanpa beban, tes hubung singkat, dan dari pengukuran tahanan dc dari belitan stator. Mesin Listrik Tes tanpa beban pada motor induksi, seperti tes tanpa beban pada sebuah transformator,yang hasilnya memberikan informasi nilai arus magnetisasi dan rugi gesekan. Tes ini dilakukan dengan memberikan tegangan tiga fasa seimbang pada belitan stator pada rating frekuensinya. Bagian rotor pada kondisi pengetesan jangan terhubung dengan beban mekanis, rugi daya yang terukur pada kondisi tes tanpa beban disebabkan rugi inti, rugi gesekan dan angin. Tes hubung singkat pada motor induksi, seperti tes hubung singkat pada transformator, yang hasilnya memberikan informasi kerugian karena impedansi. Pada tes ini rotor ditahan sehingga motor tidak bisa berputar. Untuk menghindari hal-hal yang tidak ingin selama pengetesan biasanya tegangan yang diberikan hanya 15% - 20% dari tegangan normal motor, sedangkan untuk mendapatkan nilai parameter motor, tetap berdasarkan nilai nominalnya dengan melakukan konversi dari hasil pengukuran. Hasil pengetesan terhadap motor ini selain untuk menentukan parameter, dapat dimanfaatkan juga untuk menggambarkan diag-ram lingkaran. Rugirugi tembaga stator dan rotor dapat dipisahkan dengan menggambarkan garis torsi. 5.6.5.1 Tes Tanpa Beban Test tanpa beban dilakukan pada motor indukasi tiga fasa untuk memproleh data daya masuk Wo, Io, dan Vo (V) seperti yang diperlihatkan pada gambar 5.109 Pada gambar 5.109 b,kurva Wo terpotong sumbu vertikal pada titik A. Mesin Listrik Gambar 5.110 Tes Tanpa Beban OA=Menunjukkan rugi-rugi yang disebabkan gesekan dan angin. Besarnya nilai Wo yang terbaca pada saat tes tanpa beban, menunjukkan nilai kerugian yang diakibatkan oleh adanya : x x x Rugi tembaga Stator 3.I 0 2 .R1 . Rugi Inti 3.Go.V 2 . Rugi disebabkan gesekan angin. dan OB Menunjukkan tegangan normal, sehingga rugi-rugi pada tegangan normal dapat diketahui dengan menggambarkan garis vertikal dari titik B. BD = Rugi disebabkan gesekan dan angin. DE = Rugi tembaga stator. EF = Rugi inti CosM 0 W0 3.V.I 0 421 5.6.5.2 Tes Hubung Singkat Gambar 5.111 Tes Hubung Singkat Tes ini dilakukan untuk : x Arus hubung singkat saat tegangan normal diberikan pada stator. x Faktor daya pada saat hubung singkat. x Reaktansi total X eq1 dari motor x dengan refrensi sisi primer (stator). Resistansi total R eq1 dari motor dengan refrensi sisi primer. Pada saat test dilakukan rotor ditahan dan untuk jenis rotor belitan, kumparan rotor dihubung singkat pada slipring. Kurangi tegangan suplai (r 5 atau 20 %) dari tegangan normal) dan diatur sampai arus beban penuh mengalir dalam stator. Pada saat pengetesan dilakukan catat nilai arus, tegangan, dan daya masuk yang terukur. V I hsN I hs x Vhs I hsN = Arus hubung singkat diperoleh saat tegangan normal diberikan. I hs = Arus hunbung singkat diperoleh saat tegangan pengujuan diberikan. Whs 3.VhsL .I hsL .CosM hs CosM hs 422 Whs 3.VhsL .I hsL Whs = Total daya masuk saat hubung Singkat VhsL = Tegangan Jala-jala saat hubung Singkat. I hsL = Arus Jala-jala saat hubung singkat RugiTembagaTotal Whs  Wint i 3.I hs 2 .R eq1 ? R eq1 Z eq1 Whs  Wint i Whs  Wint i 3.I hs Vhs I hs ?X eq1 Z eq12  R eq12 5.6.6 Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa Motor induksi akan berputar pada kecepatan konstan saat dihubungkan pada tegangan dan frekuensi yang konstan, kecepatannya sangat mendekati kecepatan sinkronnya. Bila torsi beban vertambah, maka kecepatannya akan sedikit mengalami penurunan, sehingga motor induksi sangat cocok digunakan menggerakkan sistem yang membutuhkan kecepatan konstan. Namun dalam kenyataannya terutama di industri terkadang dikehendaki juga adaMesin Listrik nya pengaturan kecepatan. Pengaturan kecepatan sebuah motor induksi memerlukan biaya yang relatif mahal. Pengaturan kecepatan dapat dilakukan dengan beberapa cara, seperti dengan mengubah jumlah kutub, mengatur tahanan luar, mengatur tegangan jala-jala, dan mengatur frekuensi jala-jala. 5.6.6.1 Mengubah Jumlah Kutub Karena kecepatan operasi motor induksi mendekati kecepatan sinkron, maka kecepatan motor dapat diubah dengan cara mengubah jumlah kutubnya, se120f suai dengan persamaan : N S P Hal ini dapat dilakukan dengan mengubah hubungan lilitan dari kumparan stator motor. Normalnya diperoleh dua perubahan kecepatan sinkron dengan mengubah jumlah ku-tub, misalnya dari 2 kutub menjadi 4 kutub. Dengan cara ini perubahan kecepatan yang dihasilkan hanya dalam “ discrete steps”. 5.6.6.2 Pengaturan Tahanan Rotor Pengaturan kecepatan putaran dengan cara pengaturan tahanan luar hanya bisa dilakukan pada motor induksi rotor belitan, dengan cara menghubungkan tahanan luar ke dalam rangkaian rotor melalui slipring. Pengaturan tahanan secara manual terkadang kurang sempurna untuk beberapa jenis penggunaan,seperti sistem kontrol umpan balik. Kontrol dengan memanfaatkan komponen elektronik pada tahanan luar akan lebih memperhalus operasi pengaturan. a. Rangkaian Tahanan Rotor Gambar 5.112 Mengubah Jumlah Kutub Mesin Listrik b. Kurva Pengaturan Tahanan 423 c. Pengaturan Secara Elektronis (a) d. Pengaturan dengan lup Tertutup Gambar 5.113 Pengaturan Tahanan Rotor Motor 5.6.6.3 Pengaturan Tegangan (b) Untuk melakukan pengaturan kecepatan dengan daerah pengaturan yang sempit pada motor induksi rotor sangkar dapat dilakukan dengan cara menurunkan (mengatur) besarnya tegangan masukan. Perlu diperhatikan pengaturan kecepatan seperti ini bisa menyebabkan naiknya slip, sehingga efisiensi menurun dengan menu-runnya kecepatan, dan pemanasan berlebihan pada motor bisa menimbulkan masalah. Pengaturan tegangan untuk mengatur kecepatan dapat diimplementasikan dengan mensuplai kumparan stator dari sisi sekunder autotransformator yang bisa diatur atau dengan komponen elektronik seperti rang-kaian thyristor yang biasa disebut “ voltage controller”. 424 (c) Gambar 5.114 Pengaturan Tegangan 5.6.6.4 Pengaturan Frekuensi Pengaturan putaran motor induksi dapat dilakukan dengan mengatur nilai frekuensi jala-jala. Aplikasi metoda pengaturan kecepatan ini memerlukan sebuah pengubah frekuensi. Mesin Listrik Gambar 5.113 memperlihatkan blok diagram sistem pengaturan kecepatan umpan terbuka (open loop), frekuensi sup-lai ke motor dapat diatur (diubahubah). Untuk menghindari saturasi yang tinggi dalam magnetik, tegangan terminal ke motor harus bervariasi sebanding dengan frekuensi. ¾ Dimana motor akan diletakan ? dan masih banyak lagi hal-hal yang harus dijadikan acuan sebelum kita memilih motor listrik, supaya motor dapat menggerakan beban secara optimal dan efisien. Berikut ini beberapa faktor/standar yang dapat dijadikan pertimbangan dalam memilih motor, supaya sesuai dengan kebutuhan beban. ¾ Faktor Pelayanan (Service Faktor) Gambar 5.115 Skema Pengaturan Frekuensi 5.6.7 Pemilihan Motor Sebelum menggunakan motor listrik untuk menggerakan suatu beban, maka terlebih dahulu kita harus mengetahui karakteristik beban yang akan digerakan tersebut, seperti : ¾ Apakah beban akan terhubung langsung ke poros motor ? ¾ Berapa besarnya daya yang dibutuhkan ? ¾ Bagaimana hubungan torsi beban dengan kecepatan ? ¾ Berapa besar torsi asut, torsi kecepatan, torsi maksimum yang dibutuhkan ? Mesin Listrik Motor induksi tersedia dengan berbagai tipe dan ukuran daya, apabila motor mempunyai faktor pelayanan (service faktor = SF) 1,15, hal ini menunjukan bahwa motor dapat beroperasi pada 115% beban secara terus menerus, walaupun beroperasi pada efisiensi yang lebih rendah dari yang seharusnya. Pengunaan motor dengan beban lebih sesuai SF untuk jangka waktu tertentu biasanya menjadi alternatif pengguna motor, daripada harus membeli motor dengan daya yang lebih besar. ¾ Penutup Motor Penutup motor dirancang untuk memberikan perlindungan terhadap bagianbagian yang ada didalam motor, tergantung pada lingkungan dimana motor tersebut akan dipergunakan. Beberapa jenis penutup yang umum dipergunakan adalah : ™ ODP (Open Drip-Proof), jenis ODP digunakan pada lingkungan yang bersih dan memberikan toleransi terhadap tetesan cairan tidak lebih besar 15°secara vertikal. Pendinginan untuk motor memanfaatkan udara sekitarnya. 425 ™ TEFC(Totally Enclosed Fan Cooled), motor dengan penutup jenis ini digunakan untuk lingkungan yang berdebu dan korosif. Motor didinginkan oleh kipas angin eksternal. ¾ Klasifikasi Karakteristik Torsi Motor NEMA (National Electrical Manufactures Association) telah membuat standardisasi untuk motor induksi berdasarkan karakteristik torsinya, yaitu rancangan A, B, C, D, dan F. Tabel 5.6 memperlihatkan karakteristik torsi motor berdasarkan standar NEMA. Tabel 5.6 Karakteristik Torsi Motor Induksi Desain Torsi Asut Arus Asut A B C D F N N T T R N N N R R Slip Beban Penuh R R R T R Torsi Patah LT N N T R Ket : N = Normal, T =Tinggi, R = Rendah, LT= Lebih Tinggi Motor induksi rotor sangkar adalah motor yang paling sederhana karena dibagian rotornya tidak ada sikat. Motor induksi rotor sangkar (desain B) umumnya dipergunakan untuk menggerakan kipas, pompa sentrifugal, dan sebagainya. tahanan rotor tinggi yang dibuat dari kuningan, motor bekerja antara 85% s.d 95% dari kecepatan sinkronnya. Motor dengan desain D biasanya dipergunakan untuk menggerakan beban yang mempunyai kelembaman tinggi, sehingga membutuhkan waktu yang relatif lama untuk mencapai kecepatan penuh. ¾ Klasifikasi Isolasi Motor Isolasi motor diklasifikasikan dengan huruf, sesuai dengan kemampuannya terhadap suhu untuk bisa bertahan tanpa mengakibatkan penurunan karakteristik yang serius. Tabel 5.7 memperlihatkan kenaikan suhu diatas suhu kamar berdasarkan klas isolasi. Jenis isolasi motor yang paling umum digunakan adalah klas B. Tabel 5.7 Klasifikasi Isolasi Motor Motor tanpa SF Motor dengan SF 1,15 Klas B Isolasi Klas F Klas H 80°C 105°C 125°C 90°C 115°C 135°C Motor induksi dengan torsi asut tinggi (desain C) digunakan apabila diperlukan torsi pengasutan tinggi, seperti elevator dan kerekan yang harus diasut dalam keadaan berbeban. Motor jenis ini umumnya mempunyai rotor sangkar ganda. Motor induksi desain D dirancang untuk mempunyai torsi asut tinggi dengan arus asut rendah. Motor jenis ini mempunyai 426 Mesin Listrik 5.7 Generator Sinkron 5.7.1 Pendahuluan Sebagian besar energi listrik yang dipergunakan oleh konsumen untuk kebutuhan sehari-hari dihasilkan oleh generator sinkron fasa banyak (polyphase) yang ada di Pusat-pusat pembangkit tenaga listrik. Generator sinkron yang dipergunakan ini mempunyai rating daya dari ratusan sampai ribuan Mega-voltAmpere (MVA). Disebut mesin sinkron, karena bekerja pada kecepatan dan frekuensi konstan dibawah kondisi “Steady state“. Mesin sinkron bisa dioperasikan baik sebagai generator maupun motor. Mesin sinkron bila difungsikan sebagai motor berputar dalam kecepatan konstan, apabila dikehendaki kecepatan yang bersifat variabel, maka motor sinkron dilengkapi dengan dengan pengubah frekuensi seperti “Inverter”atau “Cycloconverter”. Sebagai generator, beberapa mesin sinkron sering dioperasikan secara paralel, seperti di pusat-pusat pembangkit. Adapun tujuan dari paralel adalah adanya pembagian beban antara generator yang satu dengan lainnya. Ada dua struktur medan magnet pada mesin sinkron yang merupakan dasar keja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC dan sebuah jangkar tempat dibangkitkannya ggl AC. Hampir semua mesin sinkron mempunyai jangkar diam (stationer) dan struktur medan berputar. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber luar melaui slipring dan sikat, tetapi ada juga Mesin Listrik yang tidak mempergunakan sikat yaitu sistem “brushless excitation”. 5.7.2 Konstruksi Ada dua struktur medan magnit pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC dan sebuah jangkar tempat dibangkitkannya ggl AC. Hampir semua mesin sinkron mempunyai jangkar diam (stationer) dan struktur medan berputar. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber luar melaui slipring dan sikat, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat yaitu sistem “brushless excitation”. Konstruksi dari sebuah mesin sinkron secara garis besar adalah sebagai berikut : i Bentuk Penguatan Seperti telah diuraikan diatas, bahwa untuk membangkitkan flux magnetik diperlukan penguatan DC. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari generator DC penguatan sendiri yang seporos dengan rotor mesin sinkron. Pada mesin dengan kecepatan rendah, tetapi rating daya yang besar, seperti generator Hydroelectric, maka generator DC yang digunakan tidak dengan penguatan sendiri tetapi dengan “Pilot Exciter”sebagai penguatan atau menggunakan magnet permanen (penguat aktif). 427 Gambar 5.116 Generator Sinkron Tiga Fasa dengan Penguatan Generator DC “Pilot Exciter” Gambar 5.117 Generator Sinkron Tiga Fasa dengan Sistem Penguatan “Brushless Exciter System” Alternatif lainnya untuk penguatan adalah menggunakan dioda silicon dan thyristor. Dua tipe sistem penguatan “Solid state”adalah : x Sistem statis yang mempunyai dioda atau thyristor statis, dan arus dialirkan ke rotor melalui Slipring. x “Brushless System”, pada sistem ini penyearah diletakkan diporos yang 428 berputar dengan rotor, sehingga tidak dibutuhkan sikat dan slipring. x Bentuk Rotor Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin dengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder, sedangkan mesin dengan kecepatan Mesin Listrik rendah seperti Hydroelectric atau Generator Listrik-Diesel mempunyai rotor Kutub Tonjol. i Stator Stator dari mesin sinkron terbuat dari besi magnetik yang berbentuk laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti magnetik yang bagus berarti permebilitas dan resistivitas dari bahan tinggi. Gambar 5.119 memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar. Belitan jangkar (stator) yang umum digunakan oleh mesin Sinkron Tiga Fasa, ada dua tipe yaitu : (a) Kutub Tonjol a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding). b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding). ™ Belitan Stator Satu Lapis Gambar 5.120 yang memperlihatkan belitan satu lapis karena hanya ada satu sisi lilitan didalam masing-masing alur. Bila kumparan tiga fasa dimulai pada Sa, Sb, dan Sc dan berakhir di Fa, Fb, dan Fc bisa disatukan dalam dua cara, yaitu hubungan bintang dan segitiga. Antar kumparan fasa dipisahkan sebesar 120 derajat listrik atau 60 derajat mekanik, satu siklus ggl penuh akan dihasilkan bila rotor dengan 4 kutub berputar 180 derajat mekanis. Satu siklus ggl penuh menunjukkan 360 derajat listrik, adapun hubungan antara sudut rotor mekanis Dmek dan sudut listrik Dlis, adalah : D lis Mesin Listrik P D mek 2 (b) Silinder Gambar 5.118 Bentuk Rotor Gambar 5.119 Inti Stator dan Alur pada Stator 429 Gambar 5.120 Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa Sebuah generator sinkron mempunyai 12 kutub. Berapa sudut mekanis ditunjukkan dengan 180 derajat listrik. Jawab : Sudut mekanis antara kutub utara dan kutub selatan adalah : 360 sudut mekanis D mek 30 0 12 kutub Ini menunjukkan 180 derajat listrik : D lis P D mek 2 12 x30 0 2 EA E A ‘0 0 Volt EB E B ‘  120 0 Volt EC E C ‘  240 0 Volt 180 0 Untuk menunjukkan arah dari putaran rotor gambar 5.119 (searah jarum jam), urutan fasa yang dihasilkan oleh suplai tiga fasa adalah ABC, dengan demikian tega- ngan maksimum pertama terjadi dalam fasa A, diikuti fasa B, dan kemudian fasa C. Kebalikan arah putaran dihasilkan dalam urutan ACB, atau urutan fasa negatif, sedangkan urutan fasa ABC disebut urutan fasa positif. Jadi ggl yang dibangkitkan sistem tiga fasa secara simetris adalah : Gambar 5.121 Urutan Fasa ABC 430 Mesin Listrik ™ Belitan Berlapis Ganda Gambar 5.122 Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada gambar 5.120 hanya mempunyai satu lilitan per kutub per fasa, akibatnya masing-masing kumparan hanya dua lilitan secara seri. Bila alur-alur tidak terlalu lebar, masing-masing penghantar yang berada dalam alur akan membangkitkan tegangan yang sama. Masing-masing tegangan fasa akan sama untuk menghasilkan tegangan per penghantar dan jumlah total dari penghantar per fasa. Dalam kenyataannya cara seperti ini tidak menghasilkan cara yang efektif dalam penggunaan inti stator, karena variasi kerapatan flux dalam inti dan juga melokalisir pengaruh panas dalam daerah alur dan menimbulkan harmonik. Untuk mengatasi masalah ini, generator praktisnya mempunyai kumparan terdistribusi dalam beberapa alur per kutub per fasa. Gambar 5.122 memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan jangkar yang secara umum banyak digunakan. Pada masing-masing alur ada dua sisi lilitan dan masing-masing lilitan Mesin Listrik memiliki lebih dari satu putaran. Bagian dari lilitan yang tidak terletak ke-dalam alur biasanya disebut “Winding Overhang”, sehingga tidak ada tegangan dalam winding overhang. ™ Faktor Distribusi Seperti telah dijelaskan diatas bahwa sebuah kumparan terdiri dari sejumlah lilitan yang ditempatkan dalam alur secara terpisah. Sehingga, ggl pada terminal menjadi lebih kecil bila dibandingkan dengan kumparan yang telah dipusatkan. Suatu faktor yang harus dikalikan dengan ggl dari sebuah kumparan distribusi untuk menghasil-kan total ggl yang dibangkitkan disebut faktor distribusi Kd untuk kumparan. Faktor ini selalu lebih kecil dari satu. Diasumsikan ada n alur per fasa per kutub, jarak antara alur dalam derajat listrik, adalah : \ 180 derajat listrik n x m dimana m menyatakan jumlah fasa. 431 Perhatikan gambar 5.123, disini diperlihatkan ggl yang dinduksikan dalam alur 2 akan tertinggal (lagging) dari ggl yang dibangkitkan dalam alur 1 sebesar \ =15 derajat listrik, de mikian pula ggl yang dinduksikan dalam alur 3 akan tertinggal 2\ derajat, dan seterusnya. Semua ggl ini ditunjukkan masing-masing oleh phasor E 1 , E 2 , E 3 , danE 4 . Total ggl stator per fasa E adalah jumlah dari seluruh vektor. E E1  E 2  E 3  E 4 Total ggl stator E lebih kecil dibandingkan jumlah aljabar dari ggl lilitan oleh faktor. Kd Jumlah Vektor Jumlah Aljabar Gambar 5.123 Diagram Phasor dari Tegangan Induksi Lilitan E1  E 2  E 3  E 4 4xE lili tan Kd adalah faktor distribusi, dan bisa dinyatakan dengan persamaan : Sin (1 / 2n\ ) Kd nSin (\/2) Keuntungan dari kumparan distribusi, adalah memperbaiki bentuk gelombang tegangan yang dibangkitkan, seperti terlihat pada gambar 5.124. ™ Faktor Kisar Gambar 5.124 Total Ggl Et dari Tiga Ggl Sinusoidal Gambar 5.125, memperlihatkan bentuk kisar dari sebuah kumparan, bila sisi lilitan diletakkan dalam alur 1 dan 7 disebut kisar penuh, sedangkan bila diletakkan dalam alur 1 dan 6 disebut kisar pendek, karena ini sama dengan 5/6 kisar kutub. Kisar : 5/6 = 5/6 x 180 derajat = 150 derajat 1/6 = 1/6 x 180 derajat = 30 derajat. Kisar pendek sering digunakan, karena mempunyai beberapa keuntungan, diantaranya : Gambar 5.125 Kisar Kumparan 432 Mesin Listrik x x x Menghemat tembaga yang digunakan. Memperbaiki bentuk gelombang dari tegangan yang dibangkitkan. Kerugian arus pusar dan Hysterisis dikurangi. Faktor.Kisar Jumlah Vektor ggl induksi lili tan Jumlah Aljabar ggl induksi lili tan Kp EL Ggl yang dinduksikan pada masingmasing lilitan, bila lilitan merupakan kisar penuh, maka total induksi = 2 EL (Gambar 5.126). Sedangkan kisar pendek dengan sudut 30 derajat listrik, seperti diperlihatkan pada gambar 5.126 b, maka tegangan resultannya adalah : E = 2 EL. Cos 30/2 2.EL.Cos 30 / 2 Cos15 0 2.EL D 30 Cos Atau Kp Cos 2 2 0 p = Sin 2 0 dimana p adalah kisar kumparan dalam derajat listrik. Kp E 2.EL ™ Gaya Gerak Listrik Kumparan Pada Sub bab sebelumnya telah dibahas mengenai frekuensi dan besarnya tegangan masing-masing fasa secara umum. Untuk lebih mendekati nilai ggl sebenarnya yang terjadi maka harus diperhatikan faktor distribusi dan faktor kisar. Apabila Z = Jumlah penghantar atau sisi lilitan dalam seri/fasa = 2 T T = Jumlah lilitan per fasa 60 detik N Ggl induksi rata-rata per penghantar : I.P I.N.P dI Er Volt 60 dt 60 / N 120.f P.N Sedangkan f . atau N P 120 sehingga Ggl induksi rata-rata per penghantar menjadi : I.P 120.f Er x 2.f .I Volt 60 P bila ada Z penghantar dalam seri/fasa, maka : Ggl rata-rata/fasa = 2.f.I.Z Volt = 2.f.I.