• Tidak ada hasil yang ditemukan

Rangkaian Listrik I. Resume 8. Dasar aru

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2018

Membagikan "Rangkaian Listrik I. Resume 8. Dasar aru"

Copied!
28
0
0

Teks penuh

(1)

Tujuan

1. Mahasiswa dapat memahami teori dasar arus bolak-balik 2. Mahasiswa dapat memahami prinsip kerja generator.

3. Mahasiswa dapat memahami pengaplikasian arus bolak-balik.

4. Mahasiswa dapat mengerjakan soal-soal yang menyangkut materi dasar arus bolak-balik.

5. Mahasiswa dapat memahami daya rata – rata dan nilai RMS.

6. Mahasiswa dapat memahami tentang rangkaian – rangkaian yang terdapat dalam harga rata – rata, sesaat, dan efektif.

7. Mahasiswa dapat mengerjakan soal-soal yang menyangkut materi dasar tentang daya rata – rata, sesaat, dan efektif.

(2)

Akhir abad 19, Nicola Tesla dan George Westinghouse memenangkan proposal pendistribusian daya dengan menggunakan arus bolak-balik (ac) di Amerika Serikat mengalahkan Thomas Edison yang mengusulkan arus searah (dc) untuk pendistribusian. Arus ac memiliki keunggulan efisiensi energy pada saat dihantarkan sementara pada arus DC Daya berubah menjadi kalor (panas) yang sangat besar.

Diagram arus bolak-balik (garis hijau) dan arus searah (garis merah)

Arus bolak-balik (AC/alternating current) adalah arus listrik dimana besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah dimana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien.).

(3)

1. Dasar Teori Arus Bolak balik

Arus bolak-balik (AC/alternating current) adalah arus listrik dimana besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah dimana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Namun dalam aplikasi-aplikasi spesifik yang lain, bentuk gelombang lain pun dapat digunakan, misalnya bentuk gelombang segitiga (triangular wave) atau bentuk gelombang segi empat (square wave).

Secara umum, listrik bolak-balik berarti penyaluran listrik dari sumbernya (misalnya PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk. Namun ada pula contoh lain seperti sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel, yang juga merupakan listrik arus bolak-balik. Di dalam aplikasi-aplikasi ini, tujuan utama yang paling penting adalah pengambilan informasi yang termodulasi atau terkode di dalam sinyal arus bolak-balik tersebut.

Tegangan bolak-balik sinusoidal, tersedia dari bermacam-macam sumber. Sumber arus bolak-balik pada umumnya dihasilkam oleh pembangkit tenaga listrik seperti Pembangkit Listrik Tenaga Air, Pembangkit Listrik Tenaga Uap, Pembangkit Listrik Tenaga Gas, Pembangkit Listrik Tenaga Angin dan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (Panas matahari).

2. Prinsip Kerja Generator

(4)

didalam medan megnetik. Generator ini menghasilkan gaya listrik induksi yang berbentuk sinusoida..

Pada generator terdapat dua bagian penting, yaiu stator dan rotor. Stator adalah bagian yang diam pada generator biasanya dipakai untuk keluaran tegangan. Rotor adalah bagian yang bergerak pada generator di dalam stator, biasanya digunakan sebagai magnet induksi atau penginduksi.

(5)

yang diharapkan adalah 220 Volt atau 380 Volt maka AVR akan mengotrol besar kecilnya arus dan tegangan yang masuk pada kumparan pada penguat utama (Main Exciter), dan akan di lanjutkan dengan menyalurkan tegangan DC pada pada lilitan penguat medan melalui slip ring maupun penyearah Dioda.

AVR tidak dirancang untuk penstabil Frekuensi, karena Frekuensi didapat dari putaran rotor. Jika penggerak generator listrik adalah mesin diesel maka harus ada suatu alat penstabil putaran mesin meskipun beban generator relatif tidak tetap dengan mengatur pasokan bahan bakar pada mesin disel tersebut atau alat lain yang di sebut dengan ELC (Electronic Load Controller)/DLC (Digital load Controller) pada generator sinkron atau sistem governor pada PLTMH ( Pusat Listrik Tenagan Micro Hidro ).

(6)

Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air, atau sering disebut dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLT Mikrohidro) adalah suatu pembangkit listrik dengan skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai sumber tenaga penggeraknya.

Mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air, turbin, dan generator. Mikrohidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian atau bisa dikatakan bahwa mikrohidro memanfaatkan energi potensial jatuhan air (head), semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Beberapa keuntungan yang terdapat pada pembangkit listrik tenaga listrik mikrohidro adalah sebagai berikut :

a. Sebagai sumber daya alam yang berkelanjutan (renewable resources),

b. Dibandingkan dengan pembangkit listrik jenis yang lain, PLT Mikrohidro ini cukup murah karena menggunakan energi alam,

c. Memiliki konstruksi yang sederhana sehingga mudah dilaksanakan oleh masyarakat, d. Tidak menimbulkan terjadinya pencemaran lingkungan karena tidak menghasilkan

limbah,

e. Dapat dipadukan dengan program lainnya seperti irigasi dan perikanan.

(7)

energi dari bentuk ketinggian dan aliran (energi potensial) ke dalam bentuk energi mekanik dan energi listrik. Daya yang masuk (Pgross) merupakan penjumlahan dari daya yang dihasilkan (Pnet) ditambah dengan faktor kehilangan energi (loss) dalam bentuk suara atau panas. Daya yang dihasilkan merupakan perkalian dari daya yang masuk dikalikan dengan efisiensi konversi (Eo).

4. Bentuk Gelombang Sinusiodal

Ketika alternator menghasilkan tegangan AC, tegangan ini akan berubah-ubah polaritasnya, tetapi tidak berubah dengan sesederhana itu. Ketika digambar pada grafik dalam fungsi waktu, akan dihasilkan bentuk “gelombang” dari nilai tegangan ini dalam fungsi waktu, gelombang seperti ini dikenal dengan nama gelombang sinus (sine wave) :

Pada grafik nilai tegangan yang dihasilkan oleh alternator elektromekanik, perubahan dari satu polaritas ke polaritas yang lain terjadi secara “halus/mulus”, level tegangan berubah-ubah secara cepat melalui nilai/titik nol dan secara perlahan mencapai titik puncaknya.

peak value = Hypotenuse

(8)

Alasan mengapa output generator berupa gelombang sinus AC adalah karena operasi fisiknya. Tegangan yang dihasilkan oleh kumparan tetap/stasioner oleh gerakan dari putaran magnetnya adalah proposional dengan laju perubahan nilai fluks magnet yang menembus tegak lurus kumparan (hukum induksi elektromagner Faraday). Laju itu akan semakin besar saat kutub magnet berada pada jarak terdekat dengan kumparan, dan lajunya paling kecil saat kutub magnetnya berada pada jarak terjauh dengan kumparan.

Secara matematis, laju perubahan fluks magnet akibat putaran magnet, nilainya sesuai dengan fungsi sinus, sehingga tegangan sesaat yang dihasilkan pun memiliki rumus fungsi yang sama dengan fungsi sinus juga, yaitu :

Sebagai contoh:

Apabila kita menggambar fungsi trigonometri dari fungsi sinus melalui sumbu horisontal yang bernilai dari nol hingga 90 derajat dengan besar tegangan 10 Volt, maka kita akan menemukan bentuk seperti ini:

(9)

0⁰ 15⁰ 30⁰ 45⁰ 60⁰ 75⁰

 Besar tegangan dapat dipengaruhi pula dengan:

 Rapat fluks dari medan magnet = B  Banyak kumparan = N

 Panjang penghantar = I  kecepatan putar = v

Sehingga dapat diketahui pengukuran Gelombang sinus

(10)

5. Pembangkit Tenaga listrik

Pembangkit listrik adalah sebuah perangkat yang dapat menghasilkan/ memproduksi tenaga listrik dari berbagai sumber seperti uap di Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), air di Pembangkit ListrikTenaga Air (PLTA), dan nuklir di Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).

(11)

Generator adalah perangkat utama dari sebuah pembangkit listrik yang mengubah putaran (energi mekanik) menjadi energi listrik melalui induksi medan magnet yang dihasilkan. Putaran generator ini digerakan oleh berbagai sumber. Di PLTA generator digerakan oleh air, di PLTU digerakan oleh uap, dan di PLTN digerakan oleh reaktor panas tenaga nuklir. Demikian juga dengan pembangkit listrik tenaga angin, angin menggerakan generator untuk berputar dan menghasilkan energi listrik. (Sumber : Wikipedia)

Pembangunan pembangkit listrik harus memperhatikan beberapa hal yaitu: ketersediaan sumber daya penggerak, analisa dampak lingkungan, tujuan pemakaian (beban besar/ringan/lainnya), biaya, aspek sosial & teknis, lahan, sarana & penyalurannya, tingkat kesulitan, serta berbagai kemungkinan lain seperti penambahan beban maupun perluasan pembangkit.

