TUGAS RANGKUMAN TEKNIK TENAGA LISTRIK

Disusun oleh :

SYLVESTER SARAGIH DBD 111 0105

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

UNIVERSITAS PALANGKA RAYA

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN

2013

RANGKUMAN

A. PENGERTIAN LISTRIK

Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron

dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya diantaranya

dimana sumber energi disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena

muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.

B. SUMBER LISTRIK

Ada dua sumber arus listrik, yaitu :

a) Arus listrik mengalir (dalam konduktor) dari kutub positif ke kutub

negatif.

b) Arus elektron-lektron mengalir (dalam konduktor) dari kutub negatif ke

kutub positif

C. JENIS-JENIS ARUS LISTRIK

Jenis-jenis arus listrik dapat dibagi menjadi dua, yaitu :

Arus searah (Direct Current, DC).

Arus bolak-balik (Alternating Current, AC).

1. SISTEM TENAGA LISTRIK

A. TEKNIK TENAGA LISTRIK

Teknik Tenga Listrik adalah ilmu yang mempelajari konsep dasar

kelistrikan dan pemakaian alat yang asas kerjanya berdasarkan aliran

electron dalam konduktor (arus listrik). Dalam Teknik Tenaga Listrik

dikenal dua macam arus :

1. Arus searah dikenal dengan istilah DC (Direct Current),

2. Arus bolak bolik dikenal sebagai AC (Alternating Current).

B. PERALATAN ATAU PENGUBAH ENERGI

Peralatan atau peranti pengubah energi yaitu mengubah energi listrik

dari rangkaian atau jaringan yang satu menjadi energi listrik yang lain

pada rangkaian atau jaringan berikutnya. Peranti tersebut adalah generator,

Motor dan Transformator. Transformator terbagi atas :

1. Trafo penaik tegangan (step-up) atau disebut trafo daya.

2. Trafo penurun tegangan (step-down) disebut juga trafo distribusi.

3. Trafo yang dipergunakan pada peralatan atau rangkaian elektronik.

Generator maupun motor dapat disebut mesin listrik, karena generator

dapat berupa generator arus searah dan generator arus bolak balik,

demikian juga motor.

Mesin listrik juga 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

2. KONSEP DASAR INDUKSI MAGNETIK

A. MEDAN MAGNET

Medan magnetik adalah ruang disekitar magnet dimana tempat benda-

benda tertentu mengalami gaya magnetik.

Gambar 1 Garis medan magnet batang sederhana

Garis besar magnetik dianggap mempunyai karekteristik 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, karena 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 non magnet. Selain itu,

tidak ada isolator untuk kuat garis magnet.

B. MEDAN MAGNETIK DI SEKITAR ARUS LISTRIK

Medan magnetik disekitar arus listrik ditimbulkan oleh dua hal yaitu :

1. Arus listrik menghasilkan gaya yang dapat memutar sebuah magnet

yang ada didekatnya.

2. Besarnya gaya bergantung kepada kedudukan relative antara arus dan

magnet.

Dari dua hal tersebut disimpulkan bahwa disekitar penghantar berarus

listrik timbul medan magnet.

C. INDUKSI MAGNETIK

Induksi magnet adalah kuat medan magnet akibat adanya arus listrik

yang mengalir dalam konduktor. Induksi magnetik dibatasi sebagai gaya

terhadap muatan yang bergerak dengan persamaan :

Induksi magnetic adalah besaran vektor. Induksi magnetik β,

kecepatan normal v sin Φ dan gaya magnetik F tegak lurus satu sama lain.

3. KONSEP INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

A. HUKUM FARADAY

Menurut Faraday dalam hukumnya, kosep induksi elektromagnetik

adalah “gaya gerak listrik (ggl) induksi yang timbul antara ujung-ujung

suatu loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks

magnetic yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut. Energi mekanik

dapat diubah menjadi energi listrik dengan jalan induksi elektromagnetik.

Dengan induksi elektromagnetik dapat dibangkitkan energi listrik secara

besar-besaran.

B. HUKUM LENZ

Arus induksi dapat ditentukan dengan hukum Lenz, yang bunyinya :

“Arah arus induksi dalam suatu penghantar sedemikian, sehingga

menghasilkan medan magnet yang melawan perubahan garis gaya yang

menimbulkannya”.

4. BATERAI (ACCU)

A. KONTRUKSI BATERAI

Baterai terdiri dari beberapa sel, dimana sel-sel ini membangkitkan

energi listrik. Tiap sel terdiri dari beberapa empat bagian yaitu:

1. Kotak baterai

2. Plat

Plat terbagi dua macam yaitu:

a. Plat positif, dan

b. Plat negatif.

3. Pemisah (separator)

4. Elektrolit

B. ELEMEN-ELEMEN BATERAI

Elemen-elemen baterai terbagi menjadi sembilan bagian yaitu:

1. Elemen Primer

2. Elemen Volta

3. Elemen Daniell

4. Elemen Leclanche basah

5. Elemen leclanche kering

6. Elemen Weston

7. Elemen Sekunder

8. Elemen Bahan Bakar

9. Eleemen Hidrogen-Oksigen

C. REAKSI KIMIA PADA BATERAI

Pengosongan dan pengisian baterai merupakan suatu siklus seperti

reaksi kimia di bawah ini.

Reaksi kimia pada waktu baterai mengeluarkan arus :

Ketika baterai mengeluarkan arus listrik, timah hitam pada plat positif

maupun negatif bergabung dengan SO4 yang terdapat dalam elektrolit,

sehingga membentuk PbSO4. Dengan adanya reaksi tersebut, elektrolit

H2SO4 sedikit demi sedikit menjadi air, sehingga elektrolit konsentrasinya,

mengakibatkan berat jenisnya pun menurun.

Reaksi kimia pada waktu baterai diisi :

Selama pengisian, arus listrik mengalir ke dalam baterai dengan arah

yang berlawanan, sehingga mengakibatkan kebalikan reaksi di dalam

baterai. Untuk mengisinya kembali maka kita harus mengalirkan arus listrik

kearah yang berlawanan dengan arus yang dikeluarkan oleh aki tersebut.

GGL aki ini sekitar 2 volt. Efisiensi aki ialah perbandingan energi listrik

yang dapat dipakai menjadi kalor dibandingkan dengan energi listrik yang

diisikan berkisar 80-90%.

5. GENERATOR ARUS BOLAK-BALIK (ALTERNATOR)

A. PROSES INDUKSI PENGHASIL ARUS BOLAK-BALIK

Arus yang dihasilkan dari perkisaran lingkaran kawat, yang

diujungnya dihubungkan denagan cincin tembaga yang satu dengan 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.

B. PRINSIP KERJA ALTERNATOR

Prinsip kerja alternator yaitu sebagai berikut :

1. Cara mendapatkan arus listrik dari perkisaran lingkaran kawat, kedua

ujung kawat itu dihubungkan pada dua buah cincin tembaga yang satu

sama lainnya serta terhadap poros disekat.

2. Pada cincin ini diletakkan duah buah sikat yang mengambil arus dari

kawat lingkaran kemudian diberikan kepada rantai aliran luar.

3. Arus yang mengalir dalam rantai ini berubah-ubah pula seperti tekanan

yang diinduksikan.

Karena arus terus menerus berubah besar besrta 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 disebut tahanan dalam dan tahanan rantai aliran luar

disebut tahanan luar. Jika perputarannya beraturan, tekanannya berlangsung

seperti sinosuida.

Gamabar 2 Alternator

Gambar 3 Prinsip Kerja Alternator

6. GENERATOR ARUS SEARAH

A. PROSES INDUKSI PENGHASIL LISTRIK ARUS SEARAH

Bila kawat melngkar 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 kemudian 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.

Jika kumparan berputar 180 derajat, maka selama putaran itu akan

terjadi gaya gerak listrik induksi yang arahnya tetap. Setelah berputar 180

derajat sikat-sikat bersinggungan dengan isolator sehingga dalam aliran luar

tidak ada arus. Pada perputaran berikutnya terjadi GGL induksi lagi, tetapi

karena bentuk komutator demikian, maka 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 dΦ/ dt

dimana : N : jumlah lilitan

Φ : fluksi magnet

e : Tegangan imbas, ggl (gaya gerak listrik)

Dengan demikian, apabila suatu konduktor memotong garis-garis

fluksi magnetik yang berubah-ubah, maka ggl akan dibangkitkan dalam

konduktor itu. Dalam prinsip kerja generator arus searah terdapat tiga sistem

yaitu :

1. Sistem Saklar,

2. Sistem Komutator, dan

3. Sistem Dioda.

C. KARAKTERISTIK GENERATOR SEARAH

1. Medan magnet pada generator dapat dibangkitakan dua cara yaitu :

a. Dengan magnet permanen

b. Dengan magnet remanen

2. Generator listrik dengan magnet permanent sering juga disebut magneto

dynamo. Karena banyaknya kekurangannya, maka jarang digunakan.

3. Sedangkan generator dengan magnet remanen menggunakan medan

magnet listrik, mempunyai kelebihan-kelebihan yaitu medan magnet

yang dibangkitkan dapat diatur.

4. Pada generator searah berlaku hubungan-hubungan sebagai berikut :

Ea = Φ z n P / 60 a Volt

Dimana : Ea = ggl yang dibangkitkan pada jangkar generator

f = fluks per kutub

z = jumlah penghantar total

n = kecepatan putar

a = jumlah hubungan pararel

5. Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya,

generator arus satu searah dapat dikelompokkan menjadi tiga bagian :

a. Generator berpenguatan bebas

b. Generator berpenguatan sendiri

c. Generator kompon

D. REAKSI JANGKAR

Fluks yang menembus konduktor jangkar pada keadaan generator tak

terbeban merupakan fluks utama. Jika generator dibebani, timbullah arus

jangkar. Adanya arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada

konduktor tersebut. Dengan menganggap tidak ada arus medan yang

mengalir dalam kumparan medan, fluks ini seperti digambarkan pada

dibawah ini.

Gambar 4 Reaksi Jangkar

Fluks total saat generator dalam keadaan berbeban adalah penjumlahan

vector kedua fluks. Pengaruh adanya interaksi ini disebut reaksi jangkar.

E. KERJA PARAREL GENERATOR ARUS SEARAH

Tujuan kerja pararel dari generator adalah :

a. Untuk membantu mengatasi beban unuk menjaga jangan sampai mesin

dibebani lebih.

b. Jika satu mesin dihentikan akan diperbaiki karena ada kerusakan, maka

harus ada mesin lain yang meneruskan pekerjaan. Jadi untuk menjamin

kontinuitas dari penyediaan tenaga listrik.

7. MOTOR LISTRIK

Kebalikan dari alternator, motor listrik mengkonversi energi listrik menjadi

energi mekanik.

A. KARAKTERISTIK MOTOR LISTRIK

1. Motor listrik memiliki efisiensi konversi yang tinggi dibandingkan

motor bakar (internal combustion engine).  Motor listrik memiliki

banyak keuntungan karena: biaya awal yang rendah, mudah

dioperasikan, tidak berisik, tidak ada gas buang, umur pemakaian yang

panjang, mudah dikendalikan, tidak memakan tempat.

2. 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, duah buah cincin belah.

3. Cara kerja motor listrik berdasarkan asas bahwa kawat yang berarus

listrik mengalami gaya Lorenz di dalan medan magnet.

4. Motor listrik mempunyai bagian utama yaitu :

a. Sebuah magnet tetap berbentuk U dengan ruang di antara kutub-

kutubnya berbentuk silinder.

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 tetap B1 dan B2 berputar.

3. Tepat pada saat itu 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

tersentak-sentak.

8. ALTERNATOR GGL TIGA-FASE

ALTERNATOR TIGA FASE

Alternator sistem tiga fase memiliki skema sebagai berikut. Tiga

pasangan koil dikonstruksi dengan interval sudut sebesar 120o.  Asumsikan

putaran berlangsung searah jarum jam.  Ketika kutub magnet berada satu garis

dengan pasangan kutub (misalnya 1a dan 1b) maka terjadi beda potensial

maksimum pada pasangan koil tersebut.  Saat posisi kutub magnet bergerak

menjauh dari pasangan koil tersebut maka beda potensialnya menurun

sedangkan beda potensial pada pasangan koil selanjutnya (2a dan 2b) akan

meningkat dan mencapai maksimum saat berada pada satu garis.  Demikian

mekanisme ini berlangsung dan polaritasnya akan berubah ketika kutub

magnet mendekati garis pasangan kutub dengan posisi kutub yang

berlawanan.  Perubahan beda potensial ini terhadap waktu berlangsung seperti

pada Gambar 5 .

Gambar 5 Alternator Tiga Fase dan Gelombang masing-masing fase

pada sistem tiga fase