1. Rangkaian 3 fasa

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 1

JurusanTeknik Mesin

Fakultas Teknik

Universitas Pancasila

Bahan kuliah ini akan membahas tentang :

1. Pengertian bagaimana membangkitkan sumbertegangan 3 fasa.

2. Mengetahui bagaimana menghubungkanrangkaian setimbang 3 fasa pada konfigurasi Y(Wye) dan (Delta).

3. Analisa rangkaian 3 fasa yang dihubungkansecara Y (Wye) dengan Y (Wye).

4. Analisan rangkaian 3 fasa yang dihubungkansecara Y (wye) dengan (Delta).

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 2

Pada akhir perkuliahan anda dapat :

1. Memahami hubungan antara tegangan 3fasa pada sebuah rangkaian setimbang.

2. Menentukan tegangan saluran, fasa danarus pada rangkaian setimbang Y – Y.

3. Menentukan tegangan saluran, fasa danarus pada rangkaian setimbang Y -

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 3

Tenaga listrik dibangkitkan, dipancarkan,didistribusikan dan digunakan dalam apa yangkita kenal sebagai sistem 3 fasa.

Secara esensi untuk memahami konsep 3 fasa,kita akan mulai dari konsep 1 fasa.

Jika sebuah coil diputar pada kecepatan tetapdalam sebuah medan magnetik akanmenghasilkan tegangan bolak balik.

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 4

Tegangan merupakan fungsi waktu, kecepatan putarandan sebuah nilai maksimum. Bentuk matematika sebuahtegangan dapat dituliskan seperti :

Dimana :

Vm = tegangan maksimum atau amplitudo dalam volt.

= Frekuensi dalam radian per detik.

f = Frekuensi dalam jumlah siklus per detik atau Hertz per

detik.

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 5

m

Frekuensi yang disalurkan di Indonesia adalah 50 Hz, adabeberapa negara dengan 60 Hz, tetapi umumnyamenggunakan frekuensi 50 Hz diatas.

Gb 1

Gbr grafik tegangan yang dibangkitkan sbg fungsi waktuProgram Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 6

Jika gulungan kawat (Coil) saluran a, b dan c, masing –masing bekerja 120 derajat ruang, diputar pada kecepatanyang sama serta medan magnetik yang sama, akanmenghasilkan tegangan yang sama kecuali sudutpergeseran masing – masing saluran sebesar 120 derajat.

Secara matematika dapat dilambangkan sebagai :

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 7

(3)(2)(1)

240sin120sin

sin

tVtvtVtvtVtv

mc

mb

ma

Persamaan diatas dirujuk sebagai tegangan 3 fasa setimbang.

Gb. 2

Gambar diatas sebagai membangkitkan tegangan sebagaifungsi waktu.

Untuk gambaran analisa rangkaian tersebut menggunakandomain frekuensi dan fasa. Untuk setiap sinyal sinusoidaldilambangkan dengan tegangan akar rata-rata (RMS) danpergeseran fasa dari sebuah sinyal acuan.

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 8

Tegangan RMS sinyal sinusoidal diberikan persamaan :

Dengan menggunakan fasa sebagai sebuah acuan, sistemtiga fasa dapat digambarkan dengan persamaan :

Gambar 3 menunjukkan sebuah

lambang fasor tegangan 3 fasa

yang mengacu pada fasa

saluran a Gb 3

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 9

(4).............................2mV

V

000 2401200 VVVVVV cba

UntukUntuk setiapsetiap gulungangulungan coilcoil mempunyaimempunyai 22 titiktitik ::

11 titiktitik awalanawalan dandan 11 titiktitik akhiranakhiran..

UntukUntuk sistemsistem 33 fasafasa iniini diartikandiartikan bahwabahwa dibutuhkandibutuhkan 66 buahbuahkonduktorkonduktor..

UntukUntuk mengurangimengurangi rugirugi –– rugirugi konduktorkonduktor akanakan samasama halnyahalnya((setarasetara)) dengandengan mengurangimengurangi jumlahjumlah konduktornyakonduktornya..

HalHal iniini didapatdidapat dengandengan menghubungkanmenghubungkan gulungangulungan coilcoil dandanfasafasa masingmasing –– masingmasing padapada setiapsetiap 22 bentukbentuk saluransaluran..

IniIni disebutdisebut dengandengan hubunganhubungan WyeWye dandan DeltaDelta.. SebelumSebelum kitakitamenggambarkanmenggambarkan hubunganhubungan WyeWye dandan Delta,Delta, perluperlu diketahuidiketahuibeberapabeberapa definisidefinisi,, berupaberupa ::Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 10

1.1. FASAFASA.. MenggambarkanMenggambarkan satusatu elemenelemen atauataudivaisdivais dalamdalam sebuahsebuah bebanbeban,, saluransaluran atauatausumbersumber.. SecaraSecara singkatsingkat disebutdisebut dgndgn cabangcabangrangkaianrangkaian..

