Kelistrikan dan Energi Industri

Hai readers. kali ini aku mau share rangkuman KEI aku yang sengaja aku buat untuk referensiku buat UTS. Alhamdulillah UTS-nya udah lewat sih, tinggal nunggu hasilnya. Kenapa aku baru post sekarang? Karena pengen share aja. Siapa tahu ada yang berada dipuncak kebingungan tentang KEI terus rangkuman ini bisa datang bak malaikat, menyelesaikan perkara KEI-nya #ciee. Iya kalau rangkumannya bener yak, kalau salah? -__- Yaudah, yang jelas aku manusia biasa ya readers (walaupun sering banget ngaku-ngaku sebagai alien). Maaf kalau ada salah kata dan salah blablabla lainnya. 

Happy reading! :D

Kesetrum \m/

1. Apakah yang dimaksud dengan tegangan?

Tegangan merupakan energi potensial listrik yang tersimpan dalam satuan unit muatan. Kita juga bisa mendefinisikan tegangan sebagai energi yang tersimpan pada medan listrik. Satuan dari tegangan adalah Volt, yang berarti Joule/ Coulomb.

2. Apakah yang dimaksud dengan arus listrik?

Arus listrik adalah banyaknya/ jumlah muatan yang mengalir per satuan waktu. Satuan dari arus listrik adalah Ampere. 

3. Fenomena kelistrikan apa saja yang harus dipahami untuk mempelajari kelistrikan?

a. Ketika sebuah kawat penghantar bergerak pada medan magnet, maka akan timbul tegangan, arus listrik, dan electromotive force di kedua ujung kawat peghantar. Hal ini dikarenakan adanya distraksi elektron sesaat yang menyebabkan elektron mengalir. Setelah distraksi yang ditimbulkan akibat adanya gaya pada medan magnet berhenti, elektron kembali stabil dan tegangan, arus listrik, dan electromotive force menghilang.

b. Ketika sebuah kawat penghantar digerakan secara terus menerus dan berulang pada medan magnet yang intensitasnya berubah, maka arus listrik diinduksikan pada kawat penghantar. Elekctromotive force akan dibangkitkan di seluruh kawat penghantar. Hal ini dikarenakan distraksi elektron yang timbul karena naik turunnya intensitas medan magnet terjadi secara terus menerus.

c. Ketika sebuah kawat dialiri oleh arus listrik, maka timbulah medan magnet disekitar kawat tersebut.

4. Apakah yang dimaksud dengan generator?

Generator merupakan mesin yang menggunakan magnet untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

5. Prinsip generator dapat dijelaskan dengan hukum tangan kiri. Jelaskan hokum tersebut!

Hukum tangan kiri menggunakan ibu jari, jari telunjuk dan jari tengah. Ibu jari sebagai representatif dari arah gerakan penghantar, jari telunjuk menunjukan arah medan magnet (dari utara ke selatan), dan jari tengah menunjukkan arah aliran elektron.

6. Apa saja faktor yang mempengaruhi besarnya tegangan yang diinduksikan pada kawat penghantar?

a. Kuat medan magnet. Semakin kuat medan magnet semakin tinggi tegangan yang diinduksikan.

b. Kecepatan gerak kawat penghantar. Semakin cepat kawat penghantar digerakan pada medan magnet, semakin tinggi frekuensi kawat memotong fluks. Hal ini mengakibatkan tegangan yang diinduksikan semakin tinggi.

c. Luas kawat penghantar. Luas kawat penghantar akan semakin luas bila kawat tersebut panjang dan dibentuk menjadi kumparan. Semakin luas kawat penghantar, semakin tinggi kesempatan kawat untuk memotong fluks, semakin tinggi tegangan yang diinduksikan.

d. Sudut perpotongan penghantar dengan fluks. Tegangan akan mencapai nilai maksimum bila sudutnya 90 derajat.

7. Sebutkan klasifikasi generator AC!

Berdasarkan magnet yang dipakai, generator dibagi menjadi generator medan diam dan generator medan berputar.

8. Jelaskan tentang generator AC medan diam!

Komponen utama dari generator ini adalah stator, yaitu kumparan medan, rotor yaitu kumparan jangkar, slip ring, dan sikat. Generator ini mempunyai kapasitas kilovolt ampere yang rendah dan biasanya digunakan pada pekerjaan atau benda bertegangan rendah. Kumparan medan yang diam dinamakan silent pole. Medan magnet yang dihasilkan silent pole itu akan dipotong oleh kumparan jangkar yang berputar karena digerakan oleh sumber daya mekanik, baik dari arus air, angin, dll. Kumparan jangkar tersebut dapat dihubungkan oleh sumber daya mekanik luar. Kumparan jangkar juga dihubungkan dengan beban karena adanya sikat yang bergeser pada slip ring yang dipasangkan pada poros kumparan jangkar. Generator ini tidak dapat menyuplai arus listrik sendiri, jadi harus ditrigger dari sumber luar.

