Transformator atau Trafo

Transformator atau Trafo

A. Komponen Transformator (trafo)
Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

Transformator merupakan suatu peralatan listrik yang digunakan untuk mengubah besaran tegangan arus listrik bolak-balik (AC), seperti menaikkan atau menurunkan tegangan listrik (voltase). Transformator bekerja berdasarkan prinsip fluks listrik dan magnet dimana antara sisi sumber (primer) dan beban (sekunder) tidak terdapat hubungan secara fisik tetapi secara elektromagnetik (induksi-elektromagnet).
Transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan (lilitan kawat), yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.

B Fungsi Transformator

• Trafo ( Transformator ) Adaptor
• Trafo ( Transformator ) IF ( Frekuensi Menengah )
• Trafo Step Up / Step Down
• Trafo OT ( Out Put )
  
  Contoh Fungsinya:

• Trafo step up, Fungsi transformator ini digunakan untuk menaikkan tegangan AC, trafo jenis ini dipakai dalam rangkaian-rangkaian pembangkit tegangan pada perangkat elektronika seperti trafo inverter monitor LCD, trafo inverter TV, dll.
• Trafo step-down adalah kebalikannya, fungsi transformator ini untuk menurunkan tegangan AC, contoh pemakaiannya pada adaptor.

C. Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance). Berdasarkan hukum Ampere dan hukum Faraday, yaitu : arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada salah satu kumparan pada transformator diberi arus bolak-balik (AC) maka jumlah garis gaya magnet akan berubah-ubah. Akibatnya pada sisi primer terjadi induksi. Sisi sekunder menerima garis gaya magnet dari sisi primer yang jumlahnya berubah-ubah pula. Maka di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung kumparan (lilitan) terdapat beda tegangan

Dalam transformator terdapat perhitungan untuk menentukan jumlah lilitan primer dan sekunder agar dapat dihasilkan keluaran dengan tegangan rendah dan arus besar. Rumus yang digunakan adalah :

Keterangan :

Np = Jumlah lilitan primer

Ns = Jumlah lilitan sekunder

Vp = Tegangan Input (primer)

Vs = Tegangan Output (sekunder)

Ip = Arus primer (Input)

Is = Arus Output (sekunder)

 Simbol Transformator

Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu:

1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).
2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).

Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:

1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).
2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP).
3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,
   

   D. Jenis-jenis transformator

   1. Step-Up

   DC.Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.
   
    

   2. Step-Down

   Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

   

    

   3. Autotransformator

   Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder.

    

   

   Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).

   4. Autotransformator variabel

   Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah

   

   5. Transformator isolasi

   Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.

   6. Transformator pulsa

   Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.

   7. Transformator tiga fasa

   Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ).

   
   

Motor AC
Lebih dari 90% motor bekerja dengan arus bolak-balik.
Baik motor ac maupun dc mempunyai karakteristik yang mengatur penggunaannya.
Karakteristik motor ac

• Harga lebih murah.
• Pemeliharaannya lebih mudah.
• Ada berbagai bentuk displai untuk berbagai lingkungan pengoperasian.
• Kemampuan untuk bertahan pada lingkungan pengoperasian yang keras.
• Secara fisik lebih kecil dibandingkan dengan motor dc dari HP yang sama.
• Biaya perbaikan lebih murah.
• Kemampuan untuk berputar pada kecepatan di atas ukuran kecepatan kerja yang tertera di nameplate.

Karakteristik motor dc

• Torsi tinggi pada kecepatan rendah.

• Pengaturan kecepatan bagus’ pada seluruh rentang (tidak ada low-end cogging).

• Kemampuan mengatasi beban-Iebih lebih baik.

• Lebih mahal dibandingkan motor ac.

• Secara fisik lebih besar dibandingkan dengan motor ac untuk HP yang sama.

• Pemeliharaan dan perbaikan yang diperlukan lebih rutin.

