dasar2 kelistrikan

Analisa Fasor
- Analisa fasor : analisa vektor yang berputar pada selang waktu tertentu
- Analisa fasor diperlukan dalam perhitungan rangkaian listrik.
Fasor menyatakan transformasi dari fungsi waktu ke dalam bidang kompleks yang mengandung informasi tentang amplitudo dan sudut fasa

Misal K adalah bilangan kompleks yang mempunyai besaran M dan arah sudut θ
Dapat di tulis:
K = a + j b = R +j X atau K = M (cos θ + j sin θ)
Dalil Euler : cos θ + j sin θ = ejθ 􀃆 K= M ejθ (bentuk polar)
Dapat dituliskan : k = M ∠θ di mana M = √ ( a2 + b2) dan nilai sudut θ dapat dihitung dari nilai cos, sin atau tan

arus bolak balik
Daya pada listrik bolak-balik (AC) memiliki dua buah komponen: daya aktif (P) dan daya reaktif (Q). Resultan antara keduanya disebut sebagai daya nampak (S) yang merupakan daya yang dirasakan oleh PLN sebagai pemasok daya.

Daya reaktif (Q) dapat terjadi karena induktansi atau kapasitansi. Induktansi diakibatkan oleh komponen berbentuk kumparan (misalnya motor listrik atau transformator step down pada adaptor). Sedangkan kapasitansi diakibatkan oleh komponen kapasitor. Sifat induktansi dan kapasitansi ini saling berlawanan; pada diagram segitiga daya, komponen induktansi memiliki arah ke bawah sedangkan komponen kapasitansi memiliki arah ke atas.
Daya aktif (P) adalah daya sebenarnya yang dibutuhkan oleh beban. tetapi daya yang perlu dipasok oleh PLN adalah daya nampak (S). Untuk meminimalkan daya yang perlu dipasok PLN, maka sebisa mungkin daya reaktif (Q) harus dieliminasi. Jika beban bersifat induktif, maka perlu ditambahkan kapasitor; dan jika beban bersifat kapasitif, maka perlu ditambahkan induktor sedemikian sehingga daya reaktif (Q) mendekati nol. Karena beban pada lingkungan perumahan sebagian besar bersifat induktif, maka penambahan kapasitor adalah cara yang tepat untuk menghemat energi.
Berbeda dengan konsumen perumahan, pada konsumen industri, PLN juga menggunakan kVARh meter untuk menghitung daya reaktif (Q) di samping kWh meter untuk menghitung daya aktif (P). Jika perbandingan antara daya aktif (P) dan daya nampak (S) lebih kecil daripada 0.85, maka PLN akan mengenakan denda. Dalam kasus ini, mengeliminasi daya reaktif (Q) merupakan tanggung jawab konsumen. Walaupun demikian, kapasitor yang dibutuhkan tentunya bukan kapasitor blackbox yang diklaim sebagai ‘alat penghemat listrik’ seperti yang dibahas di atas.

Hukum Faraday
Setelah dalam tahun 1820 Oersted memperlihatkan bahwa arus listrik dapat mempengaruhi jarum kompas, Faraday mempunyai kepercayaan bahwa jika arus listrik dapat menimbulkan medan magnetik, maka medan magnetik harus bisa menimbulkan arus listrik. Untuk membuktikannya Faraday membuat percobaan yang bertujuan untuk menunjukkanbahwa arus listrik dapat ditimbulkan oleh “kemagnetan”.
Dalam istilah medan , kita dapat mengatakan bahwa medan magnet yang berubah terhadap waktu menimbulkan elektromotansi (tegangan gerak listrik/tgl) yang dapat mengalirkan arus listrik pada suatu rangkaian tertutup. Tegangan yang ditimbulkan oleh konduktor yang bergerak dalam medan megnet yang berubah seperti yang akan kita definisikan di bawah ini.

