MESIN ELEKTRIK

Mesin elektrik merupakan alat listrik yang berputar dan dapat mengubah energi mekanis menjadi energi listrik (menggunakan Generator AC/DC) dan dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanis (menggunakan Motor AC/DC), serta dapat juga mendistribusikan energi listrik dari satu rangkaian ke rangkaian lain (menggunakanTransformator) dengan tegangan yang bisa berubah-rubah dan dengan frekuensi yang tetap melalui suatu medium berupa medan magnet atas dasar prinsip Elektro Magnetis. 

Secara umum mesin elektrik hanya dibatasi pada mesin yang mengkonversi besaran elektrik ke besaran elektrik (transformator),  besaran mekanik ke besaran elektrik (generator), dan besaran elektrik ke besaran mekanik (motor).

Gambar 1. Diagram konversi energi elektrik

Sedangkan secara garis besar mesin elektrik terbagi menjadi mesin elektrik statis dan mesin elektrik dinamis.

Mesin Elektrik Statis

mesin elektrik statis adalah mesin elektrik yang selama beroperasi tidak terjadi gerakan mekanis, atau mesin tersebut diam. yang termasuk mesin statis adalah trafo.

Mesin Elektrik Dinamis

mesin elektrik dinamis adalah mesin elektrik yang selama beroperasi terjadi gerakan dinamis pada bagian mesin itu. yang termasuk mesin dinamis adalah generator dan motor.

Gambar 2. Diagram skematik Mesin Elektrik dinamis

Mesin elektrik dinamis dibagi menjadi 2 jenis yaitu :

• Mesin elektrik AC   : adalah mesin elektrik yang dioperasikan dengan sumber listrik AC (bolak-                                          balik)
• Mesin elektrik DC   : adalah mesin elektrik yang dioperasikan dengan sumber listrik DC (searah)

1. MESIN ELEKTRIK AC

Mesin elektrik AC adalah mesin elektrik baik generator maupun motor yang disuplai oleh sumber listrik AC (bolak-balik).
Mesin elektrik AC terbagi menjadi 2 yaitu :

• Generator AC
• Motor AC

2. MESIN ELEKTRIK DC

Mesin elektrik DC adalah mesin elektrik baik generator maupun motor yang disuplai oleh sumber listrik DC (bolak-balik).
Mesin elektrik DC terbagi menjadi 2 yaitu :

• Generator DC
• Motor DC

# untuk lebih lengkapnya simak juga pembahasan tentang GENERATOR dan MOTOR AC,  dan GENERATOR dan MOTOR DC 

sumber : imam_suandi

TRANSFORMATOR 3 FASA

Gambar 1. Trafo 3 fasa

Transformator 3 fasa pada dasarnya merupakan Transformator 1 fase yang disusun menjadi 3 buah dan mempunyai 2 belitan, yaitu belitan primer dan belitan sekunder. 

Pada prinsipnya metode atau cara merangkai belitan kumparan di sisi primer dan sekunder Transformator, umumnya dikenal 3 cara untuk merangkainya, yaitu hubungan bintang, hubungan delta, dan hubungan zig zag.

1. Trafo 3 fasa Hubung Bintang Bintang (Y-Y)

Pada jenis ini ujung ujung pada masing masing terminal dihubungkan secara bintang. Titik netral dijadikan menjadi satu. Hubungan dari tipe ini lebih ekonomis untuk arus nominal yang kecil,pada transformator tegangan tinggi

Gambar 2. Trafo Hubungan Bintang Bintang

2. Trafo Hubung Segitiga-Segitiga (Δ - Δ)

Pada jenis ini ujung fasa dihubungkan dengan ujung netral kumparan lain yang secara keseluruhan akan terbentuk hubungan delta/ segitiga. Hubungan ini umumnya digunakan pada sistem yang menyalurkan arus besar pada tegangan rendah dan yang paling utama saat keberlangsungan dari pelayanan harus dipelihara meskipun salah satu fasa mengalami kegagalan.

Gambar 3. Trafo Hubungan Delta Delta

3. Trafo Hubung Bintang Segi tiga ( Y - Δ)

Pada hubung ini, kumparan pafa sisi primer dirangkai secara bintang (wye) dan sisi sekundernya dirangkai delta. Umumnya digunakan pada trafo untuk jaringan transmisi dimana tegangan nantinya akan diturunkan (Step- Down).

Perbandingan tegangan jala- jala 1/√3 kalinperbandingan lilitan transformator. Tegangan sekunder tertinggal 300 dari tegangan primer.

