7082 teknik tenaga listrik bab 1

TEKNIK TENAGA LISTRIK DAN ELEKTRONIKA
Materi :
1. Pendahuluan
2. Pandangan singkat masalah Teknik tenaga
Listrik
3. Element-element listrik dan Elektronika
4. Penggunaan rumus-rumus Kelistrikan dan
Elektronika
5. Dasar Mesin-mesin Listrik dalam Industri
6. Model system pengendalian mesin-mesin
listrik
7. Pembebanan motor-motor dalam Industri
8. Stabilisitas sistem
Referensi :
1. Arismunandar, A., 1973, Teknik Tenaga Listrik
jilid II, Pradya Paramita, Jakarta
2. Bolton W, Mechatronics Electronic Control
Systems In Mechanbical Enginering
3. D. Chattopadhyay., P.C. Rakshit, 1989, Dasar
Elektronika, UI press, Jakarta.
4. H.C. Yohannes., 1979, Dasar-Dasar Elektronika,

Ghalia Indonesia.
5. Thomas Sri Widodo, DEA, Dipl.Ing, 2002,
Elektronika Dasar, Salemba Teknika.
6. Michael Neidle., 1982, Elektrical Instalation
Teknology, Macmillan Press Ltd.

1

7. Michael Neidle., 1979, Basic Elektrical
Instalations, 2nd Edition, Macmillan Press
Ltd.
8. Suyanto M, 2000, Diktat kuliah Instalasi listrik
jilid 1, ISTA Jogjakarta.
9. Van Harten P, Setiawan E., 1991, Instalasi
Listrik Arus Kuat Jilid III, Bina Cipta,
Bandung
10. Zuhal, 1988, Dasar teknik Tenaga listrik
Dan elektronika daya, PT Gramedia

Pendahuluan

Piranti-piranti pengontrol otomatis ini sangat
berguna bagi manusia. Apalagi jika ditambah
dengan suatu kecerdasan melalui program yang
ditanamkan dalam sistem tersebut akan semakin
meringankan tugas-tugas manusia. Akan tetapi
secerdas apapun sebuah mesin tentu masih
membutuhkan peranan manusia untuk mengatur
dan

mengontrol

piranti-piranti

ini.

Otomasi

kontrol bukan untuk menggantikan sepenuhnya
peranan manusia, tetapi mengurangi peranan

2

dan meringankan tugas-tugas manusia dalam
pengontrolan suatu proses.
Dengan adanya perkembangan teknologi, maka
mata kuliah Teknik Tenaga Listrik atau Teknik
Kendali
(control
automatic)
memberikan
kemudahan dalam :
1. Mendapatkan
performansi
dari
sistem
Dinamik,
2. Dapat mempertinggi kualitas produksi
3. Menurunkan biaya produksi,
4. Mempertinggi laju produksi,
5. Dan meniadakan pekerjaan- pekerjaan rutin

yang membosankan, yang harus dilakukan
oleh manusia.
Maka dengan mencakup konsep-konsep teori
jaringan (Network theori) akan mendapatkan
suatu
analisis
system
pengaturan
dan
pengendalian pada hasil keluaran (output) yang
dikehendaki.
Dengan demikian didalam permasalahan “Analisis
Sistem Teknik” akan dibahas masalah:
 System dan model system, juga perumusan
matematis system yang ditinjau dan serta cara
penyelesaiannya.
 Untuk teknik umpan balik (feedback ) adalah
merupakan salah satu proses paling dasar dan
hampir terdapat di semua system dinamik
antara lain :

- Hal-hal yang berkaitan dengan diri manusia

3

- Hubungan antara manusia dengan mesinmesin
- Peralatan-peralatan yang saling menunjang.
Sehingga system adalah kombinasi dari
beberapa komponen yang bekerja bersama-sama
dan dapat menjalannkan tugas-tugas tertentu
antara lain:
- Sistem Elektris
- Sistem Mekanis
- Sistem Thermis
- Sistem Biologis

Contoh : Open Loop System
Yaitu : akibat pengaruh output kepada input
melalui operator ( Manusia )
S t=0

R

S

Input

+
V1

Output

R2

I(t)

