MODUL PLPG TEKNIK INSTALASI TENAGA LISTRIK

Transkripsi

1 MODUL PLPG TEKNIK INSTALASI TENAGA LISTRIK KONSORSIUM SERTIFIKASI GURU dan UNIVERSITAS NEGERI MALANG Panitia Sertifikasi Guru (PSG) Rayon

2 KATA PENGANTAR Buku ajar dalam bentuk modul yang relatif singkat tetapi komprehensif ini diterbitkan untuk membantu para peserta dan instruktur dalam melaksanakan kegiatan Pendidikan dan Latihan Profesi Guru (PLPG). Mengingat cakupan dari setiap bidang atau materi pokok PLPG juga luas, maka sajian dalam buku ini diupayakan dapat membekali para peserta PLPG untuk menjadi guru yang profesional. Buku ajar ini disusun oleh para pakar sesuai dengan bidangnya. Dengan memperhatikan kedalaman, cakupan kajian, dan keterbatasan yang ada, dari waktu ke waktu buku ajar ini telah dikaji dan dicermati oleh pakar lain yang relevan. Hasil kajian itu selanjutnya digunakan sebagai bahan perbaikan demi semakin sempurnanya buku ajar ini. Sesuai dengan kebijakan BPSDMP-PMP, pada tahun 2013 buku ajar yang digunakan dalam PLPG distandarkan secara nasional. Buku ajar yang digunakan di Rayon 115 UM diambil dari buku ajar yang telah distandarkan secara nasional tersebut, dan sebelumnya telah dilakukan proses review. Disamping itu, buku ajar tersebut diunggah di laman PSG Rayon 115 UM agar dapat diakses oleh para peserta PLPG dengan relatif lebih cepat. Akhirnya, kepada para peserta dan instruktur, kami sampaikan ucapan selamat melaksanakan kegiatan Pendidikan dan Latihan Profesi Guru. Semoga tugas dan pengabdian ini dapat mencapai sasaran, yakni meningkatkan kompetensi guru agar menjadi guru dan pendidik yang profesional. Kepada semua pihak yang telah membantu kelancaran pelaksanaan PLPG PSG Rayon 115 Universitas Negeri Malang, kami menyampaikan banyak terima kasih. Malang, Juli 2013 Ketua Pelaksana PSG Rayon 115 Prof. Dr. Hendyat Soetopo, M. Pd NIP

3 MODUL PLPG Bidang Penyusun Keahlian Teknik Instalasi Sudarsono TenagaListrik Penyusun TIM UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2013

4 Kata Pengantar Puji syukur dipanjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-nya, sehingga kami dapat menyusun bahan ajar modul manual untuk Bidang Keahlian Teknik Listrik, khususnya Program Keahlian Teknik Instalasi Teaga Listrik. Sumber dan bahan dari pembuatan modul ini adalah sebagian besar diambilkan dari bahan ajar pokok Kurikulum SMK Edisi 2005, oleh karena peserta diklat pada umumnya adalah guru-guru yang mengajar di SMK. Modul ini diharapkan digunakan sebagai sumber belajar pokok oleh peserta diklat untuk mencapai komptensi kerja standar yang diharapkan dunia kerja. Kami mengharapkan saran dan kritik dari para pakar di bidang psikologi, praktisi dunia usaha dan industri, dan pakar akademik sebagai bahan untuk melakukan peningkatan kualitas modul. Diharapkan para pemakai berpegang pada azas keterlaksanaan, kesesuaian, dan fleksibelitas dengan mengacu pada perkembangan IPTEKS pada dunia kerja dan potensi SMK serta dukungan kerja dalam rangka membekali kompetensi standar pada peserta diklat. Demikian, semoga modul ini dapat bermanfaat bagi kita semua, khususnya peserta diklat SMK Bidang Keahlian Teknik Instalasi Listrik, atau praktisi yang sedang mengembangkan bahan ajar modul SMK. Padang, Mei 2013 Penyusun

5 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI i iii iv Modul 01 Memahami Dasar-dasar dan Menerapkan Pengukuran Komponen Elektronika... 1 Modul 02 Menganalisis Rangkaian Listrik Modul 03 Merawat dan Memperbaiki Peralatan Rumah Tangga Listrik 65 Modul 04 Pengendali Elektromagnetik Modul 05 Mengoperasikan Sistem Pengendali Elektronik iv

6 1 1 Memahami Dasar-dasar dan Menerapkan Pengukuran Komponen Elektronika A. Objektif 1. Menjelaskan konsep dasar elektronika. 2. Menjelaskan simbol komponen elektronika. 3. Menjelaskan sifat-sifat komponen elektronika pasif. 4. Menggambar karakteristik komponen elektronika. 5. Menjelaskan peralatan alat ukur komponen elektronika. 6. Melakukan pengukuran komponen R. 7. Melakukan pengukuran komponen C. 8. Melakukan pengukuran komponen L. 9. Menjelaskan hasil pengukuran. B. Uraian Materi 1. Pengertian Semikonduktor a. Struktur Atom Semikonduktor Prinsip dasar semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah Integrated Circuit (IC). Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan- bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik, sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas. Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk inti yang disebut nucleus. Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga

7 2 partikel dasar, yaitu: neutron, proton, dan elektron. Dalam struktur atom, proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan positip dan sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatif mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon dan germanium. Gambar 1. Struktur Atom (a) Silikon; (b) Germanium Seperti pada gambar 1 atom silikon mempunyai elektron yang yang mengelilingi inti sebanyak 14 dan atom germanium 32 elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Muatan listrik sebuah elektron adalah: C dan muatan sebuah proton adalah: C. Elektron yang terdapat pada lapisan terluar disebut elektron valensi. Atom silikon dan germanium masing mempunyai empat elektron valensi. Oleh karena itu baik atom silikon maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent bervalensi empat (tetra-valent). Empat elektron valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga setiap elektron valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari

8 3 atom-atom yang bersebelahan. Struktur kisi-kisi Kristal silikon murni dapat digambarkan secara dua dimensi seperti pada gambar 2 guna memudahkan pembahasan. Gambar 2. Struktur Kristal Silikon dengan Ikatan Kovalen Meskipun terikat dengan kuat dalam struktur Kristal, namun bisa saja elektron valensi tersebut keluar dari ikatan kovalen menuju daerah konduksi apabila diberikan energi panas. Bila energi panas cukup kuat untuk memisahkan elektron dari ikatan kovalen maka elektron tersebut menjadi bebas dan disebut dengan elektron bebas. Pada suhu ruang terdapat kurang lebih 1.5 x elektron bebas dalam 1 cm 3 bahan silikon murni (intrinsik) dan 2.5 x elektron bebas pada germanium. Semakin besar energi panas yang diberikan semakin banyak jumlah elektron bebas yang keluar dari ikatan kovalen, dan hal ini menyebabkan konduktivitas bahan meningkat. b. Semikonduktor Tipe N Suatu kristal Silikon yang murni, dimana setiap atomnya adalah atom Silikon saja, disebut sebagai semikonduktor intrinsik. Untuk kebanyakan aplikasi, tidak terdapat pasangan elektron-hole yang cukup

9 4 banyak di dalam suatu semikonduktor intrinsik untuk dapat menghasilkan arus yang berguna. Doping adalah penambahan atom-atom impuritas pada suatu kristal untuk menambah jumlah elektron maupun hole. Suatu kristal yang telah di dop disebut semikonduktor ekstrinsik. Untuk memperoleh tambahan elektron pada jalur konduksi, diperlukan atom pentavalent. Atom pentavalen ini juga disebut sebagai atom donor. Setelah membentuk ikatan kovalen dengan tetangganya, atom pentavalen ini mempunyai kelebihan sebuah elektron, yang dapat beredar pula pada jalur konduksi, seperti pada Gambar 3. Sehingga terbentuk jumlah elektron yang cukup banyak dan jumlah hole yang sedikit. Keadaan ini diistilahkan dengan elektron sebagai pembawa mayoritas dan hole sebagai pembawa minoritas. Semikonduktor yang di-doping seperti ini disebut dengan semikonduktor type-n. Si Si Si Si Sb Si atom antimoni (Sb) elektron valensi kelima Si Si Si Gambar 3. Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe N Oleh karena atom antimoni (Sb) bervalensi lima, maka empat elektron valensi mendapatkan pasangan ikatan kovalen dengan atom silikon sedangkan elektron valensi yang kelima tidak mendapatkan pasangan. Oleh karena itu ikatan elektron kelima ini dengan inti menjadi

10 5 lemah dan mudah menjadi elektron bebas. Karena setiap atom depan ini menyumbang sebuah elektron, maka atom yang bervalensi lima disebut dengan atom donor. Dan elektron bebas sumbangan dari atom dopan inipun dapat dikontrol jumlahnya atau konsentrasinya. Meskipun demikian bahan silikon tipe n ini mengandung elektron bebas (pembawa mayoritas) yang cukup banyak, namun secara keseluruhan Kristal ini tetap netral karena jumlah muatan positip pada inti atom masih sama dengan jumlah keseluruhan elektronnya. Pada bahan tipe n disamping jumlah elektron bebasnya meningkat, ternyata jumlah holenya (pembawa minoritas) menurun. Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya jumlah elektron bebas, maka kecepatan hole dan elektron ber-rekombinasi (bergabungnya kembali elektron dengan hole) semakin meningkat. Sehingga jumlah holenya menurun.level energi dari elektron bebas sumbangan atom donor digambarkan pada gambar 4. Jarak antara pita konduksi dengan level energi donor sangat kecil yaitu 0.01 ev untuk germanium dan 0.05 ev untuk silikon. Sehingga pada suhu ruang semua elektron donor dapat mencapai pita konduksi dan menjadi elektron bebas. energi pita konduksi 0.01eV (Ge); 0.05eV (Si) level energi donor Eg = 0.67eV (Ge); 1.1eV (Si) pita valensi Gambar 4. Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe N Bahan semikonduktor tipe n dapat dilukiskan seperti pada Gambar 5. Karena atom-atom donor telah ditinggalkan oleh elektron valensinya

11 6 (yakni menjadi elektron bebas), maka menjadi ion yang bermuatan positip. Sehingga digambarkan dengan tanda positip. Sedangkan elektron bebasnya menjadi pembawa mayoritas. Dan pembawa minoritasnya berupa hole. Gambar 5. Bahan Semikonduktor Tipe N c. Semikonduktor Tipe P Apabila bahan semikonduktor murni (intrinsik) didoping dengan bahan impuritas (ketidak-murnian) bervalensi tiga, maka akan diperoleh semikonduktor tipe p. Bahan dopan yang bervalensi tiga tersebut misalnya boron, galium, dan indium. Struktur kisi-kisi kristal semikonduktor (silikon) tipe p adalah seperti Gambar 6. Karena atom dopan mempunyai tiga elektron valensi, dalam Gambar 6 adalah atom Boron (B), maka hanya tiga ikatan kovalen yang bisa dipenuhi. Sedangkan tempat yang seharusnya membentuk ikatan kovalen keempat menjadi kosong (membentuk hole) dan bisa ditempati oleh elektron valensi lain. Dengan demikian sebuah atom bervalensi tiga akan menyumbangkan sebuah hole. Atom bervalensi tiga (trivalent) disebut juga atom akseptor, karena atom ini siap untuk menerima elektron. Seperti halnya pada semikonduktor tipe n, secara keseluruhan kristal semikonduktor tipe n ini adalah netral. Karena jumlah hole dan elektronnya sama. Pada bahan tipe p, hole merupakan pembawa muatan

12 7 mayoritas. Karena dengan penambahan atom dopan akan meningkatkan jumlah hole sebagai pembawa muatan. Sedangkan pembawa minoritasnya adalah elektron. Gambar 6. Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe P Level energi dari hole akseptor dapat dilihat pada Gambar 7. Jarak antara level energi akseptor dengan pita valensi sangat kecil yaitu sekitar 0.01 ev untuk germanium dan 0.05 ev untuk silikon. Dengan demikian hanya dibutuhkan energi yang sangat kecil bagi elektron valensi untuk menempati hole di level energi akseptor. Oleh karena itu pada suhur ruang banyak sekali jumlah hole di pita valensi yang merupakan pembawa muatan. Bahan semikonduktor tipe p dapat dilukiskan seperti pada Gambar 8. Karena atom-atom akseptor telah menerima elektron, maka menjadi ion yang bermuatan negatif. Sehingga digambarkan dengan tanda negatif. Pembawa mayoritas berupa hole dan pembawa minoritasnya berupa elektron.

13 8 energi pita konduksi Eg = 0.67eV (Ge); 1.1eV (Si) level energi akseptor 0.01eV (Ge); 0.05eV (Si) pita valensi Gambar 7. Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe P pembawa minoritas ion akseptor pembawa mayoritas Gambar 8. Bahan Semikonduktor Tipe P 2. Kode Warna dan Huruf pada Resistor a. Kode Warna Resistor Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Satuan harga resistor adalah : 1 M (mega ohm) = 1000 K (kilo ohm) = 10 6 (ohm) yang merupakan satuan nilai resistansi dari sebuah resistor. Resistor diberi lambang huruf R, sedangkan gambar simbolnya dari rangkaian listrik adalah : atau Gambar 9. Simbol Resistor

14 9 Kode warna pada resistor menyatakan harga resistansi dan toleransinya. Semakin kecil harga toleransi suatu resistor adalah semakin baik, karena harga sebenarnya adalah harga yang tertera harga toleransinya. Misalnya suatu resistor harga yang tertera = 100 mempunyai toleransi 5%, maka harga sebenarnya adalah: Harga resistor = 100 (5% x 100) s/d (5% x 100) = 95 s/d 105. Terdapat resistor yang mempunyai 4 gelang warna dan 5 gelang warna seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini : Gambar 10. Resistor dengan 4 Gelang dan 5 Gelang Warna. Tabel 1. Kode Warna pada Resistor 4 Gelang Warna Gelang 1 Gelang 3 Gelang 2 Gelang 4 (Angka (Faktor (Angka kedua) (Toleransi/%) pertama) pengali) Hitam Coklat Merah Oranye Kuning Hijau Biru Ungu Abu-abu Putih Emas

15 10 Perak Tanpa warna Arti kode warna pada resistor 5 gelang adalah : Gelang 1 = Angka pertama Gelang 2 = Angka kedua Gelang 3 = Angka ketiga Gelang 4 = Faktor pengali Gelang 5 = Toleransi b. Kode Huruf Resistor Resistor yang mempunyai kode angka dan huruf biasanya adalah resistor lilitan kawat yang diselubungi dengan keramik/porselin, seperti terlihat pada gambar di bawah ini : 5W 22RJ Gambar 11. Resistor dengan Kode Angka dan Huruf Arti kode angka dan huruf pada resistor ini adalah sebagai berikut : - 82 k 5% 9132 W 82 k berarti besarnya resistansi 82 k (kilo ohm) 5% berarti besarnya toleransi 5% 9132 W adalah nomor serinya - 5 W 0,02 J 5 W berarti kemampuan daya resistor besarnya 5 watt 0,22 berarti besarnya resistansi 0,22 J berarti besarnya toleransi 5% - 5 W 22 R J 5 W berarti kemampuan daya resistor besarnya 5 watt

16 11 22 R berarti besarnya resistansi 22 J berarti besarnya toleransi 5% - 5 W 1 k J 5 W berarti kemampuan daya resistor besarnya 5 watt 1 k berarti kemampuan besarnya resistansi 1 k J berarti besarnya toleransi 5% - 5 W R 1 k 5 W berarti kemampuan daya resistor sebesar 5 watt RIK berarti besarnya resistansi 1 k c. Kode Angka dan huruf pada Kapasitor Kapasitor atau kondensator adalah suatu komponen listrik yang dapat menyimpan muatan listrik. Kapasitas kapasitor diukur dalam F (Farad) = 10-6 F (mikro Farad) = 10-9 nf (nano Farad) = pf (piko Farad). Kapasitor elektrolit mempunyai dua kutub positif dan kutub negatif (bipolar), sedangkan kapasitor kering misal kapasitor mika, kapasitor kertas tidak membedakan kutub positif dan kutub negatif (non polar). Simbol kapasitor dapat dilihat pada gambar di bawah ini: + Gambar 12. Simbol Kapasitor Bentuk sebenarnya dari kapasitor dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Arti kode angka dan huruf pada kapasitor dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

17 12 Tabel 2. Kode Angka dan Huruf pada Kapasitor Kode angka Gelang 1 (Angka pertama) Gelang 2 (Angka kedua) Gelang 3 (Faktor pengali) Kode huruf (Toleransi/%) B C D F = G = H = J = K = M = Contoh : 1) kode kapasitor = 562 J 100 V artinya : besarnya kapasitas = 56 x 10 2 pf = 5600 pf; besarnya toleransi = 5%; kemampuan tegangan kerja = 100 Volt. 2) Kode kapasitor = 100 nj artinya : besarnya kapasitas = 100 nf; besarny atoleransi = 5%. 3) Kode kapasitor : 100 F 50 V artinya = besarnya kapasitas = 100 F; besarnya tegangan kerja = 50 Volt. d. Kodel Warna pada Kapasitor Cara membaca kode warna pada kapasitor dapat melihat tabel 3, dibawah ini : ABCDE Gambar 13. Kode Warna pada Kapasitor

18 13 Keterangan : A = gelang 1 = Angka pertama B = gelang 2 = Angka kedua C = gelang 3 = Angka ketiga D = gelang 4 = Toleransi E = gelang 5 = Tegangan kerja Tabel 3. Kode Warna pada Kapasitor Warna Gelang 1 (Angka) Gelang 2 (Angka) Gelang 3 (Pengali) Gelang 4 (Toleransi) Gelang 5 (Tegangan Kerja) Hitam Coklat Merah V 160 V Jingga Kuning V 200 V Hijau Biru V 220 V Ungu Abu-abu Putih Induktor L Induktor adalah komponen listrik yang digunakan sebagai beban induktif. Simbol induktor dapat dilihat pada gambar di bawah ini : Gambar 14. Simbol Induktor Kapasitas induktor dinyatakan dalam satuan H (Henry) = 100mH (mili Henry). Kapasitas induktor diberi lambang L, sedangkan reaktansi induktif diberi lambang X L.

19 14 X L = 2. f. L (ohm).... (1) dimana : X L = reaktansi induktif ( ) = 3,14 f = frekuensi (Hz) L = kapasitas induktor (Henry) Beban induktor antara lain adalah : - Kumparan kawat yang harganya dapat dibuat tetap atau tidak tetap. Induktor yang harganya tidak tetap yaitu Dekade Induktor dan Variabel Induktor. - Motor-motor listrik, karena memiliki lilitan kawat. - Transformator, karena memiliki lilitan kawat. Pada induktor terdapat unsur resistansi (R) dan induktif (X L ) jika digunakan sebagai beban sumber tegangan AC. Jika digunakan sebagai beban sumber tegangan DC, maka hanya terdapat unsur R saja. Dalam sumber tegangan AC berlaku rumus : Z = V... (2) I Z 2 = R X L X 2 L = Z 2 R 2 X L = Keterangan Z = Impedansi ( ) R = Tahanan ( ) V = Tegangan AC (Volt) X L = Reaktansi induktif ( ) I = Arus (Ampere)

20 15 Dari persamaan (2) jika sumber tegangan AC (V) dan arus (I) diketahui, maka Z dapat dihitung. Dari persamaan (3), jika R diketahui, maka X L dapat dihitung. Dari persamaan (1) jika f diketahui, maka L dapat dihitung. 4. Karakteristik Dioda Semikonduktor a. Dioda Semikonduktor Dioda semikonduktor dibentuk dengan cara menyambungkan semikonduktor tipe p dan tipe n. Pada saat terjadinya sambungan (junction) p dan n, hole-hole pada bahan p dan elektron-elektron pada bahan n disekitar sambungan cenderung untuk berkombinasi. Hole dan elektron yang berkombinasi ini saling meniadakan, sehingga pada daerah sekitar sambungan ini kosong dari pembawa muatan dan terbentuk daerah pengosongan (depletion region). ion akseptor ion donor (a) tipe p elektron dan hole berkombinasi daerah pengosongan tipe n (b) tipe p tipe n + + Gambar 15. Struktur Dioda Semikonduktor (a) Pembentukan Sambungan; (b) Daerah Pengosongan;

21 16 Oleh karena itu pada sisi p tinggal ion-ion akseptor yang bermuatan negatif dan pada sisi n tinggal ion-ion donor yang bermuatan positip. Namun proses ini tidak berlangsung terus, karena potensial dari ion-ion positip dan negatif ini akan mengahalanginya. Tegangan atau potensial ekivalen pada daerah pengosongan ini disebut dengan tegangan penghalang (barrier potential). Besarnya tegangan penghalang ini adalah 0.2 untuk germanium dan 0.6 untuk silikon. Lihat Gambar 14. b. Bias Mundur (Reverse Bias) Bias mundur adalah pemberian tegangan negatif baterai ke terminal anoda (A) dan tegangan positip ke terminal katoda (K) dari suatu dioda. Dengan kata lain, tegangan anoda katoda V A-K adalah negatif (V A-K < 0). Gambar 15 menunjukkan dioda diberi bias mundur. daerah pengosongan A tipe p tipe n K Is A K - + Gambar 16. Dioda Diberi Bias Mundur Karena pada ujung anoda (A) yang berupa bahan tipe p diberi tegangan negatif, maka hole-hole (pembawa mayoritas) akan tertarik ke kutup negatif baterai menjauhi persambungan. Demikian juga karena pada ujung katoda (K) yang berupa bahan tipe n diberi tegangan positip, maka elektron-elektron (pembawa mayoritas) akan tertarik ke kutup positip baterai menjauhi persambungan. Sehingga daerah pengosongan semakin lebar, dan arus yang disebabkan oleh pembawa mayoritas tidak ada yang mengalir.

