RANGKAIAN LISTRIK 1. Komponen Aktif Komponen aktif adalah komponen yang menghasilkan energi. Terdapat dua komponen aktif yaitu : a. Sumber tegangan bebas b. Sumber Arus bebas 2. Komponen Pasif Komponen pasif adalah komponen yang dapat bekerja tanpa ada sumber tegangan. a. Resistansi Sering juga disebut dengan tahanan, hambatan, penghantar, atau resistansi dimana resistor mempunyai fungsi sebagai penghambat arus, pembagi arus , dan pembagi tegangan. Nilai resistor tergantung dari hambatan jenis bahan resistor itu sendiri 1
Mekanika, Hukum Newton, Motor Listrik, Rangkaian Listrik.
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
RANGKAIAN LISTRIK
1. Komponen Aktif
Komponen aktif adalah komponen yang menghasilkan energi.
Terdapat dua komponen aktif yaitu :
a. Sumber tegangan bebas
b. Sumber Arus bebas
2. Komponen Pasif
Komponen pasif adalah komponen yang dapat bekerja tanpa ada sumber tegangan.
a. Resistansi
Sering juga disebut dengan tahanan, hambatan, penghantar, atau resistansi dimana resistor
mempunyai fungsi sebagai penghambat arus, pembagi arus , dan pembagi tegangan. Nilai
resistor tergantung dari hambatan jenis bahan resistor itu sendiri (tergantung dari bahan
pembuatnya), panjang dari resistor itu sendiri dan luas penampang dari resistor itu sendiri.
Secara sistematisnya :
R = ρlA
1
dimana : ρ = hambatan jenis
l = panjang dari resistor
A = luas penampang
Ataupun hubungannya dengan tegangan (V) , arus (I) R = VI
b. Kapasitor ( C )
Sering juga disebut dengan kondensator atau kapasitansi. Mempunyai fungsi untuk
membatasi arus DC yang mengalir pada kapasitor tersebut, dan dapat menyimpan energi dalam
bentuk medan listrik. Nilai suatu kapasitor tergantung dari nilai permitivitas bahan pembuat
kapasitor, luas penampang dari kapsitor tersebut dan jarak antara dua keping penyusun dari
kapasitor tersebut.
Secara matematis :
C = εAd
dimana : ε = permitivitas bahan
A = luas penampang bahan
d = jarak dua keping
Jika sebuah kapasitor dilewati oleh sebuah arus maka pada kedua ujung kapaistor tersebut akan
muncul beda potensial atau tegangan, dimana secara matematis dinyatakan :
Ic = CdV c
d t
Penurunan Rumusnya
Q = CV
dq = Cdv
Dimana :
2
i = dqdt
idt = dq
sehingga :
i.dt = Cdv
i = Cdvdt
c. Induktor/ Induktansi/ Lilitan/ Kumparan (L)
Seringkali disebut induktansi, lilitan, kumparan, atau belitan. Pada induktor mempunyai
sifat dapat menyimpan energi dalam bentuk medan magnet.
Satuan dari induktor : Henry (H)
Arus yang mengalir pada induktor akan menghasilkan fluksi magnetik (φ ) yang membentuk
loop yang melingkupi kumparan. Jika ada N lilitan, maka total fluksi adalah :
1. Dilihat pada gambar di samping ada 3 buah gaya F yang diberikan terhadap sebauh balok
yang bermassa 10 kg dengan arah yang berbeda-beda . Gaya pada F1 = 15 N, gaya F2 = 15 N,
dan gaya pada F3 = 25 N .
Penyelesaian.
Dilihat pada gambar arah yg diberikan pada F1 dan F2 memiliki arah yang sama, dan pada F3
arah yang berlawanan.
