TEKNIK TENAGA LISTRIK DAN ELEKTRONIKA
Materi :1. Pendahuluan2. Pandangan singkat masalah Teknik tenaga
Listrik3. Element-element listrik dan Elektronika4. Penggunaan rumus-rumus Kelistrikan dan
Elektronika5. Dasar Mesin-mesin Listrik dalam Industri6. Model system pengendalian mesin-mesin
listrik7. Pembebanan motor-motor dalam Industri8. Stabilisitas sistem
Referensi :1. Arismunandar, A., 1973, Teknik Tenaga Listrik
jilid II, Pradya Paramita, Jakarta2. Bolton W, Mechatronics Electronic Control
Systems In Mechanbical Enginering
3. D. Chattopadhyay., P.C. Rakshit, 1989, Dasar
Elektronika, UI press, Jakarta.
4. H.C. Yohannes., 1979, Dasar-Dasar Elektronika,
Ghalia Indonesia.
5. Thomas Sri Widodo, DEA, Dipl.Ing, 2002,
Elektronika Dasar, Salemba Teknika.
6. Michael Neidle., 1982, Elektrical Instalation Teknology, Macmillan Press Ltd.
1
7. Michael Neidle., 1979, Basic Elektrical Instalations, 2nd Edition, Macmillan Press Ltd.
8. Suyanto M, 2000, Diktat kuliah Instalasi listrik jilid 1, ISTA Jogjakarta.
9. Van Harten P, Setiawan E., 1991, Instalasi Listrik Arus Kuat Jilid III, Bina Cipta, Bandung
10. Zuhal, 1988, Dasar teknik Tenaga listrik Dan elektronika daya, PT Gramedia
Pendahuluan
Piranti-piranti pengontrol otomatis ini sangat
berguna bagi manusia. Apalagi jika ditambah
dengan suatu kecerdasan melalui program yang
ditanamkan dalam sistem tersebut akan semakin
meringankan tugas-tugas manusia. Akan tetapi
secerdas apapun sebuah mesin tentu masih
membutuhkan peranan manusia untuk mengatur
dan mengontrol piranti-piranti ini. Otomasi
kontrol bukan untuk menggantikan sepenuhnya
peranan manusia, tetapi mengurangi peranan
2
dan meringankan tugas-tugas manusia dalam
pengontrolan suatu proses.
Dengan adanya perkembangan teknologi, maka mata kuliah Teknik Tenaga Listrik atau Teknik Kendali (control automatic) memberikan kemudahan dalam :
1. Mendapatkan performansi dari sistem Dinamik,
2. Dapat mempertinggi kualitas produksi 3. Menurunkan biaya produksi, 4. Mempertinggi laju produksi, 5. Dan meniadakan pekerjaan- pekerjaan rutin
yang membosankan, yang harus dilakukan oleh manusia.
Maka dengan mencakup konsep-konsep teori jaringan (Network theori) akan mendapatkan suatu analisis system pengaturan dan pengendalian pada hasil keluaran (output) yang dikehendaki.Dengan demikian didalam permasalahan “Analisis Sistem Teknik” akan dibahas masalah: System dan model system, juga perumusan
matematis system yang ditinjau dan serta cara penyelesaiannya.
Untuk teknik umpan balik (feedback ) adalah merupakan salah satu proses paling dasar dan hampir terdapat di semua system dinamik antara lain :
- Hal-hal yang berkaitan dengan diri manusia
3
- Hubungan antara manusia dengan mesin-mesin
- Peralatan-peralatan yang saling menunjang.
Sehingga system adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama-sama dan dapat menjalannkan tugas-tugas tertentu antara lain:
- Sistem Elektris- Sistem Mekanis- Sistem Thermis- Sistem Biologis
Contoh : Open Loop System
Yaitu : akibat pengaruh output kepada input melalui operator ( Manusia )
Closed loop control System: Yaitu pengaruh output ke input disebut “ feedback “ yang berarti suatu komponen keadaan tiap saat dari output (akibat) diberitaukan ke input ( penyebab ). Jadi “ Input dan output berasama-sama mengatur kerja system sampai output mencapai harga yang diinginkan.
4
I(t)
S t=0
V1+
-
R2
S R OutputInput
Pengatur Penggerak
R
B
+
-
Input Output
Penggerak
Pengukur
B ( bimetal ) : yang terdiri dari dua buah keeping logam yang mempunyai koefisient expansitermal (ά ) yang berlainan dan dilekatkan menjadi satu. Dengan adanya perbedaan expansitermal tersebut, bila bimetal dipanaskan atau didinginkan akan mengalammi perubahan bentuk, atau berubah bentuk sehingga terjadi perubahan pada jari-jari tertentu.