(2T) = 4.f.I.T volt Ggl efektif/fasa = 1,11x 4.f.I.T = 4,44 x f .I.T Volt bila faktor distribusi dan faktor kisar dimasukkan, maka Ggl efektif/fasa E = 4,44 . Kd. Kp .f .I . T Volt dI = IP dan dt = 5.7.3 Prinsip Kerja Gambar 5.126 Vektor Tegangan Lilitan Mesin Listrik Kecepatan rotor dan frekuensi dari tegangan yang dibangkitkan berbanding secara langsung. Gambar 5.127 memperlihatkan prinsip kerja dari sebuah generator AC dengan dua kutub, dan dimisalkan hanya memiliki satu lilitan yang terbuat dari dua penghantar secara seri, yaitu penghantar a dan a’. 433 Lilitan seperti ini disebut “Lilitan Terpusat”, dalam generator sebenarnya terdiri dari banyak lilitan dalam masingmasing fasa yang terdistribusi pada masing-masing alur stator dan disebut “Lilitan Terdistribusi”. ĭB + ĭC, yang merupakan fungsi tempat (ĭ) dan waktu (t), maka besar- Diasumsikan rotor berputar searah jarum jam, maka flux medan rotor bergerak sesuai lilitan jangkar. Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus per ditik atau 1 Hertz (Hz). Bila kecepatannya 60 Revolution per menit (r/m), frekuensi 1 Hz, untuk frekuensi f = 60 Hz, maka rotor harus berputar 3600 r/m. Untuk kecepatan rotor n r/m, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolution per detik (r/s). bila rotor mempunyai lebih dari 1 pasang kutub, misalnya P kutub maka masing-masing revolution dari rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam lilitan stator. Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan rotor, f = P 2 n Hertz 60 Untuk generator sinkron tiga fasa, harus ada tiga belitan yang masing-masing terpisah sebesar 120 derajat listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti diperlihatkan pada kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’ pada gambar 5.126. Masing-masing lilitan akan menghasilkan gelombang Fluksi sinus satu dengan lainnya berbeda 120 derajat listrik. Dalam keadaan seimbang besarnya fluksi sesaat : ĭA = ĭm. Sin Ȧt ĭB = ĭm. Sin (Ȧt – 120Û) ĭC = ĭm. Sin (Ȧt – 240Û) Besarnya fluks resultan adalah jumlah vektor ketiga fluks tersebut ĭT = ĭA + 434 Gambar 5.127 Diagram Generator AC Satu Fasa Dua Kutub besarnya fluks total adalah, ĭT = ĭm. Sin Ȧt + ĭm. Sin (Ȧt – 120Û) + ĭm. Sin (Ȧt – 240Û). Cos (ij – 240Û) Dengan memakai transformasi trigonometri dari : Sin Į . Cos ȕ = ½.Sin (Į + ȕ) + ½ Sin (Į + ȕ), maka dari persamaan 8-5 diperoleh : ĭT = ½.ĭm. Sin (Ȧt + ij)+ ½.ĭm. Sin (Ȧt – ij) + ½.ĭm. Sin (Ȧt + ij – 240Û)+ ½.ĭm. Sin (Ȧt – ij) + ½.ĭm. Sin (Ȧt + ij – 480Û) Dari persamaan diatas, bila diuraikan maka suku kesatu, ketiga, dan kelima akan silang menghilangkan. Dengan demikian dari persamaan akan didapat fluksi total sebesar, ĭT = ¾ ĭm. Sin (Ȧt - ĭ) Weber. Mesin Listrik Jadi medan resultan merupakan medan putar dengan modulus 3/2 ĭ dengan sudut putar sebesar Ȧ. Besarnya tegangan masing-masing fasa adalah : E maks = Bm. l. Ȧ r Volt dimana : Bm = Kerapatan Flux maximum yang dihasilkan kumparan medan rotor (Tesla) l = Panjang masing-masing lilitan dalam medan magnetik (Weber) Ȧ = Kecep sudut dari rotor (rad/ s) r = Radius dari jangkar (meter) 5.7.4 Alternator Tanpa Beban Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai alternator 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. Im. T Volt Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluk hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan output juga akan naik sampai titik saturasi (jenuh) seperti diperlihatkan pada gambar 5.129. Kondisi Alternator tanpa beban bisa digambarkan rangkaian ekuivalennya seperti diperlihatkan pada gambar 5.129 b. (a) Gambar 5.128 Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub Mesin Listrik 435 (b) Gambar 5.129 Kurva dan Rangkaian Ekuivalen Alternator Tanpa Beban Gambar 5.130 Kondisi Reaksi Jangkar 5.7.5 Alternator Berbeban Bila Alternator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada: x x x Resistansi jangkar Ra Reaktansi bocor jangkar X L Reaksi Jangkar Xa a. Resistansi Jangkar Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya tegangan jatuh (Kerugian tegangan)/fasa I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar. b. Reaktansi Bocor Jangkar Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluk yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut Fluk Bocor. 436 c. Reaksi Jangkar Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat Alternator dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar ( I A ) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada kumparan medan rotor( I F ), sehingga akan dihasilkan suatu fluksi resultan sebesar : IR IF  I A Interaksi antara kedua fluksi ini disebut sebagai reaksi jangkar, seperti diperlihatkan pada Gambar 5.130. yang mengilustrasikan kondisi reaksi jangkar untuk jenis beban yang berbeda-beda. Gambar a, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat alternator dibebani tahanan (resistif) sehingga arus jangkar Ia sefasa dengan Ggl Eb dan I A akan tegak lurus terhadap I F . Mesin Listrik Gambar b, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat alternator dibebani kapasitif, sehingga arus jangkar Ia mendahului Ggl Eb sebesar T dan I A terbelakang ter- hadap I F dengan sudut (90 -T). Gambar c, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani kapasitif murni yang mengakibatkan arus jangkar Ia mendahului Ggl Eb sebesar 90 0 dan I A akan memperkuat I F yang berpengaruh terhadap pemagnetan. Gambar d, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat arus diberi beban induktif murni sehingga mengakibatkan arus jangkar Ia terbelakang dari Ggl Eb sebesar 90 0 dan I A akan memper- lemah I F yang berpengaruh terhadap pemagnetan. Jumlah dari reaktansi bocor X L dan reaktansi jangkar Xa biasa disebut reaktansi sinkron Xs. Vektor diagram untuk beban yang bersifat Induktif, resistif murni, dan kapasitif diperlihatkan pada gambar 5.131. Gambar 5.131 Vektor Diagram dari Beban Alternator Berdasarkan gambar diatas, maka bisa ditentukan besarnya tegangan jatuh yang terjadi, yaitu : Total Tegangan Jatuh pada Beban : = I.R a  j(I.X a  I.X L ) = I{R a  j( X a  X L )} = I{R a  j( X s )} I. Z s 5.7.6 Menentukan Resistansi dan Reaktansi Untuk bisa menentukan nilai reaktansi dan impedansi dari sebuah alternator, harus dilakukan percobaan(test). Ada tiga jenis test yang biasa dilakukan, yaitu : x x x Mesin Listrik Test Tanpa beban (Beban Nol). Test Hubung Singkat. Test Resistansi Jangkar. 437 ¾ Test Tanpa Beban If Test Tanpa Beban dilakukan pada kecepatan sinkron dengan rangkaian jangkar terbuka (tanpa beban) seperti diperlihatkan pada gambar 5.132 percobaan dilakukan dengan cara mengatur arus medan (If) dari nol sampai rating tegangan output terminal tercapai. A Kumparan Medan Rotor Kumparan jangkar Ihs Stator n Gambar 5.133 Rangkaian Test Alternator di Hubung Singkat Gambar 5.132 Rangkaian Test Alternator Tanpa Beban ¾ Test Hubung Singkat Untuk melakukan test ini terminal alternator dihubung singkat dengan Ampermeter diletakkan diantara dua penghantar yang dihubung singkat tersebut (lihat Gambar 5.133). Arus medan dinaikkan secara bertahap sampai diperoleh arus jangkar maksimum. Selama proses test arus If dan arus hubung singkat Ihs dicatat. Dari hasil kedua test diatas, maka dapat digambar bentuk karakteristik seperti diperlihatkan pada gambar 5.133. Impedansi sinkron dicari berdasarkan hasil test, adalah : Zs Eo If I hs kons tan ........Ohm Gambar 5.134 Karakteristik Tanpa Beban dan Hubung Singkat sebuah Alternator ¾ Test Resistansi Dengan rangkaian medan terbuka, resistansi DC diukur antara dua terminal output sehingga dua fasa terhubung secara seri (Gambar 5.135). Resistansi per fasa adalah setengahnya dari yang diukur. Dalam kenyataannya nilai resistansi dikalikan dengan suatu faktor untuk menentukan nilai resistansi AC efektif, R eff . Faktor ini tergantung pada bentuk dan ukuran alur, ukuran penghantar jangkar, dan konstruksi kumparan. Nilainya berkisar antara 1,2 s/d 1,6. Bila nilai Ra telah diketahui, nilai Xs bisa ditentukan berdasarkan persamaan : Xs 438 Z s2  R a2 Ohm Mesin Listrik x Tentukan nilai impedansi sinkron dari karakteristik tanpa beban dan karakteristik hubung singkat. Tentukan nilai Ra berdasarkan hasil pengukuran dan perhitungan. Berdasarkan persamaan hitung nilai Xs Hitung harga tegangan tanpa beban Eo Hitung prosentase pengaturan tegangan. x x x Gambar 5.135 Pengukuran Resistansi DC x 5.7.7 Pengaturan Tegangan Pengaturan tegangan adalah perubahan tegangan terminal antara keadaan beban nol dengan beban penuh, dan ini dinyatakan dengan persamaan : Eo  V % Pengaturan Tegangan = x100 V Terjadinya perbedaan tegangan terminal V dalam keadaan berbeban dengan tegangan Eo pada saat tidak berbeban dipengaruhi oleh faktor daya dan besarnya arus jangkar (Ia) yang mengalir. Untuk menentukan pengaturan tegangan dari alternator adalah dengan memanfaatkan karakteristik tanpa beban dan hubung singkat yang diperoleh dari hasil percobaan dan pengukuran tahanan jangkar. Ada tiga metoda atau cara yang sering digunakan untuk menentukan pengaturan tegangan tersebut, yaitu : x Metoda Impedansi Sinkron atau Metoda GGL. x Metoda Amper Lilit atau Metoda GGM. x Metoda Faktor Daya Nol atau Metoda Potier. i Metoda Impedansi Sinkron Untuk menentukan pangaturan tegangan dengan menggunakan Metoda Impedansi Sinkron, langkah-langkahnya sebagai berikut : Mesin Listrik Gambar 5.136 Vektor Diagram Pf “Lagging” Gambar 5.137 memperlihatkan contoh Vektor diagram untuk beban dengan faktor daya lagging. Eo =OC = Tegangan tanpa beban V =OA = Tegangan terminal I.Ra=AB=Tegangan jatuh Resistansi Jang-kar I.Xs = BC= Tegangan jatuh Reaktansi Sinkron. OC OF 2  FC 2 OC (OD  DF) 2  (FB  BC) 2 atau Eo (V cos M  I.R a )2  (V sin M  I.Xs) 2 . %Pengaturan Eo  V x100 V Pengaturan yang diperoleh dengan metoda ini biasanya lebih besar dari nilai sebenarnya. 439 i Metoda Amper Lilit Perhitungan dengan Metoda Amper Lilit ber-dasarkan data yang diperoleh dari perco-baan tanpa beban dan hubung singkat. Dengan metoda ini reaktansi bocor Xl diabaikan dan reaksi jangkar diperhitungkan. Adapun langkah-langkah menentukan nilai arus medan yang diperlukan untuk memperoleh tegangan terminal alternator saat diberi beban penuh, adalah sebagai berikut : x x x x Tentukan nilai arus medan (Vektor OA) dari percobaan beban nol yang diperlukan untuk mendapatkan tegangan nominal alternator. Tentukan nilai arus medan (Vektor AB) dari percobaan hubung singkat yang diperlukan untuk mendapatkan arus beban penuh alternator. Gambarkan diagram vektornya dengan memperhatikan faktor dayanya: 9 untuk faktor daya “Lagging” dengan sudut (90 0  M) 9 untuk faktor daya “Leading” dengan sudut (90 0  M) 9 untuk faktor daya “Unity” dengan sudut (90 0 ) (perhatikan Gambar 5.137 a, b, dan c) Hitung nilai arus medan total yang ditunjukkan oleh vektor OB. Gambar 5.137 Vektor Arus Medan Gambar 5.138 memperlihatkan diagram secara lengkap dengan karakteristik beban nol dan hubung singkat. OA = Arus medan yang diperlukan untuk mendapatkan tegangan nominal. OC = Arus medan yang diperlukan untuk mendapatkan arus beban penuh pada hu- bung singkat. AB = OC = dengan sudut (90 0  M) terhadap OA. 440 Gambar 5.138 Karakteristik Beban Nol, Hubung Singkat, dan Vektor Arus Medan Mesin Listrik tong kurva beban nol dititik J. Segitiga ADJ dise-but segitiga Potier.. 6. Gambar garis JF tegak lurus AD. Panjang JF menunjukkan kerugian OB OA 2  AB 2  2xOAxABx cos{180  (900  M)} tega-ngan akibat reaktansi bocor. 7. AF menunjukkan besarnya arus mei Metoda Potier dan yang dibutuhkan untuk mengatasi efek magnetisasi akibat raeksi Metoda ini berdasarkan pada pemijangkar saat beban penuh. sahan kerugian akibat reaktansi bocor 8. DF untuk penyeimbang reaktansi Xl dan pengaruh reaksi jangkar Xa. Data bocor jangkar (JF) yang diperlukan adalah : x Karakteristik Tanpa beban. x Karakteristik Beban penuh dengan faktor daya nol. Khusus untuk karakteristik beban penuh dengan faktor daya nol dapat diperoleh dengan cara melakukan percobaan terhadap alternator seperti halnya pada saat percobaan tanpa beban, yaitu menaikkan arus medan secara bertahap, yang membedakannya supaya menghasilkan faktor daya nol, maka alternator harus diberi beban reaktor murni. Arus jangkar dan faktor daya nol saat dibebani harus dijaga konstan. OB = Total arus medan yang dibutuhkan untuk mendapatkan tegangan Eo dari karakteristik beban nol. Gambar 5.139 Diagram Potier Langkah-langkah untuk menggambar Diagram Potier sebagai berikut : 1. Pada kecepatan sinkron dengan beban reaktor, atur arus medan sampai tegangan nominal dan beban reaktor (arus beban) sampai arus nominal 2. Gambarkan garis sejajar melalui kurva beban nol. Buat titik A yang menunjuk-kan nilai arus medan pada percobaan faktor daya nol pada saat tegangan nominal. 3. Buat titik B, berdasarkan percobaan hubung singkat dengan arus jangkar penuh. OB menunjukkan nilai arus medan pada saat percobaan tersebut. 4. Tarik garis AD yang sama dan sejajar garis OB. 5. Melalui titik D tarik garis sejajar kurva senjang udara sampai memoMesin Listrik Dari gambar Diagram Potier diatas, bisa dilihat bahwa : x V nilai tegangan terminal saat beban penuh. x V ditambah JF (I.Xl) menghasilkan tegangan E. x BH = AF = arus medan yang dibutuhkan untuk mengatasi reaksi jangkar. x Bila vektor BH ditambah kan ke OG, maka besarnya arus medan yang dibutuhkan untuk tegangan tanpa beban Eo bisa diketahui. Vektor diagram yang terlihat pada diagram potier bisa digambarkan secara terpisah seperti terlihat pada gambar 5.140. Eo  V % Pengaturan Tegangan = x100 V 441 x x Frekuensi kedua alternator atau frekuensi alternator dengan jala-jala harus sama. Urutan fasa dari kedua alternator harus sama. Ada beberapa cara untuk memparalelkan alternator dengan mengacu pada syarat-syarat diatas, yaitu : Gambar 5.140 Vektor Diagram Potier 5.7.8 Kerja Paralel Alternator Bila suatu alternator mendapat pembebanan lebih dari kapasitasnya bisa mengakibatkan alternator tidak bekerja atau rusak. Untuk mengatasi beban yang terus meningkat tersebut bisa diatasi dengan menjalankan alternator lain yang kemudian dioperasikan secara paralel dengan alternator yang telah bekerja sebelumnya. Keuntungan lain, bila salah satu alternator tiba-tiba mengalami gangguan, alternator tersebut dapat dihentikan serta beban dialihkan pada alternator lain, sehingga pemutusan listrik secara total bisa dihindari. i Cara Memparalelkan Alternator Syarat-syarat yang harus dipenuhi untuk memparalelkan dua buah alternator atau lebih ialah : x x x 442 Polaritas dari alternator harus sama dan bertentangan setiap saat terhadap satu sama lainnya. Nilai efektif arus bolak-balik dari tegangan harus sama. Tegangan Alternator(mesin) yang diparalelkan mempunyai bentuk gelombang yang sama. a. Lampu Cahaya berputar dan Voltmeter b. Voltmeter, Frekuensi Meter, dan Syn-chroscope. c. Cara Otomatis i Lampu Cahaya Berputar dan Voltmeter Buat rangkaian seperti diperlihatkan pada Gambar 5.141, pilih lampu dengan tegangan kerja dua kali tegangan fasa netral alternator atau gunakan dua lampu yang dihubungkan secara seri. Dalam keadaan saklar S terbuka operasikan alternator, kemudian lihat urutan nyala lampu. Urutan lampu akan berubah menrut urutan L1 - L2 - L3 - L1 - L2 - L3. Perhatikan Gambar 5.142 a, pada keadaan ini L1 paling terang, L2 terang, dan L3 redup. Perhatikan Gambar 5.142 b, pada keadaan ini: x L2 paling terang x L1 terang x L3 terang Perhatikan gambar 5.142 c, pada keadaan ini, x L1 dan L2 sama terang x L3 Gelap dan Voltmeter=0 V Pada saat kondisi ini maka alternator dapat diparalelkan dengan jala-jala (alternator lain). Mesin Listrik Gambar 5.141 Rangkaian Paralel Alternator Gambar 5.142 Rangkaian Lampu Berputar i Voltmeter, Frekuensi Meter dan Synchroscope Pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik, untuk indikator paralel alternator banyak yang menggunakan alat Synchroscope. Penggunaan alat ini dilengkapi dengan voltmeter untuk memonitor kesamaan tegangan dan frekuensi meter untuk kesamaan frekuensi. Ketepatan sudut fasa dapat dilihat dari synchroscope. Bila jarum penunjuk berputar berlawanan arah jarum jam berarti frekuensi alternator lebih rendah dan bila searah jarum jam berarti frekuensi alternator lebih tinggi. Pada saat jarum telah diam dan menunjuk pada kedudukan vertikal, berarti beda fasa alternator dan jala-jala telah 0 (Nol) dan selisih frekuensi telah 0 (Nol),maka pada kondisi ini saklar dimasukkan (ON). Alat synchroscope tidak bisa menunjukkan urutan fasa jala-jala, sehingga untuk memparalelkan perlu dipakai indikator urutan fasa jala-jala. i Cara Otomatis Paralel alternator secara otomatis biasanya menggunakan alat yang secara Mesin Listrik 443 Gambar 5. 143 Sychroscope otomatis memonitor perbedaan fasa, tegangan, frekuensi, dan urutan fasa. Apabila semua kondisi telah tercapai alat memberi suatu sinyal bahwa saklar untuk paralel dapat dimasukkan. 