Download - Dasar - Dasar Listrik Kelas x Smk
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
KATA PENGANTAR
Bahan ajar ini disusun dalam bentuk E - Book pembelajaran yang berisi uraian materi untuk mendukung
penguasaan kompetensi tertentu yang ditulis secara sequensial, sistematis dan sesuai dengan prinsip
pembelajaran dengan pendekatan kompetensi (Competency Based Training). Untuk itu bahan ajar ini sangat
sesuai dan mudah untuk dipelajari secara mandiri dan individual. Oleh karena itu kalaupun bahan ajar ini
dipersiapkan untuk peserta diklat/siswa SMKN 1 Kota Sukabumi dapat digunakan juga untuk diklat lain yang
sejenis.
Dalam penggunaannya, bahan ajar ini tetap mengharapkan asas keluwesan dan keterlaksanaannya, yang
menyesuaikan dengan karakteristik peserta, kondisi fasilitas dan tujuan kurikulum/programdiklat guna
merealisasikan penyelenggaraan dan tujuan kurikulum/program diklat, guna merealisasikan
penyelenggaraanpembelajaran di SMK. Penyusunan Bahan Ajar bertujuan untuk menyediakan bahan ajar
berupa produktif sesuai tuntutan penguasaan kompetensi tamatan SMK sesuai program keahlian dan tamatan
SMK.
Demikian, mudah -mudahan ini dapat bermanfaat dalam mendukung pengembangan pendidikan kejuruan,
khususnya dalam pembekalan kompetensi kejuruan peserta diklat.
Sukabumi ,Februari 2015 Penulis
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................................................................... i
DAFTAR ISI ............................................................................................................ ii-iiii
BAB 1 DASAR ILMU LISTRIK ............................................................................... 1
A. PENGETAHUAN LISTRIK DASAR ........................................................ 1
B.EFEK LISTRIK .......................................................................................... 3
C. SUMBER ARUS LISTRIK ........................................................................ 3
D.KEMAGNETAN ........................................................................................ 4
E. INSTRUMEN KELISTRIKAN ................................................................... 6
F. PENJELASAN MENDALAM .................................................................... 7
G. RANGKAIAN LISTRIK ........................................................................... 13
H. HUKUM OHM DAN HUKUM KIRCHOF ............................................... 17
I. ILMU LISTRIK TAMBAHAN ................................................................... 22
J. HAMBATAN KAWAT PENGHANTAR ................................................... 24
K. RANGKAIAN SERI, PARALEL DAN STAR-DELTA ............................. 26
BAB 2 FENOMENA ELEKTROSTATIS ................................................................. 56
A. FENOMENA MUATAN LISTRIK ............................................................ 56
B. GENERATOR VAN DE GRAF ................................................................. 58
C. TEGANGAN LISTRIK .............................................................................. 58
BAB 3 KONSEP INDUKSI ...................................................................................... 61
A. MEDAN MAGNET ................................................................................... 61
B. MEDAN MAGNETIK ARUS LISTRIK .................................................... 62
C. INDUKSI MAGNETIK ............................................................................. 64
D. INDUKSI ELEKTROMAGNETIK ............................................................ 66
BAB 4 1. ELEMEN KERING (BATERAI) ............................................................ 68
A. KONSTRUKSI BATERAI ................................................................ 68
B. JENIS-JENIS BATERAI ................................................................... 69
C. REAKSI KIMIA............................................................................... 70
2. ALTERNATOR GGL 3 FASE ............................................................ 72
A. KARAKTERISTIK ALTERNATOR GGL TIGA-FASE
........................................................................................................... 72
B. HUBUNGAN TEGANGAN DALAM
GENERATOR HUBUNGAN Y
........................................................................................................... 72
C. HUBUNGAN ARUS DALAM GENEATOR HUBUNGAN Y
........................................................................................................... 74
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
D. HUBUNGAN TEGANGAN DALAM GENERATOR HUBUNGAN
DELTA .............................................................................................. 74
E. HUBUNGAN ARUS DALAM HUBUNGAN GENERATOR DELTA
........................................................................................................... 75
F. DAYA DALAM RANGKAIAN GGL 3 FASE .............................. 75
3 CARA PEMBANGKITAN TEGANGAN AC ....................................... 76
A. CARA PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI AC .................. 76
BAB 5 GENERATOR ............................................................................................... 86
A. GENERATOR ARUS SEARAH................................................................. 86
A.1 PROSES INDUKSI HASIL LISTRIK DC............................................ 86
A.2 PRINSIP KERJA GENERATOR ARUS SEARAH .............................. 87
A.3 KARAKTERISTIK ARUS SEARAH .................................................. 90
A.4 REAKSI JANGKAR ............................................................................ 93
A.5 KERJA PARALEL GENERATOR ARUS SEARAH ........................... 95
B. GENERATOR ARUS BOLAK-BALIK (ALTERNATOR) ......................... 96
A.1 PROSES INDKSI HASIL LISTRIK AC .............................................. 96
A.2 PRINSIP KERJA ALTERNATOR ....................................................... 97
BAB 6 MOTOR LISTRIK ........................................................................................ 99
A. KARAKTERISTIK MOTOR LISTRIK ...................................................... 99
B. PRINSIP KERJA MOTOR LISTRIK .......................................................... 100
C. PENDALAMAN MATERI ......................................................................... 102
D. JENIS-JENIS MOTOR LISTRIK ............................................................... 103
BAB 7 ALTERNATOR GGL 3 FASA
A. KARAKTERISTIK ALTERNATOR GGL TIGA-FASE....................... 104
B. HUBUNGAN TEGANGAN DALAM GENERATOR HUBUNGAN Y.... 104
C. Hubungan Arus dalam Generator Hubungan Y.............................104 D. Hubungan Tegangan dalam Generator Hubungan Delta................105
E. Hubungan Arus dalam generator Hubungan Delta.......................105
F. Daya dalam Rangkaian Tiga-Fase................................105
BAB 8 CARA PEMBANGKITAN TEGANGAN.......................106
A. Pembangkitan Tegangan Tinggi AC.....................................106
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 110
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
BAB 1
DASAR ILMU LISTRIK
Listrik dikelompokkan menjadi salah satu sumber energi yang sangat dibutuhkan dalam
kehidupan manusia. Setiap saat peranan listrik dalam kehidupan semakin jelas terlihat. Ada
banyak kebutuhan hidup yang tidak lepas dari peranan listrik. Dan sebagai bagian masyarakat
perlu memahami ekstensi listrik secara maksimal. Teori listrik dasar adalah teori atau
pengetahuan yang membahas masalah listrik secara tuntas. Pembahasan ini meliputi
pengaertian dasar listrik, bagaimana listrik diciptakan, istilah-istilah kelistrikan, dan
sebagainya.
A. PENGETAHUAN LISTRIK DASAR
Seperti anda ketahui, setiap zat, di dalamnya ada muatan. Muatan zat ini terdiri atas
muatan positif (proton) dan muatan negatif (elektron), serta inti atau neutron. Proton dan
elektron menempati posisi mengelilingi neutron.
Setiap saat elektron dan proton melakukan pergerakan sedemikian rupa sehingga
terjadi perubahan. Dalam teori listrik dasar, pergerakan muatan inilah yang menyebabkan
pengaliran muatan yang selanjutnya yang dikenal sebagai aliran listrik.
Pengaliran muatan ini sangat memungkinkan adanya perbedaan muatan antara bagian
positif dan negatif. Ketika bagian positif benda dihubungkan dengan bagian negatif, maka
terjadilah pengaliran muatan. Hal ini terjadi karena bagian yang kelebihan muatan negatif
akan memindahkan muatannya ke bagian yang kekurangan muatan negative , yaitu
muatan positif.
Ada banyak barang yang sumber energinya listrik. Agar anda tidak mengalami
kesulitan pada saat operasional listrik, maka teori listrik dasar harus dipahami.
Oleh karena itulah maka anda harus mengenal beberapa istilah dalam teori listrik
dasar. Istilah-istilah tersebut meliputi
Kutub Positif, yaitu bagian sumber listrik yang di dalamnya kekurangan muatan
negatif dan disebut sebagai bermuatan positif
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Kutub Negatif, yaitu bagian sumber listrik yang di dalamnya kelebihan muatan
negatif dan disebut sebagai bermuatan negatif
Kuat Arus,yaitu jumlah muatan yang mengalir melalui media perantara dari kutub
negatif ke kutub positif dalam suatu sumber listrik. Kuat arus ini sangat bergantung
pada jumlah muatan yang berpindah dari satu kutub ke kutub lainnya. Semakin banya
muatan yang berpindah, maka kuat arus semakin besar.
Voltase/Voltage, yaitu beda potensial yang terdapat di kutub positif dan kutub negatif.
Beda potendial ini sangat menentukan besar kecilny arus yang mengalir. Dengan
adanya voltase inilah maka muatan yang ada dapat berpindah (muatan negatif menuju
muatan positif)
Hambatan, yaitu penghambat aliran listrik dari kutub negatif ke kutub positif.
Hambatan ini sangat menentukan arus listrik yang mengalir pada media perantara
aliran. Setiap bahan mempunyai nilai hambatan yang berbeda-beda. Ada bahan yang
hambatannya kecil sehingga aliran listrik dapat mengalir dengan lancar, dan jika
besar, maka aliran listrik tidak lancar.
Daya Listrik, yaitu kemampuan listrik untuk melakukan kegiatan atau pekerjaan.
Daya listrik ini adalah kemampuan yang dimiliki oleh listrik untuk melakukan
kegiatan dalam jangka waktu tertentu.
Dalam teori Listrik dasar, aliran listrik dapat tercipta atau terjadi jika rangkaian tertutup
dari sekian banyak alat listrik. Jika sumber listrik dihubungkan dengan alat-alat listrik
sehingga terjadi rangkaian, maka muatan yang ada di setiap kutub bereaksi. dan kutub
negatif sebagai kutub yang kelebihan elektron menggerakan muatannya
Arah arus listrik mengalir dari pole-pole positif melalui rangkain listrik ke pole
negatif. Arah arus listrik bertentangan dengan arus elektron sesuai dengan teori gerak
elektron dari pole negatif melalui rangkaian listrik ke pole positif.Yang perlu diketahui
bahwa bila arus listrik mengalir di dalam satu arah maka persamaan dengan itu arus
elektron berlawanan arahnya.
B. EFEK LISTRIK.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
1. Efek panas
Suatu kawat bila dilalui arus akan menjadi panas. Pada teknologi kendaran bermotor
efek panas ini digunakan misalnya pada busi pijar untuk motor diesel, pemanas listrik
jendela belakang kendaran, kumparan pemanas rokok dan di dalam lampu pijar dimana
filamen dipanaskan sampai satu temperatur yang tinggisehingga dapat mengeluarkan
cahaya terang.
2. Efek magnet listrik
Arus listrik yang mengalir melalui suatu konduktor menimbulkan lapangan magnet di
sekeliling konduktor, kejadian ini dimanfatkan pada komponen kendaraan, misalnya :
regulator, relai stater, koil penyalaan dan sebaginya.
3. Efek kimia listrik
Arus listrik menyebabkan reaksi bila mengalir melalui suatu elektrolit, misalnya cairan
zat asam atau garam. Baterai pada kendaraan adalah suatu komponen dikarenakan oleh
efek kimia listrik, pada baterai arus listrik disebabkan oleh reaksi kimia.
C. SUMBER ARUS LISTRIK
Sumber listrik terdiri dari dua jenis yaitu lstrik aru searah (DC) dan arus bolak – balik
(AC) Arus searah (DC) adalah sejenis arus yang selalu mempunyai arah arus yang sama
melalui rangkaian listrik, itu adalah keadaan dimana sumber listrik dalam rangkaian itu
mempunyai kutub yang tak berubah yaitu menghasilkan voltase searah (DC). Arus bolak-
balik (AC) adalah sejenis arus yang mempunyai arah bolak-balik karena sumber arus
listrik menghasilkan voltase bolak-balik karena sumber arus listrik menghasilkan voltase
bolak-balik (voltase alternating). Sistem kelistrikan pada kendaraan bermotor
menggunakan arus searah, listriknya berasal dari arus bolak-balik dengan menggunakan
”inverter”. Pada kendaraan bermotor yang memakai generator AC (alternator)
memerlukan perubahan arus bolak-balik itu jika alternator sesuai digunakan pada
kendaraan bermotor tersebut.
D. KEMAGNETAN
Kemagnetan adalah sifat dari magnet dan arus listrik dapat menghasilkan suatu lapangan
gaya, sifat magnet ialah dapat menarik benda (besi), kemagnetan diperlukan untuk
generator starter dan komponen lain.
1. Magnet Permanen (Tetap)
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Semua magnet mempunyai kutub utara dan selatan, lapangan gaya magnet terdiri dari
garis-garis gaya magnet yang ad diantara kutub-kutub garis gaya magnet, bertolak dari
kutub utara magnet kepada kutub selatan magnet. Jarum kompas menunjukkan arah
dari garis-garis gaya. Diantara kutub-kutub magnet U lapangan gaya lebih konsentrasi
karena jarak antara kutub lebih pendek. Makin sempit jarak antara kutub magnet
dikonsentrasikan lapangan gaya magnet.
2. Elektromagnet
Suatu penghantar yang mengalirkan arus dikelilingi oleh lapangan magnet dengan
garis-garis gaya beraturan mengelilingi sepanjang penghantar. Penghantar itu tidak
mempunyai kutub utara dan selatan. Garis-garis gaya bekerja ke sudut kanan
penghantar digunakan misalnya untuk pengukuran arus pada kabel starter, suatu
ammeter yang sederhana, indikator arus starter ditempatkan diluar kabel dan lapangan
magnet menggerakkan instrumen itu. Arah gerakan garis-garis gaya disekeliling
penghantar dapat ditentukan dengan menggunakan berbagai ketentuan (aturan). Salah
satu ialah aturan jalan spiral yaitu arh dan lapangan gaya bersaman dengan arah putarn
kanan dari arah arus di dalam penghantar.
3. Pengaruh-pengaruh Magnet
Bila dua megnet permanen ditempatkan berlawanan kutub, magnet iotu akan menarik
sesamanya. Jika magnet itu dilepaskan dengan kutub-kutub sesama magnet akan
menolak satu dengan yang lainnya (terpisah). Kutub yang berlawanan tarik menarik,
kutub yang senama tolak menolak.
4. Pengaruh Gaya-gaya dari Arus didalam Penghantar
Bila arus mengalir berlawanan arah pada dua kawat sejajar, maka garis-garis gaya
mengarah ke tempat yang sam diantar penghantar dan lapngan magnet akan menjadi
tegang, lapangan magnet menolak penghantar-penghantar itu. Gejala ini digunakan
pada seluruh motor listrik, penghantar yang berada pada lapangan magnet diantara dua
kutub dan diberikan arus maka penghantar itu akan bergerak. Beberapa penghantar
yang sejajar membawa arus dalam satu arah, membuat suatu lapangan magnet yang
umum, seperti banyak dalam komponen-komponen. Seperti contoh misalnya kumparan
pada suatu koil pengapian, kumparan sepatu pada generator DC, kumparan pembangkit
pada suatu alternator.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
5. Lapangan Magnet disekitar Kumparan
Lapangan magnet akan dihasilkan disekitar kumparan melalui gulungan-gulungan arus,
kumparan itu mempunyai kutub utara dan selatan seperti batang magnet permanen,
kutub-kutub kumparan itu (koil) bergantung pada arah arus dan dapat ditentukan
dengan menggunakan dalil tangan kanan. Peganglah kumparan dengan tangan kanan,
jari-jari menunjukkan arah arus dan ibu jari menunjukkan kutub utara. Jika sepotong
besi lunak digunakan sebagai inti kunparan itu kuat lapangan magnet bertambah
beberapa ratus kali, sebab inti besi penghantar yang baik untuk garis-garis gaya magnet,
sedangkan udara adalah penghantar yang tidak baik. Kekuatan lapangan magnet listrik
bergantung pada jumlah lilitan pada kumparan dan jumlah arus melalui kumparan itu.
E. INSTRUMEN KELISTRIKAN
Disini ada tiga jenis instrumen, yakni
1. Moving coil instrument
2. Moving iron instrument
3. Moving magnet instrument
Penjelasan lebih lanjut adalah sebagai berikut :
a) Moving coil instrument
Moving coil instrument adalah koil persegi panjang yang ditempatkan pada suatu
sumbu dengan bantalan sehingga dapat berputar pada antara kutub-kutub magnet, jarum
penunjuk dilekatkan pada sumbu dan bila tidak ada voltase kepada instrumen jarum
penunjuk berada pada posisi 0 (nol) disebabkan oleh pegas gulung (coil spring).
Arus dari kutub positif ke moving coil melalui pegas gulung bawah. Lapangan magnet
yang dihasilkan sekitar moving coil berhubungan dengan gaya lapangan magnet diantara
kutub-kutub magnet sehingga menyebabkan moving coil bergerak. Instrumen seperti ini
banyak digunakan pada alat tes kendaraan. Moving coil instrument sebagi voltmeter,
instrumen itu dilengkapi dengan resistor yang dihubungkan seri yang tahanannya dihitung
dalam hubungannya dengan tahanan moving coil.
b) Moving Iron instrument
Moving iron instrument mempunyai coil yang efek lapangan megnetnya kepada sebuah
vane dari besi lunak, vane itu diletakkan pada sumbu jarum dan ditarik lebih jauh kecil
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
bila arus bertambah besar, skala tidak beraturan karena keadaan magnetnya. Bagian
pertama dari skala dengan jarak pembagian yang pendek, instrumen ini cocok untuk arus
DC dan AC.
c) Moving Magnet instrument
Sebuah vane dari besi lunak dilekatkan pada sumbu jarum dan ditempatkan di antara
kutub-kutub magnet kuku kuda. Posisi armature itu ditentukan oleh lapangan dari gaya
magnet itu dan yang mana lapangan magnet itu dihasilkan oleh arus yang melalui
koil. Bila arus mengalir melalui koil vane itu akan berputar dan menyimpang arus.
Instrumen itu digunakan sebagi amperemeter pada sistem listrik, ia menunjukkan charge
(mengisi) atau tidak charge tetapi instrumen itu tidak presisi. Ini sebuah bacaan bagi
teman-teman yang ingin tau tentang sedikit mengenai kelistrikan. Semoga sukses.
F. PENJELASAN MENDALAM
1. Arus Listrik
adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor
akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama.
satuan arus listrik adalah Ampere.
Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran
listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-)
ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
“1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x10^16 (6,24151 ×
10^18) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor”
Formula arus listrik adalah:
I = Q/t (ampere)
Dimana:
I = besarnya arus listrik yang mengalir, ampere
Q = Besarnya muatan listrik, coulomb
t = waktu, detik
2. Kuat Arus Listrik
Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati
suatu penampang kawat dalam satuan waktu.
Definisi : “Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram
perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”.
Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu:
Q = I x t
I = Q/t
t = Q/I
Dimana :
Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb
I = Kuat Arus dalam satuan Amper.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
t = waktu dalam satuan detik.