Pengatur

-

Penggerak

Closed loop control System: Yaitu pengaruh
output ke input disebut “ feedback “ yang berarti
suatu komponen keadaan tiap saat dari output
(akibat) diberitaukan ke input ( penyebab ). Jadi “
Input dan output berasama-sama mengatur kerja
system sampai output mencapai harga yang
Penggerak
diinginkan.
+

Input

R

Output

Pengukur

B

4

B ( bimetal ) : yang terdiri dari dua buah
keeping logam yang mempunyai koefisient
expansitermal (ά ) yang berlainan dan dilekatkan
menjadi satu. Dengan adanya perbedaan
expansitermal tersebut, bila bimetal dipanaskan
atau didinginkan akan mengalammi perubahan
bentuk, atau berubah bentuk sehingga terjadi
perubahan pada jari-jari tertentu.
Elemen-elemen Listrik
1. Elemen Listrik Pasif : Adalah elemen listrik
yang
mempunyai
sifat
menerima/membutuhkan tegangan listrik.
 Resistor
 Capasitor
 Induktor

2. Elemen Listrik Aktif : Adalah elemen listrik
yang mempunyai sifat membangkitkan
atau memberikan tenaga listrik.
 Sumber Arus

5

 Sumber tegangan
Komponen-komponen Listrik
Resistor : Adalah suatu hambatan dari suatu benda
sebagai penghantar atau Isolator.
Besarnya hambatan (Resistansi ) dari bahan dapat
dirumuskan sebagai berikut :
Tahanan suatu bahan /material tergantung pada :
R 

L
A

dimana : R = Besarnya Hambatan ( Ω )

ρ = Hambatan Jenis (Ωm )
L = Panjang bahan ( m )
A = Luas penampang

( mm2 )
Hambatan yang sengaja dibuat untuk tujuan
tertentu misalnya, akan dipakai untuk membatasi
arus yang akan mengalir sehingga memberikan
tegangan tertentu :
Maka dapat dikatakan sebagai penghantar
( Konduktor ): karena mempunyai nilai tahanan
yang rendah. Seperti
- Logam
- Logam Campuran
- Larutan asam
Disebut sebagai Isolator karena
hambatan isolasi yang tinggi
Misal : Mika, gelas, Karet, PVC

mempunyai

6

Hubungan Tahnan (R ) dengan temperature ( T )
adalah :
R
Rt1

R0
ά
t C
? tC

234,5 C

t1

Sudut Linear selalu sama pada mumnya, bila
temperature naik nilai tahnan ( R ) juga ikut naik.
Apabila kenaikkannya
linear,maka hubungan
antara R dan T
dimana :
R0 = Tahanan pada 00C
Rt = Tahanan pada t0C
T = Temperature
ά = Koefisien suhu tahanan

Rt1 R0 1   .t 

R
R2

R0

R2 R1 1   (t 2  t1 )

ά2

R1
ά1

234,5 C

? tC t1

t2

t C

7

R1  R0 1   0 t1 
R2  R0 1   0 t 2 .................... 

R2 R0 1   0 t 2 
1

1   0 t 2  1   0 t 2 
R1 R0 1   0 t1 

R2 R0 1   0 t2 

 1   0 t2  1   0 t2   1
R1 R0 1   0 t1 

= 1   0 t 2  1   0 t 2   1
= 1   0 t1   0 t 2   0 2 t1 t 2 
R2
(1   t1   t 2 )....  1    t 2  t1    R 2 R 1 1  α t 2  t 1  .....terbukti
R1

Sumber Arus dan Tegangan
Didalam elemen listrik aktip dapat dikatakan
sebagai sumber arus atau sumber tenaga, tetapi
untuk penekanan terhadap waktu yang panjang,
apakah tegangan atau arus yang konstan.
 Untuk sumber Arus, berarti untuk waktu
yang lama di,ana besarnya arus dapat
dikatakan konstan.

I = sumber
arus DC

I(t) = sumber
arus AC

Untuk sumber tegangan, dimana dapat konstan :
V(dc)

+
V(dc)

Фm
Фm

Emax
V(AC)

E

t
t=0

t

π

2π

Emin

8

Contoh Soal :
S t=0

R1

+
I

Vin

R2

Vout

a. Tuliskan persamaan system
untuk V0(tegangan keluaran
dari ( Vin, R1 dan R2 ).
b. Tuliskan persamaan system
untuk V0(tegangan keluaran
dari ( Vin, Vout, R1 dan R2 ).

