Makalahinduksielektromagnetik

KATA PENGANTAR

Kami, tim penulis makalah Fisika ini mengucapkan puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga dapat menyelesaikan makalah ini. Makalah ini kami sajikan dalam bentuk paparan yang mengacu pada pendekatan keterampilan proses secara tajam agar sesuai dengan kurikulum 1994. Di samping itu, untuk mempermudah proses belajar mengajar dan memahami Ilmu Fisika. Kami menyadari bahwa dalam menyusun makalah ini banyak kekurangannya. Untuk itu, kami mengharapkan saran pembaca untuk menyempurnakan makalah ini. Semoga makalah ini bermanfaat bagi semua, dan mempunyai andil dalam rangka mencerdaskan bangsa. Akhirnya, tim penulis mengucapkan terima kasih kepada siswa-siswi yang membantu dalam pembuatan makalah ini sampai selesai.

Sidoarjo,

Pebruari

2001

Tim Penulis

DAFTAR ISI

BAB I : DINAMO/GENERATOR..................................................

1

1.1.Generator Arus Searah.........................................

1

1.2. Generator Arus Bolak-Balik..................................

2

1.3. Generator Arus Bolak-Balik dalam Praktek..........

3

BAB II : TRANSFORMATOR.......................................................

5

2.1. Pengertian...........................................................

5

2.2. Prinsip Kerja Transformator..................................

5

2.3. Persamaan...........................................................

5

BAB III : TRANSMISI DAYA LISTRIK JARAK JAUH.........................

8

3.1. Penyaluran Daya Listrik.......................................

8

3.2. Keuntungan Transmisi Tegangan Tinggi...............

8

Contoh Soal dan Pembahasan Transformator 1. Sebuah transformator mempunyai jumlah lilitan primer 10.000 diberi tegangan 220 Volt sehingga menghasilkan tegangan sekunder 330 Volt. Tentukan : a. jenis transformator ini ? b. berapa jumlah lilitan sekunder transformator ? Diket :

Np

= 10.000 lilitan

Vp

= 220 Volt

Vs

= 330 Volt

Dit : a. jenis trasformator…? b. Ns…? Jawab : a. karena besar tegangan sekunder lebih besar daripada tegangan primer (Vs > Vp), maka jenis transformator ini adalah transformator step-up. b.

N s Vs = N p Vp Ns = =

Vs xN p Vp 330 x10.000 220 = 15.000 lilitan

Jadi jumlah lilitan sekunder transformator sebanyak 15.000 lilitan.

2. Sebuah

transformator

mempunyai

lilitan

primer

1.000

digunakan untuk mengubah tegangan 220 Volt menjadi 110 Volt. Tentukan : a. jenis transformator ? b. berapa jumlah lilitan pada kumparan sekunder ? c. kumparan

yang

terdiri

atas

berapa

lilitan

yang

dihubungkan dengan tegangan 220 Volt ? Diket :

Np

= 1.000

Vp

= 220 Volt

Vs

= 110 Volt

Dit : a. jenis transformator…? b. Ns…? c. Np pada 220 Volt…? Jawab : a. karena

tegangan

primer

lebih

besar

dari

tegangan

sekunder (Vp > Vs), maka jenis transformator yang digunakan adalah transformator step-down. b.

N s Vs = N p Vp Ns = =

Vs xN p Vp 110 x1.000 220 = 500 lilitan

Jadi jumlah lilitan pada kumparan sekunder adalah 500 lilitan.

c. 1.000 lilitan karena tegangan 220 Volt adalah tegangan primer. 3. Sebuah

transformator

mempunyai

daya

guna

80%

dihubungkan dengan sumber tegangan 25 Volt dan digunakan untuk menyalakan lampu 250 Volt 50 Watt. Tentukan : a. jenis transformator yang digunakan ? b. jika jumlah lilitan primer transformator 500, berapa jumlah lilitan sekundernya ? c. berapa daya input transformator ? d. berapa kuat arus input transformator ? e. berapakah kuat arus yang mengalir pada lampu ? Diket :

= 80% Vp

= 25 Volt

Vs

= 250 Volt

Ps

= 50 Watt

Dit : a. jenis transformator…? b. Ns jika Np=500…? c. Pp…? d. Ip…? e. Is…? Jawab : a. karena tegangan sekunder lebih besar dari tegangan primer (Vs > Vp), maka jenis transformator yang digunakan adalah transformator step-up. b. N V s = s N p Vp

Ns =

=

Vs xN p Vp

250 x500 25

= 5.000 lilitan Jadi jumlah lilitan sekunder adalah 5.000 lilitan. c.

