Generator DC

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:
1. Generator penguat terpisah
2. Generator shunt
3. Generator kompon

1. Konstruksi Generator DC

Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor. Gambar 1 menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.


Gambar 1. Konstruksi Generator DC

Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.

Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodic / berkala. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator, gunakan amplas halus untuk membersihkan noda bekas sikat arang.

2. Prinsip kerja Generator DC

Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:

• dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
• dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.

Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3.


Gambar 2. Pembangkitan Tegangan Induksi.

Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar 2 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 2.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.


Gambar 3. Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator.

Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 3.(1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 3.(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positip.

• Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.

• Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).

3. Jangkar Generator DC

Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur. Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pada umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik dengan permiabilitas yang cukup besar.
Permiabilitas yang besar diperlukan agar lilitan jangkar terletak pada derah yang induksi magnetnya besar, sehingga tegangan induksi yang ditimbulkan juga besar. Belitan jangkar terdiri dari beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur jangkar. Tiap-tiap kumparan terdiri dari lilitan kawat atau lilitan batang.


Gambar 4. Jangkar Generator DC.

4. Reaksi Jangkar

Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah generator saat tanpa beban disebut Fluks Medan Utama (Gambar 5). Fluks ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi.


Gambar 5. Medan Eksitasi Generator DC

Bila generator dibebani maka pada penghantar jangkar timbul arus jangkar. Arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut FIuks Medan Jangkar (Gambar 6).


Gambar 6. Medan Jangkar dari Generator DC (a) dan Reaksi Jangkar (b).

Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak di sebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan medan jangkar ini disebut reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut α. Dengan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis netral akan melemahkan tegangan nominal generator.
Untuk mengembalikan garis netral ke posisi awal, dipasangkan medan magnet bantu (interpole atau kutub bantu), seperti ditunjukkan pada Gambar 7.(a).


Gambar 7. Generator dengan Kutub Bantu (a) dan Generator Kutub Utama, Kutub Bantu, Belitan Kompensasi (b).

Lilitan magnet bantu berupa kutub magnet yang ukuran fisiknya lebih kecil dari kutub utama. Dengan bergesernya garis netral, maka sikat yang diletakkan pada permukaan komutator dan tepat terletak pada garis netral n juga akan bergeser. Jika sikat dipertahankan pada posisi semula (garis netral), maka akan timbul percikan bunga api, dan ini sangat berpotensi menimbulkan kebakaran atau bahaya lainnya. Oleh karena itu, sikat juga harus digeser sesuai dengan pergeseran garis netral. Bila sikat tidak digeser maka komutasi akan jelek, sebab sikat terhubung dengan penghantar yang mengandung tegangan. Reaksi jangkar ini dapat juga diatasi dengan kompensasi yang dipasangkan pada kaki kutub utama baik pada lilitan kutub utara maupun kutub selatan, seperti ditunjukkan pada gambar 7 (a) dan (b), generator dengan komutator dan lilitan kompensasinya.

Kini dalam rangkaian generator DC memiliki tiga lilitan magnet, yaitu:
• lilitan magnet utama
• lilitan magnet bantu (interpole)
• lilitan magnet kompensasi

5. Jenis-Jenis Generator DC

Seperti telah disebutkan diawal, bahwa generator DC berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker) dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:
1. Generator penguat terpisah
2. Generator shunt
3. Generator kompon

• Generator Penguat Terpisah

Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator penguat terpisah, yaitu:
1. Penguat elektromagnetik (Gambar 8.a)
2. Magnet permanent / magnet tetap (Gambar 8.b)


Gambar 8. Generator Penguat Terpisah.

Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari luar yang dimasukkan melalui belitan F1-F2.

Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output generator yang konstan dari terminal rotor A1-A2. Karakteristik tegangan V relatif konstan dan tegangan akan menurun sedikit ketika arus beban I dinaikkan mendekati harga nominalnya.

Karakteristik Generator Penguat Terpisah


Gambar 9. Karakteristik Generator Penguat Terpisah

Gambar 9 menunjukkan:
a. karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie 100%) dan saat eksitasi setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus eksitasi, I adalah arus beban.Tegangan output generator akan sedikit turun jika arus beban semakin besar.
b. Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar.
c. Perurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar, selanjutnya mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet, sehingga tegangan induksi menjadi kecil.

• Generator Shunt

Pada generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel dengan rotor (A1-A2). Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat pada medan magnet
stator. Rotor berputar dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yang akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2 diatur oleh tahanan geser. Makin besar arus eksitasi shunt, makin besar medan penguat shunt yang dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai mencapai tegangan nominalnya. Diagram rangkaian generator shunt dapat dilihat pada Gambar 10.


Gambar 10. Diagram Rangkaian Generator Shunt

Jika generator shunt tidak mendapatkan arus eksitasi, maka sisa megnetisasi tidak akan ada, atau jika belitan eksitasi salah sambung atau jika arah putaran terbalik, atau rotor terhubung-singkat, maka tidak akan ada tegangan atau energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut.

Karakteristik Generator Shunt


Gambar 11. Karakteristik Generator Shunt.

Generator shunt mempunyai karakteristik seperti ditunjukkan pada Gambar 11. Tegangan output akan turun lebih banyak untuk kenaikan arus beban yang sama, dibandingkan dengan tegangan output pada generator penguat terpisah.

Sebagai sumber tegangan, karakteristik dari generator penguat terpisah dan generator shunt tentu kurang baik, karena seharusnya sebuah generator mempunyai tegangan output yang konstan, namun hal ini dapat diperbaiki pada generator kompon.

• Generator Kompon

Generator kompon mempunyai dua penguat eksitasi pada inti kutub utama yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt, dan lainnya merupakan penguat seri. Diagram rangkaian generator kompon ditunjukkan pada Gambar 12. Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak di depan belitan shunt.


Gambar 12. Diagram Rangkaian Generator Kompon

Karakteristik Generator Kompon


Gambar 13. Karakteristik Generator Kompon

Gambar 13 menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan output generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus eksitasi penuh maupun eksitasi 50%. Hal ini disebabkan oleh adanya penguatan lilitan seri, yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar. Jadi ini merupakan kompensasi dari generator shunt, yang cenderung tegangannya akan turun jika arus bebannya naik.

Komponen-Komponen Transformator / Transformer / Trafo

1. Inti Besi
Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi,magnetik yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh Eddy Current.

2. Kumparan Transformator
Kumparan transformator adalah beberapa lilitan kawat berisolasi yang membentuk suatu kumparan atau gulungan. Kumparan tersebut terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap antar kumparan dengan isolasi padat seperti karton, pertinak dan lain-lain. Kumparan tersebut sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

3. Minyak Transformator
Minyak transformator merupakan salah satu bahan isolasi cair yang dipergunakan sebagai isolasi dan pendingin pada transformator.
• Sebagai bagian dari bahan isolasi, minyak harus memiliki kemampuan untuk menahan tegangan tembus, sedangkan
• sebagai pendingin minyak transformator harus mampu meredam panas yang ditimbulkan,
sehingga dengan kedua kemampuan ini maka minyak diharapkan akan mampu melindungi transformator dari gangguan.

Minyak transformator mempunyai unsur atau senyawa hidrokarbon yang terkandung adalah senyawa hidrokarbon parafinik, senyawa hidrokarbon naftenik dan senyawa hidrokarbon aromatik. Selain ketiga senyawa tersebut, minyak transformator masih mengandung senyawa yang disebut zat aditif meskipun kandungannya sangat kecil .

4. Bushing
Hubungan antara kumparan transformator dengan jaringan luar melalui sebuah bushing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator. Bushing sekaligus berfungsi sebagai penyekat/isolator antara konduktor tersebut dengan tangki transformator. Pada bushing dilengkapi fasilitas untuk pengujian kondisi bushing yang sering disebut center tap.

5. Tangki Konservator
Tangki Konservator berfungsi untuk menampung minyak cadangan dan uap/udara akibat pemanasan trafo karena arus beban. Diantara tangki dan trafo dipasangkan relai bucholzt yang akan meyerap gas produksi akibat kerusakan minyak . Untuk menjaga agar minyak tidak terkontaminasi dengan air, ujung masuk saluran udara melalui saluran pelepasan/venting dilengkapi media penyerap uap air pada udara, sering disebut dengan silica gel dan dia tidak keluar mencemari udara disekitarnya.

6. Peralatan Bantu Pendinginan Transformator
Pada inti besi dan kumparan – kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi tembaga. Maka panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, ini akan merusak isolasi, maka untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan tersebut transformator perlu dilengkapi dengan alat atau sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar transformator, media yang dipakai pada sistem pendingin dapat berupa: Udara/gas, Minyak dan Air.

Pada cara alamiah, pengaliran media sebagai akibat adanya perbedaan suhu media dan untuk mempercepat pendinginan dari media-media (minyak-udara/gas) dengan cara melengkapi transformator dengan sirip-sirip (radiator). Bila diinginkan penyaluran panas yang lebih cepat lagi, cara manual dapat dilengkapi dengan peralatan untuk mempercepat sirkulasi media pendingin dengan pompa pompa sirkulasi minyak, udara dan air, cara ini disebut pendingin paksa (Forced).

7. Tap Changer
Kualitas operasi tenaga listrik jika tegangan nominalnya sesuai ketentuan, tapi pada saat operasi dapat saja terjadi penurunan tegangan sehingga kualitasnya menurun, untuk itu perlu alat pengatur tegangan agar tegangan selau pada kondisi terbaik, konstan dan berkelanjutan.

Untuk itu trafo dirancang sedemikian rupa sehingga perubahan tegangan pada sisi masuk/input tidak mengakibatkan perubahan tegangan pada sisi keluar/output, dengan kata lain tegangan di sisi keluar/output-nya tetap. Alat ini disebut sebagai sadapan pengatur tegangan tanpa terjadi pemutusan beban, biasa disebut On Load Tap Changer (OLTC). Pada umumnya OLTC tersambung pada sisi primer dan jumlahnya tergantung pada perancangan dan perubahan sistem tegangan pada jaringan.

