WATTMETERS

Wattmeters are used to determine DC power or real AC power delivered to the load.

The wattmeter is an instrument which measures DC power or true AC power. The wattmeter uses
fixed coils to indicate current, while the movable coil indicates voltage . Coils LI1 and LI2 are the fixed coils in series with one another and serve as an ammeter. The two I terminals are connected in series with the load. The movable coil Lv, and its multiplier resistor Rs, are used as a voltmeter, with the V terminals connected in parallel with the load. The meter deflection is proportional to the VI, which is power.

Wattmeters are rated in terms of their maximum current, voltage, and power. All of these ratings must be observed to prevent damage to the meter.
Equation (14-15) is the mathematical representation of calculating power in a DC circuit.
P = VI or P = I2R ............... (14-15)
Equation (14-16) is the mathematical representation for calculating power in an AC circuit.
P = VRms IRms x cos phi or P = I2R ............(14-16)

Three-Phase Wattmeter
Total power in a 3f circuit is the sum of the powers of the separate phases. The total power could be measured by placing a wattmeter in each phase (Figure 12); however, this method is not feasible since it is often impossible to break into the phases of a delta load. It also may not be feasible for the Y load, since the neutral point to which the wattmeters must be connected is not always accessible.

Normally, only two wattmeters are used in making 3f power measurements (Figure 13). In balanced 3f systems, with any power factor, total power is calculated by adding the A and B phase powers. Equation (14-17) is the mathematical representation for calculating total power
(PT).

Pt = Wa + Wb ............ (14-17)
where Wa and Wb are the power readings in Phase A and Phase B.

Wattmeter Summary

1. Measures real power delivered to the load.
2. Single-phase AC or DC - voltage component (movable coil) connected in parallel
   with the load and the current component (fixed coil) connected in series with the
   load.
3. Three-phase AC - summation of Phase A and B powers.

Source : DOE FUNDAMENTALS HANDBOOK - ELECTRICAL SCIENCE - Volume 4 of 4

Read More......

MOTOR LISTRIK

1. PENDAHULUAN
Bagian ini menggambarkan ciri-ciri utama motor listrik.

1.1 Dimana motor digunakan
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

1.2 Bagaimana sebuah motor bekerja
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama (Gambar 1): Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya:
-. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
-. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan.
-. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan. Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor.

Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004):

1. Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
2. Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
3. Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah
   dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan
   adalah peralatan-peralatan mesin.

Komponen motor listrik bervariasi untuk berbagai jenis motor, dalam bab 2 dijelaskan untuk
masing-masing motor.

2. JENIS MOTOR LISTRIK

Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: DC dan motor. Dafar para pemasok motor listrik tersedia di www.directindustry.com/find/electric-motor.html.

2.1 Motor DC
Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.

Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:

• Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
• Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
• Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.

Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:

-.Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan

-. Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

2.1.1 Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited
Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.

2.1.2 Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt
Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

2.1.3 Motor DC daya sendiri: motor seri
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.

2.1.4 Motor DC Kompon/Gabungan
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo.

2.2 Motor AC
Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan daalam Gambar 7. Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).

2.2.1 Motor sinkron
Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.

2.2.2 Motor induksi
Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

Read More......

Sistem Tenaga Listrik

Tenaga listrik dihasilkan di pusat-pusat pembangkit tenaga listrik. Biasanya mereka, terletak jauh dari pusat-pusat beban – terdiri dari beban rumah tangga, komersil, dan industri-. Karenanya listrik didistribusikan – melalui sistem transmisi dan distribusi- ke pusat-pusat beban tersebut.

Gambar 1.1. Ilustrasi sistem tenaga listrik dari pembangkitan ke konsumen akhir

Keseluruhan proses pembangkitan, transmisi dan distribusi ke pusat-pusat beban kita sebut sebagai Sistem Tenaga Listrik (STL). Secara umum dapat dijabarkan menjadi sistem pembangkitan, sistem transmisi dan sistem distribusi. Gambar 1.2 . menunjukkan secara diagram STL di sistem interkoneksi jawa bali. Besaran listrik dimasing-masing subsistem hanya sekedar ilustrasi, pada sistem sesungguhnya mungkin berbeda.

Gambar 1.2. Diagram Sistem Tenaga Listrik

Diagram tersebut hanya digunakan untuk menunjukkan perubahan-perubahan besaran listrik di masing-masing subsistem.

Subsistem Pembangkitan

Ada beberapa sumber tenaga yang dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga. Batubara, minyak, air, panas bumi dan uranium adalah sebagian jenis sumber tenaga yang bisa digunakan untuk menghasilkan tenaga. Sumber tenaga menggerakkan turbin air, turbin gas, turbin uap dan disambungkan ke suatu generator AC. Generator AC diputar oleh turbin untuk mengkonversi daya mekanis ke energi listrik.

Tegangan listrik di subsistem pembangkitan berada dalam kisaran 11 s.d 25 kV dan frekuensi sebesar 50Hz. Pada pembangkit Suralaya dengan kapasitas daya mampu 3.212 MW misalnya, menggunakan tegangan pembangkitan sebesar 23 kV. Pembangkit Mrica, salah satu PLTA di Jawa Tengah menggunakan tegangan pembangkitan 13,8 kV. Dan Pembangkit Kamojang salah satu PLTP, menggunakan tegangan pembangkitan 11,8 kV. Generator AC bekerja sesuai dengan teori induksi elektromagnetis. Secara sederhana dapat dijelaskan bahwa ketika konduktor bergerak dalam suatu medan magnet maka tegangan induksi akan dihasilkan. Secara umum generator terdiri dari medan magnet, dinamo, cincin geser, sikat-sikat, dan beberapa tipe hambatan. Dinamo adalah sejumlah lilitan kawat penghantar.

Subsistem Transmisi

Fungsi dari generator di subsistem pembangkitan hanya sebatas mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Agar lebih bermanfaat maka energi tersebut harus didistribusikan kepada pelanggan-pelanggan melalui jalur transmisi. Hal ini memungkinkan daya yang dihasilkan pada suatu lokasi pembangkit dapat digunakan setiap saat pada lokasi lain yang berjarak beribu kilometer jauhnya. Pentransmisian energi listrik dalam jumlah yang sangat besar melalui jarak
yang sangat jauh paling efisien dilakukan dengan cara meningkatkan tegangan dan mengurangi arus pada saat yang bersamaan. Hal ini perlu untuk memperkecil energi yang hilang menjadi panas di jalur transmisi, selain mengurangi biaya lain yang terkait dengan penurunan arus, seperti konstruksi tower dan biaya konduktor. Untuk meningkatkan tegangan subsistem pembangkitan dengan tegangan menengah ke tegangan transmisi yang bertegangan tinggi digunakan transformator. Transformator dimaksud adalah transformator berjenis stepup.
Ada beberapa pembatas tertentu dalam menggunakan sistem transmisi tegangan-tinggi. Semakin tinggi tegangan yang ditransmisikan maka semakin sulit dan mahal untuk mengisolasi dengan aman antar kawat saluran, juga antara kawat saluran ke tanah. Karena alasan itu pada sistem tegangan-tinggi umunmya dikurangi secara bertahap selama tegangan tersebut menuju ke daerah penggunaan akhir. Pada sistem interkoneksi Jawa Bali digunakan tegangan transmisi sebesar 150 kV dan 500 kV dan frekuensi 50Hz. Sebagai gambaran PLTA mrica yang menghasilkan tegangan pembangkitan sebesar 13,8 kV tegangannya dinaikkan ke tegangan transmisi 150kV. Dan PLTU Suralaya dengan tegangan pembangkitan sebesar 23 kV tegangannya dinaikkan ke tegangan transmisi sebesar 500 kV.

Subsistem Distribusi

Tenaga yang dihasilkan pembangkit dan telah ditransmisikan belum dapat secara langsung digunakan oleh konsumen. Pada sisi ini tegangan diturunkan dari tegangan trnasmisi 150kV maupun 500kV menjadi tegangan distribusi sebesar 20 kV. Proses penurunan tegangan menggunakan tranformator stepdown. Hal ini dilakukan di Gardu Induk. Selanjutnya tenaga listrik diturunkan kembali dari 20kV menjadi tegangan 380/220 Volt, untuk digunakan di tempat konsumen melalui transformator tiang. Pada beberapa konsumen industri mungkin saja tidak menggunakan tegangan 380/220 Volt. Disini akan disediakan trasformator khusus untuk pelanggan industri. Hal ini karena beberapa mesin mereka menggunakan teganggan 6000 Volt misalnya.

Tenaga listrik dibeli dari perusahaan pembangkit listrik, masuk ke rumah-rumah melalui sebuah meteran dan sambungkan ke suatu pusat beban. Pelayanan residensial dapat datang dari trafo tambahan baikk yang terpasang pada pusat beban maupun yang ditanam dalam tanah.

Penulis : Irwandi Iftadi (Teknik Industri UNS)

Read More......