22 17 Sedangkan pembawa minoritas yang berupa elektron (pada bahan tipe p) dan hole (pada bahan tipe n) akan berkombinasi sehingga mengalir arus jenuh mundur (reverse saturation current) atau Is. Arus ini dikatakan jenuh karena dengan cepat mencapai harga maksimum tanpa dipengaruhi besarnya tegangan baterai. Besarnya arus ini dipengaruhi oleh temperatur. Makin tinggi temperatur, makin besar harga Is. Pada suhu ruang, besarnya Is ini dalam skala mikro-amper untuk dioda germanium, dan dalam skala nano-amper untuk dioda silikon. c. Bias Maju (Foward Bias) Apabila tegangan positip baterai dihubungkan ke terminal Anoda (A) dan negatifnya ke terminal katoda (K), maka dioda disebut mendapatkan bias maju (foward bias). Dengan demikian V A-K adalah positip atau V A-K > 0. Gambar 16 menunjukan dioda diberi bias maju. Dengan pemberian polaritas tegangan seperti pada Gambar 11, yakni V A-K positip, maka pembawa mayoritas dari bahan tipe p (hole) akan tertarik oleh kutup negatif baterai melewati persambungan dan berkombinasi dengan elektron (pembawa mayoritas bahan tipe n). Demikian juga elektronnya akan tertarik oleh kutup positip baterai untuk melewati persambungan. Oleh karena itu daerah pengosongan terlihat semakin menyempit pada saat dioda diberi bias maju. Dan arus dioda yang disebabkan oleh pembawa mayoritas akan mengalir, yaitu I D. daerah pengosongan A tipe p tipe n K I D A + - K Gambar 17. Dioda Diberi Bias Maju

23 18 Sedangkan pembawa minoritas dari bahan tipe p (elektron) dan dari bahan tipe n (hole) akan berkombinasi dan menghasilkan Is. Arah Is dan ID adalah berlawanan. Namun karena Is jauh lebih kecil dari pada ID, maka secara praktis besarnya arus yang mengalir pada dioda ditentukan oleh ID. d. Kurva Karakteristik Dioda Hubungan antara besarnya arus yang mengalir melalui dioda dengan tegangan VA-K dapat dilihat pada kurva karakteristik dioda (Gambar 17). Gambar 17 menunjukan dua macam kurva, yakni dioda germanium (Ge) dan dioda silikon (Si). Pada saat dioda diberi bias maju, yakni bila VA-K positip, maka arus ID akan naik dengan cepat setelah VA-K mencapai tegangan cut-in (V ). Tegangan cut-in (V ) ini kira-kira sebesar 0.2 Volt untuk dioda germanium dan 0.6 Volt untuk dioda silikon. Dengan pemberian tegangan baterai sebesar ini, maka potensial penghalang (barrier potential) pada persambungan akan teratasi, sehingga arus dioda mulai mengalir dengan cepat. ID (ma) Ge Si Is(Si)=10nA VA-K (Volt) Si Ge Is(Ge)=1 A Gambar 18. Kurva Karakteristik Dioda

24 19 Bagian kiri bawah dari grafik pada Gambar 17 merupakan kurva karakteristik dioda saat mendapatkan bias mundur. Disini juga terdapat dua kurva, yaitu untuk dioda germanium dan silikon. Besarnya arus jenuh mundur (reverse saturation current) Is untuk dioda germanium adalah dalam orde mikro amper dalam contoh ini adalah 1 A. Sedangkan untuk dioda silikon Is adalah dalam orde nano amper dalam hal ini adalah 10 na. Apabila tegangan VA-K yang berpolaritas negatif tersebut dinaikkan terus, maka suatu saat akan mencapai tegangan patah (break-down) dimana arus Is akan naik dengan tiba-tiba. Pada saat mencapai tegangan break-down ini, pembawa minoritas dipercepat hingga mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari atom. Kemudian elektron ini juga dipercepat untuk membebaskan yang lainnya sehingga arusnya semakin besar. Pada dioda biasa pencapaian tegangan break-down ini selalu dihindari karena dioda bisa rusak. Hubungan arus dioda (ID) dengan tegangan dioda (VD) dapat dinyatakan dalam persamaan matematis yang dikembangkan oleh W. Shockley, yaitu: Id = Is [e (VD/n.VT) - 1] keterangan: Id = arus dioda (amper) Is = arus jenuh mundur (amper) e = bilangan natural, VD = beda tegangan pada dioda (volt) n = konstanta, 1 untuk Ge; dan 2 untuk Si VT = tegangan ekivalen temperatur (volt) Harga Is suatu dioda dipengaruhi oleh temperatur, tingkat doping dan geometri dioda. Dan konstanta n tergantung pada sifat konstruksi dan parameter fisik dioda. Sedangkan harga VT ditentukan dengan persamaan:

25 20 VT = kt q keterangan: k = konstanta Boltzmann, x J/K (J/K artinya joule per derajat kelvin) T = temperatur mutlak (kelvin) q = muatan sebuah elektron, x C Pada temperatur ruang, 25 o C atau = 298 K, dapat dihitung besarnya VT yaitu: (1.381 x J/K)(298K) VT = x C = J/C 26 mv Harga VT adalah 26 mv. Sebagaimana telah disebutkan bahwa arus jenuh mundur, Is, dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti: doping, persambungan, dan temperatur. Namun karena dalam pemakaian suatu komponen dioda, faktor doping dan persambungan adalah tetap, maka yang perlu mendapat perhatian serius adalah pengaruh temperatur. 5. Penggunaan Dioda Semikonduktor a. Penyearah Setengah Gelombang Dioda semikonduktor banyak digunakan sebagai penyearah. Penyearah yang paling sederhana adalah penyearah setengah gelombang, yaitu yang terdiri dari sebuah dioda. Melihat dari namanya, maka hanya

26 21 setengah gelombang saja yang akan disearahkan. Gambar 18 menunjukkan rangkaian penyearah setengah gelombang. Rangkaian penyearah setengah gelombang mendapat masukan dari skunder trafo yang berupa sinyal ac berbentuk sinus, vi = Vm Sin t (Gambar 18 (b)). Dari persamaan tersebut, Vm merupakan tegangan puncak atau tegangan maksimum. Harga Vm ini hanya bisa diukur dengan CRO yakni dengan melihat langsung pada gelombangnya. Sedangkan pada umumnya harga yang tercantum pada skunder trafo adalah tegangan efektif. Hubungan antara tegangan puncap Vm dengan tegangan efektif (V eff ) atau tegangan rms (Vrms) adalah: Vm V eff = V rms = = Vm 2 Tegangan (arus) efektif atau rms (root-mean-square) adalah tegangan (arus) yang terukur oleh voltmeter (amper-meter). Karena harga Vm pada umumnya jauh lebih besar dari pada V (tegangan cut-in dioda), maka pada pembahasan penyearah ini V diabaikan. Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah bahwa pada saat sinyal input berupa siklus positip maka dioda mendapat bias maju sehingga arus (i) mengalir ke beban (R L ), dan sebaliknya bila sinyal input berupa siklus negatif maka dioda mendapat bias mundur sehingga tidak mengalir arus. Bentuk gelombang tegangan input (vi) ditunjukkan pada (b) dan arus beban (i) pada (c) dari Gambar 19.

27 22 v d masukan sinyal ac v i i R L v i (a) i Vm 0 2 I dc Im 0 2 (c) (b) Gambar 19. Penyearah Setengah Gelombang (a) Rangkaian; (b) Tegangan Skunder Trafo; (c) Arus Beban Arus dioda yang mengalir melalui beban R L (i) dinyatakan dengan: i = Im Sin t,jika 0 t (siklus positip). i = 0,jika t 2 (siklus negatip) Vm Im = R f + R L Resistansi dioda pada saat ON (mendapat bias maju) adalah R f, yang umumnya nilainya lebih kecil dari R L. Pada saat dioda OFF (mendapat bias mundur) resistansinya besar sekali atau dalam pembahasan ini dianggap tidak terhigga, sehingga arus dioda tidak mengalir atau i = 0. Arus yang mengalir ke beban (i) terlihat pada Gambar (c) bentuknya sudah searah (satu arah) yaitu positip semua. Apabila arah dioda dibalik, maka arus yang mengalir adalah negatif. Frekuensi sinyal keluaran dari

28 penyearah setengah gelombang ini adalah sama dengan frekuensi input (dari jala-jala listrik) yaitu 50 Hz. Karena jarak dari puncak satu ke puncak berikutnya adalah sama. Bila diperhatikan meskipun sinyal keluaran masih berbentuk gelombang, namun arah gelombangnya adalah sama, yaitu positip (Gambar c). Berarti harga rata-ratanya tidak lagi nol seperti halnya arus bolak-balik, namun ada suatu harga tertentu. Arus rata-rata ini (Idc) secara matematis bisa dinyatakan: Idc = 1 2π 2π i 0 dωt Untuk penyearah setengah gelombang diperoleh: Idc = 1 2π π Im 0 dωt 23 Idc = Im π = o, 318 Im Tegangan keluaran dc berupa turun tegangan dc pada beban adalah: Vdc = Idc.R L Vdc = Im.Rl π Karena harga tahanan dalam Rf jauh lebih kecil dari RL, yang berarti pengaruh Rf dapat ditiadakan, sehingga: Vm = Im.RL Sehingga: Vdc = Vm π = o, 318 Vm Apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil, untuk memperoleh hasil yang lebih teliti, maka tegangan cut-in dioda (V ) perlu dipertimbangkan, yaitu: Vdc = Vm π = o, 318 (Vm Vγ)

29 24 Dalam perencanaan rangkaian penyearah yang juga penting untuk diketahui adalah berapa tegangan maksimum yang boleh diberikan pada dioda. Tegangan maksimum yang harus ditahan oleh dioda ini sering disebut dengan istilah PIV (peak-inverse voltage) atau tegangan puncak balik. Hal ini karena pada saat dioda mendapat bias mundur (balik) maka tidak arus yang mengalir dan semua tegangan dari skunder trafo berada pada dioda. Bentuk gelombang dari sinyal pada dioda dapat dilihat pada Gambar 19. PIV untuk penyearah setengah gelombang ini adalah PIV = Vm. Gambar 20 Bentuk Gelombang Sinyal pada Dioda Bentuk gelombang sinyal pada dioda seperti Gambar 19 dengan anggapan bahwa Rf dioda diabaikan, karena nilainya kecil sekali dibanding RL. Sehingga pada saat siklus positip dimana dioda sedang ON (mendapat bias maju), terlihat turun tegangannya adalah nol. Sedangkan saat siklus negatif, dioda sedang OFF (mendapat bias mundur) sehingga tegangan puncak dari skunder trafo (Vm) semuanya berada pada dioda. b. Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT Rangkaian penyearah gelombang penuh ada dua macam, yaitu dengan menggunakan trafo CT (center-tap = tap tengah) dan dengan sistem jembatan. Gambar 20 menunjukkan rangkaian penyearah gelombang penuh dengan menggunaka trafo CT. Terminal skunder dari Trafo CT mengeluarkan dua buah tegangan keluaran yang sama tetapi fasanya berlawanan dengan titik CT sebagai

30 25 titik tengahnya. Kedua keluaran ini masing-masing dihubungkan ke D 1 dan D 2, sehingga saat D 1 mendapat sinyal siklus positip maka D 1 mendapat sinyal siklus negatif, dan sebaliknya. Dengan demikian D 1 dan D 2 hidupnya bergantian. Namun karena arus i 1 dan i 2 melewati tahanan beban (RL) dengan arah yang sama, maka il menjadi satu arah (20 c). D1 i 1 i L masukan sinyal ac Vi Vi D2 i 2 R L V L (a) i 1 v i V m 0 2 i 2 Im 0 2 (b) Im I dc 0 2 i L Im 0 2 (c) Gambar 21. (a) Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Trafo CT; (b) Sinyal Input; (c) Arus Dioda dan Arus Beban

31 26 Terlihat dengan jelas bahwa rangkaian penyearah gelombang penuh ini merupakan gabungan dua buah penyearah setengah gelombang yang hidupnya bergantian setiap setengah siklus. Sehingga arus maupun tegangan rata-ratanya adalah dua kali dari penyearah setengah gelombang. Dengan cara penurunan yang sama, maka diperoleh: sehingga: Idc = 2Im π = 0,636 Im dan Vdc = Idc. Rl = 2 Im. Rl π Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, maka Rf bisa diabaikan, Vdc = 2Vm π = 0,636 Vm Apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil, untuk memperoleh hasil yang lebih teliti, maka tegangan cut-in dioda (V ) perlu dipertimbangkan, yaitu: Vdc = 0,636 (Vm Vγ) Tegangan puncak inverse yang dirasakan oleh dioda adalah sebesar 2Vm. Misalnya pada saat siklus positip, dimana D1 sedang hidup (ON) dan D2 sedang mati (OFF), maka jumlah tegangan yang berada pada dioda D2 yang sedang OFF tersebut adalah dua kali dari tegangan skunder trafo. Sehingga PIV untuk masing-masing dioda dalam rangkaian penyearah dengan trafo CT adalah PIV=2 Vm c. Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan Penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan ini bisa menggunakan sembarang trafo baik yang CT maupun yang biasa, atau bahkan bisa juga tanpa menggunakan trafo. rangkaian dasarnya adalah seperti pada Gambar 21.

32 27 Gambar 22. Penyearah Gelombang Penuh dengan Jembatan (a) Rangkaian Dasar; (b) Saat Siklus Positip; (c) Saat Siklus Negatip; (d) Arus Beban Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh sistem jembatan dapat dijelaskan melalui Gambar 21. Pada saat rangkaian jembatan mendapatkan bagian positip dari siklus sinyal ac, maka (Gambar 21b): - D 1 dan D 3 hidup (ON), karena mendapat bias maju - D 2 dan D 4 mati (OFF), karena mendapat bias mundur Sehingga arus i 1 mengalir melalui D 1, RL, dan D 3. Sedangkan apabila jembatan memperoleh bagian siklus negatif, maka (Gambar 21 c): - D 2 dan D 4 hidup (ON), karena mendapat bias maju - D 1 dan D 3 mati (OFF), karena mendapat bias mundur

33 28 Sehingga arus i 2 mengalir melalui D 2, RL, dan D 4. Arah arus i1 dan i2 yang melewati RL sebagaimana terlihat pada Gambar 21 b dan c adalah sama, yaitu dari ujung atas RL menuju ground. Dengan demikian arus yang mengalir ke beban (il) merupakan penjumlahan dari dua arus i1 dan i2, dengan menempati paruh waktu masing-masing (Gambar 21 d). Besarnya arus rata-rata pada beban adalah sama seperti penyearah gelombang penuh dengan trafo CT, yaitu: Idc = 2Im/ = Im. Untuk harga Vdc dengan memperhitungkan harga V adalah: Vdc = 0,636(Vm 2Vγ) Harga 2V ini diperoleh karena pada setiap siklus terdapat dua buah dioda yang berhubungan secara seri. Disamping harga 2V ini, perbedaan lainnya dibanding dengan trafo CT adalah harga PIV. Pada penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan ini PIV masing-masing dioda adalah: PIV = VM 6. Dioda Semikonduktor Sebagai Pemotong (clipper) Rangkaian clipper (pemotong) digunakan untuk memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan yang berada di bawah atau di atas level tertentu. Contoh sederhana dari rangkaian clipper adalah penyearah setengah gelombang. Rangkaian ini memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan di atas atau di bawah level nol. Secara umum rangkaian clipper dapat digolongkan menjadi dua, yaitu: seri dan paralel. Rangkaian clipper seri berarti diodanya berhubungan secara seri dengan beban, sedangkan clipper paralel berarti diodanya dipasang paralel dengan beban. Sedangkan untuk masingmasing jenis tersebut dibagi menjadi clipper negatif (pemotong bagian negatif) dan clipper positip (pemotong bagian positip). Dalam analisa ini diodanya dianggap ideal.

34 29 Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper seri adalah sebagai berikut: a) Perhatikan arah diode. - Bila arah dioda ke kanan, maka bagian positip dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian negatif akan dipotong (berarti clipper negatif). - bila arah dioda ke kiri, maka bagian negatif dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian positip akan dipotong (berarti clipper positip) b) Perhatikan polaritas baterai (bila ada) c) Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol pada level baterai (yang sudah ditentukan pada langkah 2 di atas) d) Batas pemotoyngan sinyal adalah pada sumbu nol semula (sesuai dengan sinyal input) Rangkaian clipper seri positip adalah seperti Gambar 22 dan rangkaian clipper seri negatif adalah Gambar 23. v i Vi VB D Vo v O Vm m R L -VB Vi VB D Vo v O R L +V B Gambar 23. Rangkaian Clipper Seri Positif

35 30 v i Vm m Vi VB D R L Vo -VB v O Vi VB D R L Vo v O +VB Gambar 24. Rangkaian Clipper Seri Negatip Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper paralel adalah sebagai berikut: 1. Perhatikan arah dioda. - bila arah dioda ke bawah, maka bagian positip dari sinyal input akan dipotong (berarti clipper positip) - bila arah dioda ke atas, maka bagian negatif dari sinyal input akan dipotong (berarti clipper negatif) 2. Perhatikan polaritas baterai (bila ada). 3. Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol sesuai dengan input. 4. Batas pemotongan sinyal adalah pada level baterai. Rangkaian clipper paralel positip adalah seperti Gambar 25 dan rangkaian clipper paralel negatif adalah Gambar 26.