5.8 Motor Sinkron 5.8.1 Prinsip Kerja Motor sinkron bekerja dengan dua sumber arus, yaitu arus bolak-balik (AC) dan sumber arus searah (DC). Motor akan berputar sinkron bila putaran medan putar sama dengan putaran rotor. Jadi bila stator dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa (AC), maka pada stator akan terjadi medan putar dan pada rotor dimasukan tegangan DC. Gambar 5.144 Motor Sinkron dua Kutub Gambar 5.144 mengilustrasikan sebuah motor sinkron dua kutub dengan asumsi rotor dalam keadaan diam. Saat poros motor tidak berbeban, maka poros rotor “dikunci”oleh kutub stator lawan dan motor akan berputar pada kecepatan sinkron dan sudut Torsi G akan nol (Gambar 5.145 a). Bila beban mekanis diberikan pada poros rotor, maka putaran rotor cenderung menurun (Gambar 5.145 b) tetapi putaran masih sinkron. Ikatan magnetik antara medan rotor dan stator masih terjadi, tetapi rotor tertinggal oleh sudut Torsi G. Torsi yang dihasilkan Td yang tergantung pada sudut G dan ini harus cukup untuk mengatasi Torsi poros (T.beban) yang terjadi. Sumber DC baru dimasukkan setelah rotor berputar dengan putaran sinkron, karena motor sinkron akan bekerja bila Ns = Nr, bila hal ini belum tercapai, maka motor tidak akan bekerja. 444 Mesin Listrik Gambar 5.145 Pengaruh Beban pada Kutub Rotor Motor Sinkron 5.8.2 Motor Saat Berbeban Seperti halnya pada jenis motor yang lain, pada motor sinkronpun akan terjadi ggl lawan, akibat naiknya arus yang mengalir pada jangkar sebagai kompensasi dari kenaikkan Torsi dan Daya oleh beban. Sebagai ilustrasi diperlihatkan pada gambar 5.146. Apabila ada kenaikan beban pada poros motor, kecepatan rotor akan menurun sesaat karena diperlukan waktu untuk motor menyerap tambahan daya dari jala-jala. Meskipun masih berputar pada kecepatan sinkron, rotor tetap akan tertinggal sebesar sudut Torsi G dari medan stator. Ggl yang akan diinduksikan pada posisi rotor yang baru dan mengenai medan stator adalah Eb’. Mesin Listrik Gambar 5.146 Pengaruh Kenaikan Beban Pada Arus Jangkar Saat tanpa beban (beban ringan) Eb dan V hampir berlawanan secara langsung, tetapi saat beban bertambah 445 kutub rotor tertinggal sebesar sudut Torsi G. Seperti diperlihatkan pada gambar 5.146. Eb saat berbeban bergeser sebesar Torsi G dari posisi Eb tanpa beban. Tegangan Er tergantung pada posisi Eb, dan nilai arus jangkar adalah : I2 V4  Eb ……………………………………………………………………..(5.8-1) Zs Motor akan menyerap daya dari jala-jala untuk mengkompensasi kenaikan beban poros, tanpa mengakibatkan perubahan pada kecepatan rata-ratanya. Tetapi bilabeban bertambah terus, bisa Menga-kibatkan motor keluar dari keadaan sinkron dan berhenti berputar. 5.8.3 Daya Dihasilkan Motor Sinkron Gambar 5.147 Vektor Diagram untuk Menentukan Daya Motor Gambar 5.147 memperlihatkan vektor diagram sebuah motor sinkron dengan faktor daya “leading”, dimana : OA = Tegangan suplai/fasa AB = Ggl lawan dengan sudut beban D OB = Tegangan resultan Er = I . Zs T = Sudut antara I dengan Eb T 446 Tan 1 Xs Ra x Garis CD dibuat dengan beda sudut T dari AB x AC dan FD tegak lurus CD Daya mekanik per fasa yang terjadi pada rotor : Pm = Eb . I . Cos \ Watt ..........(5.8-2) pada ' OBD Ÿ BD = I . Zs . Cos \ BD = CD – BC atau BD = AE – BC Mesin Listrik I .Zs .Cos \ = V.Cos (T - D) – Eb.Cos T V Eb Cos (T  D )  Cos T (5.8-3) Zs zs Substitusikan pers (5.8-3) ke pers(5.8-2) ? I .Cos\ Pm/fasa Eb ªV º Eb « Cos T  D  Cos T » Zs ¬ Zs ¼ Eb .V Eb 2 Cos T  D  Cos T ............................... (5.8-4) Zs Zs Untuk menentukan nilai daya maksimum yang dihasilkan motor dapat diperoleh dengan mendeferensialkan pers(3-6) terhadap sudut beban. ? dPm Eb .V  Sin T  D dD Zs atau Sin (T - D) = 0 Ÿ T = D ? Nilai daya Maksimum Pm(max) Eb .V Eb 2  CosD Zs Zs Pm(max) Eb .V Eb 2  CosD …………………………………..(5.8-5) Zs Zs 5.8.4 Efisiensi Motor Sinkron Gambar 5.148 Diagram Aliran Daya pada Sebuah Motor Sinkron Mesin Listrik 447 Adanya kerugian-kerugian yang terjadi pada motor mengurangi daya masuk listrik Pin), semakin kecil kerugian yang terjadi maka semakin tinggi efisiensi motor. Adapun kerugian-kerugian yang terjadi pada sebuah motor listrik bisa diilustrasikan seperti pada gambar 5.148. Pout Efisiensi K x100% ……………………………….….(5.8-6) Pout ¦ Rugi Pout Z.T poros ...Watt …...…..............................................(5.8-7) Pin 3.VL.IL.CosM ……….......................................... (5.8-8) Sehingga persamaan untuk efisiensi dapat ditulis seperti persamaan (5.8-9), K Z.T poros Z.T poros  3.Ia .Ra  If .Vf  Pint i  Psu 2 x100% ……….(5.8-9) 5.8.5 Kurva V Motor Sinkron Gambar 5.149, memperlihatkan diagram vektor sebuah motor sinkron dengan faktor daya yang berbeda-beda pada keadaan beban tetap. Gambar 5.149 Diagram Vektor dalam Keadaan Beban Tetap, dengan Faktor Daya Berbeda Arus Ia yang disuplai dari jala-jala untuk motor sinkron nilainya akan besar saat faktor daya “lagging” (penguatan kurang), kemudian menurun pada saat faktor daya 448 Mesin Listrik “Unity” dan naik kembali pada saat faktor daya ‘leading” (penguat lebih). Sehingga kita bisa menggambarkan hubungan arus jangkar Ia dengan arus medan If untuk suatu beban yang tetap, dan perubahan diberi arus searah melalui slipring maka ini dapat digambarkan dalam bentuk akan timbul kutub utara dan selatan kurva V, seperti diperlihatkan pada pada sepatu kutub dimana kumparan itu diletakkan. Nilai arus yang diberikan gambar 5.150. juga bisa diatur sehingga memungkinkan faktor daya motor sinkron pada kondisi leading atau lagging. Gambar 5.150 Kurva V Motor Sinkron Pada saat motor sinkron dalam kondisi tidak berbeban diberi penguatan berlebih (over exicited) akan berfungsi sebagai kapasitor, sehingga mempunyai kemampuan untuk memperbaiki faktor daya jaringan listrik dimana motor tersebut terhubung. Hal ini terjadi karena daya reaktif yang dihasilkan motor akan mengkompensasi kelebihan fluk pada jaringan listrik. Motor sinkron yang dimanfaatkan untuk memperbaiki faktor daya biasa disebut kondensor sinkron atau kapasitor sinkron. 5.8.6 Pengasutan Motor Sinkron Salah satu cara untuk pengasutan motor dengan jenis rotor seperti dijelaskan diatas adalah dengan cara mengfungsikan mesin sinkron sebagai generator sinkron dengan proses sinkronisasi seperti telah dijelaskan pada sub bab 5.7.8. Apabila proses sinkronisasi generator dengan jala-jala telah selesai dilakukan,selanjutnya putuskan hubungan tegangan ke penggerak mula. Proses ini akan menyebabkan aliran daya ke mesin sinkron akan berubah, yang mengakibatkan mesin sinkron berubah fungsi dari generator sinkron menjadi motor sinkron. Prosedur pengasutan seperti dijelaskan diatas biasanya dilakukan di laboratorium mesin listrik atau saat motor tidak terhubung langsung ke beban. Untuk mengatasi kesulitan dalam proses pengasutan ini, kebanyakan motor sinkron untuk digunakan industri telah dirancang secara khusus dengan dilengkapi kumparan peredam (damper winding) yang diletakkan pada sepatu kutub dan kumparan peredam ini dihubung singkat pada kedua ujungnya. Langkah pengasutan sebuah motor sinkron supaya berputar pada kecepatan sinkronnya tidak semudah seperti kita melakukan pengasutan pada sebuah motor induksi. Pada saat periode pengasutan motor sinkron difungsikan seperti sebuah motor induksi sampai putaran rotornya mendekati kecepatan medan putar (kecepatan sinkron). Rotor sebuah mesin sinkron seperti telah dijelaskan pada sub bab sebelumnya terdiri dari kumparan yang bila Berikut ini adalah langkah untuk pengasutan motor sinkron yang dilengkapi dengan kumparan peredam : Mesin Listrik 449 1) Putuskan suplai arus searah ke kumparan medan motor sinkron, kemudian hubung singkat terminal kumparan medan; 2) Naikkan tegangan suplai tiga fasa ke terminal stator motor secara bertahap dengan menggunakan autotransformator dan amati putaran rotor sampai mendekati kecepatan sinkronnya; 3) Bila putaran rotor sudah mendekati kecepatan sinkronnya, lepaskan rangkaian hubung singkat pada kumparan medannya. Kemudian masukan suplai arus medan (dc excitation) secara bertahap sampai putaran rotor motor akan masuk pada kondisi putaran sinkron; 4) Berikan tegangan suplai ke terminal stator secara penuh (tanpa melewati autotransformator); 5) Atur nilai arus ke kumparan medan untuk memperoleh faktor daya yang dibutuhkan. 450 Mesin Listrik 5.9 Motor Satu Fasa 5.9.1 Pendahuluan Motor satu fasa umumnya dibuat dengan daya yang kecil (fractional horse power), konstruksinya juga relatif sederhana, walaupun demikian motor jenis ini tidak terlalu mudah untuk dianalisa. Motor satu fasa banyak digunakan pada peralatan rumah tangga dan industri, seperti refrigerator, pompa air, mesin cu-ci, mesin jahit, dan lain-lain. membutuhkan kecepatan konstan seperti jam. Ada dua tipe motor sinkron yang umum digunakan, yaitu reluctance motor dan hysterisis motor. Dibawah ini diperlihatkan beberapa gambar peralatan yang menggunakan motor satu fasa. Motor satu fasa dibagi atas tiga tipe, yaitu : 1. Motor Induksi Satu Fasa Gambar 5.151 Food Processor Motor jenis ini diklasifikasikan berdasarkan metoda yang digunakan untuk pengasutannya dan mengacu pada nama metoda yang digunakannya, seperti resistance start (split phase), capacitor-start, capacitorrun, dan shaded pole. 2. Motor Seri Satu Fasa (Universal) Motor seri satu fasa dapat digunakan dengan dua macam jenis arus, yaitu arus searah (dc) dan arus bolak-balik (ac). Motor jenis ini mampu memberikan torsi asut yang tinggi dan beroperasi pada kecepatan tinggi. Motor universal banyak digunakan pada peralatan rumah tangga dan peralatan yang bersifat portable. Gambar 5.152 Mixer 3. Motor Sinkron Satu Fasa Tipe motor sinkron satu fasa berputar pada kecepatan konstan dan digunakan pada peralatan yang Mesin Listrik Gambar 5.153 Pod Coffee Makers 451 5.9.2 Motor Induksi Satu Fasa Konstruksi motor induksi satu fasa hampir sama dengan motor induksi tiga fasa rotor sangkar, yang membedakannya pada kumparan stator yang berupa kumparan satu fasa. Motor induksi satu fasa biasanya dilengkapi saklar sentrifugal yang diperlukan saat pengasutan, saklar akan memutuskan suplai tegangan ke kumparan bantu setelah motor mencapai kecepatan 75% s.d 100% dari kecepatan nominal motor. Dengan menghubungkan motor induksi satu fasa ke sumber tegangan bolakbalik satu fasa, maka kumparan stator akan menghasilkan fluksi yang berbentuk sinusoidal. Fluks magnet ini hanya merupakan fluks pulsasi, bukan merupakan fluks medan putar, sehingga tidak memutarkan rotor yang dalam keadaan diam, hanya putaran fluksi yang dihasilkan. Jadi motor induksi satu fasa tidak dapat start sendiri. Untuk dapat start sendiri, motor memerlukan alat bantu, alat bantu ini ada yang digunakan saat start atau selama motor bekerja. 5.9.2.1 Teori Medan Putar Ganda Teori medan putar ganda (double revolving field theory) menganggap bahwa fluksi bolak-balik yang dihasilkan kumparan stator dapat diuraikan dalam dua komponen, yaitu satu komponen sinkron yang berputar dengan arah maju (Øs) dan satu dengan arah mundur (Øi) (Gambar 5.155). Putaran fluks magnet dapat dijelaskan sebagai berikut : (a) (b) Gambar 5.154 Letak Kumparan Motor Induksi Satu Fasa 452 Mesin Listrik 1) Perhatikan gambar 5.155 a : Harga fluksi maksimum terdiri dari dua komponen fluksi Øs dan Øi, dimana harga fluksi Øs dan Øi setengah dari harga fluksi maksimum (Øm). Fluksi Øs berputar kekanan searah jarum jam dan fluksi Øi berputar kekiri berlawanan arah jarum jam 2) Perhatikan gambar 5.155 b : Setelah beberapa waktu fluksi Øs menunjukan suatu sudut -Ԧ dan fluksi Øi menunjukan sudut +Ԧ, maka resultan fluksinya adalah : Im 2T Ir sin I m sin T 2 2 (c) 3) Perhatikan gambar 5.155 c : Setelah seperempat periode putaran fluksi Øs dan fluksi Øi besarnya sama dan berlawanan arah, sehingga besarnya fluksi resultan Ør = 0. 4) Perhatikan gambar 5.155 d : Selanjutnya pada setengah periode putaran fluksi Øs dan Øi searah namun arahnya berlawanan dengan Øm, maka resultan fluksi Ør akan sama dengan – Øm. (d ) 5) Perhatikan gambar 5.155 e : Pada tigaperempat putaran fluksi Øs dan fluksi Øi akan berlawanan arah, maka fluksi resultan Ør=0, dan ini berlangsung secara terus menerus sehingga hasilnya berbentuk gelombang seperti terlihat pada gambar 5.156. Bentuk gelombang fluksi terdiri dari dua komponen fluksi putaran, dimana masing-masing besarnya setengah fluksi resultan. Mesin Listrik (e) Gambar 5.155 Putaran Fluksi 453 pada rotor maka akan dihasilkan tegangan dan torsi. Pada saat motor berputar maka akan terdapat slip yang besarnya tergantung dari kecepatan dan arah putaran dari motor, masing-masing slip yang dihasilkan dapat dijelaskan sebagai berikut : ¾ Slip yang dihasilkan saat motor berputar dengan arah maju : Gambar 5.156 Bentuk Gelombang Fluksi S 5.9.2.2 Lengkung (Kurva) Torsi Seperti telah dijelaskan bahwa medan stator pada motor induksi satu fasa berupa fluksi bolak-balik yang terdiri dari dua komponen yaitu fluksi Øs dan Øi. Kedua fluksi yang berlawanan arah tersebut akan menghasilkan torsi yang sama besar dan berlawanan arah, yaitu arah maju (forward) dan arah mundur (backward). Torsi resultan yang dihasilkan oleh torsi arah maju dan arah mundur pada dasarnya mempunyai kemampuan untuk menggerakan rotor motor dengan arah maju atau mundur, tetapi pada saat start kemampuan masing-masing torsi untuk maju dan mundur sama besarnya, sehingga rotor motor akan tetap diam. Untuk itu motor memerlukan suatu alat bantu saat start, apabila dibantu diberi torsi maju, maka rotor motor akan berputar mengikuti torsi resultan maju, demikian juga sebaliknya bila diberi torsi resultan mundur, maka rotor motor akan berputar sebaliknya (mundur). Masing-masing komponen fluksi yaitu fluksi sinkron (Øs) dan fluksi invers (Øi) berputar sekitar stator dan mengimbas 454 Ns  Nr Ns 1 Nr Ns ¾ Slip yang dihasilkan saat motor berputar dengan arah mundur : Si Ns  ( Nr ) Nr 1 Ns Ns 1  (1  S) (2  S) Sedangkan besar daya dan torsi yang dihasilkan rotor motor dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini : ¾ Daya yang dihasilkan oleh rotor : (1  S) 2 I2 R 2 S ¾ Torsi yang dihasilkan oleh rotor : Pg 1 1 S 2 ( )I2 R 2 2SNr S dan kecepatan Nr Ns (1  S) maka : Tg Tg 1 I2 2 .R 2 . 2SNs S 1 2SNs Sehingga besarnya masing-masing torsi adalah : k Mesin Listrik ¾ Torsi arah maju : I2 2 .R 2 Ts k. S ¾ Torsi arah mundur : I 2 .R k. 2 2 (2  S) ¾ Torsi Total yang dihasilkan : Ti Tt Ts  Ti Pada gambar 5.157 terlihat torsi Ts, Ti, dan Tr untuk slip antara 0 sampai dengan 2. Titik diam saat S=1 dan (2-S)=1, pada kondisi ini Ts dan Ti sama besarnya yaitu ½ Tmax dan arahnya berlawanan sehingga torsi resultan Tr = 0, hal ini yang menyebabkan motor induksi satu fasa tidak bisa berputar sendiri. Gambar 5.158 Kumparan Bantu Motor Induksi Satu Fasa Metoda untuk memperoleh perbedaan fasa antara kumparan utama dan kumparan bantu supaya motor dapat start sendiri, dapat dilakukan dengan cara : ¾ Metoda Split Phase ; ¾ Metoda Capacitor; dan ¾ Metoda Shaded Pole. 5.9.2.3 Rangkaian Pengganti Motor Induksi Satu Fasa Gambar 5.157 Lengkung Torsi Motor Induksi Satu Fasa Supaya motor satu fasa bisa start sendiri maka motor harus diubah menjadi dua fasa selama periode pengasutan (starting). Untuk itu stator motor induksi satu fasa yang hanya memiliki kumparan utama harus ditambah dengan kumparan bantu, dan antara kedua kumparan tersebut harus mempunyai beda fasa 0 sebesar 90 listrik(Gambar 5.158). Mesin Listrik Motor induksi satu fasa dapat dilihat sebagai dua buah motor yang mempunyai kumparan stator bersama, tetapi masing-masing rotor berputar berlawanan arah. ™ Rangkaian Pengganti tanpa Rugi Inti Rangkaian pengganti motor induksi satu fasa menurut teori medan ganda dapat dilihat pada gambar 5.159. Motor digambarkan dengan satu lilitan stator dan dua lilitan rotor. 455 Impedansi Stator : Z R1  jX1 Impedansi masing-masing rotor adalah: r2  jx 2 Dimana r2 dan x 2 mewakili harga setengah rotor dipandang dari stator. Selama rugi inti diabaikan, penguatan pada masing-masing cabang hanya terdiri penguatan reaktansi. Impedansi rotor dengan arah putaran maju : Zs r jx m ( 2  jx 2 ) S Ohm r2  j( x m  x 2 ) S Impedansi rotor dengan arah putaran mundur : Zi r jx m ( 2  jx 2 ) 2S Ohm r2  j( x m  x 2 ) 2S Gambar 5.159 Rangkaian Pengganti tanpa Rugi Inti Dalam kondisi diam, tegangan arah maju dan arah mundur sama besarnya, dengan tegangan arah mundur (Vs=Vi), dan pada saat berputar maju (Vs) antara 90% s.d 95% dari tegangan yang diberikan. Torsi arah maju : Ts Torsi arah mundur : Ti I2 2 .r2 S I 22 .r2 2S Torsi total yang dibangkitkan : Tt Ts  Ti ™ Rangkaian Rugi Inti Pengganti dengan Rugi inti dapat diganti dengan tahanan pengganti, dan dihubungkan secara seri atau paralel dengan reaktansi magnetik seperti terlihat pada gambar 5.160 dan 5.161. 456 Gambar 5.160 Rangkaian Pengganti dengan Rugi Inti (rc Paralel) Mesin Listrik Pada gambar 5.160 tahanan pengganti rc dihubungkan secara paralel dengan reaktansi magnetik, maka : r2  j( x 2  x m )  rc S Impedansi maju Zs r r jx m ( 2  rc )  rc ( 2  jx 2 )  x m .x 2 S S r2  j( x 2  x m )  rc ( 2  S) Impedansi mundur Zi r r jx m ( 2  rc )  rc ( 2  jx 2 )  xm .x 2 ( 2  S) ( 2  S) Gambar 5.161 Rangkaian Pengganti dengan Rugi Inti (rc Seri) Pada gambar 5.161 tahanan pengganti (rc) dirangkai secara seri dengan reaktansi magnetik, maka : r (rc  jx m ).( 2  jx 2 ) S Impedansi maju Zs r2 rc   j( x m  x 2 ) S (rc  jx m ).( Impedansi mundur Mesin Listrik Zi rc  r2  jx 2 ) ( 2  S) r2  j( x m  x 2 ) ( 2  S) 457 Tegangan arah maju (Vs) saat motor berputar pada putaran nominal sangat besar dan tegangan mundur (Vi) rendah. 5.9.2.4 Motor Split Phase Motor Split Phase (resistance-start motor) adalah motor induksi satu fasa yang memilki dua buah kumparan pada bagian statornya, yaitu kumparan utama (main stator winding) dan kumparan bantu (auxilary stator winding). Bila dibandingkan nilai resistansi dan reaktansi kumparan utama dengan kumparan bantu pada motor split phase sebagai berikut : ¾ Kumparan utama mempunyai nilai resistansi yang kecil dan reaktansi yang besar; ¾ Kumparan bantu mempunyai nilai resistansi yang besar dan reaktansi yang kecil. b. Vektor Arus c. Karakteristik Untuk mendapatkan nilai resistansi yang besar pada kumparan bantu dapat dilakukan dengan memasang tahanan seri atau dengan menggunakan kumparan yang mempunyai tahanan tinggi. Gambar 5.162 Motor Split Phase Arus Is yang mengalir di kumparan bantu tertinggal dari tegangan V dengan sudut yang sangat kecil, sedangkan arus Im yang mengalir di kumparan utama tertinggal dari tegangan V dengan sudut yang besar. Sudut fasa antara Im dengan Is dibuat sebesar mungkin karena torsi yang dihasilkan sebanding dengan Sin D . a. 458 Kumparan Stator Saklar sentrifugal diletakan secara seri dengan kumparan bantu dan terletak dibagian dalam motor. Fungsi saklar sentrifugal adalah sebagai alat pemutus Mesin Listrik otomatis suplai tegangan dari sumber ke kumparan bantu, apabila putaran motor telah mencapai 75% dari kecepatan nominal motor. Saat start, torsi yang dihasilkan motor split phase berkisar antara 150% s.d 200% dari torsi beban penuh. Sedangkan arus startnya bisa mencapai 6 (enam) s.d 8 (delapan) kali arus nominal motor. Motor Split Phase pada umumnya digunakan untuk daya yang kecil, yaitu antara 1/20 hp s.d 1 hp dengan putaran dari 865 Rpm sampai 3450 Rpm. ¾ Motor Split Phase Dua Kecepatan Untuk mengubah kecepatan motor split phase dapat dilakukan dengan cara mengubah jumlah kutub, yang pada umumnya dilakukan untuk putaran yang searah, yaitu dengan cara : a. Menambah jumlah kumparan utama dengan kumparan bantu tetap; b. Menggunakan dua kumparan utama dan dua kumparan bantu; c. Menggunakan hubungan khusus, yaitu hubungan consequent-pole tanpa menambah kumparan utama atau kumparan bantu. 