bab i azas gen&mot
TRANSCRIPT
1
AZAS GENERATOR DAN MOTOR LISTRIK
(MOTOR DC ATAU AC)
1. PENGERTIAN
A. Generator (G )
Mengkonversi energi mekanis (putaran) ke energi elektris.
Adanya penggerak mula (prime mover) memutar poros generator
B. Motor (M)
Mengkonversi energi elektris ke energi mekanis (putaran).
Adanya torsi Tm akibat interaksi antara arus jangkar Ia dan fluks pada belitan
medan.
Mesin listrik dapat berupa :
Mesin arus searah
Mesin induksi
Mesin sinkron
2
Komparasi
Topik Motor/Generator
DC
Motor Induksi Motor/Generat
or sinkron
Trafo
Stator
Umumnya
Belitan medan
M : arus DC
G : arus DC
Belitan medan
AC 3 fase,
atau
AC 1 fase
Belitan
jangkar
AC 3 fase
Belitan primer
Arus ac 3
fase, atau
Arus ac 1 fase
Rotor
Belitan jangkar
M : Arus DC
G : Arus AC
disearahkan
komutator
Fekuensi tak
penting
Belitan
jangkar
terhubungsing
kat
Arus AC
induksi
Frek rotor =
sfmedan
Belitan medan
Arus dc dari
eksiter
Belitan
sekunder
Berbeban
Arus AC
Frek fp = fs
Kecepat
an
tak terjadi slip
terjadi slip
serempak
tak berputar
3
PRINSIP MESIN AC 1 FASE
4
5
MESIN ARUS SEARAH
2. KONSTRUKSI
A. Konstruksi Generator dan motor hampir sama:
1) Stator (bagian yang diam), terdapat : belitan medan.
2) Rotor (bagian berputar), padanya terdapat belitan jangkar.
3) Celah udara antara stator dan rotor
6
3. PRINSIP KERJA MESIN ARUS SEARAH
A. DASAR KEMAGNETAN
1) Medan magnet permanen
2) Medan magnet elektromagnetik
3) Medan magnet pada celah udara
7
B. PENGERTIAN INDUKSI
1) Interaksi Kawat berarus dan medan magnet
2) Aplikasi kaidah tangan kanan/kiri Fleming
3) Aplikasi aturan sekrup/ pencabut gabus
8
C. GENERATOR DAN MOTOR ARUS SEARAH
Belitan medan dicatu arus searah intinya menjadi kutub magnetik
Generator: Belitan jangkar pada rotor diputar dalam medan magnet pada belitan
timbul ggl induksi.
Motor : Belitan jangkar pada rotor dialiri arus searah Interaksi arus jangkar pada
rotor dan medan pada stator menghasilkan torsi putar pada poros.
Sekarang generator arus searah kurang produktif.
Pada G (poros diputar penggerak mula) dan pada M (poros berputar), pada belitan jangkar terjadi
tegangan induksi sebesar :
Ea = c . n . volt dengan : Ea = ggl pada jangkar
c = konstanta mesin
n = putaran (rpm)
= fluks (weber).