36 31 v i Vi R Vo v O Vm m D VB +V B Vi R Vo v O D VB -VB Gambar 25. Rangkaian Clipper Paralel Positip v i Vi R Vo v O Vm m D VB -VB Vi R Vo v O D +V B VB Gambar 26 Rangkaian Clipper Paralel Negatip

37 32 7. Dioda Semikonduktor Sebagai Penggeser (clamper) Rangkaian Clamper (penggeser) digunakan untuk menggeser suatu sinyal ke level dc yang lain. Rangkain Clamper paling tidak harus mempunyai sebuah kapasitor, dioda, dan resistor, disamping itu bisa pula ditambahkan sebuah baterai. Harga R dan C harus dipilih sedemikian rupa sehingga konstanta waktu RC cukup besar agar tidak terjadi pengosongan muatan yang cukup berarti saat dioda tidak menghantar. Dalam analisa ini dianggap didodanya adalah ideal. Sebuah rangkaian clamper sederhana (tanpa baterai) terdiri atas sebuah R, D, dan C terlihat pada Gambar 26. vi +V Vi C Vo Vo D R 0 T/2 T 0 T/2 T -V (a) (b) -2V (c) C + - C + - Vo Vo + V - R - V + R (d) (e) Gambar 27. Rangkaian Clamper Sederhana Gambar 26 (a) adalah gelombang kotak yang menjadi sinyal input rangkaian clamper (b). Pada saat 0 - T/2 sinyal input adalah positip sebesar

38 33 +V, sehingga Dioda menghantar (ON). Kapasitor mengisi muatan dengan cepat melalui tahanan dioda yang rendah (seperti hubung singkat, karena dioda ideal). Pada saat ini sinyal output pada R adalah nol (Gambar d). Kemudian saat T/2 - T sinyal input berubah ke negatif, sehingga dioda tidak menghantar (OFF) (Gambar e). Kapasitor membuang muatan sangat lambat, karena RC dibuat cukup lama. Sehingga pengosongan tegangan ini tidak berarti dibanding dengan sinyal output. Sinyal output merupakan penjumlahan tegangan input -V dan tegangan pada kapasitor -V, yaitu sebesar -2V (Gambar c). Terlihat pada Gambar 26 c bahwa sinyal output merupakan bentuk gelombang kontak (seperti gelombang input) yang level dc nya sudah bergeser kearah negatif sebesar -V. Besarnya penggeseran ini bisa divariasi dengan menambahkan sebuah baterai secara seri dengan dioda. Disamping itu arah penggeseran juga bisa dinuat kearah positip dengan cara membalik arah dioda. Beberapa rangkaian clamper negatif dan positip dapat dilihat pada Gambar 27. Vo C Vi V B D R Vo V B 0 T/2 T 2V C Vo Vi Vo D R V 0 T/2 T B V B Gambar 28. Rangkaian Clamper Negatip dan Positip 2V

39 34 8. Transistor dan Penggunaannya Transistor merupakan peralatan yang mempunyai 3 lapis N-P-N atau P-N-P. Dalam rentang operasi, arus kolektor I C merupakan fungsi dari arus basis I B. Perubahan pada arus basis I B memberikan perubahan yang diperkuat pada arus kolektor untuk tegangan emitor-kolektor V CE yang diberikan. Perbandingan kedua arus ini dalam orde 15 sampai 100. Simbol untuk transistor dapat dilihat pada Gambar 28a dan Gambar 28b. berikut ini. Gambar 29a. dan 29b. Simbol Transistor Daya berikut ini. Sedangkan karakteristik transistor dapat digambarkan seperti gambar Gambar 30. Karakteristik Transistor Daya

40 35 Salah satu cara pemberian tegangan kerja dari transistor dapat dilakukan seperti pada Gambar 30. Jika digunakan untuk jenis NPN, maka tegangan Vcc-nya positif, sedangkan untuk jenis PNP tegangannya negatif. Gambar 31. Rangkaian Transistor Arus Ib (misalnya Ib1) yang diberikan dengan mengatur Vb akan memberikan titik kerja pada transistor. Pada saat itu transistor akan menghasilkan arus collector (Ic) sebesar Ic dan tegangan Vce sebcsar Vce1. Titik Q (titik kerja transistor) dapat diperoleh dari persamaan sebagai berikut : Persamaan garis beban = Y = Vce = Vcc Ic x RL Jadi untuk Ic = 0, maka Vce = Vcc dan untuk Vce = 0, maka diperoleh Ic = Vcc/RL Apabila harga-harga untuk Ic dan Ice sudah diperoleh, maka dengan menggunakan karakteristik transistor yang bersangkutan, akan diperoleh titik kerja transistor atau titik Q. Pada umumnya transistor berfungsi sebagai suatu switching (kontak on-off). Adapun kerja transistor yang berfungsi sebagai switching ini, selalu berada pada daerah jenuh (saturasi) dan daerah cut off (bagian yang diarsir pada Gambar 24). Transistor dapat bekerja pada daerah jenuh dan daerah cut off-nya, dengan cara melakukan pengaturan tegangan V b dan rangkaian pada basisnya (tahanan R b ) dan juga tahanan bebannya (R L ). Untuk mendapatkan

41 on-off yang bergantian dengan periode tertentu, dapat dilakukan dengan memberikan tegangan Vb yang berupa pulsa, seperti pada Gambar Gambar 32. Pulsa Trigger dan Tegangan Output V ce Apabila V b = 0, maka transistor off (cut off), sedangkan apabila V b =V 1 dan dengan mengatur Rb dan R 1 sedemikian rupa, sehingga menghasilkan arus Ib yang akan menyebabkan transistor dalam keadaan jenuh. Pada keadaan ini Vce adalah kira-kira sama dengan nol (Vsat = 0.2 volt). Bentuk output Vce yang terjadi pada Gambar 31. apabila dijelaskan adalah sebagai berikut (lihat Gambar 31 dan Gambar 32) : 1. Pada kondisi Vb = 0, harga Ic = 0, dan berdasarkan persamaan loop : Vcc+ IcR1 + Vce= 0, dihasilkan Vce= +Vcc 2. Pada kondisi Vb = V1, harga Vce= 0 dan Iv = I saturasi Untuk mendapatkan arus I c, (I saturasi) yang cukup besar pada rangkaian switching ini, umumnya R L didisain sedemikian rupa sehingga R L mempunyai tahanan yang kecil.

42 37 LEMBAR LATIHAN 1. Jelaskan pengertian dari bahan semikonduktor! 2. Apa arti dari elektron valensi? 3. Apa yang dimaksud dengan semikonduktor intrinsik? 4. Sebutkan beberapa contoh semikonduktor bervalensi tiga! 5. Bagaimanakah rumus mencari harga reaktansi induktif (X L )? 6. Bagaimankah rumus mencari harga impedansi (Z)? 7. Suatu induktor diberi sumber tegangan AC 100 Volt, arus yang mengalir 1 Ampere, jika diukur dengan Ohmmeter, induktor tersebut berharga 99. Jika frekuensi sumber 50 Hz, berapakah kapasitas induktansi L.? 8. Apa arti kode warna resistor 5 gelang.? 9. Apa arti kode warna resistor 4 gelang.? 10. Apa arti kode 82 k 5% 9132 W pada resistor.? 11. Apa arti kode 5 W 22 R J pada resistor.? 12. Apa arti kode pada kapasitor: 562 J 100 V? 13. Apa arti kode pada kapasitor: 100 nj? 14. Apa arti kode pada kapasitor: 10 F 50 V? 15. Apa arti kode pada kapasitor: 104 k 100 V? 16. Bagaimana dioda semikonduktor dibentuk? 17. Bagaimana arus pada dioda yang diberi bias mundur? 18. Bagaimana arus pada dioda yang diberi bias maju? 19. Sebutkan macam-macam penggunaan dioda semikonduktor! 20. Jelaskan prinsip kerja penyearah setengah gelombang! 21. Jelaskan prinsip kerja penyearah gelombang penuh dengan trafo CT! 22. Jelaskan prinsip kerja penyearah gelombang penuh sistem jembatan!

43 38 DAFTAR PUSTAKA Boylestad and Nashelsky. (1992). Electronic Devices and Circuit Theory, 5th ed. Engelwood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc. Floyd, T. (1991). Electric Circuits Fundamentals. New York: Merrill Publishing Co. Herman DS. (1996). Elektronika: Teori dan Penerapan. Yogyakarta: FPTK IKIP Yogyakarta. Malvino, A.P. (1993). Electronic Principles 5th Edition. Singapore: McGraw- Hill, Inc. Milman & Halkias. (1972). Integrated Electronics: Analog and Digital Circuits and Systems. Tokyo: McGraw-Hill, Inc. Savant, Roden, and Carpenter. (1987). Electronic Circuit Design: An Engineering Approach. Menlo Park, CA: The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. Stephen, F. (1990). Integrated devices: discrete and integrated. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc

44 39 2 Menganalisis Rangkaian Listrik A. Objektif 1. Mendeskripsikan konsep rangkaian listrik 2. Menganalisis rangkaian listrik arus searah 3. Menganalisis rangkaian listrik arus bolak-balik 4. Menganalisis rangkaian kemagnetan B. Uraian Materi 1. Dasar Listrik Arus Bolak Balik (AC) a. Tegangan dan Arus Listrik 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 bolakbalik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Suatu bentuk gelombang tegangan listrik olak-balik dapat digambarkan seperti pada gambar 1 di bawah ini. Gambar 33. Bentuk Gelombang Tegangan Listrik Bolak-Balik.

45 40 Pesamaan tegangan sesaat v = V m 2π sin 2πft = Vm sin t = V T m sinωt Dimana v = Tegangan sesaat V m = Tegangan Maksimum ƒ = Frekuensi = 1/t (Hz) T = Periode = waktu untuk satu gelombang ω = kecepatan sudut = 2πƒ = 2π/T = radian perdetik. Frekuensi dalam listrik AC merupakan banyaknya gelombang yang terjadi dalam satu detik. Jika waktu yang diperlukan oleh satu gelombang disebut periode (T) maka. f 1 T = atau T 1 = f jika generator mempunyai P kutub dan berputar sebanyak N kali dalam satu menit, maka frekuensi mempunyi persamaan P N PN f = 120 = Jumlah kutub generator = Jumlah putaran permenit (rpm). b. Sudut Fase dan Beda Fase Dalam rangkaian listrik arus bolak-balik sudut fase dan beda fase akan memberikan informasi tentang tegangan dan arus. Sedangkan beda fase antara tegangan dan arus pada listrik arus bolak-balik memberikan informasi tentang sifat beban dan penyerapan daya atau energi listrik. Dengan mengetahui beda fase antara tegangan dan arus dapat diketaui sifat beban apakah resistif, induktif atau kapasitif.

46 41 c. Tegangan Efektif dan Arus Efektif Tegangan listrik arus bolak balik yang diukur dengan multimeter menunjukan nilai tegangan efektif. Nilai tegangan dan arus efektif pada arus bolak balik menunjukan gejala yang sama seperti panas yang timbul jika dilewati arus searah : Tegangan Efektif = Ief Tegangan Maksimum 2 = Tegangan Maksimum = I mak 2 = Imax d. Respon Elemen 1) Resistor dalam arus bolak balik. Rangkaian yang terdiri dari sebuah sumber tegangan bolak baliik dan sebuah resistor seperti Gambar 2 di bawah V R I R V = V m Sin ωt i = I m Sin ωt R ~ V = V m Sin ωt Gambar 34. Rangkaian R, Bentuk Phasor, dan Bentuk Gelombang Pada AC

47 42 Persamaan tegangan sumber V(t) = Vm Sin ωt Persamaan tegangan pada Resistor R v = i R v = tegangan sesaat i = arus sesaat R = resistansi Sehingga i = Vm Sin ωt R i = Im Sin ωt Pada beban resistor murni tegangan dan arus mempunyai fasa sama (sefase). Daya sesaat ( p ) P = vi = Vm Sin ωt.i m Sin ωt = Vm Im Sin 2 ωt Vm Im = (1- Cos 2 ω t ) 2 = Vm Im Vm Im Cos 2ωt Untuk satu gelombang nilai rata rata Vm Im Cos 2ω t = 0 2 Sehingga daya P = Vm Im = 2 P = V I watt Vm Im x 2 2 V = Tegangan Efektif I = Arus Efektif 2) Induktor murni dalam arus bolak balik

48 43 Bila tegangan bolak balik dipasang pada induktor murni seperti, maka induktor menghasilkan ggl yang melawan sumber yang besarnya di V = L dt L ~ V L v = V m Sin ωt I L Gambar 35. Rangkaian L dan Bentuk Pashor Pada AC. Tegangan Sumber v = V m Sin ωt sehingga: di V m Sin ωt = L dt Vm di = Sinωt dt L Vm i = Sin t L ω Vm i = ( Cosωt) ωl Vm π i = Sin( ωt ) ωl 2 Vm Arus sesaat ( i ) maksimum I m = ωl jika π Sin( ωt - 2 ) mempunyai nilai 1maka persamaan arus pada Induktor menjadi π I = I m Sin( ω t - ) 2

49 44 π Arus ketinggalan dengan sudut atau 90 o. 2 Daya Sesaat: Bentuk gelombang tegangan dan arus pada induktor dapat dilihat dalam Gambar 4 berikut ini. V = Vm Sin ωt π I = Im Sin ( ωt - ) 2 Gambar 36. Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus Pada Induktor P = vi π = Vm Im Sin ωt Sin( ω t - ) 2 p = daya sesaat Daya Untuk seluruh siklus Vm Im 2 π P = - Sin2ωt dt = Dari persamaan di atas dapat dijelaskan bahwa induktor murni tidak menyerap daya listrik hanya menyimpan energi listrik sesaat dalam jumlah terbatas. 3) Kapasitor dalam arus bolak balik Rangkaian yang terdiri dari sebuah sumber tegangan bolak baliik dan sebuah kapasitor seperti Gambar 5 di bawah.

50 45 I C i ~ v = V m Sinω t V C Gambar 37. Rangkaian C dan Bentuk Phasor Pada AC Tegangan sumber mempunyai persamaan v = V m Sinω t Muatan pada kapasitor q = Cv q = Muatan pada plat kapasitor C = Kapasitansi kapasitor V = Beda potensial/tegangan Persamaan Arus dq dcv i = = dt dt dcvvmsin ωt = dt = ωc Vm Cos ωt Vm π = Sin( ωt + ) 1/ ωc 2 π i = Im Sin ( ωt + ) 2 Dari persamaan tersebut terlihat bahwa arus mendahului tegangan dengan sudut 2 π atau 90 0 Daya: Daya sesaat pada kapasitor ( p ) P = vi

51 46 π = V m Sinω t ImSin ( ω t + ) 2 = V m I m Sinωt V fase 400 = Z fase 158, 2 1 = Vm I m Sinω t 2 daya untuk seluruh siklus 2π 1 P = Vm I m Sin2ωt dt = Dari persamaan di atas dapat dilihat bahwa kapasitor tidak menyerap daya listrik Karakteristik tegangan dan arus dari ketiga elemen pasif tersebut dapat dilihat dalam Tabel 1 berikut. Tabel 1. Karakteristik tegangan dan arus R, L, dan C Elemen Sudut fasa arus Dan tegangan Diagram Impedansi R Sefasa (sama fasa) V = V m Sin ωt i = I m Sin ωt R i v L Arus tertinggal 90 0 atau π 2 X L = ωl = 2π ½ π π 2 B A C Arus mendahului tegangan 90 0 atau ½ π φ XC = 1 1 = ωc 2π

52 47 2. Rangkaian Seri Arus Bolak Balik Beban Resistor dan Induktor Sebuah resistor R ohm dan Induktor L henry diseri dan dihubungkan dengan sebuah sumber tegangan arus bolak balik seperti Gambar 6 di bawah ini. B V R V L ~ O A Gambar 38. Rangkaian Dengan Beban R dan L Drop tegangan seperti terlihat pada OAB. Drop tegangan pada R = V R digambarkan oleh vektor OA, dan drop tegangan pada L = V L digambarkan oleh vektor AB. Tegangan Sumber V merupakan jumlah secara vektor dari V R dan V L V = V 2 R + V 2 L V = I = (IR) R 2 2 V + (IX + X 2 L L ) 2 = I R 2 + X 2 L Besaran 2 2 L R + X disebut impedansi ( Z ) dari rangkaian, yaitu : Z 2 = R 2 + X L 2 Dari gambar di atas terlihat bahwa arus ketinggalan terhadap teganagn dengan sudut adalah : tg = X L ωl = R R = reak tansi resis tan si

53 48 a. Daya (P): Daya rata-rata yang diserap rangkaian RL merupakan hasil kali V dengan komponen I yang searah V P = V I Cos Cos disebut faktor daya rangkaian Daya = Volt Ampere (VA) x Faktor Daya Watt = VA x Cos Jika daya dala kilowatt maka KW P = K VA x Cos = VI Cos = VI x (R/Z) = V/2 x I x P = I 2 R P = I 2 R watt b. FAKTOR DAYA (Pf = Power Faktor) Faktor daya dapat dirumuskan 1) Kosinus beda fase antara arus dan tegangan. 2) 3) resistansi impedansi = watt Volt.Ampere Sehingga Pf = Cos = R Z R Z = = W VA W VA = = kw kva kw kva Jika digambarkan dengan segitiga daya seperti ditunjukkan oleh Gambar 9 berikut ini. Gambar 39. Segitiga Daya

54 49 Hubungan ke tiga jenis daya adalah sebagai berikut : S 2 = P 2 + Q 2 kva 2 = kw 2 + k VAR 2 kw = kva Cos kvar =k VA Sin c. Beban Resistor dan Kapasitor Sebuah resistor R dan kapasitor C dihubungkan seri dan diberi tegangan bolak-balik, seperti ditunjukkan oleh gambar 10. R C R X C Z ~ V V R I I V R V C I V Gambar 40. Rangkaian RC Seri dan Diagram Phasornya. V R = I R = drop tegangan pada R (fasa sama dengan nol). VC = I XC= drop tegangan pada C (ketinggalan terhadap I dengan sudut π/2) X C = reaktansi kapasitif (diberi tanda negatif) karena arah V C pada sudut negatif Y

55 50 V = V 2 R + V 2 C V = I = (IR) R 2 2 V + ( IX + X 2 C C ) 2 = I R 2 + X 2 C Z 2 = R 2 + X C 2 disebut impedensi rangkaian. di mana tg = Dari gambar di atas terlihat bahwa I mendahului V dengan sudut - XC R Jika tegangan sumber dinyatakan dengan V = Vm Sinω t Maka arus dalam rangkaian R C seri dapat dinyatakan dengan I = Im sin (ωt + ) d. Beban R L C Seri Sebuah rangkaian seri R-L-C diberi tegangan V seperti Gambar 11di bawah ini. I V R V C ~ I Gambar 41. Gambar R-L-C Seri V C I VR = I R = drop tegangan pada R sefasa dengan arus I VL = I XL = drop tegangan pada L mendahului I dengan sudut 90 VC = I XC = drop tegangan pada C ketinggalan dengan sudut 90 V = tegangan sumber yang merupakan jumlah secara vektor

56 51 dari VR, VL dan VC, seperti terlihat dalam Gambar 12 berikut ini. Perhatikan gambar 12 berikut ini. V Z V L V C X L X C V R -V C R X C Gambar 42. Diagram Phasor Tegangan V = Z = V 2 R + (VL VC ) R 2 + (X L X C ) 2 = 2 R + X Beda fasa antara tegangan dan arus : Tg = 2 (X - XC) R L = X R Sedangkan faktor daya : Cos = R Z = R 2 R + (X X L C ) 2 Jika sumber tegangan diberikan V = Vm Sinω t Sehingga arus mempunyai persamaan : I = Im sin (ωt ± ) Tanda negatif bila arus ketinggalan terhadap tegangan, X L > X C atau beban bersifat induktif.