“Kuat arus listrik biasa juga disebut dengan arus listrik”
“muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan negatif. Muatan positip dibawa oleh
proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro. Satuan muatan ”coulomb (C)”, muatan
proton +1,6 x 10^-19C, sedangkan muatan elektron -1,6x 10^-19C. Muatan yang bertanda
sama saling tolak menolak, muatan bertanda berbeda saling tarik menarik
3. Rapat Arus
Difinisi :“rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm² luas penampang kawat”.
Arus listrik mengalir dalam kawat penghantar secara merata menurut luas penampangnya.
Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm², maka kerapatan arusnya
3A/mm² (12A/4 mm²), ketika penampang penghantar mengecil 1,5mm², maka kerapatan
arusnya menjadi 8A/mm² (12A/1,5 mm²). Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan
temperatur. Suhu penghantar dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus
kabel sudah ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).
Tabel 1. Kemampuan Hantar Arus (KHA)
Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4 mm², 2 inti kabel
memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm². Kerapatan arus berbanding terbalik
dengan penampang penghantar, semakin besar penampang penghantar kerapatan arusnya
mengecil.
Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan
penampang kawat:
J = I/A
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
I = J x A
A = I/J
Dimana:
J = Rapat arus [ A/mm²]
I = Kuat arus [ Amp]
A = luas penampang kawat [ mm²]
4. Tahanan dan Daya Hantar Penghantar
Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan aluminium
memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan atom, setiap atom
terdiri proton dan elektron. Aliran arus listrik merupakan aliran elektron. Elektron bebas yang
mengalir ini mendapat hambatan saat melewati atom sebelahnya. Akibatnya terjadi gesekan
elektron denganatom dan ini menyebabkan penghantar panas. Tahanan penghantar memiliki
sifat menghambat yang terjadi pada setiap bahan.
Tahanan didefinisikan sebagai berikut :
“1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm
dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0° C"
Daya hantar didefinisikan sebagai berikut:
“Kemampuan penghantar arus atau daya hantar arus sedangkan penyekat atau isolasi
adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai
daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus listrik”.
Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus:
R = 1/G
G = 1/R
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Dimana :
R = Tahanan/resistansi [ Ω/ohm]
G = Daya hantar arus /konduktivitas [Y/mho]
Gambar 3. Resistansi Konduktor
Tahanan penghantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas penampangnya dan juga
besarnya tahanan konduktor sesuai hukum Ohm.
“Bila suatu penghantar dengan panjang l , dan diameter penampang q serta tahanan
jenis ρ (rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah”
R = ρ x l/q
Dimana :
R = tahanan kawat [ Ω/ohm]
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
l = panjang kawat [meter/m] l
ρ = tahanan jenis kawat [Ωmm²/meter]
q = penampang kawat [mm²]
faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistant atau tahanan, karena tahanan suatu jenis
material sangat tergantung pada :
• panjang penghantar.
• luas penampang konduktor.
• jenis konduktor
• temperatur.
"Tahanan penghantar dipengaruhi oleh temperatur, ketika temperatur meningkat ikatan
atom makin meningkat akibatnya aliran elektron terhambat. Dengan demikian kenaikan
temperatur menyebabkan kenaikan tahanan penghantar"
5. potensial atau Tegangan
potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang berbeda
potensialnya. dari hal tersebut, kita mengetahui adanya perbedaan potensial listrik yang
sering disebut “potential difference atau perbedaan potensial”. satuan dari potential difference
adalah Volt.
“Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk
memindahkan muatan listrik satu coulomb”
Formulasi beda potensial atau tegangan adalah:
V = W/Q [volt]
Dimana:
V = beda potensial atau tegangan, dalam volt
W = usaha, dalam newton-meter atau Nm atau joule
Q = muatan listrik, dalam coulomb
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
G. RANGKAIAN LISTRIK
Pada suatu rangkaian listrik akan mengalir arus, apabila dipenuhi syarat-syarat sebagai
berikut :
1. Adanya sumber tegangan
2. Adanya alat penghubung
3. Adanya beban
Gambar 4. Rangkaian Listrik.
Pada kondisi sakelar S terbuka maka arus tidak akan mengalir melalui beban . Apabila
sakelar S ditutup maka akan mengalir arus ke beban R dan Ampere meter akan menunjuk.
Dengan kata lain syarat mengalir arus pada suatu rangkaian harus tertutup.
1. Cara Pemasangan Alat Ukur.
Pemasangan alat ukur Volt meter dipasang paralel dengan sumber tegangan atau beban,
karena tahanan dalam dari Volt meter sangat tinggi. Sebaliknya pemasangan alat ukur
Ampere meter dipasang seri, hal inidisebabkan tahanan dalam dari Amper meter sangat
kecil.
“alat ukur tegangan adalah voltmeter dan alat ukur arus listrik adalah amperemeter”
4. Hukum Ohm
Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri
electron bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus,
dan sering juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah
pipa.
Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam sebauh rangkaian
dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan
ditujukan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada
titik satu dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut
tidak ada artinya
Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa derajat pergesekan,
atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan.
Besarnya arus didalam rangkaian adalah jumlah dari energi yang ada untuk mendorong
electron, dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya
arus. Sama halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam hal
ini, banyaknya tegangan dan hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau
melewati titik pada suatu titik.
Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu
menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain
dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik,
tegangan ,dan hambatan.
Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar.
Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional.
Setiap unit ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Amp dari orang perancis
Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang german
Georg Simon ohm.
Simbol matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V
untuk voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari
tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat dipertukarkan untuk
beberapa hal, walaupun beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah
tegangan yang mengalir pada sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat
lebih umum.
Salah satu dasar dalam perhitungan elektro, yang sering dibahas mengenai satuan couloumb,
dimana ini adalah besarnya energi yang setara dengan electron pada keadaan tidak stabil.
Satu couloumb setara dengan 6.250.000.000.000.000.000. electron. Symbolnya ditandai
dengan Q dengan satuan couloumb. Ini yang menyebabkan electron mengalir, satu ampere
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
sama dengan 1 couloumb dari electron melewati satu titik pada satu detik. Pada kasus ini,
besarnya energi listrik yang bergerak melewati conductor (penghantar).
Sebelum kita mendefinisikan apa itu volt, kita harus mengetahui bagaimana mengukur
sebuah satuan yang kita ketahui sebagai energi potensial. Satuan energi secara umum adalah
joule dimana sama dengan besarnya work (usaha) yang ditimbulkan dari gaya sebesar 1
newton yang digunakan untuk bergerak sejauh 1 meter (dalam satu arah). Dalam british unit,
ini sama halnya dengan kurang dari ¾ pound dari gaya yang dikeluarkan sejauh 1 foot.
Masukkan ini dalam suatu persamaan, sama halnya dengan I joule energi yang digunakan
untuk mengangkat berat ¾ pound setinggi 1 kaki dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu
dengan jarak 1 kaki menggunakan parallel pulling dengan ¾ pound. Maka kesimplannya, 1
volt sama dengan 1 joule energi potensial per 1 couloumb. Maka 9 volt baterai akan
melepaskan energi sebesar 9 joule dalam setiap couloum dari electron yang bergerak pada
sebuah rangkian.
Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui ketika kita
mengeksplorasi hubungan antara mereka dalam sebuah rangkaian. Yang pertama dan
mungkin yang sangat penting hubungan antara tegangan, arus dan hambatan ini disebut
hokum ohm. Ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan dipublikasikannya pada sebuah paper
pada tahun 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah
besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm
menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antara
tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan.
H. HUKUM OHM DAN HUKUM KIRCHOF
A. HUKUM OHM
E = I R
I = E / R
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
R =E / I
Kesimpulan :
• Tegangan dinyatakan dengan nilai volts disimbolkan dengan E atau V.
• Arus dinyatakan dengan amps, dan diberi symbol I
• Hambatan dinyatakan dengan ohms diberi symbol R
• Hukum Ohm: E = IR ; I = E/R ; R = E/I
Besarnya daya pada suatu rangkaian dapat di hitung dengan :
P = V . I atau P = I2 . R atau P = V2/ R
Dimana :
P : daya, dalam satuan watt
V : tegangan dalam satuan volt
I : arus dalam satuan ampere
Contoh Soal Latihan:
Sebuah bangunan rumah tangga memakai lampu dengan tegangan pada instalansi lampu
rumah tangga tersebut adalah 220 Volt, dan arus yang mengalir pada lampu tersebut adalah
10 ampere, berapakah hambatan pada lampu tersebut, hitunglah?
JAWAB :
dik :
V = 220 Volt
I = 10 Amper
Dit : hambatan…………….?
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
JAWAB
R = V/R
R = 220/10 = 22 ohm
Jadi hambatan yang mengalir adalah 22 ohm
Contoh Soal Latihan:
Didalam suatu rumah tinggal, terpasang sebuah lampu dengan tegangan 220 Volt, setelah di
ukur dengan amper meter arusnya adalah 2 ampere, hitunglah daya yang di serap lampu
tersebut ?
JAWAB :
dik :
V = 220 Volt
I = 2 Amper
Dit : Daya…………….?
JAWAB
P = V.I
P = 220. 2 = 440 Watt
Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus I berubah sebanding dengan tegangan V dan
berbanding terbalik dengan beban tahanan R, atau dinyatakan dengan Rumus :
I = V/R
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
V = I x R
R = V/I
Dimana;
I = arus listrik, ampere
V = tegangan, volt
R = resistansi atau tahanan, ohm
• Formula untuk menghtung Daya (P), dalam satuan watt adalah:
P = I x V
P = I x I x R
P = I² x R
B. HUKUM KIRCHOFF
Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu titik
adalah nol (ΣI=0).
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar 5. loop arus“ KIRChOFF “
Jadi:
I1 + (-I2) + (-I3) + I4 + (-I5 ) = 0
I1 + I4 = I2 + I3 + I5
Seputar Listrik
Pengertian Listrik
Listrik adalah aliran elektron-elektron dari atom ke atom pada sebuah penghantar. Semua
atom memiliki partikel yang disebut elektron terletak pada orbitnya mengelilingi proton.
Atom yang paling sederhana adalah atom Hydrogen (Atom Air), yaitu hanya mempunyai satu
elektron yang mengelilingi satu proton.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Atom Hidrogen
Atom yang paling rumit adalah atom uranium. Atom ini mempunyai 92 elektron disekeliling
inti proton. Semua benda (elemen) memiliki struktur atom tersendiri. Setiap elemen
mempunyai jumlah elektron dan proton yang sama.
Tembaga mempunyai 29 proton, elektron-elektronnya tersebar pada 4 baris orbit, yang paling
luar hanya satu elektron. Ini adalah rahasia dari penghantar listrik yang baik. Setiap benda
yang memiliki struktur atom kurang dari 4 orbit yang paling luar atau memiliki sifat daya
hantar yang baik.
Bila benda yang memiliki struktur atom lebih dari 4 elektron pada garis orbit yang paling luar
di sebut penyekat (bukan penghantar).
Benda yang memiliki sedikit elektron pada garis orbit paling luar, elektronnya lebih mudah
berpindah dari orbitnya oleh tegangan yang rendah. Hal ini akan menyebabkan terjadinya
aliran elektron dari atom ke atom.
Seperti telah kita pelajari bahwa atom mempunyai proton dan elektron, masing-masing
partikel mempunyai gaya potensial (potensial force). Proton bermuatan positif, sedangkan
elektron bermuatan negatif. Proton pada inti atom menarik elektron dan menahan elektron
pada garis orbit selama muatan positif dari proton sama dengan muatan negatif dari elektron
atau mempunyai listrik netral. Bilamana terjadi muatan netral elektron yang beredar digaris
orbit dapat dengan mudah berpindah jika elektron-elektron ditarik jauh oleh atom lain, atom
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
itu menjadi bermuatan positif dan menjauhnya elektron yang ditarik oleh atom yang lain tadi
mengakibatkan atom tersebut bermuatan negatif. Atom yang bermuatan negatif (-)Â
memiliki jumlah elektron yang berlebihan, sedangkan atom yang bermuatan positif (+)
jumlah elektronnya sedikit atau kekurangan elektron.
I. ILMU LISTRIK TAMBAHAN
Teknik Tenaga Listrik ialah ilmu yang mempelajari konsep dasar
kelistrikan dan pemakaian alat yang asas kerjanya berdasarkan aliran
elektrondalam konduktor (arus listrik). Dalam Teknik Tenaga Listrik dikenal
dua macam arus :
1. Arus searah dikenal dengan istilah DC (Direct Current)
2. Arus bolak balik dikenal sebagai AC (Alternating Current)
Dalam menghasilkan arus searah atau arus bolak balik, dikenal sistem
pengadaan energi listriksebagai berikut :
Pembangkit: Sebagai sumber energi listrik yang antara lain berupa; PLTA, PLTU,
PLTN, PLTG, PLTD, dan ENERGI DARI ANGIN, SURYA, GEOTHERMAL,
OMBAK, CHEMICAL,dan sebagainya .
Transmisi: Sebagai jaringan untuk menyalurkan energi listrik dari pembangkit ke
beban atau ke jaringan distribusi (gardu-gardu listrik).
Distribusi: Sebagai jaringan yang menyalurkan energi listrik ke konsumen
pemakai.
Gambar 1. Sistem Pengadaan Energi Listrik 1
Gambar 1. Sistem Pengadaan Energi Listrik
I.a. PERALATAN ATAU PERANTI PENGUBAH ENERGI
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Dalam sistem energi listrik dikenal peralatan yang mengubah energi listrik,
baik dari energi listrik ke energi mekanis, maupun sebaliknya, serta megubah
energi listrik dari rangkaian atau jaringan yang satu menjadi energi listrik yang
lain pada rangkaian atau jaringan berikutnya. Piranti tersebut adalah generator,
Motor dan Transformator.
Generator merupakan piranti atau peralatan listrik yang dapat dipergunakan
untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik, dapat berupa generator
arus searah (generator DC) maupun generator arus bolak-balik (Alternator).
Motor merupakan piranti atau peralatan listrik yang dapat dipergunakan untuk
mengubah energi listrik menjadi energi mekanis, juga dapat berupa motor arus
searah maupun motor arus bolak balik. Sedangkan Transformator biasa
disebut juga Trafo, adalah piranti atau peralatan listrik yang dapat dipergunakan
untuk mengubah energi listrik yang satu ke energi listrik yang lain dimana
tegangan keluaran (out-put) dapat dinaikkan ataupun diturunkan oleh piranti ini
sesuai dengan kebutuhan.
Transformator terbagi atas ;
a. Trafo penaik tegangan (step-up) atau disebut trafo daya.
b. Trafo penurun tegangan (step-down) disebut juga trafo distribusi.
c. Trafo yang dipergunakan pada peralatan atau rangkaian elektronik,
yakni untuk memblokir rangkaian yang satu dengan yang lain.
Generator maupun motor dapat disebut mesin listrik, karena generator
dapat berupa generator arus searah dan generator arus bolak balik, demikian juga
motor.
Mesin listrik dapat dibagi atas :
a. Mesin arus searah, yang terbagi atas;
(1) Mesin Shunt,
(2) Mesin Seri,
(3) Mesin Kompon.
b. Mesin arus bolak balik, terbagi atas ;
(1) Transformator
(2) Mesin Tak Serempak (Asinkron) atau Mesin Induksi
(3) Mesin Sikron atau mesin Serempak.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
J. HAMBATAN KAWAT PENGHANTAR DAN RANGKAIAN PENGHANTAR
Hambatan Kawat Penghantar
besar hambatan suatu kawat penghantar
1. Sebanding dengan panjang kawat penghantar. artinya makin panjang penghantar, makin
besar hambatannya,
2. Bergantung pada jenis bahan kawat (sebanding dengan hambatan jenis kawat), dan
3. berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, artinya makin kecil luas
penampang, makin besar hambatannya. Jika panjang kawat dilambangkan ℓ, hambatan
jenis ρ, dan luas penampang kawat A. Secara matematis, besar hambatan kawat dapat
ditulis :
Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya. Beda potensial
hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar itu. Jika penghantar yang dilalui
sangat panjang, kuat arusnya akan berkurang. Hal itu terjadi karena diperlukan energi yang
sangat besar untuk mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaan seperti itu
dikatakan tegangan listrik turun. Makin panjang penghantar, makin besar pula penurunan
tegangan listrik.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
J.1 RANGKAIAN SERI, RANGKAIAN PARALEL DAN STAR - DELTA
Rangkaian Seri
Berdasarkan hukum Ohm: V = IR, pada hambatan R1 terdapat teganganV1 =IR1 dan pada
hambatan R2 terdapat tegangan V2 = IR 2. Karena arus listrik mengalir melalui hambatan R1
dan hambatan R2, tegangan totalnya adalah VAC = IR1 + IR2. Mengingat VAC merupakan
tegangan total dan kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian seperti di atas (rangkaian
tak bercabang) di setiap titik sama maka VAC = IR1 + IR2
I R1 = I(R1 + R2)
R1 = R1 + R2 ; R1 = hambatan total
Rangkaian seperti di atas disebut rangkaian seri. Selanjutnya, R1 ditulis Rs (R seri) sehingga
Rs = R1 + R2 +…+Rn, dengan n = jumlah resistor. Jadi, jika beberapa buah hambatan
dirangkai secara seri, nilai hambatannya bertambah besar. Akibatnya, kuat arus yang
mengalir makin kecil. Hal inilah yang menyebabkan nyala lampu menjadi kurang terang
(agak redup) jika dirangkai secara seri. Makin banyak lampu yang dirangkai secara seri,
nyalanya makin redup. Jika satu lampu mati (putus), lampu yang lain padam.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Contoh Rangkain Seri :
Rangakaian Paralel
Mengingat hukum Ohm: I = V/R dan I = I1+ I2, maka
Pada rangkaian seperti di atas (rangkaian bercabang), V AB =V1 = V2 = V. Dengan demikian,
diperoleh persamaan :
Rangkaian yang menghasilkan persamaan seperti di atas disebut rangkaian paralel. Oleh
karena itu, selanjutnya Rt ditulis Rp (Rp = R paralel). Dengan demikian, diperoleh persamaan
Berdasarkan persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa dalam rangkaian paralel, nilai
hambatan total (Rp) lebih kecil dari pada nilai masing-masing hambatan penyusunnya (R1 dan
R2). Oleh karena itu, beberapa lampu yang disusun secara paralel sama terangnya dengan
lampu pada intensitas normal (tidak mengalami penurunan). Jika salah satu lampu mati
(putus), lampu yang lain tetap menyala.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Contoh Gambar Rangkaian Pararel :
1. RANGKAIAN SERI
Rangkaian seri terdiri dari dua atau lebih beban listrik yang dihubungkan ke catu daya lewat
satu rangkaian. Rangkaian listrik seri adalah suatu rangkaian listrik, di mana input suatu
komponen berasal dari output komponen lainnya. Hal inilah yang menyebabkan rangkaian
listrik seri dapat menghemat biaya (digunakan sedikit kabel penghubung).
