KONVERSI LISTRIK Rangkaian 3 Fasa Endy SA JurusanTeknik Elektro Fakultas Teknik UHAMKA Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 1 Pendahuluan Bahan kuliah ini akan membahas tentang : 1. Pengertian bagaimana membangkitkan sumber tegangan 3 fasa. 2. Mengetahui bagaimana menghubungkan rangkaian setimbang 3 fasa pada konfigurasi Y (Wye) dan (Delta). 3. Analisa rangkaian 3 fasa yang dihubungkan secara Y (Wye) dengan Y (Wye). 4. Analisan rangkaian 3 fasa yang dihubungkan secara Y (wye) dengan (Delta). Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 2 Pendahuluan Pada akhir perkuliahan anda dapat : 1. Memahami hubungan antara tegangan 3 fasa pada sebuah rangkaian setimbang. 2. Menentukan tegangan saluran, fasa dan arus pada rangkaian setimbang Y – Y. 3. Menentukan tegangan saluran, fasa dan arus pada rangkaian setimbang Y - Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 3 Membangkitkan tegangan 3 fasa Tenaga listrik dibangkitkan, dipancarkan, didistribusikan dan digunakan dalam apa yang kita kenal sebagai sistem 3 fasa. Secara esensi untuk memahami konsep 3 fasa, kita akan mulai dari konsep 1 fasa. Jika sebuah coil diputar pada kecepatan tetap dalam sebuah medan magnetik akan menghasilkan tegangan bolak balik. Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 4 Membangkitkan tegangan 3 fasa Tegangan merupakan fungsi waktu, kecepatan putaran dan sebuah nilai maksimum. Bentuk matematika sebuah tegangan dapat dituliskan seperti : vt Vm sin t Dimana : Vm = tegangan maksimum atau amplitudo dalam volt. = Frekuensi dalam radian per detik. f = Frekuensi dalam jumlah siklus per detik atau Hertz per detik. Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 5 Membangkitkan tegangan 3 fasa Frekuensi yang disalurkan di Indonesia adalah 50 Hz, ada beberapa negara dengan 60 Hz, tetapi umumnya menggunakan frekuensi 50 Hz diatas. Gb 1 Gbr grafik tegangan yang dibangkitkan sbg fungsi waktu Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 6 Membangkitkan tegangan 3 fasa Jika gulungan kawat (Coil) saluran a, b dan c, masing – masing bekerja 120 derajat ruang, diputar pada kecepatan yang sama serta medan magnetik yang sama, akan menghasilkan tegangan yang sama kecuali sudut pergeseran masing – masing saluran sebesar 120 derajat. Secara matematika dapat dilambangkan sebagai : va t Vm sin t vb t Vm sin t 120 vc t Vm sin t 240 Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II (1) (2) (3) 7 Membangkitkan tegangan 3 fasa Persamaan diatas dirujuk sebagai tegangan 3 fasa setimbang. Gb. 2 Gambar diatas sebagai membangkitkan tegangan sebagai fungsi waktu. Untuk gambaran analisa rangkaian tersebut menggunakan domain frekuensi dan fasa. Untuk setiap sinyal sinusoidal dilambangkan dengan tegangan akar rata-rata (RMS) dan pergeseran fasa dari sebuah sinyal acuan. Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 8 Membangkitkan tegangan 3 fasa Tegangan RMS sinyal sinusoidal diberikan persamaan : Vm V 2 .......... .......... ......... (4) Dengan menggunakan fasa sebagai sebuah acuan, sistem tiga fasa dapat digambarkan dengan persamaan : Va V00 Vb V 1200 Vc V 2400 Gambar 3 menunjukkan sebuah lambang fasor tegangan 3 fasa yang mengacu pada fasa saluran a Gb 3 Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 9 Hubungan Wye (Y) Dan Delta () Untuk setiap gulungan coil mempunyai 2 titik : 1 titik awalan dan 1 titik akhiran. Untuk sistem 3 fasa ini diartikan bahwa dibutuhkan 6 buah konduktor. Untuk mengurangi rugi – rugi konduktor akan sama halnya (setara) dengan mengurangi jumlah konduktornya. Hal ini didapat dengan menghubungkan gulungan coil dan fasa masing – masing pada setiap 2 bentuk saluran. Ini disebut dengan hubungan Wye dan Delta. Sebelum kita menggambarkan hubungan Wye dan Delta, perlu diketahui beberapa definisi, berupa : Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 10 Hubungan Wye (Y) Dan Delta () 1. FASA. Menggambarkan satu elemen atau divais dalam sebuah beban, saluran atau sumber. Secara singkat disebut dgn cabang rangkaian. 