8. Alat pernapasan (Dehydrating Breather)
Sebagai tempat penampungan pemuaian minyak isolasi akibat panas yang timbul, maka minyak ditampung pada tangki yang sering disebut sebagai konservator. Pada konservator ini permukaan minyak diusahakan tidak boleh bersinggungan dengan udara, karena kelembaban udara yang mengandung uap air akan mengkontaminasi minyak walaupun proses pengkontaminasinya berlangsung cukup lama. Untuk mengatasi hal tersebut, udara yang masuk kedalam tangki konservator pada saat minyak menjadi dingin memerlukan suatu media penghisap kelembaban, yang digunakan biasanya adalah silica gel. Kebalikan jika trafo panas maka pada saat menyusut maka akan menghisap udara dari luar masuk kedalam tangki dan untuk menghindari terkontaminasi oleh kelembaban udara maka diperlukan suatu media penghisap kelembaban yang digunakan biasanya adalah silica gel, yang secara khusus dirancang untuk maksud tersebut diatas.

9. Indikator-indikator

a . Thermometer / Temperature Gauge, alat ini berfungsi untuk mengukur tingkat panas dari trafo, baik panasnya kumparan primer dan sekunder juga minyak trafonya. Thermometer ini bekerja atas dasar air raksa (mercuri/Hg) yang tersambung dengan tabung pemuaian dan tersambung dengan jarum indikator derajat panas.
Beberapa thermometer dikombinasikan dengan panas dari resistor (khusus yang tersambung dengan transformator arus, yang terpasang pada salah satu fasa fasa tengah) dengan demikian penunjukan yang diperoleh adalah relatif terhadap panas sebenarnya yang terjadi.

b. Permukaan minyak / Level Gauge, alat ini berfungsi untuk penunjukan tinggi permukaan minyak yang ada pada konservator. Ada beberapa jenis penunjukan, seperti penunjukan lansung yaitu dengan cara memasang gelas penduga pada salah satu sisi konservator sehingga akan mudah mengetahui level minyak. Sedangkan jenis lain jika konservator dirancang sedemikian rupa dengan melengkapi semacam balon dari bahan elastis dan diisi dengan udara biasa dan dilengkapi dengan alat pelindung seperti pada sistem pernapasan sehingga pemuaian dan penyusutan minyak-udara yang masuk kedalam balon dalam kondisi kering dan aman.

10. Peralatan Proteksi Internal

a . Relai Bucholzt, Penggunaan relai deteksi gas (Bucholtz) pada Transformator terendam minyak yaitu untuk mengamankan transformator yang didasarkan pada gangguan Transformator seperti : arcing, partial discharge dan over heating yang umumnya menghasilkan gas. Gas-gas tersebut dikumpulkan pada ruangan relai dan akan mengerjakan kontak-kontak alarm.

Relai deteksi gas juga terdiri dari suatu peralatan yang tanggap terhadap ketidaknormalan aliran minyak yang tinggi yang timbul pada waktu transformator terjadi gangguan serius. Peralatan ini akan menggerakkan kontak trip yang pada umumnya terhubung dengan rangkaian trip Pemutus Arus dari instalasi transformator tersebut.

Ada beberapa jenis relai bucholtz yang terpasang pada transformator, Relai sejenis tapi digunakan untuk mengamankan ruang On Load Tap Changer (OLTC) dengan prinsip kerja yang sama sering disebut dengan Relai Jansen. Terdapat beberapa jenis antara lain sama seperti relai buhcoltz tetapi tidak ada kontrol gas, jenis tekanan ada yang menggunakan membran/selaput timah yang lentur sehingga bila terjadi perubahan tekanan kerena gangguan akan bekerja, disini tidak ada alarm akan tetapi langsung trip dan dengan prinsip yang sama hanya menggunakan pengaman tekanan atau saklar tekanan.

b. Jansen membran, alat ini berfungsi untuk pengaman tekanan lebih (Explosive Membrane) / Bursting Plate. Relai ini bekerja karena tekanan lebih akibat gangguan didalam transformator, karena tekanan melebihi kemampuan membran/selaput yang terpasang, maka membran akan pecah dan minyak akan keluar dari dalam transformator yang disebabkan oleh tekanan minyak

c . Relai tekanan lebih (Sudden Pressure Relay), suatu flash over atau hubung singkat yang timbul pada suatu transformator terendam minyak, umumnya akan berkaitan dengan suatu tekanan lebih didalam tangki, karena gas yang dibentuk oleh dekomposisi dan evaporasi minyak. Dengan melengkapi sebuah relai pelepasan tekanan lebih pada trafo, maka tekanan lebih yang membahayakan tangki trafo dapat dibatasi besarnya. Apabila tekanan lebih ini tidak dapat dieliminasi dalam waktu beberapa millidetik, maka terjadi panas lebih pada cairan tangki dan trafo akan meledak. Peralatan pengaman harus cepat bekerja mengevakuasi tekanan tersebut.

d. Relai pengaman tangki, relai bekerja sebagai pengaman jika terjadi arus mengalir pada tangki, akibat gangguan fasa ke tangki atau dari instalasi bantu seperti motor kipas, sirkulasi dan motor-motor bantu yang lain, pemanas dll.
Arus ini sebagai pengganti relai diferensial sebab sistim relai pengaman tangki biasanya dipasang pada trafo yang tidak dilengkapi trafo arus disisi primer dan biasanya pada trafo dengan kapasitas kecil. Trafo dipasang diatas isolator sehingga tidak terhubung ke tanah kemudian dengan menggunakan kabel pentanahan yang dilewatkan melali trafo arus dengan tingkat isolasi dan ratio yang kecil kemudian tersambung pada relai
tangki tanah dengan ratio Trafo arus antara 300 s/d 500 dengan sisi sekunder hanya 1 Amp.

e. Neutral Grounding Resistance / NGR atau Resistance Pentanahan Trafo, adalah tahanan yang dipasang antara titik netral trafo dengan pentanahan, dimana berfungsi untuk memperkecil arus gangguan. Resistance dipasang pada titik neutral trafo yang dihubungkan Y ( bintang/wye ).

NGR biasanya dipasang pada titik netral trafo 70 kV atau 20 kV, sedangkan pada titik netral trafo 150 kV dan 500 kV digrounding langsung (solid)

Nilai NGR:
Tegangan 70 kV = 40 Ohm
Tegangan 20 kV = 12 Ohm,40 Ohm, 200 Ohm dan 500 Ohm

Jenis Neutral Grounding Resistance
- Resistance Liquid (Air), yaitu bahan resistance-nya adalah air murni. Untuk memperoleh nilai Resistance yang diinginkan ditambahkan garam KOH .

- Resistance Logam, yaitu bahannya terbuat dari logam nekelin dan dibuat dalam panel dengan nilai resistance yang sudah ditentukan.

11. Peralatan Tambahan untuk Pengaman Transformator

a. Pemadam kebakaran, (biasanya untuk transformator – transformator besar ), Sistem pemadam kebakaran yang modern pada transformator saat sekarang sudah sangat diperlukan. Fungsi yang penting untuk mencegah terbakarnya trafo atau memadamkan secepat mungkin trafo jika terjadi kebakaran.

Penyebab trafo terbakar adalah karena gangguan hubung singkat pada sisi sekunder sehingga pada trafo akan mengalir arus maksimumnya. Jika proses tersebut berlangsung cukup lama dan relai tidak beroperasi. Sementara itu, tidak beroperasinya relai juga sebagai akibat salah menyetel waktu pembukaan PMT, relai rusak, dan sumber DC yang tidak ada, serta kerusakan sistim pengawatan.

Sistem pemadam kebakaran yang modern yaitu dengan sistem mengurangi minyak secara otomatis sehingga terdapat ruang yang mana secara paksa gas pemisah oksigen diudara dimasukan kedalam ruang yang sudah tidak ada minyaknya sehingga tidak ada pembakaran minyak, dan kerusakan yang lebih parah dapat dihindarkan, walaupun kondisi trafo menjadi rusak.

Proses pembuangan minyak secara grafitasi atau dengan menggunakan motor pompa DC adalah suatu kondisi yang sangat berisiko, sebab hanya menggunakan katup otomatis yang dikendalikan oleh pemicu dari saklar akibat panasnya api dan menutupnya katup otomatis pada katup pipa minyak penghubung tanki (konservator) ke dalam trafo (sebelum relai bucholz), serta adanya gas pemisah oksigen (gas nitrogen yang bertekanan tinggi) diisikan melaui pipa yang disambung pada bagian bawah trafo kemudian akan menuju keruang yang tidak terisi minyak.

b. Thermometer pengukur langsung, Thermometer pengukur langsung banyak digunakan pada instalasi tegangan tinggi/Gardu Induk , seperti pada ruang kontrol, ruang relai, ruang PLC dll. Suhu ruangan dicatat secara periodik pada formulir yang telah disiapkan dan dievaluasi sebagai bahan laporan.

c. Thermometer pengukur tidak langsung, Termometer pengukur tidak langsung banyak digunakan pada instalasi tegangan tinggi/ transformator yang berfungsi untuk mengetahui perubahan suhu minyak maupun belitan transformator. Suhu minyak dan belitan trafo dicatat secara periodik/berkala, pada formulir yang telah disiapkan dan dievaluasi sebagai laporan.

12. Relai Proteksi Transformator dan Fungsinya

Jenis relai proteksi pada trafo tenaga adalah sebagai berikut:

a. Relai arus lebih (over current relay), berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat antar fasa didalam maupun diluar daerah pengaman transformator. Juga diharapkan relai ini mempunyai sifat komplementer dengan relai beban lebih, relai ini berfungsi pula sebagai pengaman cadangan pada bagian instalasi lainnya.

b. Relai Diferensial, relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat yang terjadi didalam daerah pengaman.

c. Relai gangguan tanah terbatas (Restricted Earth fault Relay ), relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap tanah didalam daerah pengaman transformator, khususnya untuk gangguan didekat titik netral yang tidak dapat dirasakan oleh relai differensial.

d. Relai arus lebih berarah, Directional Over Current Relay atau yang lebih dikenal dengan Relai arus lebih yang mempunyai arah tertentu merupakan Relai Pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan tegangan yang dapat membedakan arah arus gangguan. Relai ini mempunyai 2 buah parameter ukur yaitu tegangan dan arus yang masuk ke dalam relai untuk membedakan arah arus ke depan atau arah arus ke belakang, pada pentanahan titik netral trafo dengan menggunakan tahanan. Relai ini dipasang pada penyulang 20 KV.