Selain memeliki kelebihan, rangkaian listrik seri juga memiliki suatu kelemahan, yaitu jika
salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tidak akan berfungsi
sebagaimana mestinya. Misal tiga buah bola lampu dirangkai seri, maka input dari lampu satu
akan datang dari output lampu yang lain. Jika salah satu lampu dicabut atau rusak, maka
lampu yan lain akan ikut padam.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Rangkaian seri dapat berisi banyak beban listrik dalam satu rangkaian. Contoh yang baik dari
beberapa beban rangkaian dihubung seri adalah lampu pohon Natal. ( kurang lebih 20 lampu
dalam rangkaian seri ).
Dua buah elemen berada dalam susunan seri jika mereka hanya memiliki sebuah titik utama
yang tidak terhubung menuju elemen pembawa arus pada suatu jaringan. Karena semua
elemen disusun seri, maka jaringan tersebut disebut rangkaian seri. Dalam rangkaian seri,
arus yang lewat sama besar pada masing-masing elemen yang tersusun seri.
Sifat-sifat Rangkaian Seri:
Arus yang mengalir pada masing beban adalah sama.
Tegangan sumber akan dibagi dengan jumlah tahanan seri jika besar tahanan sama.
Jumlah penurunan tegangan dalam rangkaian seri dari masing-masing tahanan seri adalah
sama dengan tegangan total sumber tegangan.
Banyak beban listrik yang dihubungkan dalam rangkaian seri, tahanan total rangkaian
menyebabkan naiknya penurunan arus yang mengalir dalam rangkaian. Arus yang mengalir
tergantung pada jumlah besar tahanan beban dalam rangkaian.
Jika salah satu beban atau bagian dari rangkaian tidak terhubung atau putus, aliran
arus terhenti.
Contoh paling sederhana penerapan rangkaian listrik seri dalam kehidupan sehari-hari
(di rumah) :
1. Lampu hias pohon Natal model lama (yang baru pakai rangkaian elektronik & lampu
LED) merupakan rangkaian seri beberapa lampu (12V di-seri 20 pcs) sehingga dapat
menerima tegangan sesuai dengan jala-jala (220V).
2. Lampu TL (tube Lamp) atau orang bilang lampu neon, model lama yang masih
memakai ballast, di dalam box nya memakai rangkaian seri antara jala-jala dengan ballastnya.
3. Di dalam setrika listrik ada rangkaian seri dengan bimetal (temperatur kontrol),
demikian juga kulkas.
4. Sakelar/switch merupakan penerapan rangkaian seri dengan beban.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
2. RANGKAIAN PARALEL
Rangkaian Paralel merupakan salah satu yang memiliki lebih dari satu bagian garis edar
untuk mengalirkan arus. Dalam kendaraan bermotor, sebagian besar beban listrik
dihubungkan secara parallel. Masing-masing rangkaian dapat dihubung-putuskan tanpa
mempengaruhi rangkaian yang lain.
Rangkaian Paralel adalah salah satu rangkaian listrik yang disusun secara berderet
(paralel). Lampu yang dipasang di rumah umumnya merupakan rangkaian paralel. Rangakain
listrik paralel adalah suatu rangkaian listrik, di mana semua input komponen berasal dari
sumber yang sama. Semua komponen satu sama lain tersusun paralel. Hal inilah yang
menyebabkan susunan paralel dalam rangkaian listrik menghabiskan biaya yang lebih banyak
(kabel penghubung yang diperlukan lebih banyak). Selain kelemahan tersebut, susunan
paralel memiliki kelebihan tertentu dibandingkan susunan seri. Adapun kelebihannya adalah
jika salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tetap berfungsi
sebagaimana mestinya.
Sifat-sifat Rangkaian Paralel:
Tegangan pada masing-masing beban listrik sama dengan tegangan sumber.
Masing-masing cabang dalam rangkaian parallel adalah rangkaian individu.Arus
masing-masing cabang adalah tergantung besar tahanan cabang.
Sebagaian besar tahanan dirangkai dalam rangkaian paralel, tahanan total
rangkaian mengecil, oleh karena itu arus total lebih besar. (Tahanan total
dari rangkaian parallel adalah lebih kecil dari tahanan yang terkecil dalamrangkaian.)
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Jika terjadi salah satu cabang tahanan parallel terputus, arus akan terputus hanya pada
rangkaian tahanan tersebut. Rangkaian cabang yang lain tetap bekerja tanpa terganggu oleh
rangkaian cabang yang terputus tersebut.
Contoh paling sederhana penerapan rangkaian listrik paralel dalam kehidupan sehari-
hari (di rumah) :
1. Distribusi Listrik PLN kerumah-rumah adalah paralel.
2. Stop contact merupakan rangkaian paralel dengan jala-jala.
Pengertian Hambatan, Arus, Tegangan dan Bunyi Hukum Ohm
1. Arus
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik
bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya.
𝑸 = 𝑰.𝑻 𝑰 =𝑸
𝑻𝑻 =
𝑸
𝑰
Pada zaman dulu, Arus konvensional didefinisikan sebagai aliran muatan positif, sekalipun
kita sekarang tahu bahwa arus listrik itu dihasilkan dari aliran elektron yang bermuatan
negatif ke arah yang sebaliknya.
Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A).
2. Hambatan
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik
(misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan
sebagai berikut:
𝑹 =𝑽
𝑰 𝑽 = 𝑰.𝑹 𝑰 =
𝑽
𝑹
Di mana:
R = Hambatan (Ω)
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
V = tegangan (V)
I = arus. (A)
Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R).
3. Tegangan
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua
titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi
potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor
listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan
sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.
V= I .R
Satuan SI untuk Tegangan adalah volt (V).
4. Hukum Ohm
Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri
electron bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus,
dan sering juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah
pipa.
Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam sebauh rangkaian
dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik.
Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan
ditujukan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada
titik satu dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut
tidak ada artinya.
Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa derajat pergesekan,
atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan.
Besarnya arus didalam rangkaian adalah jumlah dari energi yang ada untuk mendorong
electron, dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya
arus. Sama halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam hal
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
ini, banyaknya tegangan dan hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau
melewati titik pada suatu titik.
Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu
menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain
dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik,
tegangan ,dan hambatan.
Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar.
Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional.
Setiap unit ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Amp dari orang perancis
Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang german
Georg Simon ohm.
Simbol matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V
untuk voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari
tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat dipertukarkan untuk
beberapa hal, walaupun beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah
tegangan yang mengalir pada sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat
lebih umum.
Salah satu dasar dalam perhitungan elektro, yang sering dibahas mengenai satuan couloumb,
dimana ini adalah besarnya energi yang setara dengan electron pada keadaan tidak stabil.
Satu couloumb setara dengan 6.250.000.000.000.000.000. electron. Symbolnya ditandai
dengan Q dengan satuan couloumb. Ini yang menyebabkan electron mengalir, satu ampere
sama dengan 1 couloumb dari electron melewati satu titik pada satu detik. Pada kasus ini,
besarnya energi listrik yang bergerak melewati conductor (penghantar).
Sebelum kita mendefinisikan apa itu volt, kita harus mengetahui bagaimana mengukur
sebuah satuan yang kita ketahui sebagai energi potensial. Satuan energi secara umum adalah
joule dimana sama dengan besarnya work (usaha) yang ditimbulkan dari gaya sebesar 1
newton yang digunakan untuk bergerak sejauh 1 meter (dalam satu arah). Dalam british unit,
ini sama halnya dengan kurang dari ¾ pound dari gaya yang dikeluarkan sejauh 1 foot.
Masukkan ini dalam suatu persamaan, sama halnya dengan I joule energi yang digunakan
untuk mengangkat berat ¾ pound setinggi 1 kaki dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
dengan jarak 1 kaki menggunakan parallel pulling dengan ¾ pound. Maka kesimplannya, 1
volt sama dengan 1 joule energi potensial per 1 couloumb. Maka 9 volt baterai akan
melepaskan energi sebesar 9 joule dalam setiap couloum dari electron yang bergerak pada
sebuah rangkian.
Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui ketika kita
mengeksplorasi hubungan antara mereka dalam sebuah rangkaian. Yang pertama dan
mungkin yang sangat penting hubungan antara tegangan, arus dan hambatan ini disebut
hokum ohm. Ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan dipublikasikannya pada sebuah paper
pada tahun 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah
besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm
menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antara
tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan.
1. Start Bintang
Pada start bintang tengangan sumber 380 v/220, 220 menyatakan bahwa pada setiap lilitan
bertegangan 220vac, Pada terminal input motor terdapat 6 terminal yang disusun 2 baris 3 kolom,
yang mana pada setiap terminal memiliki hambatan, untuk lebih jelas lihat gambar dibawah ini!
Pada materi sebelumnya menjelaskan bahwa untuk memperoleh kecepatan penuh atau 3/3 kecepatan
kita harus menghubungkan ketiga kumpatan menjadi sebuah susunan berupa bintang atau disebu
dengan istilah start bintang, adapun penyambungan dengan sumber seperti gambar dibawah ini!
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
2. Start Delta (Segitiga)
Pada dasarnya start delta dan bintang hamapir sama saja hanya penyusunan kumparan
yang berbeda, perbedaan ini akan menumbulkan kutub pada lulutan akan berbeda dengan
start bintang. Tengangan sumber start delta adalah 380Volt atau 380/660 Volt, pesambungan
mengunakan start delta mempunyai 1/3 kecepatan untuk 1 buah segitiga dan untuk 2 buah
segitiga 2/3 kecepatan lihat gambar.2. Untuk membuat motor dengan prinsip start delta atau
segitiga kita harus menghubungkan setiap terminal lilitan motor secara menjajar, sehingga
didapatlah sebuah hubungan antara U1 dengan W2, V1 dengan U2, W1 dengan V2. lihat
gambar dibawah
Rangkaian KontrolForward-Reverse Star-Delta, sebenarnya tidak semua orang sama jalan
pemikirannya, jadi sobat – sobat bisa berkreasi dengan ide masing-masing tidak harus sama
dengan apa yang akan saya tampilkan nanti. Saya anggap sobat sudah paham tentang
komponen pendukung peralatan kontrolnya, kalo ternyata ada yang bingung silakan bertanya,
Insyaallah dengan senang hati akan saya jelaskan. Dari gambar Rangkaian Kontrol Forward-
Reverse Star-Delta yang akan saya tampilkan berikut ini, ada bebarapa gambar yang
menjelaskan dari masing masing perubahan, yaitu :
1. Kondisi Forward dengan hubungan bintang ( Y / Star )
2. Kondisi Forward dengan hubungan segitiga ( Δ / Delta )
3. Kondisi Reverse dengan hubungan bintang ( Y / Star )
4. Kondisi Reverse dengan hubungan segitiga ( Δ / Delta )
Untuk implementasinya terserah sobat mau di bawa kemana, yang penting sobat bisa
memahami terlebih lagi jika sobat adalah pekerja, pelajar atau mahasiswa lebih mantap untuk
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
di ketahui. Oke sobat mari kita lanjutkan dengan gambar biar jelas, Rangkaian Kontrol
Forward-Reverse Star-Delta berikut ini dilengkapi dengan :
a. Tombol Tekan
Tombol tekan yang digunakan terdiri dari 1 tombol OFF sebagai pemutus rangkaian dan 2
tombol ON yaitu ON_1 untuk mengontrol rangkaian dengan arah FORWARD (Maju) baik
STAR maupun DELTA dan Tombol ON_2 untuk mengontrol rangkaian dengan arah
REVERSE (mundur) Baik STAR maupun DELTA.
b. Kontaktor Magnet
Ada 4 buah Kontaktor yang digunakan dalam rangkaian ini, dengan keterangan KF
(Kontaktor Forward), KR (Kontaktor Reverse), KB (Kontaktor untuk Hubungan
Bintang/STAR) dan KD (Kontaktor untuk Hubung Segitiga/DELTA)
c. TIMER
Fungsi TIMER pada rangkaian kontrol ini sebagai perubah/pemindah dari kondisi STAR ke
DELTA secara otomatis.
A. 1. Kondisi FORWARD, STAR – DELTA
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
B. Prinsip Kerja Rangkaian :
C. Jika tombol ON_1 di tekan sesaat maka arus listrik mengalir menuju Coil Kontaktor
KF bersamaan dengan Coil KB dan TIMER. Pada kondisi ini rangkaian dalam keadaan
FORWARD – STAR (LIHAT LINE MERAH). Sesuai dengan waktu yang ditentukan pada
TIMER, maka secara otomatis akan berpindah dari hubungan STAR ke DELTA (Lihat
Gambar 2)
D.
E. 2. KONDISI REVERSE, STAR - DELTA
F. Prinsip Kerja Rangkaian :
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
G. Untuk menjalankan kondisi yang kedua ini tidak bisa secara langsung menekan
tombol ON_2 melainkan terlebih dahulu menekan tombol OFF, dikarenakan pada rangkaian
di Protek oleh sistem Interlock sehingga saling mengunci jika suatu Kondisi telah aktif. Hal
ini di lakukan untuk meniadakan gangguan antar fasa fasa listrik sehingga aman bagi manusia
dan peralatan. Nah Jika telah menekan tombol OFF baru deh silakan bersiap2 untuk menekan
tombol ON_2, namun jika rangkaian kontrol ini di hubungkan dengan motor listrik,
tunggulah sampai motor listriknya berhenti.
H. Dengan menekan sesaat pada tombol ON_2 maka arus listrik akan mengalir menuju
Coil Kontaktor KR bersamaan dengan Coil KB dan TIMER. Pada kondisi ini rangkaian
dalam keadaan REVERSE – STAR (LIHAT LINE MERAH). Sesuai dengan waktu yang
ditentukan pada TIMER, maka secara otomatis akan berpindah dari hubungan STAR ke
DELTA (Lihat Gambar 4)
Sambungan Bintang
Dikatakan disambung bintang jika salah satu ujung setiap kumparan digabung menjadi satu
dan keluar dengan satu kawat sebagai kawat netral atau nol, sedang ketiga ujung yang lainnya
keluar sendiri – sendiri sebagai kawat pasa atau kawat yang bertegangan.
1. Tegangan
Tegangan jaringan sama dengan tegangan pasa dikali dengan 3, sudutnya ± 30o.
2. Arus
Arus pasa dengan arus jaringan sama besarnya.
Sambungan Segitiga
Dikatakan disambung segitiga kalau ujung awal kumparan pertama disambung dengan ujung
akhir kumparan ketiga, ujung awal kumparan kedua disambung dengan ujung akhir
kumparan peratama, ujung awal kumparan ketiga disambung dengan ujung akhir kumparan
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
kedua, kemudian dari ketiga ujung akhir keluar sendiri – sendiri sebagai kawat pasa atau
kawat yang bertegangan.
1. Tegangan
Tegangan jaringan sama dengan tegangan pasa.
2. Arus
Arus jaringan sama dengan arus pasa dikali dengan 3, sudutnya ± 30o.
Tes Urutan Phase
1. Metode Voltmeter
Alat uji ini dirangkai dengan menggunakan sebuah voltmeter dengan batas ukur dua kali
tegangan antar pasa, sebuah resistor dan sebuah kapasitor yang sama besar impedansinya
disambung bintang tanpa nol.
Seperti halnya pada dua lampu pijar dengan ballast ataupun kapasitor, penggunaan rangkaian
ini adalah ujung R-S-T rangkaian dihubungkan ke kawat jaringan. Kemudian mencermati
penunjukkan dari voltmeter tersebut.
Hasil uji yang dilakukan dengan menggunakan sebuah voltmeter, sebuah resistor dan sebuah
kapasitor, bila penunjukkan Voltmeter lebih besar dari tegangan jaringan urutan pasanya
adalah RS – ST – TR (arah ke kanan). Penyambungan motor/beban yang memperhatikan
urutan pasanya adalah:
a. Ujung R beban menggantikan ujung R pada tes
b. Ujung S beban menggantikan ujung S alat tes
c. Ujung T beban menggantikan ujung T alat tes
Bila hasil penunjukkan voltmeter lebih kecil dari tegangan jaringan, urutan pasanya adalah
RS-TR-ST (arah urutan ke kiri). Penyambungan motor/beban adalah
a. Ujung R beban menggantikan ujung R alat tes
b. Ujung S beban menggantikan ujung S alat tes
c. Ujung T beban menggantikan ujung T alat tes
2. Metode Lampu Pijar
Alat uji atau alat tes lampu pijar ini bisa dirangkai menggunakan:
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
a. Dua buah lampu pijar yang sama besar wattage-nya dengan sebuah ballast lampu TL
yang disambung bintang tanpa nol.
b. Dua buah lampu pijar yang sama besar wattage-nya dengan sebuah kapasitor yang
disambung bintang tanpa nol.
Penggunaan rangkaian ini adalah ujung R-S-T rangkaian dihubungkan ke kawat jaringan.
Kemudian mencermati nyala dari kedua lampu tersebut. Bila urutan pasa sudah diketahui,
selanjutnya masing – masing ujung tersebut diberi label sesuai dengan urutan pasa yakni R-S-
T.
Hasil uji yang dilakukan dengan menggunakan dua lampu pijar dan ballast, bila lampu pijar 1
menyala terang, urutan pasanya adalah RS-ST-TR (arah urutan ke kiri). Penyambungan
motor/beban yang memperhatikan urutan phase adalah:
a. Ujung R beban menggantikan ujung R alat tes
b. Ujung S beban menggantikan ujung S alat tes
c. Ujung T beban menggantikan ujung T alat tes
Bila lampu pijar 2 yang menyala terang, urutan pasanya adalah RS-ST-TR (arah urutan ke
kanan). Penyambungan motor beban yang memperhatikan urutan pasa adalah:
a. Ujung R beban menggantikan ujung R alat tes
b. Ujung S beban menggantikan ujung S alat tes
c. Ujung T beban menggantikan ujung T alat tes
Seperti halnya pada dua lampu pijar dan ballast, penggunaan rangkaian ini adalah ujung R-S-
T rangkaian dihubungkan ke kawat jaringan. Kemudian mencermati nyala dari kedua lampu
tersebut.
Hasil uji yang dilakukan dengan menggunakan dua lampu pijar dan kapasitor, bila lampu
pijar 1 yang menyala terang, urutan phasanya adalah RS – TR – ST (arah urutan ke kanan).