Struktur dasar dan Prinsip Kerja Motor ac
Keistimewaan umum dari semua motor ac adalah medan-magnet putar yang diatur dengan lilitan stator. Konsep ini dapat diilustrasikan pada motor tiga-fase dengan mempertimbangkan tiga kumparan yang diletakkan bergeser 120^o listrik satu sama lain. Masing-masing kumparan dihubungkan dengan satu fase sumber daya tiga-fase (Gambar 7-1). Apabila arus tiga-fase melalui lilitan tersebut, terjadi pengaruh medan-magnet berputar melalui bagian dalam inti stator. Kecepatan medan-magnet putar tergantung pada jumlah kutub stator dan frekuensi sumber daya. Kecepatan itu disebut kecepatan sinkron. yang ditentukan dengan rumus:
Dimana S = kecepatan sinkron dalam rpm
F = Frekwensi sumber daya dalam Hz
P = Jumlah lilitan kutub pada tiap lilitan satu fase

 Pembangkitan medan magnit putar

Jenis-jenis Motor ac
Motor arus bolak-balik diklasifikasikan berdasarkan prinsip pengoperasian sebagai:

• motor induksi
• motor sinkron.

Motor induksi Tiga fase rotor-sangkar
Motor induksi ac adalah motor yang paling sering digunakan sebab motor ini relatif sederhana dan dapat dibuat dengan lebih murah dibandingkan dengan yang lain. Motor induksi dapat dibuat baik untuk jenis tiga-fase maupun satu-fase, karena pada motor induksi tidak ada tegangan eksternal yang diberikan pada rotornya. Sebagai penggantinya, arus ac pada stator menginduksikan tegangan pada celah udara dan pada Iilitan rotor untuk menghasilkan arus rotor dan medan magnet. Medan magnet stator dan rotor kemudian berinteraksi dan menyebabkan rotor berputar
Arus Induksi rotor
Aplikasi induksi yang umum biasanya menggunakan motor induksi tiga-fase rotor-sangkar. Karakteristik motor rotor sangkar adalah sebagai berikut:

• Rotor terdiri dari penghantar tembaga yang dipasangkan pada inti yang solid dengan ujung-ujung dihubung singkat mirip dengan sangkar tupai.
• Kecepatan konstan.
• Arus start yang besar yang diperlukan oleh motor menyebabkan tegangan berfluktuasi.
• Arah putaran dapat dibalik dengan menukarkan dua dari tiga line daya utama pada motor.
• Faktor daya cenderung buruk untuk beban yang dikurangi.
• Apabila tegangan diberikan pada lilitan stator, dihasilkan medan-magnet putar yang menginduksikan tegangan pada rotor. Tegangan tersebut pada gilirannya menimbulkan arus yang besar mengalir pada rotor. Arus tersebut menimbulkan medan magnet. Medan rotor dan medan stator cenderung saling menarik satu sama lain. Situasi tersebut membangkitkan torsi, yang memutar rotor dengan arah yang sama dengan putaran medan magnet yang dihasilkan oleh stator.
• Pada saat start, motor akan terus berjalan dengan rugi fase sebagai motor satu-fase. Arus yang ditarik dari dua lin sisa hampir dua kali, dan motor akan mengalami panas lebih.

