Jumat, 26 Agustus 2011

Bahan Ajar Teknik Listrik

BAHAN AJAR
MATA KULIAH TEKNIK LISTRIK

TINJAUAN SINGKAT ISI MATA KULIAH

Deskripsi singkat mata kuliah
Mata kuliah Teknik Listrik ini mempunyai bobot 3 SKS yang diberikan pada mahasiswa semester 3 Program studi teknik Mesin PTK-FKIP Universitas Nusa Cendana. Mata kuliah ini membahas tentang dasar-dasar pengetahuan teknik listrik yang diperlukan sebagai dasar untuk mengikuti dan menganalisis cara kerja sistem kelistrikan pada teknik mesin, misalnya pada mata kuliah Sistem Kelistrikan Otomotif. Oleh karena itu tujuan Instruksional Umum yang ingin dicapai dari mata Kuliah ini adalah : setelah mengikuti mata kuliah ini selama satu semester diharapkan mahasiswa semester III teknik Mesin FKIP Undana akan dapat mengaplikasikan pengetahuan tentang teknik Listrik pada sistem kelistrikan yang ada pada bidang teknik mesin.
Buku ajar ini disusun menjadi beberapa Bab, yaitu :
BAB I KONSEP KELISTRIKAN DAN HUKUM OHM
BAB II MACAM-MACAM SAMBUNGAN KELISTRIKAN
BAB III MAGNET DAN KEMAGNETAN
BAB IV PENUTUP
Kegunaan Mata Kuliah
Dengan demikian kegunaan mata kuliah ini bagi mahaiswa Teknik Mesin adalah : Membekali pengetahuan dan kemampuan mahasiswa mengenai dasar-dasar ilmu kelistrikan yang menunjang dalam menganalisis sistem kelistrikan pada bidang teknik mesin.
Petunjuk Mempelajari Bahan Ajar
Bagi para mahasiswa yang akan menggunakan buku ajar ini, disarankan sebelum membaca halaman demi halaman sebaiknya memahami dahulu tujuan Instruksional Khusus yang akan dicapai untuk setiap pokok bahasan, sehingga dapat menjadi jelas sasaran belajar yang akan dicapai.
BAB I
KONSEP KELISTRIKAN DAN HUKUM OHM

A. Tujuan Instruksional Khusus
Setelah mengikuti kuliah, mengerjakan tugas, mempelajari sumber yang relevan, mahasiswa semester III Teknik Mesin FKIP Undana diharapkan akan dapat ;
1. Menjelaskan fenomena tentang Listrik
2. Menjelaskan bagaimana listrik dapat mengalir
3. Menjelaskan Simbol-simbol kelistrikan
4. Menjelaskan perbedaan listrik DC dan Listrik AC
5. Menghitung harga maksimum, sesaat, rata-rata, dan efektif
6. mengaplikasikan konduktor dan non konduktor
7. Mengaplikasikan tahanan jenis suatu penghantar
8. Mengaplikasikan hukum Ohm pada sistem kelistrikan
9. Menghitung daya listrik
Petunjuk Belajar
Karena mata kuliah teknik listrik ini berisi tentang konsep-konsep dan perhitungan-perhitungan, maka agar TIK dapat tercapai, disarankan mahasiswa selain membaca teopri-teori yang ada, juga perlu mengerjakan soal-soal latihan yang diberikan. Disamping itu karena ilmu listrik ini merupakan sesuatu yang tidaka terlihat mata dan hanya dapat dilihat gejalanya saja, maka perlu juga melakukan pengamatan-pengamatan di bengkel-bengkel kelistrikan untuk memperkuat teori-teori yang dikuasai.
B. Materi Perkuliahan
1. Pendahuluan
Dalam Bab I Konsep kelistrikan dan hukum Ohm ini akan dibahas mengenai konsep-konsep dasar listrik antara lain mengenai fenomena-fenomena tentang listrik, simbol-simbol yang dipakai dalam kelistrikan, arus searah dan arus bolak-balaik, hukum ohm dan lain-lain. Dalam pelaksanaannya direncanakan Bab I ini akan diselesaikan selama empat kali pertemuan, yaitu 12 x 50, jadi untuk satu kali pertemuan adalah selama 3 x 50 menit.
Secara umum tujuan dari pembelajaran pada Bab I ini memberikan pengetahuan dasar mengenai konsep – konsep dasar listrik dan mengenai prinsip dari hukum ohm dan lain-lain. Dimana konsep-konsep kelistrikan ini pada bab-bab selanjutnya akan lebih dikembangkan lagi. Dengan demikian Bab I merupakan dasar bagi pengembangan bab-bab berikutnya, sehingga perlu dikuasai dengan baik.
2. Sajian Materi
a. Konsep Listrik
Mengenai listrik ini pada umumnya orang hanya mengetahui sebagai sumber energi yang dipakai dalam kehidupan sehari-hari, misalnya buat penerangan, TV, Video, alat pemanas, AC dan lain-lain. Namun jarang orang berpikir ; Apakah sebetulnya listrik itu? Hal ini dikarenakan listrik tidak dapat dilihat oleh mata. Untuk dapat memahami mengenai listrik ini maka perlu ditinjau dari bidang ilmu Fisika.
Dari hasil penelitian para ahli, ternyata semua materi terdiri atas atom-atom. Karena atom-atom ini sangat kecil, sekitar 0,1 juta mm. Oleh karena sangat kecil sehingga saat ini orang belum dapat melihatnya meskipun dengan menggunakan mokroskop.
Atom merupakan tempat timbulnya aliran listrik dan tenaga listrik dan setiap atom terdiri dari nukleus dan elektron-elektron. Dengan nucleus sebagai pusat dan beberapa elekton mengelilinginya pada suatu orbit yang tepat. Nucleus terdiri dari proton-proton yang bermuatan positip dan neutron-neutron yang tidak bermuatan sehingga nucleus seluruhnya bermuatan listrik positip, sedangkan elektron bermuatan listrik negatif. Dalam sebuah atom, jumlah proton sama dengan jumlah elektron, karena proton dan elektron ini saling tarik menarik sehingga secara keseluruhan muatan tersebut menjadi netral/tak bermuatan.






Gambar 1. Struktur Atom

Elektron yang mengorbit paling jauh disekitar nucleus disebut elektron bebas. Ikatan antara elektron bebas dan nucleus sangat lemah, sehingga sifatnya tidak stabil dan mudah terlepas dari orbit meninggalkan intinya. Oleh sebab itu, bila atom-atom dari bermacam-macam materi kehilangan elektron bebas akibat pengaruh luar, maka materi menjadi bermuatan positip. Sebaliknya bila jerjadi penambahan elektron bebas dari luar sumber maka benda akan bermuatan negatif. Sebagai contoh, sebuah batang gelas bila digosokan dengan kain sutera maka gelas tersebut akan banyak kehilangan muatan elektronnya sehingga bermuatan positip. Sebaliknya sebuah batang Ebonit yang digosokan dengan kain flanel maka akan banyak kehilangan protonnya sehingga batang ebonit tersebut bermuatan negatif. Muatan listrik senama akan tolak menolak, dan muatan listrik tak senama akan tarik menarik.

Gambar 2. Terlepasnya Elektron


Gambar 3. Aksi Listrik

b. Aliran Listrik
Aliran listrik dapat terjadi karena mengalirnya elektron , misalnya benda bermuatan positip dihubungkan dengan benda bermuatan negatif melalui kawat. Benda yang bermuatan positip kekurangan elektron, sebaliknya benda yang bermuatan negatif kelebihan elektron. Ketika kedus benda tersebut dihubungkan, elektron-elektron akan mengalir dari benda yang kelebihan kelektron ke benda yang kekurangan elektron sampai keadaan setimbang.


Gambar 4. Aliran Elektron

Dengan demikian terjadinya aliran listrik karena terjadinya aliran elektron dari terminal negatip ke terminal positip. Namun demikian jika tinjauannya aliran arus listrik maka arus mengalir dari terminal positip ke terminal negatip. Dan dalam prakteknya mengalirnya elektron atau arus listrik ini terjadi karena beda potensial antara terminal positip dan terminal negatip, yang biasanya disebut tegangan listrik dengan satuan volt.
Peristiwa mengalirnya arus listrik pada dasarnya dapat dianalogikan dengan peristiwa mengalirnya air (gambar 4). Apabila sebuah tangki yang tinggi dihubungkan dengan tangki yang rendah, maka air di dalam tangki yang tinggi akan mengalir ke tangki yang rendah melalui pipa air. Hal ini disebabkan air mempunyai tenaga potensial. Dimana perbedaan ketinggian air ini adalah perbedaan permukaan air yang menyebabkan air mengalir.

Gambar 5. Aliran Air
Dalam hal arus listrik, kejadiannya adalah sama, dimana listrik dapat mengalir antara 2 titik, karena perbedaan tegangan. Dalam persoalan listrik, dianggap bahwa permukaan air bersesuaian dengan beda potensial/tegangan. Kemudian satuan-satuan yang digunakan untuk arus listrik adalah ampere, tegangan adalah Volt, dan tahanan dalah Ohm.








c. Simbol-Simbol Kelistrikan

Gambar 6.Simbol-simbol Kelistrikan

d. Jenis Arus Listrik
Arus listrik dapat digolongkan menjadi dua macam, yaitu listrik arus searah (DC =Direct Current) dan listrik rus bolak-balik (AC= Alternating Current).
Listrik arus searah (DC) adalah sejenis arus yang selalu mempunyai arah arus yang sama melalui rangkaian listrik tersebut. Hal tersebut adalah suatu keadaan dimana sumber listrik dalam rangkaian tersebut mempunyai kutup yang tidak berubah, yaitu menghasilkan voltase/tegangan bolak-balik (alternating voltage).




Gambar 7. Bentuk diagram listrik arus searah (DC) dan Bentuk diagram listrik arus Bolak balik (AC
1) Frekwensi Arus Bolak-Balik



Gambar 9. Satu periode listrik AC.

