Listrik Untuk Teknik Las

Presented bySuka Handaja Budi

PTK Akamigas - STEM

Las Listrik ?

Las busur listrik atau umumnya disebut dengan las listrik adalah termasuk suatu proses penyambungan logam dengan menggunakan tenaga listrik sebagai sumber panas. Jenis sambungan dengan las Listrik ini adalah merupakan sambungan tetap. Ada beberapa macam proses yang dapat digolongkan kadalam proses Las Listrik antara lain yaitu :Las Listrik dengan Elektroda Karbon, Misalnya:

Las Listrik dengan elektroda karbon tunggal.Las Listrik dengan elektroda karbon ganda.

Las Listrik Dengan Elektroda Logam, misalnnya:Las Listrik dengan elektroda berselaputLas Listrik TIG (Tungsten Inert Gas)Las Listrik Submerged.

Prinsip Dasar

Pada dasarnya las listrik yang menggunakan elek troda karbon maupun logam menggunakan tenaga listrik sebagai sumber panas. Busur listrik yang terjadi antara ujung elektroda dan benda kerja dapat mancapai temperatur tinggi yang dapat melelehkan sebagian bahan merupakan perkalian antara tegangan listrik (E) dangan kuat arus (I) dan waktu (t) yang dinyatakan delam satuan, panas joule atau kalori seperti rumus dibawah ini :H = E x I x tdimana :H = panas dalam satuan jouleE = tegangan listrik delam voltI = kuat arus dalam ampert = waktu dalam detik

Las Listrik Elektroda Carbon

Busur listrik yang terjadi diantara ujung elek troda karbon dan logam atau diantara dua ujung elektroda karbon akan memanaskan dan mencairkan logam yang akan dilas. Sebagai bahan tambah dapat dipakai elektroda de ngan fluksi atau elektroda yang berselaput fluksi.

LAS LISTRIK ELEKTRODE TERBUNGKUS (SHIELDED METAL ARC WELDING = SMAW)

Las tistrik ini menggunakan elektroda berselaput sebagai bahan tambah. Busur listrik yang terjadi diantara ujung elektroda dan bahan dasar akan mencairkan ujung elektroda dan sebagian bahan dasar. Selaput elektroda yang turut terbakar akan mencair dan menghasilkan gas yang melindungi ujung elektroda, kawah Ias, busur Iistri dan daerah Ias di sekitar busur listrik terhadap pengaruh udara luar. Cairan selaput elektroda yang membeku akan menutupi permukaan Ias yang juga berfungsi sebagai pelindung terhadap pengaruh luar.

LAS LISTRIK TUNGSTEN INERT GAS = TIG

Las Iistrik TIG menggunakan elektroda wolfram yang bukan merupakan bahan tambah. Busur listrik yang terjadi antara ujung elektroda wolfram dan bahan dasar adalah marupakan sumber panas untuk pengelasan. Titik cair dari alektroda wolfram sedemikian tingginya sampai 3410o sehingga tidak ikut mencair pada saat terjadi busur listrik. Tangkai Ias dilengkapi dangan nosel keramik untuk penyembur gas pelindung yang melindungi daerah las dari pengaruh luar pada saat pangelasan.Sebagai bahan tambah dipakai elektroda tanpa selaput yang digerakkan dan didekatkan ke busur listrik yang terjadi antara elektroda wolfram dengan bahan dasar.Sebagai gas pelindung dipakai argon, helium atau campuran dari kedua gas tersebut yang pemekaiannya tergantung dari jenis logam yang akan dilas.Tangkai las TIG biasanya didinginkan dengan air yang bersirkulasi.

