Motor Listrik AC dan DC

Desrida Supriyaningsih
Teknik Industri, Universitas Gunadarma, Jakarta
Email : desy_rida@yahoo.com

Abstraksi: Paper ini berkaitan dengan motor listrik. Dasar-dasar pembelajaran motor listrik disini mnjelaskan tentang mekanisme kerja motor listrik, klasifikasi motor listrik, jenis-jenis motor listrik, keuntugan dan kekurangan dari motor listrik AC dan DC, jenis-jenis motor listrik AC dan DC.

Kata kunci: Motor listrik, Motor listrik AC dan DC, SAP Teknik Industri Gunadarma 2009 Teknik Tenaga Listrik.

I. Pendahuluan
Seiring dengan berkembangnya teknologi saat ini, listrik pun termasuk kedalam kebutuhan pokok manusia untuk melakukan kegiatan sehari-sehari. Seperti yang telah kita ketahui bahwa energi listrik adalah enrgi yang sangat mempengaruhi kehidupan manusia. Sebagai contoh adalah energi listrik yang digunakan pada motor listrik. Didalam motor listrik energi listrik diubah kedalam energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk memutar impeller pompa, fan atau bowler, menggerakkan kompresor. Selain itu digunakan juga pada peralatan listrik rumah tangga seperti mixer, bor listrik dan kipas angin. Tanpa energi listrik kita tidak dapat melakukan aktifitas di kehidupan kita dengan mudah. Sehingga kita memiliki rasa ingin tahu tentang listrik. Pada kesempatan ini akan dibahas beberapa materi tentang energi listrik untuk memberikan pengetahuan lebih tentang listrik didalam kehidupan kita.

II. Pengertian Motor Listrik
Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik atau alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik yang disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu.
Motor listrik yang umum digunakan dalam industri adalah motor industri asinkron, dengan dua standar global IEC dan NEMA. Motor asinkron IEC berbasis metrik (milimeter), sedangkan motor listrik NEMA berbasis imperial (inch). Dalam aplikasi aada satuan daya dalam horsepower (hp) maupun kilowatt (kW).
Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri, sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan 70% beban listrik total di industri.


Motor listrik AC dan DC

Gambar 1. motor listrik

III. Mekanisme Kerja Motor Listrik
• Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
• Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran atau loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
• Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar atau torsi untuk memutar kumparan.
• Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.


1V. Jenis-Jenis Motor Listrik
Didalam pembahasan ini terdapat dua jenis utama motor listrik yaitu motor AC dan motor DC. Motor tersebut diklasifikasikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi yang akan diperlihatkan dalam bagan dibawah ini:


V. Motor AC (arus bolak- balik).
Motor AC atau arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik AC memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor". Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan.Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekuensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya.

VI. Jenis-Jenis Motor AC
Dalam pembahasan ini terdapat beberapa jenis jenis motor listrik AC diantaranya:
a. Motor Sinkron
Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistem frekuensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekuensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.




Gambar 2. Motor Sinkron

Dari gambar diatas dapat dijelaskan komponen utama motor sinkron:
Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnet rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.


Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut:
Ns = 120 f / P
Dimana:
f = frekuensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekuensi yang dipasok.

b. Motor induksi
Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik (ac) yang paling luas digunakan. Penamaanya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator. Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

Motor listrik AC dan DC


Gambar 3. Motor Induksi

Komponen utama motor induksi
Motor induksi memiliki dua komponen utama yaitu:
• Rotor
Pada bagian rotor yang merupakan tempat kumparan rotor adalah bagian yang bergerak atau berputar. Ada dua jenis rotor dalam motor induksi yaitu: Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.
• Stator
Pada bagian stator terdapat beberapa slot yang merupakan tempat kawat (konduktor) dari tiga kumparan dari tiga fasa yang disebut kumparan stator dan masing-masing kumparan mendapatkan suplai arus tiga fasa. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat .



Klasifikasi Motor Induksi
Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama:
• Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
• Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.

Motor induksi banyak dipakai dalam kalangan industri, ini berkaitan dengan beberapa keuntungan dan kerugian.
Keuntungan:
1. Sangat sederhana dan daya tahan kuat ( konstruks9i hampir tidak pernah terjadi kerusakan, khususnya tipe squirelcage)
2. Harga relatif murah dan perawatan mudah.
3. Efisiensi tinggi. Pada kondisi berputar normal, tidak dibutuhkan sikat dan karenanya rugi daya yang diakibatkannya dapat dikurangi.
4. Tidak memerlukan starting tambahan dan tidak harus sinkron.
Kerugian:
1. Kecepatan tidak dapat berubah tanpa pengorbanan efisiensi.
2. Tidak seperti motor DC atau motor shunt, kecepatannya menurun seiring dengan tambahan beban.
3. Kopel awal mutunya rendah dibanding dengan motor DC shunt.