9. Jelaskan tentang generator AC medan berputar!

Err.. Err.. Kebalikannya medan diam pokoknya.

10. Jelaskan tentang generator DC!

Sebenarnya, semua tegangan yang dihasilkan generator bolak-balik, namun karena adanya penyearah, tegangan tersebut menjadi satu arah, dalam hal ini menggunakan komutator. Satu-satunya perbedaan antara generator ac dan dc adalah generator menggunakan cincin geser dan generator dc menggunakan komutator.

11. Jelaskan sistem  distribusi daya!

Unuk mentransmisikan energi listrik , kita dapat melihat analogi air. Misalkan kita ingin mengalirkan air dari Kaliurang menuju ke Jogja. Untuk mengalirkan banyak air, kita mempunyai dua pilihan, yaitu memperlebar diameter pipa penyalur air, atau memompa air lebih kencang dari Kaliurang tanpa merubah diameter pipa. Bila kita menggunakan opsi pertama, jelas akan memakan biaya yang banyak untuk membuat pipanya. Akhirnya opsi kedualah yang dipilih. Hal ini sama saja dengan distribusi energi listrik. Pada saat perjalanan jauh, listrik mempunyai tegangan yang tinggi dan arus listrik yang rendah. Lalu setelah sampai ke tujuan pengirimannya, tegangan tersebut diturunkan dengan transfomator sehingga tegangannya turun dan arus listriknya naik. Daya ketika listrik berada di perjalanan jauh dan di perumahan sama.

12. Apakah yang dimaksud dengan transfomator? 

Transformator merupakan sebuah komponen statis yang bretugas untuk mentransfer energi dari rangkaian ac ke rangkaian yang lainnya. Transformator dibagi menjadi dua, ada transformator step-up dan step-down. Transformator step-up berguna untuk menaikkan tegangan sedangkan step-down untuk menurunkan tegangan. Komponen dari transformator adalah inti besi dan kumparan yang mengelilingi dua sisi inti besi. Bila transformator itu step up, maka kumparan yang terhubung dengan rangkaian sumber mempunyai lilitan yang lebih sedikit daripada kumparan yang terhubung dengan rangkaian yang dituju, begitu juga dengan sebaliknya.

13. Prinsip kerja transformator?

Transformaor terbagi menjadi tiga komponen, yaitu kumparan primer, kumparan sekunder, dan inti besi. Kumparan primer berfungsi sebagai input tegangan, kumparan sekunder berfungsi untuk output tegangan dan inti besi berfungsi sebagai penguat medan magnet. Prinsip transformer: kumparan primer dihubungkan ke sumber tegangan listrik bolak-balik -> timbul medan magnet pada kumparan primer -> medan magnet ini dikuatkan oleh inti besi -> medan magnet akhirnya menyentuh kumparan sekunder -> terjadi induksi listrik, kumparan sekunder memotong medan magnet dari kumparan primer -> timbullah tegangan. Prinsip ini dinamakan induktansi bolak balik. Saat polaritas tegangan berubah, akan terjadi induksi bolak balik antara kumparan satu dengan kumparan lainnya.

14. Kenapa inti besi pada transformator itu berlapis-lapis?

Untuk mengurangi penumpukan arus pusar/ arus eddy pada inti besi sehingga daya dan panas yang keluar dapat berkurang. 

15. Rumus untuk transformator?

Jumlah lilitan sebanding dengan tegangan yang dihasilkan

Tegangan yang dihasilkan berbanding terbalik dengan arus listrik

16. Energy listrik adalah energy yang dibawa oleh elektron yang bergerak.

17. Bagaimana cara mengukur energi listrik?

Kalikan jumlah beban dengan daya persatuan beban dalam satuan kilowatt dan lamanya beban itu bereaksi dalam satuan jam. Contohnya saja di sebuah rumah terdapat 10 lampu yang masing-masing lampunya berdaya 150 watt. Lampu-lampu tersebut hidup selama 30 menit. Untuk menghitung energy listrik yang dihasilkan, ubah daya menjadi 0.15 kW dan waktu menjadi 0.5 jam. Lalu kalikan! 10 x 0.15 x 0.5 = 0.75 kWh

18. Transformator fasa tunggal?

Ada dua jenis distribusi fase tunggal, yaitu fase tunggal dua kawat dan fase tunggal tiga kawat. Fase tunggal dua kawat terdiri dari satu buah hot wire dan satu kawat netral sedangkan fase tunggal tiga kawat terdiri dari dua buah hot wire dan satu buah kawat netral. 