Penyambungan motor / beban yang memperhatikan urutan pasa adalah:
a. Ujung R beban menggantikan ujung R alat tes
b. Ujung S beban menggantikan ujung S alat tes
c. Ujung T beban menggantikan ujung T alat tes
Bila lampu pijar 2 yang menyala terang, urutan pasanya adalah RS – ST – TR (bila urutan ke
kiri). Penyambungan motor / beban yang memperhatikan urutan pasanya adalah:
a. Ujung R beban menggantikan ujung R alat tes
b. Ujung S beban menggantikan ujung S alat tes
c. Ujung T beban menggantikan ujung T alat tes
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
ALAT DAN BAHAN
1. Multimeter 1 buah
2. Ampremeter AC (bila mencukupi) 4 buah
3. Indikator tes urutan phase 1 buah
4. Transformator 3 phase 1 buah
5. Rheostat 500 ohm / 1 A 1 buah
6. Beban resistif 3 phase (loading resisitor) 1 buah
7. Kapasitor non polar 7,5 µF / 400 V 3 buah
8. Lampu pijar yang mempunyai daya yang sama 2 buah
9. Saklar 3 phasa / MCB bok 3 phase 1 buah
10. Bok dan kabel penghubung secukupnya
G.I. CARA KERJA
Percobaan I Pengukuran tegangan tanpa beban
1. Membuat rangkaian seperti gambar di bawah ini
2. Memeriksakan rangkaian saudara kepada dosen pembimbing, bila telah disetujui,
hubungkan rangkaian saudara dengan sumber AC tiga phase.
3. Mengukur tegangan pada titik – titik
4. Apabila telah selesai, mematikan saklar dan merubah rangkaian sekundernya seperti
gambar di bawah ini sedangkan rangkaian primernya jangan diubah.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
5. Memeriksakan rangkaian kepada dosen pembimbing, bila telah disetujui,
menghubungkan rangkaian saudara dengan sumber tegangan AC tiga phase.
6. Mengukur tegangan pada titik – titik
7. Apabila telah selesai, mematikan saklarnya dan meneruskan percobaan selanjutnya.
Percobaan II Pengukuran Arus Beban
1. Membuat rangkaian seperti gambar di bawah ini
2. Memeriksakan rangkaian saudara kepada dosen pembimbing, bila telah disetujui,
hubungkan rangkaian saudara dengan sumber AC tiga phase.
3. Mengamati penunjukkan jarum ampremeternya.
4. Apabila telah selesai, mematikan saklar dan merubah rangkaian sekundernya seperti
gambar di bawah ini sedangkan rangkaian primernya jangan diubah.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
5. Memeriksakan rangkaian kepada dosen pembimbing, bila telah disetujui,
menghubungkan rangkaian saudara dengan sumber tegangan AC tiga phase.
6. Mengamati jarum ampremeternya
7. Apabila telah selesai, mematikan saklarnya dan meneruskan percobaan selanjutnya.
Percobaan III Tes Urutan Phase
a. Methode Voltmeter
1. Membuat rangkaian seperti gambar di bawah ini
2. Memeriksakan rangkaian saudara kepada dosen pembimbing, bila telah disetujui,
hubungkan rangkaian saudara dengan sumber AC tiga phase.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
3. Mengatur RV hingga diperoleh harga VR = VC
4. Mematikan sumber tegangan 3 phase, kemudian memasangkan lead indikator dengan
posisi sebagai berikut:
R : pada terminal a1
S : pada terminal a2
T : pada terminal c1
Hidupkan saklar 3 phase, lalu mengamati arah putarannya.
5. Menghidupkan saklar 3 phase
Catat besarnya tegangan:
Va1-N = 160 volt Vb1-N = 320 volt Vc1-N = 160 volt
Arah putaran ke kanan
6. Mematikan sumber tegangan 3 phase, kemudian pindahkan beban sebagai berikut
b. Methode Lampu Pijar
1. Tanpa merubah rangkaian di atas, mengganti beban sebagai berikut:
2. Memeriksakan rangkaian saudara kepada dosen pembimbing, bila telah disetujui,
menghubungkan rangkaian saudara dengan sumber tegangan AC 3 phase, kemudian amati
dan catat.
3. Mematikan sumber tegangan 3 phase, kemudian memindahkan beban sebagai berikut
:
4. Memeriksakan rangkaian saudara kepada dosen pembimbing, bila telah disetujui,
menghubungkan rangkaian saudara dengan sumber tegangan AC 3 phase, kemudian amati
dan cata.
5. Apabila telah selesai matikan saklar 3 phase, melepas rangkaian dan mengembalikan
peralatan dan bahan ke tempat semula dengan tertib dan rapi.
HASIL PERCOBAAN
Percobaan I
Sambungan Bintang
a. V a1 – a8 = 135 volt
b. V b1 – b8 = 135 volt
c. V c1 – c8 = 135 volt
d. V a1 – b1 = 230 volt
e. V a1 – c1 = 230 volt
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
f. V b1 – c1 = 230 volt
Sambungan Segitiga
a. V a1 – a8 = 135 volt
b. V b1 – b8 = 135 volt
c. V c1 – c8 = 135 volt
d. V a1 – b1 = 135 volt
e. V a1 – c1 = 135 volt
f. V b1 – c1 = 135 volt
Percobaan II
Sambungan Bintang
A1 = 0,6 A
A2 = 0,59 A
A3 = 0,55 A
Sambungan Segitiga
A1 = 0,43 A
A2 = 0,43 A
A3 = 0,43 A
A4 = 0,42 A
Percobaan III
Methode Voltmeter
V a1 – N = 160 volt
V b1 – N = 215 volt
V c1 – N = 175 volt
V a1 – N = 160 volt
V b1 – N = 320 volt
V c1 – N = 160 volt
Methode Lampu Pijar
Rangkaian I
Lampu yang terang : lampu 2. Urutan phasenya R
Lampu yang redup : lampu 1. Urutan phasenya S
Arah putaran piringan lead indikator ke kanan
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Rangkaian II
Lampu yang terang : lampu 1. Urutan phasenya S
Lampu yang redup : lampu 2. Urutan phasenya T
Arah putaran piringan lead indikator ke kanan
PEMBAHASAN
Tegangan
Sambungan Bintang
Tegangan pasa : 135 volt
Tegangan jaringan : 3 × 135 = 233 𝑣𝑜𝑙𝑡
Sambungan Segitiga
Tegangan pasa : 135 volt
Tegangan jaringan : 135 volt.
Berhubung bebannya seimbang, maka tegangan setiap pasa maupun jaringan besarnya sama.
Arus
Sambungan Bintang
Arus pasa : 135 𝑣𝑜𝑙𝑡
200 𝑜ℎ𝑚= 0,67 𝐴
Arus jaringan : 0,67 A
Sambungan Segitiga
Arus pasa : 135 𝑣𝑜𝑙𝑡
200 𝑜ℎ𝑚= 0,67 𝐴
Arus jaringan : 3 × 0,67 = 1,16 𝐴
Berhubung bebannya seimbang, maka arus setiap pasa maupun jaringan besarnya sama.
KESIMPULAN
Sambungan Bintang
1. Tegangan
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Tegangan jaringan sama dengan tegangan pasa dikali dengan 3, sudutnya ± 30o.
2. Arus
Arus pasa dengan arus jaringan sama besarnya.
Sambungan Segitiga
1. Tegangan
Tegangan jaringan sama dengan tegangan pasa.
2. Arus
Arus jaringan sama dengan arus pasa dikali dengan 3, sudutnya ± 30o.
Metode Voltmeter
1. Voltmeter lebih besar dari tegangan jaringan, urutan pasanya RS – ST – TR
2. Voltmeter lebih kecil dari tegangan jaringan, urutan pasanya RS – TR – ST
Metode Lampu Pijar
1. Lampu pijar 1 menyala terang, urutan pasanya RS – ST – TR
2. Lampu pijar 2 menyala terang, urutan pasanya RS – TR – ST
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
BAB 2
FENOMENA ELEKTROSTATIS
A. FENOMENA MUATAN LISTRIK
Muatan listrik adalah salah satu sifat dasar dari partikel elementer tertentu. Terdapat dua
jenis muatan, muatan positif dan muatan negatif. Muatan positif pada bahan dibawa oleh
proton, sedangkan muatan negatif oleh elektron. Muatan yang bertanda sama saling tolak
menolak, muatan dengan tanda berbeda saling tarik menarik seperti dalam gambar-1.1.
Satuan muatan ”Coulomb (C)”, muatan proton adalah +1,6 x 10E-19C, sedangkan muatan
elektron -1,6x 10E-19C. Prinsip kekekalan menjadikan muatan selalu konstan. Bila suatu
benda diubah menjadi energi, sejumlah muatan positif dan negatif yang sama akan hilang.
Gambar 1.1 Sifat muatan listrik dan gambar 1.2 Fenomena elektrostatis.Sebatang plastik
digosokkan pada kain beberapa saat. Dekatkan batang plastik pada potongan kertas kecil.
Yang terjadi potongan kertas kecil akan menempel ke batang plastik.
Kejadian diatas menunjukkan fenomena muatan elektrostatis, dimana batang plastik
bermuatan positif menarik potongan kertas yang bermuatan negatif. Dua benda yang
muatannya berbeda akan saling tarik menarik satu dengan lainnya. Batang plastik
digantung bebas dengan benang, batang plastik lainnya digosokkan dengan bulu binatang
dan dekatkan ke batang plastik tergantung (gambar-1.3), yang terjadi kedua batang benda
saling tolak menolak. Artinya kedua batang plastik memiliki muatan yang sama dan saling
tolak menolak.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar 1.3 dan 1.4 Fenomena muatan listrik antar dua benda.
Batang plastik digantung bebas dengan benang. Batang kaca digosokkan dengan kain sutra
dan dekatkan ke batang plastik tergantung (gambar 1.4). Yang terjadi kedua batang benda
saling tarik menarik. Artinya batang plastik dan batang gelas memiliki muatan yang
berbeda dan saling tarik menarik.
Persamaan muatan listrik : Q = n.e
Q Muatan listrik (Coulomb)
n Jumlah electron
e Muatan elektro -1,6 x 10E-19C Contoh : Muatan listrik -1C, hitung jumlah elektron didalamnya
Jawaban :
Q = n.e
n Q e= -1/-1,6. 10E-19 = 6,25. 10E18
Satu Coulomb adalah total muatan yang mengandung 6,25. 10E18 elektron
Fenomena elektrostatis ada disekitar kita, muatan listrik memiliki muatan positip dan
muatan negatif. Muatan positip dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh
elektro. Satuan muatan ”coulomb (C)”, muatan proton +1,6 x 10E-19C, sedangkan muatan
elektron -1,6x 10E-19C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan
bertanda berbeda saling tarik menarik.
B. GENERATOR ELEKTROSTATIS VAN DE GRAF Robert J Van de Graf menciptakan alat generator elektrostatis (lihat gambar 1.5) Prinsip
kerjanya ada dua roda poly yang dipasang sebuah sabuk non-konduktor. Roda poly atas
diberikan selubung yang bisa menghasilkan muatan positif. Roda poly diputar searah
jarum jam sehingga sabuk bergerak. Sabuk akan menyentuh konduktor runcing, muatan
elektrostatis positif akan berkumpul dibola bulat bagian kiri. Logam bulat bermuatan
positif dan selubung yang bermuatan negatif akan muncul garis medan elektrostatis.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar 1.5 Generator elektrostatis Van de Graff
C. Tegangan Listrik
Tegangan atau beda potensial antara dua titik, adalah usaha yang dibutuhkan untuk
membawa muatan satu coulomb dari satu titik ke titik lainnya. sepert i digambarkan
dibawah ini.
gambar 1.6 model visual tegangan.
1.Dua bola yang bermuatan positif dan bermuatan negatif, karena muatan keduanya sangat
lemah dimana beda potensial antara keduanya mendekati nol, maka kedua bola tidak
terjadi interaksi, kedua bola hanya diam saja (gambar 1.6a).
2.Dua buah bola yang masing-masing bermuatan positif, dan negatif. Dengan muatan
berbeda kedua bola akan saling tarik menarik. Untuk memisahkan kedua bola, diperlukan
usaha F1 (gambar 1.6b).
3.Kejadian dua buah bola bermuatan positif dan negatif, dipisahkan jaraknya dua kali
jarak pada contoh no.2, untuk itu diperlukan usaha F2 sebesar 2.F1 (gambar 1.6c).
4. Ada empat bola, satu bola visual tegangan bermuatan positif dan satu bola bermuatan
negatif, dua bola lainnya tidak bermuatan. Jika dipisahkan seperti contoh no.3, diperlukan
usaha F2 sebesar 2.F1 (gambar 1.6d). Persamaan tegangan :
U = W/Q [U] = Nm/C = VAs/As = V
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
dimana; U =Tegangan (V)
W = Usaha (Nm, Joule)
Q = Muatan (C)
Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik pada saat melakukan usaha sebesar satu
joule untuk memindahkan muatan listrik sebesar satu coulomb. Contoh : Jika diperlukan
usaha 50 Joule untuk setiap memindahkan muatan sebesar 10 Coulomb. Hitung tegangan
yang ditimbulkan ?
Jawaban :
U = W/Q = 50Joule/10Coulomb = 5 V
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
BAB 3
KONSEP DASAR INDUKSI
A. MEDAN MAGNET
Medan magnetik adalah ruang disekitar magnet dimana tempat benda-benda tertentu
mengalami gaya magnetik. Gaya magnetik dapat ditimbulkan oleh bendabenda yang
bersifat magnetik dan juga arus listrik/muatan listrik yang bergerak.
Magnet mempunyai dua kutub, yaitu utara (U) dan selatan (S). Medan magnetic dapat
digambarkan dengan garis-garis gaya magnetik yang disebut spectrum magnetik. Garis
gaya magnetik didefinisikan sebagai garis khayal yang merupakan lintasan kutub utara
magnet-magnet kecil apabila dapat bergerak dengan bebas. Garis gaya magnetik selalu
memancar dari kutub utara ke kutub selatan dan tidak pernah memotong, seperti terlihat
pada gambar 3.Gambar 3.
Gambar 3. Magnet batang sederhana
Gambar 4. Garis medan magnet batang sederhana
Garis medan magnetik dianggap mempunyai karakteristik tertentu. Semua garis kekuatan: - Mulai pada kutub utara dan berakhir pada kutub selatan .
- Kontinu dan selalu membentuk loop yang lengkung.
- Tidak pernah memotong.
- Cenderung memendek sendiri , karenanya garis magnet diantara kutub yang berbeda
menyebabkan kutub ditarik lebih dekat.
- Masuk dan keluarnya material magnet pada sisi kanan permukaan.
- Melewati semua material, magnet ataupun nonmagnet. Selain itu, tidak ada isolator
untuk kuat garis magnet.
B. MEDAN MAGNETIK DI SEKITAR ARUS LISTRIK
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
1. Percobaan Oersted
Hans Christian Oersted (1777-1851 orang Denmark) merupakan orang pertama yang
menemukan adanya medan magnet disekitar arus listrik.
Gambar 5. Percobaan Oersted
Pada Gambar 5, tampak jarum kompas diletakkan di bawah kawat penghantar. Saat
saklar terbuka, pada kawat tidak ada arus listrik yang mengalir dan jarum kompas pada
posisi sejajar dengan kawat. Apabila saklar ditutup sehingga arus mengalir pada kawat
penghantar, maka jarum kompas menyimpang. Simpangan jarum kompas tergantung
arah arus pada kawat dan letaknya. Percobaan Oersted menunjukkan bahwa :
a. Arus listrik menghasilkan gaya yang dapat memutar sebuahmagnet yang ada
didekatnya.
b. Besarnya gaya bergantung kepada kedudukan relative antara arus dan magnet. Dari
percobaan ini, Oersted menyimpulkan bahwa "disekitar penghantar berarus listrik
timbul medan magnet".
2. Percobaan Ampere
Ampere menyatakan bahwa kawat yang berarus listrik mengadakan gaya tarik atau tolak
satu sama lain. Pada dua arus yang sama arahnya akan saling menarik dan dua arus yang
berlawanan arahnya akan saling menolak
Gambar 6. Percobaan Ampere
3. Kaidah Penarik Gabus
Arah kuat medan magnet dapat ditentukan dengan kidah penarik gabus seperti; Jika arah
gerak penarik gabus menggambarkan arah arus listrik, maka arah putaran penarik gabus
menunjukkan arah kuat medan atau garis gaya. Gambar 7. Kaidah Penarik Gabus
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar 7. Kaidah Penarik Gabus
4. Kaidah Tangan Kanan
Bila ibu jari tangan menunjukkan arah arus, maka arah garis gaya atau kuat medan sama
dengan arah jari-jari yang digenggam. Besarnya gaya listrik di suatu titik dalam medan
listrik menyatakan kuat medan listrik di titik tersebut. Gambar 8. Kaidah tangan kanan
C. INDUKSI MAGNETIK
1. Gaya Magnetik
Gaya yang bekerja antar arus listrik disebut gaya magnetik. Sebuah muatan yang bergerak
tidak mengalami gaya magnetik apabila bergerak parallel dengan medan magnetnya. Gaya
magnetik terhadap muatan yang bergerak itu maksimun apabila gerakannya tegak lurus
terhadap medan magnetnya.
2. Induksi Magnetik
Induksi magnetik adalah besaran vektor. Induksi magnetik s , kecepatan normal v sin Φ
dan gaya magnetik F tegak lurus satu sama lain.
3. Flux Magentik
Induksi magnetik digambarkan sebagai garis-garis induksi sejajar dengan medan magnet
yang disebut flux magnetik. Induksi magnetik juga disebut rapat flux, sebab induksi
magnetik adalah flux per satuan luas.
4. Hukum Biot
Percobaan-percobaan yang telah dilakukan oleh Biot dan Savart dan juga oleh Ampere
menunjukkan bahwa besarnya induksi magnetik disuatu titik P yang berada pada jarak r
dari sebuah elemen arus i yang panjangnya Δ l
1. Berbanding lurus dengan kuat arus i
2. berbanding lurus dengan panjang elemen arus Δl
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
3. Berbanding lurus dengan sinus sudut antara garis singgung pada elemen
arus dan garis penghubung antara elemen arus dengan titik tersebut (Φ)
4. Berbanding terbalik dengan pangkat dua jarak r antara titik tersebut dengan elemen
arus.
5. Arahnya lurus bidang yang melalui elemen arus dan titik P
5. Induksi magnetik di pusat arus melingkar
Induksi magnetik di pusat kumparan yang berbentuk lingkaran
6. Induksi magnetik pada sumbu kumparan
Induksi magnetik di sebuah titik pada sumbu kumparan berjari-jari r meter yang berada
pada jarak a meter dari keliling lingkaran
7. Induksi magnetik di dalam selenoida
Induksi magnetik di sebuah titik p pada sumbu selonoida yang panjangnya 1 meter yang
terdiri dari N lilitan serta berarus i ampere
Gambar 9. Arah medan magnet disekitar kumparan (selenoida)
Soal Pendalaman
Mengapa fluks magnetik terjadi pada medan magnetik?
