Mesin Listrik

Mesin listrik

Mesin listrik adalah perangkat atau mesin mampu mengubah segala bentuk energi (konversi energi) menjadi energi listrik dan sebaliknya.

gambar dari lazada.co.id

Konversi energi yang dilakukan biasanya menggunakan medan elektromagnetik untuk mengadakan transformasi energi terhadap energi listrik dan energi mekanis.

Jenis mesin listrik dapat dibedakan berdasarkan arah transformasi energi, yaitu : generator listrik dan motor listrik.

Sedangkan berdasarkan jenis besaran listrik yang dihasilkan, dapat dibedakan menjadi mesin arus searah (DC), mesin arus bolak-balik (AC) dan transformator.

Beberapa pihak juga membaginya menjadi 3 kelompok utama yakni : generator listrik, motor listrik dan transformator.

Motor DC

Motor listrik arus searah (motor DC) adalah jenis motor listrik yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis atau kinetik, atau daya listrik menjadi daya mekanik.

gambar dari medium.com

Bentuk energi yang dihasilkan berupa putaran.

Arus listrik searah atau biasa disebut DC (Direct Current) adalah sebuah bentuk arus atau tegangan yang mengalir pada rangkaian listrik dalam satu arah saja.

Motor DC ini membutuhkan arus listrik searah pada kumparan medan untuk dikonversikan menjadi energi kinetik.

Pada prinsipnya, cara beroperasi dari motor arus searah sangat identik dengan generator arus searah.

Prinsip kerja motor arus searah berdasarkan pada interaksi antara dua fluks magnetik yang disebut dengan kumparan medan dan kumparan jangkar.

Kumparan medan menghasilkan fluks magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan, sedangkan kumparan jangkar menghasilkan fluks magnetik yang melingkar.

Pemakaian motor arus searah diterapkan pada berbagai pengaturan kerja yang memerlukan kecepatan dan beban kerja yang beragam dan berubah-ubah.

Penerapan motor arus searah masih dilakukan pada kondisi mulai awal atau starter dari mobil dan beberapa rangkaian listrik pada peralatan elektronik.

Putaran rotor pada motor arus searah memiliki nilai yang bervariasi untuk memutar peralatan produksi di pabrik maupun industri.

Kecepatan putaran rotor pada motor harus dikendalikan jika peralatan memerlukan variasi putaran.

Terdapat dua macam metode pengendalian kecepatan putaran rotor pada motor arus searah, yaitu metode konvensional dan metode rangkaian elektronik.

Prinsip kerja

Motor arus searah bekerja berdasarkan arus searah yang mengalir melalui penghantar listrik yang ditempatkan pada suatu medan magnet.

Gaya gerak listrik timbul pada penghantar listrik tersebut dan menghasilkan torsi yang mengakibatkan terjadinya rotasi secara mekanik.

Terjadinya rotasi kemudian membuat motor arus searah dapat berputar.

Motor arus searah mempunyai fluks magnetik yang dihasilkan karena adanya kutub magnet pada bagian stator.

Posisi penghantar listrik berada di dalam rotor yang dikelilingi oleh medan magnet.

Gaya yang menghasilkan torsi timbul pada bagian penghantar listrik.

Motor AC

Motor listrik arus bolak-balik (AC) adalah jenis motor listrik yang disuplai oleh sumber tegangan arus bolak balik (AC).

gambar dari aliexpress.com

Motor listrik arus bolak-balik (motor AC) berfungsi untuk mengubah energi listrik arus bolak-balik menjadi energi gerak atau energi mekanik berupa putaran rotor.

Motor listrik arus bolak-balik (AC) biasanya terdiri dari dua bagian dasar, yaitu strator dan rotor.

gambar dari unnes.ac.id

Bagian stator luar memiliki kumparan yang disuplai dengan arus bolak-balik untuk menghasilkan medan magnet yang berputar.

Bagian rotor dalam yang melekat pada poros keluaran yang menghasilkan medan magnet berputar kedua.

Jenis-jenis motor listrik arus bolak-balik (AC) Motor listrik arus bolak-balik (AC) dibedakan menjadi beberapa jenis, yaitu:

Motor sinkron
Motor induksi

Motor sinkron

Motor sinkron adalah salah satu jenis motor listrik arus bolak balik (AC) yang bekerja pada kecepatan tetap dan konstan pada sistem frekuensi tertentu.

