Dokumen tersebut membahas tentang rangkaian tiga fase dan pengukuran daya pada sistem tiga fase. Dibahas mengenai keunggulan sistem tiga fase dibanding satu fase, hubungan bintang dan delta, serta pengukuran daya menggunakan satu dan dua wattmeter baik pada sistem tiga kawat maupun empat kawat.

1. Politeknik Negeri Malang
Unit 6
58
Rangkaian Tiga Fase
Tujuan
Setelah selesai mempelajari bagian ini, mahasiswa diharapkan akan mampu :
1. Menjelaskan keunggulan arus bolak-balik tiga fase dibandingkan dengan arus bolakbalik satu fase..
2. Menggambarkan gelombang arus bolak-balik tiga.
3. Menjelaskan beban seimbang dan tidak seimbang..
4. Menggambarkan hubungan bintang dan delta.
6.1 Pembangkitan GGL Tiga Fase
Rangkaian listrik tiga fase diberi energi oleh tiga ggl bolak-balik yang dihasilkan dari
alternator tiga fase.
(b)
Gambar 6-1. Diagram bentuk gelombang dan phasor sistem tiga fase
06. TeoriListrik Terapan
Abdul Manaf
1/7/2014

2. Politeknik Negeri Malang
59
Sistem tiga fase memiliki tiga tegangan, masing-masing tidak sefase atau terpisah 360/3
= 120 derajat elektrik. Tiga fase tersebut harus diidentifikasi untuk menunjukkan
urutannya. Dalam beberapa penerapan digunakan nama A, B dan C. Untuk suplai dan
distribusi secara umum, fase ditandai dengan kode warna merah, kuning dan hitam.
6.2 Keuntungan Sistem Tiga Fase
1. Sistem tiga fase dapat menyalurkan daya yang lebih besar dibandingkan dengan
sistem fase tunggal.
2. Daya yang disalurkan ke atau diambil dari sistem tiga fase lebih konstan. Karena daya
lebih konstan, torsi mesin yang berputar lebih konstan dan getaran dalam mesin
berkurang.
3. Jika tersedia dua tegangan, pilihan dapat dilakukan tergantung pada jenis beban.
4. Untuk output daya yang sama, mesin tiga fase ukuran fisiknya lebih kecil daripada
fase tunggal.
5. Dalam sistem distribusi, untuk daya yang sama, jumlah total material yang
dibutuhkan untuk mendistribusikan daya lebih kecil dibandingkan dengan bila
digunakan sistem fase tunggal.
6.3 Hubungan Bintang
Satu metode penyambungan sistem tiga fase adalah menghubungkan tiga ujung gulungan
menjadi satu seperti yang digambarkan di Gambar 6.2(a). Karena bentuk dari diagram
ini, sistem tiga fase ini disebut terhubung bintang dan titik hubungan bersama disebut
titik bintang.
Gambar 6.2. Sambungan tiga fase bintang
06. TeoriListrik Terapan
Abdul Manaf
1/7/2014

3. Politeknik Negeri Malang
60
6.4 Hubungan Delta
Gulungan alternator tiga fase dapat juga disambung seperti diperlihatkan Gambar 6.3,
yang membentuk loop tertutup dengan ujung yang berbeda digabungkan bersama, dan
tegangan saluran dihubungkan ke persilangan tersebut. Sistem ini disebut sambungan
delta karena bentuk diagram mewakili huruf Latin ∆ (delta/segitiga).
(a)
(b)
Gambar 6.3. Sambungan tiga fase delta
6.5 Beban Seimbang Hubungan Bintang
Listrik tiga phasa dengan beban seimbang pengertian seimbang adalah apabila beban
masing-masing phasa identik.
Sistim tiga phasa dibebani
dengan beban seimbang.
IA
A
20<-300
VAN=120<-90
N
B
VBN=120<-300
IB
C
20<-300
20<-300
VCN=120<1500
IA =
VAW 120 < −90
=
ZA
20 < −30
= 6 < −60
IB =
VBN 120 < 30
=
ZB
20 < −30
= 6 < −60 0
IC
Gambar 6.4. Beban seimbang hubungan bintang
06. TeoriListrik Terapan
Abdul Manaf
1/7/2014