Induksi Elektromagnetik
Induksi Elektromagnetik menjelaskan tentang suatu tegangan yang dapat diinduksikan ke dalam koil ketika garis gaya magnet memotong lilitan dan polaritas tegangan yang diinduksikan bergantung pada arah garis gaya magnet yang memotong lilitan.
Sebuah solenoida yang mempunyai lilitan dengan menggunakan inti udara, dimana kedua ujung solenoida dihubungkan pada terminal dari sebuah galvanometer. Dan sebuah magnet batang dimasukkan dalam koil, sedemikian hingga kutub S pada magnet memasuki koil pada sisi sebelah kiri. Arus yang terjadi dalam solenoida dapat membangkitkan medan magnet dengan kutub S solenoida pada sisi sebelah kiri. Seperti halnya kutub magnet yang sama akan tolak – menolak, dan memenuhi hukum Lenz. Arus induksi dalam solenoida akan memberikan suatu medan magnet yang berlawanan terhadap medan induksi.
Polaritas tegangan induksi dapat diramalkan oleh hukum Lenz, yang menyatakan bahwa polaritas dari tegangan yang diinduksikan dalam sebuah konduktor harus sedemikian rupa hingga medan magnet yang dibangkitkan dari hasil arus dalam konduktor akan berlawanan terhadap gerak induksi medan magnet.
Dalam Induksi Elektromagnetik, berlaku juga Hukum Faraday yaitu besarnya tegangan induksi dalam solenoida pada saat lilitan memotong garis gaya magnet akan berbanding lurus dengan jumlah lilitan dan pada tingkat dimana garis fluks magnet dipotong oleh lilitan.
Faraday melakukan percobaan untuk membuktikan adanya induksi elektromagnetik.
Penerapan Induksi Elektromagnetik dan Hukum Faraday
Di bawah ini ada beberapa penerapan dari induksi elektromagnetik dan hukum Faraday :
• GENERATOR
Suatu sistem yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan prinsip kerja berdasarkan peristiwa induksi (hukum Faraday).
TRANSFORMATOR
Alat ini digunakan untuk menaikkan dan menurunkan tegangan atau mengubah tegangan AC menjadi DC atau sebaliknya. Transformator umumnya terdiri dari inti (besi) dan dua bagian yaitu bagian primer dan bagian sekunder yang masing-masing mempunyai lilitan dengan jumlah tertentu. Prinsip kerjanya berdasarkan pemindahan daya/energi listrik dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan cara induksi.
Gaya Magnetik pada Penghantar Berarus Listrik
Pada percobaan Oersted menunjukkan bahwa kutub – kutub magnet jarum mengalami gaya magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik. Suatu fakta menunjukkan bahwa penghantar yang berarus listrik dalam medan magnet juga mengalami gaya magnet. Gaya magnet pada penghantar berarus listrik yang berada di dalam medan magnet pertama kali diamati oleh Lorentz, sehingga gaya magnet ini disebut juga gaya Lorentz. Adanya gaya magnet pada penghantar berarus listrik didalam medan magnet dapat diamati pada rangkaian dibawah . Pada rangkaian dibawah, apabila saklar ditutup maka arus listrik mengalir dari A ke B. Pada saat itu aluminium foil akan melengkung keatas. Kemudian bila kutub sumber dibalik (arus mengalir dari B ke A), ternyata aluminium foil melengkung kebawah. Yang menyebabkan aluminium melengkung ke bawah atau ke atas tidak lain adalah suatu gaya yang dikenal sebagai gaya magnetik ( gaya Lorentz). Jadi arus listrik yang berada di dalam medan magnet mengalami gaya magnetik. Arah gaya magnetik tergantung pada arah arus dan arah medan magnet.
MESIN ARUS SEARAH
Suatu mesin listrik (generator atau motor) akan berfungsi bila memiliki:
1.kumparan medan, untuk menghasilkan medan magnet;
2.kumparan jangkar, untuk mengimbaskan ggl pada konduktor-konduktor yang terletak pada alur-alur jangkar; dan
3.celah udara, yang memungkinkan berputarnya jangkar dalam medan magnet.

Pada mesin arus searah, kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu merupakan stator (bagian yang tidak berputar), dan kumparan jangkar merupakan rotor (bagian yang berputar): lihat Gambar 1. Bila kumparan jangkar berputar dalam medan magnet, akan dibangkitkan tegangan (ggl) yang berubah-ubah arah setiap setengah putaran.

