fisika(generator dan transformator)

Pengertian tentang generator dan transformator

 

Transformator atau sering disingkat dengan istilah Trafo adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Maksud dari pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari 220VAC ke 12 VAC ataupun menaikkan Tegangan dari 110VAC ke 220 VAC.  Transformator atau Trafo ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC).Transformator (Trafo) memegang peranan yang sangat penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan listrik yang berasal dari pembangkit listrik PLN hingga ratusan kilo Volt untuk di distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan tegangan listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan Tegangan AC 220Volt.

 

Pengertian Generator Listrik
Generator adalah sebuah mesin yang dapat mengubah energi gerak (mekanik) menjadi energi listrik (elektrik).

sumber energi generator

Energi yang menggerakkan generator sendiri sumbernya bermacam macam. Padapembangkit listrik tenaga angin misalnya generator bergerak karena adanya kincir yang berputar karena angin. Demikian pula pada pembangkit pembangkit listrik tenaga air yang memanfaatkan energi gerak dari air. Sedang pada pembangkit listrik gerak dari generator didapatkan dari proses pembakaran bahan bakar diesel.

Prinsip Kerja / Cara Kerja Generator Listrik

Generator bekerja berdasarkan hukum faraday yakni apabila suatu penghantar diputarkan didalam sebuah medan magnet sehingga memotong garis garis gaya magnet maka pada ujung penghantar tersebut akan timbulkan ggl (garis gaya listrik) yang mempunyai satuan volt.

 

 

1. Contoh Soal Generator Sinkron :

Sebuah generator AC 3 fase, hub.Y, 60 Hz, 500 kVA, 2300 V. Resistan kumparan jangkar

Ra = 0,6 per fase. Reaktan sinkron Xs = 6,5 per fase.Ω Ω

Hitunglah pada beban penuh :

a) Tegangan yang dibangkitkan (fase-ke-fase) pada faktor-daya = 0,80 lagging.

b) Regulasi tegangan (fase-ke-fase) pada faktor-daya = 1.

Jawaban :

a. Ra Xs I

Ea V beban

I = S/√3V

LL

= 500000/√3.2300 = 125,51 amper.

LN

= 2300/√3 = 1327,9 volt.

cos = 0,8 φ à = 36,87φ

o

Ea = V/0 + I/- φ (Ra+jXs) = 1327,9 + (125,51/-36,87 )(0,6+j6,5)

= 1327,9 + (125,51/-36,87 )(√42,61/arctg(6,5/0,6))

= 1327,9 + (125,51/-36,87 )(6,53/84,73)

= 1327,9 + 819,58/47,86 = 1327,9 + 819,58 (cos 47,86 + j sin 47,86)

 

2. Sebuah kumparan memiliki jumlah lilitan 1000 mengalami perubahan fluks magnetik dari 3 x 10⁻⁵ Wb menjadi 5 x 10^{− 5} Wb dalam selang waktu 10 ms. Tentukan ggl induksi yang timbul!

Pembahasan
Data dari soal :
Jumlah lilitan N = 1000
Selang waktu Δ t = 10 ms = 10 x 10⁻³ sekon
Selisih fluks Δ φ = 5 x 10^{− 5}− 3 x 10^{− 5} = 2 x 10^{− 5} Wb

3. Sebuah kumparan dengan induktansi 5 mH mengalami perubahan kuat arus yang mengalir dari 0,2 A menjadi 1,0 A dalam waktu 0,01 sekon. Tentukan besarnya tegangan yang timbul akibat peristiwa tersebut!

Pembahasan
Data dari soal :
Induktansi kumparan L = 5 mH = 5 x 10⁻³ H
Perubahan arus Δ i = 1,0 − 0,2 = 0,8 A
Selang waktu Δ t = 0,01 sekon

4Kawat PQ panjang 50 cm digerakkan tegak lurus sepanjang kawat AB memotong medan magnetik serba sama 0,02 Tesla seperti pada gambar.



Tentukan :
a) besar ggl induksi
b) kuat arus yang mengalir pada kawat PQ
c) arah kuat arus pada kawat PQ
d) potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q
e) besar gaya Lorentz pada PQ
f) arah gaya Lorentz pada PQ
g) daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω
(Sumber gambar dan angka : Soal UN Fisika 2008)

Pembahasan
a) besar ggl induksi



b) kuat arus yang mengalir pada kawat PQ



c) arah kuat arus pada kawat PQ
Kaidah tangan kanan untuk arah arus induksi :
- 4 jari = arah medan magnetik (B)
- ibu jari = arah gerak kawat (v)
- telapak tangan = arah arus induksi (i)



Arah arus dari P ke Q ( atau dari Q ke P melalui hambatan R)

d) potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q
Potensial P lebih tinggi dari Q karena arus listrik mengalir dari potensial lebih tinggi ke rendah.