4. Politeknik Negeri Malang
61
I W = −( I A + I B + I C ) =
IC =
= −(6 < −60 + 6 < 60 0 + 6(180) = 0
VCW 120 < 150 0
=
ZC
20 < −30
= 6 < 180 0
Jika masing-masing beban tidak sama besarnya maka disebut beban tidak seimbang.
Sebagai contoh:
Suatu sistim tiga phasa dengan tegangan 400 volt, dibebani dengan 10 kW, 8 kW dan 5
kW hitunglah arus masing-masing line dan arus yang mengalir pada penghantar netral.
Pemecahan:
IR
R
10Kw
231 volt
400 volt
231 volt
Y
I
400volt 231 volt Y
B
8Kw
5Kw
IB
Gambar 6.5. Beban tidak seimbang hubungan bintang
Jika keterangan line = 400 volt maka tegangan phasanya =
I R = 10.1000
231
= 43,3 A
I Y = 80.1000
231
V2 400 volt
=
= 231 volt
V3
V3
= 34,6 A
I B = 5.1000
231
= 21,65 A
Jika diambil sudut phasa VRN<900
VYN=231<-300
IY = 34,6<-300
VBN=231<2100
IR = 43,3<900
IB = 21,65<2100
0
0
0
IN = −(43,3 < 90 + 34,6 < −30 + 21,65 < 210 ) = 18,9 A
Beban seimbang, biasanya pada motor-motor listrik sedang beban tak seimbang terjadi
pada jaringan yang mengunakan bermacam-macam beban.
06. TeoriListrik Terapan
Abdul Manaf
1/7/2014

5. Politeknik Negeri Malang
62
6.6 Beban Seimbang Hubungan Delta (Segitiga)
Contoh soal seperti gambar dibawah:
IA
A
IAB
5<45
IB
B
5<45
0
0
5<45
Diketahui:
VAB=110<1200
VBC=110<00
VCA=110<2400
0
ICA
IBC
IC
Gambar 6.6. Beban seimbang hubungan delta
C
Arus masing-masing phasa adalah:
I AB =
VAB 110 < 120
=
= 22 < 75 0 = 5,7 + i 21,2
ZA
5 < 45
I BC =
VCB 110 < 0
=
= 22 < −45 0 = 13,55 + i15,55
Z
5 < 45
I CA =
VCA 110 < 240
=
= 22 < 155 0 = −21,2 − i5,7
Z
5 < 45
Arus yang mengalir pada line:
I AB = I A + I CA → I A = I AB − I CA
= 22 <650 – 22 <1950
I A = 38,1 < 45 0
I BC = I B + I AB → I B = I BC − I AB
= 22 <450 – 22 <650
I CA = I C + I BC → I C
= 38,1 < − 0
70
= I CA − I BC
= 22 <1950 – 22 < -450
= 38,1 <165 0
Keseimbangan untuk hubungan delta: Arus link =
Arus phasa
6.7 Beban Hubungan Delta Tidak Seimbang
IA
A
ICA
IAB
VAB
IB
10
B
06. TeoriListrik VAC
Terapan
10<30
VBC
IBC
I
C
C
15<-30
Jika diketahui beban hubungan delta seperti
pada gambar.
Tegangan VAB = 240<1200
VBC = 240<00
Abdul Manaf
1/7/2014

6. Politeknik Negeri Malang
63
VCA = 240<2400
Gambar 6.7. Beban tidak seimbang hubungan delta.
Arus masing-masing phasa:
I AB =
VAB 240 < 120 0
=
= 24 < 120 0
10
10
VBC
240 < 0 0
=
= 24 < −30 0
10 < 30 10 < 30 0
VCA
240 < 240 0
=
=
= 16 < 270 0
0
0
15 < −30
15 < −30
I BC =
I CA
Arus yang mengalir dari sumber:
I A = I AB − I CA = 24 <1200 – 16 <2600
= 38,6 <108,10
I B = I BC − I AB = 24 <300 – 24 <1200
= 46,4 < - 450
I C = I CA − I BC = 16<2600 – 24 < -300
= 21,2 <190,90
6.8 Menghitung Daya pada Beban Tiga Fase
Daya masing-masing phasa
P1 = Vphasa 1 Iphasa 1, Cos ϕ
P2 = Vphasa 2, Iphasa 2, Cos ϕ2
P3 = Vphasa 3, Iphasa 3, Cos ϕ3
Daya tiga phasa = P1+P2+P3
Jika beban tidak seimbang maka P1+P2+P3 tetapi jika beban seimbang P1=P2=P3 =?
→P3 phasa = 3.P = 3.V phasa I phasa Cosϕ
atau
3 V Line . I Line Cosϕ
Contoh perhitungannya:
Motor tiga phasa beroperasi pada tegangan 400 Volt membangkitkan daya 20Kw
effisiensinya 0,86 dan factor dayanya 0,82 hitunglah:
a)
Arus line
b)
Arus phasa jika dihubungkan secara delta
Pemecahan:
06. TeoriListrik Terapan
Abdul Manaf
1/7/2014