57 52 TSaudara positif bila arus mendahului tegangan, X L < X C atau beban bersifat kapasitif. e. Resonansi RLC Seri. Resonansi pada rangkaian RLC seri terjadi jika besarnya reaktansi sama dengan nol. Hal ini terjadi bila nilai X L = X C. Frekuensi saat terjadinya resonansi disebut fo, maka : XL = XC 2πfoL = 1 2πfoC fo = 1 2π LC f. Faktor Kualitas ϑ Faktor kualitas dalam rangkaian seri RLC adalah tegangan magnetisasi saat rangkaian berresonansi. Pada saat resonansi, besarnya arus maksimum : V I m = R Nilai Tegangan pada induktor atau kapasitor = I m X L Nilai Tegangan sumber adalah V = I m R Jadi tegangan magnetisasi dinyatakan sebagai berikut : Faktor kualitas Sehingga ϑ = 2πfoL R 1 L ϑ = ( ) R C I mx I R m L XL = R = di mana fo = 2πfoL R 2π 1 LC

58 53 Faktor kualitas juga dapat didefinisikan dalam bentuk : energi maksimal yang disimpan ϑ = 2π energi yang diserap dalam1 perioda Sedangkan lebar band : ω0 β = ϑ 0 3. Rangkaian Paralalel Arus Bolak Balik Dalam rangkaian arus bolak-balik apabila beban dihubungkan paralel maka untuk menganalisis rangkaian tersebut dapat diselesaikan dengan beberapa cara, antara lain : a. Metode Vektor. Misalkan rangkaian yang terhubung paralel terdiri dari dua cabang seperti ditunjukkan pada gambar 15 di bawah ini A I 2 R 2 C B Gambar 43. Rangkaian AC dengan Beban Terhubung Paralel. Dari cabang A diperoleh persamaan sebagai berikut : Z 1 = I 1 = 2 R + V Z = X 2 L V R X L Cos 1 = R1 atau 1 = Cos 1 ( Z 1 R 1 ) Z 1

59 54 Dari cabang B diperoleh persamaan : Z 2 = I 2 = 2 R + V Z = X 2 L V R X C Cos 1 = R 2 atau 1 = Cos 1 ( Z 2 R 2 ) Z 2 Pada cabang A vektor arus tertinggal terhadap tegangan dengan sudut 1. Sedang pada cabang B vektor arus mendahului tegangan dengan sudut 2 dan arus I merupakan jumlah vektor dari I 1 dan dapat dijelaskan dengan menggunakan gambar 16 berikut ini. I V I 1 Gambar 44. Gambar Vektor Rangkaian RLC Paralel. Vektor arus I 1 dan I 2 mempunyai komponen ke sumber X (komponen aktif) dan komponen ke sumber Y (komponen reaktif). Jumlah komponen aktif arus I 1 dan I 2 = I 1 Cos 1 + I 2 Cos 2 Jumlah komponen reaktif = I 2 Sin 2 I 1 Sin 1 Sehingga besarnya arus total I dinyatakan dengan persamaan; I = ( I Φ Cos Φ 1+ I 2CosΦ 2 ) + (I 2SinΦ2 I1Sin 1) Sedangkan sudut fase antara vektor tegangan V dan arus I dinyatakan dalam bentuk persamaan; Φ = tg 1 I 2SinΦ2 I1SinΦ1 I Cos Φ1 + I CosΦ 1 2 2

60 55 b. Metode Admitansi. Model rangkaian seperti gambar 17 dapat dianalisis dengan metode admintansi sebagai berikut; R 1 L 1 R 2 L 2 R 3 C Gambar 45. Rangkaian dengan Beban Paralel. Z 1 = Z 2 = Z 3 = XL R + Y 1 = X L2 R + Y 1 = 2 2 C R + X Y 1 = 1 = 2 2 g + ( b Z 1 1 1) 1 = 2 2 g2 + ( b2 ) Z2 1 = Z (b3) g + Y = Y 1 + Y 2 + Y 3 Z = Y 1 c. Resonansi Pada Rangkaian Paralel Jika rangkaian paralel dihubungkan dengan sumber tegangan yang frekuensinya berubah-ubah, maka pada frekuensi tertentu komponen arus reaktif jumlahnya akan nol. Pada kondisi ini rangkaian disebut beresonansi. Perhatikan Gambar 18 berikut ini.

61 56 I R L I C C I I C I L Cos 1 1 V Z 1 X R I 2 Sin 1 I L Gambar 46. Rangkaian RLC Paralel dan Diagram Phasor. Rangkaian beresonansi saat I C - I L Sin = 0 I L Sin = I C I L = Z V Sin = I C = X L Z V X C V X x L = Z Z V atau XL x X C = Z 2 X C X L = ωl dan Xc = 1 ωc maka ω L = Z 2 ωc

62 57 L = R X L C = R 2 + (2πf 0 L) 2 2πf 0 = 2 1 R LC 2 sehingga f0 = L Jika R diabaikan maka freakuensi resonansi menjadi f = 1 1 = sama seperti Resonansi Seri. ωc 2π 1 2π 2 1 R 2 LC L 4. Rangkaian Tiga Fasa a. Tegangan dan Arus pada Hubungan Bintang ( Y ) Tegangan sistem tiga fase hubungan bintang terdiri dari empat terminal salah satunya titik nol. Urutan fase ada yang menyebut RST, a b c, atau fase I, II, III. Dalam hubungan bintang sumber tegangan tiga fase ditunjukkan oleh Gambar 20 di bawah ini. V T V S V ST N V TR V R V V V V R S T R, fase = V = V = V V S ef ef ef dan V T 0 0 disebut dengan tegangan V RS Gambar 47. Diagram Phasor Sambungan Bintang Sedangkan V RS = V R - V S V ST = V S - V T V TR = V T - V R Disebut dengan tegangan line ( v l ) V L = V fase x 3 Berdasarkan gambar phasor di atas

63 58 V V V RS TR ST = V = V L = V L L Jika sumber tiga fase hubungan bintang dihubungkan dengan beban seimbang, sambungan bintang dapat digamabarkan sebagai berikut ( Gambar 21). R I R N S T I N I S I T Gambar 48. Hubungan Bintang dengan Beban Seimbang Pada Hubungan Y Y V L = V f x 3 I = I f Pada beban seimbang I R + I S + I T = I N = 0 Daya total P V f = 3 X V VL = 3 f I I f f cos φ = I sehingga P = 3 V V cosφ L L L b. Arus dan Tegangan pada Sambungan Segitiga ( ) Sambungan segitiga dapat ditunjukkan oleh gambar 22 di bawah.

64 59 I 1 = I R - I S I S I R I 3 = I T I R I T I 2 = I S I T Gambar 49. Sambungan Segitiga. Pada sambungan segitiga Tegangan line = tegangan fase V L = V f Arus line = 3 arus fase I L = 3 I f Jika beban seimbang besar arus line akan sama I 1 = I 2 =I 3 =I L tetapi sudut fase berbeda listrik. c. Daya pada sambungan segitiga Daya setiap fase P f = V I cos f f φ Daya total P = 3 x V I karena f V f f cosφ = V L I f = I L 3 maka P = 3 V f I f cosφ

65 60 LATIHAN 1. Hitunglah banyak putaran generator setiap detik bila diketahui sebuah pembangkit listrik tenaga air ( PLTA ) mempunyai generator dengan 20 kutub, untuk menghasilkan frekuensi 50 Hz! 2. Hitunglah penunjukan voltmeter dari suatu tegangan bolak balik gelombang sinus yang menunjukan 200 volt puncak - puncak jika dilihat CRO! 3. Hitunglah arus yang mengalir pada lampu dan tahanan lampu bila lampu pijar volt, 100 watt dipasang pada tegangan 225 volt.! 4. Sebuah kompor listrik 225 volt, 900 watt mempunyai elemen pemanas 5 m. hitunglah arus dan tahanan elemen. Jika elemen pemanas putus, kemudian disambung sehingga panjangnya menjadi 4,8 m. hitunglah besar tahanan, arus dan daya kompor yang dipasang pada tegangan 225 volt! 5. Hitunglah arus dan daya yang diserap oleh kapasitor, jika dua buah kapasitor 60 µf dan 40 µf diseri dan dipasang pada tegangan 220 V, 50 HZ!. 6. Sebuah kumparan mempunyai resistansi 80 Ω dan induktor 0,192 H dipasang pada tegagan 225 V, 50 H. Hitunglah : a. Arus yang mengalir b. Faktor daya c. Daya aktif, reaktif dan daya semu. 7. Sebuah rangkaian seri jika dihubungkan dengan tegangan 100 V DC menyerap daya 500 W jika dihubungkan dengan 100 V AC, 50 Hz menyerap daya 200 watt. Hitung besar resistensi dan induktansi. 8. Sebuah kapasitor 10 µf diseri dengan resistor 120 Ω dan dipasang pada tegangan 100 V, 50 Hz. Hitunglah : a. Arus b. Beda fasa antara arus dan tegangan. c. Daya yang diserap

66 61 9. Hitunglah besar R dan C dari suatu rangkaian seri R c yang dihubungkan dengan tegangan 125 V, 60 Hz. Arus yang mengalir 2,2 A dan daya yang diserap 96,8 watt! 10. Hitunglah besar C agar lampu pijar 750 watt,100 V mendapat tegangan yang sesuai, bila lampu tersebut digunakan pada tegangan 230 V, 60 Hz diseri dengan kapasitor.! 11. Hitunglah kapasitansi kapasitor, induktansi, dan resistansi, jika diketahui sebuah resistor, kapasitor dan induktor variabel diseri dan dihubungkan dengan sumber tegangan 200 V, 50 Hz. Arus maksimum 314 ma dan tegangan pada kapasitor 300 V! 12. Sebuah kumparan mempunyai resistansi 8 Ω dan induktansi 0,0191 H diparalel dengan kapasitor 398 µf dan resistansi 6 Ω serta dihubungkan dengan tegangan 200 V, 50 Hz. 1,8 Ω 0,019 H 6 Ω 398 F 200 V, 50 Hz Hitunglah: a. Arus masing-masing cabang. b. Daya masing-masing cabang c. Arus total d. Sudut fase antara arus dan tegangan

67 Hitunglah arus total dan faktor daya dari rangkaian di bawah ini! 3 Ω 4 Ω 8 Ω 6 Ω 100 V 14. Hitunglah frekuensi resonansi dari sebuah induktor yang mempunyai induktansi 0,25 H dan resistansi 50 ohm dan di paralel dengan kapasitor 4 µf? 15. Bagaimanakah hubungan antara tegangan phasa dengan tegangan line dari data yang diperoleh? 16. Bagaimanakah hubungan antara arus phasa dengan arus line untuk percobaan di atas? 17. Sumber tegangan tiga fase hubungan bintang dengan tegangan line 400 V dihubungkan dengan beban seimbang sambungan bintang yang setiap fase terdiri dari R = 40 Ω dan X L = 30 Ω. Hitunglah : a. Arus line b. Total daya yang diserap 18. Tiga buah kumparan yang sama masing masing mempunyai resistansi 20 Ω dan indukatansi 5 H a. Hitunglah arus dan daya yang diserap jika kumparan disambung bintang dan dihubungkan dengan tegangan tiga fase dengan tegangan line 400 V, 50 Hz.! b. Hitunglah arus dan daya yang diserap jika kumparan disambung segitiga. c.

68 Suatu sumber tegangan mempunyai persamaan sebagai berikut v = 311 sin 314 t. jika sumber tegangan tersebut diukur dengan multimeter, berapa besar tegangan yang ditunjukkan multimeter? 20. Hitunglah arus dari sumber tegangan v = 311 sin 314 t yang dihubungkan dengan tahanan 100 ohm serta tentukan beda fase antara arus dan tegangan. 21. Hitunglah arus yang mengalir dan beda fase antara arus dengan tegangan dari sumber tegangan v = 311 sin 314 t yang dihubungkan dengan kapasitor 3,25 µf! 22. Sebuah sumber tegangan v = 100 sin 314 t diberi beban kapasitor, arus yang mengalir 0,4 ampere, hitunglah kapasitansi dari kapasitor! 23. Sebuah kumparan mempunyai resistansi 10 ohm dan induktansi 0,125 H. Jika kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan 220 V, 25 Hz. Hitunglah impedansi, arus yang mengalir, dan daya yang diserap serta faktor daya! 24. Hitunglah resistansi dan induktansi sebuah kumparan yang dihubungkan dengan tegangan 250 v, 50 Hz dan mengalirkan arus 10 A serta faktor daya 0,8! 25. Sebuah rangkaian seri terdiri dari R = 10 Ohm, L == 100mH/π, C = 500 µf/π. Hitunglah a. Arus yang megalir jika diberi tegangan 100 V, 50 Hz. b. Faktor daya rangkaian. c. Frekuensi yang menghasilkan resonansi. 26. Rangkaian seri terdiri dari R = 15 ohm, L = 4 H dan C = 25µF. Dihubungkan dengan tegangan 230 V. Hitunglah! a. Frekuensi resonansi b. Arus pada saat resonansi

69 Hitunglah arus total dan faktor daya dari rangkaian di bawah ini! 5 Ω 2 Ω 6 Ω 8 Ω 200 V, 50 Hz 28. Sebuah sumber tiga fase yang mempunyai tegangan 400 V dihubungkan dengan beban tiga fase hubungan bintang yang tiap fase terdiri dari R = 4Ω dan X L = 3 Ω. Hitunglah arus jaringan dan daya yang diserap! DAFTAR PUSTAKA Edminister, Joseph A, Ir Soket Pakpahan, Teori dan soal-soal Rangkaian Listrik, Erlangga, Jakarta, Hayat, William H, Kemmerly, Jack E, Pantur Silaban PhD, Rangkaian Listrik jilid I, Erlangga, Jakarta Hayat, William H, Kemmerly, Jack E, Pantur Silaban PhD, Rangkaian Listrik jilid II, Erlangga, Jakarta Theraja, Fundamental of Electrical Enginering and Electronics, S Chand & Co (PUT) LTD, New Delhi, 1976.

70 65 3 Merawat dan Memperbaiki Peralatan Rumah Tangga Listrik A. Objektif 1. Memahami jenis peralatan rumah tangga listrik yang menggunakan alat pemanas 2. Memahami prosedur perawatan peralatan rumah tangga listrik menggunakan alat pemanas listrik 3. Memahami jenis peralatan rumah tangga listrik yang menggunakan motor listrik. 4. Memahami prosedur perawatan peralatan rumah tangga listrik menggunakan motor listrik 5. Merawat peralatan rumah tangga listrik yang menggunakan alat pemanas dan motor 6. Memahami data sheet komponen peralatan rumah tangga yang menggunakan alat pemanas dan motor listrik. 7. Memahami cara perbaikan peralatan rumah tangga listrik. 8. Memperbaiki peralatan rumah tangga listrik yang menggunakan alat pemanas dan motor listrik. 9. Memeriksa hasil perbaikan menggunakan alat ukur multimeter. 10. Melakukan uji fungsi hasil perbaikan B.Uraian Materi 1. Peralatan Dasar untuk Perbaikan Peralatan Rumah Tangga Listrik. Untuk pekerjaan perbaikan peralatan, Saudara hanya memerlukan peralatan yang sederhana, peralatan mekanik dan listrik. Alat ini tidak mahal, mudah disiapkan, dan mudah menggunakannya; Saudara dapatmemiliki dan menyiapkannya di bengkel Saudara. Ada beberapa perlengkapan yang sangat

71 66 njlimet dibutuhkan untuk reparasi yang komplek, dan perlengkapan ini mahal tetapi itu gambaran untuk jangka panjang. Untuk banyak pekerjaan, bagaimanapun, peralatan sederhana sudahlah memadai. Belilah peralatan perbaikan peralatan Saudara karena Saudara membutuhkannya, jika Saudara belum memilikinya. Keperluan yang sederhana. Pertama,Saudara akan memerlukan pemilihan obeng yang berkualitas baik minimal 3 ukuran untuk obeng stsaudarar, dan sebuah obeng jenis - Phillips. Tang kombinasi berhidung panjang juga vital. Saudara juga membutuhkan palu sebuah palu genggam, baik kunci sekrup yang dapat distel, dan satu set kunci sok, pompa minyak, perlengkapan pisau, dan lampu gangguan Beberapa perlengkapan listrik sederhana juga diperlukan pengepas patron, tang pengupas kabel dan alatsolder,jumper, dan tahanan lilitan kawat 20 k /2W, untuk bekerja pada motor kapasitor. Tahanan tidak mahal dan banyak didapat di toko alat-alat TV. Semua peralatan listrik Saudara harus terisolasi dengan tangan. Untuk bekerja dengan peralatan kecil, Saudara membutuhkan peralatan yang sama; Saudara juga membutuhkan obeng yang lebih kecil. Tang kombinasi circlip, untuk membuka penahan clip pada rakitan gear, adalah berguna, tetapi tidak harus; obeng akan sering dipakai untuk hal yang sejenis. Bahanyang dibutuhkan untuk bekerja pada peralatan kecil termasuk tahanan-minyak panas, digunakan untuk peralatan yang menghasilkan panas, minyak-gear silikon, diperoleh pada tempatreparasi peralatan; dan pembersih kontak listrik, dapat diperoleh di tempat reparasi peralatan dan suplier peralatan listrik. Saudara juga membutuhkan kertas gosok yang sangat baik (No. 0000), steel wool untuk membersihkan kotak kontak listrik, dan kain pembersih. 2. Peralatan untuk Pengetesan Listrik Banyak reparasi peralatan yang juga memerlukan pengetesan listrik untuk mendiagnose permasalahan secara teliti. Minimal 80% dari waktu akan

72 67 Saudara gunakan untuk menemukan titik kesalahan peralatan dengan bantuan tabel pencari kesalahan pada bagian lain, dan hasilnya dipakai untuk mereparasi. Tetapi 20% dari waktu yang lain, Saudara perlukan 1 dari 3 piranti tes kelistrikan untuk menentukan letak kesalahan: sebuah tester tegangan, tester sambungan, atau sebuah AVO (Amper-Volt-Ohm meter). Dengan perlengkapan ini Saudara harus dapat menjelaskan bahwa arus listrik mengalir melewati bagian peralatan yang Saudara diagnosis ketidakfungsiannya. Contoh peralatan AVO meter bias dilihat pada gambar dibawah : tester tegangan AVO Meter tester sambungan Gambar 50. Piranti testing AVO meter dan kelengkapannya. a. Pengetes (Tester) Tegangan. Tester tegangan adalah alat yang paling sederhana dari ketiga jenis alat ini. Alat ini terdiri dari lampu neon kecil dengan dua sambungan kawat yangterisolasipadabagian bawah dari rumah (lampu) ; setiap ujung kawat terdapat sebuah logam probe-tes. Tester tegangan ini digunakan dengan hidupnya arus, untuk menentukan adakah arus yang mengalir melalui kawat

73 68 dan untuk mengetes kelayakan pembumian. Kadang-kadangjuga digunakan untuk mengetahui apakah tegangan yang ada memadai. Carilah tester yang mempunyai daerah kerja (range tegangan) di atas 500 volt. Untuk menggunakan tester tegangan, tempelkan atau sambungkan salah satu probe pada kawat dan probe yang lain untuk kabel yang berbeda. Jika komponen sedang menerima listrik, lampu di dalam bola akan memijar; jika lampu tidak memijar, kesalahan ada di titik ini. Sebagai contoh, jika Saudara mencurigai bahwa kotak-kontak ada kesalahan, masukkan salah satu probe tester ke dalam lubang KK, dan probe yang lain masuk dalam lubang KK yang lain. Lampu tester akan segera menyala, jika tidak, KK mungkin rusak. Untuk melanjutkan tes KK, keluarkan KK dari tembok. Tempatkan salah satu probe tester pada sambungan terminal sekrup dan probe yang lain pada terminal sekrup yang lain. Jika bola pijar tester menyala, Saudara tahu bahwa KK tidak berfungsi lagi ada arus mengalir ke KK, tetapi aliran tidak melewati KK untuk menyediakan daya ke peralatan. Jika lampu tidak menyala, tidak ada arus yang masuk ke KK. Masalahnya mungkin sekering putus atau CB trip, atau kawat mungkin terputus atau kerusakan di belakang KK. b. Pengetes (Tester) Sambungan. Tester sambungan, pada pokoknya adalah alat diagnosis untuk perbaikan beberapa peralatan, terdiri dari sebuah baterai di dalam bodi, dengan sebuahprobe-testerhubungke salah satu ujung akhir pada rumah baterai dan kawat tes dengan sebuah kepala kekang dihubungkan pada ujungnya. Tester sambungan ini digunakan dengan kondisi arus mati, untuk menentukan kembali komponen listrik yang masih baik dan dimana letak kegagalan fungsinya. Untuk menggunakan tester sambungan, steker tidak diperlukan dan lepaskan saja untuk mendapatkan pengetesan pada komponen.

