Teknik Mesin 2012

TRANSFORMATOR

1.  Pengertian

Pengertian transformator atau yang biasa kita kenal dengan trafo adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik. Dengan demikian fungsi transformator ini sangat diperlukan sekali dalam sebuah sistem/rangkaian elektronika. Di sini transformator berperan dalam  menyalurkan tenaga atau daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan yang rendah atau sebaliknya, namun dengan frekuensi yang sama. Oleh karena itu pula transformator merupakan piranti listrik yang termasuk ke dalam golongan mesin listrik statis.

Transformator ini berbentuk empat persegi panjang dimana di dalamnya terdapat susunan pelat baja berbentuk huruf E. Transformator terbuat dari bahan kawat tembaga (email) berukuran kecil yang melilit pelat tersebut yang membentuk lilitan primer dan lilitan sekunder.

Di dalam perkembangannya terdapat bermacam-macam jenis transformator atau trafo dan mempunyai berbagai fungsi, diantaranya :

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

2. Prinsip kerja Transformator

Konstruksi Transformator Gambar dibawah memperlihatkan bentuk fisik dari transformator, dimana tegangan masukan (V1) berbentuk sinusioda dihubungan pada gulungan primer (N1). Arus arus masukan (I1) mengakibatkan aliran fluk (φ) pada gulungan (N1) maupun gulungan (N2). Fluk pada gulungan sekunder (N2) menyebabkan aliran arus (I2) dan tegangan (V2).

 

     Prinsip Kerja dan Terminologi Transformator Prinsip kerja transformator dapat  dijelaskan berdasarkan induksi elektromagnetik, dimana antara sisi primer dan sisi sekunder terdapat penghubung magnetik.  Gandengan magnet ini berupa inti  besi tempat melakukan fluks bersama.  Medan magnet berperan sangat penting sebagai rangkaian proses konversi energi. Melalui medium medan magnet, bentuk energi mekanik dapat diubah menjadi energi listrik, alat konversi ini disebut generator atau sebaliknya dari bentuk energi listrik menjadi energi mekanik, sebagai alat konversi disebut motor. Pada transformator, gandengan medan magnet berfungsi untuk memindahkan dan mengubah energi listrik dari rangkaian primer ke sekunder melalui prinsip induksi elektromagnetik. Dari sisi pandangan elektris , medan magnet mampu untuk menginduksikan tegangan pada konduktor sedangkan dari sisi pandangan mekanis medan magnet sanggup untuk menghasilkan gaya dan kopel (penggandeng).

Kelebihan medan magnet sebagai perangkai proses konversi energi disebabkan terjadinya bahan-bahan magnetik 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.

Induktansi,  tegangan  pada  kumparan  didefinisikan sebagai perubahan arus terhadap waktu yang melewati kumparan tersebut.

Atau ketika terjadi perubahan arus  pada kumparan  maka terjadi perubahan fluk magnetik yang menyebabkan tejadinya perubahan induksi tegangan.

dimana: N = jumlah lilitan kumparan

φ = fluk magnet

3. Fungsi Transformator yang diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari :

1. 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.
2. Trafo step-down adalah kebalikannya, fungsi transformator ini untuk menurunkan tegangan AC, contoh pemakaiannya pada adaptor.

• Berdasarkan frekuensi, transformator dapat dikelompokkan menjadi:

Frekuensi daya, 50 sampai 60Hz
Frekuensi pendengaran, 50Hz sampai 20kHz
Frekuensi radio, diatas 30kHz.

• Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi:

Transformatror daya
Transformator distribusi
Transformatror pengukuran, yang terdiri dari atas transformator arus dan Transformator tegangan.

MOTOR DAN GENERATOR AC

Motor Listrik AC (Alternating Current)
Motor listrik AC adalah sebuah motor yang mengubah arus listrik menjadi energi gerak maupun mekanik daripada rotor yang ada di dalamnya. Motor listrik AC tidak terpengaruh kutub positif maupun negatif, dan bersumber tenaga listrik.
Dari klasifikasi data diatas didapatkan  bahwa berdasarkan sumber daya nya , motor listrik AC dibedakan menjadi 2, yaitu

• sumber daya sinkron
• sumber daya induksi

1. Motor sinkron

Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistem frekuensi tertentu. Motor ini memerlukan arus DC untuk membangkitkan daya dan memiliki torque awal yang rendah, oleh karena itu motor ini cocok untuk penggunaan awal dengan beban yang rendah seperti kompresor udara. Motor ini dapat memperbaiki faktor daya sistem, sehingga banyak digunakan pada sistem yang banyak menggunakan banyak listrik.