7. Politeknik Negeri Malang
daya out
64
20,000
a). Daya input = effisiensi = 0,87 = 22,988 Watt
arus line = dicari sebagai berikut.
Daya tiga phasa = 3 V Line I Line Cosϕ
→ I Line =
22,988
3 400 . 0,82
= 40,46
b). Untuk hubungan delta arus phasanya:
I Line = 3 I phasa
I phasa =
I
I Line
3
40,46
= 23,359 A
3
6.9 Satu Wattmeter (Sistim Empat Kawat)
Gambar 5.1 mengambarkan wattmeter yang dihubungkan antara kawat fasa dan netral.
Jumlah datya yang dihasilkan dari catu daya tiga fasa sama dengan jumlah harga daya
yang dipakai oleh setip fasa :
Dalam beban setimbang (beban dan factor daya yang sama pada setiap fasa):
Ptotal = 3PA = 3PB = 3PC = 3 kali bacaan wattmeter
Pada beban tak setimbang, wattmeter harus dihubungkan atau dipindahkan bergantian
ke setiap fasa dan kemudian tambahkan bacaan daya masing-masing
Ptotal = PA+ PB + PC
Pembacaan Watt meter di peroleh dari perhitungan
P = I . V Cos ϕ.
I = arus yang menjalar pada Watt meter
V = tegangan yang terukur pada Watt meter
ϕ = beda phasa antara V dan I
L1
M
W
V+
L
V
N
A
B
L2
L3
06. TeoriListrik Terapan
C
Abdul Manaf
1/7/2014

8. Politeknik Negeri Malang
65
Gambar 6.8. Hubungan satu wattmeter dalam rangkaian tiga fasa, sistim empat kawat
Keuntungan
1. Dibutuhkan hanya sebuah wattmeter.
2. Cocok untuk beban seimbang dan beban tidak seimbang.
Kerugian
1. Dibutuhkan hubungan netral untuk wattmeter.
2. Tidak tepat untuk beban tak setimbang yang berubah-ubah.
3. Wattmeter harus dihubungkan atau dipindahkan kesetiap fasa secara bergantian
untuk beban tidak setimbang.
6.10 Satu Wattmeter (Sistem Tiga Kawat)
Karena hanya tiga kawat yang digunakan, maka tidak terdapat netral dalam hubungan ini.
Karena terdapat 300 pergeseran fasa antara tegangan line dan fasa, maka perlu disediakan
titik bintang buatan sehingga diperoleh tegangan yang benar pada sudut fasa yang
diberikan pada wattmeter. Dua impedansi yang sepadan dengan impedansi rangkaian
tegangan dalam wattmeter, harus di hubungkan dalam bentuk bintang dengan rangkaian
tegangan pada meter (Gambar 6.10) dan ke dua saluran lainya.
Untuk beban seimbang saja:
Ptotal = 3PA= 3 kali bacaan wattmeter.
L1
A
W
Z1
B
L2
06. TeoriListrik Terapan
L
3
Z2
Abdul Manaf
C
1/7/2014

9. Politeknik Negeri Malang
66
Gambar 6.9. Hubungan untuk atu wattmeter dalam tiga fasa, sistim tiga kawat
Untuk beban seimbang dan tak seimbang:
Ptotal = PA+ PB + PC
Keuntungan
1. Hanya dibutuhkan sebuah wattmeter
2. Sesuai untuk beban seimbang dan tak seimbang
Kerugian
1. Dibutuhkan dua impedansi yang sepadan untuk menghasilkan sebuah netral
buatan.
2. Tidak akurat untuk beban tak setimbang yang berubah-ubah
3. Wattmeter harus dihubungkan atau dipindahkan bergantian untuk beban tak
seimbang.
6.11 Dua Wattmeter (Sistim Tiga Kawat)
Kedua buah meter memiliki lilitan arus di dua saluran dan kedua lilitan tegangan
dihubungkan ke saluran ketiga. Meter sendiri tidak menunjukkan jumlah daya pada
rangkaian, tetapi kedua meter secara bersama-sama menunjukkan jumlah daya yang
digunakan. yaitu
Ptotal = W1+ W2
L1
A
W1
L2
06. TeoriListrik Terapan
L3
W2
B
Abdul Manaf
1/7/2014
C

10. Politeknik Negeri Malang
67
Gambar 6.10 Rangkaian pengukuran daya dengan mengunakan dua wattmeter
Kedua bacaan meter akan sama dengan beban setimbang dengan faktor daya sama
dengan satu
Untuk semua kondisi lainya, meter akan menunjukkan bacaan yang berbeda.
Metode dua wattmeter dapat digunakan pada sistem tiga fasa, tiga kawat untuk mengukur
besarnya daya beban, baik beban setimbang dan maupun tak setimbang atau dihubungkan
dalam bintang atau delta.
Metode ini tidak dapat digunakan pada sistem empat kawat, hubungan bintang karena
arus komponen satu fasa dapat mengalir dalam saluran (dan netral) yang tidak memiliki
hubungan dengan kumparan –arus wattmeter, dan daya yang dipakai tidak dicatat.
Jika factor daya beban lebih kecil dari 0,5 muara pembaca salah satu wattmeter akan
menunjukkan angka negatip, pembaca wattmeter dapat dilakukan dengan membalik arus
yang mengalir pada wattmeter.
W − W1 
tan φ = 3  2