Motor rotor sangkar biasanya dipilih dari jenis-jenis yang lain kesederhanaan, kekuatan, dan keandalan. Karena keistimewaan yang unik tersebut, motor sangkar-tupai diterima sebagai standar aplikasi motor ac untuk semua keperluan kecepatan-konstan.
Motor induksi rotor-sangkar tiga-fase
Rotor motor induksi tidak berputar pada kecepatan sinkron, tetapi agak ketinggalan. Misalnya motor induksi yang mempunyai kecepatan sinkron 1800 rpm akan sering mempunyai kecepatan kerja 1750 rpm pada horse power kerja. Ketinggalan tersebut biasanya dinyatakan sebagai persentase kecepatan sinkron yang disebut slip.
Kecepatan rotor motor induksi tergantung pada kecepatan sinkron dan beban yang harus digerakkan. Rotor tidak menarik pada kecepatan sinkron tetapi cenderung untuk slip di belakang. Jika rotor diputar pada kecepatan yang sama dengan medan putar, tidak ada gerakan relatif antara rotor dan medan, dan tidak ada tegangan yang diinduksikan. Karena motor slip sehubungan dengan medan magnet berputar dari stator, maka tegangan dan arus diinduksikan pada rotor. jadi, motor normal, katakanlah dengan slip 2,8% dan kecepatan sinkron 1800 rpm, akan mempunyai slip 50 rpm dan kecepatan beban penuh 1750 rpm (1800 – 50 = 1750 rpm). Inilah kecepatan beban penuh yang akan dijumpai pada plat nama motor.
Motor induksi pada dasarnya adalah transformator di mana stator adalah primer dan rotor yang dihubung singkat adalah sekunder. Arus tanpa beban sama dengan arus penguatan pada transformator. Jadi, motor induksi tersusun atas komponen kemagnetan yang menimbulkan gaya tolak dan sedikit komponen aktif yang mensuplai kerugian angin dan gesekan pada rotor, ditambah kerugian besi pada stator.
Apabila motor induksi dalam keadaan berbeban, arus motor membangkitkan fluks yang berlawanan arah dan karena itu memperlemah fluks stator. Hal ini mengakibatkan lebih banyak arus yang mengalir pada lilitan stator, sama seperti kenaikan arus sekunder dari transformator mengakibatkan kenaikan pada arus primemya. Arus penguatan dan daya reaksi dalam keadaan terbeban bertahan hampir sama dengan pada saat keadaan tanpa beban. Tetapi daya aktif (kW) yang diserap oleh motor meningkat sebanding dengan beban mekanis. Hal ini mengikuti faktor daya motor yang bertambah besar secara dramatis pada saat beban mekanis bertambah. Pada keadaan beban penuh, faktor daya tersebut berkisar antara 0,7 untuk mesin kecil dan sampai dengan 0,9 untuk mesin besar. Efisiensi pada beban penuh adalah tinggi, dapat mencapai 90% untuk mesin yang sangat besar.
Arus rotor-ditahan sampai arus starting dari motor induksi adalah 5 sampai dengan 6 kali arus beban penuh. Segera setelah rotor dilepas, rotor mempercepat putaran dengan sangat cepat searah putaran medan. Pada saat rotor mengambil kecepatan, kecepatan relatif medan terhadap rotor makin berkurang. Hal ini menyebabkan kedua nilai dan frekuensi tegangan yang diinduksikan turun karena batang-batang rotor memotong lebih lambat. Arus rotor pertama kali turun dengan cepat pada saat motor mengambil kecepatan. Oleh karena itu, motor harus tidak pemah di biarkan tertahan untuk waktu sebentar saja.
Oleh karena motor induksi tiga-fase membuat medan putar yang dapat menstart motor, motor satu-fase memerlukan alat pembantu starting. Pada saat motor induksi satu-fase berputar, motor membangkitkan medan magnet putar. Motor induksi satu-fase lebih besar ukurannya untuk HP yang sama dibandingkan dengan motor tiga-fase, motor satu-fase mengalami pembatasan pemakaian di mana daya tiga-fase tidak ada. Apabila berputar, torsi yang dihasilkan oleh motor satu-fase adalah berpulsa dan tidak teratur, yang mengakibatkan faktor daya dan efisiensi yang lebih rendah dibandingkan dengan motor banyak fase.
Arah putaran medan stator dari motor induksi tiga-fase tergantung pada urutan-fase. Medan rotor ditarik oleh medan stator dan karena itu berputar searah dengan medan stator. Penukaran setiap dua kali dari ujung-ujung beda-fase yang mensuplai arus pada stator akan membalik urutan fase dan menyebabkan rotor berbalik arahnya.
Perlu diingat bagaimana kecepatan motor induksi ditimbulkan, yaitu dengan jumlah kutub dan frekuensi suplai daya (bukan suplai tegangan). Kecepatan standar motor induksi sangkar-tupai pada dasamya konstan. Meskipun demikian, motor sangkar-suplai dengan multispeed khusus, diproduksi dengan lilitan stator pada jumlah kutub yang dapat diubah dengan mengubah hubungan eksternal. Motor kecepatan banyak (multispeed) ada pada dua atau lebih kecepatan yang terhitung, yang ditentukan dengan hubungan yang dibuat pada motor. Motor dua-kecepatan biasanya mempunyai satu lilitan yang dapat dihubungkan sehingga mempunyai dua kecepatan, salah satunya separuh dari yang lain.
Hubungan lilitan motor-sangkar tupai (multi-speed)
Motor induksi Tiga fase rotor-lilit
Motor induksi rotor-lilit adalah motor induksi dengan rotor di lilitan-kawat yang digunakan untuk aplikasi kecepatan yang variabel .Stator terdiri dari tiga lilitan satu-fase yang diletakan berjarak 120^o listrik satu sama lain, dan dihubungkan ke sumber daya tiga-fase. Rotor tiga-fase mempunyai ujung-ujung luar ke slip ring.
Kecepatan rotor lilit dapat diubah dengan menempatkan tahanan pada rangkaian rotor melalui slip ring. Semakin besar tahanan ditempatkan pada rangkaian rotor, semakin lambat motor berputar, apabila semua tahanan dihilangkan dari rangkaian rotor, motor akan berputar pada kecepatan penuh. Dengan menempatkan tahanan pada rangkaian rotor, mengurangi arus start dan menyediakan torsi start yang tinggi. Faktor daya motor jenis ini adalah rendah pada keadaan tanpa beban, dan penuh pada keadaan beban. Untuk membalik putaran motor jenis ini, tukarlah dua ujung-ujung sumber tegangan.
beberapa keuntungan dan kelemahan motor induksi rotor-lilit meliputi:
keuntungan:

• Torsi start tinggi dengan arus start rendah.
• Percepatan dengan beban berat lembut.
• Tidak ada pemanasan abnormal selama periode starting.
• Pengaturan kecepatan yang bagus selama bekerja dengan beban konstan.

Kelemahan:

• Harga awal dan pemeliharaan lebih tinggi dibandingkan dengan motor sangkar tupai.
• Regulasi kecepatan jelek, apabila bekerja dengan tahanan pada rangkaian rotor.

Motor Induksi tiga-fase rotor-lilit
Motor Sinkron
Motor sinkron, seperti namanya, menunjukkan motor yang berputar pada kecepatan konstan mulai tanpa beban sampai beban-penuh. Kecepatannya adalah Sama dengan kecepatan medan-magnet putar. Motor sinkron menggunakan stator satu-fase atau tiga-fase untuk membangkitkan medan magnet-putar dan rotor elektromagnetis yang disuplai dengan arus searah. Rotor bertindak seperti magnet dan ditarik oleh medan stator yang berputar. Penarikan akan menghasilkan torsi pada rotor dan menyebabkan rotor berputar dengan medan. Motor sinkron tidak dapat berputar (start sendiri) dan harus dibawa pada kecepatan yang mendekati kecepatan sinkron sebelum motor dapat terus berputar sendiri.
Pada motor sinkron tiga-fase ,rotor biasanya mempunyai dua lilitan:

• lilitan ac, yang kemungkinan jenis sangkar tupai atau jenis rotor lilit.
• dan lilitan dc.

Lilitan rotor ac membawa rotor sampai mendekati kecepatan sinkron, di mana lilitan rotor dc diberi energi dan motor mengunci satu langkah dengan medan yang berputar. Lilitan stator sama dengan lilitan fase banyak, sangkar tupai dan motor rotor lilit.
Motor sinkron tiga-fase
Motor sinkron tidak dapat di-start dengan medan dc yang diberi tenaga. Pada keadaan ini, torsi bolak-balik dihasilkan pada rotor. Pada saat medan stator menyapu pada rotor, cenderung menyebabkan rotor, mencoba berputar pertama kali pada arah yang berlawanan dengan arah putaran medan berputar, dan kemudian dengan arah yang sama. Aksi ini terjadi sedemikian cepat sehingga rotor tetap diam.
Untuk menjalankan (start) motor sinkron, rotor dihilangkan tenaganya. Motor dijalankan dengan cara yang sama seperti motor sangkar tupai atau rotor lilit tergantung pada konstruksi rotor. Apabila rotor mencapai hampir 95% kecepatan sinkron, arus searah diberikan pada lilitan penguat. Arus searah menghasilkan kutub utara selatan yang pasti pada rotor, yang mengunci pada magnet putar dari stator dan memutar rotor pada kecepatan sinkron.
Motor sinkron tiga-fase dapat digunakan untuk perbaikan faktor daya. Motor yang dioperasikan dengan cara itu disebut kapasitor sinkron. Motor sangkar tupai dan motor rotor lilit adalah Jenis motor induksi yang menyebabkan faktor daya ketinggalan. Faktor daya yang ketinggalan itu dapat dikoreksi dengan pemberian penguat lebih dari rotor motor sinkron.
Hal ini akan membuat faktor daya yang mendahului membatalkan faktor daya ketinggalan dari motor induksi. Medan dc yang diberi penguatan kurang akan menghasilkan faktor daya ketinggalan (jarang digunakan). Apabila medan yang umumnya diberi penguatan, motor sinkron akan berputar pada faktor daya satu. Motor sinkron biasanya digunakan untuk menggerakkan beban yang menghendaki putaran konstan dan Jarang starting dan stopping. Jenis beban yang umum adalah generator dc, blower, dan kompresor.
Pemilihan, Pemasangan, dan pemeliharaan Motor
Ukuran daya-mekanis kerja motor dinyatakan dalam horse power (hp) atau watt (W), 1 hp = 746 Watt. Dua faktor penting yang menentukan output daya-mekanis adalah torsi dan kecepatan. Torsi adalah besamya puntiran atau daya pemutar, sering dinyatakan dalam N.m atau pound-feet (lb/ft). Kecepatan motor umumnya dinyatakan dalam putaran per menit (rpm).
Jadi, untuk setiap motor, horsepower tergantung pada kecepatan. Makin lambat motor bekerja, makin besar torsi motor yang harus dihasilkan agar memberikan jumlah daya yang sama. Untuk mempertahankan torsi yang lebih besar, motor yang lambat memerlukan komponen yang lebih kuat dibandingkan dengan komponen dari motor kecepatan lebih tinggi untuk ukuran kerja daya yang sama. Motor yang lebih lambat biasanya lebih besar, lebih berat, dan lebih mahal dibandingkan dengan motor yang lebih cepat dengan ukuran kerja daya ekivalen. Besarnya torsi yang dihasilkan oleh motor biasanya kecepatannya berubah dan bergantung pada jenis dan desain motor.
Grafik torsi-kecepatan motor
Beberapa faktor penting yang ditunjukkan oleh grafik mencakup:

• Torsi start, adalah torsi yang diliasilkan pada kecepatan nol
• Torsi percepatan, adalah torsi minimum yang diliasilkah selama percepatan dari keadaan diam sampai kecepatan kerja.
• Torsi patah, Ini adalah torsi maksimum yang dapat dihasilkan motor sebelum mogok (stalling).

Efisiensi motor
Karena adanya kerugian-kerugian, output mekanis yang berguna dari motor lebih kecil dibandingkan dengan input listrik.
Panas adalah faktor penentuan akhir dalam menetapkan ukuran hp-kerja motor. Daya input pada motor ditransfer pada poros sebagai output daya atau kerugian sebagai panas melalui body motor. Efisiensi motor listrik berkisar antara 75 % sampai 98 persen. Motor efisien-energi biaya operasinya lebih rendah dan mempunyai kerugian panas yang rendah sehingga memerlukan daya listrik yang lebih rendah untuk memberikan output daya-mekanis yang sama. Peningkatan efisiensi pada dasarnya dapat dlcapai dengan penggunaan bahan material yang lebih banyak dan lebih baik serta penerapan perubahan desain pada motor. Kerugian yang jelas berkaitan dengan operasi motor meliputi:
• Rugi inti. Rugi inti menyajikan energi yang diperlukan untuk memagnetisasikan bahan inti (histerisis) dan kerugian-kerugian karena timbulnya listrik yang kecil yang mengalir pada inti (arus eddy).
· Rugi stator. Rugi pemanasan I²R pada lilitan stator karena arus I mengalir melalui penghantar kumparan dengan tahanon R.

• Kerugian rotor. Kerugian I²R pada lilitan rotor (pada motor induksi sangkar-tupai, “lilitan” sesungguhnya batang-batang penghantar yang bergerak secara aksial sepanjang rotor dan dihubungkan pada ujung-ujungnya).

• Kerugian beban liar. Adalah akibat fluks bocor yang diinduksikan oleh arus beban, bervariasi sebagai kuadrat arus beban.

