Teknik Tenaga Listrik

1. SISTEM TENAGA LISTRIK

1.1. Elemen Sistem Tenaga

Salah satu cara yang paling ekonomis, mudah dan aman untuk mengirimkan energi adalah melalui bentuk energi listrik. Pada pusat pembangkit, sumberdaya energi primer seperti bahan baker fosil (minyak, gas alam, dan batubara), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energi listrik. Generator sinkron mengubah energi mekanis yang dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik.

Melalui transformator penaik tegangan (step-up transformer), energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Peningkatan tegangan dimaksudkan untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi yang dengan demikian berarti rugi-rugi panas (heat-loss) I2R dapat dikurangi. Ketika saluran transmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut kembali diturunkan menjadi tegangan menengah, melalui transformator penurun tegangan (step-down transformer).
Di pusat-pusat beban yang terhubung dengan saluran distribusi, energi listrik ini diubah menjadi bentuk-bentuk energi terpakai lainnya seperti energi mekanis (motor), penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya.

Satuan listrik :

Arus listrik (I) => ampere

Tegangan listrik (V) = beda potensial => volt

Tahanan (R) = resistansi => ohm

Reaktansi (X)=> ohm

Impedansi (Z)= R ± jX => ohm

Daya (S) = P ± jQ => volt ampere

Daya aktif (P) => watt

Daya reaktif (Q) => volt ampere reaktif

Energi (E) => watt-hour (watt-jam)

Faktor daya (cos j) => tidak ada satuan


1.2.Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)

Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan bahan bakar minyak, gas alam, atau batubara untuk membangkitkan panas dan uap pada BOILER. Uap ini kemudian dipergunakan untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah generator sinkron. Uap yang telah melalui turbin kemudian menjadi uap bertekanan dan bersuhu rendah. Uap ini kemudian dilewatkan melalui kondenser yang menyerap panas uap tersebut sehingga uap tersebut berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler.

1.3.Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)

Sebagaimana halnya Pusat Listrik Tenaga Diesel, PLTG merupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal combustion). Bahan baker berupa minyak atau gas alam dibakar di dalam ruang pembakar (combustor). Udara yang memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama-sama dengan bahan baker disemprotkan ke ruang pembakar untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas sebagai hasil pembakaran ini kemudian bekerja sebagai fluida yang memutar roda turbin yang terkopel dengan generator sinkron.



1.4. Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

Pada reactor air tekan (pressurized water reactor) terdapat dua rangkaian yang seolah-olah terpisah. Pada rangkaian pertama bahan baker uranium-235 yang diperkaya dan tersusun dalam pipa-pipa berkelompok, disundut untuk menghasilkan panas dalam reactor. Karena air dalam bejana penuh, maka tidak terjadi pembentukan uap, melainkan air menjadi panas dan bertekanan. Air panas yang bertekanan tersebut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui suatu generator uap yang terbuat dari baja. Generator uap ini kemudian menghasilkan uap yang memutar turbin dan proses selanjutnya mengikuti siklus tertutup sebagaimana berlangsung pada turbin uap PLTU.

1.5.Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)

Penggunaan tenaga air mungkin merupakan bentuk konversi energi tertua yang pernah dikenal manusia. Perbedaan vertical antara batas atas dengan batas bawah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetic yang kemudian mendesak sudu-sudu turbin. Bergantung kepada tinggi terjun dan debit air, dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton, Francis dan Kaplan.

2.DASAR ELEKTROMEKANIK

2.1.Konversi Energi Elektromekanik

Konversi energi baik dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator) berlangsung melalui medium medan magnet. Energi yang akan diubah dari satu system ke system lainnya, sementara akan tersimpan pada medium medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi system lainnya. Dengan demikian, medan magnet di sini selain berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi juga sekaligus sebagai medium untuk mengkopel perubahan energi.
Dengan mengingat hukum kekekalan energi, proses konversi energi elektromekanik dapat dinyatakan sebagai berikut (untuk motor):
(Energi Listrik sebagai input) = (Energi Mekanik sebagai output + Energi panas) + (Energi pada medan magnet dan rugi-rugi magnetic)
atau dalam persamaan differensial, konversi energi dari elektris ke mekanis adalah sebagai berikut:

dWE = dWM + dWF

Ini hanya berlaku ketika proses konversi energi sedang berlangsung pada keadaan dinamis yang transient. Untuk keadaan tunak, dimana fluks merupakan harga yang konstan, maka

dWF = 0

dWE = dWM

2.2.Gaya Gerak Listrik

Apabila sebuah konduktor digerakkan tegak lurus sejauh ds memotong suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B, maka perubahan fluks pada konduktor dengan panjang efektif l adalah:

df = B l ds

Dari Hukum Faraday diketahui bahwa gaya gerak listrik (ggl)

E = df/dt

Maka e = B l ds/dt; dimana ds/dt = v = kecepatan

Jadi, e = B l v

2.3.Kopel

Arus listrik I yang dihasilkan di dalam suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B akan menghasilkan suatu gaya F sebesar:

F = B I l

Jika jari-jari rotor adalah r, maka kopel yang dibangkitkan adalah

T = F r

Perlu diingat bahwa saat gaya F dibangkitkan, konduktor bergerak di dalam medan magnet da seperti diketahui akan menimbulkan gaya gerak listrik yang merupakan reaksi (lawan) terhadap tegangan penyebabnya. Agar proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik (motor) dapat berlangsung, tegangan sumber harus lebih besar daripada gaya gerak listrik lawan.

Begitu pula, suatu gerak konduktor di dalam medan magnet akan membangkitkan tegangan e = B l V dan bila dihubungkan dengan beban, akan mengalir arus listrik I atau energi mekanik berubah menjadi energi listrik (generator). Arus listrik yang mengalir pada konduktor tadi merupakan medan magnet pula dan akan berinteraksi dengan medan magnet yang telah ada (B). Interaksi medan magnet merupakan gaya reaksi (lawan) terhadap gerak mekanik yang diberikan. Agar konversi energi mekanik ke energi listrik dapat berlangsung, energi mekanik yang diberikan haruslah lebih besar dari gaya reaksi tadi.

2.4.Mesin Dinamik Elementer

Pada umumnya mesin dinamik terdiri atas bagian yang berputar disebut rotor dan bagian yang diam disebut stator. Di antara rotor dan stator terdapat celah udara. Stator merupakan kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu dan rotor merupakan kumparan jangkar dengan belitan konduktor yang saling dihubungkan ujungnya (lihat gambar) untuk mendapatkan tegangan induksi (ggl).




Jika kumparan rotor diputar dengan arah berlawanan dari arah jarum jam, tegangan akan dibangkitkan dengan arah yang berlawanan pada kedua ujung rotor yang tidak dihubungkan.
Simulasi mesin dinamis (generator) dapat dilihat pada situs ini.

http://www.sciencejoywagon.com/physicszone/lesson/otherpub/wfendt/generatorengl.htm

2.5.Interaksi Medan Magnet

Kerja suatu mesin dinamis dapat juga dilihat dari segi adanya interaksi antar medan magnet stator dan rotor, yaitu:

F = B I l

Seperti diketahui, arus listrik (I) pada persamaan di atas akan menimbulkan fluks juga di sekitar konduktor yang dilalui. Bila kerapatan fluks akibat arus listrik dinyatakan dengan Bs (pada stator), sedang kerapatan fluks akibat kumparan medan adalah Br (pada rotor), maka dapat dituliskan:

T = K Br Bs sin d

Dimana

d adalah sudut antara kedua sumbu medan magnet Br dan Bs

K adalah konstanta l x r

Sudut d dikenal sebagai sudut kopel atau sudut daya dengan harga maksimum d = 90o. Dengan menganggap Br dan Bs sebagai fungsi arus rotor dan arus stator, persamaan kopel menjadi:

T = K Ir Is sin d

Dengan demikian, kopel terjadi sebagai interaksi antara dua medan magnet atau dua arus.