Kecepatan Motor Induksi

Motor induksi bekerja sebagai berikut listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar. Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser atau slip ring, dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser atau slip ring motor”.



Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip atau geseran:

% Slip = (Ns – Nb)/Ns x 100

Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM

VII. Motor DC (Arus Searah)
Motor DC atau arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung atau direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Motor DC mempunyai tiga komponen yaitu bisa dilihat dan dijelaskan pada gambar dibawah ini:

Gambar 7. Motor DC

• Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
• Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
• Kommutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Kommutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.




VIII. Jenis-Jenis Motor DC
Dalam pembahasan ini terdapat beberapa jenis motor DC diantaranya:
a. Motor DC sumber daya terpisah (Separately Excited), Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.
b. Motor DC sumber daya sendiri (Self Excited: motor shunt). Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.


Gambar 8. Karakteristik Motor DC Shunt

Berikut tentang kecepatan motor shunt:
• Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 4) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
• Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).

c. Motor DC daya sendiri: motor seri. Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A). Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.

Berikut tentang kecepatan motor seri:
• Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM.
• Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist.


Gambar 9. Karakteristik Motor DC Seri.

d. Motor DC kompon atau gabungan
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A). Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yaitu persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok.

Gambar 10. Karakteristik Motor DC Kompon

















IX. Kesimpulan
Dalam paper ini kita dapat mengetahui pengertian motor listrik yaitu sebuah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor listrik disini terdapat dua criteria yaitu motor listrik AC dan motor listrik DC. Motor listrik AC terdiri dari motor sinkron dan motor induksi. Sedangkan motor listrik DC terdiri dari motor DC sumber daya terpisah, motor DC smber daya sendiri, dan motor DC sumber daya kompon atau gabungan. Dalam paper ini juga dijelaskan mekanisme kerja motor listrik dan jenis-jenis motor listrik.

X. Penutup
Dalam pembahasan motor listrik ini dapat disimpulkan bahwa motor listrik itu memiliki banyak kegunaaan serta aplikasi-aplikasi motor listrik ini sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari-sehari, yaitu dalam kehidupan rumah tangga maupun dalam bidang industri. Motor listrik terbagi dalam motor listrik AC dan motor listrik DC serta jenis-jenisnya. Akan tetapi tujuan dari pembahasan ini yaitu untuk mengetahui perkembangan tentang motor listrik yang telah menjadi kebutuhan pokok bagi masyarakat.

XI. Referensi
Dunia-listrik Blog. Motor Listrik. Blogspot; Jakarta
Rijono. Yon. Dasar Teknik Tenaga Listrik, Edisi revisi, Andi Yogyakarta; 2002
Wiki. Motor Listrik. Wikipedia; Jakarta
http://www.energyefficiencyasia.org

MENENTUKAN PARAMETER

MENENTUKAN PARAMETER
Parameter transformaor yang terdapat pada model rangkaian RC, XM, Rek, Xek, dapat ditentukan besarnya dengan dua macam pengukuran test yaitu pengukuran beban nol dan pengukuran hubungan singkat.

PENGATURAN TEGANGAN
Pengaturan tegangan suatu transformaor ialah perubahan tegangan sekunder antara beban nol dan beban penuh pada suatu faktor kerja tertentu dengan tegangan konstan.

KERJA PARALEL
Pertambahan beban pada suatu saat menghendaki adanya kerja parallel diantara transformator. Tujuan utama transformator adalah agar beban yang dipikul sebanding dengan kemampuan kVA masing-masing transformator hingga tidak terjadi pembebanan lebih dan pemanasan lebih.
Untuk maksud diatas diperlukan beberapa syarat yaitu:
1. Perbandingan tegangan harus sama
2. Polaritas transformator harus sama
3. Tegangan impedansi pada keadaan beban penuh harus sama

RUGI DAN EFISIENSI
Rugi Tembaga(Pcu) adalah rugi yang disebabkan arus beban mengalir pada kawat tembaga dapat ditulis sebagai: Pcu = I2R karena arus beban berubah-berubah sehingga rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban.
Rugi besi (PI) terdiri atas:
1. Rugi histerisis yaitu rugiyang disebabkan fluks bolak-balik pada inti besi.
2.Rugi “arus eddy” yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi.
Efisiensi adalah daya keluar dibagi dengan daya masuk atau sama dengan daya keluar dibagi dengan daya keluar ditambah sigma rugi dimana sigma rugi terdiri dari rugi tembaga dan rugi besi.