· Kerugian angin dan gesekan. Kerugian ini menyajikan gesekan angin dan bantalan terhadap putaran rotor.
Killowatt yang dikehendaki hampir sama, tidak peduli ukuran motor yang peduli digunakan. Meskipun demikian, kilo VAR yang dikehendaki meningkat dengan cepat karena motor lebih besar dibandingkan dengan yang perlu digunakan. Akibatnya, killovolts-ampere yang diperlukan yang menentukan ukuran alat saklar dan kabel listrik yang digunakan, juga akan bertambah. Batas ukuran lebih yang dapat diterima untuk mengoperasikan motor adalah antara 75% sampai 100% beban. Ini biasanya dicapai dengan mengetahui bahwa motor induksi tersedia dengan banyak ukuran. Ingat bahwa apabila motor mempunyai faktor
pelayanan (service factor = SF) lebih besar dari 1,0 , maka motor itu dirancang untuk bekerja secara memuaskan pada faktor-pelayanan beban (misalnya, faktor pelayanan 1,15 dapat beroperasi pada 115 persen beban terus-menerus), meskipun pada efisiensi yang agak rendah. Keadaan beban-lebih dalam jangka waktu yang pendek sering dapat diakomodasi dengan kemampuan faktor-pelayanan daripada penggunaan motor dengan hp yang lebih besar.
Tutup motor dirancang untuk memberikan perlindungan yang cukup, tergantung pada lingkungan di mana motor harus bekerja. Tutup yang paling umum adalah:

• ODP (Open Drip-Proof). Tutup ODP digunakan untuk lingkungan yang bersih akan memberikan toleransi terhadap tetesan cairan tidak lebih besar dari 15° dari vertikal. Udara sekitar ditarik melalui motor untuk pendinginan.
• TEFC (Totally Enclosed Fan Cooled). Tutup TEFC digunakan untuk lingkungan berdebu dan korosif, udara didinginkan oleh kipas angin eksternal terpadu.
• Tahan ledakan. motor TEFC ini digunakan pada lingkungan yang mudah terbakar. Tahan terhadap ledakan gas internal tanpa menyalakan gas eksternal (tidak membolehkan percikan internal atau api untuk lolos).

Motor induksi telah distandardisasi menurut karakteristik torsinya seperti disain A, B, C, D atau F dari NEMA (National Electrical Manufactures association). Desain yang Anda pilih harus mempunyai torsi cukup untuk mengasut beban dan mempercepat sampai kecepatan penuh. Tabel 7-1 memberikan daftar karakteristik torsi untuk berbagai desain NEMA.
Motor induksi sangkar-tupai adalah motor yang paling sederhana dan paling terpercaya karena kekerasan lilitan rotor sangkar dan tidak adanya sikat. Arus awal (starting) yang besar diperlukan oleh motor ini dapat menyebabkan fluktuasi tegangan. Kegunaan-umum, motor induksi sangkar – tupai (desain B NEMA) adalah motor induksi. Motor desain B NEMA dlgunakan untuk menggerakkan kipas, pompa sentrifugal, dan sebagainya.
Motor torsi start-tinggi (desain C NEMA) digunakan apabila kondisi start sukar. Elevator dan kerekan yang harus start dalam keadaan berbeban adalah dua aplikasi yang umum. Pada umumnya, motor-motor tersebut mempunyai sangkar-dobel.
Motor slip-tinggi (desain D NEMA) dirancang untuk mempunyai torsi start yang tinggi dan arus start yang rendah. Motor-motor tersebut mempunyai tahanan rotor tinggi dan bekerja antara 85% dan 95% dan kecepatan sinkron Motor-motor tersebut menggerakkan beban kelembaman tinggi (misalnya pengering sentrifugal), yang mengambil waktu yang relatif lama untuk mencapai kecepatan penuh. Rotor sangkar tahanan-tinggi dibuat dari kuningan dan motor-motor tersebut biasanya dirancang untuk operasi yang sifatnya sebentar-sebentar untuk mencegah pemanasan lebih.

 Generator AC

Pengertian Generator

Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini memperoleh energi mekanis dari prime mover atau penggerak mula. Prinsip kerja dari generator sesuai dengan hukum Lens, yaitu arus listrik yang diberikan pada stator akan menimbulkan momen elektromagnetik yang bersifat melawan putaran rotor sehingga menimbulkan EMF pada kumparan rotor.

Tegangan EMF ini akan menghasilkan suatu arus jangkar. Jadi diesel sebagai prime mover akan memutar rotor generator, kemudian rotor diberi eksitasi agar menimbulkan medan magnit yang berpotongan dengan konduktor pada stator dan menghasilkan tegangan pada stator. Karena terdapat dua kutub yang berbeda yaitu utara dan selatan, maka pada 90o pertama akan dihasilkan tegangan maksimum positif dan pada sudut 270o kedua akan dihasilkan tegangan maksimum negatif. Ini terjadi secara terus menerus/continue. Bentuk tegangan seperti ini lebih dikenal sebagai fungsi tegangan bolak-balik.