Bekerjanya relai ini berdasarkan adanya sumber arus dari ZCT (Zero Current Transformer) dan sumber tegangan dari PT (Potential Transformers). Sumber tegangan PT umumnya menggunakan rangkaian Open-Delta, tetapi tidak menutup kemungkinan ada yang menggunakan koneksi langsung 3 Phasa. Relai ini terpasang pada jaringan tegangan tinggi, tegangan menengah, juga pada pengaman transformator tenaga, dan berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan phasa-phasa maupun Phasa ke tanah. Untuk membedakan arah tersebut maka salah satu phasa dari arus harus dibandingakan dengan Tegangan pada phasa yang lain.

e. Relay connections, adalah sudut perbedaan antara arus dengan tegangan masukan relai pada power faktor satu. Relai maximum torque angle adalah perbedaan sudut antara arus dengan tegangan pada relai yang menghasilkan torsi maksimum.

f. Relai gangguan tanah, relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator jika terjadi gangguan hubung tanah didalam dan diluar daerah pengaman transformator. Relai arah hubung tanah memerlukan operating signal dan polarising signal. Operating signal diperoleh dari arus residual melalui rangkaian trafo arus penghantar (Iop = 3Io) sedangkan polarising signal diperoleh dari tegangan residual. Tegangan residual dapat diperoleh dari rangkaian sekunder open delta trafo tegangan.

g. Relai tangki tanah, relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap hubung singkat antara kumparan fasa dengan tangki transformator dan transformator yang titik netralnya ditanahkan. Relai bekerja sebagai pengaman jika terjadi arus mengalir dari tangki akibat gangguan fasa ke tangki atau dari instalasi Bantu seperti motor kipas, sirkulasi dan motor-motor bantu, pemanas dll.
Pengaman arus ini sebagai pengganti relai diferensial, sebab sistim relai pengaman tangki biasanya dipasang pada trafo yang tidak dilengkapi trafo arus disisi primer dan biasanya pada trafo dengan kapasitas kecil. Trafo dipasang diatas isolator sehingga tidak terhubung ke tanah kemudian dengan menggunakan kabel pentanahan yang dilewatkan melalui trafo arus dengan tingkat isolasi dan ratio yang kecil, kemudian tersambung pada relai tangki tanah dengan ratio Trafo Arus(CT) antara 300 s/d 500 dengan sisi sekunder hanya 1 Amp.

13. Announciator Sistem Instalasi Tegangan Tinggi

Announciator adalah indikator kejadian pada saat terjadi ketidaknormalan pada sistem instalasi tegangan tinggi, baik secara individu maupun secara bersama. Announciator terjadi bersamaan dengan relai yang bekerja akibat jika terjadi ketidaknormalan pada peralatan tersebut. Annunciator biasanya berbentuk petunjuk tulisan yang pada kondisi normal tidak ada penunjukan, bila terjadi ketidaknormalan maka lampu didalam indikator tersebut menyala sesuai dengan kondisi sistem pada saat tersebut. Kumpulan indikator-indikator tersebut biasanya disebut sebagai announciator.

Announciator yang terlengkap pada saat sekarang adalah pada instalasi gardu induk SF6, sebab pada system GIS banyak sekali kondisi yang perlu di pantau seperti tekanan gas, kelembaban gas SF6 disetiap kompartemen, posisi kontak PMT, PMS baik PMS line, PMS Rel maupun PMS tanah dll. Untuk itu pembahasan tentang annunciator akan diambil dari sistem annunciatornya gardu induk SF6. seperti. Annunciator pada bay penghantar (SUTT maupun SKTT), Transformator dan Koppel.

Transformator Distribusi

URAIAN SYSTEM
Transformator yang biasa diistilahkan dengan transformer atau ‘trafo’ adalah suatu alat untuk “memindahkan” daya listrik arus bolak-balik ( alternating current ) dari suatu rangkaian ke rangkaian lainnya berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik ( EMF Induction ) yang terjadi antara 2 induktor ( kumparan ) atau lebih.

Bagian-bagian terpenting dan mendasar dari sebuah trafo adalah :
● Kumparan primer (primary winding) yg dihubungkan dengan sumber listrik,
● Kumparan sekunder (secondary winding) yg dihubungkan dengan beban,
● Inti / teras / kernel (core) yang berfungsi menyalurkan GGL induksi antar kedua kumparan

Perhatikan sketsa berikut :

1. Prinsip teknis kerja trafo :

Dalam parktek, dikenal 3 sistem pendeteksian dan pengendalian, yaitu :
Apabila kumpatan primer dihubungkan dengan sumber tegangan dengan arus bolak balik (AC), maka arus I1 akan mengalir pada kumparan primer, dan menimbulkan flux magnet yang berubah - ubah sesuai frekuensi arus I1 pada kernel trafo, dan menimbulkan GGL induksi eρ pada kumparan primer. Besarnya GGL induksi eρ adalah :

eρ = - Nρ dø / dt volt ..….……….………………………………………. (1)

dengan : eρ = GGL Induksi primer
Nρ = Jumlah lilitan primer
dø = Jumlah GGM, dalam weber
dt = Perubahan waktu, dalam detik

Perubahan flux magnetik yang menginduksi GGL ep adalah flux bersama (mutual flux), sehingga GGL induksi muncul pada kumparen sekunder sebagai es yang besarnya adalah :
es = – Ns (dø / dt) volt …………………………………………… (2)

dengan Ns = jumlah lilitan kumparan sekunder dari (1) dan (2), perbandingan lilitan dapat didapat dari perbandingan lilitan sebagai berikut :

a = ep / es = Np / Ns ……………..………………………………….. (3)

dengan ‘a’ = rasio perbandingan lilitan (turn ratio) transformator

Karena rasio perbandingan tegangan berbanding lurus dengan rasio perbandingan lilitan, maka apabila a<1>1 maka fungsinya adalah untuk menaikkan tegangan (step up transformer).
Flux pada saat dinyatakan dengan f(t) = fm sin wt
dengan øm = nilai flux maksimum ( webwer), sehingga GGL pada kumparan primer adalah :

ep = – Np dø / dt
ep = – Np d øm sin ωt / dt
ep = – Np ω øm cos ωt
ep = – Np ω øm sin (ωt - Л/2)

GGL induksi primer maksimum adalah (ep)max = - Np ω øm, melalui persamaan :

ep = (Ep)max / √2
= Np ω øm / √2
= 2Л ø Np ω øm √2 / 2
= 3,14. 1.41 f Np øm
ep = 4,44 f Np øm ………………………………………..……………..………….. (4)

dengan cara yang sama diperoleh :

es = 4,44 f Nsøm ………………………………..……….………….…………….. (5)

Apabila transformer dianggap ideal, tanpa rugi-rugi daya, maka daya input Pi dianggap sama dengan daya output Po. Sehingga dari ( 3 ) didapat:

U1.I1 = U2.I2

a = Np/Ns = U1/U2 = I1/I2 .………………………………………………………. (6)

Persamaan (5) dan (6) inilah yang biasa digunakan sebagai pendekatan dalam praktek pengawasan di lapangan.

2. Jenis / tipe dan klasifikasi trafo:
(akan di jelaskan dimateri tersendiri)

PERALATAN UTAMA & FUNGSI

Sesuai dengan penjelasan diatas, maka sebuah transformator distribusi berfungsi untuk menurunkan tegangan transmisi menengah 20kV ke tegangan distribusi 220/380V sehingga dengan demikian, peralatan utamanya adalah unit trafo itu sendiri ( umumnya jenis 3 phase ).

1. Kumparan tersier :
Selain kedua kumparan ( primer dan sekunder ) ada beberapa trafo yang dilengkapi dengan kumparan ketiga atau kumparan tersier ( tertiary winding ).
Kumparan tersier diperlukan untuk memperoleh tegangan tersier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tersier selalu dihubungkan delta.
Kumparan tersier sering dipergunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua trafo daya mempunyai kumparan tersier.

2. Media pendingin :
Khusus jenis trafo tenaga tipe basah, kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas dan bersifat pula sebagai isolasi ( tegangan tembus tinggi ) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sbb. :
a. ketahanan isolasi harus tinggi ( >10kV/mm )
b. Berat jenis harus kecil, sehingga partikel-partikel inert di dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.
c. Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan kemampuan pendinginan menjadi lebih baik.
d. Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yg dapat membahayakan
e. Tidak merusak bahan isolasi padat ( sifat kimia ‘y’ )

3. Bushing :
Merupakan penghubung antara kumparan trafo ke jaringan luar. Bushing adalah sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki trafo.

4. Tangki dan konservator (khusus pada trafo tipe basah) :
Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo yang ditempatkan di dalam tangki baja. Tangki trafo-trafo distribusi umumnya dilengkapi dengan sirip-sirip pendingin ( cooling fin ) yang berfungsi memperluas permukaan dinding tangki, sehingga penyaluran panas minyak pada saat konveksi menjadi semakin baik dan efektif untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator.

5. Tap changer ( perubah tap ) :
Tap Changer adalah perubah perbandingan transformator untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder sesuai yang diinginkan dari tegangan jaringan / primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat dioperasikan baik dalam keadaan berbeban ( on-load ) atau dalam keadaan tak berbeban ( off load ), tergantung jenisnya.

6. Breather ( alat pernapasan ) :
Karena pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka suhu minyakpun akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya bila suhu minyak turun dan volumenya menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki.
Proses di atas disebut “pernapasan trafo”. Hal tersebut menyebabkan permukaan minyak trafo akan selalu bersinggungan dengan udara luar yg menurunkan nilai tegangan tembus minyak trafo. Untuk mencegah hal tersebut maka pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung khusus yg berisi kristal yg bersifat hygroskopis.

7. Perlatan pengaman (safety devices):
Setiap unit trafo distribusi selalu dilengkapi dengan peralatan pengaman, yg mengamankan trafo khususnya fisis, elektris maupun kimiawi. Beberapa peralatan pengaman yg umum dikenal, antara lain :

a. Bucholz rele :
Rele ini berfungsi mendeteksi dan mengamankan trafo terhadap gangguan di dalam tangki yang menimbulkan gas. Gas dapat timbul diakibatkan oleh :
i. Hubung singkat antar lilitan pada/dalam phasa
ii. Hubung singkat antar phasa atau phasa ke tanah
iii.Busur api listrik antar laminasi atau karena kontak yang kurang baik.

b. Over pressure rele :
Rele ini berfungsi hampir sama seperti rele Bucholz, yakni mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo. Bedanya rele ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung mentripkan CB pada sisi upstream-nya.

c. Differential rele :
Berfungsi mengamankan trafo dari gangguan di dalam trafo antara lain flash over antara kumparan dengan kumparan, kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun antar kumparan.

d. Thermal rele :
Berfungsi untuk mengamankan trafo dari kerusakan isolasi kumparan, akibat adanya panas berlebih yang ditimbulkan oleh arus lebih ( over current ). Parameter yang diukur oleh rele ini adalah kenaikan temperatur.
Saat ini keempat jenis rele tersebut diintegrasikan pada satu jenis rele yang dikenal dengan DGPT2. Notasi DGPT2 berarti :
- D = Differential rele
- G = Gas rele
- P = Pressure rele
- T2= Temperature ( thermal ) rele dengan 2 thermostat, masing masing digunakan untuk men-triger alarm dan yang lainnya untuk mengoperasikan kumparan shunt pada CB di sisi upstream, untuk memutuskan / men-trip pasokan daya ke trafo.

e. OCR ( Over Current Rele) :
Berfungsi mengamankan trafo arus yang melebihi nilai yang diperkenankan lewat pada trafo tersebut. Arus lebih dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.

f. Rele tangki–tanah :
Berfungsi untuk mengamankan trafo bila terjadi hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada trafo.

g. Restricted Earth Fault rele :
Berfungsi untuk mengamankan trafo bila terjadi gangguan hubung singkat 1 phasa ke tanah.

h. Indikator-indikator :
Untuk mengawasi kondisi trafo selama beroperasi, maka setiap unit trafo umumnya dilengkapi dengan indikator-indikator berikut :
i. Indikator suhu minyak
ii. Indikator permukaan minyak
iii.Indikator sistem pendingin
iv.Indikator kedudukan tap

DIAGRAM SISTEM

Drawing 7 : Contoh penempatan unit trafo distribusi dalam sistem

Harmonik pada Transformator

Keberadaan harmonik dalam sistem tenaga secara substansi telah menaikkan penggunaan alat pengontrol beban dan alat-alat penghasil frekuensi lainnya. Pertimbangan yang penting pada saat mengevaluasi pengaruh harmonik adalah adanya efek yang ditimbulkannya pada peralatan maupun pada beban system tenaga. Transformator adalah komponen utama dalam system tenaga. Losses yang naik dikarenakan adanya distorsi harmonik dapat menyebabkan kerguian pada belitan dan kenaikan temperatur yang tidak normal.

Standar-standar yang ada telah memberikan suatu prosedur untuk menentukan kapasitas dari suatu trafo guna melayani arus beban yang nonsinusiodal didasarkan pada asumsi-asumsi yang konservatif. Kerugian arus eddy ditimbulkan oleh adanya medan elektromagnetik dan diasumsikan dengan arus rms kuadrat dan kwadrat dari frekuensi (harmonic tingkat h). Pada dasarnya, berdasarkan pada efek kulit (skin effect), fluk elektromagnetik tidak menetrasi secara penuh pinggir belitan pada frekuensi yang tinggi. Sehingga, temperature diperkirakan akan naik pada arus beban harmonik yang konstan dan pada saat dilakukan pemeliharaan temperature rata-rata harian dan bulanan di trafo menjadi sangat penting adanya.


Beban non sinusoidal pada trafo

Harmonik dan distorsi pada bentuk gelombang arus dan tegangan system tenaga sudah lama ada sejak pertama keberadaan sitem tenaga AC. Dan pada saat sekarang, peralatan-peralatan yang menimbulkan harmonic telah berkembang dengan pesat baik dari segi kualitas maupun kuantitas. Peralatan ini banyak menggunakan dioda, silicon controlled rectifier (SCR), transistor dan lain-lain. Disamping keuntungan yang ada seperti efisiensi dan kemampuan kontrol yang tinggi, beban elektronik diperkirakan akan meningkat secara signifikan pada masa mendatang dan dapat mempengaruhi pada hampir semua tingkat tenaga mulai dari peralatan tegangan yang rendah sampai ke konverter tegangan tinggi. Salah satunya adalah kenaikan yang signifikan tingkat harmonic dan distorsi pada jaringan system tenaga. Trafo adalah komponen utama dalam system tenaga dan kenaikan distrosi harmonic dapat menyebabkan rugi-rugi pada belitan dan kenaikan temperatur yang tidak normal. Kenaikan rugi-rugi diasumsikan berubah-rubah sesuai dengan kuadrat dari frekuensi.

Prinsip Dasar Harmonik adalah gangguan yang terjadi pada sistem distribusi tenaga listrik akibat terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan. Pada dasarnya, harmonik adalah gejala pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya. Hal ini disebut frekuensi harmonik yang timbul pada bentuk gelombang aslinya sedangkan bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut angka urutan harmonik. Misalnya, frekuensi dasar/fundamental suatu sistem tenaga listrik adalah 60 Hz, maka harmonik keduanya adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 120 Hz, harmonik ketiga adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 180 Hz dan seterusnya. Gelombang-gelombang ini kemudian menumpang pada gelombang murni/aslinya sehingga terbentuk gelombang cacad yang merupakan jumlah antara gelombang murni sesaat dengan gelombang hormoniknya.

Dalam sistem tenaga listrik dikenal dua jenis beban yaitu beban linier dan beban non linier. Beban linier adalah beban yang memberikan bentuk gelombang keluaran yang linier artinya arus yang mengalir sebanding dengan impedensi dan perubahan tegangan. Sedangkan beban non linier adalah bentuk gelombang keluarannya tidak sebanding dengan tegangan dalam setiap setengah siklus sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukannya (mengalami distorsi). Perbedaaan antara beban linear dan tidak linear dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.

Beban non linier yang umumnya merupakan peralatan elektronik yang didalamnya banyak terdapat komponen semi konduktor, dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan. Proses kerja ini akan menghasilkan gangguan atau distorsi gelombang arus yang tidak sinusoidal. Bentuk gelombang ini tidak menentu dan dapat berubah menurut pengaturan pada parameter komponen semi konduktor dalam peralatan elektronik. Perubahan bentuk gelombang ini tidak terkait dengan sumber tegangannya. Beberapa peralatan yang dapat menyebabkan timbulnya harmonik antara lain komputer, printer, lampu fluorescent yang menggunakan elektronik ballast, kendali kecepatan motor, motor induksi, batere charger, proses eletroplating, dll. Peralatan ini dirancang untuk menggunakan arus listrik secara hemat dan efisien karena arus listrik hanya dapat melalui komponen semi konduktornya selama periode pengaturan yang telah ditentukan. Namun disisi lain hal ini akan menyebabkan gelombang mengalami gangguan gelombang arus dan tegangan yang pada akhirnya akan kembali ke bagian lain sistem tenaga listrik. Penomena ini akan menimbulkan gangguan beban tidak linier satu phase. Hal di atas banyak terjadi pada distribusi yang memasok pada areal perkantoran/komersial. Sedangkan pada areal perindustrian gangguan yang terjadi adalah beban non linier tiga phase yang disebabkan oleh motor listrik, kontrol kecepatan motor, batere charger, electroplating, dapur busur listrik, dll.

Setiap komponen sistem distribusi dapat dipengaruhi oleh harmonik walaupun dengan akibat yang berbeda. Namun demikian komponen tersebut akan mengalami penurunan kinerja dan bahkan akan mengalami kerusakan. Salah satu dampak yang umum dari gangguan harmonik adalah panas lebih pada kawat netral dan transformator sebagai akibat timbulnya harmonik ketiga yang dibangkitkan oleh peralatan listrik satu phase. Pada keadaan normal, arus beban setiap phase dari beban linier yang seimbang pada frekuensi dasarnya akan saling mengurangi sehingga arus netralnya menjadi nol. Sebaliknya beban tidak linier satu phase akan menimbulkan harmonik kelipatan tiga ganjil yang disebut triplen harmonik (harmonik ke-3, ke-9, ke-15 dan seterusnya) yang sering disebut zero sequence harmonik. Harmonik ini tidak menghilangkan arus netral tetapi dapat menghasilkan arus netral yang lebih tinggi dari arus phase.

Seperti terlihat pada tabel 1, Harmonik pertama urutan polaritasnya adalah positif, harmonik kedua urutan polaritasnya adalah negatif dan harmonik ketiga urutan polaritasnya adalah nol, harmonik keempat adalah positif (berulang berurutan sampai seterusnya).

Akibat Polaritas dari Komponen Harmonik :

Urutan


Pengaruh pada Motor


Pengaruh pada sistem distribusi

Positif


Menimbulkan medan magnet
putar arah majau (forward)


- Panas

Negatif


Menimbulkan medan magnet
putar arah mundur (reverse)


- Panas
- Arah putaran motor berubah

Nol


Tidak ada


- Panas
- Menimbulkan/menambah arus
pada kawat netral

Akibat yang dapat ditimbulkan oleh urutan polaritas komponen harmonik antara lain tingginya arus netral pada sistem 3 phase 4 kawat (sisi sekunder transformator) karena arus urutan nol (zero sequence) dan arus ini akan terinduksi ke sisi primer transformator dan akan berputar pada sisi primer transformator yang biasanya memiliki belitan delta (D). Hal ini akibat pada kawat netral tidak memiliki peralatan pemutus arus untuk proteksi tegangan atau arus lebih.

Pengaruh harmonic pada trafo

Secara tradisional, rugi-rugi trafo dibagi menjadi “no load losses” dan “load losses”

Sedangkan pengaruh dari harmonic terhadap rugi-rugi tersebut adalah :

* Pengaruh dari tegangan harmonik :

Sesuai dengan hukum Faraday, tegangan terminal menentukan tingkat flux dari trafo

Persamaan ini menunjukkan bahwa flux magnitude sebanding proporsional dengan tegangan harmonik dan berbanding terbalik dengan urutan dari harmonik. Dalam kebanyakan system tenaga, harmonic distorsi dari tegangan system THD adalah baik jika dibawah 5 % dan magnitude dari komponen tegangan harmonic lebih kecil dibandingkan dengan komponen fundamentalnya (berkisar pada level 2-3%). Ini ditentukan oleh impendasi internal yang rendah dari supply system yang membawa harmonik. Sehingga, no load losses tidak hanya dipengaruhi oleh komponen tegangan fundamental, tetapi juga oleh tagangan harmonik yang ada.

* Pengaruh dari Arus harmonik :

Dalam system tenaga, keberadaan arus harmonik lebih signifikan. Komponen arus harmonic dapat menyebabkan rugi-rugi dalam belitan dan bagian-bagian yang lain.

* Pdc Losses

Jika nilai rms dari arus beban naik yang disebabkan oleh adanya komponen harmonic, maka rugi-rugi tersebut akan naik sebanding dengan kuadrat dari arus.

* Rugi-rugi belitan Eddy

Secara konvensional, rugi-rugi arus eddy ditimbulkan oleh flux elektromagnetik yang diasumsikan berubah-ubah sesuai dengan kuadrat dari arus rms dan kuadrat dari frekuensi tingkatan harmonik.

Sesungguhnya, berdasarkan skin effect, flux elektromagnetik tidak secara total mempengaruhi rangkaian dalam belitan pada frekuensi yang tinggi.

Kenaikan dari rugi-rugi arus eddy dihasilkan oleh arus beban yang non sinusoidal dan dapat menyebabkan rugi belitan yang berlebih dan kenaikan temperature yang tidak normal. Karena itu pengaruh dari arus harmonik sangat penting, tidak hanya karena diasumsikan tingkatan dari kuadrat harmonik tetapi juga disebabkan oleh kehadiran arus harmonik yang relatif besar dalam system tenaga.

* Rugi-rugi lainnya

Rugi-rugi lainnya terjadi karena adanya stray flux sebagai akibat adanya losses di inti, clamps, tangki dan bagian besi lainnya. Stray losses akan menaikkan temperatur dari bagian-bagian struktural. Untuk trafo yang berisi minyak, stray losses diasumsikan dengan kuadrat dari arus rms dan frekuensi harmonik dengan power factor 0,8.

* Kenaikan temperatur

Semua pengaruh dari arus harmonic seperti yang telah dibicarakan diatas dapat menaikkan rugi pada trafo. Kenaikan rugi-rugi ini dikarenakan adanya kenaikan temperatur trafo dari nilai sinusiodalnya. Sehingga, kenaikan rugi-rugi yang disebabkan oleh spektrum arus harmonic harus dipikirkan.

Faktor rugi harmonik dapat digunakan untuk memprediksi rugi-rugi eddy. Ini sangat penting pada waktu perhitungan kenaikan temperatur, dimana faktornya dibatasi oleh beban trafo.

Faktor rugi-rugi harmonic adalah indicator kunci dari pengaruh arus harmonik pada rugi-rugi belitan eddy.

Sekilas Tentang Pengubahan Daya DC-DC Tipe Peralihan

Pengubah SEPIC

Jika kombinasi Buck dan Boost diinginkan tanpa adanya proses pembalikan tegangan, maka salah satu pilihannya adalah dengan konfigurasi SEPIC seperti yang terlihat pada gambar 8. Persamaan tegangan CCM yang dipakai untuk SEPIC adalah: (7)
Gambar 8. Pengubah SEPIC Keuntungan pada SEPIC dapat disebut misalnya memiliki arus masukan dengan tingkat ripple rendah, tidak memakai transformer, penjagaan kerusakan pada rangkaian melalui kapasitor jika switch gagal berfungsi (capacitive isolation). Kekurangan yang ditemui misalnya tidak adanya isolasi antara sisi masukan dan keluaran serta tegangan keluaran memiliki riple yang tinggi. SEPIC sering digunakan pada aplikasi perbaikan faktor daya (Power Factor).

Pengubah Forward

Dalam pengubah Forward, transformer digunakan untuk mengisolasi sisi masukan dari keluaran. Seperti Buck, tegangan keluaran yang dihasilkan lebih rendah atau sama dengan tegangan masukan. Persamaan CCM untuk tegangan keluaran ialah:

(8)

Dalam topologinya, pengubah Forward dapat menggunakan satu switch seperti pada Gambar 9 atau dengan dua switch seperti pada Gambar 10. Keduanya memiliki karakteristik tegangan keluaran yang ripplenya rendah, namun ripple arus masukan yang tinggi. Konfigurasi Forward dapat digunakan pada aplikasi yang membutuhkan keluaran lebih dari satu (multiple outputs).

Gambar 9. Pengubah Forward dengan satu switch

Gambar 10. Pengubah Forward dengan dua switch

Pengubah Half Bridge

Konfigurasi lain yang fungsinya serupa dengan Buck namun memiliki isolasi antara sisi masukan dan keluaran dikenal dengan Half Bridge dan Full Bridge. Pada dasarnya, rangkaian half bridge menggunakan dua switch sedangkan pada full bridge menggunakan empat switch. Tegangan keluaran yang dihasilkan Full Bridge adalah dua kali dari Half Bridge pada frekuensi peralihan dan Duty ratio yang sama, dan persamaannya adalah sebagai berikut:

Half Bridge:

(9)

Full Bridge:

(10)

Gambar 11. Pengubah Half Bridge

Gambar 12. Pengubah Full Bridge

Kedua konfigurasi tersebut sering dimanfaatkan dalam aplikasi tegangan masukan tinggi, tegangan keluaran yang bersih dari ripple dan juga untuk aplikasi daya tinggi (high power). Selain jumlah komponen yang bertambah dibandingkan dengan Buck, kedua konfigurasi ini juga memiliki arus masukan yang tingkat ripplenya tinggi.

Pengubah Push-Pull

Pada Push-Pull, persamaan tegangan yang dipakai sama dengan persamaan untuk Full Bridge, namun bila dilihat dari rangkaiannya, hanya dua switch yang digunakan. Dengan demikian Push-Pull merupakan alternatif yang lebih murah dari Full Bridge pada aplikasi tegangan masukan yang rendah. Sama halnya dengan Full Bridge, pengubah Push-Pull memiliki tegangan keluaran yang rendah tingkat ripplenya, namun cukup tinggi ripple pada arus masukannya.

Gambar 13. Pengubah Push-Pull

Pengubah Flyback

Jika kombinasi yang diinginkan adalah seperti Buck-Boost namun menggunakan isolasi antara sisi masukan dan keluaran, maka konfigurasi yang dapat dipakai adalah Flyback. Persamaan tegangan CCM yang digunakan:

(11)

Gambar 14. Pengubah Flyback

Flyback memiliki ripple yang tinggi pada tegangan keluarannya dan sering dijumpai pada aplikasi daya rendah, dan juga pada aplikasi yang membutuhkan keluaran banyak (multiple outputs).

Kesimpulan

Kilasan tentang beberapa konfigurasi yang umum dipakai untuk metoda pengubahan daya DC-DC tipe peralihan telah dibahas dalam artikel ini. Seperti telah disinggung sebelumnya bahwa pada tipe peralihan, proses pengubahan daya dapat dicapai dengan lebih efisien daripada metoda pengubahan tipe linier. Berkembangnya teknologi pembuatan semikonduktor tidak hanya membuat metoda tipe peralihan menjadi semakin efisien dan murah dimasa mendatang, tetapi juga semakin mendorong bertambah luasnya jenis jenis aplikasi dari tipe peralihan tersebut. Pada akhirnya, dapat dipastikan, bahwa dimasa datang, peranan penting dari tipe peralihan tersebut akan lebih terlihat lagi dampaknya disegala bidang aplikasi baik yang berdaya rendah, medium, atau pun tinggi, mulai dari aplikasi elektronika, mesin, kelistrikan, komunikasi, transportasi sampai pada aplikasi industri lainnya. Oleh karena itu pentingnya pendidikan dan latihan dibidang pengubahan daya pada khususnya dan elektronika daya (Power Electronics) pada umumnya harus lebih digalakkan lagi baik dalam sektor akademis maupun sektor industri. Dengan demikian, dapat diharapkan bahwa Indonesia dimasa mendatang dapat lebih berperan aktif dan turut menyumbang pemikiran dalam pengkajian, penerapan dan pengembangan bidang teknologi elektronika daya tersebut.

Kompor Induksi

Kompor Induksi

* Kalau kawat konduktor dialiri arus listrik, maka di sekelilingnya akan terbentuk
garis gaya magnet.
* Jika kawat konduktor itu dibentuk kumparan dan di dekatnya diletakkan materi
yang dapat menghantarkan listrik (biasanya logam), maka logam tersebut akan
menerima pengaruh garis gaya magnet lalu di dalam logam tersebut akan mengalir arus eddy
* Nah, setiap logam biasanya memiliki hambatan listrik, dan arus yang mengalir dalam logam tersebut akan menghasilkan joule heating sebesar P = I^2 × R,
dimana P adalah daya, I untuk arus, dan R untuk hambatan, daya inilah yang keluar sebagai panas dan proses yang berlangsung dinamai pemanasan lewat induksi.

Kelebihan Kompor Induksi:
1. Bertenaga (Powerful) dan Efisien

Pada kompor IH, energi yang terbuang hampir tidak ada, pengubahan energi listrik ke panas berlangsung dengan efektif. Sehingga dengan daya listrik lebih kecil, kompor IHmampu mendidihkan air lebih cepat dari kompor gas. Tapi, jika dibandingkan dengan sistem pembakaran seperti pada kompor gas yang menyebabkan daerah sekeliling panci juga ikut panas, sistem IH hanya memanaskan daerah sekitar alas. sehingga akan ada beberapa jenis masakan yang kurang cocok jika menggunakan sistem IH ini. kesimpulannya adalah: efektifitas panas yang dihasilkan di sini tidak selalu disertai dengan efektifitas dalam proses memasak.

2. Tidak mengeluarkan api

Berbeda dengan pemanasan yang menggunakan api, sistem IH yang tidak menggunakan api ini menghasilkan kemungkinan terjadi kecelakaan luka bakar yang rendah dan tingkat keamanan yang tinggi. selain itu, proses ini juga tidak memanaskan udara di sekitarnya, sehingga orang yang sedang berada di dekat alat masak IH tidak akan merasa kepanasan.

3. Mudah dalam mengatur temperatur

Melalui pengaturan jumlah arus listrik yang mengalir di kumparan, tingkat kepanasan IH dapat dengan mudah disesuaikan dengan panas yang dibutuhkan.

4. Tingkat keamanan yang tinggi

Hal ini sesuai dengan keuntungan nomer 2 di atas, karena tidak mengeluarkan api resiko luka bakar hampir tak ada. Resiko kebakaran karena jilatan api yang menari-nari karena angin jugabisa dikatakan mendekati nol. Selain itu, dalam keadaan kumparan teraliri arus listrik, permukaan IH tidak akan terasa panas jika disentuh dengan jari yang hanya akan teraliri listrik dalam jumlah kecil (dalam kondisi tidak sedang menggunakan logam seperti cincin, gelang, dkk). Tidak adanya proses pembakaran menyebabkan tidak adanya risiko terjadinya kekurangan oksigen dalam ruangan. Tapi ingat, menyentuh panci, wajan atau alat masak dalam keadaan panas tentu saja bisa menyebabkan luka bakar loh.

5. Ekonomis

Dengan kemampuan tak jauh berbeda dengan kompor gas, kompor IH memerlukan lebih sedikit energi untuk keperluan yang sama sehingga tagihan listrik juga lebih murah. Selain ramah lingkungan, kompor ini juga ramah dompet.

Meski kelebihannya banyak, tidak semua panci/wajan bisa dipakai dengan kompor ini. Menurut persamaan di atas, semakin besar hambatan semakin besar pula daya yang dihasilkan. Makanya logam berhambatan listrik rendah seperti aluminium (yang cepat panas-> cocok buat bikin mie instant!!) tidak cocok dipakai untuk kompor ini . Setelah pindahan nanti tetap harus merogoh kocek lebih dalam untuk belanja peralatan masak.

Kiat (dasar) dalam memilih alat ukur dan valve

Banyak kriteria-kriteria yang harus dipenuhi ketika kita harus memilih dan menentukan instrument yang tepat untuk melakukan pengukuran dalam sebuah proses atau dalam memilih valve yang tepat untuk kontrol aliran.

Kriteria tersebut yaitu:

* Akurasi: Dalam sebuah alat ukur, akurasi berarti jumlah error yang mungkin terjadi ketika pengukuran sedang dilakukan. Itu berarti seberapa benarnya hasil pengukuran dari nilai aktualnya, dan biasanya digunakan untuk menjelaskan kecocokan alat ukur itu dalam mengukur nilai besaran yang mau diukur

Akurasi dapat diperlihatkan oleh hal-hal berikut:

* Error per satuan ukur dari sebuah nilai pengukuran.
* Percent of span
* Percent of upper range value
* Percent of scale length
* Percent of actual output value



* Daerah operasi (Range of operation): daerah operasi didefinisikan sebagai batas beroperasinya alat ukur maupun juga valve, mulai dari nilai tertinggi sampai terendah dimana alat ukur maupun valve itu tetap dapat bekerja dengan benar dan dapat dijamin kebenarannya.



* Alokasi dana (Budget/Cost): Alokasi dana dalam pemilihan sangat penting juga karena kita harus dapat menentukan dengan yakin dan benar, dimana meskipun semua spesifikasi sudah dipenuhi oleh alat yang akan kita pilih, tetapi banyak factor lain yang harus diperhatikan.

Dasar-Dasar PLC

Programmable Logic Controller (PLC) adalah sebuah rangkaian elektronik yang dapat mengerjakan berbagai fungsi-fungsi kontrol pada level-level yang kompleks. PLC dapat diprogram, dikontrol, dan dioperasikan oleh operator yang tidak berpengalaman dalam mengoperasikan komputer. PLC umumnya digambarkan dengan garis dan peralatan pada suatu diagram ladder. Hasil gambar tersebut pada komputer menggambarkan hubungan yang diperlukan untuk suatu proses. PLC akan mengoperasikan semua siatem yang mempunyai output apakah harus ON atau OFF. Dapat juga dioperasikan suatu sistem dengan output yang bervariasi.

PLC pada awalnya sebagai alat elektronik untuk mengganti panel relay. Pada saat itu PLC hanya bekerja untuk kondisi ON-OFF untuk pengendalian motor, solenoid, dan actuator. Alat ini mampu mengambil keputusan yang lebih baik dibandingkan relay biasa. PLC pertama-tama banyak digunakan pada bagian otomotif. Sebelum adanya PLC, sudah banyak peralatan kontrol sequence, ketika relay muncul, panel kontrol dengan relay menjadi kontrol sequence yang utama. Ketika transistor muncul, solid state relay yang diterapkan seperti untuk kontrol dengan kecepatan tinggi.

Pada tahun 1978, penemuan chip mikroprosessor menaikkan kemampuan komputer untuk segala jenis sistem otomatisasi dengan harga yang terjangkau. Robotika, peralatan otomatis dan komputer dari berbagai tipe, termasuk PLC berkembang dengan pesat. Program PLC makin mudah untuk dimengerti oleh banyak orang.

Pada awal tahun 1980 PLC makin banyak digunakan. Beberapa perusahaan elektronik dan komputer membuat PLC dalam volume yang besar. Meskipun industri peralatan mesin CNC telah digunakan beberapa waktu yang lalu, PLC tetap digunakan. PLC juga digunakan untuk sistem otomatisasi building dan juga security control system.
Sekarang sistem kontrol sudah meluas hingga keseluruh pabrik dan sistem kontrol total dikombinasikan dengan kontrol feedback, pemrosesan data, dan sistem monitor terpusat. Saat ini PLC sudah menjadi alat yang cerdas, yang merupakan kebutuhan utama di industri modern. PLC modern juga sebagai alat yang dapat mengakuasi data dan menyimpannya.

PLC sebenarnya adalah suatu sistem elektronika digital yang dirancang agar dapat mengendalikan mesin dengan proses mengimplementasikan fungsi nalar kendali sekuensial, operasi pewaktuan (timing), pencacahan (counting), dan aritmatika.
PLC tidak lain adalah komputer digital sehingga mempunyai processor, unit memori, unit kontrol, dan unit I/O, PLC berbeda dengan komputer dalam beberapa hal, yaitu :
• PLC dirancang untuk berada di lingkungan industri yang mungkin banyak debu, panas, guncangan, dan sebagainya.
• PLC harus dapat dioperasikan serta dirawat dengan mudah oleh teknisi pabrik.
• PLC sebagian besar tidak dilengkapi dengan monitor, tetapi dilengkapi dengan peripheral port yang berfungsi untuk memasukkan program sekaligus memonitor data atau program.

Sebagian besar PLC dapat melakukan operasi sebagai berikut :
1. Relay Logic
2. Penguncian ( Locking )
3. Pencacahan ( Counting )
4. Penambahan
5. Pengurangan
6. Pewaktuan ( Timing )
7. Kendali PID
8. Operasi BCD
9. Manipulasi Data
10. Pembandingan
11. Pergeseran

Kehandalan PLC (Programmable Logic Controller)

- Flexibility
Pada awalnya, setiap mesin produksi yang dikendalikan secara elektronik memerlukan masing-masing kendali, misalnya 12 mesin memerlukan 12 kontroler. Sekarang dengan menggunakan satu model dari PLC dapat mengendalikan salah satu dari 12 mesin tersebut. Tiap mesin dikendalikan dengan masing-masing program sendiri.

- Perubahan implementasi dan koreksi error
Dengan menggunakan tipe relay yang terhubung pada panel, perubahan program akan memerlukan waktu untuk menghubungkan kembali panel dan peralatan. Sedangkan dengan menggunakan PLC untuk melakukan perubahan program, tidak memerlukan waktu yang lama yaitu dengan cara merubahnya pada sebuah software. Dan jika kesalahan program terjadi, maka kesalahan dapat langsung dideteksi keberadaannya dengan memonitor secara langsung. Perubahannya sangat mudah, hanya mengubah diagram laddernya.

- Harga yang rendah
PLC lebih sederhana dalam bentuk, ukuran dan peralatan lain yang mendukungnya, sehingga harga dapat dijangkau. Saat ini dapat dibeli PLC berikut timer, counter, dan input analog dalam satu kemasan CPU. PLC mudah di dapat dan kini sudah banyak beredar di pasaran dengan bermacam-macam merk dan tipe.

- Jumlah kontak yang banyak
PLC memiliki jumlah kontak yang banyak untuk tiap koil yang tersedia. Misal panel yang menghubungkan relay mempunyai 5 kontak dan semua digunakan sementara pada perubahan desain diperlukan 4 kontak lagi yang berarti diperlukan penambahan satu buah relay lagi. Ini berarti diperlukan waktu untuk melakukan instalasinya. Dengan menggunakan PLC, hanya diperlukan pengetikan untuk membuat 4 buah kontak lagi. Ratusan kontak dapat digunakan dari satu buah relay, jika memori pada komputer masih memungkinkan.

- Memonitor hasil
Rangkaian program PLC dapat dicoba dahulu, ditest, diteliti dan dimodifikasi pada kantor atau laboratorium, sehingga efisiensi waktu dapat dicapai. Untuk menguji program PLC tidak harus diinstalasikan dahulu ke alat yang hendak dijalankan, tetapi dapat dilihat langsung pada CPU PLC atau dilihat pada software pendukungnya.

- Observasi visual
Operasi dari rangkaian PLC dapat dilihat selama dioperasikan secara langsung melalui layar CRT. Jika ada kesalahan operasi maupun kesalahan yang lain dapat langsung diketahui. Jalur logika akan menyala pada layar sehingga perbaikan dapat lebih cepat dilakukan melalui observasi visual. Bahkan beberapa PLC dapat memberikan pesan jika terjadi kesalahan.

- Kecepatan operasi
Kecepatan operasi dari PLC melebihi kecepatan operasi daripada relay pada saat bekerja yaitu dalam beberapa mikro detik. Sehingga dapat menentukan kecepatan output dari alat yang digunakan.

- Metode bolean atau ladder
Program PLC dapat dilakukan dengan diagram ladder oleh para teknisi atau juga menggunakan sistem bolean atau digital bagi para pemrogram PLC yang lebih mudah dan dapat disimulasikan pada software pendukungnya.

- Reliability
Peralatan solid state umumnya lebih tahan dibandingkan dengan relay atau timer mekanik. PLC mampu bekerja pada kondisi lingkungan yang berat, misalnya goncangan, debu, suhu yang tinggi, dan sebagainya.

- Penyederhanaan pemesanan komponen
PLC adalah satu peralatan dengan satu waktu pengiriman. Jika satu PLC tiba, maka semua relay, counter, dan komponen lainnya juga tiba. Jika mendesain panel relay sebanyak 10 relay, maka diperlukan 10 penyalur yang berbeda pula waktu pengirimannya, sehingga jika lupa memesan satu relay akan berakibat tertundanya pengerjaan suatu panel.

- Dokumentasi
Mencetak rangkaian PLC dapat dilakukan segera secara nyata sebagian atau keseluruhan rangkaian tanpa perlu melihat pada blueprint yang belum tentu up to date, dan juga tidak perlu memeriksa jalur kabel dengan rangkaian.

-nKeamanan
Program PLC tidak dapat diubah oleh sembarang orang dan dapat dibuatkan password. Sedangkan panel relay biasa memungkinkan terjadinya perubahan yang sulit untuk dideteksi.

- Memudahkan perubahan dengan pemrograman ulang.
PLC dapat dengan cepat diprogram ulang, hal ini memungkinkan untuk mencampur proses produksi, sementara produksi lainnya sedang berjalan.

Disamping beberapa kehandalan di atas, tidak bisa dipungkiri bahwa PLC juga mempunyai beberapa kelemahan antara lain :
- Teknologi baru
Sulit untuk mengubah pola pikir beberapa personil yang telah lama menggunakan konsep relay untuk berubah kekonsep PLC komputer.

- Aplikasi program yang tetap
Beberapa aplikasi dari proses produksi merupakan aplikasi yang tidak akan berubah selamanya sehingga keunggulan dari pada PLC untuk mengubah program menjadi tidak berguna.

- Kondisi lingkungan
Lingkungan proses tertentu seperti panas yang tinggi dan getaran ,interferensi dengan peralatan listrik lain membuat keterbatasan pemakaian PLC.

- Pengoperasian yang aman
Pada penggunaan sistem relay, jika sumber daya padam akan langsung mematikan seluruh rangkaian dan tidak secara otomatis bekerja kembali PLC akan langsung menjalankan proses yang di program, namun hal ini tergantung dari program yang dibuat.

- Operasi pada rangkaian yang tetap
Jika suatu rangkaian operasi tidak pernah diubah, seperti misalnya drum mekanik , lebih murah jika tetap menggunakan konsep relay dari pada menggunakan PLC.

Keunggulan PLC dibanding Sistem Konvensional
Salah satu keunggulan PLC dibanding sistem konvensional kontrol panel adalah sebagai berikut :
• Pada Progammable Logic Controller :
1. Pengawatan lebih sedikit.
2. Perawatan relatif mudah .
3. Pelacakan sistem lebih sedarhana.
4. Konsumsi daya relatif rendah.
5. Dokumentasi gambar lebih sederhana dan lebih mudah dimengerti.
6. Modifikasi sistem lebih sederhana dan cepat.

• Pada Sistem Konvensional Kontrol Panel:
1. Pengawatan lebih kompleks.
2. Perawatan membutuhkan waktu yang lama.
3. Pelacakan kesalahan membutuhkan waktu yang lama.
4. Konsumsi daya yang relatif tinggi.
5. Dokumentasi gambar lebih banyak.
6. Modifikasi sistem membutuhkan waktu yang lama.

Hal-hal yang dapat dikerjakan oleh PLC
Sebagai kontrol urutan mempunyai fungsi:
1. Pengganti relay kontrol logika konvensional.
2. Pewaktu/pencacah (Timer / counter).
3. Pengganti pengontrol PCB card.
4. Mesin kontrol ( auto / semi auto/manual ).

Sebagai kontrol yang canggih mempunyai fungsi:
1. Operasi aritmatika.
2. Penanganan informasi.
3. Kontrol analog ( suhu, tekanan, dan lain-lain ).
4. PID ( Proporsional-Integral-Diferensial).
5. Kontrol motor servo.
6. Kontrol motor stepper.

Sebagai kontrol pengawasan mempunyai fungsi:
1. Proses monitor dan alarm.
2. Monitor dan diagnosa kesalahan.
3. Antarmuka dengan komputer (RS- 23C/ RS-422).
4. Antarmuka printer / ASCII.
5. Jaringan kerja otomatisasi pabrik.
6. Local Area Network.
7. Wibe Area Network.
8. FMS (Flexible Manufacturing System), CIM ( Computer Integrated Manufacturing ), FA ( factory automation ).

Konfigurasi Programmable Logic Controller

PLC mempunyai konfigurasi yang terdiri dari 6 bagian utama yaitu:
- Unit Power Supply
Unit ini berfungsi untuk memberikan tegangan pada blok CPU PLC, biasanya berupa switching power supply.

- CPU (Central Processing Unit) PLC
Unit merupakan otak dari PLC, disinilah program akan diolah sehingga sistem kontrol yang telah kita desain bekerja seperti yang kita inginkan. CPU PLC sangat bervariasi macamnya tergantung pada masing-masing merk dan tipe PLC-nya.

- Memori unit
RAM : Random Acces Memory
EPROM : Eraseable Progammable Read Only Memory
EEPROM : Electrical Eraseable Programmable Read Only Memory.

- Input unit ( sebagai contoh PLC Omron )
Input digital: Input Point Digital
o DC 24 V input
o DC 5 V input / TTL (Transistor Transistor Logic)
o AC/DC 24 V input
o AC 110 V input
o AC 220 V input

Input analog : Input Point Linear
• 0 – 10 V DC
• -10 V DC – 10 V DC
• 4 – 20 mA DC

- Output unit
Output digital : Output Point Digital 1.
o Relay Output
o AC 110 V output
o AC 220 V output
o DC 24 V output,tipe PNP dan tipe NPN.

Output analog : Output Point Linier
• 0 – 1 V DC
• -10 V DC – 10 V DC
• 4 – 20 mA DC

- Peripheral
Yang termasuk dalam peripheral adalah :
1. SSS (Sysmac Support Software)
2. PROM writer
3. GPC (Graphic Programming Console)
4. FIT (Factory Intelegent Terminal)

Perangkat Keras Programmable Logic Controller
Programmable Logic Controller dapat berarti sebagai alat pengendali logika yang dapat diprogram. PLC ini merupakan perangkat kontrol yang menerima data input dari luar yang ditransfer dalam bentuk keputusan yang bersifat logika dan disimpan dalam memori. PLC mempunyai perangkat keras yang berupa CPU (Central Processing Unit), modul input dan output, memori serta piranti program.
Ketika PLC bekerja , saat itu juga PLC mengakses data input dan output, menjalankan program instruksi, serta menjalankan peralatan eksternal.

Central Processing Unit
Central Processing Unit (CPU) merupakan pusat pengolah dan pengontrol data dari seluruh sistem kerja PLC. Proses yang dilakukan oleh CPU ini antara lain adalah mengontrol semua operasi, mengolah program yang ada dalam memori, serta mengatur komunikasi antara input-output, memori dan CPU melalui sistem BUS. CPU juga berfungsi menjalankan dan mengolah fungsi-fungsi yang diinginkan berdasarkan program yang telah ditentukan.

Memori
Agar PLC dapat bekerja sesuai harapan maka dibutuhkan suatu program untuk menjalankannya. Program tersebut harus disimpan dengan cara tertentu agar PLC dapat mengakses perintah-perintah sesuai yang diinstruksikan. Disamping itu juga diperlukan untuk menyimpan data sementara selama pelaksanaan program.

Model Input Output
Model input output merupakan piranti yang menghubungkan antara PLC dengan peralatan yang dikendalikannya. Sebagai contoh pada PLC OMRON rata-rata mempunyai 16 built-in input yang terpasang pada unit 0 CH ( zero channel ). Namun demikian jumlah ini dapat ditambah dengan memasang unit ekspansi I/O. Model input atau output tambahan ini dapat dipasang secara bebas sesuai dengan kebutuhan.

Programming Console
Perangkat ini merupakan panel pemrograman yang didalamnya terdapat RAM (Random Access Memory) yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan semi permanen pada sebuah program yang sedang dibuat atau dimodifikasi. Program yang dituliskan ke dalam console harus dalam bentuk mnemonic. Perangkat ini dapat dihubungkan langsung ke CPU dengan menggunakan kabel ekstention yang dapat dipasang dan dilepas setiap saat. Apabila proses eksekusi program telah melewati satu putaran maka panel (Programming Console) ini dapat dicabut dan dipindahkan ke CPU lain, sedangkan CPU yang pertama tadi masih tetap bisa untuk menjalankan programnya, tetapi harus pada posisi RUN atau MONITOR.

Fuzzy System

Sistem fuzzy atau logika fuzzy adalah salah satu bahasan soft computing yang memiliki karakteristik dan keunggulan dalam menangani permasalahan yang bersifat ketidakpastian dan kebenaran parsial. Logika fuzzy merupakan pengembangan dari logika boolean yang hanya memiliki nilai true (1) atau false (0). Padahal “di dunia nyata terdapat banyak masalah yang tidak bisa dilihat sebagai hitam dan putih. Terdapat hal-hal bernilai abu-abu yang jika diperhatikan akan membantu kita untuk membuat keputusan yang, secara intuitif, lebih adil”.

Contoh perbedaan logika boolen dan logika fuzzy dalam mengklasifikasikan ‘Prosentase Kesamaan Semantik” pada suatu makalah tugas perkuliahan:

Beberapa istilah dalam sistem fuzzy antara lain variabel linguistik, fungsi keanggotaan, nilai linguistik, derajat keanggotaan, domain, semesta pembicaraan, crisp input, fuzzification, rule evaluation, dan defuzzification. Suatu sistem yang berbasis sistem fuzzy memiliki tiga urutan proses antara lain fuzzification, rule evaluation, dan defuzzification, seperti yang digambarkan

dalam diagram berikut:

Fuzzy Grid Table

Bentuk dan domain fungsi keanggotaan serta aturan fuzzy biasanya dibangun berdasarkan a priori information dari seorang ahli. Namun apabila tidak diperoleh a priori information, aturan fuzzy dapat diperoleh dengan cara melatih sistem dengan training set yang representatif dari sekumpulan data-data numerik dengan menggunakan fuzzy grid.

Penjelasan dari gambar diatas sebagai berikut:

a. Titik-titik hitam dan putih menyatakan pola-pola dalam Training Set untuk kelas 1 dan kelas 2.

b. Nilai-nilai linguistik untuk input x1 (A1, A2 and A3) berada pada garis horizontal, dan nilai-nilai linguistik untuk input x2 (B1, B2 and B3) berada pada garis vertikal.

c. Pada perpotongan baris dan kolom terdapat rule consequent.

d. Setiap kotak (sub ruang fuzzy) hanya memiliki satu Aturan Fuzzy. Dengan demikian, jumlah aturan yang dapat dibangkitkan dari K x K grid adalah sebanyak K x K.

e. Aturan Fuzzy dalam K × K fuzzy partition dapat direpresentasikan dalam bentuk:

dimana xp adalah pola latih pada ruang input X1 × X2, P adalah jumlah pola latih, Cn adalah rule consequent (kelas 1 atau 2), dan CF ,Certainty Factor, adalah faktor kepercayaan bahwa suatu pola dalam sub ruang fuzzy A_iB_j termasuk ke dalam kelas Cn.

Langkah-langkah penentuan rule consequent :

Langkah 1: Partisi ruang input ke dalam K × K sub ruang fuzzy, dan hitung kekuatan masing-masing kelas pada pola-pola latih dalam setiap sub ruang fuzzy. Kekuatan masing-masing kelas dalam sub ruang fuzzy direpresentasikan oleh jumlah pola-pola latihnya. Makin banyak pola latih, makin kuat kelas tersebut. Artinya, rule consequent untuk kelas tersebut menjadi lebih pasti.

Langkah 2: Tentukan rule consequent dan certainty factor pada setiap subruang fuzzy. Certainty factor diinterpretasikan sebagai berikut:

i. Jika semua pola latih dalam sub ruang fuzzy AiBj termasuk ke dalam kelas yang sama, maka certainty factor-nya adalah maksimum dan setiap pola baru dalam sub ruang tersebut pasti akan termasuk ke dalam kelas ini.

ii. Jika pola latih termasuk ke dalam kelas-kelas yang berbeda-beda dan kelaskelas tersebut memiliki kekuatan yang sama, maka certainty factor-nya adalah minimum dan suatu pola baru akan termasuk ke dalam kelas mana saja. Hal ini berarti bahwa pola-pola dalam sub ruang fuzzy dapat diklasifikasikan salah.

iii. Jika suatu sub ruang fuzzy tidak memiliki pola latih, maka rule consequent tidak dapat ditentukan.

Contoh: Pada gambar diatas, didalam sub ruang fuzzy perpotongan antara A2 dan B2 terdapat 7 data latih yang terdiri dari 4 data Class1 dan 3 data Class2. Sesuai dengan tahapan yang ada, rule consequent ditentukan berdasarkan jumlah Class terbanyak, pada contoh ini diperoleh bahwa rule consequent untuk sub ruang fuzzy tersebut adalah Class1. Misal digunakan conjuction (^), yakni menggunakan AND untuk aturan fuzzy, maka aturan fuzzy untuk sub ruang tersebut adalah:

IF X1 is A2 AND X2 is B2 THEN Class1

CF Class1 pada aturan ini sebesar 4/7 = 0.5714. Sedangkan CF Class2 pada aturan ini sebesar 3/7 = 0.4286.

Pada sub ruang fuzzy perpotongan antara A1 dan B1 tidak dapat dihasilkan aturan karena tidak terdapat data latih. Demikian pula pada sub ruang fuzzy antara A2 dan B1 juga tidak dapat dihasilkan aturan karena jumlah data latih masingmasing Class sama atau CF Class1 = CF Class2.

MODULASI

Modulasi adalah proses perubahan (varying) suatu gelombang periodik sehingga menjadikan suatu sinyal mampu membawa suatu informasi. Dengan proses modulasi, suatu informasi (biasanya berfrekeunsi rendah) bisa dimasukkan ke dalam suatu gelombang pembawa, biasanya berupa gelombang sinus berfrekuensi tinggi. Terdapat tiga parameter kunci pada suatu gelombang sinusiuodal yaitu : amplitudo, fase dan frekuensi. Ketiga parameter tersebut dapat dimodifikasi sesuai dengan sinyal informasi (berfrekuensi rendah) untuk membentuk sinyal yang termodulasi.

Informasi yang dikirim bisa berupa data analog maupun digital sehingga terdapat dua jenis modulasi yaitu:

1. modulasi analog, di mana proses modulasi merupakan respon atas informsi sinyal analog. Teknik umum yang dipakai dalam modulasi analog :
• Modulasi berdasarkan sudut
• Modulasi Fase (Phase Modulation - PM)
• Modulasi Frekuensi (Frequency Modulatio - FM)
• Modulasi Amplitudo (Amplitudo Modulation - AM)
• Double-sideband modulation with unsuppressed carrier (used on the radio AM band)
• Double-sideband suppressed-carrier transmission (DSB-SC)
• Double-sideband reduced carrier transmission (DSB-RC)
• Single-sideband modulation (SSB, or SSB-AM), very similar to
• single-sideband suppressed carrier modulation (SSB-SC)
• Vestigial-sideband modulation (VSB, or VSB-AM)
• Quadrature amplitude modulation (QAM)
• Misal persamaan gelombang pembawa dirumuskan sebagai berikut :
  Uc = Ac sin (wc + qc)

  Dalam modulasi amplitudo (AM) maka nilai ‘Ac’ akan berubah-ubah menurut fungsi dari sinyal yang ditumpangkan. Sedangkan dalam modulasi sudut yang diubah-ubah adalah salah satu dari komponen ‘wc + qc’. Jika yang diubah-ubah adalah komponen ‘wc’ maka disebut Frekuensi Modulation (FM), dan jika komponen ‘qc’ yang diubah-ubah maka disebut Phase Modulation (PM).

2. modulasi digital, di mana suatu sinyal analog di-modulasi berdasarkan aliran data digital. Teknik yang umum dipakai dalam modulasi digital adalah :
• Phase Shift Keying (PSK), digunakan suatu jumlah terbatas berdasarkan fase.
• Frekeunsi Shift Keying (FSK), digunakan suatu jumlah terbatas berdasarkan frekuensi.
• Amplitudo Shift Keying (ASK), digunakan suatu jumlah terbatas amplitudo.

Pada siaran radio, dalam pengoperasiannya menggunakan teknik modulasi, di mana sinyal yang menumpang adalah sinyal suara, sedangkan yang ditumpangi adalah sinyal radio yang disebut sinyal pembawa (carrier). teknik modulasi yang sering dipakai adalah FM dan AM. Gelombang/sinyal carrier adalah gelombang radio yang mempunyai frekuensi jauh lebih tinggi dari frekuensi sinyal informasi. Berbeda dengan sinyal suara yang mempunyai frekuensi beragam dengan rentang 20 Hz hingga 20 kHz, sinyal carrier ditentukan pada satu frekuensi saja. Di Indonesia, alokasi frekuensi sinyal carrier untuk siaran FM ditetapkan pada frekuensi 87,5 MHz - 108 MHz dan untuk siaran AM ditetapkan pada 530 kHz – 1600 kHz. Pada pemancar radio dengan teknik AM, amplitudo gelombang carrier akan diubah seiring dengan perubahan sinyal informasi (suara) yang dimasukkan. Frekuensi gelombang carrier-nya relatif tetap. Kemudian, sinyal dilewatkan ke RF (Radio Frequency) Amplifier untuk dikuatkan agar bisa dikirim ke jarak yang jauh. Setelah itu, dipancarkan melalui antena. Dalam perjalanannya mencapai penerima, gelombang akan mengalami redaman (fading) oleh udara, mendapat interferensi dari frekuensi-frekuensi lain, noise, atau bentuk-bentuk gangguan lainnya. Gangguan-gangguan itu umumnya berupa variasi amplitudo sehingga akan memengaruhi amplitudo gelombang yang terkirim. Akibatnya, informasi yang terkirim pun akan berubah dan mutu informasi yang diterima jelas berkurang.

Cara mengurangi kerugian yang diakibatkan oleh redaman, noise, dan interferensi cukup sulit. Pengurangan amplitudo gangguan (yang mempunyai amplitudo lebih kecil), akan berdampak pada pengurangan sinyal asli. Sementara, peningkatan amplitudo sinyal asli juga menyebabkan peningkatan amplitudo gangguan. Namun, AM juga mempunyai kelebihan yaitu jangkauan siaran dengan frekuensi ini lebih jauh (200 km) dan biaya untuk pemancar AM lebih murah daripada FM karena FM memiliki kemampuan transmisi stereo yang tidak dimiliki oleh pemancar AM. Pada pemancar radio dengan teknik modulasi FM, frekuensi gelombang carrier akan berubah seiring perubahan sinyal suara atau informasi lainnya. Amplitudo gelombang carrier relatif tetap. Setelah dilakukan penguatan daya sinyal (agar bisa dikirim jauh), gelombang yang telah tercampur tadi dipancarkan melalui antena. Seperti halnya gelombang termodulasi AM, gelombang ini pun akan mengalami redaman oleh udara dan mendapat interferensi dari frekuensi-frekuensi lain, noise, atau bentuk-bentuk gangguan lainnya. Tetapi, karena gangguan itu umumnya berbentuk variasi amplitudo, kecil kemungkinan dapat memengaruhi informasi yang menumpang dalam frekuensi gelombang carrier. Akibatnya, mutu informasi yang diterima tetap baik. Dan, kualitas audio yang diterima juga lebih tinggi daripada kualitas audio yang dimodulasi dengan AM. Namun, FM memiliki jangkauan siaran terbatas (75 km), dibalik gunung/bukit tidak bisa ditangkap siarannya.

Jadi, bisa disimpulkan bahwa modulasi AM cocok digunakan untuk stasiun radio yang mempunyai pendengar mayoritas jauh dari stasiun pemancarnya dan modulasi FM cocok digunakan untuk stasiun radio yang mempunyai pendengar mayoritas dekat dari stasiun pemancarnya atau masih dalam kota yang sama. Namun, jika ingin mendapatkan pendengar sebanyak-banyaknya tanpa mengabaikan kualitas suara (biasa terjadi pada manajemen radio komersial), ada baiknya menggunakan kedua modulasi tersebut dalam memancarkan siarannya.