Modul Ajar Pemelihraan.doc

BAB I

BAB I

TEORI MOTOR LISTRIK

1.1 Pendahuluan

Berdasarkan karakteristik dari arus listrik yang mengalir, motor AC (Alternating Current, Arus Bolak-balik) terdiri dari 2 jenis, yaitu:1. Motor listrik AC / arus bolak-balik 1 fasa2. Motor listrik AC / arus bolak-balik 3 fasaPembahasan dalam artikel kali ini di titik beratkan pada motor listrik AC 1 fasa, yang terdiri dari: Motor Kapasitor Motor Shaded Pole Motor Universal1.2 Prinsip kerja Motor AC Satu Fasa

Motor AC satu fasa berbeda cara kerjanya dengan motor AC tiga fasa, dimana pada motor AC tiga fasa untuk belitan statornya terdapat tiga belitan yang menghasilkan medan putar dan pada rotor sangkar terjadi induksi dan interaksi torsi yang menghasilkan putaran. Sedangkan pada motor satu fasa memiliki dua belitan stator, yaitu belitan fasa utama (belitan U1-U2) dan belitan fasa bantu (belitan Z1-Z2),

Gambar 1. Prinsip Medan Magnet Utama dan Medan magnet Bantu Motor Satu fasaBelitan utama menggunakan penampang kawat tembaga lebih besar sehingga memiliki impedansi lebih kecil. Sedangkan belitan bantu dibuat dari tembaga berpenampang kecil dan jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya lebih besar dibanding impedansi belitan utama.Grafik arus belitan bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama berbeda fasa sebesar , hal ini disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua belitan tersebut. Perbedaan arus beda fasa ini menyebabkan arus total, merupakan penjumlahan vektor arus utama dan arus bantu. Medan magnet utama yang dihasilkan belitan utama juga berbeda fasa sebesar dengan medan magnet bantu.

Gambar 2.

Grafik gelombang arus medan bantu dan arus medan utama

Gambar 3. Medan magnet pada Stator Motor satu fasa

Belitan bantu Z1-Z2 pertama dialiri arus Ibantu menghasilkan fluks magnet tegak lurus, beberapa saat kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama Iutama. yang bernilai positip. Hasilnya adalah medan magnet yang bergeser sebesar 45 dengan arah berlawanan jarum jam. Kejadian ini berlangsung terus sampai satu siklus sinusoida, sehingga menghasilkan medan magnet yang berputar pada belitan statornya.Rotor motor satu fasa sama dengan rotor motor tiga fasa yaitu berbentuk batang-batang kawat yang ujung-ujungnya dihubung singkatkan dan menyerupai bentuk sangkar tupai, maka sering disebut rotor sangkar.

Gambar 4. Rotor sangkarBelitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator, menghasilkan tegangan induksi, interaksi antara medan putar stator dan medan magnet rotor akan menghasilkan torsi putar pada rotor.1.3 Motor KapasitorMotor kapasitor satu phasa banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci, motor lemari es, motor air conditioning. Konstruksinya sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220 V, oleh karena itu menjadikan motor kapasitor ini banyak dipakai pada peralatan rumah tangga.

Gambar 5. Motor kapasitor

Belitan stator terdiri atas belitan utama dengan notasi terminal U1-U2, dan belitan bantu dengan notasi terminal Z1-Z2 Jala-jala L1 terhubung dengan terminal U1, dan kawat netral N terhubung dengan terminal U2. Kondensator kerja berfungsi agar perbedaan sudut phasa belitan utama dengan belitan bantu mendekati 90.Pengaturan arah putaran motor kapasitor dapat dilakukan dengan (lihat gambar6): Untuk menghasilkan putaran ke kiri (berlawanan jarum jam) kondensator kerja CB disambungkan ke terminal U1 dan Z2 dan terminal Z1 dikopel dengan terminal. Putaran ke kanan (searah jarum jam) kondensator kerja disambung kan ke terminal Z1 dan U1 dan terminal Z2 dikopel dengan terminal U1.

Gambar 6.Pengawatan motor kapasitor dengan pembalik putaran.

Motor kapasitor dengan daya diatas 1 KW di lengkapi dengan dua buah kondensator dan satu buah saklar sentrifugal. Belitan utama U1-U2 dihubungkan dengan jala-jala L1 dan Netral N. Belitan bantu Z1-Z2 disambungkan seri dengan kondensator kerja CB, dan sebuah kondensator starting CA diseri dengan kontak normally close (NC) dari saklar sentrifugal, lihat gambar 7.

Awalnya belitan utama dan belitan bantu mendapatkan tegangan dari jala-jala L1 dan Netral. Kemudian dua buah kondensator CB dan CA, keduanya membentuk loop tertutup sehingga rotor mulai berputar, dan ketika putaran mendekati 70% putaran nominalnya, saklar sentrifugal akan membuka dan kontak normally close memutuskan kondensator bantu CA.

Gambar 7. Pengawatan dengan Dua KapasitorFungsi dari dua kondensator yang disambungkan parallel, CA+CB, adalah untuk meningkatkan nilai torsi awal untuk mengangkat beban. Setelah putaran motor mencapai 70% putaran, saklar sentrifugal terputus sehingga hanya kondensator kerja CB saja yang tetap bekerja. Jika kedua kondensator rusak maka torsi motor akan menurun drastis,

Gambar 8. Karakteristik Torsi Motor kapasitor

1.4 Motor shaded poleMotor shaded pole atau motor phasa terbelah termasuk motor satu phasa daya kecil, dan banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga sebagai motor penggerak kipas angin, blender. Konstruksinya sangat sederhana, pada kedua ujung stator ada dua kawat yang terpasang dan dihubung singkatkan fungsinya sebagai pembelah phasa. Belitan stator dibelitkan sekeliling inti membentuk seperti belitan transfor mator. Rotornya berbentuk sangkar tupai dan porosnya ditempatkan pada rumah stator ditopang dua buah bearing.

Gambar 9. Motor shaded pole, Motor fasa terbelah.Irisan penampang motor shaded pole memperlihatkan dua bagian, yaitu bagian stator dengan belitan stator dan dua kawat shaded pole. Bagian rotor sangkar ditempatkan di tengah-tengah stator,

Gambar 10. Penampang motor shaded pole.

Torsi putar dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa oleh kawat shaded pole. Konstruksi yang sederhana, daya yang kecil, handal, mudah dioperasikan, bebas perawatan dan cukup di suplai dengan Tegangan AC 220 V, jenis motor shaded pole banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga kecil.

1.5 Motor UniversalMotor Universal termasuk motor satu phasa dengan menggunakan belitan stator dan belitan rotor. Motor universal dipakai pada mesin jahit, motor bor tangan. Perawatan rutin dilakukan dengan mengganti sikat arang yang memendek atau pegas sikat arang yang lembek. Kontruksinya yang sederhana, handal, mudah dioperasikan, daya yang kecil, torsinya yang cukup besar motor universal dipakai untuk peralatan rumah tangga.

Gambar 11. komutator pada motor universal.

Bentuk stator dari motor universal terdiri dari dua kutub stator. Belitan rotor memiliki dua belas alur belitan dan dilengkapi komutator dan sikat arang yang menghubungkan secara seri antara belitan stator dengan belitan rotornya. Motor universal memiliki kecepatan tinggi sekitar 3000 rpm.

Gambar 12. stator dan rotor motor universal

Aplikasi motor universal untuk mesin jahit, untuk mengatur kecepatan dihubungkan dengan tahanan geser dalam bentuk pedal yang ditekan dan dilepaskan.Cara kerja motor 3 fasa :

1. Motor 3 phasa akan bekerja/ berputar apabila sudah dihubungkan dalam hubungan tertentu.

2. Mendapat tegangan (jala-jala/ power/ sumber) sesuai dengan kapasitas motornya.

Bekerjanya motor hanya mengenal 2 hubungan yaitu :1.5.1 . Motor bekerja Bintang/ Star (Y) Berarti motor harus dihubungkan bintang baik secara langsung pada terminal maupun melalui rangkaian kontrol.

Gambar 13. Hubungan Bintang/ Star (Y)

1.5.2 Motor bekerja segitiga /Delta ()Berarti motor harus dihubungkan segitiga baik secara langsung pada terminal maupun melalui rangkaian kontrol. Kecuali mesin-mesin yang berkapasitas tinggi diatas 10 HP, maka motor tersebut wajib bekerja segitiga () dan harus melalui rangkaian kontrol star delta baik secara mekanik, manual, PLC.

Gambar 14. Hubungan Delta ()Dimana bekerja awal (start) motor tersebut bekerja bintang hanya sementara, selang berapa waktu barulah motor bekerja segitiga dan motor boleh dibebani.

Cara menghubungkan motor dalam hubungan bintang (Y) :1. Cukup mengkopelkan/ menghubungkan salah satu dari ujung-ujung kumparan phasa menjadi satu.

2. Sedangkan yang tidak dihubungkan menjadi satu dihubungkan kesumber tegangan.Cara menghubungkan motor dalam hubungan segitiga () :1. Ujung pertama dari kumparan phasa I dihubungkan dengan ujung kedua dari kumparan phasa III

2. Ujung pertama dari kumparan phasa II dihubungkan dengan ujung kedua dari kumparan phasa I

3. Ujung pertama dari kumparan phasa III dihubungkan dengan ujung kedua dari kumparan phasa II.1.6 Analisa operasi satu phasaUntuk menganalisa kondisi operasi satu phasa dengan lokasi gangguan pada sisi primer transformator step-down motor induksi tiga phasa seperti gambar berikut:

Gambar 15. Gangguan sisi primer transformator step-down motor. (a).Kondisi yang dibahas, (b).Vektor arus pada sisi primer, (c).Vektor arus pada sisi sekunderDari persamaan, maka arus urutan pada kondisi yang dibahas

IA1 = 1/3 (IA + aIB + a2IC)

Demikian pula dengan

IA2 = 1/3 (IA + a2IB + aIC)

Dan diperoleh persamaan,

IA0 = 1/3 (IA + IB + IC)

Dari ketiga persamaan di atas didapatkan hubungan:

IA1 = IA2 = I

Dengan I adalah besarnya arus sebelum terjadi gangguan. Analisa dibatasi hanya pada sisi motor induksi tiga phasa. Selain terjadi perubahan besaran dan arah arus juga terjadi perubahan tegangan akibat dari operasi satu phasa. Sesuai dengan analisa komponen simetris maka didapatkan :

V A1 = 1/3 (VA + aVB + a2VC)

VA2 = 1/3 (VA + a2VB + aVC)

VA0 = 1/3 (VA + VB + VC)

Terlihat bahwa hubungan

V A1 = VA2 = 0,5 Vp-nDengan Vp-n adalah besarnya tegangan phasa netral besarnya sama dengan tegangan phasa - netral pada kondisi operasi normal.Penyesuaian motor listrik termasuk ke dalam kategori mesin listrik dinamis dan merupakan sebuah perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan,dll di industri dan digunakan juga pada peralatan listrik rumah tangga (mixer, bor listrik, kipas angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut kuda kerja nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

1.6.1 Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :

Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, maka

kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada

arah yang berlawanan.

Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.

Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga

putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga putar / torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok :

Beban torsi konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torsi konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.

Beban dengan torsi variabel adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torsi bervariasi sebagai kuadrat kecepatan).

Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.

Gambar 16. Prinsip dasar kerja motor listrik

Gambar 16. Perubahan arah kutub magnet 1.7 Jenis Motor ListrikBagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: motor DC dan motor AC. Motor tersebut diklasifikasikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dalam bagan dibawah ini.

Gambar 17. Klasifikasi Motor Listrik

1.7.1 Motor DC Arus SearahMotor DC arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas. Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama: Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan. Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo. Kommutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Kommutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.

Gambar 18. Motor DC

Keuntungan utama motor DC adalah kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC ini dapat dikendalikan dengan mengatur: Tegangan dinamo meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan. Arus medan menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. 1.7.2 Motor DC Universal

Motor DC Universal tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang, seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut: Gaya elektromagnetik: E = KN Torsi: T = KIaDimana: E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt) = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit) T = torsi electromagnetik Ia = arus dinamo K = konstanta persamaan 1.7.3 Jenis-Jenis Motor DC/Arus Searah1.7.3.1 Motor DC sumber daya terpisah/ Separately ExcitedPada motor ini bekerja bila arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited. 1.7.3.2 Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt. Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar di bawah ini. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Gambar.19 Karakteristik Motor DC Shunt.

Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E.,1997): Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 4) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin. Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah). 7.1.3.3 Motor DC daya sendiri: motor seri. Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar , Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002): Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM. Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali. Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 5).

Gambar 20. Karakteristik Motor DC Seri.

d) Motor DC Kompon/Gabungan.Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok (my Electrical, 2005).Gambar 21

Karakteristik Motor DC Kompon1.7.4 Motor AC/Arus Bolak-BalikMotor AC/arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik AC memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" .Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).

1.7.4.1 Jenis-Jenis Motor AC/Arus Bolak-Balika. Motor sinkron. Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik. 1.7.4.2 Komponen utama motor sinkron : Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya. Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.

Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh, 2003): Ns = 120 f / P Dimana: f = frekwensi dari pasokan frekwensi P= jumlah kutub

Gambar. 22 Motor Sinkron.

b. Motor induksi. Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

Komponen Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 8): Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:

- Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.

- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya. Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat .Klasifikasi motor induksi

Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003): Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.

Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.

Gambar 23. Motor Induksi.

1.7.4.3 Kecepatan motor induksi Motor induksi bekerja sebagai berikut, listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar. Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada kecepatan dasar yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya slip/geseran yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan motor cincin geser/slip ring motor. Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran(Parekh, 2003): % Slip = (Ns Nb) / Ns x 100Dimana: Ns = kecepatan sinkron dalam RPM Nb = kecepatan dasar dalam RPM

1.7.4.4 Hubungan antara beban, kecepatan dan torsi

Gambar 24. Grafik Torsi vs Kecepatan Motor Induksi.

Pada gamber tersebut menunjukan grafik torsi vs kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003):

Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torsi yang rendah (pull- up torque). Mencapai 80% kecepatan penuh, torsi berada pada tingkat tertinggi (pull-out torque) dan arus mulai turun. Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torsi dan stator turun ke nol.BAB II

PEMELIHARAAN MOTOR LISTRIK

II.1 BAGIAN -BAGIAN MOTOR 3 FASAMotor 3 fasa pada dasarnya terdiri dariStator yaitu bagian yang diam(statis) danRotor yaitu bagian yang bergerak / berputar(rotasi).

II.1.1 ALAT DAN BAHANPeralatan yang harus disediakan sebagai acuan dalam melilit stator adalah sebagai berikut:A.Alat :1. Kunci pas/ring 6. Megger/Insulation Tester2. Obeng 7. Solder3. Tracker 8. Tacho meter4. Palu 9. Sikat Kawat5. AVO meter

B.Bahan :1. Kawat email 6. Kabel NYAF2. Kertas prispan/insulation paper 7. Pelumas/grace3. Lak/insulation laquer 8. Kuas4. Selongsong (slove) 9. Timah/tinnol5. Kertas gosok

II..1.2 TEORI PENDUKUNG

A.Bentuk kumparan:1.Memusat/konsentris/spiral winding

2.Jerat/buhul/lap winding

3.Gelombang

II.1.3 PERHITUNGAN KUMPARAN

Ujung-ujung kumparan diberi tanda dengan huruf-huruf U,V,W,X,Y, dan Z. bila pangkal diberi tanda Umaka ujungnyaX, pangkalVujungnyaYdan pangkalWujngnyaZ. Syarat jumlah slot, perhitungan jumlah slot harus bisa dbagi 4 dan 3

II.1.4 CONTOH PERHITUNGAN1. Stator motor 3 fasa mempuyai alur (g)12 alur , jumlah kutub (2p)=4,single layer.Penyelesaian :

Ys = G/2p =12/4 =3Sehingga ujung kawat di masukkan pada alur nomor 1,maka ujung lainya pada alur nomor 4.

Q =G/2p.m =12/4.3 =1Berarti jumlah kumparan tiap kelompok adalah 1.

K = G /2p =12/4=3Tiap kutub terdiri dari 3 kumparan

KAR = 360/G =360/12 =30radianJarak antar alur 30radian

KAL =KAR .p =30. 2=60listrikKp =120/KAL =120/60=2Kalau fasa pertama di mulai dari alur 1 maka fasa kedua dari alur ke 3

Dafar lilitan : sigle layer berarti dalam satu alur hanya ada satu kumparan .

U|1-4I I7-10IXVI3-6I I9-12IYWI5-8I I11-2I Gambar bentangan :

2. Double layer, sama seperti soal no 1 namun belitan yang digunakan adalah belitandouble layerUI1-4I I7 - 4I I7-10I I1-10IXVI3-6I I9 - 6I I9-12I I3-12IYWI5-8I I11-8I I11-2I I5 - 2I zGambar bentangan

3. Perencanan motor 3 fase dengan jumlah alurnya 24 dan 36 kutubnya dibuat 4 buah dengan belitansingle layer.Penyelesaian :A. Untuk stator dengan 24 alurYs = G/2p =24/4 =6Langkah belitan adalah 1 -7





Dafar belitannya sebagai berikut.

UI1-7I I13-19IXI2-8I I14-20IVI5-11I I17-23IYI6-12I I18-24IWI9-15I I21-3I zI10-16I I22-4IGambar bentangan :

Penyelesaian :B. Untuk stator dengan 36 alurYs = G/2p =36/4 =9Langkah belitan adalah 1 -10





Daftar belitannya sebagai berikut.

UI1-10I I19-28IXI2-11I I20-29II3-12I I21-30IVI7-16I I25-34IYI8-17I I26-35II9-18I I27-36IWI13-22I I31-4I zI14-23I I32-5II15-24I I33-6IGambar bentangan

Motor dengan kecepatan gandaMotor dengan kecepatan ganda atau dua kecepaan ini bisa dibangun dengan dua cara, pertama memang belitan motor tersebut ada dua, misalnya satu belitan dengan kecepatan 3000 rpm, dan pada stator yang sama dibelitkan belitan kedua dengan kecepatan 1000 rpm, hal demikian tentu saja keterampilan yang sudah diperoleh sudah mencakupi, adapun cara kedua yaitu belitan Dahlander.

Belitan jenis ini tidak menggunakan rumus rumus karena hanya mengembangkan system penyambungan belitan, berikut ini diberikan contoh contoh belitan dahlander a. untuk motor dengan 24 alur

b. untuk motor dengan 36 alur

BAB III

GENERATOR

III.1 Generator DC

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi ebergi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC (arus searah). Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker) , jenis generator DC yaitu :

1. Generator Penguat Terpisah

2. Generator Shunt

3. Generator Kompon

III.1.1Konstruksi Generator DC

Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet permanent dengan 4 kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor. Gambar 3.1 menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi generator DC

Gambar 3.1 Konstruksi Generator DCGenerator DC terdiri dari dua bagian yaitui:

1. Stator (bagian mesin DC yang diam)

Bagian Stator terdiri dari rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box.

2. Rotor (bagian mesin DC yang berputar)

Bagian Rotor terdiri komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.

Bagian yang harus menjadi perhatian untnuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara berkala. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator, gunakan amplas halus untuk membersihkan noda bekas sikat arang.

III.1.2Prinsip Kerja Generator DC

Pembangkitan tegangan Induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui 2 cara yakni :

1. Dengan menggunakan cincin seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.

2. Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC

Proses Pembangkitan tegangan Induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3

Gambar 3.2 Pembangkitan Tegangan Induksi

Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi.tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar 3.2 (a) dan (c).Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada gambar 3.2 (b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.

Gambar 3.3 Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin seret dan komutator

Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin disebut juga dengan cincin seret, seperti ditunjukkan Gambar 3.3 (1) maka dihasilkan listrik AC (arus bolak balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 3.(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC (arus searah) dengan dua gelombang positif yaitu :

1.Rotor dari Generator DC akan menghasilkan teganagan Induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.

2.Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan)

3.1.3Jangkar Generator DC

Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur. Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pda umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik dengan permeabilitas yang cukup besar.

Permeabilitas yang besar diperlukan agar lilitan jangkar terletak pada daerah yang induksi magnetnya besar, sehingga tegangan induksi yang ditimbulkan juga besar. Belitan jangkar terdiri dari beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur jangkar. Tiap-tiap kumparan terdiri dari lilitan kawat atau lilitan batang

Gambar 3.4 Jangkar Generator DC3.1.4.Reaksi Jangkar

Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah generator saat tanpa beban disebut Fluks Medan Utama (Gambar 3.5). Fluks ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi.

Gambar 3.5 Medan Eksitasi Generatot DCBila generator dibebani maka pada penghantar jangkar timbul arus jangkar. Arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut Fluks Medan Jangkar (Gambar 3.6)

Gambar 3.6 Medan Jangkar dari Generator DC (a) dan Reaksi Jangkar (b)

Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak disebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan medan jangkar ini disebut reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus pada garis netral (n) , tetapi bergeser sebesar sudut . Dengan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis netral akan melemahkan tegangan nominal generator.

Untuk mengembalikan garis netral ke posisi awal, dipasangkan medan magnet bantu (interpole atau kutub bantu) seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7 (a)

Gambar 3.7 GeneratorDengan kutub bantu (a) dan Generator Kutub Utama, Kutub Bantu, Belitan Kompensasi (b)

Lilitan kutub bantu berupa kutub magnet yang ukuran fisiknya lebih kecil dari kutub utama. Dengan bergesernya garis netral, maka sikat yang diletakkan pada permukaan komutator dan tepat terletak pada garis netral (n) juga akan bergeser. Jika sikat dipertahankan pada posisi semula (garis netral), maka akan timbul percikan bunga api dan ini sangat berpotensi menimbulkan kebakaran atau bahaya lainnya. Oleh karena itu, sikat juga harus digeser sesuai dengan pergeseran garis netral. Bila sikat tidak digeser maka komutasi akan jelek, sebab sikat terhubung dengan penghantar yang mengandung tegangan. Reaksi jangkar ini juga dapat diatasi dengan kompensasi yang dipasangkan pada kaki kutub utama baik pada lilitan kutub utara maupun kutub selatan, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7 (a) dan (b) generator dengan komutator dan lilitan kompensasinya.

Kini dalam rangkaian generator DC memiliki 3 lilitan magnet , yaitu :

1. Lilitan Magnet Utama\

2. Lilitan Magnet Bantu (Interpole) 3. Lilitan Magnet Kompensasi

III.1.5Jenis-Jenis Generator DC

Seperti telah disebutkan di awal, bahwa generator DC berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker) di bagi menjadi 3 jenis, yaitu :

1. Generator Penguat Terpisah

Pada Generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator penguat terpisah , yaitu :

1. Penguat Elektromagnetik

(Gambar 8.a)

2. Magnet permanent/magnet tetap (Gambar 8.b)

Gambar 3.8 Generator Penguat Terpisah

Energi Listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnetik dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara elektronik atau magnetic. Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari luar yang dimasukkan melalui belitan F1 F2.

Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output generator yang konstan dari terminal rotor A1 A2. Karakteristik tegangan V relative konstan dan tegangan akan menurun sedikit ketika arus beban I dinaikkan mendekati harga nominalnya.

Karakteristik Generator Penguat Terpisah

Gambar 3.9 Karakteristik Generator Penguat TerpisahGambar 9 menunjukkan :

a. Karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie = 100%) dan saat eksitasi setengah penuh (Ie = 50%). Dimana Ie adalah arus eksitasi dan I adalah arus beban. Tegangan output generatorakan sedikit turun jika arus beban semakin besar.

b. Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar.

c. Penurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar, selanjutnya mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet sehingga tegangan induksi menjadi kecil.

2. Generator Shunt

Pada Generator Shunt, penguat eksitasi E1 E2 terhubung pararel dengan rotor A1-A2. Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat pada medan magnet stator. Rotor berputar dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yang akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2 diatur oleh tahanan geser. Makin besar arus eksitasi shunt, makin besar medan penguat shunt yang dihasilkan , dan tegangan terminal meningkat sampai mencapai tegangan nominalnya. Diagram rangkaian generator shunt dapat dilihat pada gambar 3.10.

Gambar 3.10 Diagram Rangkaian Generator ShuntJika generator shunt tidak mendapatkan arus eksitasi maka sisa magnetisasi tidak aka nada atau jika belitan eksitasi salah sambung atau jika arah putaran terbalik atau rotor terhubung singkat, maka tidak aka nada tegangan atau energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut.

Karakteristik Generator Shunt

Gambar 3.11 Karakteristik Generator Shunt

Generator Shunt memiliki karakteristik seperti ditunjukkan pada gambar 3.11 . Tegangan output akan turun lebih banyak untuk kenaikan arus beban yang sama dibandingkan dengan tegangan output pada generator penguat terpisah. Sebagai sumber tegangan, karakteristik dari generator penguat terpisah dan generator shunt tentu kurang baik, karena seharusnya sebuah generator mempunyai tegangan output yang konstan, namun hal ini dapat diperbaiki pada generator kompon.

3. Generator Kompon

Generator kompon mempuyai dua penguat eksitasi pada inti kutub utama yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt dan lainnya merupakan penguat seri. Diagram rangkaian generator kompon ditunjukkan pada gambar 3.12 .Pengaturan medan magnet D1-D2 terletak didepan belitan shunt.

Gambar 3.12 Diagram Rangkaian Generator Kompon

Karakteristik Generator Kompon

Gambar 3.13 Karakteristik Generator Kompon

Gambar 3.13 menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan output generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus eksitasi penuh maupun eksitasi 50% . Hal ini di sebabkan oleh adanya penguatan lilitan seri yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar. Jadi ini merupakan kompensasi dari generator shunt yang cenderung tegangannya akan turun jika arus bebannya naik.

III.2 Generator AC

Generator AC berfungsi merubah tegangan mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak balik. Generator AC disebut juga alternator generator AC (alternating current) atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah jumlah putaran rotornya = jumlah putaran medan magnet stator. Keceptan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub-kutub tidak bisa tiba-tiba mengikuti kecepatan medan purtar pada waktu saklar terhubung dengan jala-jala.

Generator AC bolak-balik dibagi menjadi dua jenis yaitu :

a. generator AC 1 fasa

b. generator AC 3 fasa

III.2.1Konstruksi generator AC

Konstruksi generator AC ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu : (1) stator, yakni bagian dam yangmengeluarkan tegangan AC, (2) rotor yaitu bagian yang bergerak yang menghasilkan medan magnet yang menginduksikan ke stator. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name plate pad generator. Inti stator yang terbuat dari bahan feromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat melilitkan stator. Lilitan stator yang merupakan tempatuntuk mengahsilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder ). Konstruksi dari rotor silinder dapat dilihat pada gambar 1.

Stator :

1. rumah stator

2. inti stator

3. lilitan stator

4. alur stator

5. kontak hubung

6. sikat

Rotor :

1. kuitubmagnet

2. lilitan penguat magnet

3. cincin seret

4. poros

III.2.2Prinsip Kerja Generator ACPrinso kerajanya yaitu menggunakan hokum faraday yang menyatakan jika batang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan timbul GGL. Prinsip kerja generator AC 3 fasa pada dasarnya = generator AC 1 fasa, akan tetapi pada generator 3 fasa memilki 3 liltan yang sama dan 3 tegangan outputnya berbeda fasa 1200 pada masing-masing fasa seperti ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2. Skema lilitan stator generator 3 fasa

Besar tegangan generator bergantung pada :

1. kecepatan putaran (N)2. jumlah kawat yang memotong fluks (Z)

3. banyaknya fliks magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f)

3.2.3. Jumlah kutub

Jumlah kutub generator AC tergantung pada kecepatan rotor dan frekuensi dari GGL yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan :

Dimana :

f ; frekuensi teangan (Hz)

p : jumlah kutub pada rotor

n : kecepatan rotor (rpm)

5. Generator Tanpa Beban dan Berbeban Generator tanpa beban (tanpa beban)

Jika poros diputar dengan kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan If, maka tegangan E0 akan terinduksi pada kumparan jangkar stator sebesar :

E0 = cn

Dimana :

C : konstanta mesin

N : putaran sinkron

: fluks yang dihasilkan oleh If Generator AC yang dioperasikan tanpa beban, arus jangkarnya akan nol (Ia = 0) sehingan tegangan terminalnya Vt = Va = V0 . karena besar GGL induksi merupakan fungsi dari fluks magnet, maka GGL induksi dapat dirumuskan Ea = f (), yang berarti pengaturan arus medan sampai kondisi tertentu akan mengakibatkan GGL induksi tanpa beban dalam keadaan saturasi, seperti ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3. Hubungan dan Karakteristik generator tanpa bebanGenerator Berbeban3 macam sifat beban jika dihubungkan dengan generator yaitu beban resistif, beban induktif dan beban kapasitif. Akibat pembebanan ini akan berpengaruh terhadap tegangan beban dan faktor dayanya. Gambar 4 menunjukkan jika beban generator bersifat resistif menagkibatkan penurunan tegangan relative kecil dengan faktor daya = 1. Jika beban generator bersifat induktif terjadi penurunan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya terbelakang (lagging). Sebalknya jika beban generator bersifat kapasitif akan terjadi kenaikan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya mendahului (leading).

Gambar 4. Karakteristik berbeban

Hubungan antara tegangan tanpa beban (E0) dengan teganngan berbeban (v) disebut regulasi tegangan yang dinyatakan sebagai berikut :Regulasi tegangan . (Eo XV)/V x 100%6. system penguat (exiter)

Saat generator dihubungkan dengan beban akan menyebabkan tegangan keluaran generator akan turun, karena medan magnet yang dihasilkan dari arus penguat relative konstan. Agar tegangan generator konstan, maka harus ada peningkatan arus penguatan arus penguatan sebanding dengan kenaikan beban. Gambar 5 menunjukkan system arus penguatan pada generator dan karakteristik tegangan keluaranya.

Gambar 5. Prinsip kerja exiter generator

Keterangan:

Garis lengkung 1 : karakteristik tegangan keluar tanpa beban yang diperoleh dari medan magnet minimum.

Garis lengkung 2 : karakteristik tegangan dengan penambahan arus penguatan maksimum

Garis lengkung 3 : karakteristik yang bervariasi dengan mengatur arus penguatan sesuai kebutuhan beban.

3. Generator Sinkron3.1. konstruksi generator sinkron

Pada dasarnya konstruksi generator sinkron adalah sama dengan konstruksi motor sinkron dan secara umum biasa disebut mesin sinkron (seperti tela dibahas disini ). Ada 2 struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersbut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC (membangkitkan medan magnet biasa disebut siste eksitasi) dan sebuah kumparan (biasa disebut jangkar) tempat dibangkitkanya GGL arus AC.

Hamper semua mesin sinkron mempunyai belitan GGL berupa stator yang diam dan struktur medan magnet berputar ebaagi rotor. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan pda sumber DC luar melalui slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan siakt arang yaitu system brushless excitation

3.2. bentuk penguatan

Esperti telah diurakan diatas bahwa untuk membangkitkan fluks magnetic diperlukan penguatan DC. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari generator DC penguatan sendiri yang seporos dengan rotor mesin sinkron. Pada mesin sinkron dengan kecepatan rendah, tapi rating daya besar, seperti generator hydroelectric (pembangkit listrik tenaga air), maka generator DC yang digunakan tidak dengan penguatan sendiri tapi dangan pilot exciter sebagai penguatan atau menggunakan magnet permanen (magnet tetap) .

Gambar 1. Generator sinkron 3 fasa dengan penguatan generator DC pilot exciter

Gambar 2. Generator sinkron 3 fasa dengan system penguatan brushless exciter sistem

Alternative lainnya untuk penguatan eksitasi adalah menggunakan diode silicon dan thyristor

Ada dua tipe system penguatan solid state yaitu:

System statis yang menggunakan diode atau thyristor statis dan arus dialirkan ke rotor melalui slipring

Brushless system pada system ini penyearah dipasangkan di poros yang berputar dengan rotor sehingga tidak dbutuhkan sikat arang dan slip-ring

3.3. Bentuk RotorUntuk medan rotor yang digunkan tergantung pada kecepatan mesin dengankecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silider gamba 3a sedangkan mesin dengan rendah seperti hydroelectric atau generator listrik diesel memlilki rotor kuitb menonjol gambar 3b

Gambar 3a. bentuk rotor kutub silinder

Gambar 3b. bentuk rotor kutub menonjol

3.4 bentuk stator

Stator dari mesin sinkron terbuat dari bahan feromagnetik seperti telah dibahas disini yang berbentuk laminasi untuk mengurangi rugi-rigi arus pusar. Dengan inti feromagnetik yang bagus berarti yang bagus berarti permeabilitas dan reistivitas dari bahan tinggi.

Gambar 4. Inti stator dan alur pada stator

Gambar 4 memeplihatkan alur stator tempat kumparan jangkar. Belitan jangkar (stator) yang umum digunakan oleh mesin sinkron 3 fasa. ada 2 tipe yaitu :

a. belitan 1 lapis (single layer winding)

b. belitan berlapis ganda (double layer winding)

3.5. Bentuk Stator 1 LapisGambar 5 memeperliahatkan belitan 1 lapis karena hanya ada 1 sisi lilitan didalam masing- masing alur. Bila kumparan 3 fasa dimulai pada Sa, Sb, dan Sc dan berakhir di Fa,Fb, dan Fc bisa disatukan dalam 2 cara yaitu hubungan bintang dan segitiga . antar kumparan fasa dipisahkan sebesar 120 darajat listrik atau 60 dearajat mekanik satu siklus GGL penuh akan dihasilkan bila rotor dengan 4 kutub berputar 180 derajat mekanis. Satu siklus GGL penuh menunjukkan 360 dearajat listrik adapun hubungan antara sudut rotor mekanis _mek dan sudut listrik _lis adalah

Gambar 5. Belitan satu lapis generator sinkron 3 fasa

Contoh sebuah generator sinkron mempunyai12 kutub . berapa sudut mekanis ditunjukkan dengan 180 derajat listrik.

Jawaban:

Sudut mekanis antara kutub utara dan kutub selatan adalah

Ini menunjukkan 180 darajat listrik

Atau bisa juga secara langsung yaitu :

Gambar 6. Urutan fasa ABC

Untuk menunjukkan arah dari putaran rotor gmabar 6. (searah jarum jam) urutan fasa yang dihasilkan oleh suplai 3 fasa adalah ABC dengan demikian tegangan maksimum pertama terjasi dalam fasa A, diikuti fasa B, diikuti fasa C.

Kebalikan arah putaran dihasilkan dalam urutan ACB atau urutan fasa negative, sedangkan urutan fasa ABC disebut urutan fasa positif. Jadi GGL yang dibangkitkan system tiga fasa secara simetris adalah

EA = EA |_ 00 volt

EB = EB |_ -1200 volt

EC = EC |_ -2400 volt

3.6Belitan Berlapis Ganda

Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada gambar 5 hanya mempunyai satu lilitan perkutub perfasa, akibatnya masing-masing kumparan hanya dua lilitan secara seri. Bila alur-alurtidak terlalu lebar, masing-masing penghantar yang berada dalam alur akan membangkitkan tegangan yang sama.masing-masing tegangan fasa akan sama untuk menghasilkan teganagan per penghantar dan jumlah total dari penghantar per fasa.

Dalam kenyataannya secara seperti ini tidak menghasilkan cara yang efektif dalam penggunaan inti stator karena variasi kerapatan fluks dalam inti dan juga melokalisir pengaruh panas dalam daerah alur dan menimbulkan harmonic. Untuk mengatasi maslash ini , generator praktisnya mempunyai kumparan terdistribusi dalam beberapa alur per kutub per fasa.

Gambar 7 memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan jangkar yang secara umum banyak digunakan. Pada masing-masing alur ada dua sisi lilitan dan masing-masing lilitan memiliki lebih dari satu putaran . Bagian dari lilitan yang tidak terletak kedalam alur biasanya disebut WINDING OVERHANG , sehingga tidak ada tegangan dalam winding overhang.

Gambar 7. Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa

3.7 Faktor Distribusi

Seperti telah dijelaskan diatas bahwa sebuah kumparan terdiri dari sejumlah lilitan yang ditempatkan dalam alur secara terpisah. Sehingga GGL pada terminal menjadi lebih kecil bila dibandingkan dengan kumparan yang telah dipusatkan. Suatu Faktor yang harus dikalikan dengan GGL dari sebuah kumparan distribusi untuk menghasilkan total GGL yang dibangkitkan disebut factor distribusi Kd untuk Kumparan. Faktor ini selalu lebih kecil dari satu (Kd < 1). Diasumsikan ada n alur per fasa per kutub, maka jarak antara alur dalam derajat listrik , adalah :

Dimana m menyatakan jumlah fasa

Gambar 8 Diagram Phasor dari Tegangan Induksi Lilitan

Perhatikan gambar 8, disini diperlihatkan GGL yang di induksikan dalam alur 2 akan tertinggal (lagging) dari GGL yang dibangkitkan dalam alur 1 sebesar = 15 derajat listrik, demikian pula GGL yang diinduksikan dalam alur 3 akan tertinggal 2 derajat dan seterusnya. Semua GGL ini ditunjukkan masing-masing oleh phasor E1, E2, E3 dan E4 . Total GGL stator perphasa E adalah jumlah dari seluruh vector

E = E1 + E2 + E3 +E4

Total GGL stator E lebih kecil dibandingkan jumlah aljabar dari GGL lilitan oleh factor

Kd adalah faktor distribusi dan bisa dinyatakan dalam persamaan

Keuntungan dari kumparan distribusi adalah memperbaiki bentuk gelombang tegangan yang dibangkitkan seperti terlihat pada gambar 9.

Gambar 9. Total GGL Et dari tiga GGL Sinusoidal

3.8 Faktor Kisar

Gambar 10 . memperlihatkan bentuk kisar dari sebuah kumparan, bila sisi lilitan diletakkan dalam alur 1 dan 7 disebut kisar penuh , sedangkan bila diletakkan dalam alur 1 dan 6 disebut kisar pendek , karena ini sama dengan 5/6 kisar kutub

Gambar 10. Kisar kumparan

Kisar :

5/6 = 5/6 x 180 derajat = 150 derajat

1/6 = 1/6 x 180 derajat = 30 derajat

Kisar pendek sering digunakan karena mempunyai beberapa keuntungan diantaranya :

1. Menghemat tembaga yang digunakan

2. Memperbaiki bentuk gelombang dari tegangan yang dibangkitkan

3. Kerugian arus pusar dan hysteresis dapat dikurangi .

EL GGL yang diinduksikan pada masing-masing lilitan , bila lilitan merupakan kisar penuh maka total induksi = 2 EL (gambar 11)

Gambar 11. Vektor Tegangan Lilitan

Sedangkan kisar pendek dengan sudut 30 derajat listrik seperti diperlihatkan pada gambar 8b, maka tegangan resultannya adalah

E = 2 EL Cos 30 / 2

Atau

Dimana P0 adalah kisaran kumparan dalam derajat listrik

3.9Gaya Gerak Listrik Kumparan

Sebelumnya telah dibahas mengenai frekuensi dan besarnya tegangan masing-masing fasa secara umum . Untuk lebih mendekati nilai GGL sebenarnya yang terjadi maka harus diperhatikan factor distribusi dan factor kisar.

Apabila

Z = Jumlah Penghantar atau sisi lilitan dalam seri/fasa = 2T

T = Jumlah lilitan perfasa

d = P dan dt = 60 / N detik

maka GGL induksi rata-rata per penghantar

sedangkan jika,

Atau

Sehingga GGL induksi rata-rata per penghantar menjadi :

Bila ada Z penghantardalam seri/fasa maka : GGL rata-rata / fasa

= 2.f..Z Volt

= 2.f..(2T)

= 4.f..T Volt

GGL efektif/fasa :

=1,11 x 4.f..T

= 4,4xf..T Volt

Bila factor distribusi dan factor kisar dimasukkan maka GGL efektif/fasa

E = 4,44 . Kd . Kp . f ..T (Volt)4. Metode Pararel Generator Sinkron

Bila suatu generator mendapatkan pembebanan yang melebihi dari kapasitasnya , maka dapat mengakibatkan generator tersebut tidak bekerja atau bahkan akan mengalami kerusakan. Untuk mengatasi kebutuhan listrik atau beban yang terus meningkat tersebut, bisa diatasi dengan menjalankan generator lain yang kemudian dioperasikan secara pararel dengan generator yang telah bekerja sebelumnya, pada satu jaringan listrik yang sama. Keuntungan menggabungkan 2 generator atau lebih dalam suatu jaringan listrik adalah bila salah satu generator tiba-tiba mengalami gangguan maka generator tersebut dapat dihentikan serta beban dialihkan pada generator lain sehingga pemutusan listrik secara total bisa dihindari.

Cara mempararel generator

Syarat syarat yang harus dipenuhi untuk mempararel 2 atau lebih generator adalah :

1. Polaritas dari generatorharus sama dan tidak bertentangan setiap saat terhadap satu sama lainnya.

2. Nilai efektif tegangan harus sama.

3. Tegangan generator yang dipararelkan mempunyai bentuk gelombang yang sama .

4. Frekuensi kedua generator atau frekuensi generator dengan jala-jala harus sama

5. Urutan fasa dari kedua generator harus sama.

Kerja pararel generatorAda beberapa cara untuk memparalelkan generator dengan mengacu pada syarat-syarat diatas, yaitu :

a. Lampu cahaya berputar dan Volt-meter.

b. Voltmeter, Frekuensi meter, dan synchroscope.

c. Cara otomatis.

Lampu Cahaya Berputar dan Volt-meterDengan rangkaian pada gambar 1, pilih lampu dengan tegangan kerja dua kali tegangan fasa-netral generator atau gunakan dua lampu yang di hubungkan secara seri. Dalam keadaan saklar S terbuka oprasikan generator, kemudian lihat urutan nyala lampu. Urutan lampu akan berubah menurut urutan L1 L2 L3 L1 L2 L3.

Gambar 1. Rangkaian Paralel Generator.

Perhatikan gambar 2a, pada keadaan ini L1 paling terang, L2 terang, dan L3 redup.

Perhatikan Gambar 2b, pada keadaan ini:

L2 paling terang

L1 terang

L3 terang

Perhatikan gambar 2c, pada keadaan ini,

L1 dan L2 sama teang

L3 gelap dan voltmeer = 0 V

Pada kondisi ini maka generator dapat diparalelkan dengan jala-jala (generator lain).

Gambar a

Gambar b

Gambar c

Gambar 2a, b, dan c. Rangkaian Lampu Berputar.

Voltmeter, Frekuensi Meter, dan Synchroscope

Pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik, untuk indikator paralel generator banyak yang menggunakan alat synchroscope, gambar 3. Penggunaan alat ini dilengkapi dengan voltmeter unuk memonitir kesamaan tegangan dan frekuensi meter untuk kesamaan frekuensi.

Ketepatan sudut fasa dapat dilihat dari synchroscope. Bila jarum penunjuk berputar berlawanan arah jarum jam, berarti frekuensi generator lebih rendahdan bila searah jarum jam berarti frekuensi generator lebih tinggi. Pada saat jarum telah diam dan menunjuk pada kedudukan vertikal, berarti beda fasa generator dan jala-jala telah 0 (Nol) dan selisih frekuensi telah 0 (Nol), maka pda kondisi ini saklar di masukkan (ON). Alat synchroscope tidak bisa menunjukkan urutan fasa jala-jala, sehingga untuk meparalelkan perlu di pakai indikator urutan fasa jala-jala.

Paralel Otomatis

Paralel generator secara otomatis biasanya menggunakan alat yang secara otomatis memonitor perbedaan fas, tegangan, frekuensi, dan urutan fasa. Apabila semua kondisi telah tercapai alat memberi suatu sinyal bahwa saklar untuk paralel dapat di masukkan.

Gambar 3. Synchroscope.

5. AVR (AUTOMATIC Voltage Regulator)

Artikel kali ini erat kaitannya dengan artikel mengenai sistem eksitasi karena karena prinsip kerja dari AVR adalah mengatur arus penguatan (excitacy) pad exciter.

Sistem pengoprasian Unit AVR (Automatic Voltage Regulator) berfungsi untuk menjaga agar tegangan generator tetap konstan dengan kata lain generator akn tetap mengeluarkan tegangan yang selalu stabil tidak terpengaruh pada perubahan beban yang selalu berubah-ubah, dikarenakan beban sangat mempengaruhi tegangan output generator.Prinsip kerja dari AVR adalah mengatur arus penguatan (excitacy) pada exciter. Apabila tegangan output generator dibawah tegangan nominal tegangan generator, maka AVR akan memperbeesar arus penguatan (excitacy) pada exciter. Dan juga sebaliknya apabila tegangan output generator melebihi tegangan nominal generator maka AVR akan mengurangi arus penguatan (excitacy) pada exciter. Dengan demikian apabila terjadi titik netral. Besaran yang di gunakan untuk mendeteksi gangguan adalah arus atau tegangan urutan nol.

a. ganguan antar (inter) belitan stator

Hubungan pendek antar belitan stator dalam satu coildapat terjadi apabila stator terbuat dari multi turn coil. Gangguan semacam ini berkembang karena adanya surge arus yang masuk dengan bagan depan gelombang yang curam, yang menyebabkan suatu tegangan tinggi melewati belitan pada jalan masuk belitan stator. Jika belitan stator terbuat dari single turn coil (gulungan tunggal), dengan satu coil per slot, tidak mungkin terjadi gangguan antar belitan. Proteksi yang di gunakan adalah interturn Fault Protection atau Stator Earth fault Protection. 5. Gangguan Belitan Medan (Field Winding atau rotor)

Gangguan rotor, termasuk gangguan antar gulungan rotor dan konduktor ke tanah umumnya disebabkan mekanikal atau temperatur stress.sistem medan umumnya tidak di hubungkan ke tanah sehingga gangguan tanah yang tunggal umumnya tidak memberikan kenaikan arus gangguan.

Gangguan tanah yang kedua umunya akan menghubung singkatkan sebagian belitan dan menghasilkan sistem medan tak simetris, memberikan gaya tak seimbang pada rotor.

Gaya yang semacam ini akan menyebabkan tekanan yang berlebihan pada bantalan dan distorsi poros, dan pada rotor akan bergetar. Proteksi rotor hubung tanah menggunakan relay arus searah. Relay bekerja apabila salah satu (kutub positif atau negatif)dari rangkaian penguat, hubung tanah. Untuk mendeteksi ini digunakan rotor earth fault protection yaitu pada generator besar dan rotor temperature indikator untuk mendeteksi overheating karena beban tak seimbang.6. Kehilanagan eksitasi (loss of field)

Ini berakibat hilangnya sinkronisasi dan kecepatan naik sedikit. Penyebabnya karena terbukanya saklar medan (field circuit breaker). Akibatnya tergantung hubungannya terhadap beban. Kehilangan eksitasi dapat terjadi karena adanya hubung singkat atau circuit terbuka dalam circuit medan atau gangguan dalam AVR.

Jika circuit breaker medan terbuka, maka beban penuh generator akan hilang dalam waktu 1 detik, tetapi generator akan tetapberputar sebagai induction generator, yang menarik daya reaktif dari bus. Untuk menghindari ini generator dirancang harus trip apabila circuit medan terbuka.

Jika generator paralel dengan generator lain, mesin akan terus berjalan sebagaigenerator induksi. Menarik arus eksitasi (arus pemagnetan) dari busbar, damper winding beraksi sebagai sarang tupai. Arus pemagnetan yang di suplai dari unit lain akan mempengaruhi stabilitas unit-unit itu.

Hal ini akan menyebabkan overheating belitan stator dan rotor medan (field) harus di pulihkan atau mesin harus di shut down sebelum ke stabilan istem hilang. Output daya ini harus di kurangi sambil berjalan sebagai generator induksi. Arus stator mungkin bertambah sampai diatas arus rating normal selama beraksi sebagai generator induksi. Arus yang tinggi ini dapat menyebabkan tegangan jatuh dan overheating belitan stator. Proteksi yang diberikan generator adalah field failure protection atau loss of field protection.7. Motoring of Generator (reverse power)

Perubahan tegangan output Generator akan dapat distabilkan oleh AVR secara otomatis dikarenakan dilengkapi dengan peralatan seperti alat yang digunakan untuk pembatasan penguat minimum ataupun maximum yang bekerja secara otomatis.

Gambar 1. Diagram sistem eksitasi.

AVR dioperasikan dengan mendapat satu daya dari permanen magnet generator (PMG) sebagai contoh AVR dengan tegangan 110V, 20A, 400Hz. Serta mendapat sensor dari potencial transformer (PT) dan current transformer (CT).

Gambar 2. Diagram AVR.

Bagian-bagian pada unit AVR

a. Sensing circuit

Tegangan tiga phasa generator diberikan pada sensing circuit melewati PT dan 90R terlebih dahulu, dan tegangan tiga phasa keluaran dari 90R diturunkan kemudian disearahkan dengan rangkaian dioda, dan diratakan oleh rangkaian kapasitor dan resistor dan tegangan ini dapat diatur dengan VR (Variable Resistant). Keuntungan dari sensing circuit adalah mempunyai respon yang cepat terhadap tegangan output generator.

Output tegangan respon berbanding lurus dengan output tegangan Generator berbanding lurus seperti ditinjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Grafik hubungan sensing tegangan terhadap output of Generatorb. Comparative amplifier

Rangkaian comparative amplifier digunakan sebagai pembanding antara sensing circuit dengan set voltage. Besar sensing voltage dengan set voltage tidak mempunyai nilai yang sama sehingga selisih/rentang besar tegangan tersebut. Selisih tegangan disebut dengan error voltage. Ini akan dihilangkan dengan cara memasang VR (variable resistance) pada set voltage dan sensing voltage.

c. Amplifier circuit

Aliran arus dari D11, D12, dan R34 adalah rangkaian penguat utama atau penguatan tingkat terendah. Keluaran dari comparative amplifier dan keluaran dari over excitation limiter (OEL) adalah tegangan negative dan dari tegangan negative kemudian pada masukan OP201. Ketika over excitation limiter (OEL) atau minimum excitation limiter (MEL) tidak operasi maka keluaran dari comparative amplifier dikuatkan oleh OP201 dan OP301 masukan dari OP301 dijumlahkan dengan keluaran dari dumping circuit. OP401 adalah Amplifier untuk balance meter hubungan antara tegangan masuk dan tegangan keluaran dari OP201 dan OP401 diperlihatkan pada bagan berikut.

Gambar 4. Rangkaian Amplifier

d. Automatic manual change over and mixer circuit

Rangkaian ini disusun secara Auto-manual pemindah hubungan dan sebuah rangkaian untuk mengontrol tegangan penguatanmedan generator. Auto-manual change over and mixer circuit pada operasi manual pengaturan tegangan penguatan medan generator dilakukan oleh 70E, dan pada saat automatic manual change over and mixer circuit beroperasi manual maka AVR (automatic voltage Rregulator) belum dapat beroperasi. Dan apabila rangkaian ini pada kondisi auto maka AVR sudah dapat bekerja untuk mengatur besar arus medan generator.

e. Limited circuit

Limited circuit adalah untuk penentuan pembatasan lebih dan kurang penguatan (excitation) untuk pengaturan tegangan output pada sistem excitacy, VR125 untuk pembatas lebih dari keluaran terminal C6 dan VR126 untuk pembatas minimal dari keluaran terminal C6.

f. Phase syncronizing circuit

Unit tyristor digunakan untuk mengontrol tegangan output tyristor dengan menggunakan sinyal kontrol yang diberikan pada gerbang tyristor dengan cara mengubah besarnya sudut sinyal pada gerbang tyristor. Rangkaian phase sinkronisasi berfungsi untuk mengubah sudut gerbang tyristor yang sesuai dengan tegangan output dari batas sinkronisasi dan juga sinyal kontrol yang diberikan pada tyristor di bawah ini terdapat gambar sinkronisasi.

g. Thyristor firing circuit

Rangkaian ini sebagai pelengkap tyristor untuk memberikan sinyal kontrol pada gerbang tyristor.

h. Dumping circuit

Dumping circuit akan memberikan sensor besarnya penguatan tegangan dari AC exciter dan untuk diberikan ke amplifier circuit dengan dijadikan feed back masukan terminal OP301.

i. Unit tyristor

Merupakan susunan dari tyristor dan dioda. Dan juga menggunakan fuse (sekring) yang digunakan sebagai pengaman lebur dan juga dilengkapi dengan indikator untuk memantau kerja dari tyristor yang dipasang pada bagian depan tyristor untuk tiap phase diberikan dua fuse yang disusun pararel dan ketika terjadi kesalahan atau putus salah satunya masih dapat beroperasi.

j. MEL (minimum excitacy limiter)

MEL (minimum eksitasi limiter) yaitu untuk mencegah terjadinya output yang berlebihan pada generator dan adanya penambahan penguatan (excitacy) untuk meningkatkan tegangan terminal generator pada level konstan. Rangkaian ini digunakan untuk mendeteksi operasional dari generator yaitu dengan mendeteksi keluaran tegangan dan arus pada generator. Rangkaian inijuga digunakan untuk membandingkan keluaran tegangan generator dengan eksitasi minimum yang telah diseting. Rangkaian ini akan memberikan batas sinyal pada rangkaian AVR apabila melebihi eksitasi minimum, kemudian output dari MEL (Minimum Eksitasi Limiter) dikuatkan oleh amplifier.

Gambar 5. Diagram Minimum Excitasi Limiter.

k. Automatic follower

Prinsip kerja dari alat ini adalah untuk melengkapi penguatan dengan pengaturan secara manual oleh 70E. Untuk menyesuaikan pengoperasian generator dalam pembandingan fluktuasi dari tegangan terminal oleh sinyal error. Hal tersebut digunakan untuk menjaga kesetabilan tegangan pada generator. Pengoperasian ini digunakan untuk pengaturan manual (70E) untuk ketepatan tingkatan excitacy yang telah disesuaikan. Kondisi pengoperasian generator dan pembandingan fluktuasi dari tegangan terminal oleh sinyal tegangan error. Hal tersebut dijadikan pegangan untuk menjaga kestabilan tegangan pada generator dengan adanya perubahan beban.Automatic Follower digunakan untuk mendeteksi keluaran regulator dari sinyal tegangan error dan pengoperasian otomatis manual adjuster dengan membuat nilai nol. Rangkaian ini untuk menaikkan sinyal dan menurunkan sinyal yang dikendalikan oleh 70E. Dengan cara memutar 70E untuk mengendalikan sinyal pada rangkaian ini.

Gambar 6. Blok Diagram Automatic FollowerProteksi Generator

1. Gangguan di luar Generator

Adanya hubung pendek, mechanical stress pada gulungan stator. Jika mechanical stress sudah terdapat pada gulungan stator maka operasi selanjutnya akan memperparah kondisi gulungan, kenaikan temperature walaupun perlahan- lahan selama 10 detik akan menaikkan temperature ke kondisi yang membahayakan. Gangguan ini dapat menimbulkan asimetri, vibrasi besar dan rotor menjadi overheating. Untuk proteksi generator akibat gangguan ini di gunakan Overcurrent dan Earth Fault Protection sebagai back up protection. Relay differensial digunakan untuk mendeteksi perbedaan arus pada gulungan generator atau trafo.

2. Thermal Loading

Pembebanan yang berlebih pada generator akan mengakibatkan kenaikan temperatur gulungan stator (overheating) sampai isolasi menjadi rusak, sehingga usia pemakaiannya menjadi lebih pendek. Temperatur naik juga disebabkan oleh adanya kegagalan sistem pendingin. Pada generator besar biasanya di pasang thermocouple pada slot stator dan sistem pendingin. Overcurrent Protection dipasang untuk mengamankan generator dan di setel pada harga tertinggi beban lebih yang masih dapat di tanggung.

3. Beban Tak Seimbang (Unbalanced Loading) = Negative Phase Sequence`Jika generator memikul beban tak seimbang terus menerus, atau arus yang di terimanya melebihi 10% dari rating arus, ini dapat menimbulkan bahaya pada rotor silinder dari generator.

Arus tiga fase yang tidak seimbang akan mempunyai komponen-komponen dengan urutan positif, negatif dan zero pada gulungan statornya. Komponen urutan positif searah dengan putaran rotor. Pada kondisi seimbang hanya ada arus urutan positif pada stator.

Komponen urutan negatif berputar dengan kecepatan sinkron berlawanan arah dengan putaran stator. Pada kondisi gangguan satu fase ke fase lain, dalam gulungan stator akan ada komponen urutan positif dan komponen urutan negatif. Pada komponen urutan zero (nol), tidak ada interval waktu diantara fase-fasenya. Pada kondisi gangguan satu fase ke tanah, akan menyertakan komponen urutan positif, negaif dan nol.

Arus yang tak seimbang 3 fase akan menghasilkan flux memotong rotor dengan kecepatan dua kali kecepatan putar. Karena itu arus frekuensi ganda di induksikan ke rotor, bodi dan gulungan peredam (damper winding). Oleh adanya arus eddy yang besar pada rotor ini akan menaikkan temperatur rotor dengan cepat sehingga mengakibatkan overheating.

Arus stator tak seimbang juga akan menimbulkan vibrasi besar dan memanaskan stator. Proteksi yang digunakan untuk mendeteksi beban tak seimbang pada generator besar digunakan Negative Squence Protection. Untuk generator kecil dipasang Overload Protection.

4. Gangguan Belitan Stator

Gangguan pada belitan stator akan mempengaruhi gulungan jangkar (armature). Dalam hal ini generator harus segera di shutdown. Membuka sirkit bukanlah jalan yang membantu memperbaiki keadaan, sebabnya e.m.f di induksikan ke gulungan stator sendiri. Yang termasuk ganguan stator adalah:

a. Gangguan Fase ke tanah

Gangguan ini umumnya terjadi di celah jangkar (armature slot). Gangguan pada titik tersebut secara langsung di hubungkan kepada Natural Earthing Resistor. Dengan arus ganguan lebih kecil dari 20 A, terbakarnya inti besi (iron core) masih belum masalah asalkan mesin segera trip dalam beberapa detik. Coil dapat diganti tanpa melapis kembali laminasi inti. Bagaimanapun, earthing resistor akan dilewati arus gangguan (>200A), sehingga kebakaran yang berat pada inti stator akan terjadi. Jadi diperlukan pelapisan laminasi kembali.

Bahkan dengan memasang High Speed Earth Fault Diferential Protection, kerusakan berat dapat terjadi disebakan oleh konstanta waktu dari sirkit medan (field sirkit) yang besar dan membutuhkan waktu yang relatif lama untuk menekan tuntas field flux nya.

Untuk mendeteksi gangguan ini di gunakan Sensitive Earth Fault Protection. Proteksi gangguan stator hubung tanah kebanyakan di tentukan oleh jenis pentanahan titik netral. Besaran yang di gunakan untuk mendeteksi ganggaun adalah arus atau tegangan urutan nol.

b. Gangguan antar (inter) belitan Stator

Hubung pendek antar belitan stator dalam satu coil dapat terjadi apabila stator terbuat dari multi turn coil. Gangguan semacam ini berkembang karena adanya surge arus yang masuk dengan bagian depan gelombang yang curam, yang menyebabkan suatu tegangan tinggi melewati belitan pada jalan masuk belitan stator. Jika belitan stator terbuat dari single turn coil (gulungan tunggal), dengan satu coil per slot, tidak mungkin terjadi gangguan antar belitan. Proteksi yang di gunakan adalah Interturn Fault Protection atau Stator Earth Fault Protection.5. Gangguan Belitan Medan (Field Winding atau rotor)

Gangguan rotor, termasuk gangguan antar gulungan rotor dan konduktor ke tanah umumnya disebabkan mekanikal atau temperature stress. Sistem medan umumnya tidak di hubungkan ke tanah sehingga gangguan tanah yang tunggal umumnya tidak memberikan kenaikkan arus gangguan.

Gangguan tanah yang kedua akan menghubung singkat sebagian belitan dan menghasilkan sistem medan tak simetris, memberikan gaya tak seimbang pada rotor.

Gaya yang semacam ini akan menyebabkan tekanan yang berlebihan pada bantalan dan distorsi poros, dan rotor akan bergetar. Proteksi rotor hubung tanah menggunakan relay arus searah. Relay bekerja apabila salah satu (kutub positif atau negatif) dari rangkaian penguat, hubung tanah. Untuk mendeteksi ini digunakan Rotor Earth Fault Protection yaitu pada generator besar dan rotor temperature indikator untuk mendeteksi overheating karena beban tak seimbang.6. Kehilangan Eksitasi (Loss of Field)

Ini berakibat hilangnya sinkronisasi dan kecepatan naik sedikit. Penyebabnya karena terbukanya sakelar medan (field cirkuit breaker). Akibatnya tergantung hubungannya terhadap beban. Kehilangan eksitasi dapat terjadi karena adanya hubung singkat atau circuit terbuka dalam circuit medan atau ganguan dalam AVR (Automatic Voltage Regulator).

Jika circiut breaker medan terbuka, maka beban penuh generator akan hilang dalam waktu 1 detik, tetapi generator akan tetap berputar sebagai induction generator, yang menarik daya reaktif dari bus. Untuk menghindari ini generator dirancang harus trip apabila circuit medan terbuka.

Jika generator paralel dengan generator lain, mesin akan terus berjalan sebagai generator induksi. Menarik arus eksitasi (arus pemagnetan ) dari busbar, damper winding beraksi sebagai sangkar tupai. Arus pemagnetan yang di suplai dari unit lain akan mempengaruhi stabilitas unit-unit itu.

Hal ini akan menyebabkan overheating belitan stator dan rotor. Medan (field) harus di pulihkan atau mesin harus di shut down sebelum kestabilan sistem hilang. Output daya ini harus di kurangi sambil berjalan sebagai generator induksi. Arus stator mungkin bertambah sampai di atas arus rating normal selama beraksi sebagai generator induksi. Arus yang tinggi ini dapat menyebabkan tegangan jatuh dan overheating belitan stator. Proteksi yang di berikan generator adalah Field Failure Protection atau Loss of Field Protection.

7. Motoring of Generator (reverse power)

Ini terjadi bila torsi penggerak (turbin gas) dikurangi sampai dibawah total kerugian ( losses) generator atau di stop. Daya aktif (active power) akan di tarik dari jala-jala untuk mempertahankan sinkronisasi, dan generator bekerja sebagai motor sinkron dengan turbin sebagai bebannya. Arah putaran tak berubah. Jika hal itu dibiarkan (>20detik), overheating yang serius pada blade turbin akan terjadi akibat windage gas.

Sewaktu beraksi sebagai motor, daya mengalir dari busbar ke mesin dalam kondisi tiga fase seimbang. Reverse power protection diberikan untuk mengatasinya. Reverse power relay cukup mendeteksi satu fase saja.

BAB IV

PERAWATAN GENERATORPertama, tidak menempatkan genset/Genset Portable di dalam ruangan, mengingat karbonmonoksida yang dihasilkannya dapat mengontaminasi kualitas udara di dalam rumah yang tidak boleh dihirup manusia. Untuk amannya,letakkan genset di ruangan luar dengan sirkulasi udara yang baik namun tetap terlindung dari hujan dan aliran udara tidak mengarah ke dalam ruangan.Penempatan Portable Genset ini juga sebaiknya menggunakan system grounding untuk system listrik di rumah, sehingga kelebihan arus listrik yang di timbulkan medan maget dapat di salurkan ke tanah dan menghindari terjadinya sengatan listrik.

Kedua, usahakan untuk tidak menggunakan genset/Portable Genset melebihi kapasitasnya dan biasakan menghidupkan barang elektronik yang memerlukan daya listrik paling besar terlebihi dahulu.

ketiga, perawatan genset (Genset Jakarta)secara langsung akan berpengaruh pada kinerja genset. Jika setiap komponen genset dirawat dan dijaga kondisinya,maka kinerjanya menjadi lebih baik serta memberi keamanan selama proses bekerja. Itu sebabnya, selain dibersihkan secara berkala, periksalah volume oil, air radiator, dan tangki bahan bakar secara teratur dan melakukan penggantian dengan rutin.

Dianjurkan juga untuk menyalakan genset setiap minggu sekali tanpa diberi beban untuk sirkulasi oli sehingga seluruh kompoen genset lebih tahan lama. Kencangkanlah baut-baut genset jika ada yang kendur dan lakukan service tenaga ahli.Perawatan Genset

BAB IV

TRANSFORMATOR

Transformator atau lebih dikenal dengan nama "transformer" atau "trafo" sejatinya adalah suatu peralatan listrik yang mengubah daya listrik AC pada satu level tegangan yang satu ke level tegangan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik tanpa merubah frekuensinya. Transformator biasa digunakan untuk mentransformasikan tegangan (menaikkan atau menurunkan tegangan AC). Selain itu, transformator juga dapat digunakan untuk sampling tegangan, sampling arus, dan jua mentransformasi impedansi. Transformator terdiri dari dua atua lebih kumparan yang membungkus inti besi feromagnetik. Kumparan-kumparan tersebut biasanya satu sama lain tidak di hubungkan secara langsung. Kumparan yang satu dihubungkan dengan sumber listrik AC (kumparan primer) dan kumparan yang lain mensuplai listrik ke beban (kumparan sekunder). Bila terdapat lebih dari dua kumparan maka kumparan tersebut akan disebut sebagai kumparan tersier,kuarter,dst.

Transformator bekerja berdasarkan prinsip elekromagnetik. Ketika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan perubahan medan magnet. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi. Inti besi berfunsi untuk mempermudah jalan fluksi yang di timbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan,sehingga fluks magnet yang di timbulkan akan mengalir ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi, efek ini dinamakan induktansi timbal-balik(matual inductance). Bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada kumparan sekunder. Jika efesiensi sempurna (100%),semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.Komponen Transformator

Komponen transformator terdiri dari dua bagian, yaitu peralatan utama dan peralatan bantu, Peralatan utama transformator terdiri dari:

1. Kumparan Trafo: kumparan trafo terdiri dari beberapa liitan kawat tembaga yang di lapisi dengan bahan isolasi (karton, pertinax, dll) untuk mengisolasi baik terhadap inti besi maupun kumparan lain. Untuk trafo dengan daya besar lilitan dimasukkan dalam minyak trafo sebagai media pendingin. Banyaknya lilitan akan menentukan besar tegangan dan arus yang ada pada sisi sekunder. Kadang kalah transformator emiliki kumparan tertier. Kumparan tertier diperlukan untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta. Kumparan tertier sering juga untuk dipergunakan penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchorne, kapasitor shunt dan reactor shunt.

2. Inti Besi: dibuat dari lempengan -lempengan feronmagnetik tipis yang berguna untuk mempermudah jalan fluksi yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Inti besi ini juga diberi isolasi untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh arus eddy "Eddy Current".

3. Minyak trafo: berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Minyak trafo mempunyai sifat media pemindah panas (disirkulasi) dan mempunyai daya tegangan tembus tinggi. Pada power transformator, terutama yang berkapasitas besar, kumparan-kumparan dan inti besi transformator direndam dