Power Point Mata Kuliah Gejala Medan Tinggi

8/17/2019 Power Point Mata Kuliah Gejala Medan Tinggi

http://slidepdf.com/reader/full/power-point-mata-kuliah-gejala-medan-tinggi 1/50

DASAR KONVERSI ENERGIELEKTROMAGNET

Terdapat empat prinsip dasar yang menunjukkan bagaimana medanmagnet berfungsi dalam mesin-mesin listrik :

1. Suatu konduktor yang mengalirkan listrik akan menghasilkan medanmagnet disekitar konduktor tersebut.

2. Medan Magnet yang berubah-ubah terhadap waktu akan menginduksikan tegangan pada suatu belitan kumparan ( rinsip kerja

transformator !". Suatu konduktor yang digerakkan memotong medan magnet akanmembangkitkan tegangan induksi pada konduktor tersebut

( rinsip kerja #enerator !

$. Suatu konduktor beraliran listrik bila berada dalam medan magnet

akan menimbulkan gaya (for%e! pada konduktor tersebut ( rinsip kerjamotor !



Medan magnet terbentuk dari gerak elektron& Mengingat arus listrik yang melalui suatu hantaran

merupakan aliran elektron& maka pada sekitar kawat hantaranlistrik tersebut akan ditimbulkan suatu medan magnet. Medanmagnet memiliki arah&kerapatan&dan intensitas

yang digambarkan sebagai ' garis-garis uks '

dan dinyatakan dengan gambar simbol ɸ fluks dalam besaranweber.

)esaran kerapatan medan magnet dinyatakan denganbanyaknya garis-garis uks yang menembus suatu luasbidang tertentu dan mempunyai simbol ß kerapatan

1. Medan Magnet dan MedanListrik



*luksi dalam weber + m, ( ) + m, !

ntensitas medan magnet disebut sebagai kuatmedan dan dinyatakan dengan besarnya uksisepanjang jarak tertentu mempunyai simbol /

kuat medan dalam ampere+m ( 0+m !erapatan medan ) maupun kuat medan /

merupakan besaran ektoris yang mempunyaibesaran dan arah& yang besarnya ) 3µH dengan µ

permeabilitas dalam henry/meter ( H/m).

Permeabilitas pada ruang bebas ( udara ) µo mempunyai nilai

4π x !45 H/m.

Medan Magnet dan MedanListrik



Material seperti besi dan nikel mempunyaipermeabilitas yang relatif lebih tinggi dan biasanyadisebut sebagai material karakteristik

feromagnet. )esaranya uks dapat dinyatakan dengan6 7 8 ) d0. 9imana d0 adalah unsur luas.

0pabila suatu sumber tegangan (! mengalirkan arus

listrik (i! melalui suatu kumparan dengan jumlah lilitan(;! maka pada inti besi (%ore! akan ditimbulkan suatukuat medan (/!. /ubungan antara arus listrik danmedan magnet dinyatakan oleh /ukum 0mpere danuntuk persamaannya adalah ;i 3 /l ampere-turn

9engan : ; 3 <umlah lilitan

i 3 0rus listrik (0!

/ 3 uat Medan = 3 anjang jalur (m!

Medan Magnet dan Medan Listrik



0pabila medan magnet berubah-ubahterhadap waktu& akibat arus bolak-balikyang berbentuk sinusoid& suatu medanlistrik akan dibangkitkan atau diinduksikan./ubungan ini dinyatakan oleh /ukum*araday. Medan magnet atau uks yangberubah-ubah pada inti besi gaya geraklistrik (ggl! sebesar :

e 3 -;d"

dt

e # $ d% / dt

2. Induksi tegangan-huku!arada"



dengan :

> 3 ;. ? merupakan fluks medan magnet? 3 Menyatakan harga fluks yang berubah-

ubah terhadap

waktu.

erubahan uks yang menghasilkan gayagerak listrik (ggl! tersebut dapat terjadikarena :

1.

erubahan fungsi waktu (t! akibat arusbolak-balik yang berbentuk sinusoidseperti diuraikan di atas.

2. *ungsi putaran (@! akibat perputaran rotor

pada mesin-mesin dinamis.