2. SALURAN. Mengacu pd saluran transmisi atau pengkabelan yg menghubungkan sumber ke beban. 3. NETRAL. Kabel ke-4 dlm sistem 3 fasa. Fasa dari kabel ke-4 tersebut dihubungkan secara bersama – sama pada hubungan wye (Y). Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 11 Hubungan Wye (Y) Dan Delta () 4. Tegangan dan Arus Fasa. Tegangan dan Arus yang melintasi atau melalui sebuah cabang tunggal sebuah rangkaian. 5. Arus Saluran. Arus yang mengalir pada setiap saluran (Ia, Ib, Ic) 6. Tegangan Saluran. Tegangan antara setiap 2 buah saluran (Vab, Vbc dan Vca), Tegangan – tegangan ini juga dapat dirujuk sebagai tegangan saluran ke saluran. 7. Tegangan netral Saluran. Tegangan antara setiap saluran terhadap titik netral (Va, Vb dan Vc). Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 12 Hubungan Wye (Y atau Bintang) Pada bagian akhir sistim 3 fasa dihubungkan secara bersamaan pada bagian netral begitupula dengan yang lainnya (atau bentuk saluran hubungan terminal). Gambar 4 disamping ini menunjukkan hubungan Wye atau bintang sebuah sistem 3 fasa. Gambar 4 Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 13 Hubungan Wye (Y atau Bintang) Menentukan hubungan antara saluran dan tegangan fasa. tegangan Vab Va Vb .......... .......... .......... ..... (8) Vab V0 V 120 V 1 1 120 V (1 cos120 j sin 120) 1 3 3 3 V j v1 j 2 2 2 2 Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 14 Hubungan Wye (Y atau Bintang) Konversi kedalam bentuk polar dan pengaturan kembali bagian – bagian persamaan. Vab Va * 3300 (9) Hasil ini menyatakan bahwa : Tegangan antar saluran dihubungkan pd tegangan fasa dgn sebuah faktor 3 dan masing2 sudut fasa yang mendahului sebesar 300. Serta arus pd saluran sama dgn arus yg mengalir melalui fasa tersebut. Ini dinyatakan sbg arus saluran selalu sama dgn arus fasa. Il I p Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II (10) 15 Contoh 1 Mulai dgn asumsi bahwa tegangan fasa sebesar 120 V. Tentukan tegangan saluran ? Va 12000 Vb 120 1200 Vab (12000 ) (120 1200 ) Vab 120 * 330 Vab 207.85300 Vbc 207.85 900 0 Vca 207.85 210 0 Kita mengatakan bahwa tegangan saluran sebesar 208 Volt yang melewatinya, dan tegangan sistem keseluruhan dituliskan 120/208 V Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 16 Hubungan Wye (Y atau Bintang) Beban dalam sebuah gedung, pabrik atau tempat lainnya dapat diatur dengan menggunakan konfigurasi 3 fasa. Konfigurasi ini dapat dihubungkan dalam sebuah kofigurasi hubungan Wye (Y) atau Bintang (). Gambar 5 dibawah menunjukkan sebuah hubungan sumber Wye (Y) yang mensuplai tegangan ke beban dengan hubungan Wye (Y). Sistem ini mengacu pada sistem 3 kabel. Titik netral tidak dihubungkan secara bersamaan. Sistem ini tidak umum dalam penggunaannya. Gambar 5 Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 17 Hubungan Wye (Y atau Bintang) Gambar 6 menunjukkan sebuah hubungan sumber tegangan konfigurasi Wye (Y) melayani tegangan ke beban dengan konfigurasi Wye (Y) dengan menghubungkan 2 titik netral. Sistem ini mengacu pada sistem 4 kabel. Gambar 6 Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 18 Hubungan Wye (Y atau Bintang) Dalam sistem 4 kabel, berlaku hubungan persamaan seperti, Ia Van Za Ib Vbn Zb Ic Vcn Zc ........ (11) Persamaan diatas digunakan berdasarkan rangkaian setimbang antara konfigurasi sumber dan beban serta analisa sederhana rangkaian 3 fasa. Persyaratan yang harus dipenuhi untuk sebuah sistem 3 fasa atau rangkaian setimbang : 1. Seluruh sumber (3 sumber) dilambangkan dengan perangkat variabel 3 fasa setimbang. 2. Seluruh beban 3 fasa sama dengan impedansi. 