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