(12)

Daya listrik yang sudah bertegangan tinggi tadi disalurkan melalui saluran transmisi menuju ke Gardu Induk. Saluran transmisi bentuknya seperti tower-tower telpon celuler yang dihubungkan oleh kabel-kabel tegangan tinggi yang biasa kita liat terbentang diatas pegunungan dan hutan. Sementara Gardu Induk itu merupakan titik simpul dari Saluran Transmisi dimana Di Gardu Induk inilah tegangan dari 150 kV di turunkan lagi menjadi tegangan 20 kV untuk disalurkan.

(13)

Dari salurang tegangan 20 kV inilah selanjutnya daya listrik diturunkan lagi tegangannya ke 220 Volt kemudian masuk ke rumah-rumah kita.Trafo-trafo distribusi biasanya terdapat pada tiang-tiang listrik dan untuk satu trafo distribusi dapat menyuplai ke beberapa rumah tergantung dari kapasitas trafo distribusi tersebut.

Dari pembangkit tenaga listrik menimbulkan suatu gaya gerak listrik yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut GGL induksi, sedangkan arus yang mengalir dinamakan arus induksi dan peristiwanya disebut induksi elektromagnetik. Faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi yaitu :

 Jumlah garis gaya magnet ( ΦM ).

 Garis gaya magnet yang dipotong oleh kumparan selalu berubah-ubah menurut kecepatan sudut Φ.

Φ = . t

Φ = ΦM . cos ω t

 Karena kawat selalu memotong garis gaya magnet, maka terbangkit gml: e

= -

d Φ

dt

e

= -

d(ΦM.cosω t)

dt

(14)

=

ω . ΦM . sin ω t (obsolutt volt)

e = ω . ΦM . sin ω t . 10-8 volt

 Besar EMF (Electric and Magnetic Fields ) yang terbangkit pada satu sisi e = N . B . I . V Sin ω t

 Besar EMF pada kedua sisi

e = 2 x N . B . I . V Sin ω t jika, e = EM ,maka Sin ω t = 1

e = 2 x N . B . I . V

 Bila besar lain diketahui b = Jari-jari Penghantar f = frekuensi Penghantar maka, V = π . b . f

sehingga. EMF terbangkit:

EM = 2 . B . N . l . π . b . f l . b = A EM = 2 . B . N . A . π . f volt

Cara lain memperoleh persamaan tegangan

 Bila diketahui :

 Kecepatan sudut ( ω rad / dt)  fluk maks ( ΦMweber¿

(15)

N

Φ

= N

ΦM

cos

ω

t

Kumparan siku ukuran 5 cm x 10 cm mempunyai 50 lilitan dan dipotong oleh poros yang terletak pada bagian yang lebih pendek, poros kumparan normal terhadap medan magnit. Flux density 0,1 wb/M2, kumparan berputar dengan kecepatan 1000 rpm.

Hitunglah EMF max dan EMF sesaat bila kumparan membentuk 45o terhadap arah

(16)

Ditanya : a. EM …..?

b. e …. ? Jawab:

a.

EM = 2 . π . B . N . f. A = 2 . π . 0,1 . 50 . 1000

60 . 5 x 10-3 = 2,62 Volt

b.

e = EM . Sin ω t = 2,62 x 1

2

2

= 1,85 volt

(17)

Frekuensi adalah banyaknya getaran yang terjadi dalam kurun waktu satu detik. Rumus frekuensi adalah jumlah getaran dibagi jumlah detik waktu.

f =

T1

dan bila diketahui kecepatan dusutnya, maka:

ω=2π f

f =

2ωπ

dan jika generator >1 ps kutub, maka :

•Banyak ps kutup = p

•Banyak putaran tiap menit = nà n/60 tiap detik

Hubungan antara n, f dan p

Pasang Banyak putaran/menit

f=p x n

(18)

Kutup 400 Hz 60 Hz 50 Hz 25 Hz

1 60.400

1 =

24000Hz

3600 Hz 3000 Hz 1500 Hz

2 60.400

7. Nilai Rata-rata, efektif, dan Sesaat

a. Harga Rata – Rata 9 (Average Value)

(19)

(a)

Adalah nilai yang berubah – ubah terhadap waktu di dalam suatu periode tertentu. Misalnya tegangan v(t), arus i(t), dan daya p(t). merupakan tegangan, arus dan daya sesaat.