Generator arus bolak-balik sering disebut sebagai generator sinkron atau alternator. Generator arus bolak-balik memberikan hubungan yang sangat penting dalam proses perubahan energi dari batu bara, minyak, gas, atau uranium ke dalam bentuk yang bermanfaat untuk digunakan dalam industri atau rumah tangga. Dalam generator arus bolak-balik bertegangan rendah yang kecil, medan diletakan pada bagian yang berputar atau rotor dan lilitan jangkar pada bagian yang diam atau stator dari mesin

Prinsip Kerja Generator AC

 

 Gambar : Rangkaian Ekivalen Generator AC

Gambar : Prinsip Kerja Generator AC
Generator AC bekerja berdasarkan atas prinsip dasar induksi elektromagnetik. Tegangan bolak-balik akan dibangkitkan oleh putaran medan magnetik dalam kumparan jangkar yang diam. Dalam hal ini kumparan medan terletak pada bagian yang sama dengan rotor dari generator. Nilai dari tegangan yang dibangkitkan bergantung pada :
1. Jumlah dari lilitan dalam kumparan.
2. Kuat medan magnetik, makin kuat medan makin besar tegangan yang
diinduksikan.
3. Kecepatan putar dari generator itu sendiri.
Prinsip generator ini secara sederhana dapat dijelaskan bahwa tegangan akan diinduksikan pada konduktor apabila konduktor tersebut bergerak pada medan magnet sehingga memotong garis-garis gaya. Hukum tangan kanan berlaku pada generator dimana menyebutkan bahwa terdapat hubungan antara penghantar bergerak, arah medan magnet, dan arah resultan dari aliran arus yang terinduksi. Apabila ibu jari menunjukkan arah gerakan penghantar, telunjuk menunjukkan arah fluks, jari tengah menunjukkan arah aliran elektron yang terinduksi. Hukum ini juga berlaku apabila magnet sebagai pengganti penghantar yang digerakkan.
Terdapat dua jenis konstruksi dari generator ac, jenis medan diam atau medan magnet dibuat diam dan medan magnet berputar. 
Eksitasi Generator AC

Sistem eksitasi secara konvensional dari sebuah generator arus bolak-balik terdiri atas sumber arus searah yang dihubungkan ke medan generator ac melalui cincin-slip dan sikat-sikat. Sumber dc biasanya diperoleh dari generator arus searah yang digerakkan dengan motor atau penggerak mula yang sama dengan penggerak mula generator bolak-balik. Setelah datangnya zat padat, beberapa sistem eksitasi yang berbeda telah dikembangkan dan digunakan. Salah satunya adalah daya diambil dari terminal generator ac, diubah ke daya dc oleh penyearah zat padat dan kemudian dicatu ke medan generator ac dengan menggunakan cincin-slip konvensional dan sikat-sikat.

Dalam sistem serupa yang digunakan oleh generator dengan kapasitas daya yang lebih besar, daya dicatukan ke penyearah zat padat dari lilitan tiga fase terpisah yang terletak diatas alur stator generator. Satu-satunya fungsi dari lilitan ini adalah menyediakan daya eksitasi untuk generator. Sistem pembangkitan lain yang masih digunakan baik dengan generator sinkron tipe kutub-sepatu maupun tipe rotor-silinder adalah sistem tanpa sikat-sikat, yang mana generator ac kecil dipasang pada poros yang sama sebagai generator utama yang digunakan untuk pengeksitasi. Pengeksitasi ac mempunyai jangkar yang berputar, keluarannya kemudian disearahkan oleh penyearah dioda silikon yang juga dipasang pada poros utama.

Keluaran yang telah disearahkan dari pengeksitasi ac, diberikan langsung dengan hubungan yang diisolasi sepanjang poros ke medan generator sinkron yang berputar. Medan dari pengeksitasi ac adalah stasioner dan dicatu dari sumber dc terpisah. Berarti tegangan yang dibangkitkan oleh generator sinkron dapat dikendalikan dengan mengubah kekuatan medan pengeksitasi ac. Jadi sistem pengeksitasi tanpa sikat tidak menggunakan komutator yang akan memperbaiki keandalan dan menyederhanakan pemeliharaan umum.