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
D. INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
1. HUKUM FARADAY
Energi mekanik dapat diubah menjadi energi listrik dengan jalan induksi
elektromagnetik. Dengan induksi elektromagnetik dapat dibangkitkan energy listrik
secara besar-besaran. Sifat magnetik dapat ditimbulkan dengan arus listrik, maka
sebaliknya arus listrik dapat ditimbulkan dengan gaya magnet. Hal ini dapat dinyatakan
dengan percobaan Faraday seperti berikut ;
Gambar 8. Percobaan Faraday
a. Apabila sebuah kumparan kawat yang kedua ujungnya dihubungkandengan
galvometer, didekati oleh kutub utara suatu magnet batang, makaselama ada gerakan,
jarum galvometer akan menyimpan dari kedudukanseimbangnya.
b. Apabila kutub magnet dijauhkan kembali dari kumparan, maka galvometer akan
menyimpang dengan arah yang berlawanan.
c. Bila percobaan di atas dilakukan dengan kutub selatan, maka waktudidekatinya, arah
simpangan galvometer sama dengan arah simpangan ketika kutub utara dijauhkan
daripadanya dan sebaliknya.
d. Simpangan jarum galvometer makin besar apabila jumlah lilitan kawat kumparan
makin banyak.
e. Pada gerakan yang perlahan-lahan simpangan sedikit dan perlahan-lahan, pada
gerakan cepat simpangan jarum besar dan menyentak.
Percobaan-percobaan Faraday seperti tersebut di atas menunjukkan bahwa selama
magnet digerakkan, di dalam kumparan terjadi arus yang arahnya bolakbalik Oleh karena
arus ini terjadi karena adanya induksi maka dinamakan arus induksi, induksi yang
menyebabkan arus induksi itu disebut induksi elektromagnetik. Beda tegangan yang
demikian dinamakan Gaya Gerak listrik induksi (GGL induksi), arus yang terjadi disebut
juga arus induksi atau arus imbas.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
2. HUKUM LENZ
Arah arus induksi dapt ditentukan dengan hukum Lenz, yang bunyinya
”Arah arus induksi dalam suatu pengantar sedemikian, sehinggamenghasilkan
medan magnet yang melawan perubahan garis gaya yangmenimbulkannya”
Arus searah mempunyai nilai tetap, tidak berubah terhadap waktu. Sedangkan arus bolak
balik adalah arus yang nilainya berubah terhadap waktu secara periodik. Bila dalam arus
searah lambang sumber tegangannya . Dan dalam arus bolak balik lambang sumber
tegangannya ~Arus bolak balik diukur dengan galvanometer, maka alat-alat tersebut
(alatukurnya), angka menunjukkan angka nol. Karena kumparan koilnya terlalu lambat
untuk untuk mengikuti bentuk gelombang yang dihasilkan oleh sumber arus bolak balik
tersebut. Tetapi bila diukur dengan osiloskop kita dapat melihat nilai-nilai arus atau
tegangan yang dihasilkan yang selalu berubah terhadap waktu secara periodik, sehingga
memperlihatkan sebuah bentuk gelombang.
Gambar 9. Arah Gaya Magnetik dari Hukum Lenz
.Gambar 9. Arah Gaya Magnetik dari Hukum Lenz
Soal Pendalaman
Arus lisrik mengalir sepanjang kawat listrik tegangan tinggi dari selatan ke utara. Kemanakah
arah megan magnet yang diakibatkan oleh arus listrik?
1. Di atas kawat tersebut
2. Di bawah kawat tersebut
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
BAB 4
ELEMEN KERING (BATERAI ), ALTERNATOR GGL TIGA-FASE & CARA
PEMBANGKITAN TEGANGAN
1. BATERAI
Baterai adalah suatu alat berfungsi menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia,
dimana akan mengeluarkan energi listrik bila diperlukan.
A. KONSTRUKSI BATERAI
Baterai terdiri dari beberapa sel, dimana sel-sel ini membangkitkan energi listrik. Tiap sel
terdiri dari beberapa plat (lempeng), pemisah (separator) dan elektrolit.
a. Kotak baterai
a. Kotak baterai terdiri dari ebonit, berguna untuk memegangi sel danpenampang
elektrolit. Reaksi kimia terjadi dalam kotak baterai. Sel-sel tersebut dihubungkan secara
seri (kutub positif dari salah satu sel dihubungkan dengan kutub negatif dari sel
lainnya), sehingga tegangan listrik yang terbangkit sama dengan jumlah tegangan listrik
di semua sel.
b. Terdapat dua macam plat, yaitu plat positif dan plat negatif. Plat berbentuk kisi-kisi
yang terbuat dari timah hitam dengan antimon ditambah dengan bahan yang aktif,
sehingga menambah daya penyimpangan. Plat positif dipasang sebelah menyebelah
dipisahkan oleh separator, sehinggga membentuk satu group plat atau disebut satu sel.
Dalam sel, terdapat satu plat negatif lebih banyak sehingga kedua ujung dari kumpulan
tersebut adalah plat negatif.
b. Pemisah (separator)
Separator terbuat dari bahan non-konduktor untuk memisahkan plat positif dan negatif
agar tidak terjadi hubungan singkat. Pada separator terdapat lubang-lubang dan alur yang
halus untuk memberi jalan terhadap sirkulasi elektrolit. Bahan separator adalah kayu,
ebonit, atau dari serat gelas.
c. Elektrolit
Elektrolit terbuat dari campuran air sulingan (60,8%) dan asam belerang (39,2 %).
Mempunyai berat jenis 1,26 dalam keadaan baterai terisi penuh pada suhu 20oC. Bila plat-
plat telah terendam elektrolit, bahan aktif plat dan elektrolit sendiri mengadakan reaksi
kimia sehinggga membangkitkan energi listrik.
B. JENIS-JENIS BATERAI
1. Elemen Primer
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Elemen elektrokimia yang memerlukan penggantian bahan-bahan pereaksi setelah setelah
jumlah energi dibebaskan melalui rangkaian luar.
2. Elemen Volta
Antara atom-ataom logam Zn dan Cu larutan H2SO4 terjadi suatu selisih potensial.
Besarnya selisih potensial antara logam dan larutan dapat diperkirakan pada deret volta
(Nernst), K Na Ca Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Pt Au C. Makin ke kiri makin besar
selisih potensial antara logam dengan larutan (Mg dengan H2SO4 memberikan selisih
potensial yang lebih besar dibansing Zn dengan H2SO4 )
Pada gambar di atas selisih potensial antara logam Cu dan Zn (kedua kutub) dinamakan
gaya gerak listrik elemen (GGL) yang besarnya sekitar 1 volt. Pada waktu kutub Cu terjadi
juga pembentukan gas hidrogen, sehingga timbul GGL antar seng dengan hidrogen yang
arahnya berlawanan dengan GGL anatar seng dan Cu (GGL ini dinamakan GGL
polarisasi). Akibatnya mengurangi GGL antara Cu dan Zn.
3. Elemen Daniell
Ciri khas memiliki depolarisator (untuk mencegah terjadinya pembentukan gas hidrogen).
Disini depolarisator (CuSO4) akan mengikat gas hidrogen. Akibatnya alat ini dapat
dipakai lebih lama. Adapun GGL elemen ini sekitar 1 volt.
4. Elemen Leclanche basah
Elektrolitnya adalah NH4Cl dan depolarisatornya menganoksida (MnO2). Reaksi
pengikatan hidrogen dengan MnO2 ini berlangsung kurang cepat sehingga lama kelamaan
terjadi juga polarisasi. GGL akan turun dari harga GGL semula (1,5 volt). Karbon
(pengantar yang baik) digunakan untuk membantu dipolarisasi (pengantar yang kurang
baik)
5. Elemen Leclanche kering :
Elektrolitnya adalh pasta NH4Cl dengan serbuk kayu, tepung atau getah. Elemen kering
(GGL 1,5 volt) digunakan untuk lampu senter, radio transistor dan sebagainya.
6. Elemen Weston
Elektroda positif : air raksa (Hg) Elektroda negatif : amalgam kadmium ( 11% Cd, 89%
Hg)
Depolarisator : Campuran mercurosulfat (HgSO4) dan kadmiumsulfat (CdSO4) berupa
pasta
Elektrolitnya : Larut jenuh kadmiumsulfat Halur-hablur kadmiumsulfat (CdSO4 8/3 H2O)
digunakan untuk menjaga larutan tetap jenuh.
GGL ini besarnya berkisar 1,01850 sampai 11,01870 volt pada temperature suhu 20o
(hampir konstan), karena itu biasa digunakan sebagai elemen standar.
7. Elemen Sekunder
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Elemen sekunder adalah elemen elektrokimia yang dapat memperbaharui bahan-bahan
pereaksinya setelah dialiriarus dari sumber lain yang arahnya berlawanan dengan arus
yang dihasilkan elemen itu.
8. Elemen Bahan Bakar
Elemen bahan bakar adalah elemen elektrokimia yang mengubah energy kimia bahan
bakar yang diberikan secara bertahap (kontinu) menjadi energio listrik.
9. Elemen Hidrogen-Oksigen
Elemen ini digunakan untuk penerbangan angkasa. Energi ini tidak perlu mengganti bahan
atau mengisi elemen seperti pada elemen sekunder.
Elektroda : Nikel katalitis
Elektrolit : kalium hidroksida
Oksigen bereaksi dengan air (pada anoda berbentuk OH-). Hidrogen bereaksi dengan OH-
membentuk air melepaskan elektron pada katoda. Arus elektron pada katoda mengalir ke
anoda menjadi arus elemen. Air pada ruang elektroda harus disingkirkan supaya kepekatan
elektrolit tetap.
C. REAKSI KIMIA PADA BATERAI
Pengosongan dan pengisian beterai merupakan suatu siklus seperti reaksi kimia di
bawah ini.
Reaksi kimia pada waktu baterai mengeluarkan arus : PbO2 + 2 H2SO4 + PbPbSO4 + 2
H2O + PbSO4
Plat + elektrolit + Plat Plat + air + Plat
Ketika baterai mengeluarkan arus listrik, timah hitam pada plat positif maupun negatif
bergabung dengan SO4 yang terdapat dalam elektrolit, sehinggga membentuk PbSO4.
Dengan adanya reaksi tersebut, elektrolit H2SO4 sedikit
demi sedikit menjadi air, sehingga elektrolit berkurang konsentrasinya, mengakibatkan
berat jenisnya pun menurun. Reaksi kimia pada waktu baterai diisi : PbSO4 + 2 H2O +
PbSO4 ---PbO2 + 2 H2SO4 + Pb Plat + air + Plat Plat + elektrolit + Plat
Selama pengisisan, arus listrik mengalir ke dalam baterai dengan arah yang berlawanan,
sehingga mengakibatkan kebalikan reaksi di dalam baterai. H2SO4 terpisah dari PbSO4
pada tiap-tiap plat sehingga plat positif akan terdapat Pb. Dalam reaksi ini H2SO4 akan
terbentuk kembali di dalam elektrolit
sehingga konsentrasi dan berat jenisnya akan naik.Akibat reaksi kimia (ketika akai
dipakai), pada kutub-kutub anoda dan katodalama kelmaan terjadi endapan PbO sehingga
tidak terjadi selisih potensial lagi(aki kosong). Untuk mengisisnya kembali maka kita
harus mengalirkan aruslistrik ke arah yang berlawanan dengan arus yang dikeluarkan oleh
aki tersebut.GGL aki ini sekitar 2 volt. Efesiensi aki .ialah perbandingan energi listrik
yangdapat dipakai menjadi kalor dibandingkan dengan energi listrik yang diisikan.
berkisar 80-90%.
Soal Pendalaman
Bagaimana karakteriustik baterai yang dapat diisi?
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
2. ALTERNATOR GGL TIGA-FASE
A. KARAKTERISTIK ALTERNATOR GGL TIGA-FASE
Rangkaian listrik tiga fase diberi energi oleh tiga GGL bolak balik dengan frekuensi yang
sama dan berbeda fase 120o listrik. Tiga GGL gelombang sinus yang demikian
ditunjukkan dalam gambar di bawah ini. Ketiga GGL ini dibangkitkan dalam tiga
pasangan jangkar yang terpisah dalam generator AC. Toga pasang kumparan ini dipasang
terpisah 120 derajat listrik pada jangkar genertor. Ujung kumparan semuanya dikeluarkan
dari generator untuk membentuk tiga rangkaian fase-tunggal yang terpisah. Tetapi
kumparan-kumparan biasanya dihubungkan baik di dalam maupun di luar guna
membentuk sistem tiga fase kawat tiga atau kawat empat. Ada dua cara hubungan
kumparan tiga fase, dan secara umum ada dua cara menghubungkan alat ke rangkaian tiga
fase yaitu hubungan Y dan hubugan delta. Kebanyakan generator dihubungkan secara Y,
tetapi beban dapat dihubungkan baik secara Y maupun delta.
B. HUBUNGAN TEGANGAN DALAM GENERATOR HUBUNGAN Y Likitan ini diletakkan pada permukaan jangkar sedemikian rupa sehingga GGL yang
dibangkitkan berbeda 120 deajat. Tiap-tiap kumparan diberi huruf S dan F (start dan
finish). Dalam gambar 2a semua ujung kumparan yang diberi tanda S dihubungkan ke titik
bersama N yang disebut netral dan ketiga kumparan n yang diberi tanda F dikeluarkan ke
terminal saluran A,B, dan C membentuk catu tiga fase kawat tiga. Tipe hubungan ini
disebut hubngan Y (kadan-kadanng disebut hubnngan bintang). Kerapkali dikeluarkan ke
papan netral atau terminal seperti ditunjukkan pada gambar 2a dengan garis putus-putus,
membentuk sistem tiga fase kawat empat. Tegangan yang dibangkitkan setiap fase
generator AC disebit tegangan fase (simbol Ep atau Vp). Jika sambungan netral
dikeluarkan dafri generator, tegangan dari masing-masing terminal saluran A,B, atau C ke
sambungan netral N adalah tegangan saluran ke saluran atau singkatnya tegangan saluran
(simbol El atau Vl).
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar 21. Hubungan Bintang
(a) hubungan lilitan fase dalam generator hubungan Y
(b) diagram konvensional hubungan Y
(c) diagram fasor yang menunjukkan hubungan antara tegangan fase dan saluran.
Hubungan dari tiga fase-fase disebut urutan fase atau putaran fase tegangan. Ini ditentukan
oleh putaran generator, tetapi dpat dibalikkan di luar generator dengan menukarkan setiap
dari ketiga kawat saluran (jangan kawat saluran dengan kawat netral). Sangatlah membantu
jika kita menggambrkan Setelah diagram ,rangkaian digambar dan semua bagiannya diberi
huruf, maka diagram fasor dapat digambar seperti pada gambar 2c. Diagram fasor
menunjukkan ketiga tegangan fase Van, Vbn, Vcn berbeda 120 derajat. Haruslah
diperhatikan dalam gambar 2 bahwa setiap fasor diberi huruf dengan dua subskrip. Kedua
huruf tersebut menunjukkan kedua titik diantara tegangan yang ada, dan urutan huruf
menunjukkan polaritasrelatif dari tegangan selama setengah siklus positifnya.dalam diagram
fasor yang ditunjukkan, telah diumpamakan bahwa terminal generatornya positif. Sebagai
contoh ; simbol Van menunjukkan tegangan v antar titik A dan N dengan titik A positif
terhadap titik N selama setengah siklus positifnya. Karena tegangan membalik setengah
siklus, sekarang polsnya dapat diperhatikan, jika polaritas ini diperhatikan secara konsisten
untuk semua fasenya. Haruslah diperhatikan bahw ajika untuk setengah siklus positif
ditentukan polaritas titik A terhadap N (Van), maka Van jika digunakan pada diagram fasor
yang sama haruslah digambar berlawanan, atau beda fase 180 derajat dengan Van.
Tegangan antara setiap dua terminal saluran dari generator yang terhubung Y adalah selisih
potensial antara kedua terminal ini terhadap netral. Sebagai contoh ; tegangan saluran Vab
sama dengan A terhadap netral (Van) dikurangi tegangan B terhadap netral (Vbn). Untuk
menurangi Vbn dari Van, perlulah membalikkan Vbn dan kemudian menjumlahkan fasor ini
pada Van. Kedua fasor Van dan Vbn panjangnya sama dan beda 60 derajat,
dapat ditunjukkan secara grafik atau dibuktikan dengan ilmu ukur atau bidang bahwa Vab
sama dengan V3 atau 1,73 dikali harga Van dan Vbn. Konstruksi grafik ditunjukkan dalam
diagram fasor, oleh akrena itu dalam hubnngan Y yang seimbang, VL = 1,73 Vp
C. Hubungan Arus dalam Generator Hubungan Y
Arus yang mengalir keluar ke kawat saluran dari terminal generator A, B, dan C harus
mengalir dari titik N keluar melalui kumparan generator. Maka arus dalam setiap saluran
(IL) harus sama dengan fase (Ip). Dalam hubungan Y lL = Ip
D. Hubungan Tegangan dalam Generator Hubungan Delta
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Generator hunbungan delta ditunjukkan dalam gambar 3. hubungan inidibentuk dengan
menghubunkan terminal S dari satu fase ke terminal F dari fasetangganya.
Gambar 3.
(a) Hubungan lilitan fase dalam hubungan delta
(b) Diagram konvesional dari hubungan delta
(c) Diagram fasor yanng menunjukkan hubungan antar arus fase dan arus saluran Maka
hubungan saluran dibuat pada titik bersama antar fase seperti yang ditunjukkan. Diagram
konvensional yang mana ketiga kumparan dihubungkan seperti huruf yunani ditunjukkan
dalam gambar 3b. Pengamatan dari diagram menunjukkan bahwa tegangan yang
dibangkitkan dalam fase 1 juga merupakan tegangan antara saluran A dan B. Oleh sebab
itu dalam hubungan Delta.
VL = Vp
E. Hubungan Arus dalam generator Hubungan Delta
Arus fase dalam hubungan delta pada gambar 3.b adalah I1, I2,I3. Diagram fasor yang
menyatakan arus ini ditunjukkan dalam gambar 3c. Untukmenentukan arus adalam setiap
kawat slauran, perlulah menjumlahkan fasor arus yang mengalir ke dalam kedua fase
dimana kawat saluran tersebut dihubungkan. Gambar Hubungan Delta
Sebagai contoh ; arus yang mengalir keluar menuju beban melalui saluran A haruslah IA =
I1 + (- I3) Karena I1 dan I3 merupakan fasor yang besarnya sama dan berbeda 60o,
Maka
jumlah fasornya adalah V3 atau 1,73 kali harga I1 ataupun -I3 (gambar 3c). Oleh sebab itu
dalam hubungan –delta. IL = V3 Ip = 1,73 Ip
F. Daya dalam Rangkaian Tiga-Fase
Dari rumus daya dalam rangaian satu fase, daya dalam setiap fase (Pp) baik hubungan –
delta maupun- Y adalah:
Pp = VpIp. cos Θ
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Dimana Θadalah sudut antara arus fase dan tegangan fase. Maka daya yang dihasilkan
dalam tiga-fase dalam hubungan tiga-fase yang seimbang adalah ;
P = 3 Pp = 3 Vp. Ip. cos Θ
3. CARA PEMBANGKITAN TEGANGAN
A. Pembangkitan Tegangan Tinggi AC
Tegangan tinggi bolak balik ac di dalam laboratorim sangat diperlukan untuk pengujian
dan percobaan. Untuk membangkitkan tegangan tinggi ac untuk keperluan pengujian dan
percobaan diperlukan transformatoruji. Trafo uji untuk keperluan ini memiliki daya relative
kecil dari pada trafo daya.
Dalam keperluan dan percobaan dengan tegangan tinggi ac mensyaratkan nilai tegangan
yang teliti. Oleh karena itu pengukuran tegangan tinggi harus dilakukan dari sisi tegangan
tinggi.
Untuk melihat ketelitian dari tegangan tinggi uji ac u(t) perlu diketahui parameter penting
yang dalam hal ini adalah nilai puncak U^ dan nilai efektif dari tegangan.
Untuk pengujian tegangan tinggi ac, besaran didevinisikan sebagai tegangan uji.
Dalam hal ini tegangan ac untuk pengujian tidak boleh menyimpang lebih dari 5% (Kind :
1978).
Konstruksi trafo uji
Tegangan trafo induktif dapat digunakan untuk membangkitkan tegangan tinggi bolak
balik dengan daya beberapa kVA. Trafo uji ini daya yang rendah memiliki konstruksi yang
serupa dengan trafo tegangan untuk tegangan uji yang sama. Isolasi yang umum digunakan
ialah minyak dengan penghalang isolasi dan kertas yang diresapi minyak. Namun untuk
tegangan hingga 100kV banyak digunakan isolasi resin epoksi.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar 2.1 penampang melintang suatu trafo uji dengan isolasi resin tuangan
1. 1. Belitan tegangan tinggi; 2. Belitan tegangan rendah; 3. Inti besi; 4. Alas; 5. Jepitan
tegangan tinggi; 6. Isolasi
Gambar 2.1 menunjukkan penampang melintang dari suatu trafo uji dengan isolasi resin
tuangan. Dalam hal ini belitan tegangan tinggi akan tertanam dalam resin epoksi.
Sedangkan gambar 2.2 menujukkan suatu konstruksi trafo uji berisolasi minyak. Trafo
uji jenis minyak dapat dirancang dalam berbagai bentuk. Gambar2.2a konstruksi jenis tangki
dimana bagian aktif (inti dari kumparan) ditempatkan dalam wadah logam sehinmgga
memperbaiki proses pendinginan. Namaun konstruksi tangki memerlukan penggunaan
bushing yang besar dan mahal untuk tegangan kerja yang tinggi. Gambar2.2b merupakan
konstruksi trafo jenis mantelisolasi dimana didalamnya ditempatkan bagian aktiftrafo jenis ini
menggunakan banyak jenis minyak sehingga memperlambat proses pendinginan. Disamping
itu mantel isolasi hanya mampu membuang sedikit panas sehinggadiperlukan sirkulasi
pendingin serta perangkat penukar panas untuk kapasitas beban yang besar.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar(a) dan Gambar(b)
Gambar 2.2 trafo berisolasi minyak (a) desain tangki; (b) desain mantel isolasi
6. bushing; 7. Tangki logam; 8. Selubung isolasi
Gambar 2.3 menunjukkan rangkaian dasar trafo uji. Panjang anak panah menunjukkan
distribusi terpaan kuat medan listrik pada isolasi antara belitan tegangan tinngi H dan belitan
eksitasi E atau inti besi F. transformator untuk membangkitkan tegangan tinggi bolak balik
biasanya dibumikan pada salah satu ujung belitan tegangan tinggi. Akan tetapi untuk
membangkitkan tegangan tinggi searah dan impuls diperlukan trafo dengan belitan yang tidak
dibumikan. Pembumian dapat dilakukan pada salah satu sisi terminal balitan tegangan
tinggiatasu pada tap tengh. Pembumian pada tap tengah menghasilkan tegangan keluaran
yang simetris terhadap bumi.
Gambar 2.3 rangkaian trafo uji satu tingkat
Sumber : Kind :1978
Keterangan : E-belitan eksitasi ; H-belitan tegangan tinggi; K-belitan gandeng
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Untuk pembangkitan tegangan tinggi bolak balik beberaapa ratus kV menjadi tidak
menguntungkan baik secara teknis maupun ekonomis bila menggunakan sebuah trafo.
Sebagai pengganti digunakan beberapa trafo dengan memhubungkan belitantegangan tinggi
secara seri (kaskade). Gambar 2.4 menunjukkan hubungan kaskade trafo tiga tingkat. Dalam
hunpbungan kaskade setiap trafo harus terisolasi terhadap tegangan tegangan pada tingkat
dibawahnya. Dengan demikian belitan eksitasi E pada nsetiap tingkat kecuali pada tingkat
terbawah akan bekerja pada potansi yang tinggi.
Gambar 2.4 kaskade trafo uji tiga tingkat
Dalam gambar 2.4 dapat diamati bahwa belitan eksitasi E dari tingkat yang lebih
tinggi di sulang oleh belitan gandeng K pada tingkat di bawahnya. Kecuali pada tingkat
teratas maka setiap tingkat harus menggunakan transformator. Disamping itu belitan K dan
belitan E di tingkat yang lebih rendah melakukan daya yang lebih besar dan yang terbesar
oleh belitanE tingkat terendah. Oleh karena itu belitan E dan K yang lebih rendah harus
dirancang untuk pembebanan yang lebih tinggi. Sampai saat ini telah di buat trafo uji kaskade
untuk tegangan di atas 2 MV.
Gambar 2.5 menunjukkan suatu rangkaian kaskade 2 tingkat denganm inti besi bersama pada
potensial tengah.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar kaskade 2 tingkat dengan inti besi bersama pada potensial tengah
E1, E2 = belitan eksitasi; H1,H2 = belitan tegangan tinggi ; K1, K2 = belitan kopling
Dengan inti F terletak pada potensial tengah, maka mebutuhkan dudukan yang di
isolasi. Dengan susunan simetri seperti gambar 2.5, maka eksitasi primer dapat dierikan pada
E1 dan E2. Bila untuk susunan kaskade, belitan yang tidak terp[akai dapat digunakan sebagai
kopling untuk tingkat berikutnya. Bila eksitasi melalui K1 dan K2 akan di peroleh tegangan
tinggi simetris terhadap bumi. Pembumian dilakukan pada belitn tegangan tinggi sisi kanan.
Susunan ini akan sangat menguntungkan untuk tegangan yang sangat tinggi serta
dapat di buat menurut konstruksi jenis tangki dengan dua bushing ataupun jenis mantel
isolasi. Untuk konstruksi mantel isolasi maka susunan tersebut diletakkan secara vertikal.
2. Pembangkitan Tegangan Tinggi Impuls
Tegangan impuls diperlukan dalam pengujian tegangan tinggi untuk mensimulasi
terpaan akibat tegangan lebih dalam (surja hubung) dan luar (surja petir) serta untuk meneliti
tegangan tembus.
Dalam teknologi tegangan tinggi, suatu pulsa tegangan dengan polaritas tunggal
dikatakan sebagai impuls seperti ditunjukkan dalam gambit 2.16 yang lengkap dengan
parameter-parameternya. Keergantungan waktu maupun tempo tegangan impuls bergantung
pada cara pambangkitannya. Gambar 2.16a menunjukkan tegangan impuls pesegi yang sering
digunakan untuk percobaan dasar.
Tegangan impuls untuk keperluan pengujian, bentuk tegangan ditentukan oleh
parameterwaktu tertentu untuk dahi dan punggung, seperti yang ditunjukkan dalam gambar
1.17 (IEC Publ 60-2, 1973). Bentuk dahi tegangan impuls petir sering sukar di ukur, oleh
karena itu untuk mencirikannya dibentuk garis lurus 0, S1 melalui titik A dan B.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar 2.17 parameter tegangan impuls standart (a) tegangan surja petir, (b) tegangan surja
hubung
Secara umum bentuk tegangan impuls petir adalah 1,2/50 artinya
Ts = 1,2 µs ± 30% (waktu gelombang) (2-21a)
Tr= 50 µs ± 20% (waktu paruh panggung) (2-21b)
Sedangkan bentuk tegangan impuls surja hubungannya adalah 150/2500 yang artinya adalah :
Tcr = 250 µs ± 20% (waktu puncak) (2-22a)
Th = 2500 µs ± 60% (waktu paruh) (2-22b)
Cara untuk menentukan waktu muka (waktu puncak untuk surja terhubung) dan waktu paruh
punggung dapat diamati dalam gambar 2.17.
Kurva tegangan impuls sering mengandung isolasi frekuensi tinggi dengan amplitude yang
tidak melebihi 0,05 U^ dalam daerah puncak, sedang isolasi frekuensi paling sidikit adalah
0,5 MHz, jika demikian maka nilai tegangan maksimum yang diamati di ambil sebagai nilai
puncak dari tegangan impuls petir.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Pembangkitan tegangan impuls dapat dilakukan dari suatu rangkaian RLCr, namun umumnya
digunakan rangkaian RC atau rangkaian kapasitif. Dalam gambar 2.18
Gambar 2.18 diagram dasar pembangkit tegangan impuls
Cs = kapasitor impuls Rd = kapasitor redaman
Re = kapasitor pelepasan Cb = kapasitor beban
Dalam gambar 2.18 diberikan dua rangkaian dasar untuk mebangkitkan tegangan impuls
yaitu rangkaian (a) dan rangkainan (b).
Bentuk tegangan impuls ditentukan oleh nilai nilai elemen rangkaian pembangkit tenaga
impuls. Tegangan impuls u(t) akan muncul pada kapasitor beban Cb.
Proses terjadinya tegangan impuls dengan mudah dapat dijelaskan sebagai berikut :
Kapasitor impuls Cs di muati tegangan searah Uo dari suatu penyearah dan kemudian
diluahkan denganm menyalakan sela F dengan waktu yang sangat singkat sekali (orde mikro
sekon) . saat terjadi peluahan terjadi aliran muatan kearah kapasitor beban melalui Rd.
kecepatan pengisian muatan pada kapasitor beban Cb hingga mencapai tegangan puncak
menentukan bentuk kecuraman dari muka gelombang impuls. makin cepat proses pengisian
itu, atau makin curam / makin cepat mencapai puncak gelombang. Setelah pengisian muatan
pada Cb selanjutnya terjadi peluahan muata melalui Rd dan Re untuk rangkaian b dan
melalui Re untuk rangkaian daasar a. lama waktu dalam proses peluahan muatan menentukan
bentuk punggung dari gelombang impuls. Segera setelah penyelaat F pada t = 0 maka hampir
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
seluruh tegangan Uo muncil pada ramgkaian seri Rd dan Cb dalam kedua rangkaian.
Semakin kecil nilai Rd CB maka akan semakin cepat tegangan u(t) mencapai nilai puncak.
Nilai puncak U^ selalu lebih kecil dari Uo karena muatan Uo Cs terbagi pada Cs + Cb. Untuk
nilai efisiensi medan berlaku persamaan :
Untuk mendapatkan U^ setinggi mungkin (pada Uo tertentu), haruslah di pilih Cs >> Cb.
Konstanta waktu peluruhan tegangan impuls adalah :
Cs (Rd + Re) (untuk rangkaian a)
Cs Re (untuk rangkaian b)
Energy impuls di ubah dalam sebuah peluahan dinyatakan dengan persamaan :
Bila Uo merupakan tegangan bermuatan terbesar, maka diperoleh energi impuls maksimum
yang merupakan parameter penting untuk pembangkitan tegangan impuls. Nilai puncak
tegangan impuls dapat diperbesar dengan memperbesar jarak sela F juga tentunya harus
diikuti oleh nilai Uo yang lebih besar. Uo tidak lain adalah tegangan tembus pada sela F,
bagaimana bila jarak sela tetap tetai Uo di tambah besarnya ?
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
BAB 5
GENERATOR
1. GENERATOR ARUS SEARAH
A. PROSES INDUKSI PENGHASIL LISTRIK ARUS SEARAH
Bila kawat melingkar diletakkan di antara dua kutub utara dan selatan maka akan
memotong garis-garis gaya sehingga dalam kawat terjadi arus induksi. Arus induksi yang
dihasilkan berupa arus bolak-balik. Arus bolak-balik yang dihasilkan itu kemuadian
diubah menjadi arus searah dengan memakai dua sekat lempengan logam setengah
lingkaran (cincin slip/komutator) . Besar GGl induksi tergantung pada jumlah garis gaya
yang dipotong tiap detik. Kumparan yang diinduksikan gaya gerak listrik disebut anker.
Untuk mencapai tegangan yang tinggi, kawat kumparannya digulung pada sebuah inti besi
dan menggunakan banyak lilitan. Ujung-ujung kumparan dihubungkan pada komutator
yang terdiri dari dua cincin slip yang disekat satu sama lain. Pada kedua belahan cincin
tersebut disinggungkan sikat-sikat yang terbuat dari granit yang dihubungkan ke kutub-
kutub generator. Kedudukan sikat-sikat sedemikian hingga terselip dari segmen komutator
yang satu ke segmen yang lain pada saat GGL berubah arah selama waktu kumparan
berputar. Di dalam rantai aliran luar terdapat tegangan searah yang berubah-ubah. Jika
kumparan berputar 180 derajat, maka selama putaran itu akan terjadi gaya gerak listrik
induksi yang arahnya tetap. Setelah berputar 180 derajat sikatsikat bersinggungan dengan
isolator sehingga dalam aliran luar tidak ada arus. Pada perputaran berikutnya terjadi GGL
induksi lagi, tetapi karena bentuk komutator demikian, maka pada aliran luar GGL itu
tetap sama seperti semula.
B. PRINSIP KERJA GENERATOR ARUS SEARAH
Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :
e = - N df/ dt
dimana : N : jumlah lilitan
f : fluksi magnet
e : Tegangan imbas, ggl(gaya gerak listrik)
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Dengan lain perkataan, apabila suau konduktor memotong garis-garis fluksi magnetik
yang berubah-ubah, maka ggl akan dibangkitkan dalam konduktor itu. Jadi syarat untuk
dapat dibangkitkan ggl adalah :
- harus ada konduktor ( hantaran kawat )
- harus ada medan magnetik
- 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 kiri :
- ibu jari : gerak perputaran
- jari telunjuk : medan magnetik kutub u dan s
- jari tengah : besaran galvanis tegangan U dan arus I
Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak balik, meskipun tujuan utamanya adalah
pemabngkitan tegangan searah, tamopak bahwa tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada
kumparan jangkar merupakan tegangan bolakbalik. Bentuk gelombang yng berubah-ubah
tersebut karenanya harus disearahkan. Untuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik
dengan menggunakan:
- saklar
- komutator
- dioda
2. Sistem Saklar
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Saklar berfungsi untuk menghubungsingkatkan ujung-ujung kumparan. Prinsip kerjanya
adalah sebagai berikut :Bila kumparan jangkar berputar, maka pada kedua ujung
kumparan akan timbul tegangan yang sinusoida. Bila setengan periode tegangan positif
saklar di hubungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila sakalar dibuka lagi akan timbul
lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap setenganh periode tegangan saklar dihubungkan,
maka akan di hailkan tegangan searah gelombang penuh.
3. Sistem Komutator
Komutator brfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubung singkatkan kumparan
jangkar. Komutator berupa cincin belah yang dipasang pada ujung kumparan jangkar. Bila
kumparan jangkar berputar, maka cincin belah ikut berputar. Karena kumparan berada
dalam medan magnet, akan timbul tegangan bolak balik sinusoidal. Bila kumparan telah
berputar setengah putaran, sikat akan menutup celah cincin sehingga tegangan menjadi
nol. Karena cincin berputar terus, maka celah akan terbuka lagi dan timbul tegangan lagi.
Bila perioda tegangan sama dengan perioda perputaran cincin, tegangan yang timbul
adalah tegangan arus searah gelombang penuh. (lihat Gambar 13)
4. Sistem Dioda
Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
- Bila diberi prasikap maju (forward bias) bisa dialiri arus.
- Bila diberi prasikap balik (reverse bias) dioda tidak akan dialiri arus. Berdasarkan bentuk
gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi dalam:
- Half wave rectifier (penyearah setengah gelombang)
- Full wave rectifier (penyearah satu gelombang penuh)
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar 13. Efek Komutasi
C. KARAKTERISTIK GENERATOR ARUS SEARAH
Medan magnet pada generator dapat dibangkitkan dengan dua cara yaitu :
- dengan magnet permanen
- dengan magnet remanen
Generator listrik dengan magnet permanen sering juga disebut magneto dynamo. Karena
banyak kekurangannya, maka sekarang jarang digunakan. Sedangkan generator dengan
magnet remanen menggunakan medan magnet listrik, mempunyai kelebihan-kelebihan yaitu :
- Medan magnet yang dibangkitkan dapat diatur
Pada generator arus searah berlaku hubungan-hubungan sebagai berikut :
Ea = f z n P / 60 a Volt
Dimana:
Ea = ggl yang dibangkitkan pada jangkar generator
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
f = fluks per kutub
z = jumlah penghantar total
n = kecepatan putar
a = jumlah hubungan pararel
Bila zP/60a = c(konstanta), maka :
Ea = cnf Volt
Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator arus searah dapat
dikelompokkan menjadi 2 yaitu:
a.. Generator berpenguatan bebas
Generator tipe penguat bebas dan terpisah adalah generator yang lilitan medannya dapat
dihubungkan ke sumber dc yang secara listrik tidak tergantung dari mesin. Tegangan
searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan Rf akan
menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan
dibangkitkan pada generator.
Jika generator dihubungkan dengan beban, dan Ra adalah tahanan dalam generator, maka
hubungan yang dapat dinyatakan adalah:
Vf = If Rf
Ea = Vt + Ia Ra
Besaran yang mempengaruhi kerja dari generator :
- Tegangan jepit (V)
- Arus eksitasi (penguatan)
- Arus jangkar (Ia)
- Kecepatan putar (n)
b. Generator berpenguatan sendiri
(a) Generator searah seri
Vt = Ia Ra
Ea = Ia (Ra + Rf) + Vt + <Vsi
(b) Generator Shunt
Vt = If Rf
Ea = Ia Ra + Vt + <Vsi
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Pada generator shunt, untuk mendapatkan penguatan sendiri diperlukan :
- Adanya sisa magnetik pada sistem penguat
- Hubungan dari rangkaian medan pada jangkar harus sedemikian, hingga arah medan yang
terjadi, memperkuat medan yang sudah ada. Mesin shunt akan gagal membangkitkan
tegangannya kalau:
- Sisa magnetik tidak ada. Misal: pada mesin-mesin baru. Sehingga cara memberikan sisa
magnetic adalah pada generator shunt dirubah menjadi generator berpenguatan bebas atau
pada generator dipasang pada sumber arus searah, dan dijalankan sebagai motor shunt
dengan polaritas sikat-sikat dan perputaran nominal
- Hubungan medan terbalik, karena generator diputar oleh arah yang salah dan
dijalanksalahan, sehingga arusmedan tidak memperbesar nilai fluksi.