Pada G ggl tersebut mendorong arus ke rangkaian luar
Pada M ggl tersebut melawan arus masuk motor
9
4. KALSIFIKASI MESIN ARUS SEARAH
D. Menurut sumber arus eksitasi :
Mesin arus searah eksitasi sendiri
Mesin arus searah eksitasi luar (terpisah)
E. Mesin arus searah eksitasi sendiri, menurut posisi belitan medan terhadap jangkar :
Mesin arus searah shunt
Mesin arus searah seri
Mesin arus searah kompon
F. Mesin arus searah kompon, posisi belitan medan :
Mesin arus searah kompon panjang
Mesin arus searah kompon pendek
G. Mesin arus searah kompon, menurut arah fluks pada belitan medan :
Mesin arus searah kompon kumulatif
Mesin arus searah kompon diferensial
10
5. UNTAI EKIVALEN ENERGI BALANS
U = Ea - Ia.Ra U = Ea + Ia.Ra
Ea - U U - Ea
Ia = Ia =
Ra Ra
Selanjutnya rumus di atas dikalikan Ia diperoleh :
Pada G berlaku : U.Ia = Ea.Ia - Ia2.Ra
Pada M berlaku : U.Ia = Ea.Ia + Ia2.Ra
U.Ia = Po = Daya keluaran G U.Ia = Po = Daya keluaran M
M URf
If
G URf
If
Ea=Eb = ggl pada jangkar
Ia = arus jangkar
Ra = resistans jangkar
U = tegangan terminal
Rf = resistans medan
If = arus medan (arus eksitasi)
11
Ea.Ia = Daya elektromagnetis = Pem
Ia2.Ra = Rugi tembaga = Pcu menjadi panas
Ea.Ia = Daya elektromagnetis = Pem
Ia2.Ra = Rugi tembaga = Pcu menjadi panas
Pem pada G : Energi mekanis diubah menjadi
energi listrik
Pem pada M : Energi listrik diubah menjadi
energi mekanis
Pi = Pem + Protasi
Pi = Daya masuk G
Po = Pem - Protasi
Pi = Daya masuk M
Pi Pem
Rugi
rotasiRugi
tembaga
GPi Po = U.Ia
Energi
listrik
Energi
listrik
Energi
mekanik
Energi
mekanik
Po = U.Ia
Rugi
rotasiRugi
tembaga
MPo
Po
Pi = U.Ia
Energi
listrik
Energi
listrik
Energi
mekanik
Energi
mekanik
Pi = U.Ia
12
Pada G : U.Ia = Po daya yang dikeluarkan Pada M : U.Ia = Pi daya masukan
Bentuk umum : Po = Pi - Prugi-rugi
Prugi-rugi = Protasi + Ptembaga
Rugi-rugi :
Rugi rotasi = besarnya tergantung kecepatan n, tetapi biasanya dianggap tetap
Rugi tembaga = Ia2.Ra = besarnya tergantung pada arus beban.
Rugi-rugi berupa panas - suhu naik - membahayakan isolasi. Mesin dianjurkan untuk dibebani
tidak melampaui beban nominalnya.
A. KAPASITAS DAN EFISIENSI
Untuk generator = kW - rating atau kVA rating. Motor = HP - rating
Po
Efisiensi = -------------------- X 100%
Pi – Prugi-rugi
13
6. KARAKTERISTIK GENERATOR
Generator direncanakan beroperasi pada putaran n tetap
Motor direncanakan beroperasi pada sumber tegangan terminal U tetap
A. Karakteristik tanpa beban
Menggambarkan tegangan E atau U sebagai fungsi arus eksitasi If pada kondisi
kecepatan n konstan dan arus jangkar Ia = 0.
Karakteristik ini dapat dikembangkan untuk berbagai nilai kecepatan n.
B. Karakteristik berbeban
Menggambarkan tegangan E atau U sebagai fungsi arus eksitasi If pada kondisi
kecepatan n konstan dan arus jangkar Ia konstan
Karakteristik ini dapat dikembangkan untuk berbagai nilai arus beban Ia.
Pada karakteristik ini ada pengertian reaksi jangkar.
1. Karakteristik luar
2. Menggambarkan tegangan U sebagai fungsi arus beban Ia pada kondisi kecepatan n
konstan dan arus eksitasi If konstan
3. Karakteristik ini dapat bersifat drooping atau rising
14
7. PEMBENTUKAN TEGANGAN
Pembangkitan tegangan pada genertor DC mengikuti rumus :
E = c . n . volt ; = fungsi arus medan If.