Induksi tegangan-huku!arada"



Se%ara lebih terperin%i& hukum *aradaydapat dituliskan sebagai berikut :

A 3 - d

dt & d' ʃ eind # $ d %

dt

leh karena karena flux % merupakan fungsi putaran ɵ

dan fungsi aktu (t) maka *eind # $ d % ( +t)ɵ

dt

Induksi tegangan-huku!arada"



d% ( +t) #ɵ % ȡ ,ȡɵ -ȡ dt

tȡɵ ȡ

eind # $ ( % ȡ ) (ȡɵ ) $ % ȡ

t tȡɵ ȡ ȡ 'tau

e (induksi) # e (rotasi) , e (trasformasi).

ntuk trasformator hanya terdapat geala induksi karena

trasformasi yaitu e (trasformasi). ntuk mesin arus searahhanya terdapat e (rotasi)+sedangkan pada mesin arus

bolak$balik terdapat e(rotasi) maupun e(trasformasi)



0rus listrik (i! yang dialirkan melaluipenghantar yang dibelitkan pada inti besiyang berbentuk %in%in toroidal akanmenghasilkan medan magnet yangsebanding dengan jumlah lilitan (;!dikalikan dengan besaran arus listrik(i!.0mpere-turn ;i ini dikenal sebagai gayagerak magnet (ggm! dan

dinyatakan dengan notasi *.

* 3 ;i ampere-turn

#aya gerak magnet (ggm! adalah

perbedaan

K#nse$ rangkaian agnet



potensial magnet yang %enderung menggerakkan uks disekitar %in%in& selain ditentuka oleh

besaran ggm& juga merupakan fungsi dari taha

nan inti besi yang membawa uks tersebut.

Tahanan inti besi itu disebut reluktansi B dari

rangkaian magnet.

#ɸ * weber

BSeperti juga tahanan dalam rangkaian listrik&reluktansi berbanding lurus dengan panjang (l!




berbanding terbalik dengan penampang luasbidang (0!& dan bergantung pada bahanmagnetik tersebut& dengan besaran l dalammeter dan 0 dalam meter persegi :

B 3 l+ 0' ampere$turn/eber




erhitungan rangkaian magnet dapat pula dilakukanpendekatan graCk dengan penjelasan sebagai berikut:

) 3 6+0 3 *+0B

3 *+0(l+D0! 3 D *+l

3 D/ weber +m,

dengan :

/ 3 *+l 3 ;i+l ampere-turn+m

Kur%a agnetasi



)esaran / disebut kuat medan dan merupakanharga ggm per unit panjang. Entuk rangkaian

magnet yang seragam harga ggm per unitpanjang inti besi adalah konstan. Fleh karena itu&

harga kuat medan / sepanjang jalur inti besi juga adalah konstan. ersamaan di atasmemperlihatkan hubungan sifat magnetik suatubahan dengan permeabilitas D& yang dapat

ditunjukkan melalui kura kerapatan uks )sebagai fungsi dari kuat medan /& yang biasanyadisebut kura )-/ atau kura magnetasi.

Kur%a agnetasi



ura )-/ hanya dipengaruhi oleh jenisbahan yang dipakai dan tidak bergantungpada dimensi bahan tersebut. 0pabiladiketahui harga ampere-turn ;i dan hargapanjang rata-rata jalur uksi& maka hargamedan ;i+ l jatuh pada sumbu horiGontal&dan se%ara graCk dengan mudah dapatditentukan kerapatan uksi ) yang terletakpada sumbu ordinat tegaknya.

Kur%a agnetasi



0pababila sebuah konduktor digerakkantegak lurus sejauh d& memotong suatumedan magnet dengan kerapatan uks )&maka perubahan uks pada konduktordengan panjang relatif l ialah : d6 3 )l.ds

dari hukum *arraday diketahui bahwa gayagerak listrik (ggl! e 3 d6 + dt maka :

e 3 ) +ds+dt ds+dt 3 (ke%epatan!

<adi& e 3 ) +

Ga"a Gerak Listrik



) 0r

0rah gaya gerak listrik ini ditentukan olehaturan tangan kanan dengan jempol&telunjukdan jari tengah yang saling tegak lurusmenunjukkan masing-masing arah & ) dan e.

)ila konduktor tersebut dihubungkan denganbeban seperti misalnya tahanan maka padakonduktor tersebut mengalir arus yang

E S



menjauhi kita dan digambarkan simbol ujungbelakang anak panah (H!& sedangkan arusyang mendekati kita digambarkan dengan

simbol ujung depan anak panah (.! ersamaan e 3 )l. dapat diartikan bahwa

apabila dalam medium medan magnetdiberikan energi mekanik (untukmenghasilkan ke%epatan !& maka akandibangkitkan energi listrik (e! dan inimerupakan prinsip dasar sebuah generator.



0rus listrik yang dialirkan di dalam suatu medanmagnet dengan ke%epatan uks ) akanmenghasilkan gaya * sebesar :

* 3 ).l

0rah gaya ini ditentukan oleh aturan tangankiri&dengan jempol telunjuk dan jari tengah yangsaling tegak lurus menunjukkan masing-masingarah *& )& dan .

ersamaan * 3 ).l merupakan prinsip sebuahmotor& di mana terjadi proses perubahan energilistrik (! menjadi energi mekanik (*!.

KO&EL



)ila jari-jari rotor adalah r& kopel yangdibangkitkan :

T 3 * H r3 ).l.r

)

*

erlu diingat bahwa pada saat gaya *dibangkitkan& konduktor bergerak di dalam medanmagnet dan seperti diketahui akan menimbulkangaya gerak listrik yang merupakan reaksi (lawan!terhadap tegangan

E S



penyebanya. 0gar proses konersi energi listrikmenjadi mekanik (motor! dapat berlangsung&tegangan sumber yang harus lebih besar

daripada gaya gerak listrik lawan. Suatu gerak konduktor di dalam medan

magnet akan membangkitkan tegangan yaitu:

e 3 )l dan bila dihubungkan dengan beban&

akan mengalir arus listrik (! atau energimekanik berubah menjadi energi listrik(generator!.

0rus listrik (! yang mengalir pada konduktor

tadi merupakan medan magnet dan akanberinteraksi dengan medan magnet yangtelah ada ()!. nteraksi medan magnet



merupakan gaya reaksi (lawan! terhadapgerak mekanik yang diberikan& agarkonersi energi mekanik ke energi listrikdapat berlangsung& energi mekanik yang

diberikan haruslah lebih besar daripadagaya reaksi tadi.



ada umumnya mesin dinamik terdiri atasbagian yang berputar disebut rotor danbagian yang diam disebut stator. 9i antararotor dan stator terdapat %elah udara.

Mesin Dinaik E'eenter



ada stator merupakan kumparan medanyang berbentuk kutub sepatu dan rotormerupakan kumparan jangkar dengan

belitan konduktor (kumparan! salingdihubungkan.

umparan jangkar terletak pada setiap alurrotor tersebut perlu saling dihubungkanujungnya untuk mendapatkan teganganinduksi (ggl! yang lebih besar.9engandemikian tegangan yang dibangkitkanberubah-ubah arahnya setiap setengahputaran& sehingga merupakan teganganbolak-balik (0I!& dimana :

e 3 Amaks. Sin Jt



erja suatu mesin dinamik dapat juga dilihatdari segi adanya interaksi antara medanmagnet stator dan rotor&yaitu :

* 3 )..K

Seperti diketahui arus listrik (! padapersamaan diatas akan menimbulkan uks

juga sekitar konduktor yang dilalui. )ila kerapatan uks akibat arus listrik (!

dinyatakan dengan )r& sedang kerapatan uksakibat kumparan medan adalah )s& makadapat dituliskan : T 3 )r)s. Sin @

INTERAKSI MEDANMAGNET



9imana : @ 3 sudut antara kedua sumbumedan magnet )r dan )s

3 kontanta ( K H r ! Sudut @ dikenal sebagai sudut kopel atau

sudut daya dengan harga maksimumnya@3LN. 9engan menganggap )r dan )s

sebagai fungsi arus rotor dan arus stator&persamaan kopel menjadi :

T 3 rs sin @ embahasan di atas menjelaskan bahwa

terjadinya kopel dapat dianggap sebagaiadanya interaksi antara dua medan magnetatau antara dua arus.



9i dalam bidang elektroteknik& persoalan yangmenyangkut besaran-besaran arus dantegangan dapat dihitung dengan %aramelakukan pengukuran& karena besaran

tersebut memang nyata ada dalam suaturangkaian.

*asor menyatakan transformasi dari fungsiwaktu ke dalam bidang kompleks yang

mengandung informasi tentang amplitudo dansudut fasa.

ANALISA !ASOR( !AKTOR DA)ADAN &ER*IT+NGAN TIGA !ASA



9eCnisi daya se%ara umum adalah besarnyaenergi tiap satuan waktu. Satuannternasional untuk daya adalah att& yangdiambil dari nama <ames att (1O"P-1Q1L!yang menyatakan bahwa : 3 + t

9imana :

3 9aya (att! 3 Anergi (<oule!

t 3 aktu (9etik!