Jadi penyelesaiannya,
F = m.a
F1+F2-F3 = m.a
15+15-25 = 10.a
5 = 10.a
a = 0.5 ms-2
14
MOTOR DC
1. PRINSIP KERJA .
Pada motor DC, bagian stator dan rotornya diberi supply tegangan arus searah (VDC). Karena rangkaian stator dan rotor merupakan close loop, serta memiliki resistansi dalam (kawat penghantar), maka timbulah arus searah (iDC) pada kedua komponen. Kemudian, berdasarkan hukum oersted, dimana saat sebuah kawat penghantar dialiri arus, akan dihasilkan medan magnet di sekeliling kawat penghantar. Maka, pada kedua komponen tersebut dihasilkan medan magnet (B). Medan magnet pada stator (Bs) merupakan medan magnet utama, dimana nantinya akan mendominasi dalam penentuan arah
perputaran rotor. Sedangkan medan magnet pada rotor (Br) seringkali disebut sebagai medan magnet jangkar, karena dalam prakteknya rotor seringkali disebut dengan kumparan jangkar (armature winding).Medan magnet merupakan besaran vector (besaran yang memiliki satuan dan arah). Bila ada dua medan magnet berdekatan (Bs dan Br), maka akan dihasilkan medan magnet resultan yang merupakan hasil interaksi antara Bs dengan Br.
Karena rotor dialiri arus searah dan terdapat medan magnet resultan, maka timbulah gaya Lorentz (F). Kemudian, pada rotor dihasilkan torsi (T) yang merupakan hasil kali vector antara lengan gaya (direpresentasikan dengan jari-jari rotor) dengan gaya yang timbul pada rotor. Pada akhirnya, torsi yang bekerja pada rotor inilah yang membuat rotor dapat berputar. Dalam hal ini, peran komutator dan brush diperlukan, yakni untuk menjaga arah putaran rotor supaya tetap satu arah.
Berdasarkan penjelasan singkat di atas, dapat diketahui bahwa pada pengoperasiannya motor DC dapat mengkonversi energi listrik, yakni energi yang disupply ke stator dan rotor, menjadi energi gerak, yakni energi yang menyebabkan rotor berputar pada porosnya.
15
2. Rangkaian Ekuivalennya.
Rumus Umum pada Motor DC
Ea = Vt – Ia.Ra
Pada Motor DC terdapat 2 jenis
2.1 Motor berpenguatan bebasMotor arus searah penguatan bebas adalah motor arus searah yang sumber tegangan penguatannya berasal dari luar motor. Dimana kumparan medan disuplai dari sumber tegangan DC tersendiri.
Dari rangkaian tersebut didapatkan rumus :
Vt = Ea + Ia.Ra + VsikatVf = If . Rf
Dimana : Vt = Tegangan Terminal Jangkar Motor DC (Volt)
Ra = tahanan jangkar (ohm)
If = arus medan penguatan bebas (ohm)
Vf = tegangan terminal medan penguatan bebas (volt)
Rf = tahanan medan penguatan bebas (ohm)
Ea = gaya gerak listrik motor arus searah (volt)
Vsikat = jatuh tegangan pada sikat (volt)
Umumnya jatuh tegangan pada sikat relatif kecil sehingga besarnya dapat diabaikan. Dan untuk
rumus selanjutnya Vsikat ini diabaikan.
2.2 Motor Arus Searah berpenguatan Sendiri
Motor arus searah penguatan sendiri adalah motor arus searah yang sumber tegangan
penguatannya berasal dari motor itu sendiri. Dimana kumparan medan berhubungan langsung
16
dengan kumparan jangkar. Kumparan medan dapat dihubungkan secara seri maupun paralel
dengan kumparan jangkar. Dan juga dapat dihubungkan dengan keduanya,yaitu secara seri dan
paralel, tergantung pada jenis penguatan yang diberikan terhadap motor.
Motor arus searah penguatan sendiri terdiri atas:
a. Motor arus searah penguatan seri
b. Motor arus searah penguatan shunt
c. Motor arus searah penguatan kompon
1. Kompon Panjang
2. Kompon Pendek
a. Motor arus searah penguatan seri
Pada motor arus searah penguatan seri, kumparan medan dihubungkan secara seri dengan
rangkaian jangkar. Oleh sebab itu arus yang mengalir pada kumparan medan seri sama dengan
arus yang mengalir pada kumparan jangkar .