LAS LISTRIK TUNGSTEN INERT GAS = TIG

LAS LISTRIK MIG

Las listrik MIG adalah juga las busur listrik dimana panas yang ditimbulkan oleh busur listrik antara ujung elektroda dan bahan dasar, karena adanya Arus ListrikElektrodanya adalah merupakan gulungan kawat yang berbentuk rol yang gerakannya diatur oleh pasangan roda gigi yang digerakkan oleh motorl listrik.Kecepatan gerakan elektroda dapat diatur sesuai dengan keperluan. Tangkai Las dilengkapi dengan nosel logam untuk menyemburkan gas pelindung yang dialirkan dari botol gas malalui selang gas.Gas yang dipakai adalah C02 untuk pengelasan baja lunak dan baja, argon atau campuran argon dan helium untuk pengelasan Aluminium dan baja tahan karatProses pengelasan MIG ini dapat secara semi otomatik atau otomatik. Semi otomatik dimaksudkan pengelasan secara manual sedangkan otomatik adalah pengelasan di mana seluruh pekerjaan Las dilaksanakan secara otomatik.

LAS LISTRIK MIG

LAS LISTRIK SUBMERGED

Las listrik submerged yang umumnya otamatik atau semi otomatik menggunakan fluksi serbuk untuk pelindung dari pengaruh udara luar. Busur listrik diantara ujung elektroda dan bahan dasar berada didalam timbunan fluksi serbuk sehingga tidak terjadi sinar las keluar separti biasanya pada Las listrik lainnya. Dalam hal ini operator Las tidak perlu menggunakan kaca pelindung mata (helm Las).Pada waktu pengelasan, fluksi serbuk akan mencair dan membeku menutup Iapisan Ias. Sebagian fluksi serbuk yang tidak mencair dapat dipakai lagi setelah dibersihkan dari terak-terak Las. Elektroda yang merupakan kawat tanpa selaput berbentuk gulungan (rol) digerakkan maju oleh pasangan roda gigi. pasangan roda gigi yang diputar oleh motor listrik dapat diatur kecepatannya sesuai dengan kebutuhan pengelasan .

LAS LISTRIK SUBMERGED

Pengkutuban Elektroda(Pengkutuban Langsung)

Pada pengkutuban langsung, kabel elektroda dipasang Pada terminal negatif dan kabel massa pada terminal positif. Pengkutuban langsung sering disebut sebagai sirkuit las listrik dengan elektroda negatif. (DC-)

Pengkutuban Elektroda(Pengkutuban Terbalik)

Untuk pengkutuban terbalik, kabel elektroda dipasang pada terminal positif dan kabel massa dipasang pada ter minal negative.Pengkutuban terbalik sering disebut sirkuit las listrik dengan elektroda positif (DC+)

Pengaruh Pengkutuban

Pemilihan jenis arus maupun pengkutuban pada pangelasan bergantung kepada : Jenis bahan dasar yang akan dilasJenis elektroda yang dipergunakanPengaruh pengkutuban pada hasil las adalah pada penembusan lasnya. Pengkutuban langsung akan menghasilkan penembusan yang dangkal sedangkan Pada pengkutuban terbalik akan terjadi sebeliknya. Pada arus bolak-balik penembusan yang dihasilkan antara keduanya.

Pesawat Las

Pesawat-pesawat las yang dipakai bermacam -macam, tapi bila ditinjau dari jenis arus yang keluar dapat digolongkan sebagai berikut:pesawat las arts bolak-balik (AC) pesawat las arus searah (DC)pesawat las arus bolak-balik dan searah (AC-DC) yang

merupakan gabungan dari pesawat AC den DC.

Pesawat Las Arus AC

Macam-macam pesawat las ini seperti Transformator las, pembangkit listrik motor diesel atau motor bensin. Transformator las yang kebanyakan digunakan di industri-industri mempunyai kapasitas 200 sampai 500 amper. Pesawat las ini sangat banyak dipakai karena biaya operasinya yang rendah disamping harganya yang relatif murah. Voltase keluar dari pesawat transformator ini antara 38 sampai 70 volt.

