Pengenalan Sistem Catu Daya (Teknik Tenaga Listrik)

Transkripsi

1 Prinsip dasar dari sebuah mesin listrik adalah konversi energi elektromekanik, yaitu konversi dari energi listrik ke energi mekanik atau sebaliknya dari energi mekanik ke energi listrik. Alat yang dapat mengubah (mengkonversi) energi mekanik ke energi listrik disebut generator, dan apabila mesin melakukan proses konversi sebaliknya yaitu dari energi listrik ke energi mekanik disebut motor.

2 Selain generator dan motor, transformator juga termasuk alat listrik yang menjadi bahasan pada saat mempelajari mesin, meskipun energi yang masuk dan yang keluar dari transformator sama yaitu energi listrik. Pada transformator energi listrik yang diberikan pada lilitan akan mengakibatkan timbulnya medan magnet pada inti besi dan selanjutnya diubah kembali menjadi energi listrik.

3 Mesin listrik mulai dikenal tahun 1831 dengan adanya penemuan oleh Michael Faraday mengenai induksi elektromagnetik yang menjadi prinsip kerja motor listrik. Percobaan mengenai konsep mesin listrik di laboratoriumlaboratorium terus dilakukan sampai tahun 1870 saat Thomas Alfa Edison memulai pengembangan generator arus searah secara komersial untuk mendukung distribusi tenaga listrik yang berguna bagi penerangan listrik di rumah rumah.

4 Kejadian yang penting dalam sejarah mesin listrik adalah dengan dipantenkannya motor induksi tiga fasa oleh Nikola Tesla pada tahun Konsep Tesla mengenai arus bolakbalik selanjutnya dikembangkan oleh Charles Steinmetz pada dekade berikutnya, sehingga pada tahun 1890 transformator dapat diwujudkan, sekaligus menjadi pembuka jalan untuk melakukan transmisi daya listrik jarak jauh.

5 Meskipun konsep mesin listrik yang digunakan saat ini tidak berbeda dari sebelumnya, tetapi perbaikan dan proses pengembangan tidak berhenti. Pengembangan bahan ferromagnetic dan isolasi terus dilakukan untuk meningkatkan kemampuan daya yang lebih besar dibandingkan dengan mesin listrik yang digunakan sekarang ini.

6 Mesin listrik memegang peranan yang sangat penting dalam industri maupun dalam kehidupan sehari hari. Pada power plant digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik, di industri digunakan sebagai penggerak peralatan mekanik, seperti mesin pembuat tekstil, pembuat baja, dan mesin pembuat kertas. Dalam kehidupan sehari hari mesin listrik banyak dimanfaatkan pada peralatan rumah tangga listrik, kendaraan bermotor, peralatan kantor, peralatan kesehatan, dan sebagainya.

7 Ada tiga katagori utama untuk mesin putar (rotating machines) atau mesin dinamis yaitu mesin arus searah, mesin induksi, dan mesin sinkron. Dari katagori utama ini dikelompokkan lagi atas generator dan motor. Transformator termasuk katagori mesin statis, dan berdasarkan fasanya dibagi atas transformator satu fasa dan tiga fasa.

8 Transformator merupakan salah satu alat listrik yang banyak digunakan pada bidang tenaga listrik dan bidang elektronika. Pada bidang tenaga listrik, transformator digunakan mulai dari pusat pembangkit tenaga listrik sampai ke rumah rumah (a). Sebelum di transmisikan tegangan yang dihasilkan oleh pembangkit dinaikkan terlebih dahulu dengan menggunakan sebuah transformator daya (b) dengan tujuan untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi saat listrik di transmisikan. Kemudian sebelum digunakan oleh konsumen tegangan akan diturunkan lagi secara bertahap dengan menggunakan transformator distribusi (c), sesuai dengan peruntukkannya seperti kawasan industri, komersial, atau perumahan

9

10

11 Transformator yang dimanfaatkan di rumah tangga pada umumnya mempunyai ukuran yang lebih kecil, seperti yang digunakan untuk menyesuaikan tegangan dari peralatan rumah tangga listrik dengan suplai daya yang tersedia. Transformator dengan ukuran yang lebih kecil lagi biasanya digunakan pada perangkat elektronik seperti radio, televisi, dan sebagainya (d).

12 Prinsip Kerja Transformator Dalam suatu eksperimennya Michael Faraday dengan menggunakan bahan bahan berupa sebuah coil, magnet batang dan galvanometer (Gambar) dapat membuktikan bahwa bila kita mendorong medan magnet batang ke dalam coil tersebut, dengan kutub utaranya menghadap coil tersebut, ketika batang magnet sedang begerak, jarum galvanometer memperlihatkan penyimpangan yang menunjukkan bahwa sebuah arus telah dihasilkan di dalam coil tersebut. Bila batang magnet tersebut digerakkan dengan arah sebaliknya maka arah penunjukkan pada galvanometer arahnyapun berlawanan yang menunjukkan bahwa arah arus yang terjadi berlawanan juga.

13 Prinsip Kerja Transformator

14 Prinsip Kerja Transformator Jadi yang terjadi dalam percobaan itu adalah apa yang disebut arus imbas yang dihasilkan oleh tegangan gerak listrik imbas. Dalam percobaan lainnya Michael Faraday mencobakan sebuah cincin yang terbuat dari besi lunak, kemudian cincin besi lunak tersebut dililit dengan kawat tembaga berisolasi (Gambar). Bila saklar (S) ditutup, maka akan terjadi rangkaian tertutup pada sisi primer, demikian arus I1 akan mengalir pada rangkaian sisi primer tersebut, sedangkan pada lilitan sekunder tidak ada arus yang mengalir.

15 Prinsip Kerja Transformator Tetapi bila saklar (S) ditutup dan dibuka secara bergantian maka jarum galvanometer akan memperlihatkan adanya penyimpangan yang arahnya berubah ubah kekiri dan kekanan. Perubahan arah penunjukkan jarum galvanometer ini disebabkan adanya tegangan induksi pada lilitan sekunder, sehingga I2 mengalir melalui galvanometer. Dari percobaan seperti telah dijelaskan diatas Michael Faraday dapat menyimpulkan bahwa tegangan gerak listrik imbas e didalam sebuah rangkaian listrik adalah sama dengan perubahan fluks yang melalui rangkaian rangkaian tersebut.

16 Prinsip Kerja Transformator Jika kecepatan perubahan fluks dinyatakan didalam weber/detik, maka tegangan gerak listrik e dinyatakan dalam Volt, yang dalam bentuk persamaannya adalah : Persamaan ini dikenal dengan hukum Induksi Faraday, tanda negatif menunjukkan bahwa arus induksi akan selalu mengadakan perlawanan terhadap yang menghasilkan arus induksi tersebut. Bila coil terdiri dari N Lilitan, maka tegangan gerak listrik imbas yang dihasilkan merupakan jumlah dari tiap lilitan, dalam bentuk persamaan :

17 Prinsip Kerja Transformator Bila coil terdiri dari N Lilitan, maka tegangan gerak listrik imbas yang dihasilkan merupakan jumlah dari tiap lilitan, dalam bentuk persamaan : dan Nd dinamakan tautan fluksi (Flux Linkages) didalam alat tersebut.

18 Definisi Transformator Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi Listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain dengan frekuensi yang sama, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet.

19 Definisi Transformator Secara konstruksinya transformator terdiri atas dua kumparan aitu primer dan sekunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak balik, maka fluks bolak balik akan terjadi pada kumparan sisi primer, kemudian fluks tersebut akan mengalir pada inti transformator, dan selanjutnya fluks ini akan mengimbas pada kumparan yang ada pada sisi sekunder yang mengakibatkan timbulnya fluks magnet di sisi sekunder, sehingga pada sisi sekunder akan timbul tegangan

20 Berdasarkan cara melilitkan kumparan pada inti, dikenal dua jenis transformator, yaitu tipe inti (core type) dan tipe cangkang (shell type). Pada transformator tipe inti (Gambar), kumparan mengelilingi inti, dan pada umumnya inti transformator L atau U. Peletakkan kumparan pada inti diatur secara berhimpitan antara kumparan primer dengan sekunder. Dengan pertimbangan kompleksitas cara isolasi tegangan pada kumparan, biasanya sisi kumparan tinggi diletakkan di sebelah luar.

21 Sedangkan pada transformator tipe cangkang (Gambar) kumparan dikelilingi oleh inti, dan pada umumnya intinya berbentuk huruf E dan huruf I, atau huruf F. Untuk membentuk sebuah transformator tipe Inti maupun Cangkang, inti dari transformator yang berbentuk huruf tersebut disusun secara berlapis lapis (laminasi), jadi bukan berupa besi pejal. Tujuan utama penyusunan inti secara berlapis (Gambar) ini adalah untuk mengurangi kerugian energi akibat Eddy Current (arus pusar), dengan cara laminasi seperti ini maka ukuran jerat induksi yang berakibat terjadinya rugi energi di dalam inti bisa dikurangi. Proses penyusunan inti Transformator biasanya dilakukan setelah proses pembuatan lilitan kumparan transformator pada rangka (koker) selesai dilakukan.

22

23 Transformator Ideal Sebuah transformator dikatakan ideal, apabila dalam perhitungan dianggap tidak ada kerugian kerugian yang terjadi pada transformator tersebut, seperti rugi akibat resistansi, induktansi, arus magnetisasi, maupun akibat fluks bocor. Jika sebuah transformator tanpa beban (Gambar), kumparan primernya dihubungkan dengan dengan sumber tegangan arus bolak balik (abb) sinusoid V1, maka akan mengalir arus primer Io yang juga mempunyai bentuk gelombang sinusoidal, bila diasumsikan kumparan N1 merupakan reaktif murni,maka I0 akan tertinggal 90 derajat dari V1.

24 Transformator Ideal Arus primer ini akan menimbulkan fluks sinusoidal yang sefasa : Fluks yang sinusoidal akan mengkibatkan terbangkitnya tegangan induksi E1

25 Transformator Ideal maka pada sisi sekunder, fluks tersebut akan mengakibatkan timbulnya tegangan E2.

26 Arus primer yang mengalir pada transformator saat sekunder tanpa beban, bukan merupakan arus induktif murni, tetapi terdiri dari dua komponen arus yaitu arus magnetisasi ( Im ) dan arus rugi tembaga ( IC ). Arus magnetisasi ini menghasilkan fluks ( )