Rangkaian AC Tiga-Fase [1]

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

Download "Rangkaian AC Tiga-Fase [1]"

Indra Budiono
7 tahun lalu
Tontonan:

1 Rangkaian AC Tiga-Fase [1] Slide-12 Ir. Agus Arif, MT Semester Genap 2015/ / 23

2 Materi Kuliah 1 Sistem Tiga-Fase Sistem Fase-Jamak Definisi Tiga-Fase Notasi Subskrip-Ganda 2 Definisi Sumber Tiga-Fase Setimbang Tegangan Fase dan Tegangan Line Beban Tiga-Fase Setimbang 2 / 23

3 Pengantar Kebanyakan daya listrik yg dipasok kpd pemakai berbentuk tegangan dan arus sinusoidal, yg biasa disebut sbg arus bolak-balik atau AC (alternating current) Kebanyakan peralatan dirancang utk beroperasi pd frekuensi 50 Hz atau 60 Hz Kebanyakan sistem 60 Hz kini dibakukan utk bekerja pd tegangan 120 V (rms), dan sistem 50 Hz biasanya terkait dgn tegangan 240 V (rms) Selain tanggapan ajeg (steady state), tanggapan transien dr sistem daya AC juga layak diperhatikan krn kebanyakan peralatan membutuhkan arus yg lebih besar ketika memulai kerja (start-up) drpd ketika sudah bekerja scr berkelanjutan Perhatian: semua tegangan dan arus pd slides ini dinyatakan sbg nilai-nilai efektif-nya atau nilai-nilai RMS, kecuali disebutkan scr berbeda 3 / 23

4 Sistem Fase-Jamak Hingga kini, istilah sumber sinusoid = sumber tegangan atau arus berupa gelombang sinusoidal tunggal dgn amplitudo, frekuensi dan sudut fase tertentu Di samping itu, ada sistem fase-jamak atau polyphase, khususnya sistem tiga-fase, yg banyak ditemui sbg sumber ataupun beban Ada keuntungan nyata pd pembangkitan dan transmisi scr tiga-fase dibandingkan scr satu-fase Jk suatu alat memerlukan daya satu-fase mk ia cukup dihubungkan dgn salah satu kaki dr sistem tiga-fase Sistem fase-jamak yg paling banyak ditemui = sistem tiga-fase yg setimbang (balanced three-phase system) Sumber pd sistem ini memiliki tiga terminal, tidak termasuk sambungan netral atau ground 4 / 23

5 Definisi Sistem Tiga-Fase Pengukuran voltmeter di antara 2 terminal manapun menunjukkan tegangan sinusoid dgn amplitudo yg sama Namun, tegangan 2 ini tidak sefase; masing 2 memiliki selisih fase sebesar 120 dr dua tegangan lainnya Dan tanda sudut fase tergantung pd pengarahan sumber tegangan 5 / 23

6 Kelebihan Sistem Tiga-Fase Jk suatu sistem tiga-fase setimbang dikenakan beban yg setimbang (balanced load) mk beban ini menarik daya yg sama besar dr stp fase Krn pergeseran sudut yg simetri di antara ketiga fase pd sistem ini mk tidak pernah terjadi daya sesaat yg ditarik seluruh beban sama dgn nol Bahkan, daya sesaat total (pd ketiga fase) merupakan suatu tetapan Pd mesin dgn bagian yg berputar, daya ini mengakibatkan torka motor yg lebih konstan daripada jika daya dipasok oleh sistem satu-fase Pada gilirannya, daya dr sistem tiga-fase mengurangi efek getaran pd mesin tsb 6 / 23

7 = V ab + V cd 7 / 23 Penulisan dgn Subskrip-Ganda Definisi: V ab = fasor tegangan pd titik a dgn mengacu pd titik b tanda plus terletak pd titik a [Gambar (a)] Notasi subskrip-ganda setara dgn pasangan tanda plus-minus Hukum KVL menuntut tegangan di antara 2 titik adl sama dan tidak tergantung jalur yg dipilih di antara ke-2 titik tsb Akibatnya [Gambar (b)]: V ad = V ab + V bd = V ac + V cd = V ab + V bc + V cd

8 Contoh 1: Pemakaian Notasi Subskrip-Ganda [1] Sistem tiga-fase pd gambar dgn sumber 2 yg diketahui: V an = V V bn = V V cn = V Tegangan V ab dpt ditentukan dgn memperhatikan subskrip 2 yg terkait: V ab = V an + V nb = V an V bn = V = 100 ( 50 j 86.6) V = V 8 / 23

9 Contoh 1: Pemakaian Notasi Subskrip-Ganda [2] Ketiga sumber tegangan tadi dan penentuan tegangan V ab dpt dilukiskan dgn memakai diagram fasor: 9 / 23

10 Subskrip-Ganda pd Arus Definisi dr arus I ab adl arus yg mengalir dr titik a ke titik b melalui jalur yg paling langsung = biasanya jalur dgn satu elemen Pd rangkaian di atas, arus I ab sdh benar spt yg ditunjukkan anak panah, namun arus I cd dpt menimbulkan kebingungan 10 / 23

11 Contoh 2: Notasi Subskrip-Ganda pd Arus Pd rangkaian di bawah, jk diketahui I fj = 3 A, I de = 2 A, dan I hd = 6 A mk tentukanlah: (a) I cd ; (b) I ef ; (c) I ij 11 / 23

12 Definisi Sumber tiga-fase memiliki 3 terminal yg disebut terminal line Selain itu, sumber tsb dpt jg memiliki terminal ke-4 yg disebut terminal netral Namun, ada pula sumber tiga-fase yg tdk memiliki terminal netral 12 / 23