Motor ini memerlukan arus searah sebagai pembangkit daya dan memiliki torsi awal yang cukup rendah.

Motor sinkron digunakan untuk penggunaan awal dengan beban yang rendah, seperti kompresor udara, generator motor dan perubahan frekuensi.

Motor listrik sinkron memiliki kelebihan untuk memperbaiki faktor daya dalam sistem, sehingga motor listrik jenis ini biasa digunakan pada sistem yang memakai banyak listrik.

Motor induksi

Motor induksi merupakan salah satu jenis motor listrik bolak balik (AC) yang bekerja berdasarkan prinsip kerja induksi medan magnet antara stator dan rotor.

Prinsip kerjanya berdasarkan gandengan medan listrik.

Bentuk motor induksi memiliki celah antara medan stator dan medan rotor.

Sumber arus induksi adalah perbedaan relatif antara putaran rotor dan medan putar stator.

Motor induksi tidak menggunakan kumparan medan.

Fluks magnetik dibangkitkan dari daya listrik masukan dari stator.

Sifat daya tersebut adalah induktif.

Kondisi ini membuat motor induksi bekerja dengan faktor daya terbelakang.

Bagian stator dan rotor terpisah oleh celah udara.

Jarak celah udara ini sangat sempit.

Ketebalannya antara 0,4 hingga 4 milimeter.

Trafo (Transformator)

Transformator atau trafo adalah perangkat listrik yang mengubah energi listrik kepada bentuk energi listrik yang lainnya.

gambar dari kompas.com

Tegangan listrik yang dihasilkan oleh transformator ditentukan oleh kebutuhan energi listrik.

Umumnya, transformator berbentuk kumparan dari kawat yang dililitkan pada suatu inti besi, dan terdapat dua jenis kumparan yakni kumparan primer dan kumparan sekunder.

Kumparan primer adalah lilitan pada satu sisi inti besi dan menjadi tempat masuknya arus listrik.

Sedangkan kumparan sekunder adalah lilitan sisi lainnya dari inti besi dan menjadi tempat keluar masuknya arus listrik.

Fungsi Transformator

Fungsi dari transformator adalah mengubah besaran listrik suatu rangkaian, besaran utama yang diubah adalah tegangan.

Transformator berfungsi untuk menurunkan atau menaikkan tegangan listrik.

Transformator (trafo) step up berfungsi untuk menaikkan tegangan listrik, sedangkan (trafo) step down berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik.

Karakteristik Transformator

Semua transformator memiliki karakteristik bahwa frekuensi daya input dan output adalah sama, serta menggunakan hukum induksi elektromagnetik

Kumparan primer dan sekunder tidak memiliki sambungan listrik (kecuali untuk trafo otomatis), perpindahan daya terjadi melalui fluks magnet.

Tidak ada bagian yang bergerak diperlukan untuk mentransfer energi, sehingga tidak ada gesekan atau kerugian seperti perangkat listrik lainnya.

Kegunaan Transformator

Kegunaan utama dari transformator listrik antara lain:

Transformator step down digunakan pada rangkaian penyearah, rangkaian pengisi daya baterai, TV, amplifier, dan sebagainya.
Transformer step up digunakan dalam stabilisator, kontrol industri, mesin berat, dan lain-lain
Trafo isolasi digunakan dalam rangkaian elektronika daya, sistem kontrol industri, dan lain-lain.
Trafo arus dan tegangan digunakan dalam alat ukur, panel kontrol listrik, sistem otomasi, dan sebagainya.
Trafo audio digunakan dalam rangkaian penguat, rangkaian penyeimbang, dan sebagainya.

Prinsip Kerja Transformator

Cara kerja transformator didasarkan oleh prinsip induksi elektromagnetik.

Trafo menggunakan kumparan kawat yang jika dialiri arus bolak balik, maka akan menciptakan induksi elektromagnetik.

Artinya, arus listrik pada kawat melingkar menghasilkan medan magnet.

Inti besi atau tempat melilitnya kumparan kawat akan meningkatkan medan magnet yang dihasilkan dari induksi.

Arus listrik AC yang bolak-balik menghasilkan fluks yang terus berubah.

Fluks bolak-balik ini dapat mempengaruhi kumparan sekunder dan menghasilkan gaya gerak listrik juga arus listrik.

Transformator dapat menaikkan atau menurunkan tegangan listrik tergantung pada jumlah lilitan kawatnya.