74 69 Kekang-pengikat tester ke salah satu kawat atau disambungkan pada komponen dan tempelkan (sambungkan)probe ke kawat yang lain. Jika komponen menerima aliran listrik dari tester, tester akan menyala atau berdengung; rangkaian terhubung. Jika tester tidak menyala atau berdengung, atau jika reaksinya hanya sesaat, komponen rusak. c. Ampere-Volt-Ohm mater (AVO meter). Tester tegangan dan tester sambungan sudah memadai untuk berbagai pekerjaan diagnosis, dan alat-alat itu tidak mahal. Tetapi untuk reparasi dan pencari kesalahanperalatanyang agak berat,saudaraharus memiliki AVO meter, juga dikenal sebagai Multimeter. AVO berdaya baterai dan digunakan dengan arus dalam kondisi mati (off). Alat ini digunakan untuk mengecek aliran (sambungan) suatu penghantar atau komponen dan mengukur arus listrik dari 0-250V AC/DC yang mengalir melalui penghantar atau komponen. Alat ini digunakan dengan memasukkan tes-lead, pada kedua ujung probe. Tombol pengaturatau switch diatur untuk pengukuran sambungan pada skala yang diinginkan, biasanya ohm; jarum menunjukkan arah arus mengalir melalui komponen yang dites. Alat ukur AVO meter secara khusus digunakan untuk pengetesan peralatan, sebab dia digunakan saat power mati; tak ada bahaya listrik saat menggunakannya. AVO meter mendapatkaninformasiyanglebih akurat, dalam banyak hal, daripada tester sambungan, oleh karenanya AVO lebih baik untuk pengetesan banyak komponen. Belajar membaca AVO adalah sangat mudah, dan pabrik pembuatnya telah melengkapi dengan instruksi operasinya. 3. Komponen-komponen Dasar Bagaimanapun kompleksnya komponen-komponenyang ada, peralatan memiliki komponen listrik dasar yang sama penghantar listrik, steker dan kabelnya, berbagai sakelar, sensor, dan elemen-elemen

75 70 Semua komponen ini dapat tidak berfungsi, dan sering kita lihat bahwa kerusakan total dalam suatu peralatan adalah karena gangguan pada komponen-komponen yang sangat sederhana. Untuk kasus ini, adalah penting untuk diketahui bagaimana komponen listrik dasar ini bekerja, mengapa mereka rusak, dan bagaimana memperbaikinya atau menggantinya. Dengan informasi ini, diharapkan dapat menangani banyak permasalahan peralatan yang sangat sederhana, dengan sedikit usaha dan tantangan. a. Kabel Power dan Kabel Steker Banyak peralatan yang rusak yang sesungguhnya adalah aus, kabel power yang terentang atau steker yang kurang panjang untuk membuat kontak listrik yang baik. Pastikan operasi aman Saudara dapat memeriksa semua kabel peralatan untuk permasalahan yang terjadi secara periodik, dan mengganti kabel yang meregang atau inti kabel yang putus. Jika Saudara curiga bahwa kabelnya rusak, lepaskan kabel dari peralatan dan periksalah dengan tester sambungannya. Jepitkan ujung kontak tester ke dalam steker, dan tempelkan probe pada salah satu dari kedua kawat atau jika kabel di dalam steker, masukkan probe dalam salah satu dari kedua lubang ujung akhir kabel dari peralatan. Jika tester berbunyi atau menyala, pindahkan ke kawat yang lain atau lubang yang lain, dan teslah kembali. Ulangi prosedur ini untuk mengetes ujung kontak yang lain pada steker. Jika tester menyala atau berbunyi pada setiap titik pengetesan, kabel tidak rusak; jika tidak nyala atau tidak bunyi pada beberapa titik, kabel atau steker ada gangguan. Saudara dapat menemukan titik kesalahan dengan memotong kabel pada ujungnya dan lakukan pengetesan. Jika sekarang tester menyala/berbunyi pada setiap titik, steker adalah bagian yang rusak. Komponen rusak kabel atau steker, atau keduanya dapat diganti. b. Penggantian Kabel Snur. Penggantian kabel snur pada peralatan, peralatan daya, dan juga perlengkapan lainnya biasanya merupakan pekerjaan yang mudah. Beberapa

76 71 kabel snur khusus dapat dibeli satu set lengkap, dengan steker pada salah satu ujungnya dan terminal penghubung khusus pada ujung yang lain. Secara umum, kabel dapat disusun dengan sebuah steker yang terpisah, kabel snur secukupnya, dan mungkin terminal penghubung yang cocok. Kompor listrik dan seterika, sebagi contoh, menggunakan kabel snur set lengkap; gergaji meja dan mixermenggunakan kabel snur dengan susunan yang umum. Pastikan selalu bahwa Penggantian kabel yang sudah tua/usang harus dilakukan kabel yang baru yang sejenis. Seringkali merupakan bagian yang sulit dari pekerjaan ini adalah mencoba untuk menentukan titik sambungan dengan peralatan sehingga Saudara dapat melepas kabel snur yang sudah usang dan menggantinya dengan yang baru. Kadang-kadang setiap kali Saudara harus melepaskan tutup kotak sambungan, seperti pada pompa air. Dalam hal yang lain, seperti pengering rambut yang kecil, unitnya sendiri adalah bagian terpisah yang harus membongkar peralatan sebelum Saudara dapat menemukan terminal sambungannya. Dalam hampir setiap kasus, kabel snur diklem pada suatu tempat dengan sebuah klem atau piranti penjepit-suai. Untuk melepas kabel, kendorkan terminal sekrup atau dengan menekan bagian penghubung-tekan, lepaskan klem atau piranti penjepit, lalu lakukan penggantian kabel snur yang baru. Jika Saudara merusakkan piranti penjepit pada saat melepaskannya, gantilah dengan yang baru yang sejenis. Pada beberapa perlengkapan, ujung akhir kabel dibelitkan melingkar terminal skrup, dan pembuatan sambungan baru adalah mudah. Berhatihatilah mengupas isolasi kabel bagian luar bukan isolasi bagian dalam kirakira sepanjang 3 inci pada ujung kabel. Kemudian, dengan pengupas kabel, kupas kira2 0.5 inci dari ujung pada setiap kabel. Pilinlah inti setiap kabel yang sudah terkupas, kencangkan, masukkan dalam lubang kontak. Lepaskan terminal sekrup dan belitkan setiap inti kabel dan ikatkan melingkar sekrup; kemudian kencangkan sekrup seperlunya. Hubungkan kabel pada ujung

77 72 peralatan untuk kabel yang baru dengan cara yang sama pada sambungan kabel yang lama. Dalam beberapa peralatan, solderan terminal sambungan untuk kabel yang lama mungkin diklem, dan Saudara harus mengganti terminal yang lebih baik untuk kabel yang baru. Terminal yang diperlukan ini ada beberapa jenis, dan alatnya disebut staker atau crimper. Saudara dapat memperoleh alat ini di suplier automotiv atau listrik. Dalam beberapa hal, terminal mungkin di solder dengan ujung konduktor. Saudara dapat menggantinya dengan terminal sambungan solderan. b. Penggantian Steker. Jika hanya steker peralatan yang rusak, Saudara dapat mengganti dengan steker baru pada kabel power yang lama. Steker laki2 dengan 2 ujung kontak dan sebuah kontak PE, masukkan ke dalam KK. Steker perempuan (rumah steker) sering digunakan pada ujung kabel snur (power) dari peralatan, mempunyai lubang-lubang terminal pada bilah kontaknya. Steker laki2 biasanya dapat diambil per bagian sehingga Saudara dapat mengambil sekrupterminal. Steker perempuan mungkin diikat dengan paku keling atau dengan sekrup; sekrup pengikat steker dapat diambil secara terpisah, tetapi keling-pengikat steker tidak dapat diperbaiki. Jika steker tidak berfungsi, buka steker, jika mungkin, dan cek untuk meyakinkan kawat penghantar telah terikat dengan baik pada terminal sekrup steker. Jika kawat lepas, ikatkan pada terminal sekrup. Ini mungkin sudah dapat memecahkan permasalahan; jika belum, steker dapat diganti.

78 73 Gambar 51. Steker dengan 2 kawat, tali penguat diikat dengan kabel bagian dalam sepatu kabel ring ujung sambungan kontak rumah cetak Gambar 52. Detail dari Steker

79 74 Untuk mengikatkan pada steker jantan yang baru, masukkan ujung kabel dengan membuka steker terlebih dahulu, dan menariknya 5 atau 6 inci. Berhati-hati mengupas isolasi luar bukan isolasi kabel yang dalam kirakira 3 inci, kemudian, dengan pengupas kabel, kupas sekitar 1/2 inci dari ujung pada setiap kabel penghantar. Pilin bagian inti yang terlepas dari setiap kabel, kencangkan, masukkan ke dalam lubang kontak. Setelah pemilinan ujung penghantar, talikan simpul penguat dengan kawat bagian dalam dari kabel snur. Pada steker dengan 2 kawat, lilitkan setiap kawat melingkari prong dan kencangkan terminal sekrup. Lilitkan ujung kawat telanjang melingkupi terminal sekrup, dan kencangkan sekrup. Jika sekrup berbeda warna (metal), hubungkan kabel putih ke sekrup putih, dan kabel hitam ke sekrup kuning. Pada steker dengan 3 kawat, gunakan teknik yang sama untuk menghubungkan setiap kabel ke terminal sekrup. Hubungkan kabel PE (hijaukuning) ke terminal sekrup hijau. Jika kabel telah terlindungi secarabaik pada terminal sekrup, pasangkan isolator karton di atas bilah kontak steker. Jika steker mempunyai klem jenis selongsong, klemlah melingkari kabel secara pas. c. Gasket Semua peralatan yang menggunakan air atau mengerjakan pekerjaan dingin dan beberapa yang mengerjakan panas mempunyai gasket, biasanya di pintu. Gasket berfungsi 2 hal: menjaga kebocoran air dan udara, dan menambah efisiensi peralatan. Jika gasket rusak, harus diganti sesegera mungkin. Untuk menentukan kembali gasket yang rusak, periksalah untuk yang retak dan sobek. Gasket terasa seperti bunga karang; jika gasket sudah terlalu keras, gantilah. Mengganti gasket yang rusak dengan yang baru dan dibuat khusus untuk peralatan; jangan menggunakan yang umum, darisemua jenis gasket.

80 75 Ada 2 jenis dasar gasket, dipasang rata dan dipasang beralur. Gasket pasangan-rata diamankan (dikunci) ke pintu oleh serentetan sekrup atau kekang (clip), atau pemegang di suatu tempat oleh keping (bantalan) penguat atau sebuah plat. Gasket pasangan -alur dicekam (dipegang) oleh pasak penguat; pemasak khusus atau alat gasket membuat pekerjaan pemasangan menjadi lebih mudah. Gunakan semen gasket untuk memasang jenis gasket yang lain, seperti yang direkomendasikan oleh pabrik. Pertama, lepaskan gasket yang sudah usang. Jika gasket adalah pasangan alur, tariklah dengan hati-hati dari alurnya; jika pasangan-rata, lepaskan pengunci, bantalan penguat, atau plat untuk memunculkan gasket. Bersihkan daerah yang dilewati gasket dengan air panas dan cairandetergen, atau, bila perlu dengan spirtus mineral. Keringkan pintu dan kemudian pasang gasket yang baru, haluskandi setiap tempat, masukkan pada tempatnya dan permudahlah di setiap pojok yang melingkar; gunakan semen gasket jika dikhususkan oleh pabriknya. Jika Saudara sedang memasang gasket pasangan pasangan-alur, tekan masuk pada tempatnya dengan alat pemasak. Yakinkan bahwa gasket berada pada posisi yang baik dan halus, dengan tanpa terdapat bagian yang menonjol atau melekuk ke bawah. Akhirnya, gantilah pengunci atau bantalan penguat atau plat dan kuncilah. Keluarkan sisa2 semen gasket dengan spirtus mineral; hati-hati jangan sampai merusak cat peralatan. d. Pengawatan Banyak pekerjaan perbaikan peralatan termasuk pengawatan hubungan kabel secara terpisah atau bergabung pada pemasangan kabel untuk komponen listrik baru. Pengawatan kelistrikan di dalam peralatan mungkin dihubungkan dalam satu atau beberapa cara, termasuk di dalamnya hubungan dasar dengan terminal sekrup, terminal tekan-masuk, dan kadang2 terminal sepatu kabel jenis selongsong. Kawat mungkin juga disambung dengan penghubung solder. Komponen yang mempunyai banyak pengawatan timer pencuci, dalam hal ini, yang mengontrol beberapa putaran operasi sering

81 76 disambungkan dalam suatu pengawatan, sekelompok kabel dimasukkan dalam selongsong plastik. Setiap jenis sambungan kawat harus dibuat baik saat Saudara memasang komponen baru, untuk setiap kabel terpisah dan setiap kabel pada kelompok. Sebelum Saudara menyambung beberapa kabel dalam peralatan, yakinkan bahwa Saudara tahu bagaimana mengikatnya; jika Saudara memasang komponen yang baru, ikatlah kabel dengan cara yang sama. e. Sakelar Sakelar bekerja untuk membuat hubungan dari penghantar pada rangkaian kelistrikan. Jika peralatan dimasukkan ke Kotak Kontak, berarti menghubungkan ke jaringan listrik yang tersedia, dalam hal ini daya listrik mengalir melewati penghantar dalam rangkaian dan ke peralatan listrik. Ketika sakelar ON/OFF peralatan dihidupkan, penghantar pada peralatan digerakkan masuk dan terhubung dengan penghantar jaringan, dan aliran listrik melalui sakelar untuk menjalankan/ mengaktifkan peralatan listrik. Arus mengalir dalam rangkaian tertutup melalui peralatan, kembali melalui sakelar dan ke jaringan. Komponen dasar peralatan yang lain sebenarnya sejenis atau variasi dari sakelar reoshtat, thermostat, solenoid, dan timer, sebagai contoh, semua adalah sakelar atau sakelar sekunder. Komponenkomponen ini bekerja di dalam peralatan, menggerakkan motor listrik, membuka dan menutup katup, elemen kontrol panas, dan menghidupkan bagian yang berbeda pada peralatan hingga putaran yang berbeda, seperti halnya pembilas dan putaran kipas pada mesin cuci. Ada beberapa jenis sakelar tombol tekan, toggle, rockers, slides (sorong/geser), sakelar alir, dsb.

82 77 Gambar 53. Pemasangan Kabel Power Pada Terminal terminal tekanmasuk celah pemuncul kawat Gambar 54. Cara menghubngkan Kabel listrik di dalam peralatan rumah tangga listrik ujung kupasan kabel

83 78 Semua sakelar membuat kontak listrik di dalam rumah mekaniknya, dan kesalahan sakelar dapat disebabkan oleh permasalahan dengan kontaknya atau rumahnya. Ketika sakelar tidak berfungsi, putarlah pada posisi ÓN dan telitilah jika kontak digerakkan masuk ke posisi hingga kotak kontak menyentuh. Jika kotak kontak tidak beroperasi dengan baik, jika kotak kontak tidak bekerja dengan baik, rumah sakelar adalah rusak, dan sakelar harus diganti. Jika kerja mekanik sakelar baik, kontaknya mungkin kotor atau bengkok; jika sakelar mempunyai terminal sekrup, ini dapat dibersihkan. Jika kontaknya kotor atau terkorosi, bersihkan dengan amril kayu, dan kemudian dengan kain halus; jika kontak belum lurus, luruskan dengan berhati-hatilah hingga kembalipada tempatnya.kencangkan terminal sekrup yang dilepas. Jika kontak atau sekrup terkorosi berat, sakelar harus diganti. Untuk menentukan lagi apakah suatu sakelar dapat bekerja dengan baik, bongkarlah peralatan untuk mendapatkan sakelarnya, dan teslah dengan tester aliran atau AVO, setlah pada skala Rx1. Dengan steker peralatan terlepas, kaitkan kekang (clip) tester pada salah satu colok dengan sakelar dan tempatkan probe pada terminal yang lain; atau tempelkan probe AVO pada setiap terminal. Hidupkan sakelar. Jika sakelar berfungsi, tester aliran akan menyala atau berbunyi, dan akan menghentikan sinar atau bunyi jika sakelar dimatikan; atau AVO akan terbaca tak terhingga. Jika tester tak menyala atau berbunyi, atau AVO tidak menunjukkan harga yang lebih tinggi dari nol, sakelar rusak, dan harus diganti. Beberapa sakelar mungkin akan menunjukkan harga pembacaan yang lebih tingi dari nol, seperti yang terdapat dalam setiap peralatan. Gunakan sakelar yang baru dari jenis yang sama untuk mengganti sakelar yang lama, dan pasangkan pada tempatnya dengan cara yang sama. f. Thermostat Thermostat adalah sakelar yang mengontrol suhu, dalam komponen pemanas atau piranti pendingin. Thermostat digunakan di dalam peralatan

84 79 dengan menggunakan kekang-bimetal, cakram-bimetal, atau suatu tempat yang berisi gas untuk mengontrol kontak listrik. Kerusakan pada thermostat kekang-bimetal dan cakram-bimetal dapat diganti. Thermostat isi gas kadang2 dapat diperbaiki secara profesional; dimana perbaikan adalah mungkin tetapi kebanyakan sedikit lebih mahal daripada menggantinya. Untuk menentukan kembali sebuah thermostat masih berfungsi, bongkarlah peralatan untuk mengambil thermostat, dan testlah dengan tester aliran atau dengan AVO yang distel pada skala Rx1. Dengan melepas steker peralatan, kaitkan kekang tester pada salah satu lead ke thermostat dan tempelkan probe ke yang lain; atau tempelkan salah satu probe pada setiap terminal AVO. Tester aliran harus menyala atau berbunyi; atau AVO akan terbaca nol. Putar ke bawah pengungkit (dial) dari pengontrol suhu; Saudara akan melihat titik kontak membuka pada thermostat. Thermostat akan menghentikan nyala atau bunyi jika kontak dibuka. Jika thermostat rusak, gantilah dengan yang baru dari jenis yang sama. g. Piranti Sakelar Kontrol Banyak peralatan yang memiliki beberapa fungsi, seperti halnya bermacam putaran pada pencuci atau bagian pencuci. Peralatan ini bekerja otomatis; pertama sakelar ON/OFFhidup, komponen sakelar di dalam peralatan, mengontrol panas, air atau aliran minyak, putaran motor, dan juga yang lain. Yang lebih penting dari piranti ini, digunakan untuk mengoperasikan sakelar, tuas, dan katup secara otomatis, juga solenoid2 relai dan elemen sensor. h. Elemen Pemanas Elemen pemanas bekerja sangat sederhana. Tidak seperti konduktor, elemen pemanas terbuat dari logam dengan tahanan listrik yang tinggi, biasanya paduan nikel-chrome yang disebut nichrome. Jika arus mengalir

85 80 melalui elemen, tahanan yang tinggi ini mencegahnya dari aliran yang mudah (cepat); aliran ini akan bekerja pada elemen, dengan kerja ini akan menghasilkan panas. Jika arus mati, elemen secara perlahan menjadi dingin. Ada 3 jenis elemen pemanas: kawat, pita, dan batang. Untuk mengecek lagi apakah elemen pemanas masih berfungsi, bongkarlah peralatan dan dapatkan elemen, lalu teslah dengan tester aliran atau AVO, set pada skala Rx1. Dengan steker terlepas, jepitlah clip tester pada terminal elemen pemanas dan tempelkan probe pada terminal yang lain; atau jepitkan salah satu clip AVO pada setiap terminal. Jika elemen berfungsi tester akan menyala atau berbunyi; atau AVO akan membaca dari Jika tester tidak menyala atau berbunyi, atau AVO membaca lebih tinggi dari 30, elemen adalah rusak, dan harus diganti. Jika Saudara menggunakan tester aliran bagaimanapun lihat dengan teliti pada tester, terutama jika elemen jenis light-up beberapa elemen pemanas mempunyai faktor tahanan yang tinggi sekali, dan sinar yang dihasilkan hanya sinar yang redup atau bunyi yang lemah. Reaksi ini bukan berarti bahan elemen rusak, tetapi bahan itu merubah arus menjadi panas yang efisien. Gambar 55.Pengukuran Tahanan dari Rangkaian Kelistrikan Elemen Pemanas

86 81 2. Pemeliharaan dan Perbaikan Motor Listrik pada Peralatan Rumah Tangga Listrik. Tergantung pada bagaimana pekerjaan-pekerjaan itu harus diselesaikan, peralatan mungkin memiliki satu atau beberapa jenis motor. Peralatan-peralatankecilbiasanya digerakkan olehmotor universal, ataudimana daya yang kecil diperlukan, dengan motor shaded-pole atau motor sinkron. Peralatan-peralatan besar biasanya digerakkan oleh motor fase-belah (splitphase) atau motor kapasitor. Motor DC digunakan untuk peralatan kecil yang menggunakan baterai sebagai sumber tenaga. Motor-motor universal dan DC mempunyai dua buah takal( blok ) arangyangdisebutsikat,yang berfungsi sebagai kontak listrik. Motor-motor yang lain tidak mempunyai sikat; yaitu motor-motor induksi, dimana rotor lilit digerakkan di dalam lempeng tetap yang disebut stator. Motor-motor bersikat dua dan motor-motor induksi digerakkan oleh gaya elektromagnit yang dibangkitkan oleh arus listrik yang melaluinya. Antara ukuran dan daya motornya, motor-motor peralatan biasanya saling tergantung dari waktu pemakaiannya. Saudara dapat memperpanjang umurnyadanmeningkatkanefisiensikerjanya dengan cara melumasi dan menjaga kebersihannya dengan baik. Peralatan-peralatan yang berpenggerak motor harus digunakan secara baik, artinya jangan sekali-kali membebaninya terlalu berlebih, jangan menyalahgunakannya, dan jangan mengabaikan permasalahan hingga menjadi lebih parah. Ada beberapa prinsip dasar untuk mengoperasikan motor penggerak di dalam sebuah peralatan: Selalu menyambungkan peralatan pada sumber daya yang memadai; peralatan dengan tegangan kerja 220V-240V harus dihubungkan ke kotak-kontak (KK) 220V-240V. Jika KK untuk kebanyakan peralatan tidak digrounding, gunakan steker adapter-grounded untuk menggroundkan peralatan.