A. KEGAGALAN TEGANGAN DAPAT TERJADI KARENA :
1. Tak ada remanensi
2. Arah putaran terbalik
3. Sambungan kumparan medan terbalik
4. Kecepatan terlalu rendah
5. Resistans belitan medan terlalu besar
6. Ada pengertian
7. Kecepatan kritis
8. Resistans kritis
15
8. REAKSI JANGKAR
A. ARUS BEBAN YANG MEGALIR PADA BELITAN JANGKAR, dapat :
1. Memperlemah fluks utama dari belitan medan
2. Membelokkan / menyebabkan distorsi fluks utama
B. AKIBATNYA :
1. Berpengaruh terhadap komutasi
Berkaitan dengan pengertian : MNA = Magnetic Neutral Axis
GMA = Geometric Neutral Axis
2. Berpengaruh terhadap regulasi tegangan
3. Memperbesar rugi-rugi tembaga
C. TIMBUL USAHA MENGATASI AKIBAT REAKSI JANGKAR :
1. Belitan komutasi
2. Belitan kompensasi
3. Resistans komutasi
4. Interpole
16
9. KERJA PARALEL 2 GENERATOR ARUS SEARAH
A. PERSYARATAN
1. Rated tegangan sama
2. Rated putaran sama
3. Tipe generator sama (shunt, seri dsb) sifatnya anjuran
B. KERJA PARALEL ATAS PERTIMBANGAN :
1. Kontinyuitas pelayanan
2. Kepentingan perawatan
3. Penambahan kapasitas daya
4. Meningkatan efisiensi
17
C. LANGKAH KERJA PARALEL
1. Mengoperasikan generator pertama (G1) pada rated tegangan dan putaran, boleh
berbeban atau tidak.
2. Mengoperasikan generator kedua (G2) pada rated putaran
3. Mengatur arus eksitasi generator G2 sampai tegangannya sama (floating) dengan
tegangan generator G1
4. Memasukkan saklar kopling pada busbar G1 dan G2
5. Menaikkan arus eksitasi G1 sampai G1 mengambil bagian sesuai prosen pembebanan
yang diinginkan
18
ASPEK OPERASI MOTOR ARUS SEARAH
1. PENGASUTAN
A. Metode pengasutan :
1. Starter tiga titik
2. Starter empat titik
3. Starter dengan kendali kecepatan
2. PENGENDALIAN KECEPATAN
A. Faktor pengendalian kecepatan :
U - Ia.Ra
n = ---------------- rpm
c.
19
B. Metode pengendalian putaran :
1. Pengendalian fluks : Pengendalian arus eksitasi
Pengaturan resistans medan
2. Pengendalian arus jangkar
Pengaturan resistans jangkar
3. Pengendalian tegangan jangkar
Regulator tegangan / Multiple Voltage Control
Metode Ward Leonard
Dengan piranti elektronis (statis) : phase control, PWM, Chopper.
20
3. KARAKTERISTIK MOTOR
A. Macam karakteristik :
1. Karakteristik torsi
Hubungan torsi dan arus pembebanan
2. Karakteristik kecepatan
Hubungan kecepatan dan pembebanan
3. Karakteristik torsi dan kecepatan
Diturunkan dari karakteristik torsi dan kecepatan
Contoh
1. Motor seri mempunyai watak torsi kuadratis terhadap arus beban, dianjurkan selalu terkopel
dengan beban. Cocok untuk beban dengan torsi asut tinggi.
2. Motor shut mempunyai torsi linear terhadap perubahan beban.
3. Yang produktif : Motor penguatan terpisah, memungkinkan untuk dilakukan pengendalian
medan maupun tegangan jangkar, baik secara elektronis maupun konvensional.
21
MESIN INDUKSI 3 FASE
1. KONSTRUKSI Stator (bagian yang diam), padanya terdapat belitan medan (umumnya 3 fase atau
kelipatannya).
Rotor (bagian berputar), padanya terdapat belitan jangkar (umumnya 3 fase atau
kelipatannya).
Mesin induksi umumnya motor induksi, sedangkan generator induksi kurang produktif,
sering ditinjau saat terjadi efek generating.
2. PRINSIP KERJA Belitan medan dicatu arus bolak balik 3 fase intinya menjadi kutub magnetik
bersifat medan putar selaras dengan frekuensi (f) arus masuk stator.
Belitan jangkar terhubung singkat (di dalam motor atau di luar motor dengan resistor)
pada belitan timbul ggl dan arus induksi.
Interaksi arus induksi pada rotor dan medan putar pada stator menghasilkan torsi putar
pada poros (rotor), dengan frekuensi sinkron ns.p/120 Hz. ns = kecepatan poros per menit, p
= jumlah kutub.
Oleh karena poros berputar setelah jangkar terjadi arus induksi, maka kecepatan poros
tertinggal atau terjadi slip terhadap medan putar, sebesar s = (ns –n}/ns. n = putaran rotor.
22
23
24
3. KLASIFIKASI MOTOR INDUKSI
1. Menurut tipe rotor :
Motor induksi rotor sangkar kurung
Motor induksi rotor lilit
2. Menurut tipe belitan sehubungan dengan pengendalian kecepatan
Motor induksi rotor sangkar kurung
Motor induksi rotor lilit dengan 3 kumparan
Motor induksi rotor lilit dengan 6 kumparan (Dahlander)
3. Menurut jumlah kecepatan :
Motor satu kecepatan, belitan Y atau
Motor dua kecepatan, belitan Dahlander
Motor dua kecepatan, belitan terpisah (separate windings)
Catatan : Ada motor 3 kecepatan atau lebih merupakan modifikasi dari tersebut di atas
25
4. TIPE PERLINDUNGAN
Umumnya disimbolkan dengan kode index protection (IP), diikuti angka arab dan alfabet.
Angka pertama perlindungan terhadap gangguan mekanis, angka ke dua terhadap cairan.
Contoh IP 23S, IP 44, IP 55
26
27
5. SIKLUS KERJA
Siklus kerja perlu diketahui, apakah motor tersebut
tipe kerja kontinu, atau putus sambung, misalnya
dikenal dengan kode tertentu.
Menurut stadart German VDE Rulers 0530/3.59
1) Continuous duty (DB)
2) Short time duty (KB)
3) Continuous duty with short time loading (DKB)
4) Intermittent duty (AB)
5) Continuous duty with intermittent loading (DAB)
6) Contnuous periodic duty (DSB)
7) Intermittent periodic duty (ASB)
28
6. PENGENDALIAN KECEPATAN
Motor induksi rotor sangkar kurung pengendalian slip mengatur tegangan masuk rotor
secara elektromekanis atau elektronis.
Motor induksi rotor lilit dengan 3 kumparan (tipe sangkar tupai) metode Y/
Motor induksi rotor lilit dengan 6 kumparan (Dahlander) metode mengubah kutub Y/YY
atau /YY.
29
MESIN SINKRON
Mesin sinkron yang produktif dioperasikan sebagai generator.
1. KONSTRUKSI Stator (bagian yang diam), padanya terdapat belitan jangkar 3 fase.
Rotor (bagian berputar), padanya terdapat belitan medan.
30
2. PRINSIP KERJA Belitan medan dicatu arus searah intinya menjadi kutub magnetik unipolar U atau S.
Apabila poros diputar Belitan jangkar dipotong garis gaya dari medan pada belitan
tersebut timbul ggl dan arus induksi 3 fase dengan frekuensi n.p/120 Hz. N = putaran poros
per menit, p = jumlah kutub.
3. PEMBANGKITAN TEGANGAN Kumparan medan diberi arus eksitasi dc
Rotor diputar pada kecepatan sinkron
Pada jangkar di stator terbangkit EMF (GGL) sebesar :
31
E = 4,44. .f.ns volt rms dengan frekuensi f = (ns.p)/120 untuk pitch penuh
E = 4,44. Kd.Kp. .f.ns volt rms untuk fractional pitch penuh
Kd = faktor distribusi
Kp = faktor pitch
2. REAKSI JANGKAR Reaksi jangkar tergantung :
Besar beban
Tipe beban ( faktor daya beban )
Generator berbeban ketiga fase arus jangkar fluks pada celah udara
Sifat fluks arus jangkar memperkuat/memperlemah fluks utama
o GGL Eg = 4,44. Kd.Kp. g .f.ns volt
o g = fluks resultans di celah udara atau (m + j)
3. REAKTANS SINKRON (Xs) Pengaruh reaksi jangkar terhadap tegangan
Pengaruh fluks reaksi jangkar pada reaktans jangkar Xa
Pengaruh fluks bocor pada celah udara seolah punya reaktans bocor Xl
Reaktans sinkron Xs = Xa + Xl
32
4. UNTAI EKIVALEN Tegangan yang dibangkitkan E
Impedans generator : Z = Ra + j Xs
resistans efektif belitan jangkar Ra
reaktans sinkron Xs
Tegangan terminal V
Hubungan : E = V + I (Ra + j Xs )
5. REGULASI TEGANGAN
E - V
Regulasi = X 100 %
V
Komponen Regulasi tegangan :
o Tegangan pembangkitan E
o Impedans generator Z = Ra + j Xs
o Arus beban dan Faktor daya Cos I
33
E = V + I (Cos + j Sin )(Ra + j Xs)
6. KARAKTERISTIK GENERATOR
1. Karakteristik Tegangan
Menggambarkan tingkah laku tegangan terminal terhadap perubahan arus eksitasi
Gen berbeban Kejenuhan inti stator berpengaruh terhadap Xa dan Xl
Gen tak berbeban Kejenuhan inti rotor stator berpengaruh terhadap tanggapan I f
Faktor daya beban berpengaruh terhadap tegangan generator
Kegunaan : untuk menghitung regulasi tegangan berdasar hasil tes, untuk generator baru atau
sebabis perbaikan
2. Karakteristik Luar
Menggambarkan tingkah laku tegangan terminal dan arus jangkar untuk berbagai faktor daya.
Kegunaan : untuk menentukan kebutuhan arus eksitasi pada beban tertentu.
3. Karakteristik Hubung Singkat
Menggambarkan hubungan arus penguatan dan arus jangkar dalam keadaan tegangan terminal
gen. terhub. Singkat
Kegunaan : Bersama karakteristik tegangan untuk menghitung regulasi tegangan
34
7. KAPABILITAS GENERATOR
Kurve yang berusaha melukiskan kapasitas suatu generator berdasar batasan-batasan
komponen pendukungnya, seperti kapasitas belitan stator, belitan rotor, penggerak mula dan
sebagainya.
8. KERJA PARALEL GENERATOR
1. Aspek sinkronisasi
Perhatian terhadap urutan fase (khusus untuk awal instalasi/sehabis perbaikan)
Penyamaan tegangan
pengendalian putaran penggerak mula
pengendalian arus eksitasi kumparan medan
Penyamaan frekuensi
pengendalian putaran penggerak mula
Penyamaan fase
pengendalian pemercepat putaran penggerak mula
35
2. Torsi penyingkron/penolak
Tingkah laku generator pasca sinkron akibat ayunan pembebanan
3. Pengatur tegangan otomatis (AVR)
4. Pengatur bahan bakar/uap/gas (Governor)
5. Aspek pembebanan/pembagian beban
Pengaturan arus eksitasi oleh AVR otomatis/manual
Pengaturan putaran oleh governor
9. PERSYARATAN
Rated tegangan sama
Rated putaran sama
Tipe generator sama
Tipe hubungan trafo ( jam trafo) untuk generator yang menggunakan trafo.
9. LANGKAH KERJA PARALEL MANUAL
36
Mengoperasikan generator pertama (G1) pada rated tegangan dan putaran, boleh berbeban
atau tidak.
Mengoperasikan generator kedua (G2) pada rated putaran
Mengatur arus eksitasi generator G2 sampai tegangannya sama (floating) dengan tegangan
generator G1
Mengatur phase dengan pengamatan melalui sinkronoskop, sampai terjadi time phasing
(tegangan G1 dan G2 sefase)
Memasukkan saklar kopling pada busbar G1 dan G2
Menaikkan arus eksitasi G1 sampai G1 mengambil bagian sesuai prosen pembebanan yang
diinginkan
Catatan : Kerja paralel secara manual menimbulkan masalah kestabilan dan keandalannya setelah
pasca proses paralel, apakah masing-masing generator mampu bertahan dengan adanya perubahan
beban yang mungkin terjadi setiap saat. Langkah kerja paralel 2 generator arus bolak balik sangat
memerlukan pengalaman berlatar belakang kelistrikan tentang pengoperasian generator.
Mengingat kendala pengoperasian 2 generator arus bolak balik cukup rumit, umumnya
pengoperasian paralel dituntut adanya otomatisasi, kecuali dalam kasus darurat.
37
SELESAI