3. Impedansi saluran sama dengan seluruh fasanya (3 fasa) Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 19 Hubungan Wye (Y atau Bintang) Jika rangkaian setimbang, kita dapat menyelesaikan kasus tegangan, arus dan daya pada satu fasa dengan menggunakan analisa rangkaian. Hal ini dinamakan fasa tunggal Pengganti. Jika rangkaian tidak setimbang, seluruh ketiga fasa tersebut harus dianalisa secara rinci satu persatu – persatu. Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 20 Hubungan Wye (Y atau Bintang) Contoh 2 Sebuah 4 kabel terhubung –Y, 3-Fasa, 120/208V Sumber dihubungkan dengan beban. Impedansi per fasa adalah 12300 . Tentukanlah : 1. Fasa dan tegangan saluran pada beban. 2. Fasa dan arus melalui beban. Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 21 Hubungan Wye (Y atau Bintang) Solusi : Gunakan fasa sebagai acuan. 1. Fasa tegangan pada beban diberikan sebagai berikut : Van 1200 0 Vbn 120 120 Vcn 120 2400 0 Tegangan saluran–saluran pada beban diberikan sbb : Vab 207.85300 0 Vbc 207.85 90 0 Vca 207.85 120 Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 22 Hubungan Wye (Y atau Bintang) 2. Pada beban hubungan – Y, fasa dan arus saluran adalah sama Van Ia Za 12000 0 Ia 10 30 12300 Sama halnya dengan fasa arus dari fasa b dan fasa c diberikan pers menjadi : I b 10 1500 A 0 I c 10 270 A Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 23 Hubungan Delta ( atau Segitiga) Bag akhir dari satu fasa dihubungkan ke bag awal satu fasa lainnya dalam bentuk lingkar tertutup seperti hubungan delta. Gambar 7 menunjukkan bentuk sebuah sumber hubungan . Gambar 7. Hubungan Delta. Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 24 Hubungan Delta ( atau Segitiga) Seperti yang ditunjukkan pada gambar 7, tegangan saluran Vab sama dengan Va. Bagaimanapun juga, untuk gambaran analisa, sumber hubungan- dihubungkan kedalam sumber hubungan-Y yang setara. Untuk analisa mengikuti prosedur yang sama. Tegangan fasa setara dihubungkan ke tegangan saluran dengan menggunakan persamaan (12); Vab j 300 Van e 3 Sumber hubungan delta jarang digunakan. Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 25 BEBAN HUBUNGAN DELTA () Beban 3 fasa dihubungkan dalam konfigurasi dapat dilihat pada gambar 8. Gambar 8. Beban dengan konfigurasi Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 26 BEBAN HUBUNGAN DELTA () Untuk beban setimbang, tegangan saluran dan fasa bernilai sama. Hubungan fasa dan arus saluran diturunkan sebagai berikut : Menggunakan Kirchoof Current Loop (KCL), arus pada saluran a (Ia) dihubungkan ke arus fasa Iab dan Ica, I a I ab I ca Untuk sebuah beban setimbang, arus fasa adalah sama tetapi terjadi pergeseran sudut sebesar 1200. Dengan menggunakan prosedur yang sama untuk menentukan tegangan saluran pada kasus hubungan-Y. I a 3 * I ab 30 A 0 Arus saluran dihubungkan ke arus fasa dengan faktor 3 dan terjadi fasa tertinggal sebesar 300. Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 27 Contoh 3 Sebuah 3 kabel terhubung bintang (Y), 3 fasa, Sumber 120/208 V dihubungkan ke beban setimbang terhubung-. Impedansi per fasa adalah 12300 . Tentukanlah; 1. Tegangan fasa dan saluran pada beban. 2. Fasa dan arus saluran melalui beban. Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 28 Solusi Untuk sebuah beban terhubung-. Tegangan antar dua saluran (atau fasa) adalah 20800 V. 1. Vab = VL = 208 V. 2. Arus fasa, Vab 2080 I ab 17.33 30 A 0 Z ab 1230 Arus saluran, I a 3 * I ab 30 A 0 I a 3 *17.33 60 A 0 I a 30.0 60 A 0 Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 29 Kesimpulan 1. Pada rangkaian Y setimbang, tegangan saluran sama dengan tegangan fasa , dikalikan dengan akar 3 (3) apabila arus saluran sama dengan arus fasa. Vab 3 *Va 300Volt Il I P 2. Pada rangkaian setimbang , tegangan saluran sama dengan tegangan fasa, apabila arus saluran sama dengan arus fasa dikalikan dengan akar 3 (3). I a 3 * I ab 30 Volt Vab Va 0 Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 30 Terima Kasih Wassalam Program Studi Tek. Mesin, FT - UP ELEKTROSlide UHAMKASlide - II - II 31