5.9.2.5 Motor Kapasitor Motor kapasitor biasanya dioperasikan pada rating daya antara 1/8 hp s.d 1 hp. Konstruksi motor kapasitor hampir sama dengan motor split phase, perbedaannya hanya pada penambahan unit kapasitor yang dihubungkan secara seri dengan kumparan utama atau kumparan bantu. Kapasitor biasanya diletakan dibagian luar motor atau berada didalam rumah motor. Mesin Listrik Gambar 5.163. Motor Kapasitor Tipe-tipe motor kapasitor adalah : ¾ Motor Kapasitor-Start, kapasitor ini digunakan selama periode start(pengasutan) motor; ¾ Motor Kapasitor-Run, kapasitor digunakan selama periode start dan run (jalan); ¾ Motor Kapasitor- Start KapasitorRun, dalam motor ini digunakan dua buah kapasitor, yaitu satu untuk start dan satu lagi untuk jalan(run). Cara Menjalankan Motor Kapasitor Selama periode start lilitan bantu dan lilitan utama dihubungkan ke sumber tegangan dan posisi saklar sentrifugal tertutup. Kumparan bantu dihubungkan secara seri dengan kapasitor dan sakelar sentrifugal. Setelah putaran motor mencapai 75% dari kecepatan nominal saklar sentrifugal akan membuka sehingga motor hanya bekerja dengan kumparan utama saja. Putaran medan magnet harus dihasilkan didalam motor supaya timbul perbedaan fasa sebesar 90° listrik antara kumparan utama dengan kumparan bantu. Kapasitor digunakan untuk mengalirkan arus ke kumparan bantu untuk mencapai harga maksimum sebelum arus dari kumparan utama mencapai maksimum, 459 jadi arus dari kumparan bantu akan mendahului arus dari kumparan utama. Kondisi ini akan menghasilkan medan magnet putar didalam stator, yang akan mengakibatkan rotor motor akan berputar. 1. Motor Kapasitor-Start Pada saat start motor akan menghasilkan Torsi start (asut) yang tinggi bila kapasitor dihubungkan secara seri dengan kumparan bantu (Gambar 5.164a) Pemasangan kapasitor menaikan sudut fasa antar arus kumparan (Gambar 5.164b). Karakteristik torsi – kecepatan diperlihatkan pada gambar 5.164c. Tipikal nilai kapasitor untuk motor 0,5 hp adalah 300 uF dari tipe electrolytic. b. Vektor Arus Kapasitor-Start Rangkaian ekuivalen motor capacitorstart pada saat pengasutan (starting) dapat direpresentasikan seperti diperlihatkan pada gambar 5.164d, dan berdasarkan rangkaian ekuivalen ini kita bisa menurunkan persamaan untuk menentukan nilai kapasitor untuk start. R aR m 1 Xc Xa  ZC Zm  Xm C 1 § R aR m Z.¨ X a  ¨ Zm  Xm © · ¸ ¸ ¹ c. Karakteristik Kapasitor-Start d. Rangkaian Ekuivalen Kapasitor-Start a. Rangkaian Kapasitor-Start 460 Gambar 5.164 Motor Kapasitor-Start Mesin Listrik 2. Motor Kapasitor-Run Motor Kapasitor-Run (Kapasitor Jalan) ini sama dengan motor kapasitor-start, kecuali kumparan bantu dan kapasitor terhubung pada rangkaian sepanjang waktu, sehingga tidak diperlukan lagi saklar sentrifugal. Keuntungan kapasitor dipasang secara permanen pada motor adalah : ¾ Memperbaiki kapasitas beban lebih pada motor; ¾ Faktor daya motor jadi tinggi; ¾ Efisiensi yang tinggi; ¾ Suara motor halus dan tidak bising. a. Rangkaian Motor Kapasitor-Run Kapasitor digunakan untuk starting(pengasutan) dan menjalankan motor. Karena kapasitor digunakan saat pengasutan dan jalan, maka harus dipilih nilai kapasitor yang tepat. Umumnya kapasitor yang digunakan adalah tipe ac paper oil dengan nilai antara 20 uF s.d 50 uF. 3. Motor Kapasitor-Start KapasitorRun Pada motor jenis ini terdapat dua buah kapasitor, satu kapasitor digunakan saat start (Cr) dan satu lagi saat jalan (Cr). Nilai kapasitor untuk start lebih besar dibandingkan dengan nilai kapasitor untuk jalan. Tipe kapasitor yang digunakan untuk start dan jalan biasanya berbeda, tipe kapasitor start electrolytic dan untuk kapasitor jalan adalah paper oil. Tipikal nilai kapasitor yang digunakan untuk motor 0,5 hp adalah Cs = 300 uF dan Cr = 40 uF. Motor tipe ini harganya lebih mahal bila dibandingkan dengan jenis motor kapasitor start dan run, sebanding dengan unjuk kerjanya yang paling baik diantara jenis motor kapasitor. Mesin Listrik b. Karakteristik Motor Kapasitor-Run Gambar 5.165 Motor Kapasitor-Run a. Rangkaian Motor Kapasitor-Start Kapasitor-Run 461 Medan putar yang dihasilkan pada motor jenis ini adalah karena adanya induksi pada cincin hubung singkat yang terdapat pada kutub bayangan yang berasal dari pengaruh induksi magnet kutub yang lainya, sehingga motor ini menghasilkan fluks magnet yang berputar. b. Karakteristik Motor Kapasitor-Start Kapasitor-Run Gambar 5.166 Motor Kapasitor-Start Kapasitor-Run 5.9.2.6 Motor Shaded-Pole Perbedaan konstruksi motor shadedpole(kutub bayangan) yang sangat menonjol bila dibandingkan dengan konstruksi motor induksi satu fasa yang lainnya adalah pada bagian statornya, bagian kutub magnit stator motor dibelah dan diberi cincin pada bagian ujung kutubnya, yang biasa disebut kutub bayangan. Sedangkan jenis rotor yang digunakannya sama dengan motor induksi satu fasa yang lainnya yaitu rotor sangkar. Motor kutub bayangan biasanya digunakan pada peralatan dengan kapasitas daya yang kecil seperti pada motor-motor kipas angin kecil. Gambar 5.167a memperlihatkan sebuah motor kutub bayangan, yang kutubnya diberi alur dan dilingkari dengan satu lilitan hubung singkat dari bahan tembaga. 462 a. Konstruksi Motor Shaded-Pole b. Karakteristik Motor Shaded-Pole Gambar 5.167 Motor Shaded-Pole 5.9.2.7 Karakteristik Motor Shaded- Pole Sebagai penutup dari bahasan motor induksi satu, pada tabel 5.8 diperlihatkan karakteristik dan aplikasi motor induksi satu fasa secara umum. Mesin Listrik Mesin Listrik 463 Tabel 5.8 Karakteristik dan Penggunaan Motor Induksi Satu Fasa 5.9.3 Motor Seri Satu Fasa (Universal) Gambar 5.168 Konstruksi Motor Universal Motor universal terdiri dari sebuah rotor yang biasa disebut armatur atau jangkar, dengan lilitan kumparan sekelilingnya, dan diujung poros diletakkan komutator yang dibagi atas beberapa lamel. Pada permukaan komutator diletakan sikat karbon yang berfungsi untuk mengalir arus dari sumber luar ke dalam jangkar motor. Saat arus mengalir ke dalam jangkar, maka di jangkar akan timbul medan magnit, sehingga jangkar akan berputar diantara kutub magnit yang berada di stator motor. Perawatan motor universal relatif mudah, kebanyakan motor tidak berfungsi dengan baik diakibatkan karena kontak sikat karbon ke permukaan komutator tidak baik, ini bisa dilihat dengan adanya spark pada permukaan komutator, sehingga kontak listrik menjadi tidak sempurna. Apabila hal seperti ini terjadi, maka kita harus mengatur kembali posisi sikat atau mengganti sikat dengan yang baru. Hampir semua motor universal memiliki kipas pendingin di bagian ujung porosnya. Motor universal banyak digunakan pada peralatan listrik dengan ukuran kecil dan sedang, seperti pengisap debu, msin jahit dan sejenisnya. Motor universal bisa dioperasikan dengan sumber arus searah atau bolak-balik. Kecepatan motor bisa diatur dengan menggunakan rheostat, penyearah, atau perubahan kedudukan sikat karbon yang melewati jangkar motor. 464 Gambar 5.169 Jangkar Motor Universal Mesin Listrik 5.10 Generator Set 5.10.1 Pendahuluan Generator set atau disingkat Genset merupakan seperangkat pembangkit tenaga listrik yang merupakan gabungan antara mesin penggerak yang berupa mesin diesel sebagai penggerak mula dan generator sebagai mesin yang yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Pada umumnya generator yang digunakan adalah jenis generator sinkron seperti telah dibahas pada sub bab sebelumnya. Genset biasanya dimanfaatkan sebagai pembangkit energi listrik pada daerahdaerah atau lokasi yang belum terjangkau oleh suplai listrik PLN, selain itu genset banyak dimanfatkan sebagai sumber daya darurat (catu daya darurat) ketika PLN atau sumber utama daya listrik mengalami pemadaman. Pengertian dan definsi Genset darurat menurut PUIL 2000 (Pasal 8.21.1.1) adalah : ”Keadaan darurat adalah keadaan yang tidak biasa atau tidak dikehendaki yang membahayakan keselamatan manusia, bahaya kebakaran dan keamanan bangunan serta isinya, yang ditimbulkan karena penyediaan listrik utama terganggu. Penerangan darurat biasanya dipasang di gedung-gedung umum yang banyak dikunjungi orang seperti hotel, pasar, toserba, gedung pertunjukan, tempat ibadah, gelanggang olah raga, rumah sakit dan gedung lain yang sejenisnya. Genset darurat dapat menyediakan daya untuk beberapa keperluan seperti pendingin, pelayanan alat bantu mekanis, ventilasi jika penting untuk keselamatan jiwa, penerangan dan tenaga untuk kamar operasi di rumah sakit, sistem alarm kebakaran, proses industri yang bila aliran listrik terputus dapat menyebabkan bahaya yang serius, komunikasi dan hal yang sejenisnya”. Sumber: http://www.chinapower-online.com/Mitsubishi series.html Gambar 5.170 Contoh Generator Set Mesin Listrik 465 Pada pasal berikutnya (pasal 8.21.3.1.1) dijelaskan bahwa generator darurat harus memenuhi beban sebagai berikut: ™ Kelengkapan penggerak utama yang menggunakan tenaga listrik dan perlengkapan pengasutan. ™ Lift keadaan darurat dengan anggapan pada suatu kumpulan lift hanya satu lift yang bekerja. ™ Daya yang digunakan untuk menurunkan lift. ™ Kipas untuk mengisap asap. ™ Pompa air untuk sistem pemadam kebakaran saat terjadi kebakaran. ™ Pemanfaatan listrik yang digunakan pada saat terjadi kebakaran. ™ Penerangan darurat yang dihubungkan dangan generator tersebut. ™ Jumlah beban lain yang dapat disuplai dari sistem pembangkit tersebut kecuali yang tersebut dalam 8.21.3.1.1. Gambar 5.171 466 5.10.2 Mesin Diesel Jika ditinjau dari cara memperoleh energi termalnya, motor diesel atau mesin diesel dikelompokan ke dalam mesin dengan pembakaran dalam mesin itu sendiri, yaitu proses pembakaran terjadi di dalam silinder mesin, sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Motor menggunakan beberapa selinder, dimana didalamnya terdapat torak yang bergerak secara translasi (bolak-balik). Di dalam silinder inilah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakkan torak yang menyebabkan gerakan rotasi pada poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol menimbulkan gerak translasi pada torak. Prinsip Kerja Mesin Diesel Mesin Listrik Prinsip kerja mesin diesel bila ditinjau dari sistem penyalaan bahan bakarnya, disebut motor penyalaan kompresi. Karena cara penyalaan bahan bakarnya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam silinder berisi udara bertemperatur dan bertekanan tinggi. Cara kerja mesin diesel dapat dijelaskan seperti pada gambar 5.171. tinggi. Akhirnya torak mencapai TMA dan gas pembakaran mampu mendorong torak untuk bergerak kembali dari TMA ke TMB. Pada saat yang sama, baik katup isap (intake valve) maupun katup buang (exhaust valve) masih tertutup. Dalam proses ini volume gas pembakaran di dalam silinder bertambah besar dan tekanannya turun. Proses pembakaran di dalam motor bakar terjadi secara berulang-ulang (periodik), yaitu setiap satu siklus mengalami 2 kali putaran poros engkol dan membutuhkan 4 langkah kerja. 4. Langkah Buang 1. Langkah Isap Pada awal langkah isap, piston berada pada Titik Mati Atas (TMA) dan kecepatan torak nol (belum bergerak). Torak bergerak menuju Titik Mati Bawah (TMB), katup isap (intake valve) terbuka, sehingga udara bersih masuk ke dalam silinder. Langkah isap ini berlangsung hingga piston mencapai TMB. 2. Langkah Kompresi Setelah mencapai TMB, torak bergerak kembali ke TMA, sementara katup isap dan katup buang tertutup. Udara yang telah ada di dalam silinder terkompresi oleh torak yang bergerak ke TMA. Volume udara kini menjadi kecil sehingga tekanan dan temperaturnya naik. 3. Langkah Ekspansi Pada saat torak hampir mencapai TMA, bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder dan terjadilah proses pembakaran sehingga tekanan dan temperaturnya naik. Sementara itu torak masih bergerak menuju TMA, berarti volume ruang bakar menjadi semakin kecil sehingga tekanan dan temperatur udara bahan bakar di dalam silinder menjadi semakin Mesin Listrik Apabila totak telah mencapai TMB, katup buang sudah terbuka sedangkan katup isap tetap tertutup. Torak bergerak kembali ke TMA mendesak gas yang sudah terbakar keluar dari dalam silinder melalui saluran buang. Setelah langkah buang ini selesai, siklus kerja baru dimulai lagi dari langkah isap dan seterusnya. 5.10.2.1 Bagian-bagian Utama Mesin Diesel Bagian-bagian utama yang berfungsi sebagai penunjang operasional Mesin Diesel adalah sistem bahan bakar, sistem pelumasan, sistem pendingin serta sistem udara dan gas buang. 1. Sistem Bahan Bakar Fungsi Sistem bahan bakar adalah mengalirkan bahan bakar mulai dari tangki bahan bakar sampai menyemprotkan dari pengabut pada waktu pembakaran di dalam silinder. Jenis bahan bakar yang digunakan umumnya adalah minyak solar atau minyak IDO (Ignation Diesel Oil). 2. Sistem Pendingin Saat genset beroperasi, maka temperatur kerja mesin akan meningkat, untuk 467 Sumber: http://www.cumminspower.com Gambar 5.172 Bagian-bagian Utama Generator Set menurunkannya diperlukan sistem pendinginan dengan menggunakan air. Air yang digunakan untuk sistem pendinginan adalah air murni yang tidak mengandung kotoran dan kadar garam untuk mencegah terjadinya korosi. Air berfungsi untuk mendinginkan blok silinder dan turbocharger . 3. Sistem Pelumasan Fungsi sistem pelumasan adalah untuk mengurangi keausan mesin dengan cara mengalirkan minyak pelumas dari karter ke bagian-bagian yang memerlukan pelumasan pada waktu mesin sedang beroperasi. 4. Sistem Udara dan Gas Bekas Fungsi sistem udara dan gas bekas (buang) adalah untuk mengatur udara pembakar ke dalam ruang bakar atau silider diwaktu langkah isap, udara ini dikompresikan waktu langkah kompresi 468 dan mengeluarkan gas bekas dari silinder waktu langkah buang. Knalpot adalah bagian dari mesin diesel yang berfungsi untuk menyalurkan gas bekas sisa pembakaran ke udara luar, selain itu knalpot berfungsi juga sebagai peredam geteran akibat ledakan pembaaran dan tekanan gas buang. 5.10.3 Mengoperasikan Generator Set 5.10.3.1 Menganalisa Data Pengoperasian Saat melakukan pengoperasian generator set ada beberapa hal yang harus diperhatikan: 1) Menerapkan prosedur pengoperasian generator set sesuai dengan kriteria unjuk kerja yang mencakup peralatan yang berkaitan dengan Mesin Listrik pengoperasian dan diagram kerja dengan prinsip kerjanya. 2) Mengindentifikasi alat ukur dengan kriteria unjuk kerja yang mencakup instrumen yang berupa besaran listrik maupun besaran mekanik (arus, tekanan, suhu, dll) diinterpretasi sesuai dengan prinsip kerja, prosedur dan hasilkan dibandingkan dengan nilai / angka yang ditetapkan dalam sistem sesuai dengan batasan operasi. 3) Mengoperasikan generator set sesuai dengan kriteria unjuk kerja yang mencakup seluruh komponen dan sistem pendinginan siap dioperasikan sesuai dengan standar. Sistem air pendingin dioperasikan dengan urutan kerja sesuai SOP. Untuk meyakinkan bahwa mesin genset dioperasikan sesuai dengan unjuk kerjanya, maka perlu diamati data mesin genset sebelum dioperasikan. Berikut ini contoh data sebuah mesin genset : 1. Engine Data (Data Mesin ) Manufacture/Type : POWERING/ (Pabrikan/ Tipe) NEM 435 WA, 4- cycle Air Intake System : Turbo, Air/ Air (Sistem Udara Cooling Masuk) Fuel System : Elec.Injection (Sistem Bahan Fuel System Bakar) Cylinder Arrange- : 6 in line ment (Susunan Silinder) Bore and Stroke : 120×138mm Compression : 17.4 : 1 Ratio (Perbandingan Kompresi) Rated RPM : 1500 (Kecepatan RPM) Governor Type : Engine Manage(Tipe Governor) ment System 1 Mesin Listrik Exhaust System (Sistem Pembuangan) Exhaust Gas Flow : 52.2 m3/min (Aliran Gas Buang) Exhaust Tempera- : 519° C ture ( Temperatur Pembuangan) Max Back Pres: 10kPA sure (Tekanan Balik Maksimum) Air Intake System (Sistem Udara Masuk) Max Intake Res: 5kPA triction(Batas Pemasukkan Maks) Burning Capacity : 19.6m3/min (Kapasitas Pembakaran) Intake Flow : 456m3/min (Aliran Masuk) Fuel System (Sistem Bahan Bakar) 110%(Standby : 73.6 L/h Power) Load 100%(Prime : 66.3L/h Power) Load 75%(Prime Power) : 49.2L/h Load Total Fuel Flow : 108L/h Oil System (Sistem Oli) Total Oil Capacity : 35L (Total Kapasitas Oli) Oil Consumption : 0.04L/h (Konsumsi Oli) Engine Oil Tank : 31L Capacity (Kapasitas Tangki Oli Mesin) Oil Pressure at : 350kPA Rated RPM (Tekanan Oli pada RPM nominal) 469 Cooling System (Sistem Pendinginan) Total Coolant : 41L Capacity (Kapasitas Total Pendinginan) Thermostat : 82-92°C Max Water Tem- : 103°C perature ( Temperatur Air Maks) 2. Alternator Data (Data Alternator) Manufacture/Type : POWERING/ (Pabrikan/ Tipe) PWR 888P3 Number of Phase : 3 (Jumlah Fasa) Connecting Type : 3 Phase and 4 (Tipe Hubungan) Wires, “Y” type connecting Power Factor : 0.8 (Faktor Daya) Protection Grade : IP23 (Kelas Proteksi) Exciter Type : Brushless, self(Tipe Penguatan) exciting Insulation Class/ : H/H Temperature Rise ( Kelas Isolasi) Voltage Regulation : ”± 1% (Pengaturan Tegangan) Alternator Capacity : 325 KVA (Kapasitas Alternator) Alternator : 93.3% Efficiencies (Efisiensi Alternator) Air Cooling Flow : 0.486m3/s (Aliran Pendinginan Udara) 470 5.10.3.2 Mempersiapkan Pengoperasian Genset Langkah-langkah persiapan yang harus dilakukan adalah memeriksa kondisi mesin dan sistem pendukungnya. Yakinkan sistem baterai (accumulator) dalam keadaan stand by dan harus selalu diisi (charging) secara baik sehingga dapat menunjang keandalan dan kesiapan penyalaan mula (start up). Saat pemeriksaan harus diperhatikan juga mur baud yang ada pada bagian: mesin, fuel injection pump, cylinder heads, timing gear, crankshaft pulley, coupling-drive shaft, mounting bracket, turbo charger, dan exhaust pipe. Perhatikan jangan sampai ada mur baud yang lepas atau longgar. Bagian-bagian lain yang harus diperiksa sebelum genset dioperasikan adalah: x Sistem Bahan Bakar (Fuel System) x Sistem Pelumasan (Lubrication System) x Sistem Pendingin (Cooling System) x Sistem Udara Masuk (Air Inlet System x Sistem Kelistrikan (Electrical System) 1) Pemeriksaan Sistem Bahan Bakar Sebelum melakukan pengisian bahan bakar pada tangki, periksa terlebih dahulu kondisi tangki dan pipa-pipanya bersih dari air, kotoran, dan bahan lainnya yang akan mengganggu sistem pembakaran mesin. Setelah pemeriksaan selesai dilakukan, baru lakukan pengisian bahan bakar. Setelah pengisian, yakinkan bahan bakar berada pada batas level yang mencukupi dengan cara mengamati penunjukan level gauge bahan bakar. Selanjutnya sebelum pompa bahan bakar dioperasikan, lakukan pemeriksaMesin Listrik an terlebih dahulu pada bagian saringan (filter) bahan bakar dengan cara sebagai berikut : a. Fuel Filters (Wire Element Type) x Operasikan priming pump handle (2) x Kencangkan kembali (3) ketika aliran bahan bakar tidak terjadi gelembung udara c. Pompa Injeksi Bahan Bakar (Fuel Injection Pumps) Gambar 5.173 Fuel Filters (Wire-element Type) x Buka tutup venting udara (1) dari filter x Buka priming handle pump (2) dari pompa bahan bakar dengan memutar berlawanan arah jarum jam, periksa filter dan coba operasikan. x Kencangkan kembali penutup (1), indikator penutup tersebut baik ketika ada aliran bahan bakar, maka tidak terjadi gelembung udara. b. Fuel Filter (Paper Element Type) Gambar 5.175 Pompa Injeksi Bahan Bakar x Longgarkan penutup venting udara (4) pompa injeksi bahan bakar x Operasikan priming pump sampai aliran bahan bakar pada penutup tidak terjadi gelembung udara. Kencangkan priming pump dengan cara memutar searah jarum jam dan lakukan penekanan sebelum pengencangan penutup venting terakhir. 