Da"a Listrik



Se%ara umum telah diketahui bahwa disetiaprangkaian listrik apabila terdapat beban padaujung saluran dan diberikan sumber tegangan

pada awal saluran& maka akan terdapat arusyang mengalir. 9engan mensubtitusikanpersamaan energi& maka akan diperoleh :

3 + t

3 ..t +t 3 .

9engan pendekatan lainnya yakni denganmensubtitusikan persamaan /ukum Fhm daripersamaan di atas& maka akan diperolehpersamaan :



3 .

3 ( . B ! .

3 2

. B0tau :

3 .

3 . ( + B !

3 2 + B9imana :

3 9aya (att!

3 Tegangan sumber (olt! 3 0rus yang mengalir (0mpere!

B3 Tahanan (Fhm!



Anergi disipasi beban disebut sebagai dayaaktif sehingga daya aktif (active power !adalah daya yang terpakai untuk melakukanenergi sebenarnya. 9aya aktif

dilambangkan oleh huruf dan satuannyaadalah (att!. Misalnya energi panas&%ahaya& mekanik dan lain-lain. ersamaandaya aktif pada rangkaian sistem 1 phasadan " phasa adalah

&, /, V . I 0#s

&1 V . I 0#s

Segitiga Da"a



Anergi yang hanya terserap dan kembalikesumbernya karena sifat beban yang reaktifdisebut sebagai daya reaktif sehingga daya reaktifadalah jumlah daya yang diperlukan untuk

pembentukan medan magnet dimana daripembentukan medan magnet maka akan terbentukfuks medan magnet. 9aya reaktif dilambangkanoleh huruf R dan satuannya adalah 0B (olt0mpere Beaktif!. Iontoh daya yang menimbulkan

daya reaktif adalah transformator& motor& lampupijar dan lain-lain. ersamaan daya reaktif padarangkaian sistem 1 phasa dan " phasa adalah :

Da"a Reakti



R1 3 . Sin

R" 3 U" . Sin

9aya Semu adalah Anergi total dalamrangkaian arus bolak balik& baik yangdihamburkan& diserap dan yang kembalidisebut sebagai daya semu sehingga dayasemu (a pparent power ! adalah daya yangdihasilkan oleh perkalian antara tegangan rmsdan arus rms dalam suatu jaringan atau dayayang merupakan hasil penjumlahan ektoris

daya aktif dan daya reaktif. 9aya semudilambangkan oleh huruf S dan satuannyaadalah 0 (olt 0mpere!.



1ambar *. 2egitiga 3aya



ersamaan matematis daya semuberdasarkan gambar (1! di atas dapatdinyatakan sebagai penjumlahan ektorisdari daya aktif dan daya reaktif sehinggapersamaannya menjadi sebagai berikut :

9engan demikian& persamaan matematis

daya semu pada rangkaian sistem 1 phasadan " phasa adalah : S 3U , V R, S1S 3 . S"S 3 U" .



ada sistem arus bolak balik (alternating current !&arus dapat berbeda phasa dengan tegangan yangdisebabkan oleh jenis beban yang digunakan. <enisbeban listrik dibedakan menjadi " bagian& yakni

beban resistif& beban induktif dan beban kapasitif. 3e4an Resisti

)eban resistif yakni beban listrik resistor murni.Iontohnya lampu pijar dan pemanas. )eban ini

hanya menyerap daya aktif (att! dan tidakmenyerap daya reaktif (0B! sama sekalisehingga arus dan tegangannya se-phasa.

Siat 3e4an Listrik



1ambar * 'rus dan 5egangan pada &eban 6esistif



Beban Induktif

&eban induktif yakni beban listrik yang mengandung kumparan

kaat yang dililitkan pada sebuah inti besi. 7ontohnya induktor+

motor listrik+ '7 ( Air Conditioner ) dan transformator. &eban inimempunyai faktor daya antara ! sampai dengan 8lagging 9 karena

beban ini menyerap daya aktif dan daya reaktif sehingga arus

tertinggal dari tegangan sebesar :;.

1ambar *< 'rus dan 5egangan pada &eban -nduktif



1ambar *4 2egitiga 3aya &eban -nduktif



)eban kapasitif& yakni beban listrik yangmengandung suatu rangkaian kapasitor.)eban ini mempunyai faktor daya antara sampai dengan 1 'leadingW karena beban

ini menyerap daya aktif dan mengeluarkandaya reaktif sehingga arus mendahuluitegangan sebesar X.

3e4an Ka$asiti



1ambar * = 'rus dan 5egangan pada &eban >apasitif

1ambar * ? 2egitiga 3aya &eban >apasitif



9ari gambar segitiga daya beban di atasterlihat bahwa dengan bertambahnya suatu

beban (induktif maupun kapasitif! akibatadanya suatu sudut phasa yang berbedamaka selain arus cosφ& pada arus sinφ

juga ikut bertambah. /al ini mengakibatkan

perubahan nilai daya semu dan besarnyasudut yang menyebabkan merendahnyanilai faktor daya. #ambar di bawahmemperlihatkan perubahan sudut karena

pertambahan beban induktif



1ambar * @ Perubahan 2udut :



9ari gambar di atas memperlihatkan bahwasistem ini telah mengalami perubahan didalampembebanannya sehingga cosφ1 Y cosφ2 atau

telah terjadi penurunan faktor daya yangdisebabkan oleh bertambahnya beban yangdalam hal ini beban induktif.

*aktor daya adalah perbandingan antara dayaaktif dan daya semu atau dapat jugadideCnisikan sebagai %osinus sudut antaradaya aktif dan daya semu. Sehingga dapat

diketahui bahwa nilai daya reaktif yang tinggiakan meningkatkan sudut ini dan hasilnyaadalah nilai faktor daya menjadi menurun.



1ambar * A Baktor 3aya

9 i b di t k t k il i



9ari gambar di atas& maka persamaan untuk nilaifaktor daya beban dapat dirumuskan sebagai berikut :

*a%tor 9aya 3 9aya aktif

9aya semu 3 + S

*a%tor 9aya 3 Ios phi ;ilai suatu faktor daya beban akan selalu lebih ke%il

sama dengan satu. <ika seluruh beban daya yang

dipasok oleh perusahaan listrik memiliki faktor dayasatu& maka daya maksimum yang ditransfer akansetara dengan kapasitas sistem pendistribusiannya.Sehingga dapat diketahui bahwa daya reaktif (k0B!harus dibuat serendah mungkin untuk daya aktif (k!yang sama& hal ini bertujuan untuk meminimalkankebutuhan daya total (k0! atau dengan kata lainmemperbaiki faktor daya agar mendekati satu.



*aktor daya yang rendah dihasilkan oleh peralatan

listrik seperti motor-motor induksi terutama padabeban-beban rendah dan unit-unit ballast lampupelepas (discharger lighting! yang memerlukan arusmagnetisasi reaktif sebagai penggeraknya serta alat-alat las busur listrik yang mengalami faktor daya yang

rendah. Medan magnet dari peralatan-peralatantersebut memerlukan arus yang tidak bermanfaatuntuk menimbulkan kerja mekanis atau panas& tetapitetap diperlukan hanya sebagai pembangkit medan.*aktor daya yang buruk tersebut menyebabkantegangan dan arus menjadi berbeda phasa& sehinggaperkaliannya tidak menghasilkan daya dalam Watttetapi dalam Volt Ampere.

&en"e4a4 !akt#r Da"a Rendah



Bendahnya faktor daya disebabkan olehbesarnya daya reaktif. 9aya reaktif yangterlalu besar ini tidak memberikan kerja&melainkan diserap oleh saluran dan disimpan

dalam bentuk elektromagnetik. 9enganbesarnya daya reaktif& maka menyebabkanbeberapa kerugian yang antara lain adalah :

1.apasitas penyaluran daya dari saluran

penghantar akan menurun. )ila faktor dayarendah maka arus akan membesar sedangkankapasitas penghantar adalah tetap.

Kerugian !akt#r Da"a Rendah



2.9engan bertambahnya daya reaktif& makakebutuhan akan arus induktifnya akan

menjadi lebih besar sehingga untukmendapatkan daya nyata yang baikdiperlukan penambahan daya semu dan halini berarti harus memperbesar kapasitas

(kebutuhan instalasi listrik! yaitu denganmemperbesar rating pengaman arus lebihdan ukuran penghantar yang lebih besar.Sehingga diperlukan penambahan biaya

yang dengan kata lain mengakibatkankebutuhan listrik yang lebih besar.





TERIMA KASIH

atas perhatiannya

Power Point Mata Kuliah Gejala Medan Tinggi

Documents