19. Transformator fasa tiga?

Transformer ini digunakan pada pekerjaan yang membutuhkan daya yang tinggi. Komponennya terdiri dari tiga kumparan primer dan tiga kumparan sekunder yang melilit tiga kaki inti besi. Distribusi fase tiganya terdiri dari fase tiga kawat tiga dan fase tiga kawat empat. 

20. Diagram listrik?

Beban adalah benda yang memakai tegangan yang beredar disebuah diagram listrik.

Alat pengendali stop/ off harus dipasang seri dan alat pengendali on/ start harus dihubungkan secara parallel.

21. Material tipe N?

Material tipe N adalah material yang seolah-seolah mempunyai kelebihan elektron. Bila dihubungkan dengan sumber listrik DC, akan ada elektron yang mengalir dari kutub positif dan kutub negative. Elektron pada material tersebut akan bergerak menuju kutub positif, yaitu ke arah ujung material yang terakhir berhadapan dengan aliran elektron.

22. Material tipe P?

Material tipe P adalah material yang seolah-olah kehilangan lektron, namun mempunyai hole yang bersifat positif. Bila dihubungkan dengan sumber listrik dc, terdapat aliran elektron yang bergerak dari kutub negative ke kutub positif. Hal ini menyebabkan ujung material yang berhadapan pertama dengan jalannya elektron menjadi kutub negative. Karena itulah, hole bergerak mendekati ujung tersebut.

23. Jelaskan prinsip kerja dari dioda!

Dioda terdiri atas dua komponen, yaitu material P dan material N. Material P berguna untuk meneruskan aliran listrik sedangkan material N berfungsi untuk memblok aliran listrik. Kedua material ini saling bersentuhan. Karena sentuhan ini, elektron yang berada pada material P akan bergerak mendekati material N, dan hole yang ada pada material N akan bergerak mendekati material P. Daerah dimana elektron dan hole ini berpindah dan berdekatan disebut depletion area. Prinsip kerja diode ada dua cara, yang pertama adalah forward bias. Ketika material P dikenai sumber tegangan berkutub positif, elektron pada material N akan melompat dan mengalir menuju kutub positif, sedangkan hole dari material P akan melompat menuju kutub negtif. Timbullah arus lsitrik. Yang kedua adalah reverse bias. Ketika material P dikenai sumber listrik berkutub negative, hole pada material tersebut akan berkumpul mendekati kutub negative pada ujungnya, dan elektron pada material N akan berkumpul menuju ujungnya yang berkutub positif. Hal ini menyebabkan lompatan muatan tidak terjadi sehingga tidak timbul arus. Yang ad hanyalah pelebaran depletion area.

24. Apa itu rectifier?

Rectifier adalah sebuah rangkaian yang  membuat arus ac menjadi DC. Rangkaian tersebut terbagi menjadi tiga macam, yaitu half wave, full wave, dan diode bridge. Untuk half wave, rangkaian memakai satu buah diode. Ketika sebuah sumber listrik AC (contohnya dari transformator) mengaliri rectifier ini arus ac, maka akan timbul arus listrik. Namun ketika arus ac berbalik arah, arus tersebut akan diblok oleh katoda diode. Rangkaian in mempunyai skema dimana satu bukit arus akan diikuti oleh arus 0 A, lalu kembali diteruskan oleh satu bukit dan seterusnya. Untuk full wave, rangkaian tersebut membutuhkan dua dioda. Maka yang dihasilkan adalah bukit-bukit arus tanpa adanya arus 0 A. Begitu juga dioda bridge yang membutuhkan empat dioda.

25. Bagaimana cara kerja transistor sebagai saklar?

Transistor dibagi menjadi tiga bagian, yaitu base, kolektor dan emitor. Bila arus yang melewati base kecil, kolektor dan emitor bagaikan kawat yang terbuka dan tak terhubung. Bila arus yang melewati base itu besar, maka transistor akan mengalami titik kejenuhan. Kolektor dan emitor akhirnya dapat bersatu sehingga rangkaianya menjadi tertutup. 

26. Apakah yang dimaksud dengan relay?

Relay adalah saklar magnetism. Biasanya digunakan untuk menghubungkan rangkaian dengan beban. Relay juga merupakan aplikasi dari rangkaian kontrol tegangan rendah dan rangkaian beban berdaya tinggi. 