η= Ns = =

Ps x100% Pp Vs xN p Vp 50 x100% 80% = 62,5 Watt

Jadi daya input transformator adalah 62,5 Watt. d. Pp = V p .I p Ip = =

Pp Vp 62,5 25 = 2,5 Ampere

Jadi kuat arus primer adalah 2,5 Ampere e. P = V .I s s s Is = =

Ps Vs 50 250

= 0,2 Ampere Jadi kuat arus yang mengalir pada lampu adalah 0,2 Ampere. Contoh Soal dan Pembahasan Transmisi Jarak Jauh  sebuah generator PLN memproduksi

arus 100 A pada

tegangan 600 V. Tegangan ditingkatkan menjadi 150.000 V oleh sebuah trafo step-up sebelum disalurkan melalui kawat transmisi tegangan tinggi melalui daerah pedesaan menuju ke sebuah kota. Anggap hambatan total kawat transmisi adalah 30 Ohm. Tentukan : a. persentase daya hilant ? b. berapa persentase daya hilang dalam transmisi seandainya tegangan pembangkit tidak ditingkatkan dahulu oleh trafo step-up ? Jawab : I1=100A

a.

V1=6 KV generator

~

I2

Kawat transmisi R=30 Ohm

V2=150 KV Beban (kota)

Trafo step-up Pertama, dihitung dahulu kuat arus sekunder trafo di sisi pembangkit dengan anggapan efisiensi trafo =100% P2 = P1 ⇔ V2 I 2 = V1I1

VI (6 KV )(100) I2 = 1 1 = = 4A V2 (150KV ) Kedua, kuat arus sekunder trafo I2 yang mengalir sepanjang kawat transmisi dengan hambatan total R, menimbulkan rugi-rugi daya disipasi Prugi. Prugi = ( I 2 ) 2 ⋅ R = (4) 2 ⋅ 30 = 480W = 0,48KW Jadi persentase daya hilang adalah : Prugi =

0,48 KW x100% = 0,08% (sangat kecil) 600 KW

I2=100A

b.

R=30 Ω

~

Beban (kota)

V1=6 KV

Rugi-rugi daya sepanjang kawat transmisi Prugi adalah : Prugi=(I2)2 R . = (100)2 . 30

= 300.000 W

= 300 KW persentase daya hilang adalah : Prugi =

(sangat besar) 300 KW x100% = 50% 600 KW

BAB I DINAMO / GENERATOR

1.1. GENERATOR ARUS SEARAH Sebuah generator arus searah (DC) sederhana yang terdiri dari satu gelung dengan satu lilitan dan hanya memiliki satu cincin yang terbelah ditengahnya disebut cincin belah atau komutator. Salah satu belahan komutator selalu berpolaritas positif, dan belahan komutator lainnya berpolaritas negatif. Ini menyebabkan arus listrik induksi yang mengalir melalui rangkaian luar (lampu) selalu hanya memiliki satu arah, yaitu dari

komutator

berpolaritas

positif

melalui

lampu

ke

komutator berpolaritas negatif. Arus listrik ini disebut arus searah. Generator arus searah dapat menghasilkan ggl ke satu arah. 1. Cincin kolektor diputus dan disekat. 2. Ujung-ujung kumparan dipatrikan pada sebuah segmen kolektor. 3.

Apabila kumparan telah berputar sebesar π, selama putaran itu berlangsung terjadi ggl induksi yang arahnya tetap.

4.

Pada saat mencapai sudut π, sikat-sikat bersinggungan dengan isolator dan dalam rangkaian luar tidak ada arus listrik.