87 82 Jangan pernah menggunakan peralatan kecil yang kondisinya basah, atau mengoperasikan beberapa peralatan sedang tangan Saudara basah. Jika peralatan besar seperti pencuci atau pengering, dalam keadaan basah, jangan mengoperasikannya atau mencoba untuk mencabut stekernya. Selesaikan motor secara profesional terlebih dahulu sebelum Saudara kembali menggunakan peralatan tersebut. Jangan pernah membebani terlalu berlebih pada peralatan. Kelebihan beban menyebabkan operasi tidak efisien dan pemanasan lebih terjadi pada motor, dan dapat menyebabkan pemakaian yang terlalu lebih. Jika motor mati karena beban lebih, kurangi beban sebelum menstart ulang peralatan. Pemeliharaan reguler (tetap) dapat mencegah banyak permasalahan pada motor. Untuk mencegah panas lebih dan gangguan, sedotlah rumah motor secara periodik untuk menghilangkan debu dan kotoran lain. Yakinkan bahwa sirkulasi udara ke motor memadai, setidak-tidaknya setiap 1 tahun minyakilah motor jika terdapat atau memiliki tempat minyak dengan minyak motor non detergent no. 30 (tidak semua jenis minyak). Prosedur untuk kekhususan peralatan, lihat detail berikut: a. Motor Universal Motor-motor ini terdiri dari sebuah rotor yang dinamakan armatur, dengan kumparan kawat lilitnya, dan silinder putaran yang disebut komutator,dengan jalur ( alur )yangsalingberbalikanpada bahan penghantar dan bukan penghantar. Armatur dan komutator keduanya terletak pada poros motor. Pada setiap sisi komutator, sikat arang membawa arus dari rangkaian. Ketika sikat arang menekan komutator, armatur dimagnetisasi dan berputar. Kebanyakan motor universal juga mempunyai kipas pendingin pada ujung poros belakangnya. Motor universal digunakan dalam peralatan-peralatan dengan ukuran kecil hingga menengah; motor-motor ini memberikan daya yang kuat pada putaran rendah maupun tinggi. Motor universal dapat

88 83 beroperasi pada sumber AC ataupun DC. Kecepatannya dikontrol oleh tekanan, kontrol tap-medan, penyearah, atau regulator, atau dengan gerakan fisik pada gerakan sikat arang dari armatur. Motor universal kebanyakan diminyaki dan ditutup secara tetap oleh pabrik pembuatnya, dan tidak membutuhkan perhatian lebih lanjut. Beberapa motor universal, bagaimanapun, mempunyai bak pelumas yang tertutup, biasanya ditunjukkan dengan oil, pada ujung poros motor. Motor jenis ini harus diminyaki setiap 6 bulan, atau menurut instruksi pabrik pembuatnya. Angkat setiap penutup bagian dan gunakan setetes atau dua tetes minyak nondetergen no. 30 (tidak semua jenis minyak). Banyak motor universal yang tidak berfungsi disebabkan oleh berkurangnya bagian bawah sikat arang, batang lunak pada sikat yang menyempurnakan kontak listrik untuk komutator motor. Jika sikat-sikat ini menjadi aus, motor akan memercikkan bunga api pada waktu bekerja, dan kontak listrik menjadi tidak sempurna. Saudara dapat memecahkan permasalahan ini dengan mengganti sikat-sikat tersebut dengan yang baru..

89 84 rumah roda gigi bodi motor lubang minyak poros motor pemegang sikat pegas Sikat arang armatur komutator kipas Gambar 56. Konstruksi Rinci dari Motor Universal Sikat dapat diperiksa secara visual atau diuji dengan tester sambungan, periksalah bentuk rupanya, angkat sekrup yang memegangnya, dan pegas sikat di dalam pemegang sikat pada sisi komutator. Sekrup akan muncul dari lubang sekrup; putarlah motor untuk mengeluarkan sikat. Ujungujung sikat harus dilekukkan sesuai bentuk komutator; jika sudah aus pada bagian bawahnya, sikat yang masih baru adalah diperlukan. Periksalah sikat arang dengan tester sambungan, keluarkan ujung kawat motor dari rangkaian. TSaudarailah kawat yang Saudara putuskan, sehingga Saudara akan dapat

90 85 menyambungnya kembali dengan baik. Kaitkan clip tester pada salah satu ujung motor dan tempelkan probe pada ujung yang lain, tester harus menyala atau berbunyi. Putar poros motor secara perlahan, pertahankan tester pada posisinya. Jika tester tidak menyala atau berbunyi, atau jika tester berkedip saat Saudara memutar poros motor, sikat harus diganti. Gantilah sikat arang yang sudah aus dan rusak per-nya dengan yang baru yang dibuat khusus untuk motor; informasi model (nomor dan buatan) tertera pada name-plate motor yang tersembunyi, atau menyatu pada logam bodi motor. Jika Saudara tidak menemukan informasi model, ambil sikat yang sudah usang lengkap dengan per-nya, bawalah ke toko suku cadang peralatan untuk meyakinkan bahwa Saudara membawa jenis yang tepat. Masukkan per dan sikat yang baru ke dalam pemegang sikat, ganti rakitan sikat, dan amankan sikat baru dengan sekrup yang berada pada pemegang sikat yang lama. b. Motor Shaded-Pole Motor induksi sederhana ini terdiri dari rotor silinder yang berputar di dalam inti stator, dengan lilitan kawat tembaga pada salah satu sisi stator. Arus mengalir melalui coil ini dan membuat medan magnitdi dalam stator dan mulai memutar rotor. Motor shaded-pole memberikan daya yang sangat kecil, motor ini digunakan pada peralatan-peralatan kecil seperti halnya, kipas angin kecil. Motor bekerja pada sumber AC. Motor shaded-pole bekerja dengan seksama, kecepatan putarnya konsisten sehingga disebut motor sinkron; motor ini digunakan di dalam jam, pengatur waktu, dan peralatan-peralatan yang sejenis dimana faktor akurasi menjadi sangat penting dan kekuatan tenaga tidak dibutuhkan. Motor shaded-pole dan motor sinkron tidak memerlukan perawatan kecuali pembersihan, seperti detail di bawah. Banyak ketidakfungsian (kerusakan) disebabkan oleh gangguan belitan stator, dan dapat diatasi dengan mengganti coil yang baru yang sejenis. Untuk mengganti coil, buka

91 86 sekrup pada bingkai motor dan buka penopang pada bingkai. Putuskan coil yang lama dan keluarkan. Akhirnya masukkan coil baru dan sambungkan dengan cara yang sama pada sambungan coil lama. Jika bingkai motor dikeling ada beberapa coil menjadi tidak berharga untuk diganti, bahkan gantilah peralatan. pemotong bayangan rotor poros motor lilitan kumparan Gambar 57. Konstruksi Motor shaded-pole 3. Seterika Listrik dengan Penyemprot Uap Seterika listrik digunakan untuk melicinkan/menghaluskan pakaian agar dapat lebih rapi dipakai, umumnya setelah dicuci dan dikeringkan. Terkadang lipatan-lipatan pakaian cukup sulit untuk dihilangkan sehingga memerlukan sedikit air untuk membasahi bagian yang terlipat, terlebih untuk bahan-bahan dari wol. Pada saat-saat seperti ini kehadiran seterika dengan penyemprot uap sangat diperlukan.

92 87 Bagian utama seterika listrik meliputi: elemen pemanas, plat dasar/alas (sole plate), besi pemberat, tutup, pemegang, terrminal dan kabel penghubung Seterika memerlukan adanya panas untuk memudahkan dalam melicinkan pakaian tersebut. Tenaga panas ini diperoleh dari tenaga listrik. Tegasnya, tenaga listrik diubah menjadi tenaga panas. Tinggi panas yang diproduksi tergantung dari besar daya yang dipakai. Sebagai sumber panas, digunakan elemenpemanas. Elemen pemanas dipasang antara plat dasar denganbesi pemberatnya. Panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas secara konduksi ( dihantarkan )kepada plat dasarnya yang dibuat dari logam yang segera akan menjadipanas pula. Elemen pemanas dalam seterika dengan penyemprot uaptidak hanya dipakai untuk meningkatkan panas pada sole plate; tetapi juga mendidihkan air, sehingga uap dapat dikeluarkan dari lubang-lubang dalam sole-plate tersebut. kabel penghubung tangkai pemegang elemen pemanas terminal baut kontak tusuk plat dasar penutup tangkai besi pemberat Gambar 58. Bagian-bagian Seterika Listrik Sederhana

93 88 terminal kawat nikelin mika terminal batu tahan api Elemen pemanas kawat spiral dengan selongsong pelindung Elemen pemanas yang dililit pada lembaran mika tuangan Gambar 59. Bentuk Elemen Pemanas untuk Seterika Listrik

94 89 cakra pilih kabel mekanik guling lampu sinyal jepitan untuk meringankan kabel tutup belakang baut jarak pelat tsaudara lampu indikator pengatur suhu elemen pemanas plat dasar Gambar 60. Bagian-bagian Seterika Secara Utuh

95 90 tuas pengatur suhu tombol penyemprot uap tangkai pemegang indikator daftar pemakaian panas plat dasar uap Gambar 61. Seterika Listrik Memakai Penyemprot Uap Plat dasar dibuat dari logam tahan karatatau dilapisi dengan bahan tahan karat, agar tidak mengotori atau merusakkan bahan yang diseterika. Pemegang seterika dibuat dari bahan isolasi bakelit atau ebonit; ada juga yang dibuatdari kayu.hubungan dengan kabel penghubung ke terminal elemen pemanas dilakukan melalui tusuk kontak atau secara langsung. Ada dua macam elemen pemanas yang biasa dipakai, yaitu kawat nichrom bentuk pita yang dililitkan pada lembaran mika; dibentuk serupa bentuk sole plate, sehingga panasnya merata, serta kawat nichrom dililit spiral dan dimasukkan dalam selongsong/pipa sebagai pelindungnya. Untuk menyekat kawat dari logam pelindung, kawat spiral dilapis/dibungkus oksida

96 91 magnesium yang merupakan bahan isolasi. Elemen ini dipakai untuk tegangan 110V - 220V dengan daya berkisar antara watt. Thermostat, adalah alat pengatur suhu, berfungsi memutuskan dan menyambungkan rangkaian seterika listrik dengan sumber arusnya. Bekerjanya otomatik sesuai dengan pengaturan kita. Salah satu jenis thermostat seperti nampak dalam gambar di bawah. a. Cara bekerjanya thermostat adalah sebagai berikut: Mula-mula seterika kita hubungkan dengan sumber tegangan, kemudian tombol pengatur panas ditempatkanpada suatu kedudukan tertentu. Setelah seterika bekerja dan suhu telah melampaui batas suhu yang ditetapkan, thermostat membuka kontak-kontaknya dan arus listrik tidak mengalir lagi. Kemudian jika suhu telah turun di bawah batas penetapannya, thermostat akan menutup kontak-kontaknya lagi. Memutar tombol pengatur panas pada dasarnya mengatur tekanan pegas. Hal ini akan menentukan jarak/jauhnya bilah thermostat membengkok sebelum kontak-kontaknya membuka dan berarti pekerjaan ini menetapkan suhu yang dikehendaki. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pemakaian seterika dengan penyemprot uap. Untuk menjaga agar seterika tidak lekas rusak, terutama dengan adanya air yang digunakan sebagai bahan pembuat uap, perlu ditetapkan syarat-syarat pemakaiannya, yaitu: Paling baik digunakan air suling (air destilata). Jika terpaksa menggunakan air yang mengandung mineral dan alkali, air perlu didihkan terlebih dahulukemudian disaring dengan kain bersih.

97 92 Selesai pemakaian air harus dituang sampai habis. Pasang seterika untuk beberapa saat agar sisa-sisa airyang mungkin masih ada dapat menjadi kering sama sekali. Bacalah petunjuk-petujuk khusus dari setiap alat yang dikeluarkan oleh pabrik pembuatnya. b. Bagian-bagian Seterika Listrik yang Mudah Rusak Untuk memudahkan atau mempercepat dalam mencari kesalahan atau kerusakan, perlu mengetahui bagian-bagian yang mudah rusak dari suatu peralatan. Dengan demikian upaya perbaikannya juga dapat lebih dipercepat. Jika kita akan memperbaiki suatu peralatan, maka kita akan memeriksa bagian-bagian yang mudah rusak terlebih dahulu, baru kemudian bagian yang lain jika peralatan belum dapat bekerja dengan baik. Bagian-bagian seterika listrik yang mudah rusak antara lain: 1) Elemen pemanas, hal ini dapat terjadi karena biasanya dipakai secara berlebihan, misalnya pada seterika yang tidak memakai pengatur panas. Atau terjadi kerusakan pada termostat sehingga tidak berfungsi dengan baik. Ada kemungkinan juga salah pemakaian tegangan, terutama seterika yang baru dibeli/dipakai. Kejadian-kejadian diatas dapat mengakibatkan kawat elemen rusak/putus, isolasi mika rusak sehingga dapat menyebabkan terjadinya hubung badan. 2) Kawat penghubung, kerusakan ini dapat terjadi misalnya, karena: Salah satu atau kedua-dua kawat putus akibat sering terpuntir waktu menggunakannya atau dilipat-lipat waktu menyimpannya. Lebih mudah rusak yang berisolasi karet, sedang yang berisolasi plastik lebih tahan. Kabel terlalu kecil yang berakibat menjadi terlalu panas jika digunakan. Isolasi menjadi rusak, dapat menyebabkan kabel hubung pendek.

98 93 Letak sumber tegangan/stop kontak yang tidak sesuai dengan pemakaian, berakibat kabel selalu terpuntir. Seharusnya bagi orang yang biasa bekerja dengan tangan kanan, sumber tegangan dipasang di sebelah kanan pemakai. Bagi orang kidal letak stop kontak di sebelah kiri. Kabel yang memang sudah terlalu tua. 3) Terminal, yang dimaksud dengan terminal adalah tempat persambungan antara ujung kawat elemen pemanas dengan kabel penghubung dari sumber arus. Terminal ini ada dua macam, sambungan langsung dan yang melalui tusuk kontak. Kerusakan terjadi karena Panas yang berlebihan, terminal menjadi hangus. Porselen tusuk kontaknya pecah atau pegas/penjepit hangus atau meregang sehingga tidak akan terjadi kontak hubungan yang baik. 4) Tusuk kontak (pada kabel penghubung), porselinnya pecah sebab sering jatuh. Sambungan kabelnya putus/terlepas karena sewaktu mencabut tusuk kontak yang ditarik kabelnya, seharusnya tusuk kontaknya. 5) Termostat, ialah pengatur panas. Termostat ini dapat rusak, jika pemakai kurang mentaati aturan pemakaiannya. Pemakai seharusnya bekerja untuk bahan-bahan yang tipis dan lunak, kemudian meningkat ke bahan yang lebih tebal dan keras. Dengan demikian pengaturan panasnya mula2 dari tingkat yang rendah ke tingkat yang lebih tinggi. c. Cara Mencari Kesalahan dan Perbaikannya Untuk mencapai hasil yang sebaik-baiknya dalam memperbaiki kesalahan suatu peralatan, memerlukan keterampilan khusus. Keterampilan ini dapat ditunjang dengan menggunakan metode-metode yang benar, terutama dalam mencari kesalahan. Tegasnya, perbaikan akan

99 dapat dilaksanakan secara efisien jika kesalahannya telah diketahui; kesalahan akan dapat cepat diketahui jika digunakan cara2 yang benar. 94 Pemeriksaan hubungan terbuka, gunakan AVO, setlah pada skala Rx1k. Cabutlan tusuk kontak peralatan dari sumbernya. Ukurlah pada ujung2 dari tusuk kontak peralatan dengan AVO. Jika AVO menunjukkan harga tak terhingga, berarti rangkaian terbuka, tetapi jika AVO menunjukkan harga tertentu hingga beberapa kilo, berarti ada lingkaran arus tertutup. Harus terjadi rangkaian tertutup jika pengatur panas seterika diputarkan. Pemeriksaan hubungan badan, gunakan AVO, setlah pada skala Rx1. Cabut tusuk kontak peralatan dari sumbernya. Ukurlah antara salah satu ujung2 kontak pada steker dengan bodi peralatan. Jika AVO menunjukkan harga tak terhingga, berarti tidak terjadi hubung badan, tetapi jika AVO menunjukkan harga tertentu, berarti terjadi kontak dengan badan peralatan. Seterika harus dibongkar untuk meneliti penyebab terjadinya hubung badan. d. Perbaikan seterika listrik dengan penyemprot uap Setiap kali selesai menggunakan seterika dengan penyemprot uap, sisa air yang ada harus dibuang hingga tuntas. Kemudian memasukkan tusuk kontaknya pada KK lagi selama beberapa saat, sehingga bagian dalam seterika menjadi kering sama sekali. Kalau air yang digunakan sebagai pengisi seterika air suling/air lunak (aquades) tidak perlu dikhawatirkan tentang pengendapan mineral dalam seterika tersebut. Tetapi jika digunakan air berat atau air leding yang belum dipanaskan, mineral akan mengendap dalam seterika. Banyaknya endapan mineral yang terjadi tergantung dari berat/air (bersih air). Dalam hal ini seterika memerlukan pemeliharaan dengan membersihkan bagian dalam tangki air dan lubang-lubang jalan uap secara teratur. Kalau tidak akan cepat terjadi penutupan lubang2 uap,

100 95 sehingga penyemprot uap tidak berfungsi lagi. Untuk menghindari kemungkinan terjadinya pengendapan, dianjurkan untuk menggunakan air suling atau setidak-tidaknya air leding yang sudah didihkan kemudian didinginkan. Sebelum dimasukkan ke dalam seterika sebaiknya disaring terlebih dahulu. Cara pembersihannya dapat dilakukan sbb: Buatlah campuran air dengan cuka dalam perbandingan 1:1. Masukkan campuran tersebut ke dalam seterika. Panaskan seterika 150 selama 0,5 jam. Setelah seterika menjadi dingin kembali buanglah air tersebut. Seterika perlu dibilas dengan air bersih beberapa kali. Terakhir, panaskan seterika sehingga sisa air hilang sama sekali. Cara membersihkan bagian yang lain dari sistim penyemprot uap: e. Bongkar seterika, sesuai prosedur. f. Lepaskan bagian-bagian yang perlu dan tabirnya (screen). g. Keroklah hingga bersih endapan yang ada. h. Bersihkan tabir dan alirkan air melalui pipa2 saluran sampai benar2 bersih, tidak tersumbat. i. Setelah selesai dan kering semuanya, pasang kembali sebaagi semula (gantilah gasket bila perlu). Dalam memasang gasket ini harus tepat pada tempatnya dan tabir dapat melekat padanya.