 

Gambar 1: motor sinkron

Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. al 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 :

Fe = nr.P / 120

Dimana :
nr  : kecepatan motor sinkron (Rpm)

Fe : frekwensi dari pasokan frekwensi ( 50Hz – 60 Hz)
P   : jumlah kutub

Prinsip kerja motor sinkron ialah, alur listrik yang mengalir dari sumber langsung menuju medan magnetomoghen

yang ada di dalam motor. Pada mesin tipe ini, medan magnet di letakkan pada stator (disebut generator kutub eksternal / external pole generator), namun seiring perkembangan model tipe ini mulai ditinggalkan karena bisa membuat slip atau kerusakan pada motor dan permasalahan pada pembangkitan daya tinggi.

Pada mesin motor AC sinkron, akhirnya ditemukan cara baru yaitu, medan magnet di letakkan pada rotor (internal pole generator) dan tegangan AC dibangkitkan pada rangkaian stator. Tegangan yang dihasilkan akan membentuk sinusoidal pada mesin sinkron kutub internal pada tiga kumparan stator yang diset sedemikian rupa dan membentuk sudut 120° derajat.

2. Motor induksi

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.

Gambar 2 : Motor Induksi

Pada Mesin induksi memiliki karakteristik :

– Motor induksi adalah yang paling popular di industri karena kehandalan dan

lebih mudah perawatannya

– Motor induksi AC cukup murah dan juga memberikan rasio daya yang cukup

tinggi

– Konstruksi dan pemeliharaan yang sederhana

– Faktor daya relatif rendah dan efisiensi

Prinsip kerja motor induksi :
Pada dasarnya motor induksi ini bekerja pada medan elektromagnetikdari kumparan stator kepada kumparan rotor. Karena kumparan stator merupakan rangkaian tertutup, maka akan mengalir arus listrik di kumparan stator, dan ini akan menimbulkan gaya Lorentz yang cenderung akan menggerakan kumparan rotor sesuai arah gaya Lorentz tersebut.

Berdasarkan klasifikasi motor lisrik  diatas, Motor Induksi di bagi lagi menjadi 2 yaitu

• Motor 1 fasa
• Motot  3 fasa.

Motor 1 fasa

Pada dasarnya antara motor 1 fasa dengan motor 2 fasa adalah sama. karena pada kumparan statornya dibuat dua kumparan (yaitu kumparan bantu dan kumparan utama) yang mempunyai perbedaan secara listrik dimana antara masing-masing kumparannya tidak mempunyai nilai impedansi yang sama dan umumnya motor bekerja dengan satu kumparan stator (kumparan utama). Secara prinsip , motor 1 fasa ini tidak bekerja berdasarkan gaya Lorentz melainkan bekerja berdasarkan gaya medan maju dan gaya medan mundur. Jika salah satu medan di perbesar, maka rotor akan berputar sesuai dengan arah medan yang diperbesar tersebut. Penjelasan ini dapat mempelajari teori perputaran medan ganda.

Motor 3 fasa

Motor induksi 3-fase ini mempunyai kumparan 3-fase yang terpisah antar satu sama lainya sejarak 1200 listrik yang dialiri oleh arus listrik 3-fase yang berbeda fase 1200 listrik antar fasenya, sehingga keadaan ini akan menghasilkan resultanfluks magnet yang berputar seperti halnya kutup magnet aktual yang berputar secara mekanik. Bentuk gambaran sederhana hubungan kumparan motor induksi 3-fase dengan dua kutup stator.

Generator AC (Arus Bolak – Balik)

1. Pengertian Generator AC

Generator merupakan sebuah alat yang mampu menghasilkan arus listrik. salah satu jenis generator adalah generator arus bolak balik yang akan dibahas saat ini. Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik.

 Gambar 3 : Generator AC

Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator atau generator AC (alternating current) atau juga generator singkron. Alat ini sering dimanfaatkan di industri untuk mengerakkan beberapa mesin yang menggunakan arus listrik sebagai sumber penggerak.

Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

1. Generator arus bolak-balik 1 fasa
2. Generator arus bolak-balik 3 fasa

1. Berdasarkan sistem pembangkitannya generator AC dapat dibagi menjadi 2 yaitu :
   1. Generator 1 fasa
   Generator yang dimana dalam sistem melilitnya hanya terdiri dari satu kumpulan kumparan yang hanya dilukiskan dengan satu garis dan dalam hal ini tidak diperhatikan banyaknya lilitan. Ujung kumparan atau fasa yang satu dijelaskan dengan huruf besar X dan ujung yang satu lagi dengan huruf    U.
   2. Generator   3 fasa
   Generator yang dimana dalam sistem melilitnya terdiri dari tiga kumpulan kumparan yang mana kumparan tersebut masing-masing dinamakan lilitan fasa. Jadi pada statornya ada lilitan fasa yang ke satu ujungnya diberi tanda U – X; lilitan fasa yang ke dua ujungnya diberi tanda dengan huruf V – Y dan akhirnya ujung lilitan fasa yang ke tiga diberi tanda dengan huruf W – Z.

1. Prinsip Kerja Generator

Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik.

Besar tegangan generator bergantung pada :

1. Kecepatan putaran (N)
2. Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z)
3. Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f)
4. Konstruksi Generator

Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan

frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan :
F= pn/120
dimana :   f  =  frekuensi   tegangan(Hz)

p  = jumlah kutub pada rotor
n = kecepatan rotor (rpm)

1. Komponen pada Generator arus bolak-balik yaitu
2. Rotor adalah bagian dari motor listrik atau generator yang berputar pada sumbu rotor. Perputaran rotor di sebabkan karena adanya medan magnet dan lilitan kawat email pada rotor. Sedangkan torsi dari perputaran rotor di tentukan oleh banyaknya lilitan kawat dan juga diameternya.

 

      Gambar 4 : Rotor

2. Stator adalah kebalikan dari rotor, stator adalah bagian pada motor listrik atau dinamo listrik yang berfungsi sebagai stasioner(yang diam) dari sistem rotor. Dan stator inilah yang mengeluarkan tegangan bolakbalik..

Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).

 

Gambar 5 : Stator

Generator DC

DEFINISI GENERATOR DC

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah.

Energi mekanis   => Generator => Energi Listrik

Tenaga mekanis : memutar kumparan kawat penghantar dalam medan
magnet ataupun sebaliknya memutar magnet
diantara kumparan kawat penghantar.

Tenaga Listrik    : Yang dihasilkan oleh generator tersebut adalah arus
searah (DC) atau arus bolak – balik (AC), hal ini
tergantung dari  susunan atau konstruksi dari
generator, serta tergantung dari sistem pengambilan
arusnya.

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

Konstruksi Generator DC

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 menunjuk-kan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.

Gambar 1. Konstruksi Generator DC

Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan 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.

Prinsip kerja Generator DC
Teori yang mendasari terbentuknya GGL induksi pada generator ialah Percobaan Faraday. Percobaan Faraday membuktikan bahwa pada sebuah kumparan akan dibangkitkan GGL Induksi apabila jumlah garis gaya yang diliputi oleh kumparan berubah-ubah.

Ada 3 hal pok ok terkait dengan GGL Induksi ini, yaitu :

1. Adanya flux magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet.
2. Adanya kawat penghantar yang merupakan tempat terbentuknya EMF.
   3. Adanya perubahan flux magnet yang melewati kawat penghantar listrik.

Gambar 2. Prinsip kerja Generator DC

• Pada gambar tersebut, dengan memutar rotor ( penghantar ) maka pada penghantar akan  timbul EMF.
• Kumparan ABCD terletak dalam medan magnet sedemikian rupa sehingga sisi A-B dan C-D terletak tegak lurus pada arah fluks magnet.
• Kumparan ABCD diputar dengan kecepatan sudut yang tetap terhadap sumbu putarnya yang sejajar dengan sisi A-B dan C-D.
• GGL induksi yang terbentuk pada sisi A-B dan sisi C-D besarnya sesuai dengan perubahan fluks magnet yang dipotong kumparan ABCD tiap detik sebesar :

Dimana      : N = Jumlah Lilitan

 = Fluksi Magnet

e = Tegangan Imbas, GGL (Gaya Gerak Listrik)

Jadi syarat untuk dapat dibangkitkan GGL adalah :

• harus ada konduktor ( hantaran kawat )
• harus ada medan magnetik 4
• harus ada gerak atau perputaran dari konduktor dalam medan, atau

ada fluksi yang berubah yang memotong konduktor itu.

Untuk menentukan arah arus pada setiap saat, berlaku pada kaidah tangan kanan :

• ibu jari : gerak perputaran
• jari telunjuk : medan magnetik kutub utara dan selatan
• jari tengah : besaran galvanis tegangan U dan arus I

Gambar 3. Kaidah tangan kanan

Untuk Perawatan nya:

Gambar 4. Struktur Generator DC

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.