“ Open loop “
) sebagai fungsi
“ Closed loop “
) sebagai fungsi

Penyelesaian :
Menurut Hukum Kirchoff I dan II Bahwa ( KCL da
KVL )
a). “ OPEN LOOP”
V0  R2 ......   

Vin
R1  R2

 R2 
 V0  
 Vin ....Sehingga.memenuhi  fungsi ( f )Vin ,.R1 ,.R2 
 R1  R2 

b). “CLOSED LOOP”
I

Vin  Vout
.........Sehingga  Vout  R2 
R1

9

 R2 
V  Vout   R2 
Vout  R2  in
   Vin    Vout
 R1   R1 
 R! 
 Vout..... Memenuhi... fungsi...dari( f )..adalah.(Vin , Vout , R1 , R2

Besaran-besaran listrik secara umum :
Besaran listrik secara umum terdiri dari beberapa
komponen

Komponen – komponen listrik
1. Resistansi :
Secara umum fungsi dari komponen resistor
adalah

sebagai

pengatur

kuat

arus

yang

mengalir. Nilai resistor dinyatakan dalam satuan
ohm (). Resistor dilambangkan dengan huruf R,
sedangkan dalam skema disimbolkan sebagai :

Gambar 1. a. Simbol tahanan tetap
b. Simbol tahanan variabel

10

Jika resistor (R) dipasang pada tegangan (V) yang
tetap, maka :
a. Kuat arus I akan menjadi kecil, bila resistor R
besar.
b. Kuat arus I akan menjadi besar, bila resistor R
kecil.
Menurut hukum ohm I bahwa
maka :

:

Vr ixR

volt

V  t   Rxi  t 

Daya yang dikeluarkan :
2

P Vrxi (ixR) xi i xR

watt

Energi (watt detik)

dimana :

dw  p.dt

w  dw

Sehingga besarnya Energi adalah :

 w  P.dt

joule
Macam-macam resistor :
a. Resistor
Belanda)

tetap,
yang

disebut

weerstand

kaki-kakinya

(bahasa

terletak

pada

11

ujung-ujungnya

dan

dalam

praktek

dapat

dipasang bolak-balik. Nilai resistor dinyatakan
dengan warna gelang yang melingkar pada
bagian luar resistor tersebut. Kode warna
gelang diciptakan oleh perkumpulan pabrikpabrik radio Eropa dan Amerika yang bernama
RMA (Radio Manufactores Association). Setiap
resistor

ditandai

dengan

4 warna

gelang,

dimana warna-warna tersebut melambangkan
angka-angka sebagai berikut :
Hitam : 0 (nol); Coklat: 1 (satu); Merah: 2
(dua); Jingga: 3 (tiga); Kuning

: 4 (empat);

Hijau : 5 (lima); Biru: 6 (enam); Ungu: 7
(tujuh);Kelabu :

8

(delapan);

Putih:

9

(sembilan)
Warna-warna

untuk

toleransinya

sebagai

berikut :

12

Emas

: 5%

Perak

: 10%

Tanpa Warna

: 20%

Gambar 2. Penunjuk
Kode Warna
Keterangan :
 Pita pertama melambangkan angka pertama.
 Pita kedua melambangkan angka kedua.
 Pita ketiga melambangkan banyaknya angka
nol.
 Pita

warna

keempat

melambangkan

toleransi.
Contoh :
1) Merah, ungu, jingga, emas ; artinya 27 K
Ohm toleransi 5%.
2) Hijau, biru, coklat, emas ; artinya 560 Ohm
toleransi 5%.
3) Jingga, putih, jingga, perak ; artinya 39 K
Ohm toleransi 10%.

13

Bila hanya terdapat tiga pita warna, sedang
pita

warna

keempat

tidak

ada

berarti

toleransinya adalah 20%.
Contoh :
1) Jingga, putih, merah ; artinya 3 K 9 Ohm
toleransi 20%.
2) Hijau, biru, kuning ; artinya 360 K Ohm
toleransi 20%.
Jika pita warna ketiga itu emas, maka dua
angka yang dilambangkan pita warna pertama
dan kedua dikalikan dengan 0,1 dan bila pita
warna ketiga itu perak pengalinya adalah 0,01.
Contoh :
1) Coklat,

hitam,

emas

;

artinya

1

Ohm

toleransi 20%.
2) Merah, hijau, perak ; artinya 0,25 Ohm
toleransi 20%.

14

b. Variabel Resistor (VR)
Adalah resistor yang nilai hambatannya
dapat diubah-ubah, variabel resistor dapat
digolongkan menjadi 2 macam :
1)Potensimeter, ada 2 macam :
 Potensio Linier, ialah potensio yang apabila
kontak

gesenya

hambatannya

dipindah

berubah

sesuai

nilai
dengan

perhitungan linier.
 Potensio logaritmis, ialah potensio yang
apabila

kontak

hambatannya

gesenya
berubah

dipindah
sesuai

nilai

dengan

perhitungan logaritma.
Potensiometeer

kebanyakan

dipergunakan

sebagai alat pengatur, misal :

1. Alat pengatur suara (Volume Control)

15

2. Alat pengatur nada (Tone Control)
3. Alat pengatur nada tinggi (Treble Control)
4. Alat pengatur nada rendah (Bass Control)

Gambar 2.3 Potensiometer dan lambangnya
2)Trimmer potensio = Trimpot
Cara
tripot

merubah

adalah

nilai

dengan

hambatan
jalan

pada

memutar

memakai obeng (drei).

Gambar 2.4 Trimer Potensio dan lambangnya
2.Kapasitor

16

Kapasitor
Kodensator,

atau
adalah

biasa

juga

merupakan

disebut
komponen

elektronika yang dapat menyimpan tenaga listrik
dalam waktu tertentu, tanpa disertai reaksi kimia.
Kapasitor berlainan dengan aki, dimana aki juga
dapat menyimpan tenaga listrik, tetapi dengan
disertai reaksi kimia.
Pada dasarnya kapasitor terdiri dari 2 keping
penghantar

(konduktor)

yang

disekat

satu

dengan yang lain. Bahan penyekat keping ini
disebut Dielektrika (Gambar 3.5). Berdasarkan
bahan dielektikanya, maka kapasitor dibagi atas
berbagai macam-maca, diantaranya :
a. Kapasitor keramik : jika dielektikanya keramik
b. Kapasitor kertas : jika dielektikanya kertas
c. Kapasitor mika : jika dielektikanya mika

17

d. Kapasitor elektrolit (elco) : jika dielektikanya
oksida alumunium
e. Kapasitor variable (varco)
f. Kapasitor trimmer

Gambar 2.5 Dielektrika Kondensator
Dari

bermacam-macam

mempunyai
listrik

kemampuan

yang

kapasitor

menyimpan

berbeda-beda.

tenaga

Kemampuan

menyimpan tenaga listrik dari kapasitor disebut
kapasitansi (C), besar muatan (Q) diukur dengan
satuan coulomb. Dan kapasitor yang memperoleh
muatan listrik akan mempunyai tegangan antar
terminal sebesar (V) volt. Kapasitansi dapat
diukur berdasarkan besar

muatan yang dapat

disimpan pada suatu kenaikan tegangan.

18

C=
Tegangan
V t  

(V)

:

i C

dVc
dt

Vc 

Q
V

1
idt
C

Juga

untuk

1
idt
C

Arus (i) :

i

Maka :
Permukaan

sehingga

Vc 

1
idt
C

dVc
dVc
C
1
dt
dt
C

kapasitor

yang

berhubungan

biasanya berbentuk plat rata. Ukuran kapasitor
bergantung pada luas plat (A), jarak antar plat (d)
dan medium penyekat. Kapasitansi juga dapat
diukur dengan rumus :
C=

A
d

Dimana :  =  o .  r
= permitivitas tempat

o

 r = permitivitas relatif
Daya (P)

:

1



1

P = Vc x i =  c idt  = c i dt
2

watt

19

Energi (w) yang tersimpan pada kapsitor dapat
dihitung dengan rumus :
dw  Pdt  Vcxi.dt  VcxC

Sehingga :

dVc
dt
dt

1
2
 w C VcxdVc  xCxVc
2

Maka Energi mutlak =

1
2

C V2

Kapasitansi total dapat diubah dengan cara
menghubungkan beberapa kapasitor secara seri
atau pararel. Kapasitor total dapat dikurangi
dengan cara dihubungkan secara seri dan dapat
dicari dengan rumus :
1
1
1
1
 
 ... 
CT C1 C 2
Cn

Sedangkan

kapasitas

total

dapat

ditambah

dengan cara dihubungkan secara pararel dan
dapat dicari dengan rumus :
CT = C1 + C2 + … + Cn

20

Satuan
dinyatakan

kapasitas
dalam

dari

farad.

kapasitor
1

farad

itu
ialah

kemampuan kapasitor untuk menyimpan tenaga
listrik atau mesin listrik 1 coulomb, apabila
kapasitor itu diberi tegangan listrik 1 volt. Dalam
praktek, dibuat satuan-satuan yang lebih kecil,
yaitu :
1 mikrofarad ( fd)

=

1 nanofarad (nf) =

10-9 farad

1 pikofarad (pfd) =

10-12 farad

Disamping

untuk

10-6 farad

menyimpan

tenaga

atau

muatan listrik, kapasitor juga dapat digunakan
untuk :
a. Peredam bunga api (kapasitor keramik)
b. Perata denyut arus listrik (kapasitor elektrolit)
c. Rangkaian resonansi dalam tuning sirkuit, atau
mencari gelombang radio (kapasitor variable)

21

d. Menggeser

gelombang

atau

menepatkan

frekuensi (kapasitor trimmer)

3.Transformator
Transformator atau biasa disebut dengan
trafo adalah alat untuk mengubah tegangan
bolak-balik menjadi lebih tinggi atau lebih rendah
dan digunakan untuk memindahkan energi dari
suatu rangkaian listrik ke rangkaian berikutnya
tanpa merubah frekuensi.
Dalam aplikasinya trafo dapat dibedakan
menjadi 2 macam yaitu :
1. Transformator

Step-Up

atau

tranformator

penaik tegangan adalah tranformator yang
digunakan untuk menaikkan tegangan dari
rendah ke tegangan yang lebih tinggi.

22

2. Transformator Step-Down atau transformator
penurun tegangan adalah transformator yang
digunakan untuk menurunkan tegangan dari
tinggi ke tegangan yan lebih rendah.
Cara kerja transformator adalah sebagai berikut :
1. Jika kumparan primer dihubungkan dengan
sumber

tegangan

kumparan

primer

arus

AC,

timbul

maka

pada

garis-garis

gaya

magnet yang berubah-ubah.
2. Perubahan garis-garis gaya dari kumparan
primer ini menginduksi kumparan sekunder
sehingga pada kumparan sekunder timbul arus
bolak-balik.
Dengan memilih jumlah lilitan yang sesuai
untuk

tiap

kumparan

dapat

dihasilkan

GGL

kumparan sekunder yang berbeda dengan GGL
kumparan primer. Hubungan GGL atau tegangan

23

primer (Vp) tegangan sekunder (Vs), jumlah
lilitan kumparan primer (np) dan jumlah lilitan
kumparan

sekunder

(ns)

dapat

dinyatakan

dengan rumus :
Tegangan primer
Jumlah lilitan primer

Tegangan sekunder Jumlah lilitan sekunder

yang

biasa

transformasi.
perbandingan

disebut

dengan

Dengan
transformasi

Vp np

Vs ns

perbandingan
memperhatikan
kita

dapat

mengetahui jenis dari transformator tersebut
apakah trafo Step-Up atau Step-Down.
Pada transformator terdiri dari banyak belitan,
sehinga dapat dipandang sebagai Induktor,
dengan demikian dapat diuraikan sebagai berikut
:
di  t 
Induktor mempunyai tegangan (V) : V  t   L dt
di  t  

1
xVl.dt
L

Dimana :
waktu (t)

( i)

menyatakan sebagai fungsi

24

(L) menyatakan panjang lilitan (H)
1
Sehingga besarnya arus adalah  i   L VL.dt
Besarnya daya (P) : P VLxi
maka
di
di
P  L xi = Lxi
watt
dt
dt

Energi yang tersimpan (w) :

dw  Pdt

maka

 w  p.dt

Sehingga :

w Lxi

W   1 xLx i 2

joule

2

di
dt  L i.di
dt

maka (Energi) adalah

25