Pesawat Las Arus DC

Pesawat las arus searah ini dapat berupa pesawat transformator rectifier, pembangkit listrik motor diesel atau motor bensin, maupun pesawat pembangkit listrik yang digerakkan oleh motor listrik.Salah satu jenis dari pesawat las arus searah yaitu pesawat pembangkit listrik yang digerakkan oleh motor tistrik (motor generator)

Pesawat Las Arus AC - DC

Pesawat las ini merupakan gabungan dari pesawat las arus bolak-balik dan arus searah. Dengan, pesawat ini akan lebih banyak kemungkinan pemakaiannya karena arus yang keluar dapat arus searah maupun arus bolak- balik. Pesawat las jenis ini misalnya transformator-rectifier maupun pembangkit listrik motor diesel

Alat Bantu LasKabel Las

Kabel las biasanya dibuat dari tembaga yang dipilin dan dibungkus dangan karet isolasi Yang disebut kabel las ada tiga macam yaitu :kabel elektrodakabel massakabel tenagaKabel elektroda adalah kabel yang menghubungkan pesawat las dengan elektroda. Kabel massa menghubungkan pesawat las dengan benda kerja. Kabel tenaga adalah kabel yang menghubungkan sumber tenaga atau jaringan listrik dengan pesawat las. Kabel ini biasanya terdapat pada pesawat las AC atau AC - DC.

Alat Bantu LasPemegang Elektroda

Ujung yang tidak berselaput dari elektroda dijepit dengan pemegang elektroda. Pemegang elektroda terdiri dari mulut penjepit dan pegangan yang dibungkus oleh bahan penyekat. Pada waktu berhenti atau selesai mengelas, bagian pegangan yang tidak berhubungan dengan kabel digantungkan pada gantungan dari bahan fiber atau kayu.

Alat Bantu LasPalu Las

Palu Ias digunakan untuk melepaskan dan me ngeluarkan terak las pada jalur Ias dengan jalan memukul kan atau menggoreskan pada daerah las.Berhati-hatilah membersihkan terak Ias dengan palu Ias karena kemungkinan akan memercik ke mata atau ke bagian badan lainnya.

Alat Bantu LasSikat Las

Dipergunakan untuk :membersihkan benda kerja yang akan dilasmembersihkan terak Ias yang sudah lepas dari jalur las oleh pukulan palu las.

Alat Bantu LasKlem Massa

Klem massa edalah suatu alat untuk menghu bungkan kabel massa ke benda kerja. Biasanya klem massa dibuat dari bahan dengan penghantar listrik yang baik seperti Tembaga agar arus listrik dapat mengalir dengan baik, klem massa ini dilengkapi dengan pegas yang kuat. Yang dapat menjepit benda kerja dengan baik .Walaupun demikian permukaan benda kerja yang akan dijepit dengan klem massa harus dibersihkan terlebih dahulu dari kotoran-kotoran seperti karat, cat, minyak.

Alat Bantu LasTang (Penjepit)

Penjepit (tang) digunakan untuk memegang atau memindahkan benda kerja yang masih panas

Perlengkapan Keselamatan KerjaHelm Las

Helm Ias maupun tabir las digunakan untuk melindungi kulit muka dan mata dari sinar las (sinar ultra violet dan ultra merah) yang dapat merusak kulit maupun mata, Sinar Ias yang sangat terang/kuat itu tidak boleh dilihat dangan mata langsung sampai jarak 16 meter. Helm las ini dilengkapi dengan kaca khusus yang dapat mengurangi sinar ultra violet dan ultra merah tersebut. Ukuran kaca Ias yang dipakai tergantung pada pelaksanaan pengelasan.

Perlengkapan Keselamatan KerjaSarung Tangan

Sarung tangan dibuat dari kulit atau asbes lunak untuk memudahkan memegang pemegang elektroda. Pada waktu mengelas harus selalu dipakai sepasang sarung tangan.

Perlengkapan Keselamatan KerjaBaju Las (Apron)

Baju las/Apron dibuat dari kulit atau dari asbes. Baju las yang lengkap dapat melindungi badan dan sebagian kaki. Bila mengelas pada posisi diatas kepala, harus memakai baju las yang lengkap. Pada pengelasan posisi lainnya dapat dipakai apron.

Perlengkapan Keselamatan KerjaSepatu Las

Sepatu las berguna untuk melindungi kaki dari semburan bunga api, Bila tidak ada sepatu las, sepatu biasa yang tertutup seluruhnya dapat juga dipakai.