Zuhal, DASAR TEKNIK TENAGA LISTRIK dan ELEKTRONIKA DAYA, GRAMEDIA PUSTAKA UTAMA,JAKARTA,1993.

TRANSFORMATOR

TRANSFORMATOR

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu ataulenih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Transformator digunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam system tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh.
Berdasarkan frekuensinya transformator dikelompokan sebagai berikut:
1. frekuensi daya, 50 – 60 c/s
2. frekuensi pendengaran, 50 c/s – 20 kc/s
3. frekuensi radio, diatas 30 kc/s
Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokan menjadi:
1. transformator daya
2. transformator distribusi
3. transformator pengukuran yang terdiri dari transformator arus dan transformator tegangan.
Kerja transformator yang berdasarkan induksi-elektromagnet menghendaki adanya gandengan magnet antara rangkaian primer dan sekunder. Gandengan mgnet ini berupa inti besi tempat melakukan fluks bersama.

KEADAAN TRANSFORMATOR TANPA BEBAN
Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sunusoid akan mengalirlah arus primer I0 yang juga sinusoid dan dengan menganggap belitan N1 reakif murni, I0 akan tertinggal 900 dari V1. Arus primer I0 menimbulkan fluks yang sefasa dan juga berbentuk sunsoid.

ARUS PENGUAT
Arus primer yang mengalir pada saat kumparan sekunder tidak dibebani disebut arus penguat. Dalam kenyataannya arus primer bukanlah merupakan arus induktif murni, hingga ia terdiri dari dua komponen:
1. Komponen arus pemagnetan yang menghasilkan fluks. Karena sifat besi yang nonlinier maka arus pemagnetan dan juga fluks dalam kenyataanya tidak berbentuk sinusoid.
2. Komponen arus rugi tembaga IC, menyatakan daya yang hilang akibat adanya rugi hysteresis dan “arus eddy”. Arus rugi tembaga sefasa dengan V1, dengan demikian hasil perkaliannya ( IC x V1 ) merupakan daya yang hilang.

KEADAAN BERBEBAN
Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, I2 mengalir pada kumparan sekunder, dimana I2 = V2 / ZL dengan 2 = faktor kerja beban.

RANGKAIAN EKIVALEN
Dalam model rangkaian ekivalen yang dipakai untuk menganalisis kerja suatu transformator, adanya fluks bocor yang diunjukan sebagai reaktansi X1 dan X2. Sedang rugi tahanan ditunjukan dengan R1 dan R2.


Zuhal, DASAR TEKNIK TENAGA LISTRIK dan ELEKTRONIKA DAYA, GRAMEDIA PUSTAKA UTAMA,JAKARTA,1993.

KONSEP RANGKAIAN MAGNET

Arus listrik (i) yang dialirkan melalui penghantar yang dibelitkan pada inti besi yang berbentuk cincin toroidal akan menghasilkan medan magnet yang sebanding dengan jumlah lilitan (N) dikalikan dengan besaran arus listrik (i). Ampere-turn Ni ini dikenal sebagai gaya gerak magnet (ggm). Gaya gerak maknet adalah perbedaan potensial magnet yang cenderung menggerakkan fluks disekitar cincin toroidal. Gerak fluks disekitar cincin selain ditentukan oleh besaran ggm juga merupakan fungsi dari tahanan inti besi yang membawa fluks terebut. Tahanan inti besi tersebut disebut reluktansi R dari rangkaian magnet.
Seperti juga tahanan dalam rangkaian listrik, reluktansi berbanding lurus dengan panjang (l) berbanding terbalik dengan penampang luas bidang (A) dan bergantung pda bahan magnetic rangkaian magnet tersebut, dimana besaran l dalam meter dan A dalam meter persegi:


INTENSITAS MEDAN MAGNET – HUKUM AMPERE
Hukum ampere bersama dengan beberapa persamaaan lain membentuk persamaan Maxwell yang menyatakan bahwa integral keliling kuat medan magnet berbanding lurus dengan besar arus listrik yang terkurung oleh integral keliling itu.