Sehingga arus sesaat dapat diketahui dengan:

Arus setiap saat

à

I = I

max

Sin

c. Harga Efektif

Harga efektif atau harga guna dari arus bolak-balik yang berbentuk sinus adalah suatu harga arus yang lebih penting daripada harga arus rata-rata. Arus yang mengalir didalam suatu tahanan “R”selama waktu “t” akan melakukan usaha.

Nilai efektif dari setiap arus periodik adalah sama dengan harga dari arus searah yang mengalir melalui tahanan R, yang memberikan daya yang sama ke R seperti yang diberikan oleh arus periodik. Dengan perkataan lain, kita biarkan aus periodik yang diberikan tersebut mengalir melalui tahanan sebarang R, tentukan tenga sesaat i2R,

dan kemudian cari harga rata-rata dari i2R pada satu periode; inilah daya rata-rata.

Kemudian kita buat suatu arus searah mengalir melalui tahanan yang ini juga dan mengatur harga arus searah sampai diperoleh harga yang sama dari daya rata-rata. Besarnya arus searah tersebut adalah nilai efektif dari arus periodik yang diberikan.

Bila tahanan menerima daya rata-rata yang sama pada (a) dan (b), maka harga efektif dari i(t) adalah sama dengan Ieff, dan harga efektif dari υ(t)

(20)

Usaha arus bolak balik

Arus bolak balik dengan frekuensi 50 Hz mempunyai harga maksimum 100A. Hitunglah ;

a. Harga arus 1/600 detik setelah arus sesaat mencapai nol

(21)

I = i sin 2pft

I = 100 sin (2p x 50t) I = 100 sin (100 pt)

Waktu diukur dari titik A karena setelah 1/600, yaitu; setenga priode 1/50: 2=1/100 t = 1/100+1/600=7/600dt

I= 100 sin (100x180x7/600) =100 x -1/2

= -50 A

b. titik basis 0

86,6 = 100 sin (100x180 t) sin 18.000t = 0,866

18.000t = 60 t = 1/300 dt

BAB III

Soal dan Pembahasan

1. Sebutkan dan jelaskan bagian-bagian pada generator listrik? Penyelesaian:

Generator terdiri dari dua bagian yang paling utama, yaitu: 1. Bagian yang diam (stator).

(22)

Pada inti ini terdapat slot-slot untuk menempatkan konduktor dan untuk mengatur arah medan magnetnya.

2. Belitan stator.

Bagian stator yang terdiri dari beberapa batang konduktor yang terdapat di dalam slot-slot dan ujung-ujung kumparan. Masing-masing slot-slot dihubungkan untuk mendapatkan tegangan induksi.

3. Alur stator.

Merupakan bagian stator yang berperan sebagai tempat belitan stator ditempatkan. 4. Rumah stator.

Bagian dari stator yang umumnya terbuat dari besi tuang yang berbentuk silinder. Bagian belakang dari rumah stator ini biasanya memiliki sirip-sirip sebagai alat bantu dalam proses pendinginan.

2. Bagian yang bergerak (rotor).

Rotor adalah bagian generator yang bergerak atau berputar. Antara rotor dan stator dipisahkan oleh celah udara (air gap). Rotor terdiri dari dua bagian umum, yaitu: 1. Inti kutub

2. Kumparan medan

Pada bagian inti kutub terdapat poros dan inti rotor yang memiliki fungsi sebagai jalan atau jalur fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan medan.

(23)

Ketika kutub utara magnet digerakkan memasuki galvanometer akan menyimpang dengan arah yang berlawanan (misalnya ke kiri).

Jarum galvanometer menyimpang disebabkan adanya arus yang mengalir dalam kumparan. Arus listrik timbul karena pada ujung-ujung kumparan timbul beda potensial ketika magnet batang digerakkan masuk atau keluar dari kumparan. Beda potensial yang timbul ini disebut gaya gerak listrik induksi (ggl induksi).

Ketika magnet batang digerakkan masuk, terjadi penambahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan (galvanometer menyimpang atau ada arus yang mengalir). Ketika batang magnet diam sejenak maka jarum galvanometer kembali ke nol (tidak ada arus yang mengalir). Ketika batang magnet dikeluarkan terjadi pengurangan jumlah garis gaya magnetik yang memtong kumparan (galvanometer menyimpang dengan arah berlawanan).

Jadi, akibat perubahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan, maka pada kedua ujung kumparan timbul beda potensial atau ggl induksi. Arus listrik yang disebabkan oleh perubahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan disebut arus induksi.

3. Suatu kumparan dengan luas 1,5 x 10-3 m2 mempunyai 30 lilitan dan dipotong oleh poros

(24)

penyelesaian:

4. Kumparan dengan 10 lilitan mengalami perubahan fluks magnetik dengan persamaan: Φ = 0,02 t3 + 0, 4 t2 + 5

(25)

5. Arus bolak balik dengan frekuensi 100 Hz mempunyai harga maksimum 180A. Hitunglah:

a.Harga arus 1/600 detik setelah arus sesaat mencapai nol

b. Berapa detik setelah harga arus sesaat mencapai nol arus akan mencapai 100A Jawab

(26)

Penyelesaian:

Dari keterangan di atas, bentuk persamaan umum yang digunakan adalah :

Selanjutnya bandingkan persamaan umum tadi dengan gelombang sinusoidal yang diketahui, V = 169,8 sin (377t) maka kita akan mendapatkan nilai tegangan maksimum adalah 169,8 volt.

Nilai tegangan efektif gelombang dihitung dengan cara seperti berikut : Veff = Vmax .

2

= 169,8

2 volt

Nilai tegangan sesaat pada waktu 6 ms adalah: V = 169,8 sin (377 x 6ms)

V = 169,8 sin (2,262) V = 130,8 volt

1. Sebuah arus bolak-balik sinusoidal 10 ampere mengalir melalui hambatan 40Ω. Hitunglah nilai rerata tegangan dan nilai puncak tegangan pembangkit tersebut. Menghitung nilai tegangan efektif :

(27)

8. Sebuah arus mempunyai persamaan trigonometri yaitu I = 50 sin ( 314t – 0,6 ) Hitunglah :

a. Imax

b. Irms

c. arus ketika t = 50 ms

Jawab :

a) Persamaanawali=imaxsin ωt . jadiimaxyang didapatdaripersamaan I = 50 sin

( 314t – 0,6 ) adalah 50 A b) Irms =

Imax

2 =

50

2 = 50 . 0,707 = 35,35 A c) Padasaat t = 50

I = 50 sin ( 314t – 0,6 ) I = 50 sin ( 15699,4 ) I = 50 . 0,76 = 38 A

(28)

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.

http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/04/pengertian-induksi-elektromagnetik-hukum-

faraday-hukum-lenz-gaya-gerak-listrik-ggl-rumus-contoh-soal-jawaban-praktikum-kumparan.html#ixzz2z44RpduI

http://elkaa

sik.com/bentuk-gelombang-arus-bolak-balik-ac/

Referensi

Dokumen terkait

bahwa berdasarkan pertimbangan sebagaimana dimaksud pada huruf a, maka perlu menetapkan Peraturan Bupati tentang Bantuan Pelayanan Kesehatan Bagi Masyarakat Miskin

Alamanda Delta Surya adalah di tahun 2012 terjadi penurunan produksi yang disebabkan kurangnya pelatihan terhadap karyawan atas sistem yang standar yang telah

Radikal superoksida (O2^) secara cepat akan direduksi menjadi hidrogen peroksida (H2O2) oleh enzim superoksid dismutase dalam mitokondria.Bila molekul H2O2 bereaksi

hlm.1.. hubungan hukum antara dua orang atau lebih yang dilandaskan atas dasar kata sepakat untuk menimbulkan akibat hukum. Penjelasannya adalah bahwa kedua

Tujuan penelitian ini adalah: (1) Mengetahui biodegradasi limbah cair tahu menggunakan bakteri indigen yang potensial mereduksi protein dan karbohidrat, pH dan BOD serta

Mendiskusikan unsur-unsur tata unsur-unsur tata letak berupa garis# letak berupa garis# ilustrasi# tipogra$i# ilustrasi# tipogra$i# arna# gelap- arna# gelap- terang# tekstur#

pembagian Anggah- Ungguhing Basa Bali sebagaimana terurai di atas, tampaknya penutur bahasa Bali dituntut untuk menguasai beberapa sistem stratifikasi masyarakat Bali,

Maka dapat disimpulkan oleh peneliti bahwa dari hasil pemerolehan data yang terdapat dalam penelitian ini, bahwa masalah dalam penelitian ini tentang bagaimana