 

Gambar 4. Trafo Hubungan Bintang Delta

4. Trafo Hubungan Segitiga Bintang (Δ - Y)

Pada hubung ini, sisi primer trafo dirangkai secara delta sedangkan pada sisi sekundernya merupakan rangkaian bintang sehingga pada sisi sekundernya terdapat titik netral. Biasanya digunakan untuk menaikkan tegangan (Step -up) pada awal sistem transmisi tegangan tinggi. Dalam hubungan ini perbandingan tegangan 3 kali perbandingan lilitan transformator dan tegangansekunder mendahului sebesar 30° dari tegangan primernya.

 

Gambar 5. Trafo Hubungan Delta Bintang

5. Hubungan Zig Zag

Kebanyakan transformator distribusi selalu dihubungkan bintang, salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh transformator tersebut adalah ketiga fasanya harus diusahakan seimbang. Apabila beban tidak seimbang akan menyebabkan timbulnya tegangan titik bintang yang tidak diinginkan, karena tegangan pada peralatan yang digunakan pemakai akan berbeda-beda.Untuk menghindari terjadinya tegangan titik bintang, diantaranya adalah dengan menghubungkan sisi sekunder dalam hubungan Zigzag.

Dalam hubungan Zig-zag sisi sekunder terdiri atas enam kumparan yang dihubungkan secara khusus (lihat gambar)

 

Gambar 6. Trafo Hubungan Zig Zag

Ujung-ujung dari kumparan sekunder disambungkan sedemikian rupa, supaya arah aliran arus didalam tiap-tiap kumparan menjadi bertentangan. Karena e1 tersambung secara berlawanan dengan gulungan e2, sehingga jumlah vektor dari kedua tegangan itu menjadi :

eZ1 = e1 – e2

eZ2 = e2 – e3

eZ3 = e3 – e1

eZ1 + eZ2 + eZ3 = 0 = 3 eb

Tegangan Titik Bintang
eb = 0
e1 = e/2
nilai tegangan fasa
ez =  e/2 √3
sedangkan tegangan jala jala
Ez = ez √3 = e/2 √3

6. Transformator Tiga Fasa dengan Dua Kumparan

Selain hubungan transforamator seperti telah dijelaskan pada sub-bab sebelumnya, ada transformator tiga fasa dengan dua kumparan. Tiga jenis hubungan yang umum digunakan adalah :

• V - V atau “ Open Δ “
• “ Open Y - Open Δ “
• Hubungan T – T

Hubungan Open Delta

Ini dimungkinkan untuk mentransformasi sistem tegangan 3 fasa hanya menggunakan 2 buah trafo yang terhubung secara open delta. Hubungan open delta identik dengan hubungan delta delta tetapi salah satu trafo tidak dipasang. Hubungan ini jarang digunakan karena load capacity nya hanya 86.6 % dari kapasitas terpasangnya.

Sebagai contoh:

Jika dua buah trafo 50 kVA dihubungkan secara open delta, maka kapasitas terpasang yangseharusnya adalah 2 x 50 = 100 kVA. Namun, kenyatannya hanya dapat menghasilkan 86.6 kVA, sebelum akhirnya trafo mengalami overheat. Dan hubungan open delta ini umumnya digunakan dalam situasi yang darurat.

 

Gambar 7. Trafo Hubungan open Delta / V – V

Kekurangan Hubungan ini adalah :

• Faktor daya rata-rata, pada V - V beroperasi lebih kecil dari P.f beban, kira kira 86,6% dari faktor daya beban seimbang.
• Tegangan terminal sekunder cenderung tidak seimbang, apalagi saat beban bertambah.

 

Gambar 8. Trafo hubungan Open Y open Delta

Hubungan Open Y - Open Δ diperlihatkan padaGambar diatas, ada perbedaan dari hubungan V - V karena penghantar titik tengah pada sisi primer dihubungkan ke netral (ground). Hubungan ini bisa digunakan pada transformator distribusi.

Hubungan Scott atau T - T

Hubungan ini merupakan transformasi tiga fasa ke tiga fasa dengan bantuan dua buah transformator (Kumparan). Satu dari transformator mempunyai “Centre Taps “ pada sisi primer dan sekundernya dan disebut “ Main Transformer“. Transformator yang lainnya mempunyai “0,866 Tap“ dan disebut “Teaser Transformer “. Salah satu ujung dari sisi primer dan sekunder “teaser Transformer” disatukan ke “ Centre Taps” dari “ main transformer “. “ Teaser Transformer” beroperasi hanya 0,866 dari kemampuan tegangannya dan kumparan “ main transformer “ beroperasi pada Cos 30 ° = 0,866 p.f, yang ekuivalen dengan “ main transformer “ bekerja pada 86,6 % dari kemampuan daya semunya

 

 Gambar 9. Hubungan Scott atau T-T

Kesimpulannya adalah Transformator 3 fasa banyak di aplikasikan untuk menangani listrik dengan daya yang besar. Terdapat berbagai macam hubungan pada trafo tiga fasa yang dalam penggunaannya disesuaikan dengan kebutuhan dan rating tegangan yang akan dipikulnya.

Salah satu hubungan pada trafo tiga fasa yang sering di pakai adalah Hubungan Delta Bintang dan Bintang Delta, kedua jenis hubungan ini biasanya dipakai dalam sistem tenaga listrik khususnya pada bagian transmisi listrik untuk menaikkan tegangan (Δ-Y) dan menurunkan tegangan (Y - Δ ). Untuk suatu keadaan darurat, trafo hubung delta dapat dibuat menjadi open delta namun dengan kapasiatas hanya 86.6 % dari kapasitas terpasangnya.

Sumber:

Sumardjati, Prih, dkk & http://electric-mechanic.blogspot.com

TRANSFORMATOR 1 FASA

Transformator atau biasa dikenal dengan trafo berasal dari kata transformatie yang berarti perubahan. Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui gandeng magnit berdasarkan pada prinsip elektromagnetik. Trafo satu fasa sama seperti trafo pada umumnya hanya penggunaannya untuk kapasitas kecil

Kostruksi Transformator dan Bagian-Bagiannya 

Konstruksi trafo secara umum terdiri dari: 

1. Inti yang terbuat dari lembaran-lembaran plat besi lunak atau baja silikon yang diklem jadi satu. 
2. Belitan dibuat dari tembaga yang cara membelitkan pada inti dapat konsentris maupun spiral. 
3. Sistem pendingan pada trafo-trafo dengan daya yang cukup besar. 

Jenis trafo berdasarkan letak kumparan 

1. Core type (jenis inti) yakni kumparan mengelilingi inti.
2. Shell type (jenis cangkang) yakni inti mengelilingi belitan

Rangkaian Magnetisasi Transformator

Pada keadaan tanpa beban, mengalir arus kecil Io untuk mensuplai magnetomotive force yang menimbulkan flux magnet disekitar inti magnetik, arus ini tertinggal (lagging) terhadap tegangan primer sebesar 90 derajat. Arus ini dibatasi oleh resistansi efektif (Rc) dan reaktansi (Xc) yang disebut rangkaian magnetisasi. Besar arus ini sekitar 2-5 % dari arus beban penuh (full load) dengan power factor 0.1-0.2.

Ketika transformator dibebani, terjadi tegangan jatuh karena resistansi belitan primer dan sekunder. Tegangan jatuh ini sefasa dengan tegangan pada belitan dan tegangan jatuh karena reaktansi (X1dan X2) tertinggal sebesar 90 derajat . Penurunan tegangan output ketika transformator berbeban dikenal sebagai regulasi. Tegangan jatuh karena komponen resistif lebih kecil daripada tegangan jatuh yang disebabkan oleh komponen reaktif. Sehingga impedansi dominan dari tranformator adalah reaktansi.

Diagram vektor tegangan dan arus rangkaian ekivalen transformator diatas ketika berbeban dengan sudut daya Φ adalah sebagai berikut,

Rangkaian Ekivalen Trafo

Transformator merupakan suatu peralatan listrik yang digunakan untuk mengubah energi listrik bolak-balik dari satu level tegangan ke level tegangan yang lain. Dapat menaikkan, menurunkan atau hanya untuk mengisolasi sistem satu dengan yang lainnya. Transformator terdiri atas sisi primer dan sisi sekunder. Keduanya terhubung dengan inti besi. Dalam kondisi ideal, tanpa rugi-rugi, perbandingan lilitan antara keduanya merupakan perbandingan tegangan antara kedua sisinya.