2.6.Derajat Listrik

Pada setiap satu kali putaran mesin, tegangan induksi yang ditimbulkan sudah menyelesaikan p/2 kali putaran. Maka untuk mesin 4 kutub, satu kali putaran mekanik mesin (360o) berarti sama dengan dua kali putaran listrik (720o). Persamaan umumnya adalah sebagai berikut:

qe = (p/2) qm

p = jumlah kutub mesin

qe = sudut listrik

qm = sudut mekanik


2.7.Frekuensi

Dari persamaan di atas, diketahui bahwa untuk setiap satu siklus tegangan listrik yang dihasilkan, mesin telah menyelesaikan p/2 kali putaran. Karena itu frekuensi gelombang tegangan adalah:

f = (p/2) (n/60)

n = rotasi per menit

n/60 = rotasi perdetik

Kecepatan sinkron untuk mesin arus bolak-balik lazim dinyatakan dengan

ns = 120 (f/p)

Jadi misalnya untuk generator sinkron yang bekerja dengan frekuensi 50 putaran per detik dan mempunyai jumlah kutub p=2, maka kecepatan berputar mesin tersebut adalah:

ns = (120 x 50)/2 = 3000 rpm.

Sumber lainnya tentang elektromagnetik:

http://www.physics.uiowa.edu/~umallik/adventure/induction.htm

3.MOTOR INDUKSI

Motor induksi merupakan motor arus bolak balik (ac) yang paling luas penggunaannya. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relative antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.

Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns = 120f/2p). Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga terinduksi arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan ikut berputar mengikuti medan putar stator.

Perbedaan putaran relative antara stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan memperbesar kopel motor, yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi , bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun. Dikenal dua tipe motor induksi yaitu motor induksi dengan rotor belitan dan rotor sangkar.




Gambar motor induksi.

Sumber : http://www.automatedbuildings.com/news/jul01/art/abbd/abbd.htm
3.1. Medan Putar

Sumber : http://www.tpub.com/doeelecscience/electricalscience2144.htm

Sebelum kita membahas bagaimana rotating magnetic field (medan putar) menyebabkan sebuah motor berputar, marilah kita tinjau bagaimana medan putar ini dihasilkan. Gambar berikut menunjukkan sebuah stator tiga fasa dengan suplai arus bolak balik tiga fasa pula.

Belitan stator terhubung wye (Y). Dua belitan pada masing-masing fasa dililitkan dalam arah yang sama. Sepanjang waktu, medan magnet yang dihasilkan oleh setiap fasa akan tergantung kepada arus yang mengalir melalui fasa tersebut. Jika arus listrik yang melalui fasa tersebut adalah nol (zero), maka medan magnet yang dihasilkan akan nol pula. Jika arus mengalir dengan harga maksimum, maka medan magnet berada pada harga maksimum pula. Karena arus yang mengalir pada system tiga fasa mempunyai perbedaan 120o, maka medan magnet yang dihasilkan juga akan mempunyai perbedaan sudut sebesar 120o pula.

Ketiga medan magnet yang dihasilkan akan membentuk satu medan, yang akan beraksi terhadap rotor. Untuk motor induksi, sebuah medan magnet diinduksikan kepada rotor sesuai dengan polaritas medan magnet pada stator. Karenanya, begitu medan magnet stator berputar, maka rotor juga berputar agar bersesuaian dengan medan magnet stator.


Gambar belitan stator tiga fasa.

Pada sepanjang waktu, medan magnet dari masing-masing fasa bergabung untuk menghasilkan medan magnet yang posisinya bergeser hingga beberapa derajat. Pada akhir satu siklus arus bolak balik, medan magnet tersebut telah bergeser hingga 360o, atau satu putaran. Dan karena rotor juga mempunyai medan magnet berlawanan arah yang diinduksikan kepadanya, rotor juga akan berputar hingga satu putaran. Penjelasan mengenai ini dapat dilihat pada gambar selanjutnya.

Putaran medan magnet dijelaskan pada gambar di bawah dengan “menghentikan” medan tersebut pada enam posisi. Tiga posisi ditandai dengan interval 60o pada gelombang sinus yang mewakili arus yang mengalir pada tiga fasa A,B, dan C. Jika arus mengalir dalam suatu fasa adalah positif, medan magnet akan menimbulkan kutub utara pada kutub stator yang ditandai dengan A’, B’, dan C’.



Gambar putaran motor induksi dan medan putar.

Pada posisi T1, arus pada fasa C berada pada harga positif maksimumnya. Pada saat yang sama, arus pada fasa A dan B berada pada separuh harga negative maksimumnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk secara vertical dengan arah ke bawah, dengan kekuatan medan maksimum terjadi sepanjang fasa C, antara kutub C (utara) dengan C’ (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah yang dihasilkan sepanjang fasa A dan B, dengan kutub-kutub A’ dan B’ menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub A dan B menjadi kutub-kutub selatan.

Pada posisi T2, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak 60 derajat listrik. Pada posisi ini, arus dalam fasa A telah naik hingga harga negative maksimumnya. Arus pada fasa B mempunya arah yang berlawanan dan berada pada separuh harga maksimum positifnya. Begitu pula arus pada fasa C telah turun hingga separuh dari harga maksimum positifnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk ke kiri arah bawah, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa A, antara kutub-kutub A’ (utara) dan A (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah yang timbul sepanjang fasa B dan C, dengan kutub-kutub B dan C menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub B’ dan C’ menjadi kutub-kutub selatan. Di sini terlihat bahwa medan magnet pada stator motor secara fisik telah berputar sebanyak 60o.

Pada posisi T3, gelombang sinus arus berputar lagi 60 derajat listrik dari posisi sebelumnya hingga total rotasi pada posisi ini sebesar 120 derajat listrik. Pada posisi ini, arus dalam fasa B telah naik hingga mencapai harga positif maksimumnya. Arus pada fasa A telah turun hingga separuh dari harga negative maksimumnya, sementara arus pada fasa C telah berbalik arah dan berada pada separuh harga negative maksimumnya pula. Medan magnet yang dihasilkan mengarah ke atas kiri, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa B, antara kutub B (utara) dan B’ (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah sepanjang fasa A dan C, dengan kutub-kutub A’ dan C’ menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub A dan C menjadi kutub-kutub selatan. Sehingga terlihat di sini bahwa medan magnet pada stator telah berputar 60o lagi dengan total putaran sebesar 120o.

Pada posisi T4, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak 180 derajat listrik dari titik T1 sehingga hubungan antara arus-arus fasa adalah indentik dengan posisi T1 kecuali bahwa polaritasnya telah berbalik. Karena fasa C kembali pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa C kembali berada pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa C akan memiliki kekuatan medan maksimum. Meskipun demikian, dengan arus yang mengalir dalam arah yang berlawanan pada fasa C, medan magnet yang timbul mempunyai arah ke atas antara kutub C’ (utara) dan C (selatan). Terlihat bahwa medan magnet sekarang telah berotasi secara fisik sebanyak 180o dari posisi awalnya.

Pada posisi T5, fasa A berada pada harga positif maksimumnya, yang menghasilkan medan magnet ke arah atas sebelah kanan. Kembali, medan magnet secara fisik telah berputar 60o dari titik sebelumnya sehingga total rotasi sebanyak 240o. Pada titik T6, fasa B berada pada harga maksimum negative yang menghasilkan medan magnet ke arah bawah sebelah kanan. Medan magnet pun telah berotasi sebesar 60o dari titik T5 sehingga total rotas adalah 300o.

Akhirnya, pada titik T7, arus kembali ke polaritas dan nilai yang sama seperti pada Posisi T1. Karenanya, medan magnet yang dihasilkan pada posisi ini akan identik dengan pada posisi T1. Dari pembahasan ini, terlihat bahwa untuk satu putaran penuh gelombang sinus listrik (360o), medan magnet yang timbul pada stator sebuah motor juga berotasi satu putaran penuh (360o). Sehingga, dengan menerapkan tiga-fasa AC kepada tigfa belitan yang terpisah secara simetris sekitar stator, medan putar (rotating magnetic field) juga timbul.

3.2.SLIP

Jika arus bolak balik dikenakan pada belitan stator dari sebuah motor induksi, sebuah medan putar timbul. Medan putar ini memotong batang rotor dan menginduksikan arus kepada rotor. Arah aliran arus ini dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri untuk generator.

Arus yang diinduksikan ini akan menghasilkan medan magnet di sekitar penghantar rotor, berlawanan polaritas dari medan stator, yang akan mengejar medan magnet pada stator. Karena medan pada stator terus menerus berputar, rotor tidak pernah dapat menyamakan posisi dengannya alias selalu tertinggal dan karenanya akan terus mengikuti putaran medan pada stator sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah ini.



Gambar Induction Motor

Dari penjelasan di atas, terlihat bahwa rotor pada motor induksi tidak pernah dapat berputar dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan medan putar. Jika kecepatan rotor sama dengan keceparan medan putar stator, maka tidak ada gerak relatif antara keduanya, dan tidak akan ada induksi EMF kepada rotor. Tanpa induksi EMF ini, tidak akan ada interaksi medan yang diperlukan untuk menimbulkan gerak. Rotor, karenanya ahrus berputar dengan kecepatan yang lebih rendah dari kecepatan medan putar stator jika gerak relatif tersebut harus ada antara keduanya.

Persentase perbedaan antara kecepatan rotor dan kecepatan medan putar disebut dengan slip. Semakin kecil slip, semakin dekat pula kecepatan rotor dengan kecepatan medan putar. Persen slip dapat dicari menggunakan Equation (12-1).



dimana



NS= kecepatan sinkron (rpm) NR= kecepatan rotor (rpm)

Kecepatan medan putar atau kecepatan sinkron dari suatu motor dapat dicari dengan menggunakan Equation (12-2).



dimana



Contoh: Sebuah motor induksi dua kutub, 60 Hz, mempunyai kecepatan pada beban penuh sebesar 3554 rpm. Berapakah persentase slip pada beban penuh?

Solusi:



3.3.Torque

Torque motor induksi AC tergantug kepada kekuatan medan rotor dan stator yang saling berinteraksi dan hubungan fasa antara keduanya. Torque dapat dihitung dengan Equation (12-3).



dimana



Selama operasi normal, K,, dan cos adalah konstan, sehingga torque berbanding lurus dengan arus rotor. Arus rotor meningkat dengan proporsi yang sama dengan slip. Perubahan torque terhadap slip menunjukkan bahwa begitu slip naik dari nol hingga –10%, torque naik secara linier. Begitu torque dan slip naik melebihi torque beban penuh, maka torque akan mencapai harga maksimum sekitar 25% slip. Torque maksimum disebut breakdown torque motor. Jika beban dinaikkan melebihi titik ini, motor akan stall dan segera berhenti. Umumnya, breakdown torque bervariasi dari 200 hingga 300% torque beban penuh. Torque awal (starting torque) adalah nilai torque pada 100% slip dan normalny 150 hingga 200% torque beban penuh. Seiring dengan pertambahan kecepatan dari rotor, torque akan naik hingga breakdown torque dan turun mencapai nilai yang diperlukan untuk menarik beban motor pada kecepatan konstan, biasanya antara 0 – 10%. Gambar berikut menunjukkan karakteristik Torque terhadap slip.



3.4.Motor Satu Fasa

Jika dua belitan stator dengan impedansi yang tidak sama dipisahkan sejauh 90 derajat listrik dan terhubung secara parallel ke sumber satu fasa, medan yang dihasilkan akan tampak berputar. Ini disebut dengan pemisahan fasa (phase splitting).



Pada motor fasa terpisah (split-phase motor), dipergunakanlah lilitan starting untuk penyalaan. Belitan ini mempunyai resistansi yang lebih tinggi dan reaktansi yang lebih rendah dari belitan utama. Jika tegangan yang sama VT dikenakan pada belitan starting dan utama, arus pada belitan utama (IM) tertinggal dibelakang arus pada belitan starting (IS). Sudut antara kedua belitan mempunyai beda fasa yang cukup untuk menimbulkan medan putar untuk menghasilkan torque awal (starting torque). Ketika motor mencapai 70 hingga 80% dari kecepatan sinkron, saklar sentrifugal pada sumbu motor membuka dan melepaskan belitan starting. Motor satu fasa biasanya digunakan untuk aplikasi kecil seperti peralatan rumah tangga (contoh mesin pompa).

3.5.Motor Sinkron

Motor sinkron serupa dengan motor induksi pada mana keduanya mempunyai belitan stator yang menghasilkan medan putar. Tidak seperti motor induksi, motor sinkron dieksitasi oleh sebuah sumber tegangan dc di luar mesin dan karenanya membutuhkan slip ring dan sikat (brush) untuk memberikan arus kepada rotor. Pada motor sinkron, rotor terkunci dengan medan putar dan berputar dengan kecepatan sinkron. Jika motor sinkron dibebani ke titik dimana rotor ditarik keluar dari keserempakannya dengan medan putar, maka tidak ada torque yang dihasilkan, dan motor akan berhenti. Motor sinkron bukanlah self-starting motor karena torque hanya akan muncul ketika motor bekerja pada kecepatan sinkron; karenanya motor memerlukan peralatan untuk membawanya kepada kecepatan sinkron.

Motor sinkron menggunakan rotor belitan. Jenis ini mempunyai kumparan yang ditempatkan pada slot rotor. Slip ring dan sikat digunakan untuk mensuplai arus kepada rotor.
Penyalaan Motor Sinkron

Sebuah motor sinkron dapat dinyalakan oleh sebuah motor dc pada satu sumbu. Ketika motor mencapai kecepatan sinkron, arus AC diberikan kepada belitan stator. Motor dc saat ini berfungsi sebagai generator dc dan memberikan eksitasi medan dc kepada rotor. Beban sekarang boleh diberikan kepada motor sinkron. Motor sinkron seringkali dinyalakan dengan menggunakan belitan sangkar tupai (squirrel-cage) yang dipasang di hadapan kutub rotor. Motor kemudian dinyalakan seperti halnya motor induksi hingga mencapai –95% kecepatan sinkron, saat mana arus searah diberikan, dan motor mencapai sinkronisasi. Torque yang diperlukan untuk menarik motor hingga mencapai sinkronisasi disebut pull-in torque.

Seperti diketahui, rotor motor sinkron terkunci dengan medan putar dan harus terus beroperasi pada kecepatan sinkron untuk semua keadaan beban. Selama kondisi tanpa beban (no-load), garis tengah kutub medan putar dan kutub medan dc berada dalam satu garis (gambar dibawah bagian a). Seiring dengan pembebanan, ada pergeseran kutub rotor ke belakang, relative terhadap kutub stator (gambar bagian b). Tidak ada perubahan kecepatan. Sudut antara kutub rotor dan stator disebut sudut torque


Gambar sudut torque (torque angle)

Jika beban mekanis pada motor dinaikkan ke titik dimana rotor ditarik keluar dari sinkronisasi , maka motor akan berhenti. Harga maksimum torque sehingga motor tetap bekerja tanpa kehilangan sinkronisasi disebut pull-out torque.

4.GENERATOR AC (ALTERNATOR)

Hampir semua tenaga listrik yang dipergunakan saat ini bekerja pada sumber tegangan bolak balik (ac), karenanya, generator ac adalah alat yang paling penting untuk menghasilkan tenaga listrik. Generator ac, umumnya disebut alternator, bervariasi ukurannya sesuai dengan beban yang akan disuplai. Sebagai contoh, alternator pada PLTA mempunyai ukuran yang sangat besar, membangkitkan ribuan kilowatt pada tegangan yang sangat tinggi. Contoh lainnya adalah alternator di mobil, yang sangat kecil sebagai perbandingannya. Beratnya hanya beberapa kilogram dan menghasilkan daya sekitar 100 hingga 200 watt, biasanya pada tegangan 12 volt.

Sumber lain : http://www.rowand.net/Shop/Tech/AlternatorGeneratorTheory.htm

4.1.Dasar-dasar Generator AC

Berapapun ukurannya, semua generator listrik, baik ac maupun dc, bergantung kepada prinsip induksi magnet. EMF diinduksikan dalam sebuah kumparan sebagai hasil dari (1) kumparan yang memotong medan magnet, atau (2) medan magnet yang memotong sebuah kumparan. Sepanjang ada gerak relative antara sebuah konduktor dan medan magnet, tegangan akan diinduksikan dalam konduktor. Bagian generator yang mendapat induksi tegangan adalah armature. Agar gerak relative terjadi antara konduktor dan medan magnet, semua generator haruslah mempunyai dua bagian mekanis yaitu rotor dan stator.

ROTATING-ARMATURE ALTERNATOR

Alternator armature bergerak (rotating-armature alternator) mempunyai konstruksi yang sama dengan generator dc yang mana armature berputar dalam sebuah medan magnet stasioner. Pada generator dc, emf dibangkitkan dalam belitan armature dan dikonversikan dari ac ke dc dengan menggunakan komutator (sebagai penyearah). Pada alternator, tegangan ac yang dibangkitkan tidak diubah menjadi dc dan diteruskan kepada beban dengan menggunakan slip ring. Armature yang bergerak dapat dijumpai pada alternator untuk daya rendah dan umumnya tidak digunakan untuk daya listrik dalam jumlah besar.

ROTATING-FIELD ALTERNATORS

Alternator medan berputar mempunyai belitan armature yang stasioner dan sebuah belitan medan yang berputar. Keuntungan menggunakan system belitan armature stasioner adalah bahwa tegangan yang dihasilkan dapat dihubungkan langsung ke beban.

Jenis armature berputar memerlukan slip ring dan sikat untuk menghantarkan arus dari armature ke beban. Armature, sikat dan slip ring sangat sulit untuk diisolasi, dan percikan bunga api dan hubung singkat dapat terjadi pada tegangan tinggi. Karenanya, alternator tegangan tinggi biasanya menggunakan jenis medan berputar. Karena tegangan yang dikenakan pada medan berputar adalah tegangan searah yang rendah, problem yang dijumpai pada tegangan tinggi tidak terjadi.

Armature stasioner, atau stator, pada alternator jenis ini mempunyai belitan yang dipotong oleh medan putar (rotating magnetic field). Tegangan yang dibangkitkan pada armature sebagai hasil dari aksi potong ini adalah tegangan ac yang akan dikirimkan kepada beban.

Stator terdiri dari inti besi yang dilaminasi dengan belitan armature yang melekat pada inti ini.


Sumber : http://www.adtdl.army.mil/cgi-bin/atdl.dll/fm/55-509-1/Ch13.htm

4.2.Fungsi-Fungsi Komponen Alternator

Secara umum generator ac medan berputar terdiri atas sebuah alternator dan sebuah generator dc kecil yang dibangun dalam satu unit. Keluaran dari alternator merupakan tegangan ac untuk menyuplai beban dan generator dc dikenal sebagai exciter untuk menyuplai arus searah bagi medan putar.


Gambar generator ac dan schematic-nya

Exciter adalah sebuah generator dc eksitasi sendiri dengan belitan shunt. Medan exciter menghasilkan intensitas fluks magnetic antara kutub-kutubnya. Ketika armature exciter berotasi dalam fluks medan exciter, tegangan diinduksikan dalam belitan armature exciter. Keluaran dari komutator exciter dihubungkan melalui sikat dan slip ring ke medan alternator. Karena arusnya adalah arus searah, maka arus selalu mengalir dalam satu arah melalui medan alternator. Sehingga, medan magnet dengan polaritas tetap selalu terjadi sepanjang waktu dalam belitan medan alternator. Ketika alternator diputar, fluks magnetiknya dilalukan sepanjang belitan armature alternator. Tegangan bolak balik pada belitan armature generator ac dihubungkan ke beban melalui terminal.



PRIME MOVER (Penggerak Utama)

Semua generator, besar dan kecil, ac dan dc, membutuhkan sebuah sumber daya mekanik untuk memutar rotornya. Sumber daya mekanis ini disebut prime mover. Prime mover dibagi dalam dua kelompok yaitu untuk high-speed generator dan low-speed generator. Turbin gas dan uap pada PLTG dan PLTU adalah penggerak utama berkecepatan tinggi sementara mesin pembakaran dalam (internal combustion engine), air pada PLTA dan motor listrik dianggap sebagai prime mover berkecepatan rendah.

Jenis prime mover memainkan peranan penting dalam desain alternator karena kecepatan pada mana rotor diputar menentukan karakteristik operasi dan konstruksi alternator.

ROTOR ALTERNATOR

Ada dua jenis rotor yang digunakan untuk alternator medan berputar yaitu turbine-driven dan salient-pole rotor. Jenis turbine-driven digunakan untuk kecepatan tinggi dan salient-pole untuk kecepatan rendah. Belitan pada turbine-driven rotor disusun sedemikian rupa sehingga membentuk dua atau empat kutub yang berbeda. Belitan-belitan tersebut dilekatkan erat-erat di dalam slot agar tahan terhadap gaya sentrifugal pada kecepatan tinggi.

Salient-pole rotor seringkali terdiri dari beberapa kutub yang dibelit terpisah, dibautkan pada kerangka rotor. Salient-pole rotor mempunyai diameter yang lebih besar dari turbine-driven rotor. Pada putaran per menit yang sama, salient-pole memiliki gaya sentrifugal yang lebih besar. Untuk menjaga keamanan dan keselatan sehingga belitannya tidak terlempar keluar mesin, salient-pole hanya digunakan pada aplikasi keceparan rendah.

4.3.Karakteristik Alternator dan Batasannya

Alternator di-rating berdasarkan tegangan yang dihasilkannya dan arus maksimum yang mampu diberikannya. Arus maksimum tergantung kepada rugi-rugi panas dalam armature. Rugi panas ini (rugi daya I2R) akan memanaskan konduktor, dan jika berlebihan akan merusak isolasi. Karenanya, alternator di-rating sesuai dengan arus ini dan tegangan keluarannya – dalam volt-ampere atau untuk skala besar dalam kilovolt-ampere.

Informasi mengenai kecepatan rotasinya, tegangan yang dihasilkan, batas arusnya dan karakteristik lainnya biasanya ditempelkan pada badan mesin – nameplate.

4.4.Frekuensi

Frekuensi keluaran dari tegangan alternator tergantung kepada kecepatan rotasi dari rotor dan jumlah kutubnya. Semakin cepat, semakin tinggi pula frekuensinya. Semakin lambat, semakin rendah pula frekuensinya. Semakin banyak kutub pada rotor, semakin tinggi pula frekuensinya pada kecepatan tertentu.

Ketika rotor telah berotasi beberapa derajat sehingga dua kutub berdekatan (utara dan selatan) telah melewati satu belitan, tegangan yang diinduksikan dalam belitan tersebut akan bervariasi hingga selesai satu siklus. Untuk suatu frekuensi yang ditentukan, semakin banyak jumlah kutub, semakin lambat kecepatan putaran. Prinsip ini dapat dijelaskan sebagai berikut, misalkan; sebuah generator dua kutub harus berotasi dengan kecepatan empat kali lipat dari kecepatan generator delapan kutub untuk menghasilkan frekuensi yang sama dari tegangan yang dibangkitkan. Frekuensi pada semua generator ac dalam satuan hertz (Hz), yaitu banyaknya siklus per detik, berkaitan dengan jumlah kutub dan kecepatan rotasi sesuai dengan persamaan berikut:

dimana P adalah jumlah kutub, N adalah kecepatan rotasi dalam revolusi per menit (rpm) dan 120 adalah sebuah konstanta untuk konversi dari menit ke detik dan dari jumlah kutub ke jumlah pasangan kutub. Sebagai contoh, sebuah alternator dua kutub, 3600 rpm mempunyai frekuensi 60 Hz, ditentukan sebagai berikut:

Sebuah generator empat kutub dengan kecepatan 1800 rpm juga bekerja pada frekuensi 60 Hz.
Sebuah generator enam kutub 500 rpm mempunyai frekuensi

Sebuah generator 12 kutub dengan kecepatan 4000 rpm mempunyai frekuensi

4.5.Pengaturan Tegangan

Sebagaimana yang telah kita lihat, ketika beban pada generator berubah, tegangan terminal pun ikut berubah. Besarnya perubahan tergantung pada desain generator.

Pengaturan tegangan pada sebuah alternator adalah perubahan tegangan dari beban penuh ke tanpa beban, dinyatakan sebagai persentase tegangan beban penuh, ketika kecepatan dan arus medan dc tetap konstan.

Anggap bahwa tegangan tanpa beban generator adalah 250 volt dan tegangan beban penuh adalah 220 volt. Persen regulasi adalah:

Untuk diingat, bahwa semakin kecil persentase regulasi, semakin baik pula regulasinya untuk kebanyakan aplikasi.

4.6.Prinsip Pengaturan Tegangan AC

Di dalam sebuah alternator, tegangan bolak balik diinduksikan dalam belitan armature ketika medan magnet melewati belitan ini. Besarnya tegangan yang diinduksikan ini tergantung kepada tiga hal yaitu: (1) jumlah konduktor dengan hubungan seri pada setiap belitan, (2) kecepatan (rpm generator) pada mana medan magnet memotong belitan, dan (3) kekuatan medan magnet. Salah satu dari factor ini dapat digunakan untuk pengaturan tegangan yang diinduksikan dalam belitan alternator.

Jumlah belitan, tentu saja tidak berubah tetap ketika alternator diproduksi. Juga, jika frekuensi keluaran harus konstan, maka kecepatan medan putar haruslah konstan pula. Ini mengakibatkan penggunaan rpm alternator untuk pengaturan tegangan keluaran menjadi tidak diperbolehkan.

Sehingga, metode praktis untuk melakukan pengaturan tegangan adalah dengan mengatur kekuatan medan putar. Kekuatan medan elektromagnetik ini dapat berubah seiring dengan perubahan besarnya arus yang mengalir melalui kumparan medan. Ini dapat dicapai dengan mengubah-ubah besarnya tegangan yang dikenakan pada kumparan medan.

4.7.Operasi Paralel Alternator

Alternator dapat dihubungkan secara parallel untuk (1) meningkatkan kapasitas keluaran dari suatu system melebihi apa yang didapat dari satu unit, (2) berfungsi sebagai daya cadangan tambahan untuk permintaan yang suatu ketika bertambah, atau (3) untuk pemadaman satu mesin dan penyalaan mesin standby tanpa adanya pemutusan aliran daya.

Ketika alternator-alternator yang sedang beroperasi pada frekuensi dan tegangan terminal yang berbeda, kerusakan parah dapat terjadi jika alternator-alternator tersebut secara mendadak dihubungkan satu sama lain pada satu bus yang sama (satu titik hubung). Untuk menghindari ini, mesin-mesin tersebut harus disinkronkan dahulu sebelum disambungkan bersama-sama. Ini dapat dicapai dengan menghubungkan satu generator ke bus (bus generator), dan mensinkronkan generator lainnya sebelum keduanya disambungkan. Generator dikatakan sinkron jika memenuhi kondisi berikut:

1.Tegangan terminal yang sama. Diperoleh dengan menyetel kekuatan medan bagi generator yang hendak masuk ke dalam rangkaian (disambungkan).
2.Frekuensi yang sama. Diperoleh dengan menyetel kecepatan prime mover dari generator yang hendak disambungkan.
3.Urutan fasa tegangan yang sama.





Referensi:

Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya – ZUHAL

http://www.tpub.com/neets/book5/17.htm

http://www.tpub.com/doeelecscience/electricalscience2143.htm

READ FULL STORY

Induction Motor Construction

http://science.gallery.youngester.com

READ FULL STORY

Single phase induction motor

http://science.gallery.youngester.com

READ FULL STORY

AC/DC motor dynamo

http://science.gallery.youngester.com

READ FULL STORY

Separately-excited DC motor

http://science.gallery.youngester.com

READ FULL STORY

synchronous motor

http://science.gallery.youngester.com

READ FULL STORY

Operation of Synchronous Motor

http://science.gallery.youngester.com

READ FULL STORY

Relay construction

Arus listrik melalui konduktor akan menghasilkan medan magnet tegak lurus terhadap arah aliran elektron. Jika konduktor yang dibungkus ke dalam sebuah bentuk kumparan, medan magnet yang dihasilkan akan berorientasi sepanjang kumparan. Semakin besar arus, semakin besar kekuatan medan magnet, semua faktor lainnya sama:



Induktor bereaksi terhadap perubahan dalam arus karena energi yang tersimpan dalam medan magnet ini. Ketika kita membangun sebuah transformator dari dua kumparan induktor di sekitar inti besi yang umum, kita menggunakan bidang ini untuk mentransfer energi dari satu kumparan ke yang lain. Namun, ada lebih sederhana dan lebih langsung gunakan untuk medan elektromagnetik dari aplikasi yang kami telah melihat dengan induktor dan transformer. Medan magnet yang dihasilkan oleh gulungan kawat yang membawa arus dapat digunakan untuk mengerahkan kekuatan mekanis pada setiap objek magnetik, seperti kita dapat menggunakan magnet permanen magnet untuk menarik benda-benda, kecuali bahwa magnet ini (dibentuk oleh kumparan) dapat diaktifkan atau menonaktifkan dengan beralih saat ini atau menonaktifkan melalui kumparan.

Jika kita menempatkan sebuah benda magnetis di dekat sebuah kumparan tersebut untuk tujuan membuat objek bergerak ketika kita memberikan energi pada coil dengan arus listrik, kita memiliki apa yang disebut solenoida. Objek magnetik yang dapat bergerak disebut angker, dan sebagian besar armatures dapat dipindahkan dengan baik arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC) energi kumparan. Polaritas medan magnet tidak relevan untuk tujuan menarik besi angker. Solenoida dapat digunakan untuk mengunci pintu terbuka elektrik, membuka atau menutup katup, anggota badan robot bergerak, dan bahkan mekanisme actuate saklar listrik. Namun, jika solenoida digunakan untuk actuate satu set kontak saklar, kita memiliki perangkat sangat berguna layak namanya sendiri: relay.

Relay ini sangat berguna ketika kita memiliki kebutuhan untuk mengendalikan jumlah besar saat ini dan / atau tegangan dengan sinyal listrik kecil. Kumparan relay yang menghasilkan medan magnet mungkin hanya mengkonsumsi sepersekian watt kekuasaan, sementara kontak tertutup atau dibuka oleh medan magnet yang mungkin dapat melakukan ratusan kali jumlah daya untuk beban. Akibatnya, sebuah relay berfungsi sebagai biner (on atau off) penguat.

Seperti halnya dengan transistor, relay kemampuan untuk mengendalikan satu sinyal listrik dengan menemukan aplikasi lain dalam pembangunan fungsi logika. Topik ini akan dibahas secara lebih rinci dalam pelajaran lain. Untuk saat ini, relay "penguatan" kemampuan akan dieksplorasi.



In the above schematic, the relay's coil is energized by the low-voltage (12 VDC) source, while the single-pole, single-throw (SPST) contact interrupts the high-voltage (480 VAC) circuit. It is quite likely that the current required to energize the relay coil will be hundreds of times less than the current rating of the contact. Typical relay coil currents are well below 1 amp, while typical contact ratings for industrial relays are at least 10 amps.

One relay coil/armature assembly may be used to actuate more than one set of contacts. Those contacts may be normally-open, normally-closed, or any combination of the two. As with switches, the "normal" state of a relay's contacts is that state when the coil is de-energized, just as you would find the relay sitting on a shelf, not connected to any circuit.

Relay contacts may be open-air pads of metal alloy, mercury tubes, or even magnetic reeds, just as with other types of switches. The choice of contacts in a relay depends on the same factors which dictate contact choice in other types of switches. Open-air contacts are the best for high-current applications, but their tendency to corrode and spark may cause problems in some industrial environments. Mercury and reed contacts are sparkless and won't corrode, but they tend to be limited in current-carrying capacity.

Shown here are three small relays (about two inches in height, each), installed on a panel as part of an electrical control system at a municipal water treatment plant:



Unit relay yang ditampilkan di sini disebut "oktal-base," karena mereka konektor ke dalam soket yang cocok, sambungan listrik dijamin melalui delapan logam pin pada relay bawah. Terminal sekrup sambungan yang Anda lihat dalam foto di mana kabel terhubung ke relay sebenarnya bagian dari soket perakitan, di mana masing-masing relay terhubung. Jenis konstruksi ini mudah memfasilitasi penghapusan dan penggantian relay (s) dalam hal terjadi kegagalan.

Selain dari kemampuan untuk memungkinkan sinyal listrik yang relatif kecil untuk mengalihkan sinyal listrik yang relatif besar, relay juga menawarkan listrik isolasi antara kumparan dan kontak sirkuit. Ini berarti bahwa rangkaian kumparan dan kontak sirkuit (s) are elektrik terisolasi dari satu sama lain. Salah satu rangkaian mungkin DC dan AC yang lain (seperti pada contoh rangkaian yang ditunjukkan sebelumnya), dan / atau mereka mungkin berada di level tegangan sama sekali berbeda, di seberang koneksi atau dari koneksi ke ground.

Meskipun pada dasarnya relay biner perangkat, baik yang sepenuhnya atau benar-benar off, ada operasi kondisi di mana negara mereka mungkin tidak tentu, sama seperti gerbang logika semikonduktor. Agar sebuah relay untuk secara positif "menarik" yang angker untuk actuate kontak (s), harus ada jumlah minimum tertentu arus melalui kumparan. Jumlah minimum ini disebut pull-in current, dan itu adalah analog dengan tegangan input minimum yang memerlukan sebuah gerbang logika untuk menjamin "high" negara (biasanya 2 Volts untuk TTL, 3.5 Volt untuk CMOS). Setelah angker ditarik lebih dekat dengan pusat kumparan Namun, dibutuhkan kurang fluks medan magnet (kurang kumparan saat ini) untuk tahan di sana. Oleh karena itu, kumparan arus harus turun di bawah nilai secara signifikan lebih rendah daripada pull-in current sebelum angker "tetes keluar" ke posisi pegas dan kontak kembali keadaan normal. Tingkat sekarang ini disebut drop-out saat ini, dan itu adalah analog dengan tegangan input maksimum bahwa suatu masukan gerbang logika akan memungkinkan untuk menjamin "rendah" negara (biasanya 0,8 Volts untuk TTL, 1.5 Volt untuk CMOS).

The histeresis, atau perbedaan antara tarik-in dan drop-out arus, menghasilkan operasi yang mirip dengan memicu Schmitt gerbang logika. Pull-in dan drop-out arus (dan tegangan) sangat bervariasi dari relay ke relay, dan ditentukan oleh produsen.

* TINJAUAN:
* Sebuah solenoida adalah sebuah alat yang menghasilkan gerakan mekanis dari energization dari kumparan elektromagnet. Bagian yang bergerak solenoida disebut angker.
* Sebuah relay adalah solenoida dibentuk untuk kontak saklar actuate ketika kumparan diberi energi.
* Pull-in current adalah jumlah minimum yang diperlukan untuk kumparan arus actuate solenoid atau relay dari "normal" (de-energized) posisi.
* Drop-out arus kumparan maksimum yang saat ini di bawah suatu energi estafet akan kembali ke "normal" negara.





http://www.allaboutcircuits.com

READ FULL STORY

Contactors

Ketika sebuah relay digunakan untuk mengaktifkan sejumlah besar tenaga listrik melalui kontak, itu ditunjukkan dengan nama khusus: kontaktor. Kontaktor biasanya memiliki beberapa kontak, dan kontak yang biasanya (tapi tidak selalu) normal-terbuka, sehingga daya ke beban adalah mematikan ketika kumparan adalah de-energi. Mungkin industri yang paling umum digunakan untuk kontaktor adalah kontrol motor listrik.




Kontak di posisi tiga tahap masing-masing saklar yang masuk 3-fasa listrik AC, biasanya setidaknya 480 Volts untuk motor 1 tenaga kuda atau lebih. Kontak terendah adalah "bantu" kontak yang memiliki nilai sekarang jauh lebih rendah daripada daya motor besar kontak, tetapi digerakkan oleh angker yang sama sebagai kekuatan kontak. Bantu kontak yang sering digunakan dalam rangkaian logika relay, atau untuk bagian lain dari skema kontrol motor, biasanya switching listrik AC 120 Volt bukan tegangan motor. Satu kontaktor mungkin memiliki beberapa pembantu kontak, baik normal-normal-terbuka atau tertutup, jika diperlukan.

Tiga "menentang-pertanyaan-tanda" perangkat berbentuk seri dengan setiap fase akan motor disebut overload pemanas. Setiap "pemanas" elemen resistansi rendah strip logam dimaksudkan untuk memanaskan sebagai motor menarik arus. Jika suhu dari setiap elemen pemanas ini mencapai titik kritis (setara dengan overloading moderat dari motor), yang biasanya saklar tertutup (tidak ditampilkan dalam diagram) akan musim semi terbuka. Ini normal kontak tertutup biasanya dihubungkan secara seri dengan kumparan relay, sehingga ketika membuka relay akan secara otomatis de-energi, sehingga mematikan motor. Kita akan melihat lebih banyak perlindungan yang berlebihan ini kabel dalam bab berikutnya. Overload pemanas ini dimaksudkan untuk memberikan perlindungan kelebihan arus listrik untuk motor besar, tidak seperti pemutus rangkaian, dan sekering yang melayani tujuan utama memberikan perlindungan kelebihan arus kekuasaan konduktor.

Overload fungsi pemanas sering disalahpahami. Mereka tidak sekering yaitu, tidak berfungsi untuk membakar mereka terbuka dan langsung mematahkan rangkaian sebagai sekering dirancang untuk melakukan. Sebaliknya, overload pemanas dirancang untuk meniru pemanasan termal karakteristik tertentu motor listrik harus dilindungi. Semua motor memiliki karakteristik termal, termasuk jumlah energi panas yang dihasilkan oleh resistif disipasi (I2R), karakteristik transfer termal panas "dilakukan" untuk media pendingin melalui kerangka besi motor, massa fisik dan panas spesifik bahan merupakan motor, dll Ciri-ciri ini adalah menirukan oleh pemanas kelebihan beban pada skala mini: ketika motor memanas menuju critical temperatur, sehingga akan pemanas terhadap suhu critical, idealnya kecepatan yang sama dan pendekatan kurva. Dengan demikian, kelebihan beban kontak, dalam temperatur pemanas merasakan dengan mekanisme termo-mekanis, akan merasakan analog motor yang sebenarnya. Jika kontak overload perjalanan karena temperatur pemanas yang berlebihan, itu akan menjadi indikasi bahwa motor sebenarnya telah mencapai temperatur kritis (atau, akan dilakukan sehingga dalam waktu singkat). Setelah tersandung, pada pemanas yang seharusnya untuk menenangkan diri dengan kecepatan yang sama dan pendekatan kurva sebagai motor yang sebenarnya, sehingga mereka mengindikasikan proporsi yang akurat dari kondisi termal motor, dan tidak akan membiarkan kekuatan yang harus kembali diterapkan sampai motor benar-benar siap untuk start up lagi.

Ditampilkan di sini adalah kontaktor untuk tiga fase motor listrik, yang terpasang pada panel sebagai bagian dari sistem kontrol listrik di sebuah pabrik pengolahan air perkotaan:



Tiga fase, 480 volt listrik AC datang untuk tiga normal kontak terbuka di bagian atas melalui sekrup terminal kontaktor berlabel "L1," "L2," dan "L3" (The "L2" terminal tersembunyi di belakang sebuah persegi berbentuk "snubber" sirkuit terhubung di terminal koil kontaktor itu). Kekuatan untuk keluar motor kelebihan beban perakitan pemanas di bagian bawah perangkat ini melalui terminal sekrup berlabel "T1," "T2," dan "T3."

Kelebihan beban sendiri pemanas unit hitam, blok berbentuk persegi dengan label "W34," menunjukkan respons termal tertentu untuk tenaga kuda tertentu dan suhu penilaian terhadap motor listrik. Jika motor listrik dari daya yang berbeda dan / atau temperatur peringkat itu harus diganti untuk satu saat dalam pelayanan, unit pemanas kelebihan beban harus diganti dengan unit yang memiliki respon termal cocok untuk motor baru. Produsen motor dapat memberikan informasi tentang unit-unit pemanas yang sesuai untuk digunakan.

Tombol tekan putih yang terletak antara "T1" dan "T2" garis pemanas berfungsi sebagai cara untuk secara manual mengatur kembali normal saklar tertutup kembali ke keadaan normal setelah pernah tersandung oleh temperatur pemanas yang berlebihan. Kawat sambungan ke "overload" saklar kontak dapat dilihat di bagian bawah kanan atas foto, dekat label membaca "NC" (biasanya-tertutup). Pada unit overload khusus ini, sebuah "jendela" dengan label "Tersandung" menunjukkan kondisi tersandung dengan menggunakan bendera berwarna. Dalam foto ini, tidak ada "tersandung" kondisi, dan muncul indikator jelas.

Sebagai catatan kaki, elemen pemanas dapat digunakan sebagai arus mentah shunt resistor untuk menentukan apakah suatu gambar motor arus ketika kontaktor ditutup. Mungkin ada saat-saat ketika Anda bekerja pada rangkaian kontrol motor, di mana kontaktor terletak jauh dari motor itu sendiri. Bagaimana Anda tahu jika motor mengkonsumsi daya ketika kumparan kontaktor diberi energi dan angker telah ditarik? Bila gulungan motor terbakar terbuka, Anda bisa mengirimkan tegangan ke motor melalui kontak kontaktor, tetapi masih memiliki nol saat ini, dan dengan demikian tidak ada gerakan dari poros motor. Jika penjepit-on ammeter ini tidak tersedia untuk mengukur baris saat ini, Anda bisa membawa multimeter dan mengukur millivoltage di masing-masing elemen pemanas: jika saat ini adalah nol, tegangan pemanas akan menjadi nol (kecuali elemen pemanas itu sendiri adalah terbuka , dalam hal ini tegangan akan besar); jika ada arus motor akan melalui fase yang kontaktor, Anda akan membaca yang pasti bahwa millivoltage di pemanas:



Ini adalah trik yang sangat berguna untuk menggunakan untuk troubleshooting 3-phase AC motor, untuk melihat apakah satu fase berliku dibakar terbuka atau dilepas, yang akan menghasilkan destruktif yang cepat kondisi yang dikenal sebagai "tunggal-pentahapan." Jika salah satu garis kekuasaan untuk membawa motor terbuka, tidak akan ada arus yang melalui itu (seperti ditunjukkan oleh seorang 0,00 mV membaca di dalam pemanas), meskipun dua baris (seperti ditunjukkan oleh sejumlah kecil tegangan jatuh di pemanas masing-masing).

* TINJAUAN:
* Sebuah kontaktor relay yang besar, biasanya digunakan untuk mengalihkan arus ke motor listrik atau beban listrik tinggi.
* Besar motor listrik dapat dilindungi dari kerusakan kelebihan arus melalui penggunaan pemanas dan kelebihan kelebihan beban kontak. Jika seri-terhubung pemanas terlalu panas dari arus yang berlebihan, yang biasanya tertutup overload kontak akan terbuka, de-kontaktor pengiriman energi listrik ke motor.



http://www.allaboutcircuits.com

READ FULL STORY

PLC (PowerLine Communication)

Tenaga listrik yang dibangkitkan oleh pusat-pusat pembangkit pada proses pendistribusiannya ke pelanggan dialirkan melalui jaringan transmisi tenaga listrik.



Adapun pada prakteknya, listrik AC yang dibangkitkan oleh pusat-pusat pembangkit terdiri dalam 3∅ (baca: 3 fasa), urutan fasanya disimbolkan huruf R, S, T dan biasanya diikuti kawat netral (N), tergantung hubungannya berbentuk ∆ atau Υ.



Pada jaringan kabel tenaga listrik masih memungkinkan dilewatkan sinyal frekuensi diatas 60 Hz sampai orde beberapa MHz. Fakta tersebut menunjukkan bahwa pada jaringan tenaga listrik masih terdapat kapasitas frekuensi yang tidak digunakan. Teknologi PLC memanfaatkan kanal frekuensi yang tidak digunakan tersebut sebagai frekuensi transmisinya. Umumnya frekuensi yang digunakan berkisar antara 9kHz- 200Mhz



Perangkat PowerLine Communication



Perangkat-perangkat yang dibutuhkan dalam merealisaikan jaringan PLC yaitu Base Station, Modem, Repeater, dan Gateway. Base Station dan Modem adalah perangkat dasar dari sistem PLC. Tugas utama dari perangkat dasar adalah persiapan sinyal dan konversinya yang untuk selanjutnya ditransmisikan melalui kabel listrik dan akan ditangkap di penerima. Berikut ini penjelasan fungsi dari masing-masing perangkat PLC: t;o:p>



a. Modem



Sebuah Modem PLC merupakan alat dasar komunikasi data yang digunakan oleh pengguna melalui media transmisi kabel listrik. Pada sisi pengguna ada beberapa standard interface yang dapat digunakan, misalnya Ethernet dan USB dan RJ45. Pada sisi lainnya Modem PLC ini dihubungkan dengan kabel listrik yang menggunakan metode kopling khusus sehingga dapat menginjeksikan sinyal data ke media kabel listrik dan dapat diterima di sisi penerima.



Kopling tersebut berguna untuk memastikan pemisahan listrik dengan aman dan juga berguna sebagai high pass filter yang memisahkan sinyal komunikasi diatas frekuensi 9 kHz dari frekuensi daya listrik 50 atau 60 Hz. Untuk mengurangi emisi elektromagnetik dari saluran listrik, kopling tersebut bekerja diantara 2 fasa pada area akses dan antara sebuah fasa dan pada konduktor yang netral di area dalam rumah. Modem PLC ini melakukan semua fungsinya pada layer fisik termasuk modulasi dan pengkodean. Data link juga dilakukan pada Modem PLC ini termasuk MAC (Medium Access Control) dan LLC (logical Link Control) sublayer



b. Base Station



Sebuah Base Station PLC menghubungkan sistem akses dari PLC ke jaringan backbone. Base Station ini merealisasikan hubungan antara jaringan komunikasi backbone dan media transmisi kabel listrik. Namun, Base Station tidak menghubungkan perangkat pengguna secara sendiri, tetapi dapat menyediakan jaringan komunikasi multiple, seperti xDSL, SDH untuk koneksi jaringan kecepatan tinggi, WLL untuk koneksi wireless, dan lainnya. Dengan cara ini, sebuah Base Station dapat digunakan untuk merealisasikan hubungan dengan jaringan Backbone menggunakan teknologi komunikasi yang bervariasi.