Untuk menaikkan tegangan maka jumlah lilitan primer atau trafo harus lebih sedikit dari jumlah lilitan sekundernya.

Sedangkan jika ingin menurunkan tegangan maka jumlah lilitan primer trafo harus lebih banyak dari jumlah lilitan sekundernya.

Komponen Transformator

Komponen utama trafo terdiri dari tiga bagian penting berikut.

gambar dari artema.co.id

Kumparan Primer (Np)

Kumparan primer merupakan kumparan atau lilitan trafo yang dihubungkan ke input power supply.

Pada transformator step down, kumparan primer memiliki banyak kumparan daripada sekunder trafo, tetapi ketebalannya lebih kecil daripada kumparan sekunder.

Dalam transformator step up, kumparan primer memiliki lebih sedikit kumparan daripada kumparan sekunder tetapi ketebalannya lebih dari kumparan sekunder.

Kumparan Sekunder (Ns)

Kumparan sekunder adalah kumparan yang akan dihubungkan ke beban.

Pada trafo step down kumparan sekunder memiliki lilitan yang lebih sedikit daripada kumparan primer tetapi memiliki ketebalan yang lebih banyak.

Pada trafo step up, lilitan sekunder memiliki banyak lilitan daripada belitan primer tetapi memiliki ketebalan yang lebih sedikit.

Inti Besi (Inti Magnetik)

Inti besi adalah dimana kumparan primer dan sekunder trafo terluka (wounded).

Fungsi trafo adalah untuk mengantarkan fluks magnet dari kumparan primer ke kumparan sekunder.

Sifat inti transformator adalah keengganan rendah (low reluctance) dan resistansi tinggi (high resistance).

Umumnya, semua inti trafo dibuat dengan laminasi untuk menghilangkan rugi arus.

Klasifikasi Transformator

Transformator digunakan di berbagai bidang seperti jaringan pembangkit listrik, sektor distribusi, transmisi dan konsumsi energi listrik.

Berikut ini adalah berbagai jenis transformator berdasarkan faktor-faktor tertentu.

Berdasarkan Level Tegangan

Jenis trafo listrik yang umum digunakan, tergantung pada tegangannya, diklasifikasikan sebagai Trafo set up dan trafo set down.

Berdasarkan Media Inti yang Digunakan

Berbagai jenis inti yang digunakan dalam sebuah transformator adalah transformator inti udara dan transformator inti besi.

Berdasarkan Susunan Gulungan

Jenis trafo listrik berdasarkan susunan gulungannya, diklasifikasikan sebagai autotransformer atau transformator otomatis.

Berdasarkan Lokasi Pemasangan

Jenis transformator listrik berdasarkan lokasi instalasinya, diklasifikasikan sebagai transformator daya, transformator distribusi, transformator pengukuran dan transformator proteksi.

Jenis-Jenis Transformator

Trafo Step Up

Jenis transformator yang berfungsi untuk meningkatkan level tegangan AC atau menaikan dari taraf rendah menuju ke taraf yang lebih tinggi.

gambar dari mikmargracindo.com

Tegangan ini dapat ditingkatkan dengan cara memperbanyak lilitan pada kumparan sekundernya, sehingga jumlah lilitan kumparan sekunder lebih sedikit.

Biasanya transformator step up ini digunakan sebagai penghubung trafo generator menuju grid yang ada di dalam tegangan listrik.

Trafo Step Down

Jenis transformator berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik adalah transformator step down.

Trafo step down memiliki fungsi untuk menurunkan taraf level tegangan AC dari tinggi ke rendah.

Hal ini dapat digunakan pada peralatan rumah tangga.

Contohnya, dalam menurunkan taraf tegangan listrik dari PLN yang sebesar 220V menjadi taraf tegangan yang dapat disesuaikan dengan peralatan elektronik yang ada di rumah-rumah penduduk.

Trafo Satu Fasa

Jenis transformer ini adalah daya yang menggunakan arus bolak-balik satu fasa yang artinya bergantung pada siklus tegangan yang beroperasi dalam satu fasa waktu yang terintegrasi.

Pada variasi frekuensi dan level tegangan yang konstan, transformator mentransfer daya AC dari satu rangkaian ke rangkaian lainnya.

Trafo satu fasa ini memiliki dua jenis kumparan, kumparan primer yang diberikan suplai AC dan kumparan sekunder yang dihubungkan dengan beban.

Trafo listrik digunakan untuk inverter domestik dan untuk power supply di daerah non perkotaan.