MOTOR ARUS SEARAH
Pada prinsipnya mesin listrik dapat berlaku sebagai motor maupun sebagai generator. Perbedaannya hanya terletak dalam konversi dayanya. Generator adalah suatu mesin listrik yang mengubah daya masuk mekanik menjadi daya keluar listrik, sedangkan sebaliknya motor mengubah daya masuk listrik menjadi daya keluar mekanik. Maka dengan membalik generator arus searah. di mana sekarang tegangan Vt menjadi sumber dan tegangan jangkar Ea merupakan ggl lawan, mesin arus searah ini akan berlaku sebagai motor.

KARAKTERISTIK KECEPATAN-KOPEL
RUGI DAN EFISIENSI DALAM MESIN ARUS SEARAH
Rugi yang terjadi dalam mesin arus searah adalah
1.Rugi besi, yang terdiri atas rugi histeresis dan rugi 'arus eddy'.
2.Rugi listrik yang dikenal sebagai rugi tembaga (/2R).
3.Rugi mekanik yang terdiri at as rugi geser pada sikat, rugi geser pada sumbu, dan rugi angin.
4.Aliran daya untuk mesin arus searah


MOTOR INDUKSI
MOTOR induksi merupakan motor arus bolak-balik (ac) yang paling luas digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan -oleh arus stator.
Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns = 120f/2p). Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktorkonduktor pada rotor, sehingga terinduksi arus; dan sesuaidengan Hukum Lentz, rotor pun akan turut berputar mengikuti medan putar stator. Perbedaan putaran relatif antara stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan memperbesar kopel motor, yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi, bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun. Dikenal dua tipe motor induksi (lihat gambar) yaitu motor induksi dengan rotor belitan dan motor induksi dengan rotor sangkar.

MEDAN PUTAR
Perputaran motor pada mesin arus bolak-balik ditimbulkan oleh adanya m;<:la.D: putar (fluks yang berputar) yang dihasilkan dalam kumparan statornya. Megan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa bany,!,\(, umumnya fasa 3. Hubungan dapat berupa hubungan bintang atau delta.

PENGATURAN PUTARAN
Motor induksi pad a umumnya berputar dengan kecepatan konstan, mendekati kecepatan sinkronnya. Meskipun demikian pada pe,nggunan tertentu dikehendaki juga adanya pengaturan putaran. pengaturan motor induksi memerlukan biaya yang agak tinggi. Biasanya pengaturan ini dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu dengan mengubah jumlah kutub motor, mengubah frekuensi jala-jala, mengatur tegangan jala-jala, dan mengatur tahanan luar.

Mengubah Jumlah Kutub Motor
Karena ns = 120flp, maka perubahan jumlah kutub (P) atau frekuensi (f) akan mempengaruhi putaran. lumlah kutub dapat diubah dengan merencanakan cumparan stator sedeniikian rupa sehingga dapat menerima tegangan masuk pad a posisi kumparan yang berbeda-beda. Biasanya diperoleh dua perubahan kecepatan sinkron dengan mengubah jumlah kutub dari 2 menjadi 4.
Mengubah Frekuensi Jala-jala
Pengaturan putaran motor induksi dapat dilakukan dengan mengubah-ubah harga frekuensi jala. Hanya saja untuk menjaga keseimbangan kerapatan fIuks, perubahan tegangan harus dilakukan bersamaan dengan perubahan frekuensi. Persoalannya sekarang adalah bagaimana mengatur frekuensi dengan cara yang efektif dan ekonomis. Car a pengaturan frekuensi dengan menggunakan solid state frequency converter akan dibahas dalam bab: solid state motor control.
Mengatur Tegangan Jala-jala
Dari persamaan kopel motor induksi di atas diketahui bahwa kopel sebanding dengan pangkat dua tegangan yang diberikan. Untuk karakteristik beban seperti terlihat pada gambar, kecepatan akan berubah dari nr ke n2 untuk tegangan mas uk setengah tegangan semula.

Pengaturan Tahanan Luar
Tahanan luar motor induksi rotor belitan dapat diatur, dengan demikian dihasilkan karakteristik kopel kecepatan yang berbeda~beda seperti. pada gambar.
Putaran akan berubah dari fl 1 ke fl2 dan dari fl2 ke fl3 dengan bertambahnya tahanan luar yang dihubungkan ke rotor. Pengaturan putaran motor induksi umumnya mahal, sedangkan daerah pengaturan yang diperoleh tidak begitu lebar, kecuali dengan pengaturan pada 2, yaitu pengaturan frekuensi jala.
FLUKS ARAH MAJU DAN MUNDUR F ASA TUNGGAL
Oleh karena bentuknya yang sederhana dan harganya yang relatif murah. motor induksi fasa tunggal banyak dipakai untuk keperluan motor kecil di dalam rumah tangga seperti kip as angin. pompa. mesin pendingin. air-condirioning. dan lainlain. Struktur motor induksi fasa tunggal sarna dengan motor induksi tiga fasa jenis rotor
M0TOR FASA TIDAK SEIMBANG
Motor fasa tak seimbang mempunyai dua kumparan stator. yaitu kumparan utama (U) dan kumparan bantu (B) yang diletakkan dengan perbedaan sudut 90 derajat listrik. Kumparan bantu mempunyai tahanan lebih besar daripada kumparan utama. sedang reaktansinya dibuat lebih kecil. Dengan demikian. terdapat perbedaan fasa antara arus kumparan fm dengan arus kumparan bantu fa Va terdahulu dari fm)' Motor berfungsi sebagai motor 2 fasa tidak seimbang, akibatnya terjadi medan putar pacta stator yang mengakibatbn motor berputar. Kumparan bantu diputuskan hubungannya (saklar S terbukal ketika motor mencapai putaran sekitar 75% kecepatan sinkron. Biasanya ctigunakan saklar yang terbuka oleh adanya gaya sentrifugal pacta rotor.


MESIN SINKRON
PRINSIP KERJA MESIN SINKRON
MESIN sinkron mempunyai kumparan jangkar pada· stator dan kumparan medan pada rotor. Kumparan jangkarnya berbentuk sarna dengan mesin induksi. sedangkan kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sarna rata (rotor silinder). Arus searah (DC) untuk menghasilkan fluks pada kumparan medan dialirkan ke rotor melalui cincin.
Apabila kumparan jangkar dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa akan menimbulkan medan putar pada stator. Kutub medan rotor yang diberi penguat arus searah mendapat tarikan dari kutub medan putar stator hingga turut berputar dengan kecepatan yang sarna (sinkron). Dilihat dari segi adanya interaksi dua medan magnet, maka kopel yang dihasilkan motor sinkron merupakan fungsi sudut kopelnya (0).

MOTOR SINKRON
Telah diketahui bahwa pada motor induksi tidak terdapat kumparan medan, sehingga sumber pembangkit fluks hanya diperoleh dari daya masuk, stator. Daya masuk untuk pembangkit fluks merupakan daya induktiL oleh karenanya motor induksi bekerja pada faktor kerja terbelakang. Sedangkan pada motor sinkron terdapat dua sumber pembangkit fluks yaitu arus bolak-balik (AC) pada stator dan arus searah (DC) pada rotor. Bila arus medan pada rotor cukup untuk membangkitkan fluks (ggm) yang diperlukan motor, maka stator tidak perlu memberikan arus pemagnetan atau daya reaktif dan motor bekerja pada faktor kerja = 1.0. Kalau arus medan pada rotor kurang (penguat berkurang), stator akan menarik arus pemagnetan dari jala-jala, sehingga motor bekerja pada faktor kerja terbelakang. Sebaliknya bila arus medan pada rotor berlebih (penguat berlebih), kelebihan fluks (ggm) ini harus diimbangi, dan stator akan manarik arus yang bersifat kapasitif dari jala-jala; dan kerenanya motor bekerja pada faktor kerja terdahulu. Dengan demikian, jelas bahwa faktor kerja motor sinkron dapat diatur dengan mengubah-ngubah harga arus medan (If).