Dimana dA = unsur luas
Dalam proses konversi energy yang menyangkut mesin dengan elemen bergerak (berputar) seperti transduser atau motor pada inti besinya akan terdapat celah udara. Melalui celah udara dapat berlangsung proses konversi dari energy listrik ke energy mekanik atau sebaliknya.
Untuk inti yang bercelah udara berlaku hubungan
g
g


Dimana Ni adalah gaya gerak magnet dan koefisien reluctance R.
karena
dan

maka
+ ) =

Oleh karenapada umumnya µc >> µo, maka sebagian besar rangkaian magnet hanya dipengaruhi oleh reluktansi celah udara (Rg). Denga demikian dapat disimpulkan bahwa sebagian besar ggm terkonsentrasi pada celah udara yang merupakan potensi energy untuk proses konversi.

Zuhal, DASAR TEKNIK TENAGA LISTRIK dan ELEKTRONIKA DAYA, GRAMEDIA PUSTAKA UTAMA,JAKARTA,1993.

DASAR ELEKTROMAGNET

Medan magnet berperan sangat penting sebagai rangkaian proses konversi energi. Melalui medium medan magnet, bentuk energi mekanik dapat diubah menjadi energi listrik alat konversinya disebut generator atau sebaliknya dari bentuk energi listrik menjadi energi mekanik dan alat konversinya disebut motor. Pada transformator gandengan medan magnet berfungsi untuk memindahkan dan mengubah energi listrik dari rangkaian primer ke sekunder melalui prinsip induksi electromagnet.
Dari sisi pandangan elektris medan magnet mampu untuk mengimbaskan tegangan pada konduktor. Sedangkan dari sisi pandangan mekanis medan magnet sanggup untukmenghasilan daya dan kopel.
Keutamaan medan magnet sebagai perangkai proses konversi energi disebabkan terjadinya bahan-bahan magnetic yang memungkinkan diperolehnya kerapatan energi yang tinggi, kerapatan energi yang tinggi ini akan menghasilkan kapasitas tenaga per unit volume mesin yang tinggi pula. Jelaslah bahwa pengertian kuantitatif tentang medan magnet dan rangkaian magnet merupakan bagian penting untuk memahami proses konversi energi listrik.

MEDAN MAGNET DAN MEDAN LISTRIK
Medan magnet terbentuk dari gerak elektron. Mengingat arus listrik yang melalui suatu hantaran merupakan aliran elektron maka pada sekitar kawat hantaran listrik tersebut akan ditimbulkan suatu medan magnet. Medan magnet memiliki arah, kerapatan, dan intensitas yang digambarkan sebagai “garis-garis fluks” dan dinyatakan dengan gambar simbol fluks dalam besaran weber.
Besaran kerapatan medan magnet dinyatakan dengan banyaknya garis-garis fluks yang menenbus suatu luas bidang tertentu dan mempunyai simbol B kerapatan fluksi dalam weber/m2. Intensitas medan magnet disebut sebagai kuat medan dan dinyatakan dengan besarnya fluksi sepanjang jarak tertentu mempunyai symbol H kuat medan dalam ampere/m. Kerapatan medan B dan kuat madan H merupakan besaran vektoris yang mempuyai besaran dan arah yang besarnya B = µH. Dimana µ permeabilitas dalam henry/meter.
Permeabilitas pada ruang bebas (udara) mempunyai nilai 4 x 10-7 H/m. Material seperti besi dan nikel mempunyai permeabilitas yang relatif lebih tinggi dan biasanya disebut sebagai material yang mempunyai karakteristik feromagnet. Suatu sumber tegangan (V) mengalirkan arus listrik (i) melalui suatu kumparan dengan jumlah lilitan (N). Maka pada inti besi (core) akan ditimbulkan suatu kuat medan (H).
Dengan Ni = Hl ampere-turn
Dimana:
N = jumlah lilitan
i = arus listrik
H = kuat medan
l = panjang jalur

Zuhal, DASAR TEKNIK TENAGA LISTRIK dan ELEKTRONIKA DAYA, GRAMEDIA PUSTAKA UTAMA,JAKARTA,1993.