Yang disebut frekwensi adalah banyaknya periode dalam 1 detik. Satuan frekwensi adalah herzt (Hz). Pada umumnya frekwensi yang dipakai dalam sistem kelistrikan adalah 50 Hz, seperti pada PLN. Oleh karena itu, bila frekwensinya 50 Hz, maka listrik tersebut dalam 1 detik mempunyai GGL (Gaya Gerak Listrik) maksimum 100 kali dan nol 100 kali. Secara sederhana dapat dikatakan dalam 1 detik sebuah lampu yang dihubungkan dalm arus bolak-balik akan hidup kemudian mati 100 kali, namun karena perubahan ini demikian cepat, maka mata manusia tidak dapat melihat peristiwa tersebut, sehingga yang tampak lampu tetap menyala.
Untuk menghitung frekwensi listrik AC yang dihasilkan dari suatu generator, dipergunakan formula sebagai berikut :

F = p x n (Hz)
60
Dimana :
F = Frekwensi (Hz)
P = Jumlah kutup (pasang)
n = Putaran permenit.
2) Besarnya Arus Bolak-Balik Bentuk Sinus.
Besarnya arus bolak balik (AC) tidak tetap seperti halnya arus searah (DC). Dalam teknik listrik dikenal 4 macam harga arus bolak-baliki, yaitu:
a. Harga maksimum
Harga ini adalah harga tertinggi pada saat gelombang sinus AC mencapai 90° dan 270° (lihat gambar 8).
b. Harga sesaat
Harga sesaat adalah suatu harga pada saat tertentu pada gerakan gelombang sinus AC.


Gambar 10. Arus bolak-balik (AC) bentuk sinus.

Sin α = X/R
X = R sin α
Seperti tampak dalam gambar 9, besarnya X berubah jika sudut α berubah. Dalam hal ini besarnya X dapat dihitung untuk setiap saat tertentu, dan harga X ini di sebut harga sesaat.
c. Harga rata-rata
Karena arah dan besarnya arus bolak-balik berubah maka untuk menghitung kuat arus dipakai harga rata-rata. Dari percobaan-percobaan para ahli teknik listrik didapatkan harga rata-rata sebagai berikut :
I rata² = 0,636 x I maks
E rata² = 0,636 x E maks
d. Harga efektif
Harga maksimum, harga sesaat dan harga rata-rata terjadi dalam waktu yang sangat singkat (±1/1000 detik) maka belum dapat diukur dengan meteran pada saat ini. Oleh sebab itu ketiga harga tersebut tidak begitu penting dalam praktek.
Besarnya arus I dari arus bolak-balik berubah dari positif ke negatif dan sebaliknya dalam waktu yang sangat singkat, sehingga tidak dapat dengan mudah diketahui. Harga efektif dapat dilihat dari besarnya panas yang ditimbulkan pada sebuah tahanan dengan rumus I ² . R. T dari hukum Joule (harga – maupun + jika dikuadratkan tetap +).
Dengan demikian harga efektif dari arus bolak-balik dapat diukur dengan meteran. Oleh sebab itulah harga inilah yang kemudian penting dalam praktek. Sebagai misal dikatakan arus I = 10 A dan tegangan E = 110 Volt, artinya I = 10A dan E = 110 Volt tersebut adalah harga efektifnya.
Dari percobaan-percobaan para ahli teknik listrik didapatkan harga rata-rata sebagai berikut :
I efektif = 0,707 x I maks
E efektif = 0, 707 x E maks

Contoh Soal :
1. Harga maksimum dari arus bolak-balik bentuk sinus = 20 A frekwensi 50 Hz
a. Berapakah harga sesaat dari arus itu setelah 1/600, 1/300, 1/100 detik? (dimulai dari 0 garis sinus).
b. Berapa harga efektif dan rata-rata dari arus itu?
2. Arus sinus dengan harga rata-rata 8 A menglir lewat tahanan 6 ohm. Berapakah panas (kalori) yang timbul dalam waktu 2 menit?
Penyelesaian :
1. Diketahui :
I maks = 20 Ampere, f = 50 Hz.
a. t1 = 1/600 = 1/12x1/50 detik = 1/12x360° listrik = 30° listrik.
I sesaat – 1 = I maks x sin α = 20 x sin 30° = 10 Ampere.
t2 = 1/300 detik = 1/6 x 1/50 detik = 1/6 x 360° listrik, = 60° listrik.
I sesaat – 2 = I maks x sin α = 20 x sin 60° = 17,3 Ampere.
t3 = 1/100 detik = ½ x 1/50 detik = ½ x 360° listrik = 180° listrik.
I sesaat – 3 = I maks x sin α = 20 x 180° = 20 x 0 = 0.

b. Ief. = 0,707 x I maks = 0,707 x 20 = 14,14 Ampere.
I rata2² = 0, 636 x I maks = 0,636 x 20 = 12,72 Ampere.


2. Diketahui : I rata² = 8 Ampere, R = 6 Ω
I maks = I rata² / 0, 636 = 8 / 0,636 = 12, 56 A.
I efek = 0,707 x I maks = 0,707 x 12,56 = 8,8799 A.
Panas yang dibangkitkan : I ² . R . t = 8,88² x 6 x (2 x 60)
= 56775,168 Joule
= 56775,17 x 0,238 = 13512,5 Kalori
= 13,5125 Kilo kalori



e. Konduktor dan Non Konduktor
Listrik dihasilkan oleh perpindahan elektron-elektron melalui materi yang menghubungkan dua buah benda. Ada beberapa materi/benda yang mudah dilalui arus. Materi yang dilalui arus disebut konduktor (penghantar) yang sukar dilalui arus disebut semi konduktor (bukan penghantar). Dan pencegahan dari pengaliran arus disebut Insulating. Non konduktor diperlukan untuk maksud insulating, karena ia disebut insulating/isolatoe.
Bhan yang tidak dapat mengalirkan arus sebaik konduktor akan tetapi lebih baik dari non konduktor disebut semi konduktor. Contoh-contoh dari semi konduktor dan non konduktor adalah sebagai berikut :
1. Konduktor : Perak, tembaga, aluminium, besi, dan logam tuangan lainnya, karbon, larutan-larutancuka, alkali, garam, dan tubuh manusia.
2. Semi konduktor: Germaniumm, Selenium.
3. Non Konduktor: Karet, kertas, kapas, sutera, glass, damar, sintetis dan lain-lain.
Bumi itu sendiri adalah konduktor yang besar. Apabila benda bermuatan dihubungkan ke bumi dengan konduktor listrik akan mengalir melalui konduktor ke bumi dan hal ini biasanya disebut Grounding (pengaliran ke bumi).
Karet, kapas, kertas dan materi insulating lainnya yang dipergunakan segbagai insulator yang sempurna. Hal ini dikarenakan masi terjadi kebocoran arus yang sangt kecil melalui insulator tersebut. Kebocoran arus ini disebut Leakage Currents.
f. Tahanan Jenis
Sudah dijelaskan sebelumnya bahwa arus listrik dapat mengalir karena ada beda potensial antara kedua kutup tersebut. Gerakan arus listrik dalam konduktor tidak selamanya berjalan lancar, karena arus listrik akan menemui hambatan-hambatan. Hambatan yang ada dalam material konduktor disebut tahanan listrik, dan tahanan listrik ini tergantung dari tiga faktor, yaitu penampang kawat, panjang kawat dan penampang kawat.
Kawat yang berpenampang besar mempunyai tahanan yang lebih kecil dari pada kawat kecil. Selain itu kawat yang panjang akan mempunyai tahanan yang lebih besar dari pada kawat yang pendek. Selanjutnya kawat yang terbuat dari bahan nekel, wolfram, besi atau lauminium akan mempunyai tahanan yang lebih besar dibandingkan dengan kawat dari tembaga atau perak. Oleh karena itu meskipun kawat mempunyai ukuran dan panjang sama namun bila bahan kawat tersebut berbeda maka tahannyapun juga berbeda. Hal ini tersebut berbeda maka tahanannyapun berbeda, hal ini disebabkan setiap bahan tersebut mempunyai tahanan jenis yang berbeda. Dan dari semua bahan yang dipakai maka tembaga atau aluminium merupakan bahan yang paling bagus, karena tahanan jenisnya kecil dan harganya relatif murah.
Kalau aliran listrik diibaratkan air, maka bahan konduktor dapat disamakan sebagai pipa air. Semakin besar pipa yang digunakan, maka akan semakin kecil hambatan aliran air tersebut, asalkan juga pipanya lurus dan permukaan dalamnya licin dan halus. Jika pipanya berbelok-belok dan permukaan tidak licin, makan arus tidak sederas pada pipa lurus dengan permukaan licin.
Tahanan jenis suatu bahan adalah tahanan bahan itu yang panjangnya 1 m dengan lurus penampang 1 mm². Tahanan jenis ini biasanya dituliskan dengan simbol rho (ρ) dengan satuan ohm - mm² / m. Untuk mengetahui besarnya tahanan jenis suatu kawat maka dapat dilihat pada tabel 1. kemudian untuk menghitung besarnya tahanan listrik konduktor tersebut dapat dihitung dengan formula sebagai berikut :

R = ρ x 1
q

Dimana :
R : Tahanan Listrik (Ohm)
ρ : Tahanan jenis bahn (ohm-mm²/m)
q : Luas penampang kawat (mm²).

Pengaruh Suhu Pada tahanan
Pada umumnya besarnya tahanan pada konduktor akan berubah bila suhu berubah, yaitu bila suhunya naik biasanya tahanan juga akan naik. Sebaliknya harga tahanan juga akan turun bila suhunya turun. Kecuali zat arang yang mempunyai sifat berlainan, yaitu jika suhunya naik tahanannya justru turun.
Besarnya kenaikan tahanan pada konduktor sebanding dengan naiknya suhu. Untuk menghitung besarnya tahanan karena kenaikan suhu, digunakan formula sebagai berikut :
R t2 = R t1 [ 1 + α (t2 – t1)]
Dimana :
R t2 : Tahanan pada suhu akhir/t2 (ohm)
R t1 : Tahanan pada suhu awal/t1 (ohm)
t1 : Suhu awal (°C)
t2 : Suhu akhir (°C)
α : Koefisien suhu bahan konduktor (Ohm/°C)
Yang dimaksud dengan koefisien suhu adalah besarnya kenaikan tahanan untuk tiap derajat kenaikan suhu pada suhu lebuh tinggi dari pada 15°C untuk tiap tahanan 1 ohm. Untuk lebih jelasnya tentang tahanan jenis dan koefisien suhu tiap bahan konduktor perhatikan tabel di bawah ini.