101 96 Tabel Pencarikesalahan Seterika Listrik Permasalahan Kemungkinan Penyebab Pemecahan Seterika tidak bekerja 1. Tidak ada tegangan 2. Kabel tusuk kontak rusak 3. Elemen rusak 4. Termostat lepas kontak Badan bertegangan Kabel penghubung rusak Pengatur panas tidak berfungsi Isolasi elemen pemanas rusak 1. Periksa kabel power, tusuk kontak, dan kotak-kontak 2. Periksa kabel; jika rusak, gantilah 3. Periksa dengan ohm-meter; jika rusak, 4. gantilah 5. Periksa termostat, mekanisme kontaknya, 6. jika rusak, gantilah. Periksa kabel; jika rusak, gantilah Periksa elemen pemanasnya, tambal kerusakan isolasinya dengan gibs atau ganti dengan yang baru 1. Termostat rusak 1. Periksa termostat; jika rusak, gantilah LATIHAN Jawablah beberapa pertanyaan berikut ini dengan jelas! 1. Besaran-besaran listrik apa sajakah yang dapat diketahui dengan menggunakan AVO meter? 2. Sebuah kabel power disinyalir rusak, diduga kabel ataupun sambungan di dalam steker putus. Untuk memperoleh kepastian putusnya dimana, Saudara akan memilih alat ukur (tester) apa? 3. Diantara stop kontak yang ada di bengkel kita, ketika digunakan untuk mencatu sebuah mixer (catatan: mixer kondisinya baik), namun mixer tidak bekerja. Jika kita ingin mengecek ada tidaknya tegangan pada stop

102 97 kontak tanpa harus tahu besarnya nilai tegangan, Saudara akan memilih alat tester apa? 4. Komponen dasar peralatan yang bekerja berdasarkan perubahan suhu, berarti komponen tersebut memanfaatkan prinsip kerja apa? Apa nama komponen tersebut? 5. Komponen dasar yang terbuat dari kawat tahanan, mis. nichrom, disebut apa? Energi apa yang dihasilkan? 6. Motor-motor jenis apa sajakah.yang lazim dipakai sebagai penggerak peralatan kecil listrik rumah tangga? Sebutkan. 7. Motor-motor jenis apa sajakah.yang lazim dipakai sebagai penggerak peralatan besar listrik rumah tangga? Sebutkan. 8. Sebutkan sifat-sifat menonjol dari motor universal! 9. Sebutkan pula sifat-sifat menonjol dari motor shaded-pole! 10. Pada motor-motor universal, kerusakan yang sering terjadi pada komponen sikat arang. Apa sebenarnya fungsi sikat arang pada motor tersebut? 11. Motor shaded-pole dikategorikan sebagai motor sinkron. Mengapa? 12. Terangkan prinsip kerja seterika listrik secara umum. 13. Sebutkan bagian-bagian utama sebuah seterika listrik biasa maupun dengan penyemprot uap. 14. Untuk mendapatkan uap pada seterika listrik dengan penyemprot uap, dilakukandengan cara mendidihkan air. Komponen apa yang melakukan tugas ini? 15. Ada berapa macam elemen pemanas seterika yang Saudara ketahui? Jelaskan. 16. Terangkan apa fungsi thermostat di dalam seterika otomatis? 17. Apa sajakah yang perlu diperhatikan di dalam menggunakan seterika dengan penyemprot uap? Jelaskan.

103 Sebutkan bagian-bagian seterika listrik yang mudah rusak! 19. Sebutkan kemungkinan penyebab dan bagaimana pemecahannya jika bodi seterika listrik menjadi bertegangan. 20. Lengkapilah gambar berikut dengan membubuhkan nama-nama komponen pada kotak yang masih kosong. DAFTAR PUSTAKA Billy and James price, 1983, Centrall Heating and Air Conditioning Repair Guiede, tab Books Inc. BSN, 2000, Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000, Yayasan PUIL, Indonesia. H.R.Ris, 1990, Elektrische Installationen Und Apparate, Aarau, Schweiz. Rubini, Hadi Siswanto, 1982, Alat Rumah Tangga Listrik, Depdikbud. Weber Louis, 1981, Apliance Repairs made Easy, Beckman House, New York Yosep Eiselt, 1984, Fehler Suche in Electrichen Anlage Und Geraten, Plaum Verlag, Munchen

104 99 4 Sistem Pengendali Elektro Magnetik A. Objektif 1. Menjelaskan prinsip kerja sistem kendali elektromagnetik 2. Mengoperasikan sistem pengendali elektromagnetik 3. Menjelaskan data operasi sistem kendali elektromagnetik 4. Mengoperasikan mesin produksi dengan sistem pengendali elektromagnetik 5. Melakukan tindakan pengamanan pada operasi sistem kendali elektromagnetik yang mengalami gangguan B. Uraian Materi 1. Diagram Dasar Rangkaian Pengendali Menurut peraturan umum sistem ketenagalistrikan semua elemen penghubung digambarkan dalam kedudukan tidak bekerja (normal), kecuali rangkaian yang menggunakan sensor elevasi air atau kontak pelampung digambarkan sesuai kedudukan yang diinginkan. Gambar 62. Kotak Kotak Kode huruf pengenal ditempatkan disamping kiri atau disebelah atas simbol komponen dan untuk penomorannya dituliskan disamping kanannya.

105 100 TABEL 1. Kode huruf pengenal dan fungsinya Kode Fungsi Penggunaan Contoh L Line penghantar fase Jaringan L1, L2, L3 N Line penghantar nol Jaringan N F Alat pengaman MCB, Termorelai, Sekring F1, F2, F3 FI Pengaman arus bocor ELCB FI S Pemutus, penghubung Sakelar, tombol tekan atau bentuk sakelar lainnya. S1, S2, S3 H Sinyal, indikator atau alarm Lampu pilot, sirine H1, H2, H3 K Kontaktor, relai Kontak utama, kontak bantu A Fungsi bantu Kontaktor bantu, relai bantu M Fungsi utama Kontaktor utama, relai utama K1, K2, K3 KA, K1A, K3A KM, K2M, K3M T Dengan tunda waktu Relai waktu KT, K2T, K3T Susunan diagram rangkaian dan komponen pengendali. Diagram rangkaian sedapat mungkin digambarkan dengan satu garis yang tegak lurus antara penghantar fase di atas dan penghantar nol di bawah, sedangkan sumber tegangan selalu digambarkan disebelah kiri.

106 101 Diagram rangkaian: S H (+) Penghantar fase (S) Kontak atau tombol (H) Beban lampu (-) Penghantar nol. (=) Sumber listrik dari baterai (accu). Untuk menggambarkan sakelar, tombol dan kontak-kontak agar selalu dibuat dalam satu garis lurus (perhatikan dan bandingkan contoh penggambaran rangkaian pengendali yang salah dan gambar yang benar berikut di bawah ini). a) Gambar yang salah. L S1 S2 K3 K2 H K K1 N Kesalahan dalam penggambaran : Kontaktor K mesti terletak di bawah kontak K1. Kontak K2 mesti digambar membuka dari kiri ke kanan (seperti kontak tombol S2) dan segaris dengan kontak-kontak lainnya. Kontak K3 mesti digambar tegak lurus dan segaris dengan kontak-kontak lainnya. Lampu H mesti digambar diantara baris kontak K1 dengan line penghantar nol (N).

107 102 b) Gambar yang benar. L S1 S2 K2 K1 K N K3 H Keterangan : (L) Penghantar fase dibaris atas. (S1, S2) Tombol tekan OFF, ON. (K2, K3) Kontak-kontak yang digambarkan sebaris dengan tombol S2 atau lainnya dan K1 digambarkan dalam baris yang lain sebelum beban (K, H). (K, H) Sebagai beban digambarkan diantara baris kontak-kontak dan penghantar nol (N). (N) Penghantar nol dibaris ditempatkan paling bawah. Gambar 63. Skema Rangkaian Pengendali yang salah dan yang benar Disamping susunan diagram rangkaian dan komponen rangkaian pengendali yang benar, untuk memudahkan dan mengetahui jumlah kontak bantu NO dan NC dari kontaktor atau relai yang digunakan pada rangkaian pengendali perlu dituliskan kembali dalam kolom bawah masing-masing kontaktornya (lihat contoh gambar berikut).

108 103 S2 K1 K1 K2 Keterangan : Gambar rangkaian sistem pengendali K2 digambarkan disebelah atas pengantar nol. K1 K2 H Kontak NO dan NC N yang digunakan masing- NO NC NO NC masing kontaktor K dan K2 dicantumkan di bawah pengantar nol. Gambar 64. Cara Penulisan Jumlah Kontak Bantu NO dan NC Macam-macam Diagram Macam-macam diagram pada dasarnya dapat dibedakan : a) Diagram satu garis. Diagram satu garis penggambarannya relatif sederhana karena pada dasarnya merupakan rangkaian gambar simbol, tidak terlalu detail dan banyak digunakan untuk gambar pedoman pelaksanaan di lapangan sehingga hanya terdiri dari garis-garis besar dari instalasi yang dipasang.

109 104 3x380/220 V~ F1 K1 F2 M 3~ Gambar 65. Cara Penulisan diagram satu garis Gambar diagram kerja / pengawatan sangat jarang digunakan dalam aplikasi dilapangan karena dalam penggambarannya dibuat secara lengkap. Gambar ini merupakan gabungan antara rangkaian utama dan pengendali. Satu hal yang merupakan elemahan dari penggambaran ini adalah jika kemungkinan terdapat kesalahan akan menyulitkan orang yang melakukan koreksi, sebab tidak ada yang baku dan bersifat lebih bebas. Perlu diketahui bahwa untuk keperluan yang mendesak memahami diagram kerja ini akan membutuhkan waktu relatif lama.

110 105 Gambar 66. Diagram Pengawatan Rangkaian Kontrol Motor b) Diagram lintasan / aliran Diagram lintasan / aliran ini paling banyak digunakan untuk menggambar rangkaian instalasi yang didalamnya merupakan gambar detail dari diagram satu garis karena didalam diagram lintasan / aliran dapat dibuat rangkaian utama dan rangkaian pengendali secara terpisah. Masing-masing rangkaian yang berbeda digambarkan dari kiri rangkaian utama dan disebelah kanannya rangkaian pengendali serta semua elemennya diberi kode huruf pengenal atau penomoran yang sudah dibakukan.

111 106 Rangkaian Utama Rangkaian Pengendali L1 L2 L3 N L F3 F1 F2 S0 K1 S1 K1 F2 K1 PE M 3~ N Gambar 67. Diagram Utama dan Rangkaian Pengendali Kontrol Motor 2. Skema Simbol Rangkaian Pengendali Untuk memahami skema simbol rangkaian pengendali dengan baik, dapat menggunakan beberapa cara sebagai berikut : 1. Menyebutkan skema simbol rangkaian pengendali seperti yang tersebut dalam kolom keterangan tabel dari nomor 1 s/d Menggunakan skema simbol rangkaian pengendali untuk perencanaan instalasi listrik. 3. Menggambarkan skema simbol rangkaian pengendali dalam bentuk rangkaian utama atau rangkaian pengendali. 4. Membaca simbol, gambar rangkaian pengendali.

112 107 Sekema Simbol Didalam perencanaan suatu sistem nstalasi listrik digunakan beberapa simbol seperti ditunjukkan dalam tabel berikut : No. Simbol IEC Simbol Lain Keterangan 1. atau atau Kontak Normal Terbuka (NO) Normaly Open. 2. atau Kontak Normal Tertutup NC (Normaly Close) 3. atau Kontak Pengubah dengan pemutusan a) b) a) Kontak dengan penutupan awal b) Kontak dengan pembukaan awal Kontak pengubah dua jalan dengan pembuka ditengah Operasi manual (simbol umum) Operasi manual dengan memutar Operasi manual dengan menekan Operasi manual dengan pukulan misal. Emergency Operasi manual dengan kunci

113 Operasi manual dengan disentuh, misal. rol Kunci Mekanik 13. Keling Mekanik 14. Roda tangan yang dapat ditutup 15. Tombol (simbol umum). 16. a) Tombol tekan NO b) Tombol tekan NC 17. a) b) a Saklar putar NO/NC seporos 18. Sakelar tekan NO/NC seporos 19. Saklar satu kutub dengan empat posisi. 20. atau atau TDC Penutup dengan gerakan kontak tertunda tunda hubung. 21. atau TDO Pembuka dengan gerakan kontak tertunda, tunda buka/ lepas.

114 109

115 atau tdo Penutup dengan gerakan kontak tertunda, tunda buka / lepas 23. atau atau atau TDCPembuka dengan gerakan kontak tertunda, tunda hubung. 24. Saklar pengapung NO. Sakelar pengapung NC. 25. a) Kontak penutup saklar limit. a) b) a) b) b) Kontak pembuka saklar limit. 26. Saklar limit dengan kontrol mekanik pada kedua arah dan dua rangkaian terpisah. 27. Saklar limit dengan P > P > kontrol tekanan mekanik NO dan NC. 28. Pemutus termis suatu termorelay. a) Kontak penutup a) b) b) Kontak pembuka

116 Pemutus elektromagnetis. Contoh : MCB. 30. Pengaman arus bocor tanah (ELCB). 31. Miniatur Circuits Breaker (MCB). 32. Fuse atau Zekering. 33. Pemisah dengan zekering. 34. Pemisah tiga kutub. 35. Pengaman zikering. 36. Saklar beban tiga kutub. 37. a) Bagian kontrol termis pemutus arus lebih satu kutub.

117 112 b) Bagian kontrol termis pemutus arus lebih tiga kutub Pemutus dengan termal relai Saklar tiga kutub dengan pelayanan elektromagnetik dan pengaman termis fasa tiga. 40. I> I> I> Saklar tiga kutup dengan pengaman termis pemutus arus lebih dan pengaman maxsimun termis fasa tiga. 41. Simbol umum kumparan kontaktor / relai 42. Kumparan suatu kontaktor / relai. 43. Kumparan relai dengan kerja tunda (timer). 44. Kumparan dengan dua lilitan paralel

118 AND Gate 46. OR Gate 47. NAND Gate 48. NOR Gate 49. Set / Reset Flip flop 50. Dioda Led 51. Dioda Zenner 52. Transistor NPN 53. Transistor PNP 54. (A) (K) Dioda 55. Penyearah sistem jembatan (bridge) 56. Weker 57. Sirine

119 Horn 59. Bel 60. Lampu, simbol umum 61. Lampu indikator 62. Lampu tabung (TL) 63. Potensiometer 64. Tahanan dengan kontak - kontak cabang tetap 65. atau Transformator dengan kumparan terpisah 66. atau Auto transformator 67. atau Transformator arus (current transfomer) 68. G Simbol Generator, simbol umum. 69. a) Motor arus bolak balik (MABB).

120 115 M ~ M = a) b) b) Motor arus searah (MAS). 70. M 3 ~ Motor arus bolak balik dengan rotor sangkar, 3 ujung kumparan pada stator hubung bintang atau segitiga 71. M 3~ Motor arus bolak balik dengan kumparan rotor, 3 ujung kumparan pada stator dan 3 ujung kumparan rotor yang dapat diasut 72. M 3 ~ Motor arus bolak balik dengan rotor sangkar, ujung kumparan pada stator untuk tipe motor kumparan terpisah. Catatan: Dikutip dari buku Instalasi Listrik Industri

121 Pengaman Arus Lebih. Kontaktor dibedakan menjadi 2 (dua) bagian : a. Kontaktor utama b. Kontaktor bantu Kode angka yang terdapat pada kontaktor: Masukan kontaktor utama biasanya dihubungkan dengan nomor kode terminal 1, 3, 5 atau L1, L2, L3 dan untuk keluarannya melalui nomor kode terminal tersendiri yaitu 2, 4, 6 atau T1, T2, T3. Nomor kode terminal berikut ini untuk menunjukkan jenis normal kontaknya, yaitu untuk kontak NC atau NO pada kontaktor utama maupun kontaktor bantu Misalnya dengan angka satuan 1, 2, 3, 4 (lihat contoh berikut) : 21 Angka satuan satu dan dua menunjukkan jenis kontak 22 line yang tertutup dalam keadaan normal (NC) Angka satuan tiga dan empat menunjukkan jenis kontak yang normalnya membuka (NO). Kontak bantu yang dimiliki kontaktor utama biasanya tertera pada tabel data kontaktor tersebut, yaitu ditulis dengan angka 01 artinya terdapat satu kontak bantu NC dan atau dengan angka 10 yaitu terdapat satu kontak bantu NO. Untuk lebih jelasnya kontak NO ditunjukkan pada angka puluhannya sedangkan kontak NC dilihat pada angka satuannya.

122 117 a. Pemilihan kontaktor Pemilihan kontaktor harus memperhatikan beberapa hal berikut ini : a) Tegangan kerja. b) Besarnya daya. c) Kemampuan hantar arus (kontaknya). d) Jumlah kontak bantu yang dimiliki. b. Pemilihan relai termal yang harus memperhatikan : a) Kemampuan hantar arus (KHA). b) Tegangan kerja nominal. c) Nilai nominal arus beban lebih (seting arus beban lebih). Termorelai hanya mempunyai kontak bantu saja dan diagram kontak-kontak termorelai digambarkan seperti berikut : Kontak nomor disebut kontak pembuka (NC) Kontak nomor disebut kontak penutup (NO) Kontak nomor disebut kontak tukar (NO/NC) a. Konstruksi TOR b. Diagram kontak-kontak Gambar 68. Konstruksi KontaktorMagnit dan SistemPenomoranTerminal

123 118 Berikut rangkaian kontaktor dengan thermal relay A A Konstruksi Kontaktor dan TOR Diagram kotak kontak pada Kontaktor Magnit Gambar 69. Konstruksi Relai Termal dan SistemPenomoranTerminal c. Penulisan kode Penulisan kode pada kontaktor utama dan termo relai dapat diartikan sebagai berikut : Kontaktor Fungsi utama Konstruksi 3 Kemampuan hantar arus (A) Tegangan kerja kontak (V) CA V CT 3 / 0,16 A Kontak bantu : NO NC Termorelai konstruksi 3 Seting arus maksimum

124 119 d. Gambar rangkaian kontaktor dengan termal relai. Rangkaian Utama Rangkaian Pengendali L1 L2 L3 N L F2 F1 F2 S0 K1 F3 S1 K1 PE M 3~ K1 N Gambar 70. Diagram fungsi kerja kontaktor K1 terhadap S0 dan S1 Komponen Posisi Fungsi Kerja Komponen S0 : Tombol Stop 1 0 S1 : Tombol On 1 0 K1 : Kontaktor 1 0

125 120 e. Pengendalian Kontak Permanen dan Tombol Tekan 1) Rangkaian pengendali kontak permanen. P S1 S2 K1 K1 K1 H1 H2 N 2) Rangkaian pengendali tombol tekan. L F0 F1 N Gambar 71. Pengendalian Kontak Permanen dan Tombol Tekan

126 121 LATIHAN 1. Jelaskan empat hal penting untuk memilih kontaktor magnetik? 2. Jelaskan tiga hal penting yang anda ketahui untuk memilih Termal relai.? 3. Jelaskan jenis kontak bantu pada diagram kontak termorelai di bawah ini! Gambarkan diagram rangkaian kontaktor dengan relai termal dan lengkapilah sistem penomoran terminalnya!. 5. Jelaskan arti penulisan kode pada kontaktor utama dan relai termal berikut ini! CA V CT 3 / 0,16 A a)... b)... c)... d)... Termorelai konstruksi 3 e)...