2) Pemeriksaan Sistem Pelumasan (Lubrication System) Tujuan pemeriksaan sistem pelumasan adalah untuk memastikan bahwa mesin terisi pelumas dengan cukup sehingga bisa melumasi bagian-bagian mesin secara baik, untuk menghindari terjadinya keausan pada bagian-bagian mesin. Gambar 5.174 Fuel Filters (Paper Element Type) x Longgarkan penutup venting udara (3) dari fuel filter Mesin Listrik Pemeriksaan minyak pelumas dilakukan dengan cara mencabut tuas duga minyak pelumas (oil level) berada pada level sekitar tigaperempat dari level yang seharusnya seperti yang diperlihatkan pada gambar 5.176. Bila level tidak mencukupi maka lakukan menam471 bahan minyak pelumas dengan menggunakan penuang yang bersih dengan minyak pelumas sesuai standar/ direkomendasikan pembuat mesin. minyak menunjukkan normal. Jika tekanan minyak tidak naik dalam 30 detik, biarkan 1 menit sebelum dilakukan cranking kembali. d. Jalankan mesin dengan kecepatan 600 sampai 700 rpm dalam tiga sampai lima menit. e. Hentikan mesin dan periksa level air pendingin . Bila level air menunjukan penurunan (rendah) tambahkan kembali air pendingin. f. Periksa kembali radiator dan yakinkan tidak ada rembesan dan kebocoran air dari sambungan-sambungan dan penutup radiator. Gambar 5.176 Pemeriksaan Minyak Pelumas 3) Pemeriksaan Sistem (Coolant System) Pendingin Tujuan pemeriksaaan sistem pendingin adalah untuk memastikan bahwa mesin beroperasi dengan pendinginan yang memadai sehingga terhindar dari proses keausan dan tidak terjadi pemanasan yang berlebihan yang bisa mengakibatkan kerusakan pada mesin atau menurunnya efisiensi mesin. Pemeriksaan sistem pendingin dilakukan dengan cara sebagai berikut : a. Periksa dan yakinkan tidak ada kebocoran atau rembesan air secara teliti pada setiap bagian sistem pendingin terutama di bagian radiator . b. Periksa level air pada radiator dan pastikan bahwa level pendingin (coolant level) mencukupi, bila kurang tambahkan air sampai level yang mencukupi. c. Engkol (Cranking) mesin dengan menutup bahan bakar selama 30 detik untuk meyakinkan tekanan 472 Gambar 5.177 Pemeriksaan Sistem Pendingin 4) Sistem Udara Masuk (Air Inlet) Tujuan pemeriksaan sistem udara masuk adalah untuk memastikan bahwa sistem saringan udara pembakaran dalam kondisi optimal sehingga debu/ kotoran dapat tersaring dan tidak masuk ke ruang bakar. 5) Pemeriksaan Sistem Kelistrikan (Electrical System) Tujuan pemeriksaan sistem kelistrikan adalah untuk memastikan start up mesin diesel dapat dilakukan tanpa mengalami kesulitan yang diakibatkan oleh kurangnya pasokan tegangan/tenaga dari baterai (accumulator). Mesin Listrik 1) Tahap Pengasutan Awal (Start Up) Cara pengasutan mesin diesel genset dapat dilakukan dengan tiga sistem, yaitu pengasutan sistem manual, elektrik, dan kompresi. a. Sistem Pengasutan Manual Gambar 5.178 Pemeriksaan Baterai Langkah-langkah pemeriksaan yang harus dilakukan adalah sebagai berikut: a. Buka tutup baterai (accumulator), lalu periksa level larutan elektrolit pada masing-masing sel, pastikan berada pada 1 cm diatas lempenglempeng sel. b. Bila level terlalu rendah tambahkan larutan elektrolit pada sel-sel yang memiliki level rendah. c. Periksa semua terminal-terminal baterai, bila ada yang longgar lakukan pengencangan. d. Setelah selesai operasi genset, periksa kembali level elektrolit, bila ada rendah tambahkan air murni. e. Periksa Spesific Gravity (SG) elektrolit bila dibawah ketentuan, isi (charge) kembali baterai. 5.10.3.3 Melaksanakan Pengoperasian Genset Untuk mengoperasikan genset harus dilakukan sesuai dengan SOP ( Standard Operation Procedure) yang berlaku pada institusi/perusahaan pengguna genset tersebut. Secara umum prosedur/tahapan pengoperasian genset adalah : tahap pengasutan awal (start up), tahap pemanasan (warming up), tahap pembebanan (loading), dan tahap penghentian (stop). Mesin Listrik Cara untuk menghidupkan mesin diesel pada sistem ini adalah dengan menggunakan penggerak engkol pada poros engkol atau poros hubung yang akan digerakkan oleh tenaga manusia. Jadi sistem pengasutan ini sangat tergantung pada faktor manusia sebagai operatornya. Sistem ini biasanya digunakan untuk menjalankan mesin diesel dengan daya yang relatif kecil. b. Sistem Pengasutan Elektrik Sistem ini menggunakan motor arus searah (DC) dengan suplai listrik dari baterai (accumulator) 12 atau 24 volt untuk mengasut mesin diesel. Saat pengasutan dilakukan motor DC mendapat suplai listrik dari baterai dan menghasilkan torsi yang timbul pada poros motor diguankan untuk menggerakkan mesin diesel sampai mencapai putaran tertentu. Baterai yang digunakan harus bisa dimanfaatkan untuk mengasut mesin beberapa kali tanpa harus diisi kembali. Pengisian ulang baterai dilakukan dengan menggunakan battery charger. Pada saat mesin diesel tidak bekerja maka battery charger mendapat pasokan listrik dari PLN, sedangkan pada saat mesin diesel bekerja maka pasokan untuk battery charger diperoleh dari generator set. c. Sistem Pengasutan Kompresi Sistem pengasutan ini menggunakan motor dengan udara bertekanan tinggi untuk mengasut mesin diesel. Adapun 473 ara kerjanya adlah dengan menyimpan udara ke dalam suatu tabung udara. Kemudian udara tersebut dikompresikan sehingga menjadi udara panas dan bahan bakar dimasukkan ke dalam pompa injeksi bahan bakan serta disemprotkan lewat nozzle dengan tekanan tinggi. Proses ini mengakibatkan terjadinya pengkabutan dan pembakaran di ruang bakar. Pada saat tekanan di dalam tabung turun sampai batas minimum yang telah ditentukan, maka kompressor akan secara otomatis menaikkan tekanan udara di dalam tabung hingga tekanan dalam tabung mencukupi dan siap dipakai untuk melakukan pengasutan mesin diesel. Berikut ini contoh langkah pengasutan mesin diesel genset : a. Masukkan semua MCB yang ada di panel kontrol mesin diesel ke posisi “ON” b. Masukkan Toggle Switch (TSW) ke atas “alarm normal”. c. Putar kunci starter pada posisi “ON” dan akan terlihat lampu tekanan minyak pelumas, lampu suplai baterai “DC ON” dan lampu Water High Level menyala. d. Putar kunci stater pada posisi “START”, setelah mesin diesel hidup, lepaskan pegangan tangan pada kunci, maka kunci akan kembali pada posisi “ON”. e. Jangan lakukan penyalaan dengan cara mengoperasikan kunci stater terus menerus tanpa berhenti selama lebih dari 10 detik. Bila mesin belum hidup lakukan penyalaan berulang–ulang dalam jangka waktu sekitar 1 menit. Hal ini dilakukan untuk menjaga agar umur baterai tahan lama. f. Setelah mesin diesel hidup dan putarannya stabil pada 1500 rpm, maka lampu tekanan minyak pelumas akan mati dan lampu “Radiator Fan Run” akan menyala. 474 g. Pastikan bahwa genset hidup tidak ada gangguan dan kipas Radiator sudah berputar. h. Masukkan MCCB yang berada di panel kontrol genset, maka lampu “CB ON” akan menyala dan lampu “G” juga menyala. 2) Tahap Pemanasan (Warming Up) Setelah proses pengasutan selesai dilakukan biarkan mesin bekerja selama kurang lebih 10 menit dalam kondisi generator tidak dibebani, langkah ini dilakukan untuk pemanasan (warming up) dengan tujuan pelumasan pada bagian-bagian mesin dapat berlangsung dengan baik. 3) Tahap Pembebanan (Loading) Setelah tahap pemanasan selesai dilakukan maka genset dapat dibebani. Selama genset dioperasikan pastikan bahwa tidak terdapat suara-suara yang tidak normal dan getaran yang besar, warna gas buang normal tidak terlalu pekat atau keputihan. Selanjutnya periksa semua meter dan indikator menunjukkan normal, meter dan indikator yang perlu diamati adalah : x Tachometer x Indikator tekanan minyak x Indikator/Meter suhu air pendingin x Ammeter berada pada (+) x Indikator/Meter suhu minyak pelumas x Filter minyak alarm tidak menyala. 4) Tahap Penghentian Langkah yang harus diperhatikan saat menghentikan/mematikan genset yaitu janganlah menghentikan/mematikan genset secara mendadak dalam kondisi beban penuh, kurangilah beban secara bertahap hingga genset beroperasi tanpa beban. Biarkanlah genset hidup Mesin Listrik tanpa beban beberapa saat, agar susut yang tinggi karena adanya beban berangsur turun secara perlahan lahan. Hal ini juga mengurangi regangan pada konstruksi mesin diesel karena adanya beban dan panas. 5.10.3.4 Mengamati dan Menanggulangi Masalah Operasi Apabila genset saat dioperasikan timbul gangguan atau masalah maka lakukan segera langkah-langkah untuk mengatasinya sesuai dengan SOP yang berlaku. Adapun hal-hal yang harus diperhatikan diantaranya adalah: 1) Mengindentifikasi dan menanggulangi masalah operasi sesuai dengan kriteria unjuk kerja yang mencakup gangguan yang berkaitan dengan penyimpangan penunjukan alat ukur (arus, tekanan, suhu, dll) diindetifikasi dengan memperhatikan toleransi yang ditetapkan sesuai dengan instruction manual, penyimpangan yang terindentifikasi dianalisa penyebabnya dan ditetapkan alternatif penanggulangan; masalahnya dikonsultasikan kepada pihak yang terkait dengan memperhatikan spesifikasi standar yang berlaku dan penanggulangan masalah yang telah disetujui; diterapkan sehingga gangguan teratasi. 5.10.3.5 Membuat Laporan Pengoperasian Pada saat mesin diesel dioperasikan harus dilakukan pemantauan yang teliti sehingga terjadinya kerusakan saat mesin dioperasikan dapat dihindari, yang bisa mengakibatkan pada ketidaksiapan mesin untuk beroperasi. Hal-hal yang harus tercatat dalam laporan operasi adalah sebagai berikut: 1) Lama pengoperasian; 2) Banyaknya minyak pelumas, bahan bakar dan air pendingin yang ditambahkan; 3) Penggantian minyak pelumas dan air pendingin; 4) Tekanan minyak pelumas, temperatur gas buang (exhaust) dan temperatur suhu udara masuk; 5) Bagian-bagian yang diganti, jenis perbaikan yang dilakukan dan hasil perbaikan; 6) Unjuk kerja selama mesin dioperasikan seperti “Putaran mesin tidak stabil ” dan lain-lain. Hasil pemantauan oleh operator harus dilaporkan kepada pengawas operasi untuk dilakukan evaluasi. 2) Membuat laporan gangguan dengan kriteria unjuk kerja yang mencakup laporan dan dibuat dengan format dan prosedur yang ditetapkan oleh institusi/lembaga. Tabel 5.9 memperlihatkan contoh pelacakan gangguan pada genset dan langkah perbaikan yang perlu dilakukan untuk mengatasinya. Mesin Listrik 475 Tabel 5.9 Pelacakan Gangguan pada Genset Jenis Diagnosa Gangguan Mesin tidak bisa Tidak ada tenaga berputar putar pada motor starter Mesin hidup ke- 1. Solar habis mudian berhenti lagi 2. Sistem injeksi Mesin berputar 1. Filter bahan batidak normal kar kotor 2. Saluran bahan bakar tersumbat Mesin berputar 1. Throttle terlalu sangat cepat membuka 2. Beban turun drastis Mesin berhenti Mesin mengalami secara tiba-tiba beban lebih Mesin tenaganya hilang Gas hitam Suara berisik Tegangan hilang 476 1. Saluran udara ter-tutup 2. Gas buang menekan masuk 3. Kompressi hilang buang 1. Ada pelumas terbakar 2. Injektor bahan bakar kotor Mesin 1. Ada asoseris mesin yang longgar/ lepas 2. Katup longgar 3. Bearing longgar 1.Gangguan AVR 2.Belitan hubung singkat Perbaikan ¾ Periksa amper baterai ¾ Periksa mesin diesel ¾ Periksa level bahan bakar ¾ Buka kran bahan bakar ¾ Pompa bahan bakar sampai udara keluar ¾ Ganti filter bahan bakar ¾ Periksa saluran dan pompa keluar ¾ Longgarkan bukaan throttle ¾ Periksa Governor ¾ Periksa Voltmeter & Ampermeter ¾ Periksa sistem pendinginan ¾ Periksa Circuit Breaker ¾ Kurangi Beban listriknya ¾ Periksa sistem saluran udara masuk ¾ Periksa sistem pembuangan gas buang ¾ Periksa dan test kompresi ¾ Periksa dudukan klep dan ring torak ¾ Periksa level pelumas Crankcase ¾ Periksa ring torak ¾ Periksa dinding mesin dan seal ¾ Bongkar dan bersihkan injektor ¾ Periksa semua baut dan dudukan mesin ¾ Periksa jarak katup ¾ Periksa hubungan Poros dan bearing crankshaft ¾ Periksa komponen pada AVR ¾ Periksa belitan denganMegger Mesin Listrik 5.11 Memperbaiki Motor Listrik 5.11.1 Pendahuluan Salah satu tujuan perawatan dan perbaikan adalah agar peralatan mencapai umur maksimum daripada mengganti dengan yang baru. Namun hal ini tidak dapat diberlakukan secara umum tergantung dari macam dan jenis serta teknologi dari peralatan tersebut. Untuk mencapai tujuan tersebut, suatu kebijakan perawatan dan perbaikan harus diarahkan pada efisiensi dan efektifitas kerja, tidak bersifat reaktif (bertindak apabila peralatan mengalami kerusakan) melainkan harus bersifat proaktif (bertindak/merencanakan suatu tindakan sebelum peralatan rusak atau tidak dapat melaksanakan fungsinya sama sekali). Tindakan perbaikan merupakan konsekuensi logis dari usaha perawatan dan perbaikan dikategorikan menjadi : ¾ Perbaikan darurat (Perbaikan tak terencana) ¾ Perbaikan berdasarkan permintaan ¾ Trouble Shooting (Breakdown) ¾ Penggantian sebagian ¾ Penghapusan 1) Perbaikan Darurat Perbaikan darurat artinya perbaikan yang harus segera dilaksanakan untuk mencegah akibat yang lebih berat dan parah, atau kerusakan yang bisa mengakibatkan kecelakaan pada pemakai dan menyebabkan kerusakan lebih besar pada peralatan. Mesin Listrik 2) Perbaikan Berdasarkan permintaan Perbaikan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak bekerja dengan normal. Peralatan tersebut biasanya masih bisa digunakan, tetapi tidak dapat dioperasikan. Usaha perbaikan yang dilakukan akan meningkatkan kembali daya guna peralatan. 3) Trouble Shooting (Breakdown) Prinsipnya hampir sama dengan perbaikan berdasarkan permintaan, yaitu kerusakan terjadi tanpa terduga. Trouble shooting juga bertujuan untuk meningkatkan daya guna peralatan, yang berbeda adalah waktu perbaikan. Kalau perbaikan berdasarkan permintaan adalah perbaikan yang hanya akan dilaksanakan setelah ada permintaan untuk itu, sedangkan trouble shooting adalah perbaikan yang tidak boleh ditunda dan segera dilakukan pada saat terjadinya breakdown (kerusakan). Dengan kata lain trouble shooting itu adalah perbaikan darurat. 4) Penggantian Sebagian Dilakukan apabila sukucadang yang rusak tidak dapat diperbaiki lagi sehingga bagian tersebut harus diganti dengan yang baru, atau bila biaya perbaikan lebih tinggi dari pada biaya penggantian. Atau penggantian sukucadang yang dilakukan secara berkala, misalnya penggantian oli mesin, penggantian bearing, penggantian terminal dan lainlain. 5) Penghapusan Memindahkan peralatan yang rusak dari tempat kerja. Penghapusan dilakukan melalui pertimbangan matang, dan setelah segala usaha-usaha perawatan 477 tidak mungkin lagi dapat memperbaiki peralatan tersebut, atau bila peralatan tersebut telah mencapai batas usia pakainya. 5.11.2 Perbaikan Dasar Motor Induksi kemungkinan ada kerusakan pada bantalan atau adanya gesekan antara bagian rotor dengan stator; 2. Kalau poros dapat diputar secara normal (tidak berat), kemungkinan kerusakan ada pada terminal motor atau belitan stator. Konstruksi motor induksi relatif sederhana bila dibandingkan dengan motor arus searah atau motor sinkron, sehingga prosedur pemeliharaannya tidak terlalu sulit. Apabila dirawat dengan baik dan rutin motor induksi bisa dipergunakan bertahun-tahun. Walaupun demikian tidak menutup kemungkinan meskipun telah dilakukan perawatan secara rutin, gangguan atau kerusakan masih mungkin terjadi, baik kata faktor usia, hubung singkat pada lilitan, dan sebagainya. Gangguan/kerusakan pada motor induksi hampir sama dengan gangguan mesin-mesin listrik lainnya, ialah gangguan elektris dan mekanis, seperti: ¾ Kumparan stator terhubung singkat dengan rangka; ¾ Kumparan stator terhubung singkat satu dengan lainnya; ¾ Kumparan stator terputus; ¾ Hubungan dari kumparan stator ke terminal terputus; ¾ Bantalan aus; ¾ Poros motor tidak lurus. Untuk menentukan jenis kerusakan yang terjadi pada motor induksi tiga fasa dapat dilakukan dengan langkah sebagai berikut : 1. Putar poros motor dengan menggunakan tangan, lalu rasakan apakah ringan atau berat. Kalau terasa berat 478 Gambar 5.179 Menguji Poros Motor 5.11.2.1 Memeriksa Kumparan Stator Motor Untuk memeriksa belitan stator motor, peralatan yang dibutuhkan adalah : x Satu buah AVO meter x Satu buah Megger ± 500 s.d 1000 V x Satu buah kunci pas x Satu buah palu x Sebilah kayu x Treker ( Ulir Penarik) Adapun langkah pengukurannya adalah: 1. Periksa terlebih dahulu apakah ada kawat dari terminal motor ke bagian dalam motor yang terputus; 2. Selanjutnya periksa, untuk mengetahui apakah ada kawat antar fasa yang terhubung; 3. Bila berdasarkan hasil pengamatan pada langkah (1) dan (2) tidak ada kawat yang putus atau hubung singkat, maka lanjutnya dengan langkah (4); 4. Gunakan AVO meter untuk menguji apakah ada kumparan yang putus Mesin Listrik atau terjadi hubung singkat antar belitan stator. Dalam keadaan baik, nilai resistansi antar kumparan hampir sama. Gambar 5.181 Melepas Mur Tutup Rangka Motor Gambar 5.180 Pengujian Belitan Stator Dengan AVO Meter Periksa nilai resistansi antara terminal: U ļ X = ...............Ohm V ļ Y = .............. Ohm W ļ Z = .............. Ohm 2. Bila mur-mur sudah dilepas semuanya, gunakan treker (penarik ulir) untuk melepas rotor dari rangka motor, alternatif lain gunakan palu dan bilah kayu untuk mendorong penutup motor dari rangka, dengan cara memukul poros motor secara perlahan-lahan. Bila nilai tahanannya tidak sama, maka ada beberapa kemungkinan: x Nilai resistansi antar ujung kumparan yang sama mendekati tak terhingga, kemungkinan ada belitan putus. x Nilai resistansi tidak sama, kemungkinan terjadi hubung singkat antar kumparan atau dari kumparan ke rangka motor. Gambar 5.182 Melepas Penutup Motor dengan Treker Selanjutnya bila berdasarkan pengujian ada indikasi kumparan putus atau hubung singkat, maka lakukan pembongkaran motor untuk mengetahui kondisi bagian dalam dari belitan stator. Berikut ini langkah-langkah untuk membongkar motor dan menguji bagian dalam belitan stator. 