Session 9Generator, Motor, and Transformator

1.Generator2.Motor3.Transformator

1. Generator

• Konsep Dasar• Klasifikasi Generator

Dinamo sepedamenghasilkanarus kecil yang dapat menyalakanlampu.

Power Generator menghasilkan tenagalistrik (arus besar) untuk didistribusikanke rumah, industri, dll

Induksielektromagnetik!!

(Photo credit: CLP Power Co. Ltd)

Konsep Dasar

• Prinsip induksi elektromagnetGGL akan timbul jika terdapat gerakan relatif antarmagnet (stator) dan kumparan (rotor) yang menyebabkan terpotongnya garis gaya magnet olehkumparan.

Gerak Listrik

GENERATOR

.s

dGGL B dsdt

Gaya gerak listrik yang diimbaskan dalam suatu rangkaian sama dengan negatif dari laju perubahan fluks magnetik yang menembusnya.

tan) ( liliNuntukdtdNatau

dtd

indind

Requirement for Voltage Generation

• Medan Magnet• Kumparan• Gerak Relatif

Induksi Elektromagnet

N

S

MAGNET

RELATIVE MOTION

COIL (INDUCTOR)

VOLTMETER

INDUCED CURRENT

INDUCED CURRENT

Induksi Electromagnetic Force (emf)

B

MOTION OFCONDUCTOR

INDUCEDCURRENT

N S

“LEFT HANDGENERATOR RULE”(electron flow)

MagnetMagnet permanen umumnya terlalu lemah nilaimedannya untuk aplikasi seperti generator dan

motor listrik dengan kapasitas besar

+ -DC

BATTERY

IRONCORE

“ELECTROMAGNET”

B

B (N x I)

AC Machines

AC Machines

• The losses in AC machines are as follows:● Rotor and stator copper (I2R) losses● Core losses● Mechanical losses● Stray losses

Power Flow Diagram

Generator components•Prime mover: Komponen yang memutar rotor generator, akibatputaran steam turbine, gas turbine, diesel engine...

•Armature windings: Kumparan yang menghasilkan tegangan output akibat induksi elektromagnet

•Field windings: Kumparan yang digunakan untuk menghasilkan medanmagnet (membutuhkan arus DC)

•Stator: Bagian generator yang tidak berputar,

•Rotor: Bagian generator yang berputar, disebabkan steam turbine, gas turbine, internal combustion engine, etc…

•Sliding contacts (slip-rings and brushes): Area yang digunakansebagai konduktor dari dan menuju rotor

Generator components

GENERATOR

STATOR ROTOR

Ketika kumparan berputar,

A

B

D

C

motion

B-field

I

galvanometer

Aturan tangan kanan Fleming

I

AB gerak ke atas,CD gerak ke bawah

Timbul beda potensial AB -CD

Bidang kumparan sejajardengan medan magnet tidaktimbul beda potensial

B-fieldA

B

D

C

motionSetelah ¼ putaran

A

B

D

C

180o

Setelah 1/2 putaran,

AB gerak ke bawah,CD gerak ke atas

motion

B-fieldI I

Timbul beda potensial berlawanan tanda

Generator Classification

Berdasarkan arah poros:

Poros datar (horizontal)Generator-turbin steam/gas

Poros tegak (vertikal)Generator-turbin air

Generator Classification

• Berdasarkan sistem pendinginanSaluran terbuka

udara dihisap langsung dari suatu bangunan kedalam tudung generator, kemudian dibuang ke luarbangunan itu melalui saluran udara tersebut

Saluran tertutupudara dihisap ke dalam dan dikeluarkan lagi darisuatu bangunan melalui saluran-saluran tersendiri.generator dengan daya besar yang menggunakansistem ini.

• Berdasarkan fase listrik yang dibangkitkan

Generator 1 fase Generator 3 fase

Generator Classification

Generator 1 fase dan 3 fase

Generator Classification

• Berdasarkan frekuensi listrik yang dibangkitkan Generator AC Generator DC

Generator AC

When coil is rotated induce alternating voltage

end of coils are fixed to 2 slip rings

carbon brushes press against the

slip rings connect slip rings

to outside circuit

a.c. flows through outside circuit

Arus yang dihasilkan generator AC:

1Putaran

I

Arah Kumparan

Generator AC

1/2

putaran

I

I = 0(kumparan tidak memotong garis medan magnet)

Generator AC

Arus yang dihasilkan generator AC:

1/2 1

12

Putaran

I max. forward I

max. backward I

Kumparan memotong garis medan magnet 900

Generator AC

Arus yang dihasilkan generator AC:

1/2 1

Generator AC

Generators AC• Magnet Stator (Revolving Armature)

– Kumparan pada rotor adalah bagian yang berputar didalam medan electromagnetic pada stator yang diam

– Umumnya output power yang dihasilkanharus dialirkan melalui slip-rings danbrushes

• Magnet Rotor (Revolving field)– Arus dc dialirkan pada rotor yang

menghasilkan medan elektromagneticyang berputar didalam stator

Revolving Armature

Revolving Field

similar to a.c. generator

different from a.c. generator

Every time the coil passes through the vertical, it reverses coil's connections with outside circuit. I in the outside circuit always

flows in 1 direction.

Komutator

Generator DC

1

Putaran

I

Arah kumparan

commutatorreverses I

Generator DC

Arus yang dihasilkan generator DC:

1/2

Basic unit

• Frekuensi : banyaknya putaran per detikFrekuensi standar : 50 – 60 Hz

• Voltage : nilai yang dihasilkan generatorTegangan standar generator3,3 KV untuk beban 3 MVA6,6 KV untuk beban 5-10 MVA11 KV untuk beban 10-50 MVA13,2 KV untuk beban 50-100 MVA15,4 KV atau 16,5 KV untuk beban diatas 100 MVA

Basic unit• RPM :

n = kecepatan rotor (RPM)p = Jumlah kutub generatorf = frekuensi generator

120 fnp

25721428

82688830025024

90758036030020

100837240033318

113946445037516

1291075651442914

1501254860050012

1801504072060010

200167369007508

225188321.2001.0006

60 Hz50 HzJumlah Kutub60 Hz50 HzJumlah Kutub

Tabel kecepatan putar sinkron dari generator

Syarat Paralel 2 Generator

• Untuk meyakinkan To ensure this match, these four paralleling conditions must be met:1. memiliki tegangan RMS yang sama. 2. Urutan Fase harus sama untuk kedua generator.3. Frekuensi generator yang akan masuk harus lebih

besar dari generator yang sedang running.4. 2 Fase harus memiliki sudut fase yang sama

2. Motor

• Basic Concepts• Classification

Basic Concepts

• Adanya medan magnet yang memotongsuatu kumparan berarus akanmenghasilkan gaya gerak.

Listrik Gerak

MOTOR

Motor Classification• Berdasarkan arus yang mengalir di dalam

kumparanMotor DCMotor AC (synchronous and induction)

• Berdasarkan fase listrik yang mengalir di dalamkumparanMotor 1 faseMotor 3 fase

Motor components

• Prime mover: Komponen yang memutar rotor generator,

• Armature windings: Kumparan yang menghasilkan medanmagnet

• Field windings: Kumparan yang digunakan untukmenghasilkan medan magnet (membutuhkan arus DC)

• Stator: Bagian motor yang tidak bergerak dan dialiri aruslistrik

• Rotor: Bagian motor yang bergerak akibat gaya lorentz•• Sliding contacts (slip-rings and brushes): Area yang

digunakan sebagai konduktor dari dan menuju rotor

Motor components

Motor AC

Motor DC

Motor 3 fase

• Tersidiri dari tigapasang kutub

• Stator memilikibeberapakumparanmembentuk 3 pasang kutub

• Rotor bagianyang berputar

Motor 3 fase

3. Transformer

• Konsep Dasar• Klasifikasi Transformator• Konstruksi Transformator

Konsep Dasar• Transformator merupakan komponen listrik yang

mengubah besaran listrik untuk diperbesar maupundiperkecil nilainya dengan menggunakan hukumFaraday.

Efisiensi Transformator

. 100%

.s s

p p

V I xV I

Klasifikasi Transformator

Np = jumlah lilitan pada kumparan primer

Ns = jumlah lilitan pada kumparan sekunder

Vp = tegangan pada kumparan primer (volt)

Vs = tegangan pada kumparan sekunder (volt)

Ip = arus pada kumparan primer (ampere)

Is = arus pada kumparan sekunder (ampere)

• Transformator Step-Up

Transformator yang digunakan untuk menaikkan tegangan primerNs > Np sehingga Vs > Vp

•Transformator Step-Down

Transformator yang digunakan untuk menurunkan tegangan primerNs < Np sehingga Vs < Vp

• Berdasarkan fase listrik Transformator 1 faseTransformator 3 fase

Klasifikasi Transformator

CORE

PRIMARYWINDING

SECONDARYWINDING

• Berdasarkan Sistem Pendingin– Transformator Kering

Pendingin : Udara dihembuskan - Blower Udara lingkungan tidak dihembuskan – KonveksiLimit Daya : 1 MVA, 20 MVA (Teknologi Modern)– Transformator Basah

Pendingin : Oli – konveksi – 20 MVAOli – didinginkan dengan udara hembus – 20 MVAOli – Air – lebih dari 100 MVA

Klasifikasi Transformator

Skema Instalasi Trafo di Pusat Listrik

a. Transformator Penaik TeganganGenerator

b. Transformator Unit Pembangkitc. Transformator Pemakaian Sendirid. Transformator Antar-Rel

Konstruksi Transformator

Konstruksi Transformator• Core: Terdiri dari tumpukan

besi tipis yang diisolasi. Meberikan rute untuk flux magnet dan tempat lilitankonduktor

• Lilitan Primer dan Sekunder• Tank : Tempat Oli, lilitan dan

core. Harus kuat terhadaptekanan gas dan gayaelektromagnetik

• Oli : berfungsi sebagai isolasiantara lilitan, core dantransformer tank serta dapatmembuang panas yang terbentuk

Konstruksi Transformator• Bushing : Penutup kawat

konduktor berfungsi sebagaiisolasi

• Sistem Nitrogen : Berfungsiuntuk mengatur tekanan padatransformator selamapemanasan oli, juga berfungsisebagai buffer antara oli danudara agar tidak terjadisentuhan antara oli dan udaraluar

• Radiator : Berfungsi untukmendinginkan oli denganmenggukan sikulasi udara

• Tap Changer– Mengatur agar tegangan yang keluar sesuai

yang diinginkan.

Konstruksi Transformator

Konstruksi Transformator

Bushing

Kerusakan Transformator

• Kerusalakan Isolasi.• Short Circuit.• Sistem Pentanahan yang Kurang Baik.• Sistem Proteksi Lainnya yang tidak

berfungsi semestinya.

Isolasi antar kumparan

• Isolasi komparan transformator berupakertas Kraft

• Penurunan kerja isolasiPanasLembab, kotor, terdapat oksigenElectrical StressMechanical Stress dan Strain

Oli Pendingin