5. Dengan demikian, arus induksi yang dihasilkan pada rangkaian luar merupakan arus induksi searah. Grafik ggl induksi yang dihasilkan oleh generator arus searah akan tampak seperti pada gambar berikut ini :

E

0

T

1.2. GENERATOR ARUS BOLAK BALIK Sebuah generator arus bolak-balik (AC) sederhana yang hanya terdiri dari sebuah gelung. Sisi gelung CD yang ujungnya U1 selalu menempel pada cincin C1, dan sisi gelung EF yang ujungnya U2 selalu menempel pada cincin C2. Cincin U1 selalu bersentuhan dengan sikat S1 dan cincin C2 selalu bersentuhan dengan sikat S2. Prinsip kerja generator arus bolak-balik ini adalah memutar gelung

diantara

pasangan

kutub

utara-selatan

sebuah

magnet sehingga timbul ggl induksi pada ujung-ujung gelung. Supaya gelung berputar searah jarum jam, maka pada sisi gelung yang dekat dengan kutub utara (gelung CD) harus mengalami gaya F keatas. Sesuai dengan kaidah tangan kanan kedua, maka arus induksi yang timbul pada sisi gelung CD haruslah dari C ke D. Dengan demikian arus induksi yang timbul pada gelung EF haruslah dari E ke F. Jadi, perjalanan arus listrik induksi pada rangkaian sehingga lampu pijar kecil menyala adalah dari gelung CDEF, ke ujung U2 ke sikat S2 melalui lampu pijar, ke sikat S1 ke ujung U1. Jika kita hanya memperhatikan rangkaian luar. Sikat S2 ke sikat S1, maka arus listrik mengalir melalui lampu dari sikat S2 ke sikat S1. Ini berarti sikat S2 lebih positif daripada sikat S1 atau sikat S2 berpolaritas positif dan sikat S1 berpolaritas negatif. Karena setiap setengah putaran gelung, polaritas S1 dan S2 bergantian, maka arus listrik yang dihasilkan generator selalu

berlawanan tanda setiap setengah putaran. Untuk membuat generator yang dapat menghasilkan arus listrik / induksi yang besar, dapat dilakukan empat cara sebagai berikut : 1. Memakai kumparan yang terdiri dari banyak lilitan. 2. Memakai magnet yang lebih kuat. 3. Melilit kumparan pada inti besi lunak (elektromagnet). 4. Memutar kumparan lebih cepat.

1.3. GENERATOR ARUS BOLAK-BALIK DALAM PRAKTEK Dalam praktek, generator AC umumnya memiliki kumparan tetap dan magnet yang berputar. Kumparan dililitkan pada inti besi, sehingga merupakan elektromagnet (magnet listrik) yang akan menghasilkan induksi magnetik yang berlipat ganda. Contoh generator AC : 1. Dinamo Sepeda

Magnet

permanen

berputar

di

dekat

sebuah

kumparan diam yang dililitkan pada inti besi. Akibat dari perputaran

magnet,

fluks

magnetik

yang

memotong

kumparan berubah sehingga ujung kumparan timbul ggl induksi. Ggl industri ini sebagai sumber tegangan yang akan menghasilkan arus listrik induksi. Magnet permanen yang berputar disebut rotor dan kumparan yang diam disebut strator. 2. Generator AC pembangkit listrik Magnet yang digunakan bukan magnet permanen melainkan elektromagnet yang juga dililitkan pada inti besi,

sehingga

medan

magnetik

yang

dihasilkan

meningkat beberapa kali. Dalam generator pembangkit listrik, kumparan diam disebut kumparan jangkar sedang kumparan bergerak disebut kumparan medan. Kumparan jangkar

dan

inti

besinya

disebut

stator,

sedangkan

kumparan dan inti besinya disebut rotor. Rotor dan turbin memiliki poros yang sama sehingga putaran turbin akan juga memutar rotor. Selain memberi putaran pada rotor, turbin juga memberi tenaga pada sebuah dinamo kecil yang berfungsi mensuplai arus listrik ke kumparan medan.

BAB II TRANSFORMATOR

2.1. PENGERTIAN TRANSFORMATOR Transformator

adalah

alat

yang

digunakan

untuk

mengubah tegangan bolak-balik (AC) dari suatu nilai tertentu ke

nilai

yang

kita

inginkan.