127 Buat Rangkaian modul yang tersedia sesuai gambar rangkaian. 7. Aktifkan rangkaian dan isilah tabel kebenaran di bawah ini sesuai hasil percobaan. TABEL 1 : Kebenaran rangkaian pengendali kontak permanen. NO Posisi Saklar Kondisi Lampu Keterangan S 1 S 2 Lp 1 Lp 2 1 ON ON.. 2 ON OFF... 3 OFF ON.. 4 OFF OFF.. TABEL 2 : Kebenaran rangkaian pengendali tombol tekan. NO Tombol start Tombol stop Kondisi Kondisi Lampu S 2 S 3 S 0 S 1 Kontaktor H 1 H 2 H OFF OFF ON ON Beban OFF ON OFF ON Lebih menutup menutup menutup menutup menutup menutup menutup menutup menutup menutup

128 Rangkaian Pengunci a. Gambar Rangkaian Pengendali L S0 S1 K1 K2 S2 K2 K1 K1 H1 K2 H2 N b. Buatlah rangkaian sesuai dengan gambar kerja di atas! c. Aktifkan rangkaian dan isilah tabel kebenaran sesuai hasil percobaan.! TABEL. Kebenaran rangkaian pengunci NO Tombol Tekan Kontaktor Magnet / Lampu Keterangan 1 2 S o S 1 S 2 K 1 / L 1 K 2 / L 2 _ x _ x x = tekan sesaat ON = kerja / menyala OFF = tidak menyala 3 4 x x 5 _ x _ 6 x 7 _ x x Tekan bersamaan

129 123 5 Mengoperasikan Sistem Pengendali Elektronik A. Objektif 1. Menjelaskan prinsip pengoperasian sistem pengendali elektronik. 2. Merencanakan rangkaian kendali elektronik sederhana. 3. Membuat rangkaian kendali elektronik sederhana. 4. Mengoperasikan sistem kendali elektronik. 5. Menjelaskan data operasi sistem kendali elektronik. 6. Melakukan tindakan pengamanan pada sistem kendali elektronik yang mengalami gangguan. B. Uraian Materi 1. Pengenalan PLC Di dalam teknik pengendali dibedakan menjadi dua jenis pengendali : 1. Pengendali terprogram dengan pengawatan: a. program tetap melalui pengawatan b. program tidak tetap melalui sakelar pilih 2. Pengendali terprogram yang tersimpan dengan PLC : a. Program tersimpan yang dapat diprogram bebas melalui RAM (Random Access Memory). b. Program tersimpan yang programnya tidak dapat diubah-ubah melalui ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable Read Only Memory), EPROM (Eraseable Programmable Read Only Memory). Pengendali terprogram tetap dengan pengawatan dapat dioperasikan melalui komponen-komponen relai, magnetik kontaktor dan rangkaian elektronik. Kontak hubung-tutup dari komponen-komponen tersebut yang melakukan kerja rangkaian pengendali. Melalui kontak-kontak relai

130 124 hubungan seri - paralel rangkaian pengendali dibuat. Fungsi pengendali dapat dihasilkan melalui pengawatan dari komponen-komponen tersebut. Elemen Input Elemen Proses S1 S3 S4 K1 S2 K1 H1 K1 Elemen Output Elemen Input : Tombol tekan S1, S2, S3, S4 Elemen Proses : Relay K1 Elemen Output : Lampu H1 Sambungan antara elemenelemen tersebut melalui pengawatan. Gambar 72. Rangkaian Sistem Pengendali Dengan Pengawatan Pada pengendali terprogram dengan PLC, fungsi pengendali tidak tergantung dari pengawatannya. Elemen input ( tombol tekan, sensor ) dan elemen output dihubungkan ke peralatan PLC. Hubungan elemen input dan output tidak dilakukan dengan pengawatan tetapi melalui pemrograman dengan peralatan pemrogram komputer atau peralatan khusus. Elemen Input Elemen Proses Elemen Output S1 H1 S2 S3 S4 Elemen Input : Tombol tekan S1, S2, S3, S4 Elemen Proses : PLC Elemen Output : Lampu H1 Sambungan antara elemenelemen input dan output tidak melalui pengawatan, tetapi melalui program. Gambar 73. Pengendali Dengan PLC

131 125 Programmable logic controller (PLC) yang pertama telah dikembangkan oleh para insinyur General Motor pada tahun 1968, saat mana perusahaan menemukan jalan buntu untuk mencari pengganti sistem kontrol relai yang sangat komplek. Sehingga ditetapkan bahwa sistem kontrol baru ini (PLC) harus memenuhi beberapa persyaratan yang sekaligus merupakan keuntungannya, yaitu sebagai berikut: 1. Pemrograman sederhana 2. Perubahan program tanpa harus merubah sistem (tidak ada perubahan instalasi di dalamnya) 3. Lebih kecil, lebih murah dan lebih stabil dari pada hubungan sistem kontrol relai 4. Sederhana, biaya perawatan murah Perkembangan berikutnya difokuskan di dalam sistem yang memungkinkan sambungan dilakukan secara sederhana untuk sinyal-sinyal biner. Ketentuan-ketentuan seperti bagaimana sinyal-sinyal dihubungkan adalah menjadi bagian tugas di dalam program kontrol. Dengan sistem kontrol baru ini menjadi mungkin untuk pertama kali merencanakan sinyalsinyal pada layar dan menyimpan di dalam penyimpan elektronik. Sejak itu, tiga dekade telah dilewati, hingga kemajuan yang sangat pesat telah dilakukan di dalam pengembangan elektronik mikro, seperti halnya pada PLC. Misalnya, bagaimana mengoptimalkan program tanpa harus kuawatir dengan kapasitas memori yang terbatas. Sekarang hal ini menjadi sesuatu yang sangat mudah untuk diatasi. Selain itu jangkauan fungsinya telah berkembang sangat pesat. Limabelas tahun yang lalu, visualisasi proses, dan proses analog dengan menggunakan PLC sebagai kontrol dianggap sebagai suatu impian. Sekarang, pendukung dari fungsi-fungsi ini telah menyatu dengan banyak PLC.

132 Area Penggunaan PLC Setiap sistem atau mesin mempunyai sebuah pengontrol. Tergantung pada jenis teknologi yang digunakan, media kontrol dapat dibagi dalam pengontrol pneumatik, hidrolik, listrik, dan elektronik. Seringkali, gabungan dari teknologi yang berbeda juga digunakan. Selanjutnya, perbedaan dipilah antara pemrograman dengan pengawatan (hard-wired programmable), sebagai contoh: pengawatan pada mesin listrik atau komponen-komponen elektronik) dan PLC (pemrograman kontrol logika). Pemrograman dengan pengawatan digunakan terutama dalam hal, jika beberapa pemrograman ulang oleh pemilik alat selalu dilakukan berulangkali dan jenis-jenis pekerjaan tertentu dikembangkan dengan pengontrol khusus. Jenis penggunaan pengontrol seperti ini ditemukan di dalam mesin cuci otomatis, video kamera, mobil-mobil. Bagaiymanapun, jika ukuran pekerjaan tidak memerlukan pengembangan pengontrolan secara khusus atau jika pemakai memiliki kecakapan untuk membuat atau merubah program secara bebas, atau men-set timer (pewaktu) dan counter (penghitung), maka menggunakan pengontrol umum, dimana program ditulis ke dalam sebuah memori elektronik, adalah pilihan yang lebih disukai. PLC menampilkan seperti halnya pengontrol umum. Dia dapat digunakan untuk aplikasi yang berbeda-beda dan melalui program disambung di dalam memori penyimpannya.

133 127 Gambar 74. Contoh penerapan PLC Tugas pokok PLC meliputi membuat sambungan sinyal-sinyal input melalui program tertentu dan jika benar, akan disambungkyan ke saluran output. Bentuk-bentuk aljabar Boolean adalah dasar matematis untuk operasi ini, dimana diterima secara tepat dua keadaan yang ditetapkan pada salah satu variabel: 0 atau 1. Jadi sebuah output hanya dapat memberikan dua keadaan ini. Misalnya, sambungan motor bagaimanapun harus dapat di-onkan ( 1 ) atau di-off-kan ( 0 ), yaitu melalui kontrol. Fungsi ini telah menciptakan yang disebut PLC: Programmable Logic Controller, yakni sifat-sifat input/output adalah sejenis dengan kontrol elektromagnit atau kontrol katup pneumatik; hanya saja program disimpan di dalam memori elektronik. Bagaimanapun, tugas-tugas pada PLC mampu melipatgandakan dengan cepat: fungsi timer dan counter, setting dan resetting memori maupun fungsi-fungsi matematika. Keperluan-keperluan yang harus dipenuhi oleh PLC terus melaju sejalan dengan berkembangnya penggunaan PLC dan pengembangannya di dalam teknologi otomasi. Sebagai contoh, yakni visualisasi keadaan mesin sebagaimana halnya program kontrol yang sedang dijalankan, melalui layar atau monitor. Demikian halnya pengontrolan, yaitu fasilitas untuk mengunci proses kontrol atau, untuk mencegah orang lain yang

134 128 tidak berkepentingan. Pada saat yang sama, hal tersebut menjadi sesuatu yang sangat diperlukan untuk menyambungkan dan mengharmoniskan sistemsistem terpisah yang dikontrol dengan PLC melalui teknologi otomasi. Dengan demikian sebuah komputer dapat melayani beberapa sistem PLC. Jaringan beberapa PLC dengan komputer master dilakukan melalui interfase untuk komunikasi khusus. Untuk itu beberapa PLC yang baru dibuat kompatibel secara terbuka dengan sistem rel (bus) standar, seperti Profibus untuk DIN Sehingga memungkinkan penambahan kapasitas kerja yang sangat besar pada pengembangan PLC. Pada akhir tahun tujuhpuluhan, input dan output berbentuk biner, saat ini diperluas dengan penambahan input dan output analog (pengukuran gaya, setting kecepatan, sistem posisioning servo-teknik). Pada saat yang sama, perolehan atau perbandingan nilai penentu/aktual memungkinkan sinyal analog sebagai output dan sebagai hasilnya terwujudlah fungsi teknik kontrol otomatis, daerah yang sangat luas inilah cakupan PLC (Programmable Logic Controller). PLC saat ini dipasarkan dengan fasilitas untuk diadaptasi sesuai permintaan pasar seperti halnya keluesan untuk dimungkinkan cocok dengan berbagai jenis aplikasi. Misalnya, PLC mini sekarang tersedia dengan beberapa I/O, juga tersedia PLC yang lebih besar dengan 28 atau 256 I/O. Gambar 75. Contoh PLC CPU S5-95U Dengan internal & external I/O

135 129 Beberapa PLC dapat diperluas dalam arti menambahkan modul/unit I/O, analog, posisioning dan komunikasi. PLC khusus untuk keperluan teknik penyelamatan, untuk tugas pelayaran atau pertambangan. PLC sekarang juga dapat memproses beberapa program secara simultan (multitasking). Akhirnya, PLC yang ada di Industri dipadukan dengan komponen-komponen otomasi yang lain. Dengan demikian di desain agar dapat digunakan pada daerah aplikasi yang lebih luas. 3. Bentuk Dasar PLC Istilah programmable logic controller oleh IEC 1131, Bag. 1 didefinisikan sebagai berikut: Sebuah sistem elektronik yang dioperasikan secara digital, dirancang untuk digunakan di lingkungan industri, menggunakan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instuksi pemakainya secara internal seperti halnya logika, urutan (sequencing), pewaktu (timing), dan aritmatika, guna mengontrol mesin melalui input dan output digital atau analog dari berbagai jenis mesin atau proses. PC dan sambungan peripheral keduanya dirancang sedemikian rupa sehingga dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam sistem kontrol industri dan digunakan secara mudah di dalam semua fungsi-fungsi yang diinginkannya. Saat ini, PLC merupakan bagian tak terpisahkan dari proses otomasi. Gambar 3.1 berikut mengilustrasikan susunan rangkaian otomasi dengan PLC. Sistem kontrol diperlihatkan secara sederhana, merupakan penerapan PLC tanpa jaringan.

136 130 Gambar 76. Otomasi melalui PLC Komponen-komponen dasar pada sistem kontrol meliputi: 1. Programmable logic controller (PLC) Dengan ini, kita mengetahui modul-modul elektronik melalui semua sistem atau fungsi-fungsi mesin yang dikontrol, dialamati dan diaktifkan di dalam urutan logika. 2. Sensor-sensor Komponen-komponen ini ditempatkan secara langsung pada sistem mesin yang dikontrol, dan kondisi aktual dari sensor-sensor ini dikomunikasikan melalui PLC. 3. Aktuator Komponen-komponen ini ditempatkan secara langsung pada sistem atau mesin yang dikontrol dan selanjutnya PLC akan merubah atau mempengaruhi status maupun juga proses teknis. 4. PC atau Piranti Pemrograman Ini digunakan untuk membuat program logika pada sistem atau mesin yang dikontrol dan untuk mentransfer ke memori PLC. Pada saat yang sama, alat-alat pemrograman ini juga digunakan sebagai pendukung untuk pengetesan program PLC dan perintah pada pengontrol. 5. Unit Display dan Kontrol

137 131 Dengan ini, Saudara dapat memonitor atau mempengaruhi operasi pada sistem atau mesin. Komponen-komponen sistem Programmable Logic Controller Sebuah PLC tidak lebih dari sebuah komputer yang didesain secara khusus untuk tugas-tugas pengontrolan tertentu. Komponen terpenting pada sistem kontrol adalah PLC dan programnya. Gambar 3.2 berikut mengilustrasikan komponen-komponen sistem sebuah PLC. Gambar 77. Komponen-komponen sistem PLC PLC disambungkan ke sistem yang dikontrol melalui modul-modul input dan output. Sistem yang dikontrol memberikan sinyal-sinyal input (kebanyakan biner) melalui sensor-sensor ke modul-modul input. Sinyal ini diproses di dalam sebuah unit pemrosesan utama, yaitu komponen utama dari PLC. Untuk formulasi standar IEC, dikenal sebagai central control unit (CCU). Spesifikasi untuk pemrosesan sinyal-sinyal didefinisikan di dalam program PLC. Hasil pemrosesan dikeluarkan pada aktuator sistem melalui modul output. Jadi fungsi sebuah modul input adalah untuk mengkonversikan sinyalsinyal masukan ke dalam sinyal-sinyal yang dapat diproses oleh PLC dan membawanya ke unit pusat kontrol. Tugas sebaliknya dilakukan oleh modul output. Sinyal PLC ini dikonversi ke dalam sinyal-sinyal yang cocok untuk aktuator.

138 132 Pemrosesan sinyal-sinyal aktual dilakukan di dalam CPU sesuai dengan program yang tersimpan di dalam memori. 4. Program PLC Program PLC terdiri dari instruksi-instruksi urutan logika. Program kontrol disimpan di dalam penyimpan khusus, penyimpan elektronik yang dapat dibaca, disebut penyimpan program PLC. RAM khusus yang disuply sebuah battery digunakan selama pengembangan program, dengan demikian isi rogram dapat diubah secara cepat. Program PLC dapat dibuat dalam beberapa cara: melalui jenis perintah assembler dalam statement list, dalam tingkatan yang lebih tinggi, orientasi masalah bahasa seperti halnya kalimat terstruktur atau dalam bentuk flow chart sebagaimana digambarkan oleh chart fungsi. Di Eropa, penggunaan blok diagram fungsi yang didasarkan pada chart fungsi dengan simbol-simbol grafik untuk gerbang logika inilah yang banyak digunakan. Di Amerika, ladder diagram adalah bahasa yang lebih disukai oleh para penggunanya. Setelah penugasan dan pengontrol bebas dari error-fungsi, maka sebaiknya dilakukan pengiriman program PLC pada memori yang hanya dapat dibaca, tanpa dapat dihapus, sebagai contoh EPROM. Jika program dijalankan, ini akan diproses di dalam siklus secara kontinu. 5. Sinyal-sinyal input Sinyal-sinyal input muncul pada PLC melalui sensor-sensor. Sinyalsinyal ini berisi informasi tentang status sistem yang dikontrol. Hal ini dimungkinkan untuk sinyal-sinyal input biner, digital, dan analog. Sebuah PLC hanya dapat menyimpan dan mengeluarkan sinyal-sinyal listrik. Dengan alasan ini, sinyal-sinyal bukan listrik harus dikonversikan ke dalam sinyal listrik dengan sensor-sensor. Contoh sensor: tombol tekan, sakelar, limit switch, sensor proximity. Sinyal-sinyal output mempengaruhi sistem yang dikontrol. Sinyalsinyal dapat dikeluarkan dalam bentuk sinyal biner, digital, atau analog.

139 133 Sinyal output diperkuat ke dalam sinyal-sinyal kontak melalui aktuator atau dikonversikan ke dalam sinyal-sinyal dalam bentuk energi yang lain. Contoh aktuator adalah: lampu, buzzer, bel, kontaktor, silinder dengan katup solenoid, motor-motor stepper. 6. Hubungan Antar Modul Tergantung pada bagaimana unit pusat kontrol dihubungkan ke modul-modul input dan output, pemisahan dapat dibuat antara PLC-PLC compact (modul input, unit pusat kontrol dan modul output di dalam satu kemasan) atau PLC-PLC modular (per modul). PLC-PLC modular memang disusun secara terpisah. Modul-modul diperlukan untuk aplikasi praktis, selain daripada itu modul-modul I/O digital, termasuk modul analog, posisioning (pengaturan posisi) dan komunikasi dapat dimasukkan di dalam sebuah rak, dimana modul-modul secara terpisah dapat dihubungkan melalui sebuah sistem bus/rel. Desain jenis ini juga dikenal sebagai teknologi berantai. Dua contoh PLC modular diperlihatkan dalam gambar di atas. Ini mewakili seri PLC modular yang sudah terkenal oleh AEG Modicon dan seri terbaru S7-300 oleh Siemens. Bentuk PLC card adalah jenis khusus dari PLC modular, dikembangkan hingga beberapa tahun terakhir. Dengan jenis ini, nomor pada modul-modul PCB secara terpisah distandarkan kemasannya. Festo FPC 405 adalah contoh dari desain jenis ini. Gambar 78. PLC Compact (Mitsubishi FXO), PLC Modular Siemens s7-300), PLC Plug-in Cards (Festo FPC 405)

140 134 Bentuk hardware PLC harus dibuat sedemikian rupa sehingga PLC dapat bertahan dalam lingkungan industri seperti halnya tingkatan sinyal, panas, kelembaban, fluktuasi arus sumber listrik, dan pengaruh-pegaruh mekanik. 7. Struktur PLC Dengan sistem komputer, perbedaan secara umum adalah terletak pada hardware (perangkat keras), firmware (perangkat tetap), dan software (perangkat lunak). Tetapi secara prinsip pokok PLC menggunakan struktur yang sama dengan komputer mikro. Gambar 4.1 menggambarkan struktur dasar sebuah komputer mikro. Hardware terdiri dari piranti teknologi aktual, seperti PCB (printed circuit boards), modul-modul terintegrasi, kabel-kabel, batery, kotak rumah. Firmware adalah bagian dari software, dimana secara permanen dipasang dan disediakan oleh pabrik pembuat PLC. Ini termasuk sistem dasar rutin, digunakan untuk starting processor setelah power dihidupkan. Disamping itu, ada sistem operasi dalam kasus PLC, dimana secara umum disimpan di dalam ROM (Read Only Memory) yaitu sebuah penyimpan yang hanya dapat dibaca atau didalam EPROM (Eraseable Program Read Only Memory) dengan media penyimpan ini program lama dapat dimungkinkan untuk dihapus dengan sinar ultraviolet Gambar 79. Bentuk dasar sebuah komputer mikro