MESIN-MESIN LISTRIK UNIVERSITAS MURIA KUDUS PDF

Preview

Summary

BUKU AJAR MESIN-MESIN LISTRIK Oleh : MOH. DAHLAN, ST. MT. PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MURIA KUDUS Juli 2018 i PRAKATA Dengan mengucapkan syukur Alhamdulillah kehadirat Allah S.W.T. atas rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan buku ajar ini. Buku ini me...

Description

BUKU AJAR

MESIN-MESIN LISTRIK

Oleh :

MOH. DAHLAN, ST. MT.

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MURIA KUDUS Juli 2018 i

PRAKATA

Dengan mengucapkan syukur Alhamdulillah kehadirat Allah S.W.T. atas rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan buku ajar ini. Buku ini merupakan salah satu penunjang kelancaran dan kemudahan bagi mahasiswa untuk memahami dan menguasai materi Mesin-mesin Listrik. Dalam penulisan buku ajar ini sebagai bahan kuliah mahasiswa program studi teknik elektro di Universitas Muria Kudus. Semoga dengan adanya materi ini harapan kami, mahasiswa mendapatkan kemudahan dalam memahami dan menguasai kuliah Mesin-mesin Listrik. Akhir kata penulis berharap semoga buku ajar ini bermanfaat bagi kemajuan ilmu pengetahuan.

Kudus,

Juli 2018 Penulis

ii

DAFTAR ISI

JUDUL

........................................................................

i

PRAKATA

........................................................................

ii

DAFTAR ISI

........................................................................

iii

DAFTAR GAMBAR

........................................................................

vi

BAB 1

TRANSFORMATOR LISTRIK

..........................................

1

..........................................

1

1.1.1 Deskripsi

..........................................

1

1.1.2 Manfaat dan Relevansi

..........................................

2

1.1.3 Standart Kompetensi

..........................................

2

1.1.4 Kompetensi Dasar

..........................................

2

1.2

Transformator

..........................................

2

1.3

Konstruksi Transformator

..........................................

3

1.4 Transformator Pengukuran

..........................................

6

1.5

..........................................

7

..........................................

9

..........................................

9

1.7 Autotransformator

..........................................

19

1.8 Rugi dan Efisiensi

..........................................

20

1.9 Rangkuman

..........................................

24

1.10

..........................................

24

1.11 Glosarium

..........................................

25

1.12 Daftar Pustaka

..........................................

25

MOTOR INDUKSI

..........................................

26

Pendahuluan

..........................................

26

2.1.1 Deskripsi

..........................................

26

2.1.2 Manfaat dan Relevansi

..........................................

26

2.1.3 Standart Kompetensi

..........................................

26

2.1.4 Kompetensi Dasar

..........................................

26

..........................................

27

1.1 Pendahuluan

Kerja Paralel

1.6 Transformator 3 Fasa 1.6.1 Konfigurasi Trafo 3 Fasa

BAB 2 2.1

Latihan Soal

2.2 Dasar Mesin Listrik iii

2.2.1 Mesin Dinamik Elementer

..........................................

28

2.2.2 Interaksi Medan Magnet

..........................................

29

2.2.3 Gaya Gerak Listrik

..........................................

29

2.2.4 Kopel

..........................................

30

2.2.5 Derajat Listrik

..........................................

30

2.2.6 Frekwensi

..........................................

31

2.3 Medan Putar

..........................................

31

2.4 Slip

..........................................

35

2.5 Torque

..........................................

37

2.6 Motor Satu Fasa

..........................................

38

2.7 Motor Sinkron

..........................................

38

2.8 Rangkuman

..........................................

40

2.9 Latihan Soal

..........................................

40

2.10 Glosarium

..........................................

40

2.11 Daftar Pustaka

..........................................

41

..........................................

42

..........................................

42

3.1.1 Deskripsi

..........................................

42

3.1.2 Manfaat dan Relevansi

..........................................

42

3.1.3 Standart Kompetensi

..........................................

42

3.1.4 Kompetensi Dasar

..........................................

42

3.2 Dasar Generator AC

..........................................

43

3.3 Fungsi Komponen Alternator

..........................................

44

3.4 Karakteristik Alternator

..........................................

46

3.5 Frekwensi Kerja

..........................................

46

3.6 Prinsip Pengaturan Tegangan

..........................................

47

3.7 Operasi Paralel Alternator

..........................................

48

3.8 Rangkuman

..........................................

49

3.9 Latihan Soal

..........................................

49

3.10 Glosarium

..........................................

49

3.11 Daftar Pustaka

..........................................

50

BAB 3

GENERATOR AC

3.1 Pendahuluan

iv

BAB 4

MESIN LISTRIK ARUS SEARAH ..........................................

51

Pendahuluan

..........................................

51

4.1.1 Deskripsi

..........................................

51

4.1.2 Manfaat dan Relevansi

..........................................

51

4.1.3 Standart Kompetensi

..........................................

51

4.1.4 Kompetensi Dasar

..........................................

51

4.2 Dasar Mesin Arus Searah

..........................................

52

4.3 Prinsip Kerja Generator DC

..........................................

54

4.4 Generator Penguat Terpisah

..........................................

57

4.5 Generator Belitan Shunt

..........................................

58

4.6 Generator Belitan Kompound

..........................................

58

4.7 Konstruksi Generator DC

..........................................

59

4.8 Reaksi Jangkar

..........................................

60

4.9 Arah Putaran Mesin DC

..........................................

63

4.10 Prinsip Kerja Motor DC

..........................................

64

4.11 Starting Motor DC

..........................................

67

4.12 Pengaturan Kecepatan Motor DC

..........................................

68

4.13 Reaksi Jangkar

..........................................

70

4.14 Motor Belitan Seri

..........................................

72

4.15 Motor DC Penguat Terpisah

..........................................

73

4.16 Motor Belitan Shunt

..........................................

74

4.17 Motor Belitan Kompound

..........................................

75

4.18 Belitan Jangkar

..........................................

76

4.19 Rugi dan Efisiensi

..........................................

82

4.20 Rangkuman

..........................................

84

4.21 Latihan Soal

..........................................

87

4.22 Glosarium

..........................................

87

4.23 Daftar Pustaka

..........................................

87

4.1

v

BAB 1 TRANSFORMATOR LISTRIK

1.1 Pendahuluan Di bidang teknik elektro, salah satu komponen yang penting dalam sistem tenaga listrik adalah mesin listrik. Berdasarkan prinsip kerjanya mesin-mesin listrik sendiri telah dibedakan antara mesin dinamis/berputar (motor dan generatorar) dan mesin statis/diam (transformator). Apabila ditinjau dari

fungsinya mesin statis (transformator), yang

berfungsi dalam sistem tenaga listrik adalah sebagai alat transformasi tegangan dari satu rangkaian ke rangkaian yang lain dengan frekwensi yang sama, yaitu dengan menaikkan atau menurunkan tegangan. Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai , dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh. 1.1.1 Deskripsi Dalam bidang elektronika, transformator digunakan antara lain sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban; untuk memisahkan satu rangkain dari rangkaian yang lain; dan untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian. Berdasarkan frekuensi, transformator dapat dikelompokkan sebagai berikut : - frekuensi daya, 50–60 c/s, - frekuensi pendengaran, 50c/s–20 kc/s, - frekuensi radio, diatas 30 kc/s. Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi : - transformatror daya, - transformatror distribusi,

1

- transformatror pengukuran, yang terdiri dari atas transformator arus dan transformator tegangan. Kerja transformator yang berdasarkan induksi-elektromagnetik, menghendaki adanya gandengan magnet antara rangkaian primer dan sekunder. Gandengan magnet ini berupa inti besi tempat melakukan fluks bersama. 1.1.2 Manfaat dan Relevansi Transformator adalah salah satu komponen yang penting dalam sistem tenaga listrik, karena digunakan pada saluran transmisi maupun distribusi yang tujuannya untuk menaikkan dan menurunkan tegangan dalam saluran tenaga listrik sesuai beban yang ada. Di bidang elektronika, transformator digunakan antara lain sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban; untuk memisahkan satu rangkain dari rangkaian yang lain; dan untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian. 1.1.3 Standart Kompetensi Sebagai sarjana teknik elektro diharapkan mengetahui gandengan impedansi antara sumber dan beban; untuk memisahkan satu rangkain dari rangkaian yang lain, peralatan ini biasa disebut dengan transformator. 1.1.4 Kompetensi Dasar Setelah mempelajari bab ini diharapkan dapat memahami dan menguasai apa yang dimaksud ; konstruksi transformator, transformator pengukuran, transformator tiga fasa atau hubungan transformator, dan autotransformator. 1.2 Transformator Kata transformator berasal dari kata transformasi yang berarti perubahan. Jadi transformator yang biasa disingkat dengan kata trafo adalah suatu peralatan listrik yang tidak berputar yang meneruskan tenaga listrik dari satu rangkaian ke rangkaian yang lain dengan frekwensi yang sama, dan dengan tegangan yang berubah melalui rangkaian magnetik.

2

Transformator adalah salah satu komponen yang penting dalam sistem tenaga listrik, karena digunakan pada saluran transmisi maupun distribusi yang tujuannya untuk menaikkan dan menurunkan tegangan dalam saluran tenaga listrik sesuai beban yang ada. Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi

untuk memperkuat medan

magnet yang dihasilkan.

Gambar 1.1 Bagan Pengukuran transformator.

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance). 1.3 Konstruksi Transformator Di bidang teknik elektronika transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban, untuk memisahkan satu rangkaian dari rangakaian yang lain, dan untuk menghambat arus bolak-balik dan sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus searah antara rangkaian. Bagian-bagian terpenting dari transformator antara lain sebagai berikut:

- Inti/teras/kern. - Gulungan primer, dihubungkan dengan sumber listrik. - Gulungan sekunder, dihubungkan dengan beban listrik.

I V

m

p

+ I

p

E

 p



m

p



s

I

s

E

s

V L o a d

(a) 3

s

IP

IS

T VP

V ac

VS

Z lo a d

(b) Gambar 1.2 Bagan rangkaian transformator.

Keterangan:

Vp

:

tegangan primer

Vs

:

tegangan sekunder

Ip

:

arus primer

Is

:

arus sekunder

Ep

:

GGL induksi pada kumparan primer

ES

:

GGL induksi pada kumparan sekunder

Np

:

jumlah lilitan kumparan primer

Ns

:

jumlah lilitan kumparan sekunder

m :

fluks magnet bersama (mutual fluks)

p :

fluks magnet kumparan primer

s :

fluks magnet kumparan sekunder

z

beban.

:

Apabila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoida maka akan mengalir arus primer I0 yang juga sinusoida dan dengan menganggap belitan primer (N1) reaktif murni, I0 akan tertinggal 900 dari V1. Arus primer I0 menimbulkan fluks (  ) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoida.

   m aks sin  t Fluks yang sinusoida ini akan menghasilkan tegangan induksi e1 (hukum faraday).

d dt d ( maks sin  t ) e1   N 1 dt e1   N 1   maks cos  t

e1   N 1

e1  N 1   maks sin ( t  4

 2

)

Sehingga besar GGL induksi kumparan primer maksimum adalah: E p m aks  N 1   m a ks

Harga efektif tegangan terinduksi sisi primer adalah: N 1 2 f  maks 2 E1  4, 44 N 1 f  maks E1 

Pada rangkaian sekunder fluks bersama dengan cara yang sama di dapatkan: E 2  4, 44 N 2 f maks

Dari persamaan diatas di dapatkan perbandingan lilitan berdasarkan perbandingan GGL induksi (dengan mengabaikan rugi tahanan dan fluks bocor), adalah: a

E1 V1 N I   1  2 E 2 V2 N 2 I 1

a = adalah nilai perbandingan lilitan transformator (turn ratio )

Apabila:

a < 1, maka transformator berfungsi untuk menaikkan tegangan (step up tranformer). a > 1, maka transformator berfungsi untuk menurunkan tegangan (step down tranformer).

Transformator mempunyai dua bagian utama, yaitu; inti besi dan kumparan tembaga. Inti besi berfungsi sebagai rangkaian magnet yaitu untuk jalannya fluks magnet, dan kumparan tembaga berfungsi sebagai jalannya arus listrik. Inti besi pada umumnya terbuat dari bahan ferromagnetik yaitu bahan yang sangat mudah untuk mengalirkan garisgaris gaya magnet. Untuk mengurangi kerugian arus pusar (Eddy Current Loss) inti besi dibuat berlapis-lapis, dan kumparan tembaga adalah kumparan primer dan kumparan sekunder sebagai rangkaian listrik. Berdasarkan kedudukan kumparan terhadap inti, maka jenis transformator ini ada dua macam, yaitu: -

Core type (jenis inti), yaitu bila kumparan tembaga mengelilingi inti besi.

-

Shell Type (jenis shell), yaitu bila kumparan tembaga dikelilingi inti besi.

A ) C o re ty p e

B ) S h e ll ty p e

Gambar 1.3 Jenis Transformator 5

Berdasarkan posisi lilitan kumparan terhadap inti, maka pemakaian jenis inti disesuaikan dengan pemakaiannya tersebut. Pada dasarnya dikenal tiga jenis transformator berdasarkan konstruksi inti tranformator, yaitu: a. Bentuk L, inti transformator disusun dari plat-plat dengan bahan ferromagnetik yang berbentuk huruf L yang disusun saling isi mengisi. b. Bentuk E, inti transformator disusun dari plat-plat dengan bahan ferromagnetik yang berbentuk huruf E yang disusun saling isi mengisi. c. Bentuk F, inti transformator disusun dari plat-plat dengan bahan ferromagnetik yang berbentuk huruf F yang disusun saling isi mengisi. Kemudian dalam pelaksanaannya secara praktis bentuk-bentuk ini berkembang menjadi bentuk U atau L, bentuk huruf E – I, dan plat yang digulung. Bentuk L atau U digunakan pada core type, sedangkan bentuk E – I digunakan pada shell type. 1.4 Transformator Pengukuran Pada umumnya alat-alat ukur seperti voltmeter dan ampermeter dibuat dalam batas ukur yang relatif kecil, s...