W2 + W1 
(hanya untuk beban seimbang dan bentuk gelombang sinusoida)
sudut φ diperoleh dari tan-1φ dan cos sudut ini merupakan faktor dari beban
Contoh 1
Ketika dihubungkan ke motor tiga fasa, dua wattmeter memberikan bacaan 5 kW dan –1
kW hitunglah besarnya:
(a). jumlah daya yang dipakai
(b). faktor daya motor
jawaban:
(a). Ptotal = W1+W2 = -1 + 5
W2 − W1 
(b). tan φ = 3. 

W2 + W1 
 5 − ( −1) 
= 3. 

 5 + (−1) 
06. TeoriListrik Terapan
Abdul Manaf
1/7/2014

11. Politeknik Negeri Malang
68
5 +1 
= 3. 
 5 −1 

= 3. X
6
= 3 X 1 .5
4
= 2.598
∴
φ = 68.9
λ = cosφ=0.3592
Keuntungan
1. Hanya dua wattmeter yang diperlukan
2. Berguna untuk tiga fasa setimbang dan tak seimbang, beban tiga-kawat.
3. Faktor daya dapat diperoleh untuk beban setimbang.
4. Tidak dibutuhkan hubungan ke netral
Kerugian
1. Sesuai hanya untuk tiga fasa, beban tiga kawat.
2. Kehati-hatian ketika menentukan polaritas W1
3. Faktor daya tidak dapat diperoleh oleh beban tidak setimbang
4. Tidak sesuai untuk daya atau bacaan faktor daya dengan tiga fasa, sistim empat
kawat.
6.12 Tiga Wattmeter (Sistim Tiga Kawat)
Tidak terdapat netral pada sistim tiga kawat, sehingga netral buatan harus disediakan
namun jika wattmeter identik digunakan, ketiga rangkaian tegangan dapat dihubungkan
ke titik bintang (lihat gambar 6.12)
Ptotal = W1+ W2 +W3
L1
L2
L3
06. TeoriListrik Terapan
A
W1
B
W2
W3
Abdul Manaf
C
1/7/2014

12. Politeknik Negeri Malang
69
Gambar 6.11. Hubungan untuk tiga wattmeter ke sebuah sistem tiga fasa,
sistem tiga kawat
Keuntungan
1. Sesuai untuk beban setimbang dan tak setimbang.
2. Baik untuk memperoleh daya total
3. Lebih akurat daripada menggunakan sebuah wattmeter untuk beban yang
berubah-ubah.
Kerugian
1. Bibutuhkan tiga wattmeter
6.13 Tiga Wattmeter (Sistim Empat Kawat)
Tiga fasa, sitem empat kawat pada dasarnya merupakan tiga buah catu daya yang terpisah
dengan netral biasa. Jumlah daya diperoleh dengan menghubungkan tiga wattmeter
sebagaimana Gambar 6.12.
Ptotal = W1+ W2 +W3
L1
L2
L3
06. TeoriListrik Terapan
N
A
W1
B
W2
W3
Abdul Manaf
C
N
1/7/2014

13. Politeknik Negeri Malang
70
Gambar 6.12. Hubungan untuk tiga wattmeter ke sistem tiga fasa sistim empat kawat
Keuntungan
1. sesuai untuk beban stimbang dan tak setimbang
2. baik untuk memperoleh daya total.
3. lebih akurat daripada sebuah wattmeter untuk beban yang berubah-ubah.
Kerugian
1. Dibutuhkan tiga wattmeter.
Daftar Pustaka
Boctor, SA. 1992. Electric Circuit Analysis, 2nd edition, Prentice-Hall, Englewood Cliffs,
New Jersey.
Edwards, RCL dan D.F. Meyer. 1955. Electrical and Electronic Trades Principles and
Applications, McGraw Hill, Sydney.
Edward Hughes, Electrical Technology.Longman, London
06. TeoriListrik Terapan
Abdul Manaf
1/7/2014

14. Politeknik Negeri Malang
71
Gunawan, Hanapi 1984. Rangkaian dan Mesin Listrik Erlangga.
Hotkinson, GL.1979. Technician Electrical Principles.Cassel. London
Jenneson, JR. 1966. Electrical Principles for the Electrical Trades, 4th edition, McGrawHill Book Company Australia Pty Ltd, Sydney, NSW.
Joseph A. Edminister, Electrical Circuit. Mc Graw-Hill, USA
06. TeoriListrik Terapan
Abdul Manaf
1/7/2014