Perlengkapan Keselamatan KerjaKamar Las

Kamar Ias dibuat dari bahan tahan.api. Kamar las penting agar orang yang ada disekitarnya tidak terganggu oleh cahaya las.Untuk mengeluarkan gas, sebaiknya kamar las dileng kapi dangan sistim ventilasi: Didalam kamar las ditempatkan meja Ias. Meja las harus bersih dari bahan-bahan yang mudah terbakar agar terhindar dari kemungkinan terjadinya kebakaran oleh percikan terak las dan bunga api.

Perlengkapan Keselamatan KerjaMasker Las

Jika tidak memungkinkan adanya kamar las dan ventilasi yang baik, maka gunakanlah masker las, agar terhindar dari asap dan debu las yang beracun.

Elektroda (Filler atau Bahan Isi)Elektroda Berselaput

Elektroda berselaput yang dipakai pada Las busur listrik mempunyai perbedaan komposisi selaput maupun kawat Inti. Pelapisan fluksi pada kawat inti dapat dengah cara destrusi, semprot atau celup. Ukuran standar diameter kawat inti dari 1,5 mm sampai 7 mm dengan panjang antara 350 sampai 450 mm. Jenis-jenis selaput fluksi pada elektroda misalnya selulosa, kalsium karbonat (Ca C03), titanium dioksida (rutil), kaolin, kalium oksida mangan, oksida besi, serbuk besi, besi silikon, besi mangan dan sebagainya dengan persentase yang berbeda-beda, untuk tiap jenis elektroda.Tebal selaput elektroda berkisar antara 70% sampai 50% dari diameter elektroda tergantung dari jenis selaput. Pada waktu pengelasan, selaput elektroda ini akan turut mencair dan menghasilkan gas CO2 yang melindungi cairan las, busur listrik dan sebagian benda kerja terhadap udara luar. Udara luar yang mengandung O2 dan N akan dapat mempengaruhi sifat mekanik dari logam Ias. Cairan selaput yang disebut terak akan terapung dan membeku melapisi permukaan las yang masih panas.

Elektroda (Filler atau Bahan Isi)Elektroda Baja Lunak

Elektroda baja lunak dan baja paduan rendah untuk las busur listrik manurut klasifikasi AWS (American Welding Society) dinyatakan dengan tanda E XXXX yang artinya sebagai berikut :

E menyatakan elaktroda busur listrikXX (dua angka) sesudah E menyatakan kekuatan tarik deposit las dalam ribuan Ib/in2 X (angka ketiga) menyatakan posisi pangelasan.angka 1 untuk pengelasan segala posisi. angka 2 untuk pengelasan posisi datar di bawah tanganX (angka keempat) menyataken jenis sela put dan jenis arus yang cocok dipakai untuk pengelasan lihat table.

Contoh : E 6013Artinya:Kekuatan tarik minimum den deposit las adalah 60.000 Ib/in2 atau 42 kg/mm2Dapat dipakai untuk pengelasan segala po sisiJenis selaput elektroda Rutil-Kalium dan pengelasan dengan arus AC atau DC + atau DC -

Elektroda (Filler atau Bahan Isi)Elektroda Baja Lunak

E 6010 dan E 6011 Elektroda ini adalah jenis elektroda selaput selulosa yang dapat dipakai untuk pengelesan dengan penembusan yang dalam. Pengelasan dapat pada segala posisi dan terak yang tipis dapat dengan mudah dibersih kan. Deposit las biasanya mempunyai sifat sifat mekanik yang baik dan dapat dipakai untuk pekerjaan dengan peng ujian Radiografi. Selaput selulosa dengan kebasahan 5% pada waktu pengelasan akan menghasilkan gas pelindung. E 6011 mengandung Kalium untuk mambantu menstabil kan busur listrik bila dipakai arus AC.E 6012 dan E 6013Kedua elektroda ini termasuk jenis selaput rutil yang dapat manghasilkan penembusan sedang. Keduanya dapat dipakai untuk pengelasan segala posisi, tetapi ke banyakan jenis E 6013 sangat baik untuk posisi pengeles an tegak arah ke bawah. Jenis E 6012 umumnya dapat di pakai pada ampere yang relatif lebih tinggi dari E 6013. E 6013 yang mengandung lebih benyak Kalium memudah kan pemakaian pada voltage mesin yang rendah. Elektroda dengan diameter kecil kebanyakan dipakai untuk pangelasan pelat tipis.