Gambar rangkaian ekuivalen pada motor arus searah penguatan seri
Vt = Ea + Is.Rs + Ia. Ra
Karena, IL= Ia = Is
17
Maka, Vt = Ea + Ia (Ra + Rs)
Dimana :
Is = arus kumparan medan seri (Ampere)
Rs = tahanan medan seri (ohm)
IL = arus dari jala – jala (Ampere)
b. Motor Arus Searah Penguatan Shunt
Pada motor shunt kumparan jangkar dihubungkan langsung pada terminal sehingga paralel
dengan kumparan jangkar.
Gambar Rangkaian ekuivalen pada motor arus serah penguatan shunt
Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor shunt adalah:
Vt = Ea + Ia.Ra
Ish = V t
R s h
IL = Ia + Ish
Dimana :
Ish = arus kumparan medan shunt (Ampere)
Rsh = tahanan medan shunt (Ohm)
18
c. Motor Arus Searah Penguatan Kompon
1. Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang
Pada motor arus searah penguatan kompon panjang, kumparan medan serinya
terhubung secara seri terhadap kumparan jangkarnya dan terhubung paralel terhadap kumparan
medan shunt.
Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor arus searah penguatan kompon panjang adalah:
Vt = Ea + Ia Ra + Is Rs
IL = Ia + Ish
Is = Ia
Maka ---> Vt = Ea + Ia( Ra + Rs )
Ish = V t
R s h
2. Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek
Pada motor arus searah penguatan kompon pendek, kumparan medan serinya
terhubung secara paralel terhadap kumparan jangkar dan kumparan medan shunt. Rangkaian
ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek adalah sebagai berikut:
19
Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor arus searah penguatan kompon pendek adalah:
Vt = Ea + Ia Ra + Is Rs
IL = Is = Ia + Ish
Ish = V t−I s . R s
R s h
3. Torsi
Untuk mengetahui besarnya torsi yang dihasilkan oleh motor listrik arus searah dapat
dilakukan analisis sebagai berikut (perhatikan gambar)
Gambar. Gaya yang dihasilkan pada sebuah kumparan
Berdasarkan Gambar di atas, persamaan untuk Torsi adalah
T = F x R Nm
Terdapat suatu rumus :
Usaha = Gaya x Jarak
Jika jarak yang ditempuh merupakan suatu bentuk lingkaran seperti pada gambar diatas maka,
Usaha = F x 2πR Joule
Misal poros berputar n putaran tiap detik, maka :
20
Usaha/detik = F x 2πR x n Joule/detik
= F x R x 2πn Joule/detik
= T x ω Joule/detik
Daya = T x ω Watt
Untuk n = jumlah putaran tiap menit , maka ω = (2πn/60)
Dapat juga dituliskan bahwa :
T = P/(2πn/60) Nm
Berdasarkan rumus di atas :
Ta = Pa/2πn/60) Nm , atau
Ta = Ea x Ia / (2πn/60) Nm
Ta = P (n/60)(Z/A)Ia/(2πn/60) Nm
Ta = C2 Ia
Contoh soal.
1. Jangkar sebuah motor DC tegangan 230 volt dengan tahanan 0.312 ohm dan mengambil arus
48 A ketika dioperasikan pada beban normal.
a. Hitunglah GGL lawan (Ea) dan daya yang timbul pada jangkar.
b. Jika tahanan jangkar 0.417 ohm, keadaan yang lain sama. Berapa GGL lawan (Ea) dan
daya yang timbul pada jangkar.
Penurunan tegangan padasikat-sikat sebesar 2 volt untuk soal a dan b.
Penyelesaian.
a. Ea = V – IaRa
= (230-2) – (48 x 0,312)
= 213 volt
Daya yang dibangkitkan pada jangkar,
P = Ea.Ia
= 213 x 48
= 10.224 Watt
21
b. Eb = V – Ia.Ra
= (230 – 2) – ( 48 x 0,417)
=208 volt
Daya yang dibangkitkan pada jangkar ,
P = Ea.Ia
= 208 x 48
= 9984 Watt
2. Suatu mesin DC shunt 220 V mempunyai tahanan jangkar 0,5 Ω. Jika pada waktu beban
penuh arus jangkar sebesar 20 A, hitung EMF lawan jangkar jika mesin bekerja sebagai motor