Namun pada kenyataannya, daya masukkan tidak pernah sama dengan daya keluaran. Terdapat rugi-rugi yang terjadi di inti besi dan lilitan. Rugi-rugi tersebut terjadi akibat histerisis, arus eddy, resistansi belitan dan fluks bocor. Dari pengetahuan tersebut, transformator dapat dimodelkan dengan rangkaian elektrik seperti di bawah ini:

Disimplisikafi menjadi,

Dimana,

Req = Rp + (Np/Ns)^2 . Rs

Xeq = Xp + (Np/Ns)^2 . Xs

Setelah kita memahami, rangkaian pengganti ini, kita dapat menentukan nilai Req, Xeq, Rc dan Xm dengan pengujian rangkaian tanpa beban dan hubung singkat. Yang diukur adalah daya (Watt), tegangan (V) dan arus (I) di sisi primer.

• Uji Rangkaian Tanpa Beban

Dari pengujian ini, kita mendapatkan nilai Rc dan Xm. Nilai Rc dan Xm jauh lebih besar dibandingkan Req dan Xeq. Karena drop tegangan lebih signifikan terjadi di Rc dan Xm. Sehingga didapat rangkaian untuk tanpa beban,

Yang pertama kali kita hitung adalah lYcml dan Power Factor dari data yang diambil.

|Ycm| = Ioc / Voc

PF = cos(pi) = Poc / (Voc . Ioc)

Dimana,

Ycm = (1 / Rc) + j (1 / Xm)

        = |Ycm| cos(pi) + j lYcml sin (pi)

Sehingga didapat,

Rc = 1 / ( |Ycm| cos(pi) )

Xm = 1 / ( |Ycm| sin(pi) )

• Uji Hubung Singkat

Tegangan di sisi sekunder pada hubung singkat relatif kecil. Sehingga drop tegangan di Rc dan atau Xm sangatlah kecil, dapat diabaikan. Oleh karenanya, tegangan yang didapat merupakan tegangan di Zeq. Dapat dijelaskan melalui rangkaian saat hubung singkat sebagai berikut,

Pertama-tama kita hitung terlebih dahulu |Zeq| dan PF.

Zeq = Vsc / Isc

PF = cos(pi) = Psc / (Vsc . Isc)

Dimana,

Zeq = Req + j Xeq

       = lZeql cos(pi) + j lZeql sin(pi)

Sehingga didapat,

Req = lZeql cos(pi)

Xeq = lZeql sin(pi)

TRANSFORMATOR

Transformator atau transformer atau trafo adalah benda yang mengubah / mentransform suatu besaran elektrik ke besaran elektrik.

gambar 1

skema dan simbol trafo

Prinsip Kerja Trafo

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.

gambar 2

prinsip kerja trafo

Rugi-rugi pada trafo

kerugian tembaga. Kerugian  dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrikyang mengalirinya.

Kerugian kopling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer-sekunder tidak sempurna, sehingga tidak semua fluks magnet yang diinduksikan primer memotong lilitan sekunder. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan secara berlapis-lapis antara primer dan sekunder.

Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar yang terdapat pada lilitan-lilitan transformator. Kerugian ini sangat memengaruhi efisiensi transformator untuk frekuensi tinggi. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer dan sekunder secara semi-acak (bank winding)

Kerugian histeresis. Kerugian yang terjadi ketika arus primer AC berbalik arah. Disebabkan karena inti transformator tidak dapat mengubah arah fluks magnetnya dengan seketika. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggunakan material inti reluktansi rendah.

Kerugian efek kulit. Sebagaimana konduktor lain yang dialiri arus bolak-balik, arus cenderung untuk mengalir pada permukaan konduktor. Hal ini memperbesar kerugian kapasitas dan juga menambah resistansi relatif lilitan. Kerugian ini dapat dikurang dengan menggunakan kawat Litz, yaitu kawat yang terdiri dari beberapa kawat kecil yang saling terisolasi. Untuk frekuensi radio digunakan kawat geronggong atau lembaran tipis tembaga sebagai ganti kawat biasa.

Kerugian arus eddy (arus olak). Kerugian yang disebabkan oleh GGL masukan yang menimbulkan arus dalam inti magnet yang melawan perubahan fluks magnet yang membangkitkan GGL. Karena adanya fluks magnet yang berubah-ubah, terjadi olakan fluks magnet pada material inti. Kerugian ini berkurang kalau digunakan inti berlapis-lapis.

Jenis-jenis Trafo

• Trafo Step-Up : Transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.
• Trafo Step-Down : Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC- DC.

gambar 3

contoh lilitan trafo step-up, step-down, dan isolasi

• Autotrafo : Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder.
  Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).

gambar

belitan dan contoh auto trafo

• Autotrafo variabel : Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah.
• Transformator isolasi : Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.
• Transformator pulsa : Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.
• Transformator 3 fasa : Transformator tiga fase sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta ().

gambar 4

contoh trafo 3 fasa