Elektroda (Filler atau Bahan Isi)Elektroda Baja Lunak

E 6020Elektroda jenis ini dapat menghasilkan penem busan las sedang dan teraknya mudah dilepas dari lapisan las. Selaput elektroda terutama mengandung oksida besi dan mangan. Cairan terak yang terlalu cair dan mudah mengalir menyulitkan pada pengelasan dengan posisi lain dari pada bawah tangan atau datar pada las sudut. Elektroda dengan Selaput Serbuk Besi Selaput elektroda jenis E 6027, E 7014. E 7018. E 7024 dan E 7028 mengandung serbuk besi untuk meningkatkan efisiensi pengelasan. Umumnya selaput elek troda akan lebih tebal dengan bertambahnya persentase serbuk besi. Dengan adanya serbuk besi dan bertambah tebalnya selaput akan memerlukan ampere yang lebih tinggi.

Elektroda (Filler atau Bahan Isi)Elektroda Baja Lunak

Elektroda Hydrogen RendahSelaput elektroda jenis ini mengandung hydrogen yang rendah (kurang dari 0,5 %), sehingga deposit las juga dapat bebas dari porositas. Elektroda ini dipakai untuk pengelasan yang memerlukan mutu tinggi, bebas porositas, misalnye untuk pengelasan bejana dan pipa yang akan mengalami tekananJenis-jenis elektroda hydrogen rendah misalnya E 7015, E 7016 dan E 7018.

Elektroda (Filler atau Bahan Isi)Elektroda Elektroda Untuk Besi TuangElektroda yang dipekai untuk mengelas besi tuang adalah

sebagei berikut : elektroda baja elektroda nikel elektrode perunggu elektroda besi tuang

Elektroda nikelElektroda jenis ini dipakai untuk mengelas besi tuang, bila hasil las masih dikerjakan lagi dengan mesin. Elektroda nikel dapat dipakai dalam sagala posisi pengelasan. Rigi-rigi las yang dihasilkan elektroda ini pada besi tuang adalah rata dan halus bila dipakai pada pesawat las DC kutub terbalik. Karakteristik elektroda nikel dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Elektroda (Filler atau Bahan Isi)Elektroda Untuk Besi Tuang

Elektroda bajaElektroda jenis ini bila dipakai untuk mengelas besi tuang akan menghasilkan deposit las yang kuat se hingga tidak dapat dikerjakan dengan mesin. Dengan demikian elektroda ini dipakai bila hasil las tidak di kerjakan lagi. Untuk mengelas besi tuang dengan elektroda baja dapat dipakai pesawat las AC atau DC kutub terbalik.Elektroda perungguHasil las dengan memakai elektroda ini tahan ter hadap retak, sehingga panjang las dapat ditambah. Kawat inti dari elektroda dibuat dari perunggu fosfor dan diberi selaput yang menghasilkan busur stabil.Elektroda dengan Hydrogen rendahElektroda jenis ini pada dasarnya dipakai untuk baja yang mengandung karbon kurang dari 1,5%. Tetapi dapat juga dipakai pada pengelasan besi tuang dengan hasil yang baik. Hasil lasnya tidak dapat dikerjakan dengan mesin.

Elektroda (Filler atau Bahan Isi)Elektroda Untuk Pelapis Keras

Tujuan pelapis keras dari segi kondisi pemakaian yaitu agar alat atau bahan tahan terhadap kikisan, pukulan dan tahan aus. Untuk tujuan itu maka Elektroda untuk pelapis keras dapat diklasifikasikan dalam tiga macam Yaitu :elektroda tahan kikisanelektroda tahan pukulan elektroda tahan aus.Elektroda tehan kikisan.Elektroda jenis ini dibuat dari tabung chrom karbida yang diisi dengan serbuk-serbuk karbida. Elektroda dengan diameter 3,25 mm - 6,5 mm dipakai peda pesawat las AC atau DC kutub terbalik.Elektroda ini dapat dipakai untuk pelapis keras permukaan pada sisi potong yang tipis, peluas lubang dan beberapa type pisau.Elektroda tahan pukulan.Elektroda ini dapat dipakai pada pesawat las AC atau DC kutub terbalik. Dipakai untuk pelapis keras bagian pemecah dan palu.Elektroda tahan keausan.Elektroda ini dibuat dari paduan-paduan non ferro yang mengandung Cobalt, Wolfram dan Chrom. Biasanya dipakai untuk pelapis keras permukaan katup buang dan dudukan katup dimana temperatur dan keausan sangat tinggi.