Sistem Tenaga

SISTEM TENAGA


ELEMEN SISTEM TENAGA
Salah satu cara yang paling ekonomis,mudah , dan aman untuk mengirimkan energy adalah melalui bentuk energy listrik. Pada pusat pembangkit, sumber dayanenergi primer seperti bahan bakar fosil ( minyak, gas alam, dan batu bara), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energy listrik. Generator sinkron mengubah energy mekanis yang dihasilkan pada poros turbin menjadi energy listrik tiga fasa.
Melalui transformator penaik tegangan energy listrikini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Peningkatan tegangan dimaksudkan untuk mengurangi jimlah arus yang mengalir pada seluran trasmisi. Dengan demikian saluran transmisi bertegangan tinggi akan membawa aliran arus yang rendah dan berarti mengurangi rugi panas (heat loss) I2R yang menyertainya. Ketika saluran trasmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut kembali diturunkan menjadi tegangan menengah, melalui transformator penurun tegangan (step-down transformator).
Di pusat-pusat beban yang terhubung dengan saluran distribusi, energy listrik ini diubah lagi menjadi bentuk-bentuk energy terpakai lainnya seperti energy mekanis, penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya. Elemen pokok system tenaga ini dibagi dalam beberapa bagian diantaranya: Puasat pembangkit ( turbin, generator), Sistem transmisi tegangan tinggi( transformator penaik, tenaga listrik tiga fasa, dan transformator penurun) dan Sistem distribusi tegangan rendah (beban listrik).

PUSAT PEMBANGKIT DAN OPERASI EKONOMISNYA
Pusat pembangkit berfungsi untuk mengkonversikan sumber daya energy primer menjadi energy listrik. Pusat pembangkit listrik konvensional mencakup:
1. Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)
2. Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)
3. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
4. Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD)
5. Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)
6. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
Disamping pembangit listrik konvensional tersebut, saat ini tengah dikembangkan beberapa teknologi konversi untuk sumber daya energy baru seperti: biomassa, solar, limbah kayu, angin, gelombang laut, dan sebagainya.

Pusat Listrik Tenaga Uap
Pada pembangkit listrik ini bahan bakar minyak, gas alam, batubara dipakai untuk membangkitkan panas dan uap pada boiler. Uap tersebut kemudian dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generator sinkron. Setelah melewati turbin , uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi berubah menjadi uap bertekanan dan bertemperatur rendah. Panas yang disadap oleh kondesor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompa kembali menuju boiler.
Pusat Listrik Tenaga Gas
PLTG atau turbin gas merupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal combustion). Bahan bakar berupa minyak atau gas alam dibakar didalam ruang pembakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan bakar disemprotkan ke ruang pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas hasil pembakaran ini berfungsi sebagai fliuda kerja yang memutar roda turbin bersudu yang terkopel dengan generator sinkron. Generator sinkron kemudian mengubah energy mekanis menjadi energy listrik.
Pusat Listrik Tenaga Air
Penggunaan tenaga air merupakan bentuk konversi energy tertua yang pernah dikenal manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan dimana terletak turbin air. Dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energy kinetic yang kemudian mendesak sudu-sudu turbin. Bergantung pada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu : Pelton, Francis, Kaplan. Karena tidak menggunakan bahan bakar, biaya operasi PLTA sangat rendah, nmun hal ini dibarengi dengan biaya investasi yang sangat tinggi untuk konstruksi pekerjaan sipil. Bergantung pada ketersediaan sumber energy air, PLTA dapat berfungsi untuk memikul beban puncak ataupun beban besar.


KONVERSI ENERGI ELEKTROMEKANIK
Salah satu aspek penting dalam system tenaga dalah yang menyangkut konversi energy elektromekanik: yaitu konversi energy dari bentuk mekanik ke listrik dan dari bentuk listrik ke mekanik. Konversi energy tersebut berlangsung pada system tenaga melalui peralatan electromagnet yang disebut generator dan motor.


Blok diatas tepatnya yang sebelah kiri menggambarkan system pembangkit. Melalui generator sinkron tiga fasa yang menerima kopel dari poros turbin. Sistem ini berperan untuk mengubah bentuk energy mekanik menjadi energy listrik. Blok yang ditengah menggambarkan bagian dari system tenaga yang mengirimkan energy listrik dari system pembangkit menuju system beban. Untuk mengurangi rugi-rugi panas, energy yang dikirim perlu dinaikan tegangannya melalui transformator penaik tegangan. Dengan demikian, meskipun transformator bukan termasuk peralatan konversi energy, namun merupakan alat pembantu electromagnet yang juga penting dalam system tenaga. Blok disebelah kanan menggambarkan system beban yang mengubah sebagian dari energy listrik menjadi bentuk energy mekanik.Perubahan tersebut berlangsung dalam mesin-mesin berputar yang disebut motor. Selain itu sebagian energy listrik dipergunakan untuk keperluan beban lainnya seperti penerangan, pendinginan, dan pemanasan.
TRANSMISI DAN DISTRIBUSI
Apabila saluran transmisi menyalurkan tenaga listrik bertegangan tinggi ke pusat-pusat beban dalam jumlah besar, maka saluran distribusi berfungsi membagikan tenaga listrik tersebut ke pihak pemakai melalui saluran tegangan rendah. Generator sinkron dipusat pembangkit biasanya menghasilkan tenaga listrik dengan tegangan antara 6-20 kV yang kemudian, dengan bantuan transformator tegangan tersebut dinaikan menjadi 150-500 kV. Saluran tgangan tinggi (STT) menyalurkan tenaga listrik menuju pusat penerima; disini tegangan diturunkan menjadi tegangan subtransmisi 70 kV. Pada gardu induk (GI), tenaga listrik yang diterima kemudian dilepaskan menuju trafo distribusi (TD) dalam bentuk tegangan menengah 20 kV. Melalui trafo distribusi yang tersebar di berbagai pusat-pusat beban. Tegangan distribusi primer ini diturunkan menjadi tegangan rendah 220/380 V yang akhirnya diterima pihak pemakai.
KARAKTERISTIK BEBAN
Sistem tenaga listrik dirancang untuk dapat mengirim energy listrik dengan cara yang efisien dan aman kepada para langganan. Karakteristik dari permintaan energy listrik kadang kala membuat usaha tersebut sulit untuk dipenuhi. Meramalkan pertumbuhan beban dan usaha untuk memenuhi siklus beban harian dan beban tahunan secara memuaskan merupakan dua kesulitan yang harus diatasi. Melalui kombinasi pengkajian kecenderungan masa lalu dan pembuatan ramalan ke masa depan, perencana akan memperkirakan kebutuhan pembangkitan tenaga dan merekomendasikan pembangunan fasilitisnya. Namun demikian, tugas perencana system tidak terbatas pada menjamin ketersediaan pembangkitan yang cukup saja, tetapi juga harus menentukan:
- Apakah saluran transmisi yang tersedia beserta pelengkapnya masih cukup mampu untuk membawa tambahan energy listrik yang diperlukan?
- Apakah peralatan system masih cukup handal untuk melindungi system dari keadaan-keadaan gangguan?
- Apakah keadaan gejala peralihan akan mengganggu operasi normal system?
- Cara operasi yang paling ekonomis untuk bermacam-macam keadaan pembebanan.
PROTEKSI
Suatu gangguan atau kegagalan dalam keadaan bagaimanapun akan mempengaruhi aliran arus normal pada system tenaga. Gangguan-gangguan yang terjadi dapat dibabkan oleh sambaran petir, hubungan singkat karena kejatuhan benda tertentu pada kawat penghantar, rusaknya isolasi dan lain sebagainya. Gangguan-gangguan tersebut dapat mengakibatkan lonjakan tegangan yang berlebihan, aliran arus yang sangat besar, bunga api listrik, dan kegagalan system tenaga untuk beroperasi secara keseluruhan. Dengan rancangan system proteksi yang baik, gangguan-gangguan yang terjadi dapat dilokalisir pada daerah kejadian saja sehingga tidak mengganggu para langganan didaerah lain.

NOTASI DAN SIMBOL
Penggunaan notasi dan symbol dalam buku ini diusahakan sesederhana mungkin. Untuk harga sesaat besaran arus bolak-balik digunakan huruf kecil, misalnya i untuk arus sesaat dan v untuk tegangan sesaat. Penggunaan huruf besar menunjukkan nilai fasor yang mengandung besaran (magnitude) dan sudut. Besaran fasor adalah harga rms-nya (root-mean-square). Namun pada pemakaian tertentu huruf besar juga berarti harga bilangan nyata yang hanya mempunyai besaran. Misalnya P = VI cos akan menghasilkan bilangan-bilangan nyata sehingga bilangan V dan I hanya menunjukkan besaran saja. Untuk perhitungan-perhitungan tiga fasa, daya nyata, daya reaktif, dan daya mayanya diasumsikan selalu mempunyai besaran tiga fasa.


Sumber:
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.