13 Sumber Tiga-Fase Setimbang [1] Definisi suatu sumber tiga-fase yg setimbang memenuhi 2 syarat: Syarat pertama: V an = V bn = V cn Syarat kedua: V an + V bn + V cn = 0 Ketiga tegangan ini yg masing 2 berada di antara satu line dan terminal netral disebut sbg tegangan fase Jk scr sembarang V an dipilih sbg rujukan atau didefinisikan V an = V p 0 dgn V p adl amplitudo (rms) dr stp tegangan fase mk definisi sumber tiga-fase yg setimbang menghasilkan kesimpulan V bn = V p 120 dan V cn = V p 240 atau V bn = V p 120 dan V cn = V p / 23

14 Sumber Tiga-Fase Setimbang [2] Kesimpulan pertama disebut urutan fase positif atau urutan fase abc Kesimpulan kedua disebut urutan fase negatif atau urutan fase bca Kedua urutan fase tersebut ditampilkan sbg: 14 / 23

15 Tegangan Line-to-Line [1] Tegangan line-to-line atau tegangan line ditentukan di antara setiap dua terminal dr terminal a, b, dan c V ab = V an + V nb = V an V bn = V p 0 V p 120 = V p V p cos( 120 ) j V p sin( 120 ) = V p (1 + 1/2 + j 3/2) = 3V p 30 Dgn cara yg mirip dpt diperoleh: V bc = 3V p 90 V ca = 3V p / 23

16 Tegangan Line-to-Line [2] Latihan: Hukum KVL mengharuskan jumlah ketiga tegangan line V ab, V bc, dan V ca adl nol. Buktikan! Jk amplitudo (rms) dr stp tegangan line dilambangkan dgn V L mk Pd urutan fase positif, V L = 3V p V an memimpin V bn dan V bn memimpin V cn masing 2 sebesar 120, serta V ab memimpin V bc dan V bc memimpin V ca masing 2 sebesar 120 Dua pernyataan di atas juga akan berlaku utk urutan fase negatif asalkan kata memimpin diganti dgn kata terlambat trhdp 16 / 23

17 Beban Tiga-Fase Setimbang [1] Jk suatu beban tiga-fase yg setimbang dihubungkan scr koneksi Y dgn sumber tegangan mk rangkaian dpt digambarkan: Beban dilambangkan oleh impedans Z p yg berada di antara stp line dan terminal netral 17 / 23

18 Beban Tiga-Fase Setimbang [2] Dgn menerapkan superposisi rangkaian tiga-fase tsb boleh dipandang sbg 3 rangkaian satu-fase dgn satu ground yg sama shg ketiga arus line dpt ditentukan sbb: Dgn demikian, I aa = V an Z p I bb = V bn = V an 120 Z p Z p I cc = I aa 240 I nn = I aa + I bb + I cc = 0 = I aa 120 Alhasil, Jk beban & sumber adl setimbang dan ke-4 kawat penghubung memiliki impedans = nol mk kawat netral tidak mengandung arus 18 / 23

19 Beban Tiga-Fase Setimbang [3] Jk impedans Z L disisipkan scr seri pd masing 2 3 kawat line dan impedans Z n disisipkan pd kawat netral mk ke-3 impedans line dpt digabungkan dgn impedans beban mk beban efektif masih setimbang dan kawat netral tetap memiliki impedans = nol Jk sumber setimbang, beban setimbang, dan impedans line setimbang mk kawat netral dpt digantikan oleh impedans apapun, termasuk hubung-singkat atau untai-terbuka 19 / 23

20 Contoh 3: Rangkaian Tiga-Fase -Y [1] Pd rangkaian setimbang di bawah, tentukanlah: (a) arus fase dan arus line; (b) tegangan fase dan tegangan line; (c) daya rerata total yg diserap beban 20 / 23

21 Contoh 3: Rangkaian Tiga-Fase -Y [2] Krn diketahui satu tegangan fase dan ditetapkan penggunaan urutan fase yg positif mk ketiga teganan fase adl V an = V V bn = V V cn = V Amplitudo stp tegangan line adl = 346 V 21 / 23

22 Contoh 3: Rangkaian Tiga-Fase -Y [3] Berdasarkan diagram fase di atas, tegangan line dpt ditentukan: V ab = V V bc = V V ca = V Arus line utk fase A adl I aa = V an Z p = = 2 60 A Krn rangkaian tsb merupakan sistem tiga-fase yg setimbang mk arus line lainnya dpt dituliskan berdasarkan pd I aa : I bb = 2 ( ) = A I cc = 2 ( ) = A Akhirnya, daya rerata yg diserap oleh fase A adl Re[V an I aa], yakni P AN = 200 (2) cos ( ) = 200 W 22 / 23

23 Contoh 3: Rangkaian Tiga-Fase -Y [4] Dgn demikian, daya rerata total yg diserap oleh beban tiga-fase adl = 600 W Alhasil, diagram fasor yg menggambarkan tegangan fase, tegangan line dan arus line dr rangkaian tiga-fase yg setimbang tsb: 23 / 23

dokumen-dokumen yang mirip

Daya Rangkaian AC [2]

Daya Rangkaian AC [2] Slide-11 Ir. Agus Arif, MT Semester Gasal 2016/2017 1 / 16 Materi Kuliah 1 Nilai Efektif Tegangan & Arus Efektif Nilai Efektif Gelombang Berkala Nilai RMS Gelombang Sinusoidal Nilai