27. Bagaimana prinsip kerja relay elektromekanis?

Didalam relay terdapat beberapa komponen, yaitu plunyer, kontak normally open, kontak normally closed, dan koil relay. Bila koil relay diberikan tenaga, maka timbullah medan magnet yang akan menggerakkan plunyer. Pergerakan plunyer ini akan membuat kontak normaly open menutup dan kontak normally closed terbuka. Saklar akan membuka bila diberi tenaga dan akan menutup jika tidak.

28. Bagaimana cara kerja relay solid-state?

Karena relay eltromekanis memiliki beberapa kelemahan, maka dibuatlah relay solid-state. Relay ini tidak mempunyai kumparan kumparan sesungguhnya dan kontaknya diganti dengan alat penghubung semi konduktor. Relay solid-state tidak mempunyai komponen yang bergetar. Relay ini juga tahan goncangan dan kelembaban. Biasanya relay yang mempunyai sumber ac menggunakan triac  sedangkan relay bersumber dc menggunakan transistor.

29. Apakah yang dimaksud dengan motor listrik?

Motor listrik adalah sebuah alat yang mengkonversikan energy listrik menjadi energy mekanik. Motor listrik berdasarkan sumber arusnya dibagi menjadi dua yaitu berarus ac dan berarus dc. Motor listrik yang berarus dc terbagi menjadi dua, yang menggunakan sikat dan yang tidak menggunakan sikat. Yang menggunakan sikat terbagi lagi menjadi dua, yang memakai magnet permanen dan yang memakai magnet tidak permanen. Motor tanpa sikat dibagi menjadi tiga berdasarkan jenis rangkaiannya, seri, shunt (parallel), dan compound (campuran).

30. Apakah perbedaan motor ac dan dc?

Motor DC digunakan untuk mengatur torsi dan kecepatan, serta berdaya kecil sampai menengah. Kalau AC dayanya besar. 

31. Jelaskan cara kerja motor listrik arus DC magnet permanen!

Motor listrik ini memiliki tiga kompunen utama, yang pertama adalah rotonya yaitu kumparan jangkar beserta komutatornya, magnet, dan sikat. Komutator bertugas untuk membuat motor berputar secara kontinu dengan membalik polaritas sumber arus. Sikat bertugas sebagai jembatan arus listrik. Prinsip kerja motor adalah, kumparan jangkar yang telah dialiri arus litrik diletakkan didalam medan magnet yang dihasilkan oleh magnet. Kumparan tersebut akan menghasilkan medan magnet, dan medan magnet ini akan bertabrakan dengan medan magnet yang dihasilkan magnet. Interaksi kedua medan magnet ini akan menghasilkan gaya yang kita sebut dengan gaya Lorentz. Gaya ini lah yang menyebabkan kumparan jangkar berputar. Arah gaya Lorentz dapat kita temukan dengan hukum tangan kanan, ibu jari sebagai arah arus listrik, telunjuk sebagai arah medan magnet, dan jari tengah sebagai  arah gaya Lorentz

. 

32. Bagaimana cara mengatur motor DC?

a. Mengatur arah putaran: mengubah polaritas

b. Mengatur kecepatan: menaik-turunkan tegangan

c. Mengatur posisi: mengubah sensor posisi atau enconder. Semakin torsinya besar, semakin lambat.

33. Jelaskan motor listrik arus DC magnet non-permanen!

a. Seri: ketika motor listrik ini dihidupkan, torsinya sudah besar sehingga daya yang digunakan untuk inisiasi itu besar. Biasa digunakan untuk elevator.

b. Shunt: kecepatan relative tetap

c. Compund: gabungan antara rangkaian seri dan parallel. Tidak terlalu spesifik pada satu rangkaian sehingga performa tidak sebagus seri doang atau shunt doang.

34. Motor DC brushless?

Tidak memakai sikat dan komutator tetapi menggunakan sesnsor posisi (sensor Half-effect). Cara kerja pada sensor posisi tersebut adalah sesnosr dialiri arus listrik -> sensor menyentuh medan magnet -> ada pembelokan elektron yang mengalir pada sesnsor -> terdapat perbedaan tegangan di dua kutub.

35. Prinsip motor AC?

Ketika arus bolak-balik mengalir melalui kumparan stator maka akan dihasilkan medan magnet bolak-balik. Karena arus yang mengalir merupakan arus bolak-balik maka arah medan magnet berubah-ubah (medan magnet berputar pada stator). Medan magnet bolak-balik ini akan menginduksi ke konduktor dari rotor. Karena adanya induksi elektromagnetik ini maka arus listrik akan mengalir melalui penghantar rotor ini. Karena adanya arus listrik pada rotor sedang rotor tersebut berada pada medan magnet maka rotor tersebut akan mendapat gaya, sehingga rotor berputar.