Biasanya Base Station mengontrol jaringan akses PLC. Namun, realisasi dari jaringan kontrol atau fungsi khususnya dapat direalisasikan dalam cara terdistribusi. Pada kasus khusus setiap Modem PLC dapat mengambil alih kontrol sebuah jaringan operasi dan perealisasian hubungan dengan jaringan backbone



c. Repeater



Dalam beberapa kasus, jarak antara pengguna PLC yang ditempatkan di jaringan layanan low-voltage dan Base Station terlalu jauh untuk saling terhubung. Agar dapat terealisasi maka dibutuhkan beberapa Repeater. Repeater berfungsi membagi jaringan menjadi beberapa segmen, dan dapat mengubah jangkauan yang dapat dicakupi oleh jaringan sistem PLC. Segmen atau tingkatan pada jaringan dipisah dengan menggunakan frekuensi yang berbeda-beda. Cara kerjanya yaitu Repeater menerima sinyal transmisi pada frekuensi f1, dikuatkan dan diinjeksikanke jaringan namun dalam bentuk frekuensi f2. Namun, Repeater tidak mengubah isi dari informasi yang ditransmisikan





d. Gateway



Ada 2 pendekatan untuk koneksi yang dapat dilakukan oleh pengguna PLC melalui soket dinding ke jaringan sistem PLC:



1. Direct connection, yaitu koneksi langsung

2. Indirect connection over a Gateway, yaitu koneksi melalui Gateway



Pada kasus pertama, Modem PLC langsung dihubungkan ke seluruh jaringan Lowvoltage dan juga langsung terkoneksi ke Base Station. Tidak ada pembagian antara area outdoor dan indoor, dan sinyal komunikasi ditransmisikan melalui unit Power meter. Namun, layanan pada jaringan Power Supply indoor dan outdoor sangatlah berbeda, yang dikarenakan masalah tambahan lain yaitu karakteristik dari saluran transmisi dan masalah kesesuaian elektromagnet.



Oleh karena itu, pada sistem indirect connection digunakan sebuah Gateway dan sering digunakan sebagai solusi untuk the direct connection. Gateway digunakan untuk membagi jaringan akses PLC dengan jaringan PLC di dalam gedung atau rumah. Gateway juga mengkonversikan atau mengubah sinyal yang ditransmisikan antara frekuensi yang digunakan wilayah akses dan area gedung atau rumah. Biasanya diletakkan dekat dengan meteran listrik. Fungsi tambahan lainnya yaitu memastikan pembagian akses dalam sebuah rumah atau gedung pada logical network. Sehingga, Modem PLC yang ada pada area ruang lingkup sebuah gedung atau rumah dapat saling berkomunikasi tanpa khawatir informasi akan keluar ke area akses. Pada kasus ini, sebuah Gateway PLC berfungsi sebagai local Base station yang mengontrol komunikasi antara Modem PLC internal dan juga antar alat internal dan sebuah akses network. Umumnya sebuah Gateway dapat diletakkan dimanapun di dalam jaringan akses PLC untuk menyediakan sinyal regenerasi(fungsi sebagai Repeater) dan juga pembagi jaringan pada level logical. Dengan cara ini, sebuah PLC dapat dibagi menjadi beberapa subnetwork yang menggunakan media transmisi fisik yang sama



Pada gambar diatas dapat dilihat, kedua Gateway dioperasikan sebagai Repeater yang mengkonversikan sinyal transmisi antar frekuensi f1 dan f2(atau f2 dan f3), sama baik dengan f2 dan f3(atau f2 dan f3). Komunikasi antar anggota dari subnetwork dan Base station sangat mungkin jika melalui Gateway yang bertanggung jawab Namun, jaringan tersebut dapat diatur sehingga Base Station tersebut langsung mengontrol sejumlah pengguna (subnetwork I). Gateway tersebut dihubungkan ke jaringan dengan cara yang sama seperti Repeater. Kesimpulannya, jumlah yang meningkat dari Gateway dalam sebuah jaringan PLC mengurangi kapasitas dan mengakibatkan biaya yang tinggi. Namun, saat Repeater hanya menyediakan sinyal sederhana yang diteruskan, Gateway dapat menyediakan layanan pembagian secara pintar pada sumber jaringan yang ada, dan memastikan jaringan yang lebih efisien



Struktur dan Topologi Jaringan PLC



a. Topologi Jaringan Penyaluran Tegangan Rendah



Jaringan penyaluran tegangan rendah menggunakan berbagai tipe kabel transformer yang berbeda-beda. Semua dipasang dengan menyesuaikan pada standard . Masing-masing tempat/ Negara berbeda standard tergantung beberapa faktor :



1. Lokasi Jaringan, Jaringan PLC bisa ditempatkan pada area, perumahan, industri atau bisnis, urban dan rural. Masing-masing memiliki karakteristik meliputi jenis layanan, jumlah pengguna yang berbeda.



2. Kepadatan Subscriber, untuk masing-masing area juga memiliki kepadatan berbeda.



3. Panjang Jaringan, jarak antar unit trafo dengan costumer berbeda secara significant untuk area urban dan rural.



4. Design Jaringan, Jaringan LV mempunyai jumlah cabang (network section) yang bervariasi.Bentuk jaringan LV yang umum adalah sebagai berikut:



b. Management Jaringan Akses PLC



1. Posisi Base Station



Base Station menghubungkan sistem akses PLC ke jaringan backbone (WAN) dan sesuai, merupakan sentral dalam struktur jaringan PLC. Ada beberapa kemungkinan letak Base Station:



1. Base Station ditempatkan pada unit transformer, menghubungkan ke WAN dan jaringan akses PLC pada topologi jaringan penyaluran tegangan rendah



2. Base Station ditempatkan pada jalur tegangan rendah.



Jika Base Station tidak ditempatkan pada unit transformer, titik sentral (titik koneksi ke Backbone) dari jaringan PLC dipindahkan ke tempat lain dalam jaringan. BS dapat pindah namun hanya disepanjang kabel saluran tenaga.



c. Segmentasi Jaringan dengan Gateway



Dalam kasus ini Gateway mengontrol jaringan PLC serta melakukan koneksi dengan sentral Base Station. Repeater dan Gateway diaplikasikan pada jaringan akses PLC dan membagi dalam segmen-segmen jaringan yang pendek.



Faktor batasan realisasi segmentasi jaringan menjadi masalah interfensi antar jaringan yang berdekatan. Maka perlu dipisahkan dengan spektrum frekuensi yang lebar.



Struktur Jaringan PLC dalam gedung



Beberapa kelebihan jaringan PLC dalam rumah:



• Media transmisi sudah tersedia dalam jaringan listrik gedung

• Jaringan PLC dalam sebuah gedung dihubungkan ke jaringan akses via Gateway, tidak hanya ke sistem PLC tetapi juga bisa dihubungkan ke teknologi akses lainnya (DSL).

• Jaringan PLC dalam sebuah gedung bisa berdiri secara mandiri.

• Memungkinkan realisasi tanpa Base Station



GALAXY_111020272



SIMULASI PERENCANAAN INFRASTRUKTUR LAN ITTELKOM BERBASIS POWER LINE COMMUNICATION (PLC)



IT TELKOM

READ FULL STORY