1. Lepaskan mur-mur yang ada pada bagian penutup rangka motor dengan menggunakan kunci pas; Gambar 5.183 Melepas Penutup Motor dengan Palu Mesin Listrik 479 3. Setelah terbuka lepas bagian rotor dari rangka motornya. Gambar 5.185 Pemeriksaan Belitan Stator dengan Megger 5.11.3 Membongkar Kumparan Motor Gambar 5.184 Memisahkan Bagian Rotor dari Rangka Motor 4. Selanjutnya dengan menggunakan Megger atau Insulation Tester ukur resistansi isolasi antar belitan fasa dan antara masing-masing belitan dengan rangka motor. Nilai resistansi isolasi belitan yang baik, minimum sebesar 1KOhm/Volt, jadi kalau tegangan kerja motor 220 Volt, maka resistansi isolasinya harus 220 KOhm. Bila resistansi isolasinya kurang dari 220 KOhm, maka perlu dilakukan pemeriksaan lebih lanjut. Perhatikan apakah ada kawat yang terkelupas atau cacat, kalau kerusakan isolasinya tidak terlalu serius, perbaikan dapat dilakukan dengan cara memberi vernish lagi pada permukaan belitan. 480 Apabila sesudah dilakukan pengukuran ternyata kumparan sudah rusak, maka cara yang paling baik adalah mengganti kumparan stator dengan yang baru. Sebelum melakukan pembongkaran lakukan pemeriksaan dan catat data-data yang berkaitan dengan langkah pembentukan kumparan, seperti : x Jumlah grup kumparan; x Setiap kumparan terdiri dari berapa koil; x Berapa jumlah koil pada tiap kumparan dan jumlah lilitan pada tiap alur; x Bagaimana bentuk sambungan antar kumparan; x Bagaimana langkah koil dan bentuk kumparannya; x Lakukan pengukuran diameter kawat; x Berapa tegangan kerja motor; x Hitung jumlah alur, bila perlu buat gambar bentangan dari kumparan. Bila proses pencatatan data telah dilakukan baru laksanakan pembongkaran kumparan motor. Cara membongkar kumparan motor adalah sebagai berikut: Mesin Listrik 1. Potong semua kawat pada masingmasing kumparan sampai kedekat inti/kern motor dengan menggunakan tang pemotong ; Sebelum melaksanakan pelilitan kumparan pada alur motor, maka terlebih dahulu harus dilakukan perhitungan dengan jumlah alur, jumlah kutub, dan luas penampang kawat yang akan dipergunakan. ¾ Jarak Alur dalam derajat listrik 360 0 xPasang _ Kutub Jml _ Alur pada sistem tiga fasa antar fasa U ke V , V ke W, dan W ke U harus berbeda 120 derajat . ¾ Jumlah alur pada tiap fasa Gambar 5.186 Pemotongan Kawat Kumparan 2. Apabila semua kawat pada masing kumparan telah dipotong, lalu tarik kawat dari sisi yang berlawanan dengan menggunakan tang penjepit seperti diperlihatkan pada gambar 5.186; 3. Sesudah semua kawat selesai dilepas, selanjutnya bersihkan semua alur dari bekas potongan kawat atau kotoran lainnya; 4. Amati semua alur dan inti motor secara seksama, kalau ada yang rusak atau renggang lakukan perbaikan. Apabila alur atau inti motor rusak, maka motor tidak akan beroperasi secara baik, misalnya kerugian pada inti jadi naik atau suara motor saat beroperasi jadi mendengung. 5.11.4 Pelilitan Kumparan Motor 5.11.4.1 Menentukan Langkah Melilit Kumparan Mesin Listrik Jml _ Alur(G ) Jml _ Fasa ¾ Jumlah alur tiap fasa tiap kutub Jml _ Alur / Fasa Jml _ Kutub ¾ Jumlah koil tiap kumparan Jml _ Alur Jml _ KutubxJml _ Fasa ™ Penyambungan antara Kumparan Untuk melakukan penyambungan antara kumparan dapat dilakukan berdasarkan arah polaritas arusnya. Setiap kumparan mempunyai dua ujung kawat, dengan arah polaritas arus masuk dan keluar. Sebagai contoh apabila kita mempunyai dua buah kumparan A dan B yang akan dibentuk menjadi empat buah kutub maka yang harus dilakukan adalah menyambung ujung A.2 dengan B.1 seperti untuk hubungan seri dab A.1 dengan B.1 untuk hubungan paralel seperti diperlihatkan pada gambar 5.187 ™ Kawat Kumparan Jenis kawat yang biasa digunakan pada kumparan motor adalah kawat yang terbuat dari tembaga karena bahan tembaga mempunyai tahanan jenis lebih kecil 481 bila dibandingkan dengan kawat aluminium dan dari segi pengerjaannya juga lebih mudah. 0,05 mm 0,10 mm 0,15 mm 0,20 mm 0,25 mm 0,30 mm 0,35 mm 0,40 mm 0,45 mm 0,50 mm 0,55 mm 0,60 mm 0,65 mm 0,70 mm dst Berdasarkan diameter bisa ditentukan luas penampang kawatnya berdasarkan rumus : 1 3 .d 2 mm 2 4 q Berikut ini contoh untuk membuat bentangan kumparan dari sebuah motor induksi tiga fasa : a. Hubungan Seri Sebuah motor induksi tiga fasa, 4 kutub mempunyai jumlah alur 36 buah. Buat gambar bentangan kumparannya dengan hubungan seri berdasarkan hasil perhitungan. Jawab : ¾ Jarak Alur dalam derajat listrik 360 0 x2 36 20 0 ¾ Jumlah alur pada tiap fasa 36 3 12 alur ¾ Jumlah alur tiap fasa tiap kutub b. Hubungan Paralel Gambar 5.187 Hubungan Kumparan Bentuk kawat ada dua macam yaitu berbentuk persegi panjang dan bulat. Kawat dengan bentuk bulat banyak digunakan pada motor dengan daya kecil dengan tegangan kerja rendah, sedangkan kawat bentuk persegi panjang digunakan untuk motor daya besar dengan tegangan kerja menengah. Kawat yang digunakan untuk kumparan mempunyai standar ukuran berdasarkan diameternya, seperti contoh berikut ini : 482 36 / 3 4 3 alur Berdasarkan perhitungan diatas setiap kutub akan dibentuk oleh 3 (tiga) buah alur, setiap kumparan terdiri dari 6 (enam) alur, dan setiap fasa mempunyai 2(dua) kumparan. Untuk membentuk 4 (empat) buah kutub pada setiap fasanya, maka dapat dilakukan hubungan kumparan seperti terlihat pada gambar 5.188 dan bentangan kumparan secara lengkapnya ditunjukkan pada gambar 5.189. Mesin Listrik a. Hubungan Seri b. Hubungan Paralel Gambar 5.188 Hubungan Kumparan 4 (Empat) Kutub Gambar 5.189 Bentangan Kumparan Motor Induksi 3 Fasa, 4 Kutub Mesin Listrik 483 5.11.4.2 Penyekatan Alur Stator Sebelum melilitkan kumparan pada alur stator motor, alur terlebih dahulu harus diberi kertas penyekat yang berfungsi sebagai isolasi antara kawat dengan permukaan alur. Ukur panjang alur dan dalamnya alur, sebelum kertas dipotong untuk panjangnya tambahkan ± 1cm , tujuannya untuk dilipat pada kedua ujung stator, sehingga saat kawat ditekuk tidak mengenai inti stator. 1) Melilit Kumparan Secara Langsung Keuntungan proses melilit secara langsung adalah tidak ada sambungan diantara kumparan, melilit dimulai dari ukuran kumparan yang paling kecil ke kumparan yang paling besar. Gambar 5.191 Melilit Kumparan Langsung 2) Melilit Kumparan Menggunakan Mal Untuk melilit kumparan dengan menggunakan mal ukur panjang dan lebar kumparan yang akan dililit, selanjutnya siapkan mal sesuai dengan ukuran. Dengan menggunakan mal buat lilitan dengan jumlah lilitan dan luas penampang kawat sesuai dengan hasil perhitungan. Setelah selesai, ikat kumparan dengan menggunakan tali, kemudian lepaskan dari malnya untuk dimasukan ke dalam alur motor. Gambar 5.190 Penyekatan Alur 5.11.4.3 Membuat Cetakan Kumparan Untuk buah cara : x x x 484 membuat cetakan kumparan semotor dapat dilakukan dengan Langsung Menggunakan mal Lilitan Pintal Gambar 5.192 Contoh Mal untuk Melilit Kumparan Mesin Listrik 3) Melilit Kumparan Cara Lilitan Pintal Gambar 5.193 memperlihatkan cara melilit kumparan dengan cara lilitan pintal, pada dasarnya cara ini hampir sama dengan menggunakan mal. Gambar 5.193 Cara Lilitan Pintal 5.11.4.4 Memasang Kumparan Pada Alur Setelah kumparan jadi, tahap selanjutnya adalah memasukan kumparan-kumparan tersebut kedalam alur. Proses ini harus dilakukan secara hati-hati jangan sampai isolasi kawat terkelupas/ tergores yang bisa mengakibatkan terjadinya hubung singkat antar kumparan atau kumparan ke inti. Gambar 5.194 Memasang Kumparan pada Alur. Lakukan secara bertahap, bila satu kumparan sudah dimasukan kedalam alur, rapihkan ujung-ujungnya untuk memudahkan melakukan hubungan antar kumparan. Gambar 5.194 memperlihatkan cara memasang kumparan kedalam alur. 5.11.4.5 Menyambung Ujung Kumparan Masing-masing ujung kumparan harus disambungkan seperti yang telah dibuat pada gambar bentangan. Saat melakukan penyambungan perhatikan pasangan kumparan pada tiap-tiap fasa, jangan sampai tertukar. Baru lakukan penyambungan sebaik mungkin supaya tidak mudah putus, sebelum disambung ujung-ujungnya diberi selongsong dan bersihkan emailnya baru di solder. Selanjutnya pasang kertas isolasi diantara grup kumparan, kumparan yang tidak ada ujungnya harus diikat dan dirapikan supaya terlihat rapi dan tidak tergores oleh penutup rangka motor. Mesin Listrik 485 Bila seluruh kumparan telah dimasukan kedalam alur lakukan pemeriksaan : x Periksa resistansi kumparan, apakah resistansi pada setiap fasa sudah sama; x Periksa resistansi isolasi, baik antar fasa maupun dari masing-masing fasa ke rangka motor; x Yakinkan semua kumparan sudah rapih, jangan ada bagian yang menonjol sehingga bisa tergores oleh rotor. 5.11.4.6 Memberi Lak Isolasi Setelah langkah pemeriksaan selesai dilakukan, langkah selanjutnya adalah memberi lak isolasi. Bagian-bagian yang perlu diberi isolasi adalah semua alur tempat kumparan diletakan dan kepalakepala kumparan. Pemberian lak isolasi dilakukan dengan cara menuangkan cairan isolasi ke dalam alur-alur sampai penuh dan kemudian dikeringkan. Untuk mengeringkan lak isolasi dapat dilakukan dengan beberapa cara, seperti x Menggunakan tungku pemanas x Dijemur dengan panas matahari x Menggunakan panas lampu pijar. Lakukan pemanasan secukupnya, bila telah kering bersihkan bagian stator yang kena isolasi dengan obeng atau pisau, sehingga rotor motor bisa dimasukan dengan mudah 5.11.4.7 Merakit Motor Setelah proses pemberian isolasi dan pengeringan selesai dilakukan, sekali lagi lakukan pengukuran resistansi pada masing-masing kumparan dan pengukuran resistansi isolasi, bila hasilnya 486 sudah baik maka langkah perakitan motor bisa dilakukan. Langkah perakitan kembali adalah sebagai berikut : 1) Masukan rotor secara hati-hati kedalam rangka motor; 2) Pasang tutup motor sesuai dengan kedudukan semula,; 3) Pasangkan baut penguat pada bagian depan menutup motor, lalu kuatkan dengan menggunakan kunci pas. 4) Coba putar kembali poros motor dengan menggunakan tangan,yakinkan tidak ada yang mengganggu gerakan poros. 5.11.4.8 Pemeriksaan Akhir Setelah selesai dirakit, lakukan kembali pengukuran resistansi pada masingmasing kumparan dan pengukuran resistansi isolasi, bila sudah baik coba hubungkan terminal motor dengan suplai tegangan yang ada. Pada saat menguji dengan sumber tegangan, jangan lupa catat nilai : x Tegangan (Volt) x Arus (A) x Putaran (Rpm) 5.11.5 Laporan Pelaksanaan Pekerjaan Setelah pekerjaan perbaikan motor selesai dilakukan, maka buat laporan pelaksanaan pekerjaan sesuai dengan format yang berlaku pada institusi/perusahaan. Isi laporan merupakan rangkuman dari seluruh proses perbaikan motor listrik, dari mulai pemeriksaan awal sampai dengan pemeriksaan akhir. Mesin Listrik 6. PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER 6.1 Pendahuluan Sebelum otomatisasi industri berkembang, proses industri menggunakan mesin-mesin yang dikontrol secara langsung oleh pekerja-pekerja dan melibatkan berbagai komponen mekanik. Sistem kontrol kemudian beralih ke sistem yang menggantikan sebagian atau seluruh tugas operator. Sejumlah elemen mekanik atau listrik dihubungkan membentuk sistem kontrol yang berfungsi permanen (hardwired control). Sistem kontrol hardwired yang umum digunakan di industri antara lain sistem kontrol logika relai, elektronik, pneumatik, hidrolik, dan elektronik analog. Gambar 6.1 Ilustrasi Konseptual Aplikasi PLC Kompleksitas sambungan antara elemen pembentuk sistem kontrol sangat tergantung pada kompleksitas proses pada suatu industri. Pada sistem kontrol kompleks, modifikasi sambungan dan konfigurasi elemen maupun “troubleshooting” pada kegagalan sistem kontrol sangat sulit dilakukan. Perkembangan komponen mikroelektronika, terutama yang bersifat dapat diprogram, menghasilkan sistem kontrol elektronik yang sangat fleksibel (programmable control). Sistem kontrol programmable yang pertama sekali digunakan sebagai pengganti sistem kontrol berbasis logika relai adalah Programmable Logic Controller (PLC). Definisi PLC menurut National Electrical Manufactures Association (NEMA) adalah “suatu alat elektronika digital yang menggunakan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksiinstruksi dari suatu fungsi tertentu seperti logika, sekuensial, pewaktuan, Programmable Logic Controller Gambar 6.2 Contoh PLC pencacahan dan aritmatika untuk mengendalikan mesin dari proses.” Sehingga operasi PLC terdiri dari evaluasi masukan dari proses industri, memproses masukan sesuai dengan program yang ada di memorinya, dan menghasilkan keluaran untuk menggerakkan peralatan-peralatan proses. PLC secara langsung dapat dihubungkan ke aktuator dan transduser dalam proses industri, karena berbagai jenis antarmuka standar terdapat pada PLC. 487 6.1.1 Sejarah Perkembangan PLC Pada tahun 1960, perlunya pengurangan biaya proses produksi dan pemeliharan peralatan sistem kontrol berbasis relai elektromekanik di industri Amerika telah mendorong lahirnya PLC. PLC MODICON (Modular Digital Controller) merupakan jenis pertama PLC yang dipergunakan pada proses produksi untuk tujuan komersial. Dalam waktu singkat programmable controller (pengontrol terprogram) mulai digunakan secara meluas di industri. Di tahun 1971, PLC telah banyak mengganti sistem kontrol relai, yang merupakan langkah awal menuju otomasi kontrol di industri lainnya, seperti industri makanan dan minuman, pabrik baja, pabrik pembuat kertas, dan lain sebagainya. Pada tahun 1973, perkembangan PLC di tandai dengan munculnya PLC Modbus yaitu PLC yang mempunyai kemampuan berkomunikasi dengan PLC lainnya dan bisa diletakan lebih jauh dari lokasi mesin yang akan dikontrol. Selanjutnya pada tahun 1980 an mulai digagas standardisasi komunikasi dengan protokol otomasi pabrik milik General Motor. Ukuran PLC diperkecil dan pemrograman PLC dengan perangkat lunak melalui Personal Computer mulai diperkenalkan. Tahun 1990-an dilakukan reduksi protokol baru dan modernisasi lapisan fisik dari protokol-protokol populer yang telah digunakan sejak tahun 1980 an. IEC berusaha untuk menggambungkan bahasa pemrograman PLC dibawah satu Standar Internasional. Gambar 6.3 memperlihatkan perkembangan standardisasi bahasa pemrograman PLC. Gambar 6.3 Standardisasi Bahasa Pemrograman PLC 488 Programmable Logic Controller Saat ini banyak pengembangan teknologi di industri pengontrol terprogram Pengembangan ini tidak hanya menyangkut rancangan pengontrol terprogram, tetapi juga pendekatan filosofis arsitektur sistem kontrol. Perubahan meliputi perangkat keras dan perangkat lunak PLC. Sehingga sebuah PLC mempunyai operasi program yang lebih cepat, ukuran lebih kecil dengan harga lebih murah, jumlah masukan-keluaran yang lebih banyak, perangkat antarmuka khusus yang memungkinkan piranti dihubungkan langsung ke pengendali, dan sistem komunikasi dengan perangkat lain. Dimasa mendatang produsen pengontrol terprogram tidak hanya mengembangkan produk baru saja, tetapi juga akan mengintegrasikan PLC dengan peralatan kontrol dan manajemen pabrik. PLC akan terhubung pada sistem jaringan melalui computer-integrated manufacturing (CIM) systems, mengkombinasikannya dengan kontrol numerik, robot, sistem CAD/CAM, personal computer, sistem informasi manajemen, hierarchical computer based systems. Perkembangan baru dalam teknologi PLC meliputi juga perangkat antar muka dengan operator yang lebih baik, graphic user interfaces (GUIs), dan human-oriented man/machine interfaces. Juga meliputi pengembangan antar muka yang memungkinkan berkomunikasi dengan peralatan, perangkat keras, dan perangkat lunak yang mendukung kecerdasan buatan (artificial intelligence), seperti sistem I/O logika fuzzy. Instruksi PLC baru akan terus berkembang sesuai kebutuhan dan untuk menambah kecerdasan pada pengendali. Tipe instruksi Knowledge-based and process learning mungkin akan dikenalkan untuk menambah kemampuan sistem. Programmable Logic Controller 6.1.2 Keuntungan Penggunaan PLC Berikut ini beberapa kelebihan sistem kontrol berbasis PLC dibandingkan dengan sistem kontrol konvensional : ™ Jumlah kabel yang dibutuhkan dapat dikurangi; ™ Konsumsi daya PLC lebih rendah dibandingkan dengan sistem kontrol proses berbasis relai; ™ Fungsi diagnostik pada sistem kontrol dengan PLC dapat mendeteksi kesalahan dengan lebih mudah dan cepat; ™ Bila diperlukan perubahan pada urutan operasional, proses atau aplikasi dapat dilakukan dengan lebih mudah, hanya dengan melakukan pergantian program, baik dengan menggunakan handheld atau dengan komputer(PC); ™ Tidak membutuhkan suku cadang yang banyak; ™ Bila perlu menggunakan instrumen I/O yang cukup banyak dan fungsi operasional proses cukup kompleks. menggunakan PLC lebih mudah dibandingkan dengan menggunakan sistem konvensional. 6.1.3 Penggunaan PLC di Industri PLC sudah sukses digunakan di berbagai sektor industri seperti industri pengolahan baja, pabrik pembuatan kertas, pabrik pengolah makanan,industri kimia, pembangkit tenaga listrik. Unjuk kerja pemanfaatan PLC mulai dari kontrol bersifat ON/OFF sampai dengan manufaktur yang memerlukan kontrol yang sophisticated. 489 Berikut ini daftar industri yang menggunakan PLC untuk kontrol proses produksi, dan beberapa tipikal penggunaannya. ¾ CHEMICAL/PETROCHEMICAL x Batch process x Finished product handling x Materials handling x Mixing x Off-shore drilling x Pipeline control x Water/waste treatment ¾ GLASS/FILM x Cullet weighing x Finishing x Forming x Lehr control x Packaging x Processing ¾ FOOD/BEVERAGE x Accumulating conveyors x Blending x Brewing x Container handling x Distilling x Filling x Load forming x Metal forming loading/unloading x Palletizing x Product handling x Sorting conveyors x Warehouse storage/retrieval x Weighing x x x x x x x x x x x x Cranes Energy demand Grinding Injection/blow molding Material conveyors Metal casting Milling Painting Plating Test stands Tracer lathe Welding ¾ METALS x Blast furnace control x Continuous casting x Rolling mills x Soaking pit ¾ MINING x Bulk material conveyors x Loading/unloading x Ore processing x Water/waste management ¾ POWER x Burner control x Coal handling x Cut-to-length processing x Flue control x Load shedding x Sorting x Winding/processing x Woodworking ¾ LUMBER/PULP/PAPER x Batch digesters x Chip handling x Coating x Wrapping/stamping ¾ MANUFACTURING/MACHINING x Assembly machines x Boring 490 Programmable Logic Controller 6.2 Konsep Logika Fungsi AND dapat mempunyai jumlah masukan yang tidak terbatas, tetapi tetap keluarannya hanya satu. Untuk memahami pengontrol terprogram dan aplikasinya, maka harus dipahami terlebih dahulu konsep logika, karena ini menjadi dasarnya. 