AZAS GENERATOR DAN MOTOR LISTRIK MOTOR D

(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 T

m

akibat interaksi antara arus jangkar I

a

dan fluks



pada belitan

medan.

Mesin listrik dapat berupa :

 Mesin arus searah

(2)

Komparasi

Topik Motor/Generator DC

Motor Induksi Motor/Generat or sinkron

Rotor Belitan jangkar M : Arus DC

(3)

(4)

(5)

MESIN ARUS SEARAH

2.

KONSTRUKSI

A. Konstruksi Generator dan motor hampir sama:

1) Stator (bagian yang diam), terdapat : belitan medan.

(6)

3.

PRINSIP KERJA MESIN ARUS SEARAH

A. DASAR KEMAGNETAN

1) Medan magnet permanen

(7)

B. PENGERTIAN INDUKSI

(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 :

E

a

= c . n .



volt

dengan : Ea = ggl pada jangkar c = konstanta mesin n = putaran (rpm)  = fluks (weber).

(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

(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

Ea=Eb = ggl pada jangkar Ia = arus jangkar

Ra = resistans jangkar

U = tegangan terminal Rf = resistans medan

(11)

(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

(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

(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

(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 :

(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

(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

(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

(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

(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.

(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.

(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)

(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/

(29)

MESIN SINKRON

Mesin sinkron yang produktif dioperasikan sebagai generator.

1. KONSTRUKSI

 Stator (bagian yang diam), padanya terdapat belitan jangkar 3 fase.

(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

(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_E_g_{= 4,44. K}_d_.K_p_._g_.f.n_s_volt

o _g_{= fluks resultans di celah udara atau (}_m₊_j₎

3. REAKTANS SINKRON (X

s

)

 Pengaruh reaksi jangkar terhadap tegangan

 Pengaruh fluks reaksi jangkar pada reaktans jangkar Xa

 Pengaruh fluks bocor pada celah udara  seolah punya reaktans bocor 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 = R}_a_{+ j X}_s

(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

(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

(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.

(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

(37)