e) besar gaya Lorentz pada PQ



f) arah gaya Lorentz pada PQ

Kaidah tangan kanan untuk menentukan arah gaya Lorentz (gaya magnetik) :
- 4 jari = arah kuat medan maganet (B)
- ibu jari = arah arus listrik (i)
- telapak tangan = arah gaya (F)
Arah gaya F ke kiri (berlawanan dengan arah gerak v)

g) daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω

5.
Kawat PQ panjang 20 cm digerakkan ke kanan dengan kecepatan 6 m/s. Jika induksi magnet B = 0,5 Wb m⁻² maka kuat arus yang melalui hambatan R adalah....
A. 0,1 A
B. 0,2 A
C. 0,3 A
D. 0,5 A
E. 0,6 A

Pembahasan
ε = B l ν = 0,5 x 0,2 x 6 = 0,6 volt
I = ε / R = 0,6 / 2 = 0,3 A

2. SOAL-SOAL TRANSFORMATOR

1. Perbandingan lilitan primer dengan lilitan sekunder sebuah transformator adalah 4:10. Jika kuat arus primer 5 ampere, berapakah kuat arus sekunder?

    Penyelesaian:

   Diketahui:

   N_P : N_S = 4 : 10,

   I_P= 5 A.

   Ditanyakan: I_S = ?

   Jawab:

   I_S = (N_P / N_S) x I_P

   I_S = (4/10) x 5

   I_S = 2 A

   Jadi kuat arus sekundernya 1 Ampere.

2.  Sebuah trafo digunakan untuk menaikkan tegangan AC dari 12 V menjadi 120 V. Hitunglah kuat arus primer, jika kuat arus sekunder 0,6 A dan hitunglah jumlah lilitan sekunder, jika jumlah lilitan primer 300.

    Penyelesaian:

    Diketahui:

    Vp = 12 V

    Is = 0,6 A

   Vs = 120 V

   Np = 300

   Ditanya: I_P = ... ? dan Ns= ... ?

   Jawab:

   Vp/Vs = Is/Ip

   Ip = (Vs/Vp) x Is

   Ip = (120 V/12 V) x 0,6 A

   Ip = 6 A

       Vp/Vs = Np/Ns

   Ns = (Vs/Vp) x Ns

   Ns = (120 V/12 V) x 300

   Ns = 3000

 

   Jadi, kuat arus primernya 0,6 A dan kumparan sekunder terdiri atas 3.000 lilitan.

 

3.  Sebuah transformator dihubungkan dengan PLN pada tegangan 100 V menyebabkan kuat arus pada kumparan primer 10 A. Jika perbandingan jumlah lilitan primer dan sekunder 1 : 25, hitunglah tegangan pada kumparan sekunder dan  kuat arus pada kumparan sekunder.

    Penyelesaian:

   Diketahui:

   Vp = 100 V

   Ip = 10 A

   Np : Ns = 1 : 25

   Ditanya: Vs = ... ? dan Is= ... ?

   Jawab:

   Vp/Vs = Np/Ns

   Vs = (Ns/Np) x Vp

   Vs = (25/1) x 100 V

   Vs = 2.500 V

      

        Np/Ns = Is/Ip

    Is = (Np/Ns) x Ip

    Is = (1/25) x 10 A

    Is = 0,4 A

    Jadi, tegangan sekundernya 2.500 V dan kuat arus sekundernya 0,4 A.

 

4. Sebuah trafo arus primer dan sekundernya masing-masing 0,8 A dan 0,5 A. Jika jumlah lilitan primer dan sekunder masing-masing 100 dan 800, berapakah efisiensi trafo?

    Jawab:

     Diketahui:

     I_p = 0,8 A

     N_p = 1.000

     I_s = 0,5 A

     N_s = 800

     Ditanya: η = ... ?

     Penyelesaian:

     η = (I_s x N_s/ I_p x N_p) x 100%

     η = (0,5 A x 800/ 0,8 A  x 1000) x 100%

     η = (400/ 800) x 100%

     η = 0,5 x 100%

     η = 50%

     Jadi, efisiensi trafo sebesar 50%.

 

  5. Sebuah trafo tegangan primer dan sekundernya 220 V dan 55 V. Jika kuat arus primer 0,5 A dan kuat arus sekunder 1,5, berapakah efisiensi trafo?

     Jawab:

     Diketahui:

     I_p = 0,5 A

     V_p = 220 V

      I_s = 1,5 A

     V_s = 55 V

     Ditanya: η = ... ?

     Penyelesaian:

     η = (I_s x V_s/ I_p x V_p) x 100%

     η = (1,5 A  x 55 V/0,5 A x 220 V) x 100%

     η = (82,5 W/ 110 W) x 100%

     η = 0,75 x 100%

     η = 75%

     Jadi, efisiensi trafo sebesar 75%.