RANGKUMAN TEKNIK TENAGA LISTRIK Bab 1 – Intro Machinery Principles
Mesin listrik adalah alat yang dapat mengkonversi energi mekanik ke energi electric (Generator) atau mengonkonversi energi elektrik ke energi mekanik (motor) dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Induksi elektromagnetik adalah proses transfer energi tanpa terhubung secara elektris namun terhubung secara magnetis.
Berikut adalah bagan mesin listrik
PERBEDAAN AC DAN DC
NO. Alternating Current Direct Current
1. Ada pembalikan polaritas Tidak ada pembalikan polaritas 2. Memiliki segitiga daya S, P, Q Hanya memiliki 1 macam daya [P] 3. 0 < Power Factor < 1 Power Factor = 1
4. Memiliki frekuensi elektris Tidak memiliki frekuensi elektris
5. Transmisi mudah Transmisi sulit
6. R, L short circuit, C open circuit R, L & C dapat dapat menyimpan
8. Generator AC Generator DC
Rugi energi pada inti feromagnetik a. Hysteris Lose
Saat mengaplikasikan tegangan arus AC pada winding inti, flux pada inti adalah 0, saat arus naik untuk pertama kali, flux pada inti mengikuti jalur ab, namun saat arus nya turun lagi, flux keluar ke batasan yang berbeda dari yang awal nya ia ikuti saat arus naik. Jumlah flux yang ada di inti tergangung tidak hanya dari jumlah arus yang di berikan ke winding inti namun juga dari flux sebelumnya yang ada pada inti (residual flux). Ketergantungan dari flux sebelum nya dan kegagalan untuk mengikuti jalur sebelumnya disebut hysteresis. Batasan bcdeb yang keluar di gambar disebut hysteris loop.
b. Eddy Current losses
Kerugian akibat ketidakmurnian bahan, yang berbentuk panas. Seperti namanya, Eddy Current, arus yang berputar dengan jalur nya sendiri, cara untuk menangani nya adalah laminasi,
memotong menjadi kecil lalu menyekat dengan mika agar putaran-putaran arus Eddy ini jadi makin kecil.
Bab 2 – Transformers
Transformator adalah mesin listrik statis yang mengubah tegangan AC dari suatu level ke level
tegangan AC lain namun tanpa mengubah frekuensi dan dengan daya yang tetap dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Pada sistim transmisi trafo digunakan untuk mengurangi level arus agar mengurangi daya yang hilang juga dengan cara menaikkan level tegangan dan hal itu
membutuhkan trafo. Dengan trafo, dapat menurunkan atau menaikkan tegangan dengan mudah (step-up dan step-down trafo).
Tipe dan konstruksi dari trafo
Trafo terdiri dari inti besi dan kumparan. Inti besi merupakan bagian yang berfungsi untuk tempat mengalir nya fluks magnetic. Kumparan merupakan lilitan yang mengakibatkan induksi medan magnet. Kumparan ada 2 pada trafo yaitu kumparan sekunder dan kumparan primer. Kumparan primer adalah kumparan yang diberikan arus AC dan yang menginduksikan medan magnet ke kumparan sekunder (field winding). Kumparan sekunder adalah kumparan yang terinduksi medan magnet dari kumparan primer (armature winding) dan merupakan tempat GGL Induksi dihasilkan. Trafo daya di konstruksi dari 1 atau 2 tipe inti. 1 tipe dari konstruksi terdiri dari persegi berbahan besi yang di laminasi dengan winding transformer yang dililit di sekeliling sisi dari persegi, tipe seperti ini disebut core form dan tipe lainnya adalah shell form yang terdiri dari 3 kaki inti yang dilaminasi dengan winding yang terlilit disekitar kaki yang tengah (liat gambar aja, lebih jelas). Perbedaan antara core type dan shell type ini adalah :
CORE TYPE SHELL TYPE
Leakage flux lebih banyak Leakage flux lebih sedikit Pemasangan 3 fasa terbilang lebih sulit Pemasangan 3 fasa lebih mudah
Trafo daya ini bervariasi, ada transformer yang dikoneksi kan ke output dari generator dan digunakan untuk step up tegangan ke level transmisi yang biasanya disebut unit transformer da nada juga transformer pada ujung saluran transmisi yang digunakan buat step down tegangan ke level distribusi yang disebut substation transformer. Transformer yang mengambil tegangan distribusi dan step down ke tegangan final ke daya yang benar benar digunakan (110, 208, 220, dll) dan disebut distribution transformer.
Selain trafo daya, ada juga transformer yang dibuat untuk kebutuhan khusus, yang pertama adalah alat yang digunakan khusus untuk sample tegangan tinggi dan menghasilkan tegangan sekunder rendah yang secara langsung proporsional dan disebut potential transformer. Potential transformer hanya di desain untuk menangani arus kecil saja. Yang kedua adalah alat yang di desain untuk menghasilkan arus sekunder yang sangat kecil tapi proporsional dengan arus primer nya dan disebut current transformer.
Ideal transformer
Syarat yang dibutuhkan untuk mengkonversikan transformer ke ideal transformer adalah: 1. Inti tidak boleh ada hysterys dan eddy currents
2. Kurva magnetisasi harus bentuk seperti digambar (NpIp=NsIs) dengan magnetomotive force net = 0
3. Flux bocor di inti harus 0
4. Resistansi dari winding trafo harus 0 Rugi rugi pada transformer
1. Copper losses – rugi resistive berbentuk panas pada winding primer dan sekunder di trafo (I.I.R)
2. Eddy current losses – rugi resistive berbentuk panas pada inti transformer.
3. Hysteris losses – di asosiasikan dengan pengaturan kembali domain magnetic di inti selama setengah siklus
4. Leakage flux – fluks ∅ LP dan ∅ LS yang keluar dari inti dan melewati hanya satu dari winding transformer. Fluks yang keluar dari memproduksi induktansi bocor pada kumparan primer dan sekunder.
a. Primer voltage level dan b. secondary voltage level
Transformer 3 fasa Wye-Wye connection
Kelemahan pada koneksi Y-Y:
1. Jika beban pada rangkaian trafo tidak seimbang, maka tegangan pada fasa trafo bisa jadi sangat tidak seimbang
2. Tegangan Third-harmonic bisa jadi besar(?) Persamaannya:
Wye-Delta connection: Persamaannya:
Delta-wye connection
Delta-delta connection
Rating tegangan dan frekuensi pada trafo
Bila tegangan steady state: v(t) = VM sin wt
Bila trafo 60 Hz di operasikan pada 50 Hz maka tengangan yang diberikan harus dikurangi 1/6 atau puncak flux pada inti akan terlalu tinggi. Pengurangan terhadap tegangan yang diberikan dengan frekuensi disebut derating.
BAB Mesin DC
Mesin DC adalah generator yang dapat mengkonversikan energi mekanis ke energi elektris DC dan motor yang dapat mengkonversikan energi elektrik DC ke energi mekanik dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Mesin DC mempunyai output DC hanya karena ada mekanisme pada mesin DC yang mengkonversikan tegangan internal AC ke tegangan DC di terminal.
Alasan penggunaan motor DC: 1. Stabil
2. Mobile Sumber DC:
1. Stator:
a. Magnet permanen
b. Sumber medan magnet utama (Field) c. Terbuat dari besi, tembaga
2. Rotor
a. Armature
b. Terbuat dari tembaga c. Tempat mengalir nya arus d. Inti & Kumparan
e. Komutator
i. Penyearah, mengubah AC menjadi DC pada generator serta menjaga arah putar 360 derajat pada motor
f. Brush
i. Tempat mengalir nya catu, terbuat dari karbon, grafit, metal grafit, atau campuran karbon dan grafit. Mempunyai konduktivitas yang tinggi untuk mengurangi loss electric dan frictionless untuk mengurangi aus. Namun terdapat kelemahan dengan menggunakan brush yaitu
Motor DC dengan 1 lilitan armatur
Berdasarkan kaidah tangan kanan, akan muncul F dengan arah ke bawah kawat AB dan F keatas untuk kawat CD. Bila dialiri arus dengan polaritas seperti ini, dan dalam pengaruh medan magnet, keadaan ini akan mengakibatkan motor berputar berlawanan arah jarum jam
Pada kondisi dibawah ini pada posisi horizontal, arus kini mengalir dengan arah DCBA, dengan arah arus ini, F akan bergerak seperti di gambar sehingga putaran motor akan menjadi 360 derajat, dan seterusnya begitu.
Generator DC
Pada generator DC, rotor digerakkan secara mekanis. Karena kawat berada dalam lingkup medan magnet, dan adanya torsi, maka akan timbul arus yang arahnya sesuai dengan kaidah tangan kanan
Sama hal nya dengan motor DC, saat posisi vertical, terminal akan terputus dengan komutator, sehingga tidak ada arus/tegangan yang mengalir/dibangkitkan
Karakteristik motor DC 1. DC Seri:
a. Torsi awal tinggi
b. Tidak stabil dengan pertambahan beban 2. DC Shunt
a. Torsi awal rendah
b. Lebih stabil dengan pertambahan beban 3. Compound
a. Torsi awal tidak setinggi DC seri motor, tidak serendah motor DC shunt b. Tidak lebih stabil dari motor DC Shunt untuk pertambahan beban, lebih stabil
disbanding motor DC Permasalhan komutasi
1. Armature Reaction
Adalah jika dihubungkan beban di terminal mesin, dan arus mengalir di armature winding arus yang mengalir itu akan memproduksi medan magnet nya sendiri sehingga akan mendistorsi medan magnet original dari pole mesin, distorsi flux pada mesin saat beban meningkat ini disebut dengan armature reaction. Dapat menyebabkan neutral plane shifting dan flux weakening
2. L di/dt voltages
Terjadi di segmen komutator yang di short oleh brush yang biasanya disebut inductive kick. Biasanya dapat menyebabkan percikan api di brush.
Cara menanggulangi nya 1. Brush shifting
2. Commutating poles or interpoles 3. Compensating winding
Perbedaan AC dan DC
AC DC
Memiliki frekuensi (50Hz atau 60Hz) Tidak memiliki frekuensi f = 0Hz Mengalami perubahan polaritas Tidak ada mengalami perubahan polaritas
1 phasa dan 3 phasa 1 phasa
0 < PF < 1 PF = 1
Memiliki 3 macam daya, S, P, dan Q dimana
S = daya yang di bangkitkan (semu) P = daya yang digunakan (aktif) Q = daya reaktif (tidak terbuang)
S=VI (daya semu, daya yang dibangkitkan)
P=VI cos 0 (daya nyata, daya yang digunakan/diserap)
Q=VI sin 0 (daya reaktif/wasted)
Hanya 1 daya, P
Adanya efek komponen R, L, C Hanya R Tidak dapat disimpan untuk jangka waktu
Generator -Trafo step up -Trafo step
down - Beban Generator - Inverter – Trafo -TrafoRectifier – Beban Pembangkitan lebih mudah karena output
generator langsung sumber AC
Pembangkitan lebih sulit sebab harus dierarahkan dengan menggunakan
komutator
MESIN ASINKRON (MESIN INDUKSI) DEFENISI
Mesin asinkron adalah mesin yang kecepatan medan putar stator dan kecepatan putar rotor tidak sama (tidak sinkron).
Motor induksi adalah mesin listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik dimana kecepatan putar medan stator tidak sama dengan kecepatan putar rotor.
KONSTRUKSI MOTOR INDUKSI 1. STATOR
Motor induksi memiliki bentuk stator yang sama dengan mesin sinkron, namun berbeda konstruksi rotor.
Stator merupakan bagian dalam sebuah mesin induksi yang berfungsi sebagai stasioner yang penempatannya biasanya mengelilingi rotor. Selain itu stator juga berfungsi untuk menghasilkan medan magnet utama (field winding). Bagian dari stator ialah inti dan lilitan.
Inti merupakan tempat terbuatnya medan magnet. Terbuat dari bahan ferromagnetic yang memiliki permeabilitas yang 2000-6000 kali lipat lebih besar dibandingkan dengan udara. Sehingga berdasarkan rumus. Semakin tinggi permeabilitas, semakin besar medan magnet yang dihasilkan yang nantinya digunakan untuk memunculkan fluks
Sedangkan lilitan pada stator berguna sebagai media untuk mengalirkan arus listrik. 2. ROTOR
Rotor adalah bagian dari motor yang berputar pada sumbu rotor itu sendiri. Perputaran ini disebabkan adanya medan magnet dan lilitan kawat pada rotor. Bagian rotor mendapatkan induksi dari stator. Perbedaan komponen/bagian-bagian masing-masing rotor. mempengaruhi besar torsi. Semakin besar thanan maka semakin besar torsi awalnya
2. Slip ring terbuat dari tembaga yang berguna untuk menghubungsingkat rangkaian/lilitan pada rotor
Maka, pada pada Wound Rotor, dengan adanya brush ini maka torsinya dapat diatur sesuai dengan keinginan. Namun, dikarenakan brush terbuat dari bahan graphitelike carbon, akan terkikis seiring berjalannya waktu, karena bergesekan dengan besi, maka dibutuhkan perawatan yang lebih dibandingkan dengan Squirrel Cage rotor (slip ring turut membutuhkan maintenance). Dari segi harga pun, Wound rotor lebih mahal dibandingkan dengna Squirrel Cage motor.
Secara umum, kekurangan motor induksi adalah
1. Arus start lebih besar 5-8x arus nominal sehingga dibutuhkan rangkaian starting untuk menngurangi arus start
2. Sulit mengontrol kecepatan
3. Power factor rendah dikarenakan murni menggunakan prinsip induksi dari stator dan rotor. Power factor system rendah dan lagging
Keuntungan motor induksi 1. Harga murah
2. Konstruksi kuat dan tahan lama
3. Tidak dibutuhkan maintenance yang banyak RANGKAIAN EKUIVALEN
Rangkaian ekuivalen merupakan pemodelan matematis suatu system yang digunakan untuk memudahkan analisis.
Motor induksi bergantung pada induksi arus dan tegangan pada rangkaian rotor yang berasal dari rangkaian stator. Dikarenakan induksi tegangan dan arus pada rangkaian rotor motor induksi adalah operasi transformer, maka rangkaian ekuivalen motor induksi mirip dengan rangkaian ekuivalen transformator.
Motor induksi hanya di supply pada rangkaian stator, maka disebut dengan singly excited.
Pada motor induksi, ketika tegangan diberikan pada kumparan stator, tegangan diinduksikan ke kumparan rotornya. Secara umum, semakin besar relative motion antara rotor dan medan magnet stator, semakin besar tegangan rotor dan frekuensi rotor yang dihasilkan.
Kondisi locked-rotor atau blocked-rotor terjadi ketika terjadi relative motion paling besar, yaitu ketika rotor diam. Maka tegangan dan frekuensi rotor maksimum diinduksikan di rotor. Tegangan saat locked-rotor disebut ER0
Besarnya tegangan dan frekuensi tegangan yang diinduksikan sebanding dengan slip rotor. Maka besar tegangan yang diinduksikan pada slip tertentu ER adalah
POWER FLOW DIAGRAM
Motor induksi dapat dideskripsikan sebagai transformer yang berputar. Inputnya adalah tegangan dan arus 3 phasa. Untuk trafo, outputnya adalah daya listrik dari kumparan sekunder. Sedangkan di motor induksi, kumparan sekunder di short, sehingga tidak ada keluaran listrik nya (pada keadaan normal/ideal). Output motor adalah mekanikal. Hubungan antara input daya listrik dan output daya mekanik dideskripsikan pada power flow diagram.
Pin dalam bentuk tiga phasa. Rugi rugi yang terjadi pertama kali ialah PSCL = I2R. Lalu rugi Pcore, dimana yang terjadi ialah rugi histerisis dan arus eddy pada inti stator. Daya sisa hingga titik ini di transfer ke rotor melalui air-gap yang berada di antara stator dan rotor. Daya disini disebut dengan PAG (Air gap power). Setelah daya di transfer ke rotor, beberapa dari daya tersebut mengalami rugi tembaga dinamakan PRCL yaitu rugi I2R.
Kemudian, sisanya di konversikan dari elektrikal ke mekanikal (PCONV). Lalu disini terjadi rugi-rugi gesekan dan windage (PF&W) dan juga terjadi rugi-rugi yang tidak terdeteksi yang pasti ada (PMISC). Daya sisa setelah dikurangi rugi-rugi yang disebutkan diatas, adalah daya output motor POUT.
Bila daya F&W dan misc diketahui, daya output adalah
Torsi yang diinduksikan atau developed torque adalah
PRINSIP KERJA
Saat stator dicatu daya AC, berdasarkan hukum Ohm bahwa arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya V = IR, maka timbul arus pada stator (Is). Kemudian, timbul intensitas medan magnet pada stator (Hs). Hal ini berdasarkan hukum Ampere I =
∮
H dl . Munculnya intensitas medan magnet akan menimbulkan medan magnet (B) karena menembus bahan (ferromagnetic) yang memiliki permeabilitas yang tinggi. Sebab B = μ H (Hukum Biot Savart). Medan magnet yang timbul akan menghasilkan fluks ϕ di stator dimana berdasarkan hukum Gauss bahwa fluks ϕ=BAcosθ . Dimana cosθ adalah sudut antara sudut datang B dengan garis normal (perpendicular terhadap permukaan bidang A). Fluks yang timbul ini akan mengenai bagian rotor sehingga ketika fluks magnetic melalui kumparan kawat akan menghasilkan GGL (Gaya Gerak Listrik) ( ε ) dimana berdasarkan hukum Faraday.Dimana V adalah kecepatan relative medan putar stator dengan rotor.
Setelah itu, muncul arus pada rotos (IR). Kemudian diikuti dengan kemunculan HR (Intensitas medan magnet di Rotor) dan BR (Medan magnet di Rotor). Kemunculan semua ini
mengakibatkan munculnya torsi pada putaran rotor τ τ=k BR× BS
τ adalah torsi yang diinduksikan, yang membuat rotor tetap berputar.
Kurva karakteristik Torsi VS Putaran
1. Adalah kondisi saat Br maksimum. Ini adalah kondisi saat pengasutan. Rotor dalam keadaan diam, slip=1 dan daya mekanis bernilai nol
2. Adalah kondisi saat motor mulai bergerak dimana besar slip menurun, arus mengalir di rotor turun menurun sehingga Br juga menurun. Karena ada penurunan slip ini, frekuensi rotor fr juga menurun sehingga Xr menurun dikarenakan X=j2πfL . Disisi lain, pf akan meningkat hingga nilai maksimum dan Br akan turun hingga mencapai nilai minimum.
3. Adalah keadaan pull-out dimana pf telah mencapai nilai maksimum dan Br mencapai nilai minimum. Pada keadaan ini torsi motor mencapai keadaan maksimumnya. 4. Terjadi penurunan torsi yang hampir secara linear karena Br akan turun hingga titik
paling rendahnya kembali.
CARA PENGASUTAN MOTOR INDUKSI
1. Direct On Line : Starting langsung, biasa dilakukan pada motor dengan daya kecil. Arus start mencapai 4-7x arus beban penuh
2. Wye Delta : Saat start menggunakan hubungan Wye (star), kumparan stator hanya mendapat 1/
√
3 tegangan line. Sehingga torsi awal juga rendah. Saat mendekati speed normal, motor akan terhubung delta. Starter ini akan bekerja dengan baik saat motor tidak dibebani dengan berat3. Autotransformer starter : menghubungkan motor pada tap sekunder autotrafo terendah. Beberapa saat kemudian motor dipercepat dengan terputusnya rangkaian autotrafo dan motor terhubung pada tegangan penuh
5. Frequency drive : Dengan mengatur ffrekuensi yang diberikan ke motor dan dinaikkan secara perlahan sesuai dengan persamaan :
n=120× f p
MESIN SINKRON DEFENISI
Mesin sinkron adalah mesin yang kecepatan medan putar stator dan kecepatan putar rotor sama (sinkron).
Generator sinkron adalah mesin listrik yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik dimana kecepatan putar medan stator sama dengan kecepatan putar rotor.
Pada generator sinkron, medan magnet rotor diproduksi dengan mendesain rotor menggunakan magnet permanen atau dengan mengaplikasikan arus dc pada kumparan rotor untuk menciptakan electromagnet. Rotor generator diputar menggunakan prime mover, sehingga terbentuk medan magnet putar dalam mesin. Medan magnet putar ini akan menginduksikan tegangan tiga phasa dalam kumparan stator generator.
Kumparan medan adalah kumparan yang menghasilkan medan magnet utama pada mesin. Pada mesin sinkron, kumparan medan adalah kumparan pada rotor.
Kumparan armature atau jangkar adalah kumparan dimana tempat tegangan utama diinduksikan. Pada mesin sinkron, kumparan jangkar adalah kumparan pada stator.
Generator sinkron dibutuhkan karena kemudahannya dalam mengatur frekuensi yang dihasilkan seiring dengan kenaikan beban generator. Sebab
f= np 120
Dengan meningkat beban, kecepatan rotor akan semakin kecil, menyebabkan frekuensi yang dihasilkan mengecil sebab n~f . Untuk itu dibutuhkan governor set yang menyebabkan prime mover dapat menggerakan rotor generator agar frekuensi konstan seiring kenaikan beban.
Governor set – Prime mover – Generator
Selain itu, keuntungan generator sinkron adalah tingkat keefisienan generator ini lebih tinggi dibandingkan dengan generator asinkron.
Alasan digunakan sumber DC yang di-supply-kan pada rangkaian medan utama di rotor adalah sebagai berikut.
Saat kumparan dialiri arus bolak-balik (AC), maka akan ada nilai pada dϕ
Dua cara mengalirkan arus DC ke rotor
1. Sumber dc dari sumber eksternal dc ke rotor melalui slip dan brush
2. Sumber dc melalui sumber yang khusus langsung ke shaft generator sinkron.
Slip ring adalah cincin metal yang melingkari shaft tetapi terinsulas dari shaft. Setiap ujung kumparan rotor dihubungkan pada masing-masing slip ring yang berada pada shaft.
Brush adalah batangan graphitelike carbon yang mengkonduksikan listrik, tetapi memiliki low friction dan tidak merusak slip ring.
Bila positif dc dihubungkan dengan satu brush dan negative dc dihubungkan ke brush lain, polaritas dc yang diberikan akan tetap sama tidak bergantung pada posisi angular atau kecepatan rotor.
Kekurangan brush dan slip ring adalah meningkatkan kebutuhan maintenance sebab brush harus di cek secara regular. Selain itu, adanya voltage drop di brush yang menyebabkan rugi-rugi yang cukup signifikan. Oleh karena itu brush dan slip ring digunakan untuk generator sinkron kecil, sebab tidak ada metode lain untuk mensupply dc yang cost-effective.
Keuntungan menggunakan brush adalah tidak merusak tembaga/inti, murah, low friction, medan magnet dapat diatur besarnya.
Untuk generator yang lebih besar, digunakan brushless exciters. Menggunakan small ac generator dimana rangkaian medannya dipasangkan pada stator dan rangkaian armaturnya dipasangkan pada shaft rotor. Output tiga phasa generator kecil ini di searahkan menjadi dc dengan rangkaian rectifier yang juga dipasangkan pada shaft generator, dan juga output tiga phasa generator kecil ini dialirkan ke rangkaian medan dc utama.
V 3 ϕ (stator) – DC (stator) – V 3 ϕ (rotor) – DC (rotor)
Dengan mengontrol arus dc ini (yang berada di stator), memungkinkan untuk mengatur arus medan pada mesin tanpa slip dan brush.
Brushless exciters membutuhkn maintenance yang lebih sedikit dibandingkan dengan menggunakan brush dan slip ring.
generator ac kecil dengan magnet permanen. Pilot exciter ini menghasilkan sumber dc untuk rangkaian medan yang mengontrol rangkaian medan dari mesin.
Magnet permanen (rotor) – V 3 ϕ (stator) – DC (stator) – V 3 ϕ (rotor) – DC (rotor)
Keuntungan tanpa brush adalah berkurangnya flash over. Namun, menggunakan magnet permanen, medan magnet tidak dapat di atur.
Kebanyakan generator sinkron brushless exciters juga mempunyai slip ring dan brush yang merupakan sumber tambahan yang digunakan untuk emergency.
KONSTRUKSI MESIN
Kutub magnet rotor dapat berupa salient (menonjol) dan non-salient.
Non-salient biasa digunakan pada motor dengan jumlah kutub 2 atau 4 dan untuk motor dengan kecepatan tinggi.
Sedangkan rotor salient digunakan untuk motor dengan jumlah kutub 4 atau lebih dan untuk motor dengan kecepatan tidak tinggi.
1. Stator : bagian generator yang tidak bergerak
b. Inti : terbuat dari bahan ferromagnetic, bahan dengan permeabilitas yang tinggi dan juga berlapis lapis dari lembar-lembar besi yang di insulasi guna mengurangi eddy current
2. Rotor : bagian generator yang bergerak/berputar a. Inti : sama dengan atas
b. Field winding : tempat terbentuknya/terjadinya medan magnet utama c. Slip ring : Terbuat dari Cu, tempat mengaliri arus
d. Brush : telah dijelaskan sebelumnya
e. Shaft : bagian yang terhubung dengan prime mover
PRINSIP KERJA
Rotor diberikan input tegangan dc Vdc. Timbul arus dc Idc pada rotor (berdasarkan hukum Ohm V= IR). Selanjutnya, akan timbul intensitas medan magnet di rotor (H) berdasarkan hukum Ampere I =
∮
H dl . Muncul intensitas medan magnet akan mengakibatkan munculnya medan magnet B pada rotor dimana berdasarkan hukum Biot Savart bahwa B = μ H. Medan magnet yang timbul akan menghasilkan fluks ϕ di stator dimana berdasarkan hukum Gauss bahwa fluks ϕ=BAcosθ . Dimana cosθ adalah sudut antara sudut datang B dengan garis normal (perpendicular terhadap permukaan bidang A). Fluks yang timbul ini akan mengenai bagian stator sehingga ketika fluks magnetic melalui kumparan kawat akan menghasilkan GGL (Gaya Gerak Listrik) ( ε ) dimana berdasarkan hukum Faraday dan Lenz.ε=−N dϕ dt
Selanjutnya, GGL menyebabkan munculnya tegangan dan arus di terminal generator sinkron.
RANGKAIAN EKIVALEN
Rf dan Lf adalah kumparan rotor. jXs adalah total dari self inductance dan reactance armature ( di rotor)
Rangkaian ekuivalen adalah pemodelan matematis yang merepresentasikan sebuah system guna mempermudah dalam penganalisaan dan perhitungan.
Saat open loop Ea = V ϕ
Hal yang menyebabkan Ea tidak sama dgn V ϕ adalah 1. Armature reaction
Apabila ada beban yang terhubung pada terminal, maka arus mengalir, kemudian akan timbul medan magnet di stator. Medan magnet di stator ini akan mengganggu medan magnet rotor. Hal ini menyebabkan perubahan fasa tegangan. Hal ini lah yang dinamakan dengan armature reaction. Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub utama dari generator saat tanpa beban disebut dengan fluks medan utama. Fluks ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul ggl induksi. Saat generator dihubungkan pada beban di terminalnya, maka penghantar armature akan timbul arus jangkar. Arus ini mengakibatkan timbul fluks pada armature yang disebut dengan medan armature. Pengaruh reaksi jangkar yaitu medan utama tidak tegak lurus pada garis netral, namun bergeser sebesar α yang kemudian melemahkan tegangan nominal generator.
V ϕ (V terminal) = Ea –IaRs – Ia jXs (Berdasarkan rangkaiana ekivalen) DIAGRAM FASOR
Saat tengangan pada fasa (Ea, Vphasa, jXsIa dan RaIa) dan arus Ia pada fasa di plot untuk menunnjukan hubungan antarnya, hasil plot tersebut disebut dengan diagram fasor.
1. Saat beban resistif (pf unity)
2. Saat beban induktif (pf lagging)
3. Saat beban kapasitif (pf leading)
PARALEL GENERATOR SINKRON
Karena dibutuhkan beban yang selalu meningkat, maka diperlukannya produksi daya yang besar. Salah satunya adalah tegangan interkoneksi generator-generator sehingga dihasilkan daya yang cukup besar untuk mensupply beban.
Syarat ntuk memparalel generator
2. Urutan fasa kedua generator harus sama 3. Beda fasa kedua generator harus sama
4. Frekuensi generator yang akan diparalelkan lebih tinggi sedikit dari frekuensi generator system (yang tengah berjalan)
Alasan memparalel generator
1. Efisien : mesin listrik akan efisien bila dibebani 75-100% maka lebih baik memparalel generator generator kecil dibandingkan satu generator berdaya besar.
2. Mempermudah saat preventive maintenance : Sehingga saat satu generator tengah di maintenance, tidak perlu mematikan system sebab system dapat disuplly oleh generator satunya lagi
3. Beban semakin meningkat, daya yang dibutuhkan turut meningkat, maka dibutuhkan parallel generator
4. Memperbaiki kualitas. Apabila terjadi failure pada satu generator, maka generator lain yang telah diparalelkan akan membackup daya yang akan disupply ke system.
Prosedur memparalel generator sinkron
1. Menyamakan Vrms dengan menggunakan voltmeter
2. Menyamakan urutan fasa menggunakan lightning bulb sebagai indicator. Saat nyala dan mati secara bersamaan, maka urutan fasa telah sama
3. Menggunakan synchroscope untuk mengetahui beda fasa. Bila jarum penunjuk synchroscope berputar berlawanan arah jarum jam, berarti frekuensi generator lebih tinggi. Pada saat jarum telah diam dan menunjuk pada kedudukan vertical, artinya beda fasa generator dan system adalah nol, kondisi ini yang dibutuhkan untuk memparalel kan generator.
4. Mengukur frekuensi kedua generator agar sesuai dengan syarat dengan menggunakan frequency meter.
HOUSE DIAGRAM
