Diktat DTTL

7/23/2019 Diktat DTTL

1/69

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Energi Listrik

Energi listrik merupakan energi yang fleksibel, karena

mudah dikonversikan, dibangkitkan dan didistribusikan denganproses yang lebih mudah dan ekonomis dibandingkan dengan

bentuk energi yang lain.

Energi listrik didapat dari merubah bentuk energi

primer seperti bahan bakar fosil (minyak, gas alam, dan

batubara), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energilistrik. Generator sinkron (alternator) mengubah energi mekanisyang dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik.

PLT, PLT!, PLT" adalah penghasil listrik dengan

merubah energi gerak menjadi energi listrik. lat yang

digunakan untuk merubah energi gerak menjadi energi listrik

adalah generator.

1.2 Sistem Tenaga Listrik

#istem tenaga listrik merupakan sekumpulan pusat

listrik dan gardu induk (pusat beban) yang satu sama lain

dihubungkan oleh $aringan Transmisi sehingga merupakan

sebuah kesatuan interkoneksi.

Sistem Tenaga listrik terbagi :

1. Sistem Pembangkit Tenaga Listrik.

#istem pembangkit tenaga listrik berfungsi

membangkitkan energi listrik melalui berbagai ma%am

pembangkit tenaga listrik. Pada pembangkit tenaga listrik,sumber&sumber energi alam dirubah oleh penggerak mula

menjadi energi mekanis yang berupa ke%epatan atau putaran,

selanjutnya energi mekanis tersebut di rubah menjadi energi

listrik oleh generator.

'


2/69

2.Sistem Transmisi.

#istem Transmisi berfungsi menyalurkan tenaga listrikdari pusat pembangkit ke pusat beban melalui saluran

transmisi. #aluran transmisi akan mengalami rugi&rugi, makauntuk mengatasi hal tersebut tenaga yang dikirim dari pusat

pembangkit ke pusat beban harus ditransmisikan dengan

tegangan tinggi maupun tegangan ekstra tinggi.

3. Sistem Distribusi.

#istem "istribusi berfungsi mendistribusikan tenaga

listrik ke konsumen yang berupa pabrik, industri, perumahan

dan sebagainya. Transmisi tenaga dengan tegangan tinggi

maupun ekstra tinggi pada saluran transmisi di rubah pada

gardu induk menjadi tegangan menengah atau tegangandistribusi primer, yang selanjutnya diturunkan lagi menjadi

tegangan untuk konsumen.

Prinsip kerja dalam sistem tenaga listrik dimulai dari

bagian pembangkitan kemudian disalurkan melalui sistem

jaringan transmisi kepada gardu induk dan dari gardu induk inidisalurkan serta dibagi&bagi kepada pelanggan melalui salurandistribusi.

Tegangan generator pada umumnya rendah antara k

sampai *+ k, maka tegangan ini biasanya dinaikan dengan

transformator daya ke tingkat tegangan yang lebih tinggi antara

- k sampai -- k (dibeberapa negara maju bahkan sudah

sampai '--- k). Tingkat tegangan yang lebih tinggi ini, selain

untuk memperbesar daya hantar dari saluran yang berbandinglurus dengan kuadrat tegangan, juga memperke%il rugi&rugi

daya dan jatuh tegangan pada saluran.

Penurunan tegangan dari tingkat tegangan transmisi

pertama&pertama dilakukan pada gardu induk (G/), dimana

tegangan diturunkan ke tegangan yang lebih rendah, misalnyadari -- k ke '- k atau dari '- k ke 0- k.

*


3/69

1emudian penurunan kedua dilakukan pada gardu induk

distribusi dari '- k ke *- k atau dari 0- k ke *- k.Tegangan *- k ini disebut tegangan distribusi primer.

da dua kategori saluran transmisi, saluran udara(overhead lines) dan saluran kabel tanah (underground %able).

1.3 Pusat Listrik Tenaga Air PLTA!

Pusat listrik tenaga air (PLT) bekerja dengan %aramerubah energi potensial air (dari bendungan atau air terjun)

menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari

energi mekanik dirubah menjadi energi listrik (dengan bantuan

generator). Perbedaan vertikal antara batas atas dengan batas

ba2ah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai

tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalirakan memperoleh energi kinetik yang kemudian mendesak

sudu&sudu turbin. 3ergantung kepada tinggi terjun dan debit

air, dikenal tiga ma%am turbin yaitu4 Pelton, 5ran%is dan

1aplan.

1." Pusat Listrik Tenaga Ua# PLTU!

Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan bahan bakar

minyak, gas alam, atau batubara untuk membangkitkan panas

dan uap padaBOILER. !ap ini kemudian dipergunakan untuk

memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah

generator sinkron. !ap yang telah melalui turbin kemudian

menjadi uap bertekanan dan bersuhu rendah. !ap ini kemudian

dile2atkan melalui kondenser yang menyerap panas uaptersebut sehingga uap tersebut berubah menjadi air yang

kemudian dipompakan kembali menuju boiler.

1.$ Pusat Listrik Tenaga %as PLT%!

#ebagaimana halnya Pusat Listrik Tenaga "iesel, PLTGmerupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal

combustion). 3ahan bakar berupa minyak atau gas alam


4/69

dibakar di dalam ruang pembakar (combustor). !dara yang

memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama&sama dengan bahan bakar disemprotkan ke ruang pembakar

untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas sebagai hasilpembakaran ini kemudian bekerja sebagai fluida yang memutar

roda turbin yang terkopel dengan generator sinkron.

1.& Pusat Listrik Tenaga Nuklir PLTN!

Pada rea%tor air tekan (pressurized water reactor)

terdapat dua rangkaian yang seolah&olah terpisah. Pada

rangkaian pertama bahan bakar uranium&* yang diperkaya

dan tersusun dalam pipa&pipa berkelompok, disundut untuk

menghasilkan panas dalam rea%tor. 1arena air dalam bejana

penuh, maka tidak terjadi pembentukan uap, melainkan airmenjadi panas dan bertekanan. ir panas yang bertekanan

tersebut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui suatu

generator uap yang terbuat dari baja. Generator uap ini

kemudian menghasilkan uap yang memutar turbin dan proses

selanjutnya mengikuti siklus tertutup sebagaimana berlangsungpada turbin uap PLT!.

BAB II DASA' ELE(T')*A%NETI(

2.1 (+n,ersi Energi Elektr+mekanik

1onversi energi baik dari energi listrik menjadi energi

mekanik (motor) maupun sebaliknya dari energi mekanik

menjadi energi listrik (generator) berlangsung melalui mediummedan magnet. Energi yang akan diubah dari satu sistem ke

sistem lainnya, sementara akan tersimpan pada medium medan

magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi sistem

lainnya. "engan demikian, medan magnet di sini selain

berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi juga sekaligussebagai medium untuk mengkopel perubahan energi.

+


5/69

"engan mengingat hukum kekekalan energi, proses

konversi energi elektromekanik dapat dinyatakan sebagaiberikut (untuk motor)4

(Energi Listrik sebagai input) 6 (Energi 7ekanik

sebagai output 8 Energi panas) 8 (Energi pada

medan magnet dan rugi&rugi magneti%)

atau dalam persamaan differensial, konversi energi dari elektris

ke mekanis adalah sebagai berikut4

dWE= dWM+ dWF

/ni hanya berlaku ketika proses konversi energi sedangberlangsung pada keadaan dinamis yang transient. !ntuk

keadaan tunak, dimana fluks merupakan harga yang konstan,

maka

dWF6 -

dWE= dWM

2.2 %a-a %erak Listrik

pabila sebuah konduktor digerakkan tegak lurus

sejauh ds memotong suatu medan magnet dengan kerapatan

fluks 3, maka perubahan fluks pada konduktor dengan panjang

efektif ladalah4

d6 3 lds

"ari 9ukum 5araday diketahui bah2a gaya gerak listrik (ggl)

E 6 d:dt

7aka e 6 3 lds:dt; dimana ds:dt 6 v 6 ke%epatan


6/69

2.3 (+#el

rus listrik I yang dihasilkan di dalam suatu medanmagnet dengan kerapatan fluks B akan menghasilkan suatu

gayaF sebesar4

5 6 3 / l

$ika jari&jari rotor adalah r, maka kopel yang dibangkitkanadalah

T 6 5 r

Perlu diingat bah2a saat gaya 5 dibangkitkan,

konduktor bergerak di dalam medan magnet da seperti

diketahui akan menimbulkan gaya gerak listrik yangmerupakan reaksi (la2an) terhadap tegangan penyebabnya.

gar proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik

(motor) dapat berlangsung, tegangan sumber harus lebih besar

daripada gaya gerak listrik la2an.

3egitu pula, suatu gerak konduktor di dalam medan magnetakan membangkitkan tegangan e 6 3 l dan bila dihubungkandengan beban, akan mengalir arus listrik / atau energi mekanik

berubah menjadi energi listrik (generator). rus listrik yang

mengalir pada konduktor tadi merupakan medan magnet pula

dan akan berinteraksi dengan medan magnet yang telah ada

(3). /nteraksi medan magnet merupakan gaya reaksi (la2an)

terhadap gerak mekanik yang diberikan. gar konversi energi

mekanik ke energi listrik dapat berlangsung, energi mekanikyang diberikan haruslah lebih besar dari gaya reaksi tadi.

2." *esin Dinamik Elementer

Pada umumnya mesin dinamik terdiri atas bagian yang

berputar disebut rotor dan bagian yang diam disebut stator. "iantara rotor dan stator terdapat %elah udara. #tator merupakan

kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu dan rotor


7/69

merupakan kumparan jangkar dengan belitan konduktor yang

saling dihubungkan ujungnya untuk mendapatkan teganganinduksi (ggl).

$ika kumparan rotor diputar dengan arah berla2anandari arah jarum jam, tegangan akan dibangkitkan dengan arah

yang berla2anan pada kedua ujung rotor yang tidak

dihubungkan.

1. Interaksi *ean *agnet

1erja suatu mesin dinamis dapat juga dilihat dari segi

adanya interaksi antar medan magnet stator dan rotor, yaitu4

5 6 3 / l

#eperti diketahui, arus listrik (/) pada persamaan di atas akan

menimbulkan fluks juga di sekitar konduktor yang dilalui. 3ilakerapatan fluks akibat arus listrik dinyatakan dengan 3s (pada

stator), sedang kerapatan fluks akibat kumparan medan adalah

3r(pada rotor), maka dapat dituliskan4

T 6 1 3r3ssin "imana

adalah sudut antara kedua sumbu medan magnet

3rdan 3s1 adalah konstanta l < r

#udut dikenal sebagai sudut kopel atau sudut daya dengan

harga maksimum 6 =-o

. "engan menganggap 3r dan 3ssebagai fungsi arus rotor dan arus stator, persamaan kopelmenjadi4

T 6 1 /r/ssin

"engan demikian, kopel terjadi sebagai interaksi antara dua

medan magnet atau dua arus.

0


8/69

2. Dera/at Listrik

Pada setiap satu kali putaran mesin, tegangan induksiyang ditimbulkan sudah menyelesaikan p:* kali putaran. 7aka

untuk mesin + kutub, satu kali putaran mekanik mesin (-o)berarti sama dengan dua kali putaran listrik (0*-o). Persamaan

umumnya adalah sebagai berikut4

e6 (p:*) mp 6 jumlah kutub mesin

e6 sudut listrik

m6 sudut mekanik

3. 0rekuensi

"ari persamaan di atas, diketahui bah2a untuk setiap

satu siklus tegangan listrik yang dihasilkan, mesin telahmenyelesaikan p:* kali putaran. 1arena itu frekuensi

gelombang tegangan adalah4

f 6 (p:*) (n:-)

n 6 rotasi per menitn:- 6 rotasi perdetik

1e%epatan sinkron untuk mesin arus bolak&balik la>im

dinyatakan dengan

ns6 '*- (f:p)

$adi misalnya untuk generator sinkron yang bekerja dengan

frekuensi - putaran per detik dan mempunyai jumlah kutub

p6*, maka ke%epatan berputar mesin tersebut adalah4

ns6 ('*- < -):* 6 --- rpm.

?


9/69

BAB III %ENE'AT)' D

Generator "@ merupakan sebuah perangkat mesin

listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energilistrik. Generator "@ menghasilkan arus "@ : arus searah.

Generator "@ menggunakan prinsip hukum farraday di

tuliskan dalam persamaan4

dt

dNe

=

dimanaA 4 jumlah lilitan

B 4 5luks magnet

pabila suatu konduktor memotong garis&garis fluks magnetik

yang berubah&ubah, maka dalam konduktor tersebut akan

dibangkitkan GGL.#yarat untuk membangkitkan GGL adalah 4

C 9arus ada konduktorC 9arus ada medan magnetik

C danya pergerakan relatif dari konduktor dalam

medan magnet

GGL induksi yang terbentuk besarnya sesuai dengan perubahanfluks medan magnet tiap detik.

1. (+nstruksi %enerat+r D

Generator "@ terdiri dua bagian, yaitu statormerupakan bagian mesin "@ yang diam, dan rotor yang

merupakan bagian mesin "@ yang berputar. "iantara stator danrotor terdapat %elah udara. 3agian stator terdiri dari4 rangka

mesin, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal bo


10/69

2. Prinsi# ker/a %enerat+r D

Prinsip kerja generator "@ berdasarkan prinsip hukumfarraday, yaitu jika sepotong ka2at terletak diantara kutub&

kutub magnet kemudian ka2at tersebut kita gerakkan makapada ujung ujuang ka2at timbul gaya gerak listrik induksi

(ggl). rah dari ggl sesuai dengan aturan tangan kanan (gambar

.'a).

(a) (b)Gambar .' Prinsip kerja generator "@

"ari gambar .' b, menjelaskan bah2a bila arah gerak ka2atdibalik maka arah ggl juga membalik.

$ika kumparan yang terletak diantara kutub&kutub magnet kita

putar dengan ke%epatan putar (D) yang tetap maka pada tiap&

tiap perubahan kedudukan dari kumparan ini untuk besaran gglinduksinya akan berbeda&beda (gambar .*)

Gambar .* Prinsip mesin "@

'-


11/69

5luks magnet yang ter%akup oleh kumparan adalah B sin Dt.

"engan berputarnya kumparan pada ke%epatan tetap, makabesar ggl induksi setiap saat diujung&ujung kumparan adalah 4

t

dt

tde

sin=

=

3erdasarkan persamaan diatas besarnya ggl pada setiap saat

selalu berubah&ubah (bolak balik). "alam bentuk pulsa ggl

induksi yang timbul di ujung&ujung kumparan seperti padagambar .

Gambar . 3entuk tegangan ujung&ujung kumparan generator

dengan slip ring

!ntuk mengalirkan ggl induksi bolak&balik diujung&ujungkumparan jangkar ke beban generator, dipakai dua %in%in yang

ikut berputar dengan kumparan dan pada %in%in di pasang sikat

arang yang tidak ikut berputar dengan kumparan tersebut

''


12/69

Gambar .+ Generator dengan #lip ring dan sikat

!ntuk memperbesar ggl induksi yang terjadi pada ujungkumparan jangkar dapat dilakukan dengan membelitkan

beberapa kumparan yang dialiri arus listrik pada kutub&kutubmagnet generatornya.

!ntuk mendapat tegangan atau arus searah yang dialirkan ke

beban generator, maka kedua %in%in itu diganti dengan satu

%in%in belah seperti pada gambar .

Gambar . Generator dengan %in%in belah (komutatotr).

@in%in belah ini sering disebut dengan 1omutator dan masing&

masing belahannya disebut lamel

Pada gambar a sisi kumparan ab tersambung pada lamel e,sedangkan sisi kumparan cd tersambung pada lamel f. $ika

kumparan berputar searah jarum jam, maka kumparan pada

'*


13/69

kedudukan ini lamel eberpolaritas negatif. #edangkan lamelf

berpolaritas positif (aturan tangan kanan)Gambar b kumparan telah berputar searah jarum jam sebesar

=-- terhadap kedudukan kumparan pada gambar a . Padakeadaan ini lamel edanftidak bermuatan listrik ( beban lampu

padam)

Gambar % kedudukan kumparan telah berputar sebesar '?--

terhadap kedudukan kumparan pada gambar a . "alam keadaanini beban lampu menyala dengan lamel e dan f berpolaritas

sama dengan keadaan pada gambar a .

"alam bentuk pulsa, ggl induksi dari generator dengan

pemasangan %in%in belah pada ujung&ujung kumparan dapat

digambarkan sebagai berikut4

Gambar . 3entuk tegangan ujung&ujung kumparan generator"@.

. 'eaksi angkar

5luks magnet yang ditimbulkan oleh kutub&kutub utama

dari sebuah generator saat tanpa beban disebut 5luks 7edan

!tama . 5luks ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul

tegangan induksi.3ila generator dibebani maka pada penghantar jangkar timbul

arus jangkar. rus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks

pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut 5/uks

7edan $angkar. 7un%ulnya medan jangkar akan menyebabkan

garis&garis gaya medan utama berbelok:tidak lurus. Pengaruh

adanya interaksi antara medan utama dan medan jangkar ini

disebut reaksi jangkar.

'


14/69

eaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak

lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut F."engan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis

netral akan melemahkan tegangan nominal generator. !ntukmengembalikan garis netral ke posisi a2al, dipasangkan medan

magnet bantu (interpole atau kutub bantu).

"engan bergesernya garis netral, maka sikat yang

diletakkan pada permukaan komutator dan tepat terletak padagaris netral n juga akan bergeser. $ika sikat dipertahankan pada

posisi semula (garis netral), maka akan timbul per%ikan bunga

api, dan ini sangat berpotensi menimbulkan kebakaran atau

bahaya lainnya. leh karena itu, sikat juga harus digeser sesuai

dengan pergeseran garis netral. 3ila sikat tidak digeser maka

komutasi akan jelek, sebab sikat terhubung dengan penghantaryang mengandung tegangan.

3.1 enis enis %enerat+r D

3erdasarkan %ara memberikan fluks pada kumparan

medannya, generator searah dapat dikelompkkan menjadi

3.1.1 %enerat+r #enguatan ter#isa

Generator tipe penguat terpisah adalah generator yang

lilitan medannya dihubungkan ke sumber d% yang se%ara listrik

tidak tergantung dari tegangan keluaran mesin. Tegangan

searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang

mempunyai tahanan f akan menghasilkan arus /f dan

menimbulkan fluks pada kedua kutub, maka tegangan induksiakan dibangkitkan pada generator. angkaian pengganti

generator penguat terpisah terlihat pada gambar .0

'+


15/69

Gambar .0 angkaian generator penguat terpisah.

Pada generator penguat terpisah berlaku4

RfIff ..=

RfIffEf .+=

$ika generator dihubungkan dengan beban, dengan a adalah

tahanan dalam generator, maka hubungan yang berlaku adalah4

RaIatEa .+=

Tera#at ua /enis generat+r #enguat ter#isa4 -aitu:

1. Penguat elektr+magnetik

Tegangan listrik yang dihasilkan oleh generator "@

dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturandapat dilakukan se%ara listrik atau se%ara elektromagnetik,

yaitu dengan memberikan %atu daya "@ dari luar yang padabelitan penguat.

'


16/69

Gambar .? Generator "@ penguat terpisah.

2. Penguat magnet #ermanent 5 magnet teta#

Penguat dengan magnet permanen menghasilkan

tegangan output generator yang konstan dari terminal rotor.

1arakteristik tegangan relatif konstan dan tegangan akan

menurun sedikit ketika arus beban / dinaikkan mendekati harganominalnya. Pada generator searah berlaku hubungan&

hubungan sebagai berikut 4a!nEa :=

1eterangan 4

Ea 4 GGL yang dibangkitkan pada jangkar generatorB 4 5luks per kutub

H 4 $umlah penghantar totaln 4 1e%epatan putaran

a $umlah hubungan paralel

3.1.2 %enerat+r Penguat Seniri

Generator penguatan sendiri terdiri dari

'. Generator "@ seri

*. Generator "@ shunt

. Generator "@ kompon

'


17/69

1. %enerat+r Seri

"isebut generator "@ seri karena rangkaian e


18/69

"ari gambar berlaku persamaan 4

/L 6 /aPout6 t/L

Pa 6 Ea/asiRsIsRaIatEa +++= *..

"imana4

/a 6 rus armatur

/s 6 rus kumparan seriEa 6 GGL armatur

s 6 Tahanan kumparan seri

a 6 Tahanan armatur

/L 6 rus pada beban

t 6 Tegangan beban

Ksi 6 rugi tegangan pada sikat

1elemahan generator seri adalah tegangan output (terminal)

tidak stabil karena arus beban /L berubah&ubah sesuai dengan

beban yang dipikul

9al ini menyebabkan fluks magnet yang dihasilkan olehkumparan medan seri tidak stabil.1euntungan generator seri adalah daya output menjadi besar

2. %enerat+r Sunt

Pada generator shunt, penguat eksitasi terhubung paralel

dengan rotor. Tegangan a2al generator diperoleh dari magnet

sisa yang terdapat pada medan magnet stator. otor berputar

dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yangakan memperkuat medan magnet stator, sampai di%apai

tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang mele2ati

belitan shunt diatur oleh tahanan geser. 7akin besar arus

eksitasi shunt, makin besar medan penguat shunt yang

dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai men%apaitegangan nominalnya. $ika generator shunt tidak mendapatkan

arus eksitasi, maka sisa megnetisasi tidak akan ada, atau jika

'?


19/69

belitan eksitasi salah sambung atau jika arah putaran terbalik,

atau rotor terhubung&singkat, maka tidak akan ada teganganatau energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut.

Gambar .= angkaian pengganti generator "@ #hunt.

Tegangan output akan turun lebih banyak untuk kenaikan arus

beban yang sama, dibandingkan dengan tegangan output pada

generator penguat terpisah.siRaIatEa ++= *.

3. %enerat+r (+m#+n

Generator kompon merupakan gabungan dari generator

shunt dan generator seri, yang dilengkapi dengan kumparan

shunt dan seri dengan sifat yang dimiliki merupakan gabungandari keduanya (karakteristik generator shunt dan karakteristik

generator seri). Generator kompon bisa dihubungkan sebagai

kompon pendek atau dalam kompon panjang. Perbedaan dari

kedua hubungan ini hampir tidak ada, karena tahanankumparan seri ke%il, sehingga tegangan drop pada kumparan ini

ditinjau dari dari tegangan terminal relatif ke%il.

%enerat+r k+m#+n #enek

Generator "@ kompon pendek adalah generator "@

kompon yang lilitan penguat serinya terletak pada rangkaian

beban.

'=


20/69

Gambar .'- angkaian pengganti generator "@

kompon pendek.

3erlaku persamaan&persamaan4

6 Ea /aa /ss

6 /L. L

/a 6 /L8 /f

/s 6 /L

f 6 /f. f

%enerat+r k+m#+n #an/ang

Generator "@ kompon panjang adalah generator "@

kompon yang lilitan penguat serinya terletak pada rangkaian

jangkar

Gambar .'- angkaian pengganti generator "@kompon panjang.

*-


21/69

3erlaku persamaan&persamaan4

6 Ea /aa /ss

/s 6 /a

6 Ea /a( a8 s)f6 /ff

/a 6 /L8 /f3.2 (arakteritik %enerat+r D

3.2.1 %enerat+r D Tan#a Beban

1arakteristik beban nol dari generator dengan penguat medan

terpisah baik generator shunt maupun generator seri dapat

dilihat pada gambar4

Gambar .'' 1arakteristik generator tanpa beban.

7esin dijalankan pada ke%epatan putar tetap dan emf

beban nol yang dibangkitkan pada ujung&ujung kumparanjangkar diukur tegangannya dengan voltmeter. Pengukuran arus

penguat medan dimulai dari nol dan selangkah demi selangkah

dinaikkan, sehingga akhirnya diperoleh grafik dari hubungan

antara /f (arus penguat medan) dan Ea (emf jangkar) atau fluks

penguat medan magnet pada putaran tetap.

3.2.2 %enerat+r D Berbeban

3esar tegangan terminal dari generator "@ berbeban adalah 4

t 6 Ea /aa

3ila generator "@ dalam keadaan jalan tidak terbebani,

maka /a 6 - sehingga tegangan terminal menjadi

t 6 Ea 6 E-

*'


22/69

Gambar .'* 1arakteristik generator berbeban.Pada generator "@ shunt, besar tegangan terminal tanpa beban

adalah 4

(t)AL6 Ea /aa

3.3 T+rsi (+#el!

$ika jari&jari jangkar dari generator "@ sebesar r

mendapat gayaF maka kerja yang dilakukan oleh gayaF

dalam satu putaran adalah 4

r"F

d"FW

*==

Gambar .' torsi (kopel).1erja yang dilakukan oleh gayaFdalam putaran per detik

adalah 4

M 6 5 *Nr n 6 5r *N n

M 6 Ta*N n 6 TaDm

M 6 Ta*N A:-

dimana 4

**


23/69

M 6 kerja yang dilakukan kumparan jangkar

5 6 Gaya (Ae2ton)r 6 jari&jari jangkar

A 6 Putaran jangkar (rpm 6 rotasi per menit)n 6 Putaran jangkar (rpd 6 rotasi per detik )

Ta 6 Torsi $angkar (Am) 6 5 r

Dm 6 1e%. Putar mekanik ( rpd) 6 *N n

dapun besar kerja yang dilakukan oleh putaran jangkar per

detik (M) adalah sebanding dengan daya jangkar dapat ditulis 4

M 6 Pa 6 Ea /a

"engan demikian dapat ditulis 4

nIaEa#a

n

IaEa#a

n#aIaEa

.=,-

.

*

'

*..

=

=

=

"imana 4

Ta 6 torsi jangkar (Am)n 6 putaran jangkar

#eperti yang telah diuraikan sebelumnya bah2a ggl induksi

jangkar dapat ditulis4

Ia$#a

Iaa

!%

a

%Ia!#a

a

!n%Ea

=

=

=

=

=,-=,-

"imana 4

Ta 6 Torsi jangkar (Am)

*


24/69

B 6 5luks (2eber)

H 6 jumlah penghantar kumparan jangkara 6 jumlah kumparan paralel

A 6 Putaran jangkarkibat timbulnya torsi jangkar maka pada generator timbul

daya output (Pout) dan dari Pout ini timbul torsi poros:sumbu

(#haft torOue) dan disimbulkan dengan Tsh

n

%in

n

%in#s&

n#s&n#s&%in

,=

*

-

.*

=

=

==

dimana 4

Pin 6 daya input generator (2att)

Tsh 6 torsi poros:sumbu (Am)Dm 6 ke%epatan putar mekanik (rpd)

3." E66isiensi'ugi7rugi #aa generat+r D

ugi&rugi pada generator "@ terdiri dari 4

gi tembaga atau rugi listrikugi besi

ugi mekanik'ugi Listrik

ugi listrik juga dikenal dengan rugi tembaga

merupakan rugi&rugi akibat arus yang mengalir pada belitan

kumparan yang terdiri dari rugi tembaga pada kumparanjangkar, kumparan medan seri dan kumparan medan shunt.

ugi kumparan jangkar (Pa 6 /a* sh ) besarnya sekitar -

sampai +- dari rugi total pada beban penuh, rugi kumparan

medan shunt (Psh6 /sh*sh) dan rugi kumparan medan seri (Pse6

/s*se) besarnya sekitar *- sampai - dari rugi beban penuh

*+


25/69

'ugi Besi 5rugi *agnetik

ugi magnetik terdiri dari rugi histerisis dan rugi aruspusar

'ugi isterisis(Ph) besarnya adalah 4

Ph 6 Qh3ma


26/69

'--(

'--

'--

"si'atpadaRu(i$Ru(i%

%

"%

%

"%

%

uout

outlistri'

in

ame'anis

in

out

e'onomi

++=

=

=

Pin 6 Pout8 R Ploss

!ntuk generator kompond total rugi&rugi adalah4

R Ploss6 (/f*f8 /a

*a8 /L*se8 ugi gesek 8 ugi

inti).

dimana/f

*f 6 ugi kumparan medan shunt

/a*a6 ugi kumparan jangkar

/L*se6 ugi kumparan medan seri

ugi gesek 6 ugi gesek pada sikat 8 ugi angin

8 ugi gesek pada shaft:sumbuugi sikat 6 /a si, dimana si6 tegangan pada sikatugi angin 6 rugi karena adanya %elah antara bagian

rotor dan stator (S ')

ugi gesek pada sumbu 6 rugi yang timbul pada benda

berputar.

ugi inti 6 rugi histerisis 8 rugi arus pusar

"aya total yang diterima mesin4

Pin 6 Tsh 8 Dm

"aya output generator4

Pout 6 L/L

*


27/69

Gambar .'+ "iagram aliran daya pada generator "@.

3.2.8 Pr+sentase 'egulasi

!ntuk menghindari agar generator tidak terlalu berat menerima

beban, maka diperlukan pengaturan tegangan atau prosentase

regulasi. dapun besar prosentase regulasi tegangan maksimum

yang diijinkan adalah +- dan dapat ditulis 4

'--)(

)()(Pr "

nai're(ulasiosentase

fLt

fLtnlt =

'--)(

)()(Pr "

turunre(ulasiosentase

nLt

fLtnlt =

!ntuk generator "@ shunt, tegangan terminal tanpa beban

adalah 4

*0


28/69

+

=

s&

a

nLt

R

R

E

'

)( -

sedangkan untuk generator seri 4

-)( -

a

!n%E

t

==

dapun besar arus jangkar /aadalah4

fLL

fLtnLt

nLta I")

I )()()(

)(

=

BAB I9 *)T)' D

".1 (+nstruksi *+t+r D

7otor listrik merupakan perangkat elektromagnetisyang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi

mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller

pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, untuk

mengangkat bahan, dll. 7otor listrik digunakan juga di rumah

(%ontoh4 mi"er, bor listrik,fan angin) dan di industri.

#eperti halnya generator "@, motor "@ terdiri duabagian, yaitu stator merupakan bagian mesin "@ yang diam,

dan rotor yang merupakan bagian motor "@ yang berputar.

"iantara stator dan rotor terdapat %elah udara. 3agian statorterdiri dari4 rangka motor, belitan stator(kumparan medan),

sikat arang, bearing dan terminal bo


29/69

putaran berikutnya negatif, sehingga merupakan tegangan

bolak&balik.

".2 Prinsi# (er/a *+t+r D$ika sepotong ka2at dialiri arus listrik terletak di antara

dua kutub magnet utara dan selatan, maka pada ka2at tersebut

terkena suatu gaya Lorent>. rah dari gerakan ka2at sesuai

dengan aturan tangan kiri.

Gambar .' turan tangan kanan

Prinsip kerja dari motor arus searah adalah membalik

polaritas tegangan nilai positif menjadi negatif dan sebaliknyadengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang

berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam

medan magnet. 3entuk motor paling sederhana memiliki

kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub&

kutub magnet permanen seperti pada gambar .' a.

*=


30/69

Gambar .' Prinsip kerja 7otor "@

!ntuk mengetahui arah putaran motor searah atau perla2anan

dengan arah jarum jam (lihat gambar .') pada gambar a aruslistrik yang mengalir melalui sisi kumparan sebelah atas (kutub

utara) dengan arah meninggalkan (keluar) sedangkan arus

listrik pada sisi kumparan sebelah ba2ah (kutub selatan)

menuju kedalam (masuk) maka kumparan akan berputarberla2anan jarum jam (perhatikan arah medan magnet) sekitar

ka2at seperti pada gambar b dan %

".3 enis7enis *+t+r D

Pada dasarnya generator "@ sama dengan motor "@.

$adi jenis&jenis motor "@ sama dengan generator, berdasarkan%ara memberikan fluks pada kumparan medannya. 7otor

searah dapat dikelompkkan menjadi4

1. *+t+r D engan #enguatan magnet

angkaian motor "@ dengan penguatan magnet permanen.seperti terlihat pada gambar .'0. 3eberapa sumber menyebutmotor ini dengan motor tanpa medan penguat.(tanpa kumparan

medan). 3eberapa %ontoh motor jenis ini digunakan motor

penggerak pada tape re%order, mainan anak&anak, dll.

Gambar .'0 7otor "@ dengan penguat magnet

1eterangan4

-


31/69

t 6 tegangan sumber "@

Ea 6 ggl induksi jangkar/a 6 arus jangkar

a 6 tahanan jangkar1! 6 kutub utara magnet

1# 6 kutub selatan magnet

2. *+t+r D engan (um#aran mean #enguat

1ebanyakan motor "@ menggunakan kumparan medan

untuk penguat medan statornya, terutama motor&motor dengan

kapasitas yang besar. #alah satu kelebihan motor jenis ini

adalah medan penguatan bisa diatur untuk tujuan tertentu.

7otor jenis ini dibagi menjadi4

1. *+t+r D #enguat ter#isa

7otor jenis:tipe penguat terpisah adalah motor yang

lilitan medannya dihubungkan ke sumber d% yang se%ara listrik

tidak tergantung dari tegangan terminal motor(t). Tegangan

searah yang dipasangkan pada kumparan medan yangmempunyai tahanan f akan menghasilkan arus /f danmenimbulkan fluks pada kedua kutub. Gambar rangkaian

motor "@ penguat terpisah dapat dilihat pada gambar .'?.

Gambar .'? 7otor "@ penguat terpisah

Pada motor "@ penguat terpisah berlaku persamaan4

'


32/69

saata

f

f

f

IIE

R

I

=

=

*

"imana4

/f6 arus medan

f6 tegangan medan

f6 tahanan medan

Ea 6 tegangan jangkar

t6 tegangan terminalKs6 rugi tegangan pada sikat

2. *+t+r D sunt

7otor "@ shunt adalah motor "@, dimana belitan

medannya dihubungkan se%ara paralel dengan tegangan

terminal motor (t). angkaian motor "@ penguatan kumparanmedan shunt

Gambar .'= 7otor "@ shunt1eterangan4

t6 tegangan terminal

/L6 rus jala&jala

Pin 6 t/L/a6 rus jangkar

/sh6 rus shunt

/L6 /a8 /sh

*


33/69

sh 6 Tahanan kumparan shunt

sh 6 Tegangan kumparan shunt 6 /shsha6 Tahanan kumparan jangkar

a6 Tegangan jatuh pada kumparan jangkar 6 /aaPa6 "aya jangkar 6 Ea/a

"ari gambar berlaku persamaan 4

Ea6 Gaya gerak listrik jangkar 6 t /aa & s 6 t & (/L /sh)a Ks

(P%u)tot6 /a*a 8 /sh

*sh

t 6 /aa8 Ea8 Kst/a6 (/a)

*a8 Ea/a8 /aKs6 daya listrik yang dibutuhkanuntuk memutar jangkar

t/L6 Pin6 daya input yang dibutuhkan dari sumber listrik

Ea/a6 Pa(daya armatur)

(/a)*a 6 ugi daya listrik pada jangkar

sh6 /ff 6 t/L 6 /a8 /f 6 arus beban/a

*a8 /f*f6 (P%u)tot6 rugi tembaga total

GGL induksi jangkar Ea timbul akibat kumparan rotor berputar

yang terletak di antara kutub utara dan kutub selatan magnet

motor. Pada saat a2al rotor berputar Ea6 - maka, kumparan

rotor akan menarik arus yang besar dari sumber listrik #etelah

motor berputar pada ke%epatan yang sebenarnya Ea 6 ma

Diktat DTTL

Documents

Transcript of Diktat DTTL