Transformator Tiga Fasa

Transformator ini digunakan untuk mengubah tegangan sistem elektronik dengan arus listrik tiga fasa.

Tersedia dalam berbagai konfigurasi seperti start-start delta-delta, star-delta, dan delta-start.

Trafo ini digunakan untuk membangkitkan listrik dan mendistribusikannya sesuai dengan penggunaan daya.

Karena trafo tiga fasa memiliki tiga set kumparan, kumparan primer dan sekunder akan digabungkan untuk membentuk satu unit lengkap dalam konfigurasi start atau delta.

Transformator Daya

Transformator daya digunakan untuk mengubah daya dari satu rangkaian ke rangkaian lain tanpa mengubah frekuensinya.

Trafo biasanya berukuran besar dan tidak memiliki bagian yang berputar atau bergerak.

Trafo bekerja berdasarkan prinsip induksi timbal balik dan membutuhkan suplai AC.

Biasanya rating trafo adalah sekitar 400 kv, 200 kv, 110 kv, 66 kv, 33 kv.

Trafo daya mengubah tegangan untuk arus dalam rangkaian, sementara tidak mempengaruhi daya listrik total.

Maka dari itu dibutuhkan listrik tegangan tinggi dengan arus yang kecil dan mengubahnya menjadi listrik bertegangan rendah dengan arus yang besar.

Trafo daya ini biasanya terlihat pada jaringan listrik yang umumnya digunakan untuk tujuan transmisi beban berat.

Transformator Distribusi

Trafo distribusi menyedikan perubahan tegangan terakhir dalam sistem distribusi tenaga listrik.

Seperti trafo step down yang mengubah tegangan jaringan tinggi menjadi tegangan yang dibutuhkan oleh pelanggan.

Trafo ini biasanya memiliki rating yang rendah seperti 11 kv, 6,6 kv, 3,3 kv, 440 V dan 230 V. Trafo ini berukuran kecil serta besar dan memiliki rating kurang dari 200 MVA.

Biasanya terletak di drop layanan, dimana kabel mengalir dari tiang listrik ke tempat pelanggan.

Transformator Pengukuran atau Instrumen

Trafo instrumen adalah perangkat yang memiliki akurasi yang cukup tinggi yang digunakan untuk mengubah level tegangan arus.

Jenis trafo ini digunakan untuk mengukur besaran listrik seperti arus, tegangan, daya, frekuensi, dan faktor daya. Selain itu, trafo instrumen memiliki relay untuk melindungi sistem tenaga listrik.

Transformator Arus

Biasanya digunakan untuk mengurangi atau mengalihkan arus bolak-balik (AC).

Trafo ini menghasilkan arus pada kumparan sekundernya, yang sebanding dengan arus pada kumparan primernya.

Ketik arus terlalu tinggi dan diterapkan langsung ke alat pengukur, trafo arus membantu untuk mengubah arus tinggi dalam rangkaian ke nilai yang diperlukan.

Trafo arus adalah unit pendeteksi arus dari sistem tenaga dan digunakan di stasiun distribusi, gardu listrik dan produksi industri.

Transformator Isolasi

Transformator isolasi digunakan untuk mentransfer daya listrik dari arus bolak-balik sambil mengisolasi perangkat bertenaga untuk alasan keamanan.

Trafo isolasi dapat memberikan isolasi galvanik yang berarti tidak ada jalur konduksi antara sumber dan beban.

Trafo isolasi dapat beroperasi sebagai sumber transformator step up atau step down dan memiliki rasio putaran 1 : 1, yang berarti bahwa tegangan primer dan sekunder adalah sama.

Isolasi pada trafo digunakan untuk melindungi terhadap sengatan listrik dan untuk menekan noise listrik di peralatan sensitif.

Trafo isolasi digunakan di komputer, alat instrumen atau perangkat elektronik daya.

Transformator Potensial

Trafo potensial atau trafo tegangan biasanya digunakan untuk menurunkan level tegangan.

Transformator ini tidak dapat digunakan untuk memasok daya alami ke beban dan digunakan dengan voltmeter, wattmeter, pengukur frekuensi, pemutus sirkuit, dan lainnya.

Kumparan primer terhubung ke rangkaian tegangan tinggi dan kumparan sekunder terhubung ke peralatan atau rangkaian lainnya.

Transformator Inti Udara

Pada transformator ini, baik kumparan primer dan sekunder diatur pada strip non magnetik.

Trafo ini memiliki hubungan fluks di kedua kumparan melalui udara.

Induktansi timbal balik di inti udara rendah yang berarti keengganan untuk diberikan pada fluks yang dihasilkan tinggi di media udara.

Perangkat elektronik yang lebih kecil menggunakan transformator inti udara yang didasarkan pada kumparan antena.

Trafo inti udara biasanya digunakan pada perangkat komunikasi karena tidak memiliki inti yang membuatnya ideal untuk perangkat portabel. Trafo ini biasanya terletak di sistem transmisi radio.

Transformator Inti Besi

Trafo inti besi terdapat kumparan primer dan sekunder yang dipasang pada beberapa pelat besi lunak yang menyediakan koneksi ideal ke fluks.

Jika dibandingkan dengan trafo inti udara, trafo ini menawarkan lebih sedikit keengganan terhadap fluks penghubung karena sifat konduktif dan magnetik besi.

Trafo inti besi digunakan untuk membatasi dan mengarahkan perangkat magnetik seperti motor listrik, generator, induktor hal ini karena trafo memiliki kemampuan permeabilitas magnetik yang tinggi.

Kita bisa mendapatkan trafo ini di pasaran dengan mudah tergantung dengan jenis dan ukurannya.

Transformator Inti Ferit

Trafo ini menggunakan inti magnet yang terbuat dari ferit dimana kumparan transformator daya dan bagian lainnya dibuat.

Inti ferit memiliki permeabilitas magnetik yang tinggi, sehingga digunakan dalam aplikasi frekuensi tinggi seperti power supply switching.

Hal ini karena trafo ini memberikan kerugian rendah pada frekuensi tinggi, sehingga mereka digunakan secara luas di inti transformator RF.

Transformator inti ferit juga tersedia dalam berbagai ukuran, bentuk tergantung pada kebutuhan aplikasi.

Transformator Inti Toroidal

Trafo inti toroidal menggunakan inti magnet yang bentuknya hampir menyerupai cincin atau donat yang disebut toroidal.

trafo inti terdiri dari inti magnet berbentuk cincin melingkar dari bahan feromagnetik dimana kawat dililitkan.

Karena desain bawaannya, maka kebocoran induktansi sangat rendah dan memberikan induktansi yang sangat tinggi.

Trafo ini biasanya digunakan pada rangkaian elektronika seperti power supply, inverter, dan amplifier.

Transformator Otomatis

Jenis trafo ini menggunakan kumpuran umum untuk belitan primer dan sekunder.

Kumpuran autotransformer memiliki tiga tap dimana sambungan listrik dibuat.

Autotransformator ini memiliki kelebihan seperti ukurannya yang lebih kecil, lebih ringan dan lebih murah daripada transformator biasa.

Namun, trafo ini memiliki kekurangan yaitu tidak dapat memberikan isolasi listrik antara rangkaian primer dan sekunder.

Kemudian juga bisa terjadi kebocoran yang lebih rendah, kerugian yang lebih rendah dan peningkatan rating VA untuk ukuran dan massa tertentu.

Transformator Grounding

Transformator ini adalah jenis trafo sistem terhubung delta yang digunakan untuk menyediakan jalur ground atau netral dalam sistem tenaga listrik tiga fasa.

Hal ini dapat membantu mengurangi transien tegangan ketika terjadi gangguan ground.

Trafo grounding adalah bagian dari sistem pembumian jaringan yang memungkinkan sistem tiga fasa untuk menyesuaikan beban fasa ke netral dengan menyediakan jalur balik untuk arus ke netral.

Trafo ini biasanya mencakup trafo kumparan tunggal dengan desain belitan zigzag.

Penutup

Demikian artikel mengenai Mesin Listrik, jika ada pertanyaan atau saran untuk kami dapat disampaikan melalui kolom komentar.

Baca artikel lain :

Sumber referensi :

gramedia.com
Umam, Faikul dan teman-teman. Motor Listrik. 2017. Malang: Media Nusa Creative.
Gunawan, Indra. Panduan Menggulung Ulang Kumparan Motor Listrik Satu Fasa. 2013. Yogyakarta: Andi Offset.
AL Amin, M Saleh dan teman-teman. Pengaturan dan Penggunaan Motor Listrik. 2023. Pekalongan: PT Nasya Expanding Management.
berbagai sumber yang tercantum di artikel ini

Lokasi:

Informasi Mesin