Pengaruh panjang busur pada hasil las. Pan jang busur (L) Yang normal adalah kurang lebih sama dengan diameter (D) kawat inti elektroda.

Bila panjang busur tepat (L = D), maka cairan elektroda akan mengalir dan mengendap dengan baik.

Hasilnya :rigi-rigi las yang halus dan baik. tembusan las yang baikperpaduan dengan bahan dasar baik percikan teraknya halus.Bila busur terlalu panjang (L > D), maka timbul bagian-bagian yang berbentuk bola dari cairan elektroda.

Hasilnya :rigi-rigi las kasarTembusan las dangkalpercikan teraknya kasar dan keluar dari jalur las.

Bila busur terlalu pendek, akan sukar memeliharanya, bisa terjadi pembekuan ujung elektroda pada pengelasan

Hasilnya :rigi las tidak merataTembusan las tidak baikpercikan teraknya kasar dan berbentuk bola.

Pengaruh Besar Arus.

Besar arus pada pengelasan mempengaruhi hasil las. Bila arus terlalu rendah akan menyebabkan sukarnya penyalaan busur listrik dan busur listrik yang terjadi tidak stabil. Panas yang terjadi tidak cukup untuk melelehkan elektroda dan bahan dasar sehingga hasilnya merupakan rigi-rigi las yang kecil dan tidak rata serta penembusan yang kurang dalam.Sebaliknya bila arus terlalu besar maka elektroda akan mencair terlalu cepat dan menghasilkan permukaan las yang lebih lebar dan penembusan yang dalam.Besar arus untuk pengelasan tergantung pada jenis kawat las yang dipakai, posisi pengelasan serta tebal bahan dasar.

Arus Listrik

Arus Searah (DC)Pada jenis arus ini, elektron-elektron bergerak sepajang penghantar hanya dalam satu arah.

Arus Listrik

Arus Bolak-Balik (AC)Arah aliran dari arus bolak-balik adalah merupa kan gelombang sinusoida yang memotong garis nol pada interval waktu 1/100 detik untuk mesin dengan frekwensi 50 Hz. Tiap siklus gelombang terdiri dari setengah gelom bang positif dan setengah gelombang. Arus bolak-balik dapat diubah menjadi arus searah dengan menggunakan pengubah arus (rectifier).

Power Electronics ConvertersPower Electronics Converters

AC to DC: RECTIFIERAC to DC: RECTIFIER

DC to DC: CHOPPERDC to DC: CHOPPER

DC to AC: INVERTERDC to AC: INVERTER

AC to AC: CYCLOCONVERTERAC to AC: CYCLOCONVERTER

Rectifiers

• DEFINITION: Converting AC (from mains or other AC source) to DC power by using power diodes or by controlling the firing angles of thyristors/controllable switches.

• Basic block diagram

Rectifiers

• Input can be single or multi-phase (e.g. 3-phase).

• Output can be made fixed or variable

• Applications: – DC welder, DC motor drive, Battery charger,

DC power supply, HVDC

Root-Mean-Squares (RMS)

2

0

.2

1td

2(.)