Transformator

terdiri

dari

kumparan primer dan kumparan sekunder yang diisolasi (terpisah) secara listrik dan dililitkan pada inti besi lunak. Inti besi lunak dibuat dari pelat yang berlapis-lapis untuk mengurangi daya hilang karena arus pusar. 2.2. PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR Arus induksi mengalir melalui rangkaian sekunder hanya ketika saklar pada rangkaian primer ditutup atau dibuka. Beberapa saat setelah saklar ditutup atau dibuka, arus induksi tidak mengalir lagi melalui rangkaian sekunder. Setelah beberapa saat saklar ditutup atau dibuka, besar induksi magnetik telah mencapai nilai tetapnya, sehingga tidak berubah lagi. Transformator bekerja seperti diatas, hanya supaya ggl suatu arus induksi terus menerus (kontinyu) dibangkitkan pada rangkaian sekunder (tidak hanya dibangkitkan ketika saklar ditutup atau dibuka), maka rangkaian

sekunder

dihubungkan ke suatu sumber tegangan bolak-balik. 2.3. PERSAMAAN TRANSFORMATOR Ggl kumparan bergantung pada banyak lilitannya. Makin banyak lilitannya, makin besar ggl kumparan. Jika ggl dan banyak lilitan kumparan sekunder masing-masing V2 dan N2

serta ggl dan banyak lilitan kumparan primer masing-masing V1 dan N1, maka diperoleh hubungan : V1 N1 = V2 N 2 Jika lilitan primer N1 lebih banyak daripada lilitan sekunder (N1 > N2), maka tegangan primer lebih besar daripada tegangan sekunder (V1 > V2) yang disebut transformator step-down. Jika lilitan primer lebih sedikit daripada lilitan sekunder (N1 < N2), maka tegangan primer lebih kecil daripada tegangan sekunder (V1 < V2) disebut transformator step-up. Kuat arus dan tegangan pada kumparan primer adalah I1 dan V1, sehingga daya listrik pada kumparan primer adalah P1=V1 . I1. Kuat arus dan tegangan pada kumparan sekunder adalah I2 dan V2, sehingga daya listrik yang diberikan pada kumparan sekunder adalah P2=V2 . I2. Untuk transformator ideal, daya hilang dalam transformator diabaikan, sehingga daya listrik pada kumparan primer diteruskan seluruhnya ke kumparan sekunder. Bahwa efisiensi transformator sama dengan 100% ( = 100%). P1 = P2

atau V1 I1=V2 I2 V1 I 2 = V2 I1

Transformator dalam praktik pada kenyataannya memiliki efisiensi sekitar 90 – 99% karena adanya rugi-rugi daya. Pada transformator tidak ideal, daya listrik pada primer tidak diteruskan seluruhnya ke sekunder karena adanya rugi-rugi daya.

P1 = P2 + Prugi

Efisiensi sebuah transformator (η) adalah hasil bagi antara daya sekunder dengan daya primer.

η=

P2 x100% P1

BAB III TRANSMISI DAYA LISTRIK JARAK JAUH

3.1. PENYALURAN DAYA LISTRIK Menyalurkan daya listrik jarak jauh dari pusat pembangkit ke konsumen akhir dengan menggunakan tegangan tinggi memerlukan transformator

transformator penurun

peningkat

(step-down).

(step-up) Tegangan

dan listrik

dibangkitkan oleh generator besar di pusat pembangkit sekitar 10.000 V. Tegangan ini dinaikkan oleh transformator peningkat yang memiliki perbandingan lilitan 1 : 15 yang terdapat pada pusat pembangkit menjadi 150.000 V. 3.2. KEUNTUNGAN TRANSMISI TEGANGAN TINGGI Untuk mentransmisikan (menyalurkan) daya listrik jarak jauh melalui saluran transmisi, dipilih tegangan tinggi. Keuntungan memakai transmisi tegangan tinggi : 1. Dengan menggunakan tegangan tinggi maka arus yang mengalir

sepanjang

kawat

transmisi

ditekan

sekecil

mungkin. Penyaluran daya listrik jarak jauh dengan tegangan tinggi adalah lebih ekonomis. 2. Penyaluran daya listrik jarak jauh dengan tegangan tinggi memberikan efisiensi penyaluran daya yang jauh lebih besar.

DAFTAR PUSTAKA

 Kanginan, Marthen, 2000, Fisika, Cimahi : Penerbit Erlangga Jilid 2B.  M.Sc. Kamajaya.K, 2000, Fisika 2, Bandung : Penerbit Ganeca Exact.