6.2.1 Fungsi Logika Konsep biner menunjukan bagaimana kuantitas phisikal (variabel biner) bisa direpresentasikan oleh 1 atau 0, atau seperti sebuah saklar yang mempunyai dua keadaan yaitu ON atau OFF. Pengontrol terprogram membuat suatu keputusan berdasarkan hasil pernyataan logika seperti ini. Gambar 6.5 Gerbang AND dengan 2 Masukan dan Tabel Kebenaran Gambar 6.6 memperlihatkan contoh penggunaan gerbang AND, untuk membunyikan Alarm (sebagai keluaran) dengan menggunakan dua buah Push Button PB1 dan PB2 (sebagai masukan). Pada sub bab ini akan dijelaskan tiga fungsi logika dasar yaitu AND, OR, dan NOT. Fungsi ini mengkombinasikan variabel biner ke dalam bentuk pernyataan. Masing-masing fungsi mempunyai aturan untuk diterjemahkan kedalam bentuk pernyataan (TRUE atau FALSE) dan simbol untuk merepresentasikannya. 6.2.1.1 Fungsi AND Gambar 6.4 Gerbang AND Gambar 6.4 memperlihatkan simbol gerbang AND, digunakan untuk merepresentasikan fungsi AND. Keluaran AND adalah 1(TRUE) hanya jika semua masukan TRUE(1). Programmable Logic Controller Gambar 6.6 Contoh Aplikasi Gerbang AND 491 6.2.1.2 Fungsi OR Gambar 6.7 Gerbang OR Gambar 6.7 memperlihatkan simbol gerbang OR, digunakan untuk merepresentasikan fungsi OR. Keluaran OR adalah 1 (TRUE) bila salah satu atau semua masukan TRUE (1). Sama seperti fungsi AND, fungsi gerbang OR dapat mempunyai jumlah masukan yang tidak terbatas, tetapi tetap keluarannya hanya satu. Gambar 6.9 memperlihatkan contoh penggunaan gerbang OR, untuk membunyikan Alarm (sebagai keluaran) dengan menggunakan dua buah Push Button PB1 dan PB2 (sebagai masukan). Gambar 6.8 Gerbang OR dengan 2 Masukan dan Tabel Kebenaran 6.2.1.3 Fungsi NOT Gambar 6.10 Gerbang OR dan Tabel Kebenaran Gambar 6.10 memperlihatkan simbol NOT, digunakan untuk merepresentasikan fungsi NOT. Keluaran NOT adalah 1(TRUE) bila masukan FALSE(0). Hasil dari operasi NOT selalu kebalikannya dari masukan, oleh karena itu kadang-kadang disebut inverter. Fungsi NOT tidak seperti fungsi AND atau OR, hanya boleh punya satu masukan saja. Gambar 6.9 Contoh Aplikasi Gerbang OR 492 Gambar 6.11 memperlihatkan gerbang logika, tabel kebenaran, representasi logika, untuk katup selenoid(V1) yang akan membuka(ON) bila sakelar pemilih(S1) ON dan bila sakelar pembatas (level switch) L1 NOT ON(cairan tidak sampai menyentuh pembatas). Programmable Logic Controller berbunyi apabila Push Button PB1 ditekan dan PB2 tidak ditekan. Gambar 6.12 Contoh Aplikasi Gerbang NOT 6.2.1.4 Fungsi NAND dan NOR Dua contoh sebelumnya memperlihatkan simbol NOT diletakan dibagian masukan gerbang. Bila simbol NOT diletakan dibagian keluaran gerbang AND, maka hasil akan sebaliknya. Gambar 6.11 Contoh Aplikasi Gerbang NOT Catt: CR1 = Relai Bantu Gambar 6.12 memperlihatkan contoh penggunaan gerbang NOT, Alarm akan Programmable Logic Controller Gambar 6.13 memperlihatkan gerbang NAND, gerbang NAND merupakan kebalikan dari gerbang AND. Gerbang AND merupakan penggabungan antara gerbang AND dengan NOT, yang berarti keluaran gerbang logika AND yang dibalik. 493 kan pada PLC cukup dilakukan dengan perangkat lunak. Fungsi utama PLC adalah untuk menggantikan kontrol logika hardwired dan mengimplementasikan fungsi kontrol untuk sistem yang baru. Gambar 6.13 Gerbang NAND Gerbang NOR merupakan kebalikan dari gerbang OR. Gerbang NOR merupakan penggabungan antara gerbang OR dengan NOT, sehingga hasilnya adalah keluaran gerbang OR yang dibalik. Gambar 6.14 memperlihatkan gerbang logika NOR. Gambar 6.15 Contoh Rangkaian dengan Logika Hardwired dan Diagram Tangga PLC Gambar 6.14 Gerbang NOR 6.2.2 Rangkaian PLC dan Simbolik Kontak Logika Dengan logika hardwired untuk mengimplementasikan fungsi kontrol logika(pewaktuan,sekuensial, dan kontrol) dilakukan dengan cara melakukan hubungan antar piranti tersebut. Sedangkan pada PLC yang menggunakan fungsi logika terkendali. Pada rangkaian dengan logika hardwired perubahan rangkaian bisa dilakukan dengan cara mengubah hubungan hubungan antara piranti atau kabel penghubung secara langsung, sedang494 Gambar 6.15a memperlihatkan tipikal rangkaian logika relai dengan hardwired, dan gambar 6.15b implementasi rangkaian dengan diagram tangga PLC. Untuk mengimplementasikan hubungan diagram tangga dari rangkaian relai hardwired ke PLC dilakukan melalui instruksi perangkat lunak, jadi semua pengawatan dapat diwujudkan secara softwired (kebalikan hardwired).Bahasa pemrograman yang paling umum digunakan adalah diagram tangga. Kompleksitas diagram tangga tergantung pada sistem yang akan dikontrol, tapi biasanya masing-masing rangkaian mempunyai satu keluaran. Masing-masing rangkaian biasa disebut rung (atau network), rung adalah simbolik kontrol yang dibutuhkan untuk mengontrol sebuah keluaran di dalam PLC. Programmable Logic Controller Lihat kembali gambar 6.15, gambar 6.15a memperlihatkan sebuah rung dari rangkaian hardwired, sedangkan gambar 6.15b memperlihatkan sebuah rung untuk rangkaian PLC. 6.3 Arsitektur PLC Programmable logic controller (PLC) adalah sebuah pengontrol berbasis mikroprosesor yang memanfaatkan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi dan untuk mengimplementasikan fungsi-fungsi, seperti sekunsial, logika,pewaktuan, pencacahan, dan aritmatika untuk mengontrol mesin-mesin atau suatu proses. PLC dirancang untuk bisa dioperasikan oleh para operator/pengguna dengan sedikit pengetahuan mengenai komputer dan bahasa pemrograman. PLC di dalamnya telah dilengkapi dengan program awal, sehingga memungkinkan program-program kontrol dima- sukan dengan menggunakan suatu bahasa pemrograman yang sederhana dan intuitif. PLC hampir sama dengan komputer, yang membedakannya komputer dioptimalkan untuk tugas-tugas yang berhubungan dengan perhitungan dan penyajian data, sedangkan PLC dioptimalkan untuk tugas-tugas yang berhubungan dengan pengontrolan dan pengoperasian di dalam lingkungan industri. Sebuah PLC dirancang dengan memiliki karakteristik sebagai berikut : ¾ Kokoh dan dirancang untuk tahan terhadap getaran, suhu, kelembaban, dan kebisingan; ¾ Antarmuka untuk masukan dan keluaran built-in di dalamnya; ¾ Mudah diprogram dan menggunakan bahasa pemrograman yang mudah dipahami, yang sebagian besar berhubungan dengan operasi-operasi logika dan penyambungan. 6.3.1 Perangkat Keras Gambar 6.16 Sistem PLC Programmable Logic Controller 495 Pada umumnya, sebuah PLC mempunyai lima komponen dasar (Gambar 6.16), yaitu : 1) Unit prosesor atau central processing unit (CPU) yang di dalamnya berisi mikroprosesor yang mampu menginterpretasikan sinyal-sinyal masukan dan melakukan tindakantindakan pengontrolan, sesuai dengan program yang tersimpan di dalam memori, lalu meng komunikasikan keputusan-keputusan yang diambilnya sebagai sinyal-sinyal kontrol ke antarmuka keluaran; 2) Unit catu daya yang diperlukan untuk mengubah tegangan arus bolakbalik (ac) dari sumber menjadi tegangan arus searah(dc) yang dibutuhkan oleh prosesor dan rangkaianrangkaian di dalam modul-modul antarmuka masukan dan keluaran; 3) Perangkat Pemrograman digunakan untuk memasukan program yang dibutuhkan ke dalam memori. Program-program tersebut dibuat dengan menggunakan perangkat pemograman dan selanjutnya dipindahkan ke dalam unit memori PLC; 4) Unit memori merupakan tempat menyimpan program yang akan digunakan untuk melaksanakan tindakantindakan pengontrolan yang disimpan mikroprosesor; 5) Bagian masukan dan keluaran merupakan antarmuka dimana prosesor menerima informasi dari dan mengkomunikasikan informasi kontrol ke perangkat-perangkat diluar. Sinyalsinyal masukan dapat berasal dari saklar-saklar, sensor-sensor, dan sebagainya. Sinyal-sinyal keluaran bisa diberikan pada alat pengasut motor, katup, lampu, dan sebagainya. 6.3.2 Arsitektur Internal Gambar 6.17 Arsitektur PLC 496 Programmable Logic Controller Gambar 6.17 memperlihatkan arsitektur internal sebuah PLC. Arsitektur ini terdiri dari sebuah central processing unit (CPU) yang berisi sistem mikroprosesor, memori, dan rangkaian masukan/keluaran. CPU bertugas mengontrol dan menjalankan semua operasi di dalam PLC. Perangkat ini dihubungkan ke sebuah piranti pewaktu(clock) dengan frekuensi antara 1 s.d 8 MHz. Frekuensi ini menentukan kecepatan operasi PLC. Informasi di dalam PLC disalurkan melalui sinyal-sinyal digital. Jalur-jalur internal yang dilalui sinyal-sinyal digital tersebut disebut bus. Secara fisik sebuah bus merupakan sejumlah konduktor yang dapat dilalui sinyal-sinyal listrik. CPU menggunakan bus data untuk mengirimkan data ke elemen-elemen PLC, bus alamat untuk mengirimkan alamat ke lokasi–lokasi penyimpanan data, sedangkan bus kontrol untuk sinyal-sinyal yang berhubungan dengan proses kontrol internal. Bus sistem digunakan untuk komunikasi antara port-port masukan/ keluaran dengan unit masukan/keluaran. ¾ Random Access Memory (RAM) RAM adalah memori internal CPU, dimana isinya dapat dimodifikasi dengan cepat dan secara berulang-ulang. Ukuran memori dapat dispesifikasikan dalam Kilobytes, 1 Kilobytes sama dengan 1024 bytes sedangkan 1 byte sama dengan 8 bit. Sebuah memori yang besarnya 10 Kilobytes sama dengan sebuah memori. RAM sering disebut juga read-write memory karena data secara konstan dapat ditulis ke dalam memori atau dapat dibaca dari memori. x Memory Program Program kontrol disimpan pada tempat cadangan di dalam RAM. x Proses Image I/O Proses image keluaran berfungsi untuk menerima informasi dari masukan dan meneruskannya ke modul keluaran dan mengembalikan informasi dari alat keluaran ke CPU. Keadaan-keadaan masukan tersimpan dalam masukan image tabel. RAM biasanya dilengkapi battery backup agar isi memori dapat dipertahankan selama PLC tidak dicatu oleh sistem daya utama. ¾ Read Only Memory (ROM) Gambar 6.18 Komponen Utama CPU 6.3.2.1 Memori Ada beberapa elemen memori di dalam PLC, yaitu : Programmable Logic Controller Informasi yang ada di dalam ROM hanya dapat dibaca saja. Informasi dimasukkan ke dalam ROM oleh pabrik pembuat untuk digunakan oleh CPU. Salah satu jenis dari ROM adalah PROM (Programmable Read Only Memory), PROM adalah merupakan cara yang sederhana untuk menyimpan kumpulan program. Untuk melakukan pemrograman PROM membutuhkan suatu unit khusus yang menerima program hasil pengembangan CPU, yang kemudian dipanggil ke dalam programmer PROM. 497 ¾ Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM) EPROM menyimpan data secara permanen seperti ROM, tetapi ROM tidak membutuhkan battery backup. Isi memori EPROM bisa dihapus dengan penyinaran sinar Ultraviolet. Sebuah PROM writer diperlukan untuk memprogram kembali memori. ¾ Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM) EEPROM merupakan kombinasi fleksibilitas akses dari RAM dan non-volatility dari EEPROM. Isi memorinya bisa dihapus dan diprogram ulang secara elektris, tetapi tetap mempunyai batas dalam jumlah program ulang. 6.3.2.2 Unit Masukan/Keluaran Unit masukan/keluaran merupakan sistem mikroelektronika dengan transduser dan aktuator yang berhubungan dengan peralatan-perlatan industri. Unit masukan PLC terdiri dari unit yang mampu mempresentasikan dua level sinyal (masukan level logika) atau mempresentasikan sejumlah level sinyal (level sinyal analog). Unit keluaran yang umumnya digunakan untuk menggerakkan aktuator berfungsi sebagai saklar ON/OFF (keluaran level logika) atau sebagai penggerak yang level keluarannya dapat diatur dalam jangkauan (range) dan langkah (step) tertentu (keluaran level analog). Selain Unit masukan/keluaran seperti dijelaskan diatas ada juga unit masukan/keluaran yang mempunyai fungsi khusus seperti PID controller, control motor, high speed counter, dll. Unit masukan/keluaran yang memerlukan proses relatif banyak lebih sering di498 lengkapi prosesor sendiri agar penggunaannya tidak menyita waktu CPU PLC. Setiap jenis masukan/keluaran mempunyai rangkaian penyesuaian sinyal dan rangkaian isolasi. Hubungan CPU dengan proses masukan/keluaran terbatas pada pengiriman parameter operasi dan informasi status. Berdasarkan parameter dari CPU, prosesor masukan/keluaran akan melakukan tugas atau sejumlah tugas. Informasi status atau data hasil operasi diberikan CPU agar dapat digunakan dalam program utama PLC. Jumlah masukan/keluaran yang diidentifikasikan pada suatu PLC umumnya bukan merupakan jumlah unit masu-kan/ keluaran yang terpasang, tetapi jumlah unit masukan/keluaran maksi-mum yang dapat ditangani oleh CPU. Unit masukan/keluaran umumnya dirancang modular agar penggunaannya dapat disesuaikan terhadap kebutuhan industri yang dikontrol. 6.4 Pemrograman PLC 6.4.1 Bahasa Pemograman PLC Masing-masing produsen memiliki ide yang berbeda-beda mengenai pemrograman PLC. Seperti telah disampaikan di bagian awal IEC telah mengajukan sebuah standar, yaitu IEC 1131 bagian 3 (1993), tentang pemograman PLC. Standar ini mengklasifikasikan metode pemrograman ke dalam dua katagori umum: bahasa tekstual dan bahasa grafis. Bahasa tekstual melibatkan penggunaan teks sedangkan bahasa grafis melibatkan penggunaan gambar Programmable Logic Controller Gambar 6.19 Bahasa Pemrograman Menurut Standar IEC bar-gambar grafis seperti diagram tanggambar grafis, seperti diagram tangga dan diagram blok. Bahasa tekstual dua metode yang spesifik, yaitu daftar instruksi dan teks terstruktur. Bahasa grafis juga memiliki dua metode, yaitu diagram tangga dan diagram blok fung-si. Standar-standar disusun untuk membantu penulisan program-program dengan menggunakan keempat metode ini dengan menyertakan contoh-contohnya. Dalam bab ini yang akan dibahas hanya pemograman PLC dengan menggunakan diagram tangga. 6.4.2 Operasi Pembacaan Operasi pembacaan adalah suatu proses pembacaan program oleh PLC. Operasi siklus pembacaan adalah sebagai berikut (Gambar 6.20) : Programmable Logic Controller Gambar 6.20 Operasi Pembacaan ™ Pembacaan masukan; ™ Eksekusi program; ™ Update keluaran. Lama waktu dari pembacaan masukan sampai update tergantung pada kecepatan prosesor dan panjangnya program dibuat. 499 Selama masukan dibaca, terminal- terminal masukan dibaca dan dimasukkan dalam tabel status masukan yang di update secara bertahap menurut urutan pembacaan masukan. Selama proses pembacaan program, data yang dibaca dan masukan dalam tabel status masukan kemudian diterjemahkan pada pengguna program. Saat program dieksekusi, tabel status keluaran di update secara cepat sesuai dengan perubahan. Ketika terjadi proses pembacaan, data yang terkumpul dalam tabel status keluaran dipindahkan ke terminal-terminal keluaran. Proses pembacaan suatu program ada dua macam, yaitu dari kiri ke kanan pada tiap rung (network) dan dari rung paling atas sampai rung paling bawah. 6.4.3 Instruksi Dasar PLC Pada sub bab ini akan dikenal instruksi dasar yang digunakan pada bahasa pemrograman untuk PLC OMRON menggunakan CX Programmer. ¾ LOAD(LD) Intruksi ini diperlukan bila urutan kerja pada suatu sistem kontrol hanya membutuhkan satu kondisi logik saja dan sudah diharuskan untuk mengeluarkan satu keluaran. Logikanya seperti kontak NO relai. Gambar 6.22 Simbol Load (LD) ¾ LOAD NOT (LDNOT) Intruksi ini diperlukan apabila urutan kerja pada suatu sistem kontrol hanya membutuhkan satu kondisi logik saja dan sudah diharuskan mengeluarkan keluaran. Logikanya seperti kontak NC relai. Gambar 6.23 Simbol Load Not (LDNOT) ¾ AND Instruksi ini diperlukan bila urutan kerja (sekuensial) pada suatu sistem kontrol memerlukan lebih dari satu kondisi logik yang harus terpenuhi semuanya untuk mengeluarkan satu keluaran. Logikanya seperti kontak NO relai. Gambar 6.21 Ilustrasi Proses Beberapa Eksekusi Relai pada Diagram Tangga 500 Programmable Logic Controller ¾ OUT/OUT NOT Gambar 6.24 Simbol And ¾ OR Intruksi ini diperlukan apabila urutan kerja pada suatu sistem kontrol hanya membutuhkan salah satu saja dari beberapa kondisi logik untuk mengeluarkan satu keluaran. Logikanya seperti kontak NO relay. Instruksi OUT/OUT NOT ini digunakan untuk mengeluarkan keluaran apabila semua kondisi logika ladder telah terpenuhi. Simbol dari instruksi dasar OUT NOT adalah sebagai berikut: Gambar 6.28. Instruksi Out Not ¾ TIMER (TIM) Gambar 6.25 Simbol OR ¾ OR NOT Intruksi ini diperlukan apabila urutan kerja pada suatu sistem kontrol hanya membutuhkan salah satu saja dari beberapa kondisi logika untuk mengeluarkan satu keluaran. Logikanya seperti kontak NC relay. Seperti fungsi ON-delay pada relai, instruksi timer ini digunakan dengan fungsi yang sama, sehingga tidak lagi diperlukan timer konvensional pada suatu proses. Simbol dari instruksi dasar Timer adalah sebagai berikut: Gambar 6.26 Simbol OR NOT Gambar 6.29. Instruksi Timer ¾ OUT Intruksi ini berfungsi untuk mengeluarkan keluaran bila semua kondisi logika diagram tangga telah terpenuhi. Logikanya seperti kontak NO rele. 100.00 Gambar 6.27 Simbol OUT Programmable Logic Controller ¾ COUNTER (CNT) Instruksi counter merupakan salah satu instruksi untuk mengubah sinyal masukan dari kondisi OFF Ke ON sebagai pemicu proses pencacahan. Masukan reset, angka counter, dan nilai set (SV) dapat diatur dalam program. Nilai set dapat diberikan antara 0000-9999. Simbol dari instruksi dasar counter adalah sebagai berikut: 501 ¾ Kontak Less Than (LT) Kontak Less Than (LT) akan berlogika 1 saat nilai dari comparison data 1 lebih kecil dari nilai pada comparison data 2. Berikut contoh penggunaan Less Than (LT) : Gambar 6.30. Instruksi Counter ¾ Move Instruksi Move adalah satu instruksi yang digunakan untuk memindahkan data dari satu register ke register lain dalam hal ini dari source word ke destination word. Simbol dari instruksi move adalah sebagai berikut : Gambar 6.33. Instruksi Less Than ¾ Kontak Greater Than (GT) Kontak Greater Than (GT) akan berlogika 1 saat nilai dari comparison data 1 lebih besar dari nilai pada comparison data 2. Berikut contoh penggunaan Greater Than (GT) : Gambar 6.31. Instruksi Move Gambar 6.34. Instruksi Greater Than ¾ Compare Instruksi Compare digunakan membandingkan nilai dari satu register terhadap satu nilai baik itu desimal maupun heksadesimal, tergantung dari nilai yang keluar pada saat instruksi tersebut digunakan. Simbol dari instruksi compare adalah sebagai berikut : ¾ END Untuk mengakhiri semua instruksi yang diberikan pada logika pemrograman, instruksi End diberikan sehingga program dapat di eksekusi. Biasanya instruksi End ini sudah tersedia, sehingga tidak perlu dibuat. Gambar 6.35 Instruksi End Gambar 6.32. Instruksi Compare 502 Programmable Logic Controller 6.4.4 Pemograman dengan CX Programmer CX- Programmer merupakan sebuah perangkat lunak Produksi Omron Corporation. Program ini dapat digunakan untuk PLC Omron C series, CV series, dan SR series. ™ Menginstal CX – Programmer Untuk menginstal CX- programmer terbagi atas dua komponen yaitu CX- Server dan Cx-Programmer. Fasilitas autorun, maka tahap instalasi dapat langsung dilanjutkan dengan langsung memilih icon setup yang muncul pada layer pertama kali. Kemudian dilanjutkan dengan memilih install Cx-Programmer yang selanjutnya akan menampilkan pilihan bahasa. Setelah mengikuti instruksi yang ada lakukan pengisian nomor lisensi yang dapat diisi dengan memasukan 16 angka yang terdapat pada cover CD CX-Programmer. Selanjutnya proses penginstalan berlangsung. ™ Memulai Pemograman dengan Cx- programmer Setelah Proses Instalasi selesai maka dapat dilakukan pembuatan program pengontrolan pada CX – programmer, bagian Utama dari CX – Programmer adalah seperti terlihat pada gambar 6.36. Gambar 6.36 Menu Utama CX-Programmer Programmable Logic Controller 503 Beberapa bagian utama CX-Programmer berikut fungsinya dapat dilihat pada tabel berikut ini : Tabel 6.1 Bagian dan Fungsi CX – Programmer Nama Bagian Fungsi Title Bar Menunjukan nama file atau data tersimpan dan dibuat pada CX- Programmer Pilihan Untuk memilih Menu Pilihan untuk memilih fungsi dengan menekan tombol. Select[view] Æ Toolbar Kemudian dapat memilih toolbar yang ingin ditampilkan. Dapat membagi program kedalam beberapa blok. Masingmasing blok dapat dibuat atau ditampilkan. Mengatur program dan data. Dapat membuat duplikat dari setiap elemen dengan melakukan Drag dan Drop diantara proyek yang berbeda atau melalui suatu proyek. Layar sebagai tampilan atau membuat diagram tangga. x Menunjukan informasi error saat melakukan compile (error check). x Menunjukan hasil dari pencarian kontak / koil didalam list form. x Menunjukan detail dari error yang ada pada saat loading suatu proyek. Menunjukan suatu informasi seperti nama PLC, status on line /offline, lokasi dari cell yang sedang aktif. Menampilkan window yang menunjukan shortcut key yang digunakan pada CX –Programmer. Menampilkan nama, alamat atau nilai dan comment dari simbol yang sedang dipilih cursor. Menus Toolbar Section Project WorkSpace Project Tree Ladder Window Output Window Status Bar Information Window Symbol Bar Gambar 6.37 CX-Programmer New Project. Setelah mengetahui bagian serta fungsi utama dari pemogram PLC menggunakan CX-Programmer, maka klik New maka akan muncul windows seperti terlihat pada gambar 6.37. Isikan informasi pada tempat yang telah disediakan antara lain nama Project dan type Device. ™ Pengiriman Program Ke PLC Setelah penulisan diagram tangga selesai dan disimpan, maka selanjutnya 504 Programmable Logic Controller PLC dapat di download. Pertama-tama program yang telah selesai di compile dengan menekan tombol pada menu Toolbar, dan periksa apakah terdapat error pada program yang telah dibuat. Ada tiga cara untuk fungsi Online, yaitu sebagai berikut: ¾ Normal Online, yaitu oneline pada saat project masih aktif, yaitu dengan menekan tombol ¾ Auto Online, yaitu online yang secara otomatis mengenali PLC yang terhubung dan memungkinkan untuk PLC online, yaitu dengan menekan tombol ¾ Online with simulator, yaitu dengan menekan tombol Setelah Online kita dapat melihat hasil dari program setelah terlebih dahulu menekan tombol. Perlu diperhatikan saat akan online yaitu memilih port yang digunakan untuk berkomunikasi dari PC ke PLC, dari menu Auto online akan terdapat menu pilihan jenis port yang dapat digunakan seperti gambar diperlihatkan pada gambar 6.38. Cara Kerja : Untuk memulai proses pengisian dan pengosongan tangki air, tekan Tombol T1 yang akan mengakibatkan Katup V1 membuka sehingga air akan mulai mengalir ke dalam tangki dan pada saat bersamaan Motor Pencampur (Mixer) mulai bekerja. Bila level permukaan air pada tangki sudah terpenuhi, yang diindikasikan dengan bekerjanya Sensor S1, maka Katup V1 tertutup dan motor pencampur berhenti bekerja. Selanjutnya Katup V2 terbuka dan air mulai mengalir keluar tangki. Bila level air turun sampai dengan Sensor S2, maka Katup V2 akan tertutup. Proses ini akan berulang sampai empat kali, Lampu I1 (END) akan menyala apabila siklus(4x) telah tercapai, dan untuk memulai tekan kembali Tombol T1. Gambar 6.38 Select Serial Port 6.4.5 Contoh Program ¾ Pengisian dan Pengosongan Tangki Air Programmable Logic Controller Gambar 6.39 Pengisian dan Pengosongan Tangki Air 505 Gambar 6.40 Diagram Tangga Pengisian dan Pengosongan Tangki Air 506 Programmable Logic Controller ¾ Pengepakan Buah Apel Gambar 6.41 Pengepakan Buah Apel Dengan menekan tombol START, motor penggerak akan bekerja dan konveyor pembawa kotak (box) buah apel akan berjalan sampai mengenai limit swith (sensor for box), apabila limit switch tersen-tuh kotak maka konveyor pemba-wa kotak akan berhenti berjalan. Satu detik kemudian konveyor pembawa buah apel akan berjalan dan menjatuhkan buah apel kedalam kotak. Dibawah konveyor buah apel diletakan sensor cahaya yang berfungsi untuk mendeteksi setiap apel yang jatuh kedalam kotak. Apabila apel yang dimasukan kedalam kotak sudah berjumlah 10 (sepuluh) buah, maka konveyor buah apel akan berhenti dan konveyor pembawa kotak kembali berjalan. Siklus operasi konveyor ini akan terus berulang sampai Tombol STOP ditekan. Programmable Logic Controller 507 Gambar 6.42 Diagram Tangga Pengepakan Buah Apel 508 Programmable Logic Controller DAFTAR PUSTAKA 1 A R Bean, Lighting Fittings Performance and Design, Pergamou Press, Braunschweig, 1968 2 A.R. van C. Warrington, Protective Relays, 3rd Edition, Chapman and Hall, 1977 3 A. Daschler, Elektrotechnik, Verlag – AG, Aaraw, 1982 4 A.S. Pabla, Sistem Distribusi Daya Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994 5 Abdul Kadir, Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta, 2000 6 Abdul Kadir, Pengantar Teknik Tenaga Listrik, LP3ES, 1993 7 Aly S. Dadras, Electrical Systems for Architects, McGraw-Hill, USA, 1995 8 Badan Standarisasi Nasional SNI 04-0225-2000, Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000, Yayasan PUIL, Jakarta, 2000 9 Bambang, Soepatah., Soeparno, Reparasi Listrik 1, DEPDIKBUD Dikmenjur, 1980. 10 Benyamin Stein cs, Mechanical and Electrical Equipment for Buildings, 7th Edition Volume II, John Wiley & Sons, Canada, 1986 11 Bernhard Boehle cs, Switchgear Manual 8th edition, 1988 12 Brian Scaddam, The IEE Wiring Regulations Explained and Illustrated, 2nd Edition, Clags Ltd., England, 1994 13 Brian Scaddan, Instalasi Listrik Rumah Tangga, Penerbit Erlangga, 2003 14 By Terrell Croft cs, American Electrician’s Handbook, 9th Edition, McGraw-Hill, USA, 1970 15 Catalog, Armatur dan Komponen, Philips, 1996 16 Catalog, Philips Lighting. 17 Catalog, Sprecher+Schuh Verkauf AG Auswahl, Schweiz, 1990 18 Cathey, Jimmie .J, Electrical Machines : Analysis and Design Applying Matlab, McGraw-Hill,Singapore,2001 19 Chang,T.C,Dr, Programmable Logic Controller,School of Industrial Engineering Purdue University 20 Diesel Emergensi, Materi kursus Teknisi Turbin/Mesin PLTA Modul II, PT PLN Jasa Pendidikan dan Pelatihan, Jakarta 1995. 21 E. Philippow, Taschenbuch Elektrotechnik, VEB Verlag Technik, Berlin, 1968 22 Edwin B. Kurtz, The Lineman’s and Cableman’s Handbook, 7th Edition, R. R. Dournelley & Sons, USA, 1986 23 Eko Putra,Agfianto, PLC Konsep Pemrograman dan Aplikasi (Omron CPM1A /CPM2A dan ZEN Programmable Relay). Gava Media : Yogyakarta,2004 24 Ernst Hornemann cs, Electrical Power Engineering proficiency Course, GTZ GmbH, Braunschweigh, 1983 25 F. Suyatmo, Teknik Listrik Instalasi Penerangan, Rineka Cipta, 2004 26 Friedrich, “Tabellenbuch Elektrotechnik Elektronik” Umuler-Boum, 1998 27 G. Lamulen, Fachkunde Mechatronik, Verlag Europa-Lehrmittel, Nourenweg, Vollmer GmbH & Co.kc, 2005 28 George Mc Pherson, An Introduction to Electrical Machines and Transformers, John Wiley & Sons, New York, 1981 29 Graham Dixon, Electrical Appliances (Haynes for home DIY), 2000 30 Gregor Haberk, Etall, Tabelleubuch Elektroteknik, Verlag, GmbH, Berlin, 1992 31 Gunter G.Seip, Electrical Installation Hand Book, Third Edition, John Wiley & sons, Verlag, 2000 32 H. R. Ris, Electrotechnik Fur Praktiker, AT Verlag Aarau, 1990. 33 H. Wayne Beoty, Electrical Engineering Materials Reference Guide, McGrawHill, USA, 1990 34 Haberle Heinz, Etall, Fachkunde Elektrotechnik, Verlag Europa – Lehr Mittel, Nourwey, Vollmer, GmbH, 1986 35 Haberle, Heinz,Tabellenbuch Elektrotechnik, Ferlag Europa-Lehrmittel, 1992 36 Hutauruk, T.S., Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1999. 37 Iman Sugandi Cs, Panduan Instalasi Listrik, Gagasan Usaha Penunjang Tenaga Listrik - Copper Development Centre South East Asia, 2001. 38 Instruksi Kerja Pengujian Rele, Pengoperasian Emergency Diesel Generator, PT. Indonesia Power UBP. Saguling. 39 J. B. Gupta, Utilization of Electric Power and Electric Traction, 4th Edition, Jullundur City, 1978 40 Jerome F. Mueller, P.E, Standard Application of Electrical Details, McGraw-Hill, USA, 1984 41 Jimmy S. Juwana, Panduan Sistem Bangunan Tinggi, Penerbit Erlangga, 2004. 42 John E. Traister and Ronald T. Murray, Commercial Electrical Wiring, 2000. 43 Kadir, Abdul, Transformator, PT Elex Media Komputindo, Jakarta,1989. 44 Karyanto, E., Panduan Reparasi Mesin Diesel. Penerbit Pedoman Ilmu Jaya, Jakarta, 2000. 45 Klaus Tkotz, Fachkunde Electrotechnik, Verlag Europa – Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmBH & Co. kG., 2006 46 L.A. Bryan, E.A. Bryan, Programmable Controllers Theory and Implementation, Second Edition, Industrial Text Company, United States of America, 1997 47 M. L. Gupta, Workshop Practice in Electrical Engineering, 6th Edition, Metropolitan Book, New Delhi, 1984 48 Michael Neidle, Electrical Installation Technology, 3rd edition, dalam bahasa Indonesia penerbit Erlangga, 1999 49 Nasar,S.A, Electromechanics and Electric Machines, John Wiley and Sons, Canada, 1983. 50 P.C.SEN, Principles of Electric Machines and Power Electronics, Canada, 1989. 51 P. Van Harten, Ir. E. Setiawan, Instalasi Listrik Arus Kuat 2, Trimitra Mandiri, Februari 2002. 52 Peter Hasse Overvoltage Protection of Low Voltage System, 2nd, Verlag GmbH, Koln, 1998 53 Petruzella, Frank D, Industrial Electronics, Glencoe/McGraw-Hill,1996. 54 PT PLN JASDIKLAT, Generator. PT PLN Persero. Jakarta,1997. 55 PT PLN JASDIKLAT, Pengoperasian Mesin Diesel. PT PLN Persero. Jakarta, 1997. 56 R.W. Van Hoek, Teknik Elektro untuk Ahli bangunan Mesin, Bina Cipta, 1980 57 Rob Lutes, etal, Home Repair Handbook, 1999 58 Robert W. Wood, Troubleshooting and Repairing Small Home Appliances, 1988 59 Rosenberg, Robert, Electric Motor Repair, Holt-Saunders International Edition, New York, 1970. 60 Saptono Istiawan S.K., Ruang artistik dengan Pencahayaan, Griya Kreasi, 2006 61 SNI, Konversi Energi Selubung bangunan pada Bangunan Gedung, BSN, 2000 62 Soedhana Sapiie dan Osamu Nishino, Pengukuran dan Alat-alat Ukur Listrik, Pradya Paramita, 2000 63 Soelaiman,TM & Mabuchi Magarisawa, Mesin Tak Serempak dalam Praktek, PT Pradnya Paramita, Jakarta,1984 64 Sofian Yahya, Diktat Programmable Logic Controller (PLC), Politeknik Negeri Bandung, 1998. 65 Sumanto, Mesin Arus Searah, Penerbit Andi Offset, Yogyakarta, 1995. 66 Theraja, B.L, A Text Book of Electrical Tecnology, Nirja, New Delhi, 1988. 67 Thomas E. Kissell, Modern Industrial / Electrical Motor Controls, Pretience Hall, New Jersey, 1990 68 Trevor Linsley, Instalasi Listrik Dasar, Penerbit Erlangga, 2004 69 T. Davis, Protection of Industrial Power System, Pregamon Press, UK, 1984 70 Zan Scbotsman, Instalasi Edisi kelima, Erlangga, 1993 71 Zuhal, Dasar Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia, Jakarta, 1988. 72 http://www.howstuffworks.com 73 http://www.reinhausen.com/rm/en/products/oltc_accessories/, oil + breather 74 http://www.myinsulators.com/hungary/busing.html 75 http://www.geindustrial.com/products/applications/pt-optional-accessories.htm 76 http://www.reinhausen.com/messko/en/products/oil_temperature/ 77 http://www.abb.com/cawp/cnabb051/ 21aa5d2bbaa4281a412567de003b3843.aspx 78 http://www.cedaspe.com/prodotti_ing.html 79 http://www.eod.gvsu.edu/~jackh/books/plcs/ 80 http://www.answers.com/topic/motor 81 http://kaijieli.en.alibaba.com/product/50105621/50476380/Motors/ Heavy_Duty_Single_Phase_Induction_Motor.html 82 http://www.airraidsirens.com/tech_motors.html 83 http://smsq.pl/wiki.php?title=Induction_motor 84 http://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_13/11.html 85 http://www.tpub.com/neets/book5/18d.htm 86 http://www.ece.osu.edu/ems/ 87 http://www.eatonelectrical.com/unsecure/html/101basics/Module04/Output/ HowDoesTransformerWork.html 88 http://www.dave-cushman.net/elect/transformers.html 89 http://www.eng.cam.ac.uk/DesignOffice/mdp/electric_web/AC/AC_9.html 90 http://claymore.engineer.gvsu.edu/~jackh/books/plcs/file_closeup/ =>clip arts 91 http://img.alibaba.com/photo/51455199/Three_Phase_EPS_Transformer.jpg 92 http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/electricity/generators/index.html 93 http://www.e-leeh.org/transformer/ 94 http://www.clrwtr.com/product_selection_guide.htm 95 http://www.northerntool.com/images/product/images 96 http://www.alibaba.com 97 http://www.adbio.com/images/odor 98 http://www.dansdata.com/images/2fans 99 http://www.samstores.com/_images/products 100 http://www.wpclipart.com/tools/drill 101 http://www.atm-workshop.com/images 102 http://www.oasis-engineering.com 103 http://www.mikroelektronika.co.yu/english/index.htm 104 http://www.industrialtext.com 105 http://www.pesquality.com 106 http://www.abz-power.com/en_25e7d4dc0003da6a7621fb56.html 107 http://www.usace.army.mil/publications/armytm/tm5-694/c-5.pdf 108 http://www.cumminspower.com/www/literature/technicalpapers 109 http://www.cumminspower.com/www/literature/technicalpapers/F-1538- DieselMaintenance.pdf 110 http://www.sbsbattery.com/UserFiles/File/Power%20Qual/PT-7004- Maintenance.pdf RIWAYAT PENULIS Prih Sumardjati Mulyaseputra, seorang sarjana pendidikan teknik elektro. Dilahirkan di Yogyakarta tahun 1958, menamatkan studinya tahun 1983 pada Fakultas Pendidikan Teknik Kejuruan, IKIP Yogyakarta, kini Universitas Negeri Yogyakarta pada Jurusan Pendidikan Teknik Elektro. Pengalaman kerja dalam bidang instalasi listrik dimulai sejak lulus STM Yogyakarta I tahun 1976. Pada tahun 1983 mengikuti training sebagai calon dosen politeknik di Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik (PEDC) Bandung. Tahun 1984 diangkat sebagai Master Teacher Jurusan Teknik Elektro PEDC, dan pernah mengikuti program magang industri di Sprecher +Schuh, Aarau, Switzerland tahun 1990 1992. Menjadi dosen politeknik ITB tahun 1995 hingga sekarang, kini POLBAN. Beberapa course note, buku ajar, job sheet, handout pernah / sedang dikerjakan pada bidang teknik elektro untuk lingkungan POLBAN. Semenjak tahun 1993 diperbantukan di Dikti sebagai tenaga ahli hingga tahun 2007 dalam kegiatan dibidang pendidikan tinggi, pernah mengikuti dan melaksanakan berbagai seminar, workshop, lokakarya, pengelolaan proyek dalam rangka pengembangan pendidikan politeknik dan program diploma antara lain penyusunan kurikulum; SAP; penulisan bahan ajar; manajemen pendidikan politeknik; evaluasi usulan program studi baru diploma; penyusunan unit perawatan dan perbaikan infrastruktur dan peralatan pendidikan tinggi. Tahun 2000 membantu kegiatan Dikmenjur sebagai tenaga ahli studi pengembangan SMK; tahun 2001 penyusunan perencanaan fasilitas pendidikan SMK; dan tahun 2002 penyusunan Standar Pelayanan Minimal SMK. Tahun 2007, Direktur Pembinaan SMK melalui Kasubdit Pembelajaran memberikan kepercayaan untuk menulis Buku Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik untuk SMK, dan ini merupakan karya buku yang perdana. Sofian Yahya, Staf Pengajar di Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung, lahir pada tanggal 26 Desember 1959 di Garut. Pada tahun 1979 mulai kuliah di FPTK IKIP Padang (Universitas Negeri Padang), kuliah diselesaikan pada tahun 1983. Tahun 1983 sampai tahun 1984 mengikuti Diklat di Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik Bandung dan diakhir tahun yang sama memulai bertugas sebagai staf pengajar di Polban sampai sekarang, Mata kuliah yang diajarnya adalah Mesin Listrik, PLC, Pemrograman Komputer, Alat Ukur dan Pengukuran Listrik. Berbagai jabatan pernah didudukinya, diantaranya Ketua Program Studi, Kepala Laboratorium Mesin Listrik, dan Kepala Laboratorium PLC & Komputasi. Pada tahun 1999 dan lulus tahun 2001 mengikuti pendidikan Diploma IV di Jurusan Teknik Elektro ITB, dengan bidang keahlian Teknik Kendali. Tahun 2000 pernah membantu kegiatan Dikmenjur sebagai tenaga ahli studi pengembangan SMK; kemudian tahun 2001 dalam kegiatan penyusunan perencanaan fasilitas pendidikan SMK; dan tahun 2002 dalam kegiatan penyusunan Standar Pelayanan Minimal SMK. Ali Mashar, lahir di Jombang tanggal 23 Juni 1959. Pada saat ini penulis adalah dosen di Jurusan Teknik Konversi Energi – Politeknik Negeri Bandung (Politeknik ITB). Lulus dari Jurusan Teknik Listrik FPTK-IKIP Yogyakarta pada tahun 1983. Sebelum menjadi dosen di Politeknik Negeri Bandung (Politeknik ITB), penulis sempat mendapatkan pelatihan sebagai pengajar di bidang teknik listrik selama satu tahun di Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik (PEDC) Bandung. Kemudian mendapat tugas belajar di HTL Raperswil Switzerland selama satu tahun di bidang General Energy Technology. Ketika tugas belajar di Swiss, penulis juga sempat mendapatkan pengalaman praktis di Escherwiss-Zurich di bidang Water Turbines, Sulzer-Winterthur di bidang Electrical Power, dan di BBC-Baden di bidang Electric Machines for Traction. Penulis menyelesaikan program master (S2) di School of Electrical Engineering, The University of New South Wales (UNSW), Sydney-Australia pada tahun 1994. Selain menjadi dosen di Politeknik Negeri Bandung, penulis sempat bekerja di Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik (PEDC) mulai tahun 1986 – 1996 sebagai tenaga teknis dan manajerial. Penulis pernah menulis buku Petunjuk Praktikum Teknik Kendali (1996) dan Petunjuk Praktikum Elektronika Daya (1996). Di samping itu, atas sponsor PEDC, penulis pernah menterjemahkan buku Process Control Instrumentation Technology (Curtis D. Johnson) dan Electric Machinery (Peter F. Ryff) dengan sponsor GTZ. Penulis juga aktif dalam memberikan pelatihan-pelatihan profesional di bidang ketenagalistrikan dan Industrial Safety bagi karyawan-karyawan industri maju di Indonesia.