Sistem Start

Ada tiga macam jenis start yang dapat dilakukan pada generator yaitu :
1. Dengan Penggerak Mula
Untuk sistem start dengan penggerak mula biasanya berupa mesin diesel untuk kapasitas daya yang kecil, turbin air atau turbin uap untuk kapasitas daya menengah dan turbin uap untuk kapasitas daya yang sangat besar.

2. Pengubah Frekuensi
Motor sinkron mendapat pengisian dari sebuah generator sinkron khusus. Pengisian dilakukan dengan arus tukar berfrekuensi variabel dari hampir nol hingga mencapai frekuensi nominal. Dengan demikian motor sinkron mengalami start mulai putaran hampir nol hingga mencapai putaran nominal.

3. Sebagai Generator Rotor Sangkar/Start Asinkron
Dalam hal ini rotor mesin dilengkapi suatu belitan yang bekerja sebagai sangkar asinkron. Dengan demikian selama start mesin bekerja sebagai motor tak serempak. Dengan start asinkron pada kumparan medan dapat dihasilkan gaya-gaya gerak listrik yang tinggi, disebabkan jumlah lilitan magnet yang biasanya besar. Gaya-gerak listrik yang tinggi ini bukan saja dapat merusak mesin, melainkan dapat juga menimbulkan bahaya bagi personil yang melayani mesin sinkron itu. Untuk menghindari bahaya ini kumparan magnet selama start dapat dibagi dalam beberapa belitan, yang masing-masing dihubungsingkatkan. Setelah mencapai putaran sinkron, hubungan ini dilepaskan. Dalam hal ini sistem start yang digunakan pada generator set GSC 05 adalah dengan penggerak mula

Generator DC

Definisi Generator DC

Sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.

Ø  Menghasilkan arus DC / arus searah.

Ø  Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:

1. Generator penguat terpisah

2. Generator shunt

3. Generator kompon

v  Konstruksi Generator DC

Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan

Ø  magnet permanent dengan 4-kutub rotor,

Ø  regulator tegangan digital,

Ø  proteksi terhadap beban lebih,

Ø  starter eksitasi,

Ø  penyearah,

Ø  bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor.

Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor.

Gambar 1 menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.

Generator DC terdiri dua bagian yaitu

Ø  stator, yaitu bagian mesin DC yang diam

Ø   bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar.

Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor. Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodic / berkala. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator, gunakan amplas halus untuk membersihkan noda bekas sikat arang.

PRINSIP KERJA GENERATOR

Ø  Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:

Ø  dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.

Ø  dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3.

Ø  Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar 2 (a) dan (c).

Ø  Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 2.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral

Gambar 3. Teg. Rotor yg dihasilkan melalui cincin seret & komutator

Ø  Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 3.(1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 3.(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positip.

Ø  Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.

Ø   Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan

Jangkar Generator DC

Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur. Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pada umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik dengan permiabilitas yang cukup besar.Permiabilitas yang besar diperlukan agar lilitan jangkar terletak pada derah yang induksi magnetnya besar, sehingga tegangan induksi yang ditimbulkan juga besar. Belitan jangkar terdiri dari beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur jangkar. Tiap-tiap kumparan terdiri dari lilitan kawat atau lilitan batang

Kini dalam rangkaian generator DC memiliki tiga lilitan magnet, yaitu:

• lilitan magnet utama

• lilitan magnet bantu (interpole)

• lilitan magnet kompensasi

MOTOR DC

MOTOR DC

Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Bagian utama motor DC adalah statos dan rotor dimana kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen.

Catu tegangan dc dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu lilitan pada gambar di atas disebut angker dinamo. Angker dinamo adalah sebutan untuk komponen yang berputar di antara medan magnet.

Motor DC Sederhana

Prinsip Dasar Cara Kerja

 Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor. Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar Medan Magnet Yang Membawa Arus Mengelilingi Konduktor

Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks di sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis fluks. Gambar diatas menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor berubah arah karena bentuk U.  Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada konduktor tersebut

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :

Ø  Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

Ø  Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

Ø  Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.

Ø  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. Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar Prinsip Kerja Motor DC

Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor.

Prinsip Arah Putaran Motor

Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming tangan kiri. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus searah dengan empat jari, maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya sama dengan F.

Prinsip motor : aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah besar.