2.2. SALURANSALURAN.. MengacuMengacu pdpd saluransaluran transmisitransmisi atauataupengkabelanpengkabelan ygyg menghubungkanmenghubungkan sumbersumber kekebebanbeban..

3.3. NETRALNETRAL.. KabelKabel keke--44 dlmdlm sistemsistem 33 fasafasa.. FasaFasadaridari kabelkabel keke--44 tersebuttersebut dihubungkandihubungkan secarasecarabersamabersama –– samasama padapada hubunganhubungan wyewye (Y)(Y)..

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 11

4.4. TeganganTegangan dandan ArusArus FasaFasa.. TeganganTegangan dandan ArusArus yangyangmelintasimelintasi atauatau melaluimelalui sebuahsebuah cabangcabang tunggaltunggal sebuahsebuahrangkaianrangkaian..

5.5. ArusArus SaluranSaluran.. ArusArus yangyang mengalirmengalir padapada setiapsetiap saluransaluran((IIaa,, IIbb,, IIcc))

6.6. TeganganTegangan SaluranSaluran.. TeganganTegangan antaraantara setiapsetiap 22 buahbuahsaluransaluran ((VabVab,, VbcVbc dandan VcaVca),), TeganganTegangan –– tegangantegangan iniinijugajuga dapatdapat dirujukdirujuk sebagaisebagai tegangantegangan saluransaluran kekesaluransaluran..

7.7. TeganganTegangan netralnetral SaluranSaluran.. TeganganTegangan antaraantara setiapsetiapsaluransaluran terhadapterhadap titiktitik netralnetral ((VVaa,, VVbb dandan VVcc).).

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 12

Pada bagian akhir sistim 3 fasadihubungkan secara bersamaanpada bagian netral begitupuladengan yang lainnya (ataubentuk saluran hubunganterminal).

Gambar 4 disamping inimenunjukkan hubungan Wyeatau bintang sebuah sistem 3fasa.

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 13

GambarGambar 44

Menentukan hubungan antara tegangansaluran dan tegangan fasa.

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 14

2

3

2

3

2

3

2

11

)120sin120cos1(120111200

jVjv

jVV

VVVVVV

ab

baab (8)...................................

Konversi kedalam bentuk polar dan pengaturan kembalibagian – bagian persamaan.

Hasil ini menyatakan bahwa :

Tegangan antar saluran dihubungkan pd tegangan fasadgn sebuah faktor 3 dan masing2 sudut fasa yangmendahului sebesar 300. Serta arus pd saluran sama dgnarus yg mengalir melalui fasa tersebut. Ini dinyatakan sbgarus saluran selalu sama dgn arus fasa.

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 15

(9)0303* aab VV

(10)pl II

Mulai dgn asumsi bahwa tegangan fasa sebesar120 V. Tentukan tegangan saluran ?

Kita mengatakan bahwa tegangan saluran sebesar208 Volt yang melewatinya, dan tegangan sistemkeseluruhan dituliskan 120/208 V

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 16

)120120)0120(120120

0120

00

0

0

(ab

b

a

VVV

0

0

0

0

21085.2079085.207

3085.207303*120

ca

bc

ab

ab

VVVV

Beban dalam sebuah gedung, pabrik atau tempat lainnya dapat diaturdengan menggunakan konfigurasi 3 fasa. Konfigurasi ini dapatdihubungkan dalam sebuah kofigurasi hubungan Wye (Y) atau Bintang(). Gambar 5 dibawah menunjukkan sebuah hubungan sumber Wye(Y) yang mensuplai tegangan ke beban dengan hubungan Wye (Y).Sistem ini mengacu pada sistem 3 kabel. Titik netral tidak dihubungkansecara bersamaan. Sistem ini tidak umum dalam penggunaannya.

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 17

GambarGambar 55

Gambar 6 menunjukkan sebuah hubungan sumbertegangan konfigurasi Wye (Y) melayani tegangan ke bebandengan konfigurasi Wye (Y) dengan menghubungkan 2 titiknetral. Sistem ini mengacu pada sistem 4 kabel.

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 18

GambarGambar 66

Dalam sistem 4 kabel, berlaku hubungan persamaan seperti,

Persamaan diatas digunakan berdasarkan rangkaian setimbang antarakonfigurasi sumber dan beban serta analisa sederhana rangkaian 3fasa. Persyaratan yang harus dipenuhi untuk sebuah sistem 3 fasaatau rangkaian setimbang :

1. Seluruh sumber (3 sumber) dilambangkan dengan perangkatvariabel 3 fasa setimbang.

2. Seluruh beban 3 fasa sama dengan impedansi.

3. Impedansi saluran sama dengan seluruh fasanya (3 fasa)

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 19

(11)........c

cnc

b

bnb

a

ana

Z

VI

Z

VI

Z

VI

JikaJika rangkaianrangkaian setimbangsetimbang,, kitakita dapatdapatmenyelesaikanmenyelesaikan kasuskasus tegangantegangan,, arusarus dandandayadaya padapada satusatu fasafasa dengandengan menggunakanmenggunakananalisaanalisa rangkaianrangkaian..

HalHal iniini dinamakandinamakan fasafasa tunggaltunggal PenggantiPengganti..

JikaJika rangkaianrangkaian tidaktidak setimbangsetimbang,, seluruhseluruhketigaketiga fasafasa tersebuttersebut harusharus dianalisadianalisa secarasecararincirinci satusatu persatupersatu –– persatupersatu..

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 20

Contoh 2

Sebuah 4 kabel terhubung –Y, 3-Fasa,120/208V Sumber dihubungkan denganbeban. Impedansi per fasa adalah 12300

. Tentukanlah :

1. Fasa dan tegangan saluran pada beban.

2. Fasa dan arus melalui beban.

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 21

Solusi :

Gunakan fasa sebagai acuan.

1. Fasa tegangan pada beban diberikan sebagai berikut :

Tegangan saluran–saluran pada beban diberikan sbb :

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 22

0

0

0

240120120120

0120

cn

bn

an

VVV

0

0

0

12085.2079085.207

3085.207

ca

bc

ab

VVV

2. Pada beban hubungan – Y, fasa dan arus saluranadalah sama

Sama halnya dengan fasa arus dari fasa b dan fasa c diberikan persmenjadi :

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 23

0

0

0

30103012

0120

a

a

ana

I

Z

VI

AIAI

c

b0

0

2701015010

BagBag akhirakhir daridari satusatu fasafasa dihubungkandihubungkan keke bagbag awalawal satusatufasafasa lainnyalainnya dalamdalam bentukbentuk lingkarlingkar tertutuptertutup sepertisepertihubunganhubungan deltadelta..

GambarGambar 77 menunjukkanmenunjukkan bentukbentuk sebuahsebuah sumbersumber hubunganhubungan..

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 24

GambarGambar 7.7. HubunganHubungan Delta.Delta.

SepertiSeperti yangyang ditunjukkanditunjukkan padapada gambargambar 77,, tegangantegangan saluransaluranVVabab samasama dengandengan VVaa.. BagaimanapunBagaimanapun jugajuga,, untukuntuk gambarangambarananalisaanalisa,, sumbersumber hubunganhubungan-- dihubungkandihubungkan kedalamkedalamsumbersumber hubunganhubungan--YY yangyang setarasetara.. UntukUntuk analisaanalisa mengikutimengikutiprosedurprosedur yangyang samasama..

TeganganTegangan fasafasa setarasetara dihubungkandihubungkan keke tegangantegangan saluransalurandengandengan menggunakanmenggunakan persamaanpersamaan ((1212));;

SumberSumber hubunganhubungan deltadelta jarangjarang digunakandigunakan..Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 25

e

030jaban e

VV

BebanBeban 33 fasafasa dihubungkandihubungkan dalamdalam konfigurasikonfigurasi dapatdapatdilihatdilihat padapada gambargambar 88..

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 26

GambarGambar 8.8. BebanBeban dengandengankonfigurasikonfigurasi

Untuk beban setimbang, tegangan saluran dan fasa bernilai sama.Hubungan fasa dan arus saluran diturunkan sebagai berikut :

Menggunakan Kirchoof Current Loop (KCL), arus pada salurana (Ia) dihubungkan ke arus fasa Iab dan Ica,

Untuk sebuah beban setimbang, arus fasa adalah sama tetapiterjadi pergeseran sudut sebesar 1200.

Dengan menggunakan prosedur yang sama untuk menentukantegangan saluran pada kasus hubungan-Y.

Arus saluran dihubungkan ke arus fasa dengan faktor 3 dan terjadifasa tertinggal sebesar 300.Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 27

caaba III

AII aba030*3

SebuahSebuah 33 kabelkabel terhubungterhubung bintangbintang (Y),(Y), 33fasafasa,, SumberSumber 120120//208208 VV dihubungkandihubungkan kekebebanbeban setimbangsetimbang terhubungterhubung--.. ImpedansiImpedansiperper fasafasa adalahadalah 1212303000 .. TentukanlahTentukanlah;;

1.1. TeganganTegangan fasafasa dandan saluransaluran padapada bebanbeban..

2.2. FasaFasa dandan arusarus saluransaluran melaluimelalui bebanbeban..

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 28

Untuk sebuah beban terhubung-. Tegangan antar dua saluran (ataufasa) adalah 20800 V.

1. Vab = VL = 208 V.

2. Arus fasa,

Arus saluran,

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 29

AZ

VI

ab

abab 3033.17

3012

02080

AIAI

AII

a

a

aba

0

0

0

600.306033.17*3

30*3

1. Pada rangkaian Y setimbang, tegangan saluran sama dengantegangan fasa , dikalikan dengan akar 3 (3) apabila arus saluransama dengan arus fasa.

2. Pada rangkaian setimbang , tegangan saluran sama dengantegangan fasa, apabila arus saluran sama dengan arus fasadikalikan dengan akar 3 (3).

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 30

Pl

aab

IIVoltVV

030*3

aab

aba

VVVoltII

030*3

Wassalam

Program Studi Tek. Mesin,FT - UP

Slide - II 31