Elemen-elemen Listrik
1. Elemen Listrik Pasif : Adalah elemen listrik yang mempunyai sifat menerima/membutuhkan tegangan listrik. Resistor Capasitor Induktor
2. Elemen Listrik Aktif : Adalah elemen listrik yang mempunyai sifat membangkitkan atau memberikan tenaga listrik. Sumber Arus Sumber tegangan
5
Komponen-komponen Listrik
Resistor : Adalah suatu hambatan dari suatu benda sebagai penghantar atau Isolator.
Besarnya hambatan (Resistansi ) dari bahan dapat dirumuskan sebagai berikut :
Tahanan suatu bahan /material tergantung pada :
dimana : R = Besarnya Hambatan ( Ω )
ρ = Hambatan Jenis (Ωm ) L = Panjang bahan ( m ) A = Luas penampang
( mm2 )
Hambatan yang sengaja dibuat untuk tujuan tertentu misalnya, akan dipakai untuk membatasi arus yang akan mengalir sehingga memberikan tegangan tertentu :Maka dapat dikatakan sebagai penghantar
( Konduktor ): karena mempunyai nilai tahanan yang rendah. Seperti
- Logam- Logam Campuran- Larutan asam
Disebut sebagai Isolator karena mempunyai hambatan isolasi yang tinggi
Misal : Mika, gelas, Karet, PVC
6
Hubungan Tahnan (R ) dengan temperature ( T ) adalah :
Sudut Linear selalu sama pada mumnya, bila temperature naik nilai tahnan ( R ) juga ikut naik. Apabila kenaikkannya linear,maka hubungan antara R dan T
dimana :
R0 = Tahanan pada 00C Rt = Tahanan pada t0C T = Temperature
ά = Koefisien suhu tahanan
7
ά
R
t C
234,5 C
R0
Rt1
t1 ? tC
ά1
R
t C
234,5 C
R0
R2
t2 ? tC
ά2R1
t1
= =
Sumber Arus dan Tegangan
Didalam elemen listrik aktip dapat dikatakan sebagai sumber arus atau sumber tenaga, tetapi untuk penekanan terhadap waktu yang panjang, apakah tegangan atau arus yang konstan.
Untuk sumber Arus, berarti untuk waktu yang lama di,ana besarnya arus dapat dikatakan konstan.
Untuk sumber tegangan, dimana dapat konstan :
8
I = sumber arus DC
I(t) = sumber arus AC
t=0 π 2πt
ФmФmEmax
Emin
V(AC)
t
E
V(dc)
V(dc)
+
Contoh Soal :
a. Tuliskan persamaan system “ Open loop “ untuk V0(tegangan keluaran ) sebagai fungsi dari ( Vin, R1 dan R2 ).
b. Tuliskan persamaan system “ Closed loop “ untuk V0(tegangan keluaran ) sebagai fungsi dari ( Vin, Vout, R1 dan R2 ).
Penyelesaian :
Menurut Hukum Kirchoff I dan II Bahwa ( KCL da KVL )a). “ OPEN LOOP”
b). “CLOSED LOOP”
9
Vin
+I
R1
R2 Vout
S t=0
Besaran-besaran listrik secara umum :Besaran listrik secara umum terdiri dari beberapa komponen
Komponen – komponen listrik
1. Resistansi :
Secara umum fungsi dari komponen resistor
adalah sebagai pengatur kuat arus yang
mengalir. Nilai resistor dinyatakan dalam satuan
ohm (). Resistor dilambangkan dengan huruf R,
sedangkan dalam skema disimbolkan sebagai :
Gambar 1. a. Simbol tahanan tetap
b. Simbol tahanan variabel
Jika resistor (R) dipasang pada tegangan (V) yang
tetap, maka :
10
a b
a. Kuat arus I akan menjadi kecil, bila resistor R
besar.
b. Kuat arus I akan menjadi besar, bila resistor R
kecil.
Menurut hukum ohm I bahwa : volt
maka :
Daya yang dikeluarkan :
watt
Energi (watt detik) dimana :
Sehingga besarnya Energi adalah :
joule
Macam-macam resistor :
a. Resistor tetap, disebut weerstand (bahasa
Belanda) yang kaki-kakinya terletak pada
ujung-ujungnya dan dalam praktek dapat
dipasang bolak-balik. Nilai resistor dinyatakan
dengan warna gelang yang melingkar pada
11
bagian luar resistor tersebut. Kode warna
gelang diciptakan oleh perkumpulan pabrik-
pabrik radio Eropa dan Amerika yang bernama
RMA (Radio Manufactores Association). Setiap
resistor ditandai dengan 4 warna gelang,
dimana warna-warna tersebut melambangkan
angka-angka sebagai berikut :
Hitam : 0 (nol); Coklat: 1 (satu); Merah: 2
(dua); Jingga: 3 (tiga); Kuning : 4 (empat);
Hijau : 5 (lima); Biru: 6 (enam); Ungu: 7
(tujuh);Kelabu : 8 (delapan); Putih: 9
(sembilan)
Warna-warna untuk toleransinya sebagai
berikut :
Emas : 5%
Perak : 10%
Tanpa Warna : 20%
12
Gambar 2. Penunjuk Kode Warna
Keterangan :
Pita pertama melambangkan angka pertama.
Pita kedua melambangkan angka kedua.
Pita ketiga melambangkan banyaknya angka
nol.
Pita warna keempat melambangkan
toleransi.
Contoh :
1) Merah, ungu, jingga, emas ; artinya 27 K
Ohm toleransi 5%.
2) Hijau, biru, coklat, emas ; artinya 560 Ohm
toleransi 5%.
3) Jingga, putih, jingga, perak ; artinya 39 K
Ohm toleransi 10%.
Bila hanya terdapat tiga pita warna, sedang
pita warna keempat tidak ada berarti
toleransinya adalah 20%.
Contoh :
13
Angka PertamaAngka Kedua
Banyak Angka nolToleransi
1) Jingga, putih, merah ; artinya 3 K 9 Ohm
toleransi 20%.
2) Hijau, biru, kuning ; artinya 360 K Ohm
toleransi 20%.
Jika pita warna ketiga itu emas, maka dua
angka yang dilambangkan pita warna pertama
dan kedua dikalikan dengan 0,1 dan bila pita
warna ketiga itu perak pengalinya adalah 0,01.
Contoh :
1) Coklat, hitam, emas ; artinya 1 Ohm
toleransi 20%.
2) Merah, hijau, perak ; artinya 0,25 Ohm
toleransi 20%.
b. Variabel Resistor (VR)
Adalah resistor yang nilai hambatannya
dapat diubah-ubah, variabel resistor dapat
digolongkan menjadi 2 macam :
14
1)Potensimeter, ada 2 macam :
Potensio Linier, ialah potensio yang
apabila kontak gesenya dipindah nilai
hambatannya berubah sesuai dengan
perhitungan linier.
Potensio logaritmis, ialah potensio yang
apabila kontak gesenya dipindah nilai
hambatannya berubah sesuai dengan
perhitungan logaritma.
Potensiometeer kebanyakan dipergunakan
sebagai alat pengatur, misal :
1. Alat pengatur suara (Volume Control)
2. Alat pengatur nada (Tone Control)
3. Alat pengatur nada tinggi (Treble Control)
4. Alat pengatur nada rendah (Bass Control)
15
Gambar 2.3 Potensiometer dan lambangnya
2)Trimmer potensio = Trimpot
Cara merubah nilai hambatan pada
tripot adalah dengan jalan memutar
memakai obeng (drei).
Gambar 2.4 Trimer Potensio dan lambangnya
2.Kapasitor
Kapasitor atau biasa juga disebut
Kodensator, adalah merupakan komponen
elektronika yang dapat menyimpan tenaga listrik
dalam waktu tertentu, tanpa disertai reaksi kimia.
16
A 50 K
Kapasitor berlainan dengan aki, dimana aki juga
dapat menyimpan tenaga listrik, tetapi dengan
disertai reaksi kimia.
Pada dasarnya kapasitor terdiri dari 2 keping
penghantar (konduktor) yang disekat satu
dengan yang lain. Bahan penyekat keping ini
disebut Dielektrika (Gambar 3.5). Berdasarkan
bahan dielektikanya, maka kapasitor dibagi atas
berbagai macam-maca, diantaranya :
a. Kapasitor keramik : jika dielektikanya keramik
b. Kapasitor kertas : jika dielektikanya kertas
c. Kapasitor mika : jika dielektikanya mika
d. Kapasitor elektrolit (elco) : jika dielektikanya
oksida alumunium
e. Kapasitor variable (varco)
f. Kapasitor trimmer
17
Gambar 2.5 Dielektrika Kondensator
Dari bermacam-macam kapasitor
mempunyai kemampuan menyimpan tenaga
listrik yang berbeda-beda. Kemampuan
menyimpan tenaga listrik dari kapasitor disebut
kapasitansi (C), besar muatan (Q) diukur dengan
satuan coulomb. Dan kapasitor yang memperoleh
muatan listrik akan mempunyai tegangan antar
terminal sebesar (V) volt. Kapasitansi dapat
diukur berdasarkan besar muatan yang dapat
disimpan pada suatu kenaikan tegangan.
C = V
Q
Tegangan (V) : Juga untuk
Arus (i) : sehingga
18
Dielektika
Konduktor
Konduktor
Maka :
Permukaan kapasitor yang berhubungan
biasanya berbentuk plat rata. Ukuran kapasitor
bergantung pada luas plat (A), jarak antar plat (d)
dan medium penyekat. Kapasitansi juga dapat
diukur dengan rumus :
C =
Dimana : = o . r
o = permitivitas tempat
r = permitivitas relatif
Daya (P) : P = Vc x i = = watt
Energi (w) yang tersimpan pada kapsitor dapat
dihitung dengan rumus :
Sehingga :
19
Maka Energi mutlak = C V2
Kapasitansi total dapat diubah dengan cara
menghubungkan beberapa kapasitor secara seri
atau pararel. Kapasitor total dapat dikurangi
dengan cara dihubungkan secara seri dan dapat
dicari dengan rumus :
Sedangkan kapasitas total dapat ditambah
dengan cara dihubungkan secara pararel dan
dapat dicari dengan rumus :
CT = C1 + C2 + … + Cn
Satuan kapasitas dari kapasitor itu
dinyatakan dalam farad. 1 farad ialah
kemampuan kapasitor untuk menyimpan tenaga
listrik atau mesin listrik 1 coulomb, apabila
kapasitor itu diberi tegangan listrik 1 volt. Dalam
20
praktek, dibuat satuan-satuan yang lebih kecil,
yaitu :
1 mikrofarad ( fd) = 10-6 farad
1 nanofarad (nf) = 10-9 farad
1 pikofarad (pfd) = 10-12 farad
Disamping untuk menyimpan tenaga atau
muatan listrik, kapasitor juga dapat digunakan
untuk :
a. Peredam bunga api (kapasitor keramik)
b. Perata denyut arus listrik (kapasitor elektrolit)
c. Rangkaian resonansi dalam tuning sirkuit, atau
mencari gelombang radio (kapasitor variable)
d. Menggeser gelombang atau menepatkan
frekuensi (kapasitor trimmer)
3.Transformator
21
Transformator atau biasa disebut dengan
trafo adalah alat untuk mengubah tegangan
bolak-balik menjadi lebih tinggi atau lebih rendah
dan digunakan untuk memindahkan energi dari
suatu rangkaian listrik ke rangkaian berikutnya
tanpa merubah frekuensi.
Dalam aplikasinya trafo dapat dibedakan
menjadi 2 macam yaitu :
1. Transformator Step-Up atau tranformator
penaik tegangan adalah tranformator yang
digunakan untuk menaikkan tegangan dari
rendah ke tegangan yang lebih tinggi.
2. Transformator Step-Down atau transformator
penurun tegangan adalah transformator yang
digunakan untuk menurunkan tegangan dari
tinggi ke tegangan yan lebih rendah.
Cara kerja transformator adalah sebagai berikut :
22
1. Jika kumparan primer dihubungkan dengan
sumber tegangan arus AC, maka pada
kumparan primer timbul garis-garis gaya
magnet yang berubah-ubah.
2. Perubahan garis-garis gaya dari kumparan
primer ini menginduksi kumparan sekunder
sehingga pada kumparan sekunder timbul arus
bolak-balik.
Dengan memilih jumlah lilitan yang sesuai
untuk tiap kumparan dapat dihasilkan GGL
kumparan sekunder yang berbeda dengan GGL
kumparan primer. Hubungan GGL atau tegangan
primer (Vp) tegangan sekunder (Vs), jumlah
lilitan kumparan primer (np) dan jumlah lilitan
kumparan sekunder (ns) dapat dinyatakan
dengan rumus :
23
yang biasa disebut dengan perbandingan
transformasi. Dengan memperhatikan
perbandingan transformasi kita dapat
mengetahui jenis dari transformator tersebut
apakah trafo Step-Up atau Step-Down.
Pada transformator terdiri dari banyak belitan, sehinga dapat dipandang sebagai Induktor, dengan demikian dapat diuraikan sebagai berikut :
Induktor mempunyai tegangan (V) :
Dimana : ( i) menyatakan sebagai fungsi waktu (t)
(L) menyatakan panjang lilitan (H)
Sehingga besarnya arus adalah
Besarnya daya (P) : maka = watt
Energi yang tersimpan (w) : maka
24
Sehingga : maka (Energi) adalah
joule
25
Top Related