Tabel 1. Tahanan Jenis dan Koefisien Suhu Konduktor

Bahan Tahanan Jenis Koefisien Suhu
Tembaga
Aluminium
Air Raksa
Platina
Seng
Besi
Kuningan
Arang
Mangan
Bismuth
Emas
Nikel
Timah
Timbal 0, 0175
0,03
0,95
0,12
0,061
0,13
0,08
13 – 100
0,42
1,2
0,022
0,12 – 0,42
0,13
0,21
0,0039
0,0038
0,0009
0,0024
0,0039
0,0046
0,0015
0,0003 – 0,008
0,0001
0,0036
0,0035
0,00022 – 0,004
0,0046
0,0040

Contoh Soal :
1. Sebuah kawat tembaga panjang 2,5 km mempunyai tahanan yang sama dengan kawat besi yang panjangnya 1 km dengan garis tengah 8 mm. Hitunglah penampang kawat tembaga!
Penyelesaian :
R besi = ρ x 1 = 0,13 x 1000 = 130 = 2,6 ohm
q ח / 4 x 8 ² 0,785 x 64

R tembaga = ρ x 1 = 0,0175 x 2500 = 43,75
q q tembaga q tembaga
R besi = R tembaga
2,6 = 43,75
q tembaga
q tembga = 43,75 = 16,8 mm²
2,6
2. Sepotong seng pada suhu 15°C mempunyai tahanan 25 ohm.
Berapakah besarnya tahanan jika suhunya naik 75°C ?
Penyelesaian :
R t1 = 25 ohm
α = 0,0039
t1 = 15°C
t2 = 75°C
R t2 = R t1 [ 1 + α ( t2 – t1)]
= 25 [ 1 + 0,0039 ( 75 – 15 ) ] = 25 [ 1 + 0,0039 ( 60 ) ]
= 30,85 ohm.
Jadi besarnya tahanan pada suhu 75°C = 30,85 ohm.

g. Hukum Ohm
Seperti yang dijelaskan sebelumnya besarnya arus pada rangkaian listrik tergantung dari tegangan dan tahanan. Kondisi ini seperti diperlihatkan pada gambar 11, dimana arus mengalir searah tanda panah karena potensial sebelah kiri lebih besar. Mengalirnya arus pada pengantar dan perbedaan potensial antara bagian kiri dan kanan mempunyai hubungan sebagai berikut :
Arus berbanding lurus dengan voltage, dan arus berbanding terbalik dengan tahanan.
Arus ∞ voltage, arus ∞ 1/tahanan

Gambar 11. Tahanan Listrik identik dengan tahanan air yang mengalir melalui pembuluh kecil
Hubungan antara arus, voltage dan tahanan dinamakan hukum ohm, karena ditemukan oleh seorang ahli fisika berkebangsaan Jerman yang bernama George Simom Ohm. Hukum Ohm dapat ditulis dalam persamaan matematis sebagai berikut :
Arus (Ampere) I = Voltage (Volt) V
Tahanan (Ohm)
Persaman ini dapat dituliskan sebagai berikut :

I = V R = V atau V = I x R
R R


Untuk membuktikan kebenaran hukum ohm ini dapat dilakukan percobaan seperti pada gambar di bawah ini :



Gambar 12. sebuah contoh rangkaian percobaan terhadap hukum ohm (dalam bentuk gambar komponen).



Gambar 13. Rangkaian percobaan terhadap hukum ohm dalam bentuk simbol.



Contoh soal :
1. Sebuah akumulator mendapat beban untuk mencatat listrik mobil. Aki tersebut berkapasitas 12 volt dengan arus sebesar 15 ampere pada saat mobil dihidupkan. Beberapa resistansi/tahanan yang ada pada mobil itu ?
Penyelesaian :
V = 12 volt, I = 15 Ampere.
R = ?
R = V = 12 0,8 ohm.
I 15

2. Baterai 12 volt dibebani lampu pijar yang mempunyai nilai tahanan 20 ohm. Berapa kuat arus yang mengalir pada lampu tersebut ?




Penyelesaian :
V = 12 volt, R = 20 ohm
I = ?
I = V = 12 = 0,6 Ampere
R 20

h. Usaha dan Daya Listrik
Usaha listrik
Dalam usaha mekanis, jika suatu gaya K kg memindahkan benda sejauh S, maka usaha yang dilakukan adalah sebesar = K x S kg m.
Sedangkan dalam usaha listrik, bilamana suatu tegangan listrik V sebesar 110 volt mengeluarkan arus I sebesar 5 ampere selama 2 detik, maka rangkaian tersebut melakukan usaha.
A listrik = V x I x t (volt ampere detik = Joule).
Besarnya usaha yang dilakukan :
A listrik = V x I x t
= 110 x 5 x 2 = 1100 Volt Ampere detik
= 1100 Joule.




Daya Listrik
Daya mekanis adalah usaha yang dilakukan dalam setiap detik. Satuan daya mekanik adalah Pk, dimana 1 Pk = 75 Kgm/detik
Sedangkan yang dimaksud daya listrik adalah usaha listrik tiap detik. Seperti tgelah dibahas diatas usaha listrik adalah :
A listik = V x I x t (Volt ampere detik = Joule).
Jadi daya listik adalah :
P = A listrik/t = Vit/t joule/detik, sehingga
P = V x I (Joule/detik)
1 Joule/detik = 1 volt ampere = 1 watt.
P = V x I (watt)
1 Kilowatt jam = 1 Kwh = 3600 . 1000 W detik
5
1 Kwh = 36 . 10 Joule.



Contoh soal :
1. Sebuah motor listrik membutuhkan sumber tegangan 220 volt dan arus 30 ampere. Berapa besar daya dan usaha listrik dari motor listrik tersebut dalam 5 jam ?
Hitunglah ongkos untuk menjalankan motor listrik tersebut jika 1 Kwh sewanya Rp 100,-
Penyelesaian :
V = 220 Volt, I = 30 Ampere, t = ¡ jam, 1 kWh = Rp 100,
P = V x I = 220 x 30 = 6600 watt = 6,6 kW.
Jadi daya motor listrik tersebut = 6,6 kW.
A = V x I x t = 6,6 x 5 = 33 kWh
Jadi usaha motor listrik = 33 kWh.
Ongkos/sewa = 33 x 100 = 3300





C. Evaluasi
pada evaluasi ini ditunjukan untuk mengukur sampai seberapa jauh tingkat keberhasilan dari pencapaian tujuan instruksional khusus yang telah ditetapkan sebelumnya. Untuk itu pada evaluasi ini diberikan sejumlah soal-soal latihan yang harus dikerjakan oleh mahasiswa dalam rangka mengukur TIK yang telah ditetapkan dalam bab ini.


Soal-soal Latihan
1. Atom merupakan tempat timbulnya aliran listrik, sebutkan bagian-bagian dari atom yang bermuatan listrik dan yang tidak disertai gambar struktur atom ?
2. Mengapa listrik dapat mengalir ? dan bagaimana persamaannya dengan aliran air, jelaskan ?
3. Coba buatlah gambar-gambar simbol kelistrikan seperti : Tahanan, tahanan variabel, massa, penghantar bersambungan dan tidak bersambungan, condensor, sakelar, sekering, diode, titik kontak ?
4. Jelaskan perbedaan listrik arus searah (DC) dan arus bolak-balik (Ac).
5. Harga maksimum dari tegangan bolak-balik bentuk sinus 310 volt dengan frekwensi 50 Hz.
a. Berapakah harga sesaat dari tegangan setelah 1/600, 1/300, 1/100 detik ? (dimulai dari 0 garis sinus).
b. Berapa tegangan efektif dan tegangan rata-rata ?
6. Jelaskan pengertian konduktor, semi konduktor dan non konduktor dan berikan contoh bahannya ?
7. Apa yang dimaksud tahanan jenis dari suatu konduktor ?
8. Besarnya tahanan dari suatu konduktor dipengaruhi oleh beberapa faktor, sebudkan dan jelaskan ?
9. Sebuah kawat tembaga panjangnya 2 km mempunyai tahanan 1,783 ohm. Hitunglah besarnya diameter kawat tembaga tersebut ( tahanan jenis = 0,0175 ohm - mm²/m ?
10. Sebuah kumparan terbuat dari kawat tembaga pada 15°C tahanannya 0,017 ohm. Kemudian setelah dipakai beberapa saat tahanannya naik menjadi 0,02 ohm. Pada suhu berapa kenaikan suhu tersebut (koefisien suhu = 0,004) ?
11. Bagaimana pemasangan ohm meter, ammeter, dan volt meter pada rangkaian kelistrikan disertai gambar ?
12. Sebuah motor listrik membutuhkan sumber tegangan 220 volt dan arus 8 ampere. Sewa tiap bulan Rp 52.800.
Berapakah lama bekerjanya motor listrik tersebut setiap harinya, jika 1 bulan = 30 hari dan sewa 1 kWh Rp 100,
D. Daftar Pustaka
Sudarminto, 1978, Instalasi Listrik, Carya Remadja, Bandung, Halaman: 8 – 16, 28 – 39.
Sunggono Asi, 1997, Teknik Tenaga Listrik, CV.Aneka, Solo, Halaman : 8 – 15, 24 – 32.
Toyota, Materi Pelajaran Engine Group (STEP 1), PT.Toyota Astra Motor, Jakarta, Halaman : (1 – 4) – (1-9).
Toyota, 1982, Dasar – Dasar Automobil, PT.Toyota Astra Motor, Jakarta, Halaman : 138 – 142, 148.





















BAB II
MACAM – MACAM SAMBUNGAN KELISTRIKAN

A. Tujuan Instruksional Khusus
Setelah mengikuti kuliah, mengerjakan tugas, mempelajari sumber yang relevan, mahasiswa semester III Teknik Mesin FKIP Undana diharapkan dapat :
1. Mengaplikasikan teori perhitungan pada berbagai macam sambungan rangkaian kelistrikan.
2. Mengaplikasikan hukum Kirchoff pada sambungan rangkaian kelistrikan.

Petunjuk Belajar :
Untuk memudahkan agar TIK dari bab II ini dapat dicapai maka mahasiswa perlu memahami dan mampu mengaplikasikan berbagai macam sambungan yang ada serta penerapan hukum Kirchoff, untuk itu disarankan perlu melakukan latihan-latihan soal yang ada dan melakukan percobaan untuk membuktikan hasil perhitungan secara teori. Dengan demikian dapat memperkuat pemahaman konsep tentang sambungan-sambungan kelistrikan dan penerapan hukum Kirchoff.