Untuk memperbaikinya dengan hubungan-hubungan perlu diubah dan diberi kembali sisa
magnetik, seperti cara untuk memberikan sisamagnetik
- Tahanan rangkaian penguat terlalu besar. Hal ini terjadi misalnya pada hubungan terbuka
dalam rangkaian medan, hingga Rf tidak berhingga atau tahanan kontak sikat terlalu besar
atau komutator kotor.
c. Generator Kompon
Generator kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generator seri, yang
dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan sifat yang dimiliki merupakan
gabungan dari keduanya. Generator kompon bisa dihubungkan sebagai kompon pendek
atau dalam kompon panjang. Perbedaan dari kedua hubungan ini hampir tidak ada, karena
tahanan kumparan seri kecil, sehingga tegangan drop pada kumparan ini ditinjau dari dari
tegangan terminal kecil sekali dan terpengaruh. Biasanya kumparan seri dihubungkan
sedemikian rupa, sehingga kumparanseri ini membantu kumparan shunt, yakni MMF nya
searah. Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dikatakan generator itu
mempunyai kumparan kompon bantu. Mesin yang mempunyai kumparan seri melawan
medan shunt disebut kompon lawan dan ini biasanya digunakan untuk motor atau
generator-generator khusus seperti untuk mesin las. Dalam hubungan kompon bantu yang
mempunyai peranan utama ialah kumparan shunt dan kumparan seri dirancang untuk
kompensasi MMF akibat reaksi jangkar dan juga tegangan drop di jangkar pada range
beban tertentu. Ini mengakibatkan tegangan generator akan diatur secara otomatis pasa
satu range beban tertentu.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
(a) Kompon panjang
Ia = If1 = IL + If2
Ea = Vt + Ia(Ra + Rf1) + <Vsi
(b) Kompon pendek
Ia = If1 + If2 = IL + If2
Ea = Vt + ILRf1 + IaRa + <Vsi
Pembangkitan Tegangan Induksi Pada Generator Berpenguatan Sendiri Disini akan
diterangkan pembangkitan tegangan induksi generator shunt dalam keadaan tanpa beban.
Pada saat mesin dihidupkan (S tutup), timbul suatu fluks residu yang memang sudah terdapat
pada kutub. Dengan memutarkan rotor, akan dibangkitkan tegangan induksi yang kecil pada
sikat. Akibat adanya tegangan induksi ini mengalirlah arus pada kumparan medan. Arus ini
akan menimbulkan fluks yang memperkuat fluks yang telah ada sebelumnya. Proses terus
berlangsung hingga dicapai tegangan yang stabil. Jika tahanan medan diperbesar, tegangan
induksi yang dibangkitkan menjadi lebih kecil. Berarti makin besar tahanan kumparan
medan, makin buruk generator tersebut.
D. REAKSI JANGKAR
Fluks yang menembus konduktor jangkar pada keadaan generator tak berbeban merupakan
fluks utama. Jika generator dibebani, timbullah arus jangkar. Adanya arus jangkar ini
menyebabkan timbulnya fluks pada konduktor tersebut. Dengan mengnggap tidak ada arus
medan yang mengalir dalam kumparan medan,fluks ini seperti digambarkan pada gambar
dibawah ini. Perhatian pada konduktor yang terletak pada daerah ac, ternyata fluks yang
ditimbulkan arus jangkar dengan fluks utamanya saling memperkecil, sehingga fluks yang
terjadi disini menjadi berkurang. Perhatikanlah kemudian konduktor pada daerah bd,
ternyata fluks yang ditimbulkan oleh arus jangkar dengan fluks utamanya saling
memperkuat, sehingga fluks yang terjadi disini bertambah. Fluks total saat generator
dalam keadaan berbeban adalah penjumlahan vector kedua fluks. Pengaruh adanya
interaksi ini disebut reaksi jangkar. Interaksi kedua fluks tersebut dapat dilihat pada
gambar dibawah ini. Karena operasi suatu generator arus searah selalu pada daerah jenuh,
pengurangan suatu fluks pada konduktor dibandingkan dengan pertambahan fluks pada
konduktor lain lebih besar.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
B
Gambar 19. Reaksi Jangkar
E. KERJA PARAREL GENERATOR ARUS SEARAH
Untuk memberi tenaga pada suatu beban kadang-kadang diperlukan kerja pararel dari dua
atau lebih generator. Pada penggunaan beberapa buah mesin perlu dihindari terjadinya
beban lebih pada salah satu mesin. Kerja pararel generator juga diperlukan untuk
meningkatkan efisiensi yang besar pada perusahaan listrik umum yang senantiasa
memerlukan tegangan yang konstan. Untuk hal-hal yang khusus sering dynamo
dikerrjakan pararel dengan aki, sehingga secara teratur dapat mengisi aki tesebut.Tujuan
kerja pararel dari generator adalah :
- Untuk membantu mengatasi beban untuk manjaga jangan sampai mesin dibebani lebih.
- Jika satu mesin dihentikan akan diperbaiki karena ada kerusakan, maka harus ada mesin
lain yang meueruskan pekerjaan. Jadi untuk menjamin kontinuitas dari penyediaan tenaga
listrik.
Soal Pendalaman
Jelaskan bagaimana generator listrik arus searah bekerja untuk mengeluarkan arus dengan
E sebesar 12 volt?
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
2. GENERATOR ARUS BOLAK-BALIK (ALTERNATOR)
A. PROSES INDUKSI PENGHASIL ARUS BOLAK-BALIK
Arus yang dihasilkan dari perkisaran lingkaran kawat, yang diujungnya dihubungkan
dengan cincin tembaga yang satu dengan yang lainnya terhadap poros disekat pada cincin
ini diletakkan dua buah sikat yang mengambil arus dari kawat lingkaran, kemudian
diberikan pada aliran luar. Arus yang mengalir dalam rantai ini berubah-ubah besar serta
arahnya, maka disebut arus bolak-balik. Contoh; Sebuah generator yang sederhana adalah
generatot AC, yang terdiri dari sebuah kumparan kawat yang berputar dalam medan
magnet serba sama. GGL yang diinduksikan di dalam sebuah generator ideal berupa GGL
bolakbalik
yang dapat dinyatakan dengan persamaan :
e = emax Sin ωt
dimana
emax= N.B.A.ω
Kumparan dimana terjadi GGL induksi disebut anker.
B. PRINSIP KERJA ALTERNATOR
Cara mendapatkan arus listrik dari perkisaran lingkaran kawat, kedua ujung kawat itu
dihubungkan pada dua buah cincin tembaga yang satusama lainnya serta terhadap
porosnya disekat. Pada cincin ini diletakkan dua buah sikat yang mengambil arus dari
kawat lingkaran kemudian diberikan kepada rantai aliran luar. Arus yang mengalir dalam
rantai ini berubah-ubah pula seperti tekanan yang diinduksikan. Karena arus-terus menerus
berubah besar beserta arahnya, maka disebut arus bolak-balik. Pada arus searah, elektron
dalam kawat bergerak dalam arah yang selalu sama, pada arus bolak-balik elektron ini
melakukan getaran tunggal pada suatu kedudukan setimbang.
Tahanan lingkaran kawat disebut tahanan dalam dan tahanan rantai aliran luar disebut
tahanan luar. Jika perputarannya beraturan, tekanannya berlangsung seperti sinosuida.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar. Alternator
Sebuah lingkaran kawat ABCD yang diputar keliling poros MN. Seandainya jumlah GGL
yang dilingkar O, kuat arus maksimun. Bila kita perhatikan pula selama separo putaran AB
memotong garis gaya dari bawah ke atas dan setelah melalui garis netral garis gaya tersebut
dipotong dari atas ke bawah, dengan kata lain, dalam arah yang berlawanan. Dengan
demikian gaya gerak listrik dan arus listrik, terjadi sewaktu melalui garis netral dan berbalik
arahnya. Kejadian yang timbul selama lingkaran kawat diputar, merupakan suatu putaran
sempurna. (lihat Gambar 11).
Gambar 11. Prinsip Kerja Alternator.
Pada poros selinder ini tredapat beberapa jalur tembaga yang disebut Lamel, yang disekat
satu sama lain, dan seluruhnya merupakan sebuah kolektor. Karena kawat-kawat lingkaran
dihubungkan pada tembereng kolektor ini, maka perubahan kutub berjalan otomatis.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Jangkar yang berbentuk selinder tadi disebut jangkar teromol. Kumparankawat yang berputar
harus diletakkan pada jangkar ini, demikian sehingga apabila sisi yang satu berada di muka
kutub utara, yang lain berada di muka kutub selatan dan semuanya diatur demikian sehingga
terjadi suatu rantai aliran tertutup. Apabila jangkar berputar, terjadi suatu GGL dalam tiap
lingkaran. Hasil pekerjaan bersama dari berbagai-bagai kumparan itu dapat diperoleh dengan
menjumlahkan GGL dalam berbagai kumparan untuk tiap saat.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
BAB 6
MOTOR LISTRIK
A. KARAKTERISTIK MOTOR LISTRIK
Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energy kinetik. Dasar
kerja motor hampir sama dengan alat pengukur listrik, yaitu perputaran kumparan berarus
listrik dalam suatu medan magnet. Alat yang dapat melakukan perubahan arah aliran
dinamakan komutator yang terpasang pada poros motor. Komponen utama dari motor
listrik yaitu; sebuah magnet yang berbentuk U dengan ruang berbentuk silinder di antara
kutub-kutubnya, sebuah kumparan yang dapat berputar di antara kutub magnet, dua buah
sikat, dua buah cincin belah. Cara kerja motor berdasarkan asas bahwa kawat yang berarus
listrik mengalami gaya Lorentz di dalam medam nagnet.
Gambar 20. Motor Arus Searah
A : Sumber arus DC
B : Isolasi
C : komutator
D : Sikat
E : Poros
U-S : Kutub Magnet
Misal, sebuah kumparan kawat yang berarus listrik berada di dalam medan magnet serba
sama seperti Gambar 20. Arah garis gaya magnet dari kiri ke kanan, sedangkan arah arus
listrik seperti terlukis dengan anak panah. Gaya dari medan magnet bekerja pada kawat di
kedua sisi yang dapat dicari dengan aturan Fleming (aturan tangan kiri), seperti berikut :
” Jika telunjuk tangan kiri menunjuk arah yang sama dengan arah garis gaya dan jari
tengan menunjuk arah yang sama dengan arah arus, maka ibu jari menunjuk arah gerakan
kawat”
Jadi pada gambar 20 itu kawat yang kiri bergerak ke atas dan yang kanan bergerak ke
bawah, karena kedua gaya tersebut sama besar, sejajar dan berlawanan arahnya, maka
pada kumparan tersebut bekerjalah suatu kopel kekuatan. Supaya kopel ini senantiasa
sama arahnya, dipergunakan sebuah komutator yang mengubah arah arus dalam kumparan
apabila telah melintasi daerah netral. Bagian yang berputar dinamakan Rotor dan bagian
yang tidak bergerak yang dilengkapi dengan kutub-kutub magnet disebut Stator. Gaya
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
magnet dari kutub-kutub stator ini dapat diperoleh dengan arus yang melalui Rotor (seri),
atau dengan sebagian arus yang dialirkan ke motor (shunt). Motor listrik adalah alat untuk
mengubah energi listrik menjadi energy gerak atau kinetik. Dasar kerja motor listrik
adalah hampir sama dengan dasar kerja alat pengukur listrik, yaitu perputaran kumparan
berarus listrik, yaitu perputaran kumparan berarus listrik ke dalam medan magnet. Motor
listrik mempunyai bagian utama yaitu ;
a. Sebuah magnet tetap berbentuk U dengan ruang di antara kutubkutubnya berbentuk
selinder.
b. Sebuah kumparan yang dapat berputar diantara kutub-kutub magnet tetap
c. Dua buah sikat S1 dan S2
d. Dua buah cincin belah B1 dan B2
B. PRINSIP KERJA MOTOR LISTRIK
1. Arus listrik masuk melalui sikat S2 ke belahan B2, dari B2 arus mengalir melalui
kumparan ke belahan B1 Ke sikat S1.
2. Arus listrik ini memutar kumparan sampai bidang kumparan menghadap magnet kutub-
kutub magnet tetap. B1 dan B2 berputar.
3. Tepat pada saat iru B2 bersentuhan dengan S1 dan B1 bersentuhan dengan S2. Sekarang
arus dalam kumparan menjadi dari S2 ke belahan B1 melalui kumparan lalu kebelahan
B2 terus ke sikat S1.
Jadi arus sekarang dalam kumparan berubah. Dengan demikian kumparan berputar
setengah putaran lagi, demikian seterusnya tiap kali bidang kumparan berhadapan
dengan kutub-kutub magnet tetap. Arah arus diubah oleh cincin belah itu yang terbuat
dari penghantar dan disebut Komutator.
4. Pengaruh medan magnet terhadap kumparan itu paling besar ketika bidang kumparan
tidak terletak sejajar dengan garis-garis gaya. Sedangkan pengaruh medan magnet
terhadap putaran kumparan paling kecil ketika bidang kumparan itu tegak lurus garis-
garis gaya. Maka dari itu kumparan motor itu menggunakan satu kumparan yang
berjalan agak tersentaksentak. Untuk menghaluskan putaran maka digunakan dua buah
kumparan, yang satu tegak lurus dengan yang lain, dengan dua pasang cincing belah.
Dengan cara ini bila kumparan yang satu tegak lurus pada garis gaya maka kumparan
yang lain sejajar dengan garis gaya.Untuk membuat motor listrik yang kuat maka
kumparan yang digunakan lebih banyak lagi, begitu pula cincin belahnya. Kumparan-
kumparan diletakkan pada alur-alur sebuah selinder besi disebut Anker atau Sauh.
Ujung-ujung tiap kumparan berakhir pada komutator yang berupa plat-plat tembaga
yang tersekat atau sama lain tersusun sekeliling anker sedangkan sikatnya terbuat dari
karbon. Perlu diketahui bahwa pengaruh paling besar medan magnet terhadap
kumparan adalah ketika bidang kumparang tidak sejajar dengan garis-garis gaya
magnet. Sedangkan pengaruh medan magnet terhadap kumparan paling kecil ketika
bidang kumparan berada tegak lurus dengan garis-garis gaya medan magnet. Hal ini
akan mengakibatkan jalan motor tersentak-sentak, sehingga diperlukan paling tidak dua
buah kumparan yang saling tegak lurus serta dua pasang cincin belah. Untuk membuat
motor listrik yang kuat maka diperlukan lebih banyak lagi kumparan dan cincin
belahnya. Kumparan-kumparan tersebut diletakkan pada alur-alur sebuah selinder besi
disebut anker. Ujung dari setuap kumparan berakhir pada sebuah komutator yang
berupa plat tembaga dan tersekat satu dengan yang lainnya, tersusun mengelilingi
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
anker, sedangkan sikat terbuat dari karbon. Sesuai dengan Hukum Lenz, setiap GGL
induksi berkelakuan melawan perubahan yang menghasilkannya. Dengan demikian
induksi diri selalu dalam arah sedemikian rupa sehuingga melawan perubahan arus
dalam rangkaian. Jika kumparan atau rangkaian listrik mempunyai sifat melawan setiap
perubahan araus dalam rangkaian, dikatakan mempunyai induksi diri atau induktansi,
yang bersatuan Henry. Rangkaian mempunyai induktansi satu Henry jika GGL satu
volt diinduksikan dalam rangkaian ketika arus berubah dengan laju satu amper
persekon
.
Soal Pendalaman
Melihat bagian-bagian motor, bedakan dengan yang ada pada generator!
C. PENDALAMAN MATERI “MOTOR LISTRIK”
Motor listrik termasuk kedalam kategori mesin listrik dinamis dan merupakan sebuah
perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau
blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll di industri dan digunakan juga
pada peralatan listrik rumah tangga (seperti: bor listrik,kipas angin).
Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri, sebab diperkirakan bahwa
Motor - motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri. Mekanisme kerja
untuk seluruh jenis motor listrik secara umum sama (Gambar 1), yaitu:
• Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya
• 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.
• Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ 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.
Dalam memahami sebuah motor listrik, penting untuk mengerti apa yang dimaksud
dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/torsi sesuai dengan
kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok:
• Beban torsi konstan, adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi
dengan kecepatan operasinya, namun torsi nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torsi
konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
• Beban dengan torsi variabel, adalah beban dengan torsi yang bervariasi dengan
kecepatan operasi. Contoh beban dengan torsi variabel adalah pompa sentrifugal dan fan
(torsi bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
• Beban dengan energi konstan, adalah beban dengan permintaan torsi yang berubah dan
berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah
peralatan-peralatan mesin.
D.JENIS MOTORLISTRIK
Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: motor DC dan motor AC.
Motor tersebut diklasifikasikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme
operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dalam bagan dibawah ini.
1. Motor DC/Arus Searah
Motor DC/arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak
langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana
diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan
yang luas.Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen
utama:
• 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.
Keuntungan utama motor DC adalah kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak
mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
• Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan.
• Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. Motor DC
tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk
beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang, seperti
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus
listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk
penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya.
Motor DC juga relatif mahal dibanding
Motor AC.
Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam
persamaan berikut:
Gaya elektromagnetik: E = KΦN
Torsi: T = KΦIa
Dimana:
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torsi electromagnetic
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan
Jenis-Jenis Motor DC/Arus Searah :
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.
Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):
• 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).
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
c. Motor DC daya sendiri: motor seri. Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt)
dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5.
Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.
Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M.
Photonics Ltd, 2002):
• 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
d. Motor DC Kompon/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) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor kompon memiliki
torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase
penggabungan (yakni 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 (myElectrical, 2005).
2. Motor AC/Arus Bolak-Balik
Motor AC/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 frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali
kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling
populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi
AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga
memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).
Jenis-Jenis Motor AC/Arus Bolak-Balik
a. Motor sinkron. Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada
sistim frekwensi 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
frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya
sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.
Komponen utama motor sinkron adalah :
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
• 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 (Parekh,
2003):
Ns = 120 f / P
Dimana:
f = frekwensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub
b. 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.
Komponen Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama
- Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
1. 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.
2. 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. 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 (Parekh, 2003):
• 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
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
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.
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/ slip ring, dan motor tersebut
dinamakan “motor cincin geser/slip ring motor”.
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran(Parekh, 2003):
% Slip = (Ns – Nb)/Ns x 100
Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM
Hubungan antara beban, kecepatan dan torsi
menunjukan grafik torsi vs kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah
ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003):
• Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torsi yang rendah (“pull-
up torque”).
• Mencapai 80% kecepatan penuh, torsi berada pada tingkat tertinggi (“pull-out torque”) dan
arus mulai turun.
• Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torsi dan stator turun ke nol.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
BAB 7
ALTERNATOR GGL TIGA-FASE
A. KARAKTERISTIK ALTERNATOR GGL TIGA-FASE
Rangkaian listrik tiga fase diberi energi oleh tiga GGL bolak balik dengan frekuensi yang
sama dan berbeda fase 120o listrik. Tiga GGL gelombang sinus yang demikian
ditunjukkan dalam gambar di bawah ini. Ketiga GGL ini dibangkitkan dalam tiga
pasangan jangkar yang terpisah dalam generator AC. Toga pasang kumparan ini dipasang
terpisah 120 derajat listrik pada jangkar genertor. Ujung kumparan semuanya dikeluarkan
dari generator untuk membentuk tiga rangkaian fase-tunggal yang terpisah. Tetapi
kumparan-kumparan biasanya dihubungkan baik di dalam maupun di luar guna
membentuk sistem tiga fase kawat tiga atau kawat empat. Ada dua cara hubungan
kumparan tiga fase, dan secara umum ada dua cara menghubungkan alat ke rangkaian tiga
fase yaitu hubungan Y dan hubugan delta. Kebanyakan generator dihubungkan secara Y,
tetapi beban dapat dihubungkan baik secara Y maupun delta.
B. HUBUNGAN TEGANGAN DALAM GENERATOR HUBUNGAN Y
Likitan ini diletakkan pada permukaan jangkar sedemikian rupa sehingga GGL yang
dibangkitkan berbeda 120 deajat. Tiap-tiap kumparan diberi huruf S dan F (start dan
finish). Dalam gambar 2a semua ujung kumparan yang diberi tanda S dihubungkan ke titik
bersama N yang disebut netral dan ketiga kumparan n yang diberi tanda F dikeluarkan ke
terminal saluran A,B, dan C membentuk catu tiga fase kawat tiga. Tipe hubungan ini
disebut hubngan Y (kadan-kadanng disebut hubnngan bintang). Kerapkali dikeluarkan ke
papan netral atau terminal seperti ditunjukkan pada gambar 2a dengan garis putus-putus,
membentuk sistem tiga fase kawat empat. Tegangan yang dibangkitkan setiap fase
generator AC disebit tegangan fase (simbol Ep atau Vp). Jika sambungan netral
dikeluarkan dafri generator, tegangan dari masing-masing terminal saluran A,B, atau C ke
sambungan netral N adalah tegangan saluran ke saluran atau singkatnya tegangan saluran
(simbol El atau Vl).
Gambar 21. Hubungan Bintang
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
(a) hubungan lilitan fase dalam generator hubungan Y
(b) diagram konvensional hubungan Y
(c) diagram fasor yang menunjukkan hubungan antara tegangan fase dan saluran.
Hubungan dari tiga fase-fase disebut urutan fase atau putaran fase tegangan. Ini ditentukan
oleh putaran generator, tetapi dpat dibalikkan di luar generator dengan menukarkan setiap
dari ketiga kawat saluran (jangan kawat saluran dengan kawat netral). Sangatlah membantu
jika kita menggambrkan Setelah diagram ,rangkaian digambar dan semua bagiannya diberi
huruf, maka diagram fasor dapat digambar seperti pada gambar 2c. Diagram fasor
menunjukkan ketiga tegangan fase Van, Vbn, Vcn berbeda 120 derajat. Haruslah
diperhatikan dalam gambar 2 bahwa setiap fasor diberi huruf dengan dua subskrip. Kedua
huruf tersebut menunjukkan kedua titik diantara tegangan yang ada, dan urutan huruf
menunjukkan polaritasrelatif dari tegangan selama setengah siklus positifnya.dalam diagram
fasor yang ditunjukkan, telah diumpamakan bahwa terminal generatornya positif. Sebagai
contoh ; simbol Van menunjukkan tegangan v antar titik A dan N dengan titik A positif
terhadap titik N selama setengah siklus positifnya. Karena tegangan membalik setengah
siklus, sekarang polsnya dapat diperhatikan, jika polaritas ini diperhatikan secara konsisten
untuk semua fasenya. Haruslah diperhatikan bahw ajika untuk setengah siklus positif
ditentukan polaritas titik A terhadap N (Van), maka Van jika digunakan pada diagram fasor
yang sama haruslah digambar berlawanan, atau beda fase 180 derajat dengan Van.
Tegangan antara setiap dua terminal saluran dari generator yang terhubung Y adalah selisih
potensial antara kedua terminal ini terhadap netral. Sebagai contoh ; tegangan saluran Vab
sama dengan A terhadap netral (Van) dikurangi tegangan B terhadap netral (Vbn). Untuk
menurangi Vbn dari Van, perlulah membalikkan Vbn dan kemudian menjumlahkan fasor ini
pada Van. Kedua fasor Van dan Vbn panjangnya sama dan beda 60 derajat,
dapat ditunjukkan secara grafik atau dibuktikan dengan ilmu ukur atau bidang bahwa Vab
sama dengan V3 atau 1,73 dikali harga Van dan Vbn. Konstruksi grafik ditunjukkan dalam
diagram fasor, oleh akrena itu dalam hubnngan Y yang seimbang, VL = 1,73 Vp
C. Hubungan Arus dalam Generator Hubungan Y
Arus yang mengalir keluar ke kawat saluran dari terminal generator A, B, dan C harus
mengalir dari titik N keluar melalui kumparan generator. Maka arus dalam setiap saluran
(IL) harus sama dengan fase (Ip). Dalam hubungan Y lL = Ip
D. Hubungan Tegangan dalam Generator Hubungan Delta
Generator hunbungan delta ditunjukkan dalam gambar 3. hubungan inidibentuk dengan
menghubunkan terminal S dari satu fase ke terminal F dari fasetangganya.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar 3.
(a) Hubungan lilitan fase dalam hubungan delta
(b) Diagram konvesional dari hubungan delta
(c) Diagram fasor yanng menunjukkan hubungan antar arus fase dan arus saluran Maka
hubungan saluran dibuat pada titik bersama antar fase seperti yang ditunjukkan. Diagram
konvensional yang mana ketiga kumparan dihubungkan seperti huruf yunani ditunjukkan
dalam gambar 3b. Pengamatan dari diagram menunjukkan bahwa tegangan yang
dibangkitkan dalam fase 1 juga merupakan tegangan antara saluran A dan B. Oleh sebab
itu dalam hubungan Delta.
VL = Vp
E. Hubungan Arus dalam generator Hubungan Delta
Arus fase dalam hubungan delta pada gambar 3.b adalah I1, I2,I3. Diagram fasor yang
menyatakan arus ini ditunjukkan dalam gambar 3c. Untukmenentukan arus adalam setiap
kawat slauran, perlulah menjumlahkan fasor arus yang mengalir ke dalam kedua fase
dimana kawat saluran tersebut dihubungkan. Gambar Hubungan Delta
Sebagai contoh ; arus yang mengalir keluar menuju beban melalui saluran A haruslah IA =
I1 + (- I3) Karena I1 dan I3 merupakan fasor yang besarnya sama dan berbeda 60o,
Maka
jumlah fasornya adalah V3 atau 1,73 kali harga I1 ataupun -I3 (gambar 3c). Oleh sebab itu
dalam hubungan –delta. IL = V3 Ip = 1,73 Ip
F. Daya dalam Rangkaian Tiga-Fase
Dari rumus daya dalam rangaian satu fase, daya dalam setiap fase (Pp) baik hubungan –
delta maupun- Y adalah:
Pp = VpIp. cos Θ
Dimana Θadalah sudut antara arus fase dan tegangan fase. Maka daya yang dihasilkan
dalam tiga-fase dalam hubungan tiga-fase yang seimbang adalah ;
P = 3 Pp = 3 Vp. Ip. cos Θ
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
BAB 8
CARA PEMBANGKITAN TEGANGAN
A. Pembangkitan Tegangan Tinggi AC
Tegangan tinggi bolak balik ac di dalam laboratorim sangat diperlukan untuk pengujian
dan percobaan. Untuk membangkitkan tegangan tinggi ac untuk keperluan pengujian dan
percobaan diperlukan transformatoruji. Trafo uji untuk keperluan ini memiliki daya relative
kecil dari pada trafo daya.
Dalam keperluan dan percobaan dengan tegangan tinggi ac mensyaratkan nilai tegangan
yang teliti. Oleh karena itu pengukuran tegangan tinggi harus dilakukan dari sisi tegangan
tinggi.
Untuk melihat ketelitian dari tegangan tinggi uji ac u(t) perlu diketahui parameter penting
yang dalam hal ini adalah nilai puncak U^ dan nilai efektif dari tegangan.
Untuk pengujian tegangan tinggi ac, besaran didevinisikan sebagai tegangan uji.
Dalam hal ini tegangan ac untuk pengujian tidak boleh menyimpang lebih dari 5% (Kind :
1978).
Konstruksi trafo uji
Tegangan trafo induktif dapat digunakan untuk membangkitkan tegangan tinggi bolak
balik dengan daya beberapa kVA. Trafo uji ini daya yang rendah memiliki konstruksi yang
serupa dengan trafo tegangan untuk tegangan uji yang sama. Isolasi yang umum digunakan
ialah minyak dengan penghalang isolasi dan kertas yang diresapi minyak. Namun untuk
tegangan hingga 100kV banyak digunakan isolasi resin epoksi.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar 2.1 penampang melintang suatu trafo uji dengan isolasi resin tuangan
1. 1. Belitan tegangan tinggi; 2. Belitan tegangan rendah; 3. Inti besi; 4. Alas; 5. Jepitan
tegangan tinggi; 6. Isolasi
Gambar 2.1 menunjukkan penampang melintang dari suatu trafo uji dengan isolasi resin
tuangan. Dalam hal ini belitan tegangan tinggi akan tertanam dalam resin epoksi.
Sedangkan gambar 2.2 menujukkan suatu konstruksi trafo uji berisolasi minyak. Trafo
uji jenis minyak dapat dirancang dalam berbagai bentuk. Gambar2.2a konstruksi jenis tangki
dimana bagian aktif (inti dari kumparan) ditempatkan dalam wadah logam sehinmgga
memperbaiki proses pendinginan. Namaun konstruksi tangki memerlukan penggunaan
bushing yang besar dan mahal untuk tegangan kerja yang tinggi. Gambar2.2b merupakan
konstruksi trafo jenis mantelisolasi dimana didalamnya ditempatkan bagian aktiftrafo jenis ini
menggunakan banyak jenis minyak sehingga memperlambat proses pendinginan. Disamping
itu mantel isolasi hanya mampu membuang sedikit panas sehinggadiperlukan sirkulasi
pendingin serta perangkat penukar panas untuk kapasitas beban yang besar.
Gambar(a) dan Gambar(b)
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar 2.2 trafo berisolasi minyak (a) desain tangki; (b) desain mantel isolasi
6. bushing; 7. Tangki logam; 8. Selubung isolasi
Gambar 2.3 menunjukkan rangkaian dasar trafo uji. Panjang anak panah menunjukkan
distribusi terpaan kuat medan listrik pada isolasi antara belitan tegangan tinngi H dan belitan
eksitasi E atau inti besi F. transformator untuk membangkitkan tegangan tinggi bolak balik
biasanya dibumikan pada salah satu ujung belitan tegangan tinggi. Akan tetapi untuk
membangkitkan tegangan tinggi searah dan impuls diperlukan trafo dengan belitan yang tidak
dibumikan. Pembumian dapat dilakukan pada salah satu sisi terminal balitan tegangan
tinggiatasu pada tap tengh. Pembumian pada tap tengah menghasilkan tegangan keluaran
yang simetris terhadap bumi.
Gambar 2.3 rangkaian trafo uji satu tingkat
Sumber : Kind :1978
Keterangan : E-belitan eksitasi ; H-belitan tegangan tinggi; K-belitan gandeng
Untuk pembangkitan tegangan tinggi bolak balik beberaapa ratus kV menjadi tidak
menguntungkan baik secara teknis maupun ekonomis bila menggunakan sebuah trafo.
Sebagai pengganti digunakan beberapa trafo dengan memhubungkan belitantegangan tinggi
secara seri (kaskade). Gambar 2.4 menunjukkan hubungan kaskade trafo tiga tingkat. Dalam
hunpbungan kaskade setiap trafo harus terisolasi terhadap tegangan tegangan pada tingkat
dibawahnya. Dengan demikian belitan eksitasi E pada nsetiap tingkat kecuali pada tingkat
terbawah akan bekerja pada potansi yang tinggi.
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Gambar 2.4 kaskade trafo uji tiga tingkat
Dalam gambar 2.4 dapat diamati bahwa belitan eksitasi E dari tingkat yang lebih
tinggi di sulang oleh belitan gandeng K pada tingkat di bawahnya. Kecuali pada tingkat
teratas maka setiap tingkat harus menggunakan transformator. Disamping itu belitan K dan
belitan E di tingkat yang lebih rendah melakukan daya yang lebih besar dan yang terbesar
oleh belitanE tingkat terendah. Oleh karena itu belitan E dan K yang lebih rendah harus
dirancang untuk pembebanan yang lebih tinggi. Sampai saat ini telah di buat trafo uji kaskade
untuk tegangan di atas 2 MV.
Gambar 2.5 menunjukkan suatu rangkaian kaskade 2 tingkat denganm inti besi bersama pada
potensial tengah.
Gambar kaskade 2 tingkat dengan inti besi bersama pada potensial tengah
E1, E2 = belitan eksitasi; H1,H2 = belitan tegangan tinggi ; K1, K2 = belitan kopling
Dengan inti F terletak pada potensial tengah, maka mebutuhkan dudukan yang di
isolasi. Dengan susunan simetri seperti gambar 2.5, maka eksitasi primer dapat dierikan pada
E1 dan E2. Bila untuk susunan kaskade, belitan yang tidak terp[akai dapat digunakan sebagai
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
kopling untuk tingkat berikutnya. Bila eksitasi melalui K1 dan K2 akan di peroleh tegangan
tinggi simetris terhadap bumi. Pembumian dilakukan pada belitn tegangan tinggi sisi kanan.
Susunan ini akan sangat menguntungkan untuk tegangan yang sangat tinggi serta
dapat di buat menurut konstruksi jenis tangki dengan dua bushing ataupun jenis mantel
isolasi. Untuk konstruksi mantel isolasi maka susunan tersebut diletakkan secara vertikal.
2. Pembangkitan Tegangan Tinggi Impuls
Tegangan impuls diperlukan dalam pengujian tegangan tinggi untuk mensimulasi
terpaan akibat tegangan lebih dalam (surja hubung) dan luar (surja petir) serta untuk meneliti
tegangan tembus.
Dalam teknologi tegangan tinggi, suatu pulsa tegangan dengan polaritas tunggal
dikatakan sebagai impuls seperti ditunjukkan dalam gambit 2.16 yang lengkap dengan
parameter-parameternya. Keergantungan waktu maupun tempo tegangan impuls bergantung
pada cara pambangkitannya. Gambar 2.16a menunjukkan tegangan impuls pesegi yang sering
digunakan untuk percobaan dasar.
Tegangan impuls untuk keperluan pengujian, bentuk tegangan ditentukan oleh
parameterwaktu tertentu untuk dahi dan punggung, seperti yang ditunjukkan dalam gambar
1.17 (IEC Publ 60-2, 1973). Bentuk dahi tegangan impuls petir sering sukar di ukur, oleh
karena itu untuk mencirikannya dibentuk garis lurus 0, S1 melalui titik A dan B.
Gambar 2.17 parameter tegangan impuls standart (a) tegangan surja petir, (b) tegangan surja
hubung
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Secara umum bentuk tegangan impuls petir adalah 1,2/50 artinya
Ts = 1,2 µs ± 30% (waktu gelombang) (2-21a)
Tr= 50 µs ± 20% (waktu paruh panggung) (2-21b)
Sedangkan bentuk tegangan impuls surja hubungannya adalah 150/2500 yang artinya adalah :
Tcr = 250 µs ± 20% (waktu puncak) (2-22a)
Th = 2500 µs ± 60% (waktu paruh) (2-22b)
Cara untuk menentukan waktu muka (waktu puncak untuk surja terhubung) dan waktu paruh
punggung dapat diamati dalam gambar 2.17.
Kurva tegangan impuls sering mengandung isolasi frekuensi tinggi dengan amplitude yang
tidak melebihi 0,05 U^ dalam daerah puncak, sedang isolasi frekuensi paling sidikit adalah
0,5 MHz, jika demikian maka nilai tegangan maksimum yang diamati di ambil sebagai nilai
puncak dari tegangan impuls petir.
Pembangkitan tegangan impuls dapat dilakukan dari suatu rangkaian RLCr, namun umumnya
digunakan rangkaian RC atau rangkaian kapasitif. Dalam gambar 2.18
Gambar 2.18 diagram dasar pembangkit tegangan impuls
Cs = kapasitor impuls Rd = kapasitor redaman
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Re = kapasitor pelepasan Cb = kapasitor beban
Dalam gambar 2.18 diberikan dua rangkaian dasar untuk mebangkitkan tegangan impuls
yaitu rangkaian (a) dan rangkainan (b).
Bentuk tegangan impuls ditentukan oleh nilai nilai elemen rangkaian pembangkit tenaga
impuls. Tegangan impuls u(t) akan muncul pada kapasitor beban Cb.
Proses terjadinya tegangan impuls dengan mudah dapat dijelaskan sebagai berikut :
Kapasitor impuls Cs di muati tegangan searah Uo dari suatu penyearah dan kemudian
diluahkan denganm menyalakan sela F dengan waktu yang sangat singkat sekali (orde mikro
sekon) . saat terjadi peluahan terjadi aliran muatan kearah kapasitor beban melalui Rd.
kecepatan pengisian muatan pada kapasitor beban Cb hingga mencapai tegangan puncak
menentukan bentuk kecuraman dari muka gelombang impuls. makin cepat proses pengisian
itu, atau makin curam / makin cepat mencapai puncak gelombang. Setelah pengisian muatan
pada Cb selanjutnya terjadi peluahan muata melalui Rd dan Re untuk rangkaian b dan
melalui Re untuk rangkaian daasar a. lama waktu dalam proses peluahan muatan menentukan
bentuk punggung dari gelombang impuls. Segera setelah penyelaat F pada t = 0 maka hampir
seluruh tegangan Uo muncil pada ramgkaian seri Rd dan Cb dalam kedua rangkaian.
Semakin kecil nilai Rd CB maka akan semakin cepat tegangan u(t) mencapai nilai puncak.
Nilai puncak U^ selalu lebih kecil dari Uo karena muatan Uo Cs terbagi pada Cs + Cb. Untuk
nilai efisiensi medan berlaku persamaan :
Untuk mendapatkan U^ setinggi mungkin (pada Uo tertentu), haruslah di pilih Cs >> Cb.
Konstanta waktu peluruhan tegangan impuls adalah :
Cs (Rd + Re) (untuk rangkaian a)
Cs Re (untuk rangkaian b)
Energy impuls di ubah dalam sebuah peluahan dinyatakan dengan persamaan :
SMKN 1 KOTA SUKABUMI
Bila Uo merupakan tegangan bermuatan terbesar, maka diperoleh energi impuls maksimum
yang merupakan parameter penting untuk pembangkitan tegangan impuls. Nilai puncak
tegangan impuls dapat diperbesar dengan memperbesar jarak sela F juga tentunya harus
diikuti oleh nilai Uo yang lebih besar. Uo tidak lain adalah tegangan tembus pada sela F,
bagaimana bila jarak sela tetap tetai Uo di tambah besarnya ?