Root Mean Squares of f

2)( fStep 1:

2

0

2)(2

1tdfStep 2:

2

0

2)(2

1tdfStep 3:

Concept of RMS

tv

v2 Average of v2

Square root of the average of v2 Average

of v=0

Ideal Rectifier:Single-Phase, Half-Wave R-Load

• Considering the diode is ideal, the voltage at R-load during forward biased is the positive cycle of voltage source, while for negative biased, the voltage is zero. m

mo

mDCaveo

ss

VV

V

tdtVVVV

voltageoutputDC

tVtvSourceVoltageGiven

318.0

)sin(2

1

,""

),sin()(,

0

R

V

R

V

R

VI

currentoutputDC

mmoo

1

,""

R

V

R

VI

VtdtVVwhere

R

VRIP

mrmso

rmso

msrmso

rmsrms

2

2)()]sin([

2

1,

resistor,by absorbedpower Average

,,

0

2,

22

rmsrms

dcdc

ac

dc

IV

IV

P

P

Efficiency

,

• We observe that:

– DC voltage is fixed at 0.318 or 31.8% of the peak value

– RMS voltage is reducedRMS voltage is reduced from 0.707 (normal sinusoidal RMS) to 0.5 or 50% of peak value.

– Half wave is not practicalHalf wave is not practical because of high distortion supply current. The supply current contains DC component that may saturate the input transformer

Ideal Rectifier:Single-Phase, Half-Wave R-Load

Example 1

• Consider the half-wave rectifier circuit with a resistive load of 25 and a 60 Hz ac source of 110Vrms.– Calculate the average values of Vo and Io. Justify the

significant value of Vo and Io.– Calculate the rms values of Vo and Io.– Calculate the average power delivered to the load.

Example 1 (Cont)

• Solution

• (i) The average values of Vo and Io are given by

AR

VI

and

VV

V

oo

mo

98.125

52.49

,

52.49)110(2

In this case, for the particular circuit, possible dc output voltage obtained from the circuit is 49.52V and dc output current is 1.98A. That means, for any dc application within this value, this circuit can be used.

Example 1 (Cont)

• (ii) The rms value of the of Vo and Io

AR

VI

and

VV

V

rmso

rmso

mrms

11.325

78.77

,

78.772

)110(2

2

,,

WRIP

OR

WR

VP

rmso

rmsoo

24225)11.3(

24225

)78.77(

22

2,

2

(iii) average power delivered to the load over one cycle

MICHAELFARADAY

• ahli fisika Inggris• lahir 22 Sept 1791• di Newington• wafat Agustus 1867• penemu induksi elektromagnet

arus listrik magnet

elektromotor

gerak

gerak magnet

arus listrik

• arus listrik yang terjadi disebut arus induksi elektromagnet

galvanometer

PERCOBAANFARADAY

kumparan

magnet

bila jarum galvanometerbergerak berarti ada

aliran listrik

jarum galvanometerbergerak bila :• magnet dijatuhkan• magnet digerakkan• kumparan digerakkan

ada perubahan

medan magnet

ada perubahan medan magnet

ada perubahan garis gaya magnet

ada arus induksi

E

G

K1K2

Ssakelar S diputus-putus

maka jarum galvanometerbergerak-gerak

magnetkumparan

sikat

sikat

gelang

gelang

rangkaian listrik

U S

DINAMO ARUS BOLAK-BALIK

• Alternating current ( AC )• 2 gelang• ujung kumparan selalu menempel pada gelang yang sama

i

t

magnet

kumparan

sikat

sikat

gelang terbelahrangkaian

listrik

U S

DINAMO ARUS SEARAH

• Direct current ( DC )• 1 gelang terbelah• ujung kumparan menempel pada belahan gelang secara berganti-ganti

i

t

INDUKTOR

kumparanprimer

kumparan sekunder

• menggunakan arus bolak-balik

GENERATOR DC

Definisi Generator

• Generator ialah suatu mesin yang mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik.

• Tenaga mekanis disini digunakan untuk memutar kumparan kawat penghantar dalam medan magnet ataupun sebaliknya memutar magnet diantara kumparan kawat penghantar.

• Tenaga listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut adalah arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC), hal ini tergantung dari susunan atau konstruksi dari generator, serta tergantung dari sistem pengambilan arusnya.

GENERATOREnergi Mekanis Energi Listrik

Bagian-bagian/Struktur Generator DC

Gambar bagian-bagian Generator DC

2. Bagian-bagian / Struktur …

1. ROTOR : bagian Generator DC yang berputar, tersusun atas : Poros Inti Komutator Kumparan/Lilitan

2. STATOR : bagian Generator DC yang diam, tersusun atas : Kerangka Kutub Utama dan Belitan Kutub Bantu dan Belitan Bantalan dan Sikat

3. CELAH UDARA : ruangan antara Stator dan Rotor

RANGKA

• Secara umum fungsi dari rangka untuk Generator dc, yaitu :1. Merupakan sarana pendukung mekanis untuk mesin secara keseluruhan2. Membawa flux magnetik yang dihasilkan kutub-kutub mesin>> Untuk mesin kecil rangkanya dari besi tuang>> Mesin besar rangkanya dari baja tuang

KUTUBMagnet penguat / magnet medan (kutub) terdiri atas inti kutub & sepatu kutub.- Inti kutub terbuat dari lembaran2 besi tuang / baja tuang- Sepatu kutub dilaminasi & dibaut ke inti kutub

KOMUTATOR DAN SIKAT# Komutator terbuat dari batang tembaga yang dikeraskan yang berfungsi untukmengumpulkan arus induksi dari konduktor jangkar dan mengkonversinya menjadi arus dc melalui sikat.# Sikat terbuat dari karbon, grafit, logam grafit yang dilengkapi dengan pegas penenkan dan kotak sikatnya

Gambar Stator :

Gambar Rotor :

Gambar Celah Udara :

Prinsip Kerja Generator DC

Teori yang mendasari terbentuknya GGL induksi pada generator ialah Percobaan Faraday.

Percobaan Faraday membuktikan bahwa pada sebuah kumparan akan dibangkitkan GGL Induksi apabila jumlah garis gaya yang diliputi oleh kumparan berubah-ubah.

Ada 3 hal pokok terkait dengan GGL Induksi ini, yaitu :

1. Adanya flux magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet.2. Adanya kawat penghantar yang merupakan tempat

terbentuknya EMF.3. Adanya perubahan flux magnet yang melewati kawat

penghantar listrik.

A

B C

D

A

B

C

D

AB

C

D

A

B

C

D

3. Prinsip Kerja …

• Pada gambar Generator DC Sederhana dengan sebuah penghantar kutub tersebut, dengan memutar rotor ( penghantar ) maka pada penghantar akan timbul EMF.

• Kumparan ABCD terletak dalam medan magnet sedemikian rupa sehingga sisi A-B dan C-D terletak tegak lurus pada arah fluks magnet.

• Kumparan ABCD diputar dengan kecepatan sudut yang tetap terhadap sumbu putarnya yang sejajar dengan sisi A-B dan C-D.

• GGL induksi yang terbentuk pada sisi A-B dan sisi C-D besarnya sesuai dengan perubahan fluks magnet yang dipotong kumparan ABCD tiap detik sebesar :

Keterangan gambar :

Voltdt

dNtE

• Besarnya tegangan EMF yang dihasilkan adalah :

zP E= N φ , E = KN φ

A

E : Tegangan induksiZ : Jumlah lilitan / kumparanP : Jumlah pasang kutubN : Kecepatan Rotorφ : Fluks

3. Prinsip Kerja …

Prinsip Penyearahan dengan Komutator

PRINSIP PENYEARAHAN TEGANGAN LISTRIK

• Pembangkitan tegangan yang dihasilkan oleh generator dc pada prinsipnya sama seperti generator ac, yaitu tegangan yang dihasilkan berupa tegangan ac. Hanya saja diperlukan satu proses penyearahan di dalam generator dc ini.Prinsip penyearahan yang dilakukan oleh komutator pada generator dc dilakukan secara mekanis.Pada dasarnya dalam prinsip penyarahan ini, terjadi perpindahan arah arus yang terjadi pada kumparan jangkar yang berputar pada medan magnet menyebabkan ggl induksi membentuk gelombang searah.Pada prakteknya, hasil penyearahan ini tidak sepenuhnya linear karena adanya pengaruh induktansi kumparan dan tahanan sikat. Solusi yang bisa dilakukan untuk membuatnya linear yaitu dengan menetralkan ggm yg timbul akibat induktansi tsb., salah satunya dg menambahkan kutub bantu, dimana ggm-nya sama dan berlawanan dg ggm induktansi.