B. Materi Perkuliahan
1. Pendahuluan
Dalam bab II macam-macam sambungan Kelistrikan ini akan dibahas mengenai macam-macam sambungan yang dikunakan dalam kelistrikan dan sifat-sifat yang berlaku pada sambungan tersebut. Disamping itu dibahas mengenai cara-cara perhitungan dari sambungan rangkaian listrik tersebut. Selanjutnya juga dibahas mengenai hukum Kirchoff dan aplikasinya pada sambungan rangkaian kelistrikan. Dalam pelaksanaannya direncanakan bab II ini akan diselesaikan selama empat kali pertemuan, yaitu 12 x 50. jadi untuk satu kali pertemuan adalah selama 3 x 50 menit.
Secara umum tujuan dari pembelajaran pada bab II ini memberikan pengetahuan dan kemampuan aplikasi perhitungan macam-macam sambungan kelistrikan dan penerapan hukum Kirchoff pada sambungan-sambungan tersebut. Dimana pengetahuan dan kemampuan perhitungan mengenal macam-macam sambungan ini sangat pentimg artinya dalam menunjang kemampuan dibidang teknik mesin yang tidak lepas dari penggunaan sistem-sistem kelistrikan, seperti pada mobil; sistem pengapian, penerangan, sistem pengisian, sistem starter dan lain-lain. Oleh karena itu bab II ini sangat penting artinya dalam memberikan pengetahuan dan kemampuan macam-macam sambungan yang akan berguana bab selanjutnya maupun pada sistem kelistrikan mesin.

2. Sajian Materi
a. Rangkaian Listrik
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa arus listrik dapat mengalir bila terjadi beda tegangan pada kedua kutub atau terminal tersebut. Namun demikian terjadinya perbedaan tegangan tersebut harus berada pada rangkaian tertutup ini arus akan mengalir dari terminal positip (tinjauan srus listrik) menuju ke beban listrik dan selanjutnya ke terminal negtif, dan terus keluar melalui positip kembali, begitu seterusnya.
Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas maka di bawah ini diberikan gambar rangkaian listrik tertutup.




Gamabar 14. Rangkaian listrik tertutup.

Pada dasarnya hanya ada dua macam cara penyambungan tahanan / alat pemakai listrik yang terdiri dari dua atu lebih tahanan, yaitu sambungan seri dan paralel. Namun kemudian sambungan seri dan parallel dalam pemakaiannya dapat digabungkan, sehingga disebut sambungan campuran.

b. Sambungan Seri
Dalam rangkayan listrik sambungan seri adalah setiap beban pemakai listrik atau tahanan antara yang satu dengan yang lainnya disambung secara terus menerus pada satu kawat, tanpa ada yang di cabangkan. Artinya disini dari pemasangan tahanan pertama kemudian disambungkan ke tahanan berikutnya, begitu seterusnya. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar di bawah ini:


Gambar 15 sambungan seri.

Keistimewaan atau sifat-sifat dari rangkayan seri adalah sebagai berikut :
1) Besarnya arus listrik yang mengalir pada setiap tahanan adalah sama.
2) Besarnya nilai tahanan pengganti (Rp) adalah sebanding dengan jumblah semua tahanan dalam rangkayan.
3) Jumlah tegangan yang melalui tiap tahanan sanma dengan tegangan sumbernya
Untuk menyelesaikan perhitungan – perhitungan pada sambungan seri ini maka perlu diperhatikan sifat-sifat dari sambungan seri tersebut. Untk lebi jelasnya perhatikan aturan-aturan dibawa ini.

Gambar 16 sambungan seri pada rangkaian tertutup.




Dari gambar di atas maka akan didapatkan perhitungan-perhitungan sebagaiberikut:
1) Rt = R1 + R2 + R3 Rt = Tahanan total/pengganti
2) I = V0/Rt
3) V0 = V1 + V2 + V3 V0 = Tegangan sumber
V1 = I x R1, V2 = I x R2, V3 = I x R3

Contoh Soal :
1) Diketahui soal seperti pada gambar.


Dari gambar di atas, ditanyakan berapakah besarnya tahanan total/tahanan pengganti, besar arus yang mengalir dan tegangan pada masing-masing tahanan?
Penyelesaian :
1) Rt = R1 + R2 + R3 = 3 + 4 + 5 = 12 Ω
2) I = V0/Rt = 12/12 = 1 Ampere
3) V1 = I x R1 = 1 x 3 = 3 Volt
V2 = I x R2 = 1 x 4 = 4 Volt
V3 = I x R3 = 1 x 5 = 5 Volt
V0 = V1 + V2 + V3 = 3 + 4 + 5 = 12 Volt.





c. Sambungan Paralel
Sambungan paralel adalah suatu cara penyambungan alat-alat pemakaian listrik/tahanan dimana masing-masing tahanan dihubungkan sedemikian rupa sehingga mempunyai dua titik hubungan yang sama. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar di bawah ini.


Gambar 17. Sambungan Paralel

Keistimewaan atau sifat-sifat dari sambungan paralel ini adalah sebagi berikut:
1) Tegangan pada setiap tahanan adalah sama.
2) Jumlah arus listrik yang mengalir pada tiap-tiap tahanan adalah sama dengan besarnya arus listrik dari sumber.
3) Besarnya tahanan total/pengganti sama dengan jumlah kebalikan masing-masing tahanan.
Untuk menyelesaikan perhitungan-perhitungan pada sambungan paralel ini maka
perlu diperhatikan sifat-sifat dari sambungan paralel tersebut. Untuk lebih jelasnya perhatikan aturan-aturan di bawah ini :
1) V0 = Io x Rt V0 = Tegangan sumber
2) Io = I1 + I2 + I3 Io = Arus dari sumber
3) 1/Rt = 1/Rt + 1/R2 + 1/R3 Rt = Tahanan total





Contoh Soal :
1) Diketahui soal seperti pada gambar di bawah ini.


Ditanyakan :
a) Berapa besarnya tahanan total.
b) Berapa besar arus I1, I2, I3 dan Io
c) Buktikan Vo = V1 = V2 = V3
Penyelesaian :
a) 1/Rt = 1/Rt + 1/R2 + 1/R3 = ½ + 1/6 + ¼
= 1/12 + 2/12 + 3/12 = 6/12 Ω
Rt/1 = 12/6 = 2 Ω
Rt = 2 Ω
b) I1 = V0/R1 = 12/12 = 1 Ampere
I2 = V0/R2 = 12/6 = 2 Ampere
I3 = Vo/R3 = 12/4 = 3 Ampere
Io = I1 + I2 + I3 = 1 + 2 + 3 = 6 Ampere, atau
Io = Vo/Rt = 6 Ampere
c) Vo = Io x Rt = 6 x 2 = 12 Volt atau
Vo = V1 V1 = I1 x R1 = 1 x 12 = 12 Volt
Vo = V2 V2 = I2 x R2 = 2 x 6 = 12 Volt
Vo = V3 V3 = I3 x R3 = 3 x 4 = 12 Volt
Terbukti Vo = V1 = V2 = V3
d. Sambungan Campuran
Yang dimaksud dengan sambungan campuran adalah beberapa peralatan listrik/tahanan yang disambung paralel dan disambung seri dijadikan menjadi satu rangkaian. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar di bawah ini :

Gamabar 18. sambungan campuran
Keistimewaan atau seifat-sifat dari sambungan campuran ini Juga sesuai. dengan sifat-sifat sambumngan paralel dan sambungan seri. Artinya disini jika pada sambungan campuran tersebut yang dihitung adalah sambungan paralel maka yang berlaku sifat-sifet sambungan parale1, namun jika yang dihitung sambungan seri maka yang berlaku sifat-sifat sambungan seri.
Untuk menyelesaikan perhitungan pada sambungan campuran sangat tergantung keadaan sambungen campuran itu sendiri. Jika yang dihadapi seperti pada ganbar l7, maka dapat diselesaikan dulu sambungan paralelnya (R1, R2, R3), baru kemudian serinya (R4, R5), selanjutnya diselesaikan secara kedua-duanya. Namun dapat juga diselesaikan serinya dulu baru kemudian paralelnya, Untuk lebih jelasnya perhatihan
aturan-aturan di bawah ini.
1/Rp1 = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 = R2.R3 + R1.R3 + R1.R2
R1.R2.R3
Rp1/1 = R1.R2.R3
R2 . R3 + R1 . R3 + R1 . R2

Rp 2 = R4 + R5
R total = Rp1 + Rp2






e. Hukum Kirchoff
Hukum kirchof ada 2, yaitu hukum Krchof I dan hukum Kichof II.
Hukum Kirchoff I menyebutkan bahwa ”Jumlah arus yang melalui suatau titik cabang sama dengan nol ” artinya disini adalah arus yang menuju ke suatu titik cabang sama dengan jumlah arus yang meninggalkan titik cabang tersebut. Dalam hal ini dapat dilihat dalam gambar di bawah ini :

Gambar 19. Ilustrasi Hukum Kirchoff I

Hukum Kirchoff II menyebutkan bahwa dalam rangkaian tertutup jumlah aljabar dari gaya gerak listrik sama dengan jumlah aljabar hasil kali arus cabang dengan tahanan cabang. Dengan demikian pada hukum Kirchoff I membahas tentang arus, sedangkan hukum Kirchoff II membahas tentang tegangan, sehingga sebenarnya hukum Kirchoff ini adalah perluasan dari hukum Ohm. Dibawah ini diberikan contoh soal dari penerapan hukum Kirchoff pada rangkaian tertutup.
Contoh Soal :
fhfhhhfhhfhfhhhhhhhhhhhhhhhh














-100 = 60 I1 - 20 12
-100 = 60 11 - 20 x 2 = 60 I1 - 40
I1 = (-100+40)/60 = -1 Amper
I3 = I2-I1 = 2 - (-1) = 3 Amper
Catatan :
11 ternyata negatif, ha1 ini nenunjukan bahwa arah arus sebenarnya adalah kebalikan dari penentuan arah arus pada gambar tersebut di atas.

C. Evaluasi
Pada evaluasi ini ditujukan untuk mengukur sampai seberapa seberapa jauh tingkat keberhasilan dari pencapaian tujuan instruksional khusus yang telah di tetapkan sebelumnya. Untuk ltu pada evaluasi ini di berikan sejumlah soal-soal latihan yang harus dikerjakan oleh mahasiswa dalam rangka mengukur TlK yang telah ditetapkan dalam bab ini.
Soal-Soal Latihan
1. Coba jelaskan sifat-sifat dari sambungan-sambungan seri?
2. Coba jelaskan sifat-sifat dari sambungan paralel ?
3. Mengapa pemasngan amperemeter dipasang seri pada rangkaian listrik ? Jelaskan.
4. Mengapa pemasangan voltmeter dipasang paralel pada rangkaian listrik ? Jelaskan.
5. Coba jelaskan apa makna dari hukun kirchoff I ?
6. Coba jelaskan apa makna dari hukun kirchoff II ?
7. Diketahui soal seperti Pada gambar.


8. diketahui soal seperti pada gambar.

Ditanyakan :
a. berapa tahanan total ?
b. berapa Io, I1, I2, I3 ?
c. buktikan Vo = V1 = V2 = V3 ?
9. Sebuah sambungan campuran seperti gambar di bawah ini.

Hitunglah :
a. Hitunglah besarnya tahanan penggantinya ?
b. Vo, VAB dan VBC
c. I1, I2, I3
10. Sebuah rangkaian listrik seperti pada gambar di bawah ini.

Hitunglah besarnya : I1, I2, I3 ?

D. Daftar Pustaka

Sudarminto, 1978, Instalasi Listrik, Carya Remaja, Bandung, Hal 15-27
Sunggono Asi, 1997, Teknik Tenaga Listrik, CV. Aneka Solo, Hal 30-42
Toyota, Materi Pelajaran Enggine Group (STEP 1), PT. Toyota Astrea Motor, Jakarta, Hal: (1-9)- (1-11)
Toyota, 1982, Dasar-Dasar Auto Mobil, PT. Toyota Astrea Motor, Jakarta, Hal: 142-143

























BAB III MAGNET DAN KEMAGNETAN

A. Tujuan Instruksional Khusus

Setelah Mengikuti Kuliah, mengerjakan tugas, mempelajari sumber yang relevan mahasiswa semester III teknik mesin FKIP Undana diharapkan akan dapat :
1. Menganalisis sifat-sifat magnet.
2. Menganalisis garis-garis gaya magnet.
3. Menganalisis peristiwa elektro magnet.
4. Menganalisis terjadi kemagnetan pada kumparan listrik.
5. Mengaplikasikan peristiwa induksi pada kumparan listrik terhadap dasar kerja koil.
6. Menganalisis peristiwa gaya electromagnet
7. Menganalisis hubungan antara gaya electromagnet dengan prinsip kerja motor listrik.
8. Menganalisis peristiwa induksi electromagnet.
9. Menganalisis teori generator.
10. Menganalisis prinsip kerja generator arus searah.
11. Menganalisis prinsip kerja generator arus bolak-balik.
12. Menganalisis prinsip kerja alternator.
13. Menganalisis prinsip kerja transformator.
14. Menganalisis perbedaan trafo stabilizer, step up, step daown dan adaptor.

Petunjuk Belajar :
Untuk memudahkan pencapaian TIK dari bab III ini maka mahasiswa perlu memahami tentang konsep-konsep magnet dan kemagnetan secara benar. Hal ini dimaksudkan agar mahasiswa mampu menerapkan konsep-konsep magnet dan kemagnetan ini pada berbagai sistem kerja peralatan listrik pada bidang teknik mesin seperti : Ignition coil, motor listrik, generator /alternator dan lain-lain. Derngan demikian akan memudahkan dalam mempelajari sistem kelistrikan pada teknik mesin, khususnya pada m,ata kuliah selanjutnya yaitu “ Sistem Kelistrikan Otomotif.”
B. Materi Perkuliahan

1. Pendahuluan
Dalam Bab III magnet dan kemagnetan ini akan dibahas mengenai sifat-sifat magnet baik magnet permanent maupun peristiwa terjadinya kemagnetan karena aliran listrik.
Selain itu juga akan dibahas mengenai penerapan-penerapan dari sifat-sifat magnet dan kemagnetan ini pada dasar-dasar kerja sistem pengapian, sistem motor listrik, dan dasar sistem kerja generator/alternator, serta perpindahan tenaga pada transformator. Dalam pelaksanaannya direncanakan Bab II ini akan deselesaikan selama delapan kali pertemuan, yaitu 24 x 50. jadi untuk satu kali pertemuan adalah selama 3 x 50 menit.
Secara umum tujuan dari mempelajari pada Bab III ini memberikan pengetahuan dan kemampuan mengenai sifat-sifat magnet dan kemagnetan serta berbagai macam penerapannya pada bidang-bidang kelistrikan teknik mesin.
Dengan demikian Bab III merupakan pengetahuan dan kemampuan yang harus dikuasai sebagai dasar untuk menganalisis sisten-sistem kelistrikan pada bidang teknik mesin.

2. Sajian Materi

a. Sifat-sifat Magnet
Sifat Magnet adalah dapat menarik benda-benda yang terbuat dari besi atau baja. Semua magnet mempunyai kutup utara dan kutup selatan. Untuk mengetahui posisi dari kutup utara dan selatan dari magnet tersebut dapat digunakan jarum kompas ini akan menunjukkan kutup utara dan selatan dari magnet. Dimana pada ujung yang menunjukkan arah utara disebut kutup utara dan yang menunjukkan selatan disebut kutup selatan.
Bila dua magnet didekatkan maka kutup yang senama akan saling tolak menolak dan kutup yang tak senama akan saling tarik menarik.

Gaya Tolak Gaya tarik

Gambar 20. aksi magnet antara kutup senama dan senama.


b. Garis-Garis Gaya Magnet
Bila sebuah lempeng kaca ditempatkan di atas besi magnet, kemudian diatas kaca tersebut ditaburi serbuk besi maka jika kaca itu sedikit dimiringkan akan terbentuk garis-garis diantara kedua kutupnya. Garis-garis yang terbentuk dari serbuk besi ini pada dasarnya menggambarkan keberadaan garis-garis gaya magnet dan tempat yang dilewati oleh garis-garis gaya magnet disebut medan magnet. Garis-garis gaya magnet bertolak dari kutup utara magnet menuju ke kutup selatan magnet.

a. Ditaburi serbuk besi b. Ilustrasi garis gaya magnet
Gambar 21. Garis-garis gaya magnet

Sepotong besi akan menjadi magnet bila didekatkan dengan sepotong magnet. Keadaan ini diperlihatkan pada gambar dibawah ini. Kutup selatan dan utara dihasilkan pada batang besi, dan batangh besi seakan-akan menghisap garis-garis gaya magnet dari magnet tersebut. Dari kenyataan ini di sepotong yang tidak bersifat magnet akan menjadi magnet akibat gaya magnet dari batang magnet permanent, peristiwa ini disebut induksi magnetis. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.


Gambar 22. Induksi Magnet

Namun demikian tidak semua bahan dapat menghasilkan garis-garis gaya magnet bila didekatkan dengan magnet. Bahan yang demikian disebut bahan non magnet, yaitu semua logam bukan besi dan baja, misalnya karet dan lain-lain.
Bahan-bahan magnet dibagi menjadi dua jenis, yaitu :
1. Jenis besi lunak (seperti campuran silicon) mudah akan menjadi magnet bila didekatkan pada sebuah magnet dan tidak menjadi magnet lagi bila dilepaskan dari magnet tersebut. Bahan-bahan ini banyak digunakan sebagai inti besi pada ignition coil dan inti besi pada sebuah relay coil. Dalam beberapa bahan, sebagaian kecil dari kemagnetan tinggal (remanence). Bahan ini gunakan untuk generator, dimana keadaan remanence ini diperlukan generator jika akan berfungsi lagi setelah diam.
2. Type (jenis) besi atau baja (seperti nickel-cobait dan tungsten alloys) bila didekatkan kepada sebatang magnet maka ia akan manjadi magnet. Bahan-bahan ini digunakan untuk magnet tetap pada ignition magnetos,ammeter dan spidometers.

c. Elektro Magnet
Bila suatu kawat penghantar dialiri arus maka disekeliling kawat tersebut akan timbul garis-garis gaya magnet yang teratur mengelilingi sepanjang kawat tersebut. kawat penghantar ini belum mempunyai kutup utara dan selatan. Kekuatan medan magnet ini akan bertambah sebanding dengan arus yang mengaliri penghantar tersebut.
Hubungan antara arus listrik dan garis-garis gaya magnet yang mengalir pada sebuah konduktor adalah sebagai berikut ; apabila konduktor tersebut dipegang dengan tangan kanan maka ibu jari akan menunjukan arah arus yang mengalir,sedangkan keempat jari lainnya akan menunjukan arah garis-garis gaya magnetdan hal ini disebut kaidah tangan kanan(right-hand thumb rule).atau apabila arus mengalir seperti masuknya sekrup ulir kanan, sedangkan garis gaya magnet akan mempunyai arah sesuai dengan arah perputaran sekrup ulir kanan (Kaidah Ulir kanan). Magnet yang dibentuk dengan aliran arus listrik ini disebut elektro magnet.


a. Kaidah tangan kanan b. Kaidah ulir kanan
Gambar 23. Hubungan antara arus listrik dan garis gaya magnet.




d. Kemagnetan Pada Kumparan
Apabila arus listrik mengalir melalui sebuah kumparan maka setiap kumparan akan bergabung sehingga menghasilkan jumlah garis gaya magnet yang sendiri, kemudian garis gaya magnet ini akan bergabung sehingga menghasilkan jumlah garis gaya magnet yang besar. Garis-garis gaya magnet yang ditimbulkan oleh kumparan, berpusat dibagian dalam, sehingga kumparan (coil) dapat dianggap mempunyai kutup utara dan kutup selatan.

Gambar 24. Kemagnetan pada kumparan

Dari gambar diatas dapat diketahui, bila sebuah kumparan kawat tanpa inti besi dialiri listrik, maka tenaga magnet yang timbul belum cukup kuat untuk untuk menarik sepotong besi. Namun apabila didalam kumparan tersebut diberi inti besi lunak maka garis gaya magnet akan diperkuat ratusan kali, sehingga mampu menarik sepotong besi lainnya. Hal ini dikarenakan ini besi adalah penghantar yang baik, sedangkan udara penghantar yang tidak baik.
Untuk menentukan kutup utara dan kutup selatan magnet yang dihasilkan dari suatu kumparan yang dialiri arus, maka dapat digunakan dalil tangan kanan (right hand rule). Peganglah kumparan dengan tangan kanan, jari-jari menunjukkkan arah arus listrik dan ibu jari dan ibu jari menunjukkan kutup utara dari ujung kumparan, sedangkan ujung yang lain adalah kutup selatan.

Gambar 25. Menentukan kutup magnet kumparan.

Besarnya kekuatan medan magnet listrik tergantung pada jumlah lilitan pada kumparan dan besarnya arus yang melewati kumparan itu. Jika arus = A, lilitan = B, maka ukuran dari kekuatan medan magnet listrik adalah amperlilitan (amper-turn = AN). Untuk memberikan pemahaman yang lebih jelas lihat gambar dibawah ini.

2 A 2 A
500 N

==




1000 ampere - truns

Gambar 26. Kekuatan medan magnet listrik.




Dari gambar ini dapat diketahui bahwa ada dua kumparan yang satu 500 lilitan dilalui arus 2 A, sedangkan satu lagi 200 lilitan dialiri arus 5 A. ternyata keduanya menghasilkan kekuatan medan magnet listrik yang samna, yaitu 1000 amper-turns.

e. Induksi Pada Kumparan Listrik

1). Induksi Psendiri ( Self Inductance )
Telah dibahas sebelumnya bila sebatang besi lilitan dengan kawat halus sehingga menjadi sebuah kumparan, kemudian kumparan itu dialiri arus listrik dari baterai maka pada kumparan tersebut akan terjadi kemagnetan. Jika kemudian listrik tersebut diputuskan maka arus dari baterai akan terhenti mengalir, namun garis-garis gaya magnet yang timbul pada kumparan akan cenderung meneruskan arus listrik tersebut. Kecendrungan dari garis-garis gaya magnet yang timbul pada kumparan akan cenderung meneruskan arus listrik tersebut. Kecendrungan dari garis gaya magnet untuk meneruskan aliran arus listrik akan menyebabkan timbulnya arus listrik pada kumparan, walaupun arus dari baterai sudah terputus. Kejadian ini dikatakan kumparan terinduksi oleh garis gaya magnet yang hilang tersebut.
Untuk membuktikan hal tersevbut di atas dapat dilakukan secara sederhana, yaitu sambungkan sebuah lampu secara pararel pada kumparan itu seperti gambar di bawah ini.


Gambar 27. Rangkaian percobaan arus induksi sendiri.


Bila saklar dihubungkan (ON), maka arus dari baterai akan mengalir pada kumparan dan lampu, sehingga pada kumparan akan timbul garisgaris gaya magnet dan lampu menyala. Kemudian saklar diputuskan (OFF), Sampai beberapa saat lampu akan tetap menyala untuk kemudian baru padam. Jadi pada saat saklar diputuskan, lampu tidak segera padam,namun masih menyala sampai beberapa kemudian redup dan padam.hal ini dikarenakan pada waktu saklar dibuka masih ada arus yang mengalir pada kumparan dan lampu,dan arus yang tertinggal pada kumparan untuk jangka waktu sementara itulah yang digunakan untuk menyalakan lampu beberapa saat.kejadian ini disebut arus induksi,yaitu disebabkan oleh perubahan garis-garis gaya magnet pada kumparan dari ada menjadi tidak ada.Dan karena yang terinduksi hanya kumparan itu sendiri maka disebut induksi sendiri.Arah dari arus /GGL induksi sendiri ini arahnya berlawanan dengan sunber arus (batterai) pada rangkaian tersebut,sehingga persamaannya adalah:
Eis = - L.dI / dt L= N. Ø / t
Dimana ;
Eis = GGL induksi sendiri(Volt).
L = Induksi (Henry).
dI = Perubahan kuat arus dalam selang waktu (A).
dt = Perubahan waktu (detik).
N = Jumlah lilitan kumparan(kumparan).
Ø = Fluks magnet(weber).

2). Induksi Bersama (Mutual Inductance)
Induksi bersama adalah peristiwa induksi yang terjadi pada dua buah kumparan yang saling berdekatan .yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder yang disusun pada satu inti besi. Apabila pada kumparan primer dialiri arus listrik dari baterai ,maka pada kumparan primer akan timbul garis-garis gaya magnet yang juga melingkupi kumparan sekunder. Kemudian bila arus listirk ini diputus, maka akan terjadi tegangan induksi pada kumparan dan juga kumparan sekunder. Oleh karena tegangan induksi terjadi pada kedua kumparan tersebut maka peristiwa ini dikatakan induksi bersama atu mutual inductance. Besarnya perbandingan lilitan antara kumparan sekunder dengan kumparan primer dan besar deari dari tegangan induksi pada kumparan primer. Untuk jelasnya hubungan ini secara matematis adalah sebagai berikut.


Dimana :
Ep = Tegangan Induksi pada kumparan primer.
Es = Tegangan induksi pada kumparan sekunder.
Np = Jumlah Lilitan pada kumparan primer.
Ns = Jumlah Lilitan pada kumparan sekunder.


Gambar 28. Induksi Bersama


Peristiwa terjadinya induksi pada kumparan primer dan kumparan sekunder ini merupakan dasar kerja pembangkitan arus induksi tegangan tinggi pada ignition coil. Dimana pada ignition coil, pada saat kontak platina terbuka maka akan terbentuk arus induksi pada kumparan primer dan sekunder. Pada kumparanm sekunder akan terbentuk arus induksi tegangan tinggi yang digunakan untuk menimbulkan bunga api listrikpada busi guna proses pembakaran.
Contoh soal :
Sebuah ignition coil, jumlah lilitan pada kumparan primer 250 lilitan dan kumparan sekunder 20.000 lilitan. Pada saat kontak platina mulai terbuka timbul tegangan induksi pada kumparan primer sebesar 250 Volt. Berapakah tegangan induksi yang timbul pada kumparan sekunder ?


Jadi tegangan induksi pada kumparan sekunder = 20. Volt.

f. Gaya Elektromagnet.
Apabila sebuah konduktor dialiri arus listrik maka akan timbul garis-garis gaya magnet yang mengelilingi sepanjang konduktor. Selanjutnya jika konduktor yang dialiri arus listrik itu disisipkan diantara dua kutup magnert, maka akan mengakibatkan konduktor tersebut bergerak seperti yang diperlihatkan oleh anak panah pada gambar di bawah ini.



Arah garis-garis gaya magnet

Arah
Arus



Arah
Gaya


Gambar 29. Kaidah tangan kiri dari fleming


Bergeraknya konduktor yang disispkan diantara dua kutup magnet disebabkan oleh gaya elektro magnet yang timbul, karena disekeliling konduktor juga timbul garis-garis gaya magnet akibat konduktor dialiri listrik.
Untuk mengetahui hubungan antara arah garis-garis gaya magnet, arah arus listrik dan arah gaya elektro magnet digunakan kaidah tangan kiri dari fleming. Pada kaidah tangan kiri fleming digunakan jari telunjuk, ibu jari, dan jari tengah saling menyilang tegak lurus. Bila jari telunjuk menunjukkan arah garis gaya magnet dan jari tengah menunjukkan arah arus listrik, maka ibu jari menunjukkan arah gaya electromagnet (gambar 27). Timbulnya gaya electromagnet ini merupakan prinsip kerja motor listrik.
Untuk lebih menjelaskan tentang gaya electromagnet ini perhatikan gambar dibawah ini.

Gambar 30. Arah gerakan konduktor

Apabila sebuah konduktor diletakkan diantara dua kutup magnet dan ke dalam konduktor dialiri arus listrik, maka disekeliling konduktor akan terbentuk medan magnet dengan arah putaran jarum jam. Akibatnya, garis gaya magnet yang ada di atas konduktor akan saling bertumpuan dengan kumpulan garis gaya magnet yang sama arahnya dari kutup magnet, dan yang sebelah bawah konduktor akan saling menghapuskan. Dengan demikian akan terjadi gerakan konduktor yang arahnya kebawah untuk lebih menjelaskan konsep gaya electromagnet perhatikan gambar di bawah ini.


Gambar 31. Arah gerakan konduktor bentuk U.


Bila Konduktor berbentuk U tersebut dialiri arus listrik maka akan menghasilakan garis gaya magnet yang arahnya berbeda. Untuk konduktor yang arah arusnya menjauh kita (0) arah garis gaya magnet yang ditimbulkan searah jarum jam. Sedangkan untuk konduktor yang arah arusnya mendekati kita (0) ,arah garis gaya magnetnya berlawanan dengan arah jarum jam. Kemudian konduktor tersebut diletakan diantara kutub magnet utara dan selatan (gambar 29) ,maka timbul kombinasi garis-garis gaya magnet. Akibatnya untuk konduktor yang arah arusnya menjauhi timbul gerakan ke bawah , sedangakan konduktor yang arusnya mendekati kita timbul gerakan ke atas sehingga menimbulkan momen punter ( hukum tangan kiri fleming). Karena arah arus yang mengalir tersebut tetap ,maka perputaran ini hanya dapat berputar 90 saja .

g. Hubungan gaya electromagnet dengan prinsip motor listrik
Peristiwa timbulnya gaya elketromagnet seperti yang telah dijelaskan diatas merupakan prinsip yang mendasari dari proses kerja motor listrik . dimana motor listrik ini pada bidang otomotip misalnya digunakan pada motor starter.motor starter ini berfungsi untuk menghidupkan mesin pada saat mesin akan dijalankan . pada prinsip kerja motor starter akan digambarkan proses terjadinya tenaga putar akibat dari timbulnya gaya elektromagnet pada kumparan yang berada pada kutub magnet (lihat gambar dibawah ini) .



Gambar 32 Prinsip kerja motor listrik /motor starter .



Pada gambar diatas memperlihatkan prinsip kerja motor listrik satu siklus penuh dengan satu konduktor .

Cara kerja ;
Pada waktu arus dari baterai mengalir ke kumparan (konduktor ) melalui brush dan komutator, kemudian kembali ke baterai lagi. Akibatnya pada kumparan timbul garis-garis gaya magnet, sehingga terjadi proses sebagai berikut : pada konduktor yang dialiri arus yang arahnya menjauhi kita (onduktor yang dihitamkan ) akan timbul gerakan ke arah bawah (searah tanda panah), dan pada saat yang sama konduktor yang arah arusnya mendekati kita, timbul gerakan keatas (searah tanda panah). Akibatdari kedua gerakan tersebut, dapat menyebabkan kumparan armature (dalam hal ini single konduktor) bergerak setengah putaran searah putaran jarum jam.
Setelah armature berputar setengah putaran maka terjadi perubahan posisi, dimana konduktor yang tidak dihitamkan arah arusnya menjauhi kita (gambar ketiga) sehingga timbul gerakan ke bawah, sedangkan konduktor yang dihitamkan arah arusnya mendekati kita sehingga timbul gerakan keatas. Akibatnya kumparan armature berputar setengah putaran lagi kembali ke posisi semula (gambar kesatu). Apabila putaran ini terus menjadi maka putaran yang kontinyu akan terbentuk. Sedangkan kecepatan putar dan torque yang terjadi sebanding dengan kekuatan medan magnet dan jumlah lilitan pada kumparan armature. Dalam motor listrik yang sebenarnya, beberapa set kumparan digunakan untuk menghilangkan putaran untuk yang tidak teratur dan memelihara gaya putar yang tetap, namun prinsipnya sama dengan kondisi di atas.

h. Induksi Elektromagnet
Bila garis-garis gaya magnet dari kutup utara dan selatan magnet dipotong oleh gerakan konduktor, maka di dalam konduktor tersebut akan dihasilkan gaya gerak listrik (GGL). Gaya gerak listrik yang dihasilkan ini diakibatkan oleh peristiwa induksi electromagnet, sehingga GGL yang dihasilkan disebut tegangan induksi.



Gambar 33. Induksi electromagnet. Gambar 34. Kaedah tangan kanan fleming.

Dari gambar diatas, bila konduktor digerakkan maju mundur antara kutup utara dan selatan, maka jarum galvanometer akan bergerak. Gerakan tersebut menunjukkan gaya gerak listrik yang dihasilkan. Dari kondisi ini dapat diketahui hal-hal sebagai berikut :
1). Jarum Galvanometer akan bergerak bila konduktor atau magnet yang bergerak.
2). Arah gerakan jarum sama dengan arah gerakan konduktor atau arah gerakan kutub-kutub magnetnya.
3). Besarnya penyimpangan jarum akan sebanding dengan kecepatan potong
4). Jarum tidak akan bergerak bila gerakan dihentikan.
Untuk menganalisa hubungan antara arah garis gaya magnet, arah gerakan dan arah arus induksi yang dihasilkan dapat digunakan kaidah tangan kanan fleming.
Jumlah gaya gerak listrik yang dibangkitkan bila sebuah konduktor memotong garis gaya magnet dalam medan magnet, sebanding dengan banyaknya garis gaya magnet yang dipotong dalam satuan waktu. Hal ini dapat dinyatakan dalam rumus sebagai berikut :


Dimana :
= GGL (tegangan induksi)
N = Jumlah Lilitan dari kumparan
d = Besar Perubahan garis gaya magnet (weber)
dt = Besar Perubahan waktu (detik)
selanjutnya bila gerakan konduktor memotong garis gaya magnet tersebut melingkar maka grafik gaya listriknya dapat di jelaskan seperti pada gambar dibawah ini.



Gambar 35. Grafik gaya listrik dari pemotongan medan magnet oleh konduktor.

Bila konduktor bergerak melingkar di dalam medn magnet,maka besarnya gaya listrik yang terjadi selalu berubah. Dalam gambar 33 konduktor bergerak dalam gerak melingkar pada kecepatan yang tetap dari titik A sampai ke titik L diantara kutub magnet utara dan selatan. Pada keadaan yang sebenarnya, pemotongan garis-garis gaya magnet yang jumlahnya lebih banyak adalah diantara titik D dan E serta diantara titik J dan K. namun pemotongan garis gaya magnet tidak terjadi dianatara titik A dan B serta titik G dan H. Demikian gaya listrik dibangkitkan pada saat konduktor bergerak dalam gerak melingkar yang di nyantakn dalm grafik ( gambar 33), hal tersebut dapat memperlihatkan besarnya gaya listrik yang mengalami perubahan secara tetap( bertambah/ berkurang). Selanjutnya arah gaya listrik akan berubah pada setiap setengah putaran dari konduktor. Induksi electromagnet ini merupakan dasar kerja generator.
i. Teori Generator.
Bila hanya sebuah konduktor saja yang diputar dalam sebauh medan magnet maka gaya listrik yang di hasilkan juga sangat kecil. Namun bila kedua konduktor di hubungkan ujungnya maka gaya listriknya yang dihasilkan akan bertambah. Dan juga bila putaran konduktornya di dalam medan magnet ditambah, maka bertambah pula gaya listrik yang dibangkitkan . untuk lebih jelasnya lihat gambar di bawah ini. Konduktor yang berbentuk coil ( kumparan), total jumlah gaya listrik yang terjadi akan lebih besar.


Gambar 36. prinsip dari generator





Dalam proses kerjanya ada dua jenis generator , yaitu generator arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC).

j. Prinsip Generator arus searah (DC)





Gambar 37. Prinsip kerja generator arus searah.


Pada waktu kumparan berputar seperti gambar (1), arus listrik akan dibangkitkan dari kumparan,komutator , sikat ( brush ) positif, lampu dan sikat negatip, sehingga lampu menyala. Kemudian kumparan berputar sehingga posisinya pada gambar 35 (2). Pada saat ini tidak terjadi pemotongan garis-garis gaya magnet sehingga tidk terjadi arus listrik pada kumparan dan lampu mati. Selanjutnya kumparan berputar kembali seperti pada gambar 35 ( 3 ) maka arus listrik akan terbangkit pada kumparan dan lampu menyala kembli , begitu seterusnya. Pada generator ini jumlah arus yang mengalir ke lampu perubahannya konstan dan arah arusnya tidak berubah.
Pada generator yang sebenarnya , generator tersebut terdiri dari banyak kumparan ( coil ) yang berkaitan di sekelilingnya, sehingga masing-masing kumparan pada putarannya menghasilkan gaya listrik ketika berputar pada titik maksimum. Jumlah arus listrik yang mengalir ke lampu mangalami perubahan kecil dan hamper dikatakan konstan. Pada beberapa hal, komutator yang penting pada generator arus searah ( DC ). Untuk memperjelas hal ini perhatikan gambar ini.


Gambar 38. Generator arus searah (DC )


k. Prinsip Generator Arus Bolak- Balik ( AC )
Arus listrik yang dibangkitkan oleh kumparan rotor disalurkan melalui sliping dan sikat. Besar arus listrik yang mengalir ke lampu, akan berubah-ubah arah alirannya denagn waktu yang sama. ( lihat gambar 37 ).


Gambar 39. prinsip kerja generator arus bolak-balik ( AC ).

Cara kerja :
Pada gambar 10 ( 1 ) kumparan mulai berputar dari 0ْْ sampai 180ْ pada porosnya dan menghasilkan arus dan tegangan yang positif ( + ). Gambar 10 ( 2), pada saat ini kumparan tidak mengahasilkan arus dan tengangan listrik. Pada gambar 10 ( 3 ) kumparan bergerak terus pada putaran 180ْ sampai 360ْ pada saat ini kumparan menghasilkan arus dan tegangan listrik negatip ( - ) , kemudian kumparan berputar terus kembali pada keadaan pertama. Kurva tegangan yang dihasilkan oleh generator arus bolak-balik dengan satu putaran penuh ( 360ْ ), dimana tegangan positif ( + ) dihasilkan pada ½ putaran pertama dan ½ putaran berikutnya tegangan yang dihasilkan negatip( - ) ( lihat gambar 38 ).


Gambar 40. grafik tegangan generator AC.

l. prinsip Alternator
Prinsip dari alternator adalah magnet yang berputar ( rotor ) dalam sebuah kumparan stator yang menghasilkan pembangkit alternator adalah arus bolak-balik yang mana arah aliran berubah secara tetap , kemudian untuk merubahnya menjadi arus searah ( DC ) digunakan diode ( rectifier ). Pada generator DC untuk memperoleh arus searah digunakan komutator dan sikat.


Gambar . 41. prinsip dari alternator

Volume listrik yang dibangkitkan dalam kumparan lebih besar. Oleh karena arus listrik dalam kumparan lebih besar. Oleh karena arus listrik yang mengalir pada kumparan akan menimbulkan panas, maka untuk pendinginan lebih baik bila kumparan yang dilewati arus listrik diletakkan diluar. Oleh karena itu pada umumnya mobil-mobil sekarang lebihbanyak menggunakan altenator, karena dapat bekerja lebih baik pada putaran rendah dan tinggi. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 40 dibawah ini.



Gambar 42. konstruksi alternator .


1). Pengaturan flux magnet pada rotor
Biasnya komponen listrik yang digunakan pad mobil mempunyai tegangan listrik 12 volt atau 24 volt, dan ini akan disuplai oleh sisten pengisian ( alternator ) . energi listrik dibangkitkan ketika mgnet berputar didalam kumparan stator , dan energi listrik tersebut akan berubah –ubah tergantung dengan kecepatan putaran magnetnya. Hal ini sesuai dengan rumus E = β. 1 . v , apabila v bertambah besar maka hasil listriknya pun akan bertambah juga dengan demikian tegangan akan berubah tergantng pada kecepatan yang memutar magnet. Untuk mendapatkan tegangan yang konstan pula. Namun karena magnet ( rotor ) dari altenator diputarkan oleh mesin yang kecepatannya selalu berubah-ubahtergantung pengendaranya , maka kecepatan konstan tidak dapat tercapai. Untuk mendapatkan output tegangan yang konstan maka perlu diatur besar kecilnya medan magnet. Pada rotor sesuai dengan besat kecilnya putaran alternator. Untuk itu digunakan magnet listrik yang dapt merubah flux magnet (β = banyaknya garis-garis gaya magnet ) sesuai dengan putaran alternator. Pengaturan jumlah flux magnet ini dengan jalan mengatur besar kecilnya arus listrik yang mengalir ke kumparan rotor. Pada saat altenator berputar lambat maka arus yang akan mengalir ke rotor akan besar dan flux magnet menjadi besar ,sedang bila altenator berputar cepat maka arus listrik ke rotor kecil dan flux magnet menjadi kecil. Akibatnya pada putaran rendah dan tinggi output alternator tetap konstan. Arus listrik yang mengalir ke kumparan rotor disuplai oleh baterai.

2 ) Arus Bolak-Balik 1 Phase Dan 3 Phase

Gambar 43. pembangkitan dan grafik arus AC 1 phase


Pada saat magnet berputar di dalam kumparan stator, gaya listrik ( electromotive force ) akan dibangkitkan pada ujung-ujung kumparan, dan listrik yang terjadi adalah arus bolak-balik yang jumlah dan arah arusnya berubah secara periodic. Hubungan antara pembangkit arus dalam kumparan dan posisi dari magnet dapat dilihat pada gambar 41. jumlah terbesar dari arus yang dibangkitkan ketika kutup magnet N dan S sedang menutup kumparan. Tetapi arus mengalir dalam arah yang berlawanan setiap ½ putaran magnet. Listrik yang dibentuk dengan sebuah gelombangdalam cara ini disebut arus bolak-balik satu phase. Perubahan dari 360ْ dalam mgrafik menunjukan satu siklus, dan banyaknya perubahan yang terjadi dalam satu detik disebut frekuensi.
Untuk membangkitkan listrik secara efesien, alternator mobil mengunakan 3 kumparan yang di susun pada gambar di bawah ini.






Gambar 44. Pembangkit dan grafik arus AC 3 phase


Masing-masing kumparan A, B, dan C adalah berjarak 120ْ antara yang satu dengan lainnya.ketika magnet berputar ditengah-tengah kumparan tersebut,maka arus bolak balik dibangkitkan pada masing-masing kumparan. Pada gambar 42 memperlihatkan hubungan antara 3 arus bolak-balik dan magnet. Listrik yang mempunyai 3 arus bolak-balik seperti ini disebut arus bolak-balik 3 phase.


m. Transformator
Transformator atau yang umum disebut dengan trafo adalah merupakan sebuah peralatan listrik yang bekerja untuk memindahkan tenaga listrik dengan cara induksi electromagnet. Arus listrik yang dipindahkan adalah arus bolak-balik (AC). Ditinjau dari output tegangannya maka trafo dapat dibedakan menjadi 3 macam, yaitu:

1). Trafo stabilizer: untuk manstabilkan tegangan.
2). Trafo step up: untuk menaikkan tegangan output.
3) Trafo step down: untuk menurunkan tegangan output.

Transformator ini terdiri dari inti besi yang kemudian dililitkan 2 buah kumparan,yaitu kumparan primer (input) dan kumparan sekunder (output). Untuk lebih memberikan gambaran tentang trafo perhatikan gambar ini.



Gambar 45. symbol transformator


Adapun persamaan-persamaan yang berlaku pada transformator adalah sebagai berikut:



Ip.Ep = Is.Es
Dimana:
Ep = tegangan pada kumparan sekunder.
Es = tegangan pada kumparan sekunder.
Np = jumlah kumparan primer.
Ns = jumlah kumparan sekunder.
Ip = arus pada kumparan primer.
Is = arus pada kumparan sekunder.
Transformator ini disamping berfungsi sebagai stabilizer,step up atau step down dari tegangan yang diinginkan,namun bila dilengkapi dengan penyearah (diode) maka trafo ini dapat berfungsi sebagai penyearah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Trafo jenis ini biasanyadisebut trafo adaptor.
1). Penyearah setengah gelombang
Bila pada trafo dipasangkan satu diode,maka dapat menyearahkan gelombang sinus AC menjadi arus searah setengah gelombang (lihat gambar dibawah ini).






b. Tegangan sinus dari sekunder trafo c. Arus output (lewat RL)


Gambar 46. Penyearah setengah gelombang dan outputnya.


i = Im sina → jika 0 ≤ a ≤
i = 0 → jika Л ≤ a ≤ 2
Idc = Im /

2). Penyearah Gelombang Penuh
Penyearah yang lebih baik lagi adalah menggunakan dua buah diode. Oleh karena itu rangkaiannya terdiri dari dua penyearah setengah gelombang yang bekerja bergantian,seperti pada gambar 45. bentuk tegangan pada output pada ujung-ujung RL, sudah searah namun belum rata,masih bergelombang. Walaupun demikian bentuk gelombang tersebut selalu positif dan memberi tegangan searah.


a. Rangkaian penyearah rangkaian penuh b. Arus yang lewat D1, D2, RL
Gambar 47. Penyearah Gelombang Penuh dan Outputnya









3). Penyearah Dengan Filter (Tapis)
Tegangan DC yang diperolah dari penyearah gelombang penuh masih belum rata, tetapi berbentuk gelombang sinus yang selalu positif (searah). Untuk mendapatkan tegangan yang lebih rata maka setelah keluar dari penyearah,tegangan tersebut dilewatkan suatu filter. Filter yang paling sederhana ialah filter kapasitor.
Tegangan sinus dari penyearah dipasang pada ujung-ujung kapasitor C. kapasitor ini akan diisi oleh arus searah dari diode. Tegangan antara A dan B (=tegangan pada ujung-ujung kapasitor) akan mencapai harga maksimum Vm. Ketika tegangan sinus menurun yaitu pada titik t1 maka tegangan VAB = tegangan output tidak ikut turun karena adanya tegangan pada C. kapasitor akan memberi arus lewat RL, sehingga tegangan pada output mengikuti fungsi eksponen antara wt1 dan wt2 (lihat gambar 47).


Gambar 48. bentuk tegangan output dari peyearah gelombang penuh dengan filter kapasitor.


Tegangan dc (Vdc) pada output dapat ditentukan, diukur atau dihitung. Tegangan dc ini tergantung pada RL, c dan Vm.
Vdc = Vm -
Vr = = Vr = Tegangan riak (ripple)
= Tegangan pada kapasitor
Jadi Vdc = Vm -
Ternyata bahwa tegangan naik bergantung pada arus searah Idc, yaitu arus yang lewat beban (RL). Supaya riak kecil maka C harus besar, yaitu dapat dipakai kapasitor sebesar beberapa puluh microfarad. Kapasitor yang lazim dipakai untuk keperluan filter adalah kapasitor elektrolit (ELCO).

C. Evaluasi
Pada evaluasi ini ditujukan untuk mengukur sampai seberapa jauh tingkat keberhasilan dari pencapaian tujuan instruksional khusus yang telah ditetapkan sebelumnya. Untuk itu pada evaluasi ini diberikan sejumlah soal-soal latihan yang harus dikerjakan oleh mahasiswa dalam rangka mengukur TIK yang telah ditetapkan dalam bab ini.

Soal-soal Latihan

1. Apa yang terjadi bila dua kutub magnet yang senama saling didekatkan ? Dan bagaimana kalau tak senama?
2. Bagaimana membuktikan adanya garis-garis gaya magnet?
3. Apa yang dimaksud dengan peristiwa electromagnet?
4. Bagaimana menentukan kutub-kutub magnet dari sebuah kumparan yang dialiri listrik?
5. Coba jelaskan bagaimana terjadinya induksi sendiri pada suatu kumparan dengan disertai gambar?
6. Coba jelaskan bagaimana terjadinya induksi bersama pada suatu kumparan dengan disertai gambar?
7. Sebuah ignition coil, jumlah lilitan pada kumparan primer 250 lilitan. Pada saat kontak platina mulai terbuka timbul tegangan induksi pada kumparan pada kumparan primer 250 volt dan pada kumparan sekunder 20.000 volt. Berapakah jumlah lilitan pada kumparan sekunder?
8. Bagaimana untuk mengetahui hubungan antara arah gerakan pada peristiawa gaya electromagnet, jelaskan?
9. Coba jelaskan prinsip kerja motor starter dengan disertai gambar sederhana?
10. Bagaimana untuk mengetahui hubungan antara arah garis gaya magnet, arus listrik dan arah gerakan pada peristiwa induksi electromagnet, jelaskan?
11. Coba jelaskan prinsip terbangkitnya arus listrik pada generator dengan gambar sederhana?
12. Apa yang menyebabkan suatu generator memproduksi listrik AC atau DC ?
13. Coba jelaskan perbedaan prinsip kerja generator dan alternator ?
14. Mengapa listrik yang diproduksi oleh alternator adalah listrik arus searah (DC) ?
15. Bagaimana terjadinya pemindahan energi listri pada transformator ?
16. Apa yang dimaksud dengan trafo stabilizer, step up, step down dan adaptor ?


D. Daftar Pustaka

H. C . Yohanes, 1979, Dasar-Dasar Elektronika, Ghalia Indonesia, Jakarta, Halaman : 31-36.
Sudarminto, 1978, Instalasi listrik, Carya Remadja, Bandung, halaman : 39-41.
Sunggono Asi, 1997, Teknik Tenaga Listrik, CV. Aneka, Solo, halaman : 54-67.
Toyota, , Materi Pelajaran Engine Group (STEP 1), PT. Toyota Astra Motor, Jakarta, halaman : (1-13).
Toyota, , Materi Pelajaran Engine Group (STEP 2), PT. Toyota Astra Motor, Jakarta, Halaman : (5-1)-(5-5), (6-2)-(6-10), (7-1)-(7-11).
Toyota, 1982, Dasar-Dasar Automobil, PT. Toyota Astra Motor, Jakarta, Halaman: 144-148.




BAB IV PENUTUP

Dengan selesainya penulisan buku ajar ini, sebagai penutup dari semuanya sekali penulis mengucapkan sukur kehadirat Allah SWT atas segala petunjuk dan rahmat yang telah diberikannya.
Selesainya penulisan buku ajar ini sangat didukung oleh berbagai pihak yang telah membantu terselesainya penulisan buku ajar ini. Oleh karena itu penulis mengucapkan limpah terima kasih sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu, semoga tuhan membalasnya dengan balasan yang sepadan.
Kepada semua pihak, khususnya para mahasiswa yang akan menggunakan buku ajar ini, untuk memperdalam pengetahuan maka dianjurkan membaca buku referensi lainnya yang berhubungan dengan teknik kelistrikan.
Akhirnya penulis sangat menyadari bahwa penulisan buku ajar ini masih banyak kekurangannya, sehingga kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan, demi penyempurnaan buku ajar ini di waktu yang akan dating. Dan semoga buku ajar ini dapat bermanfaat baik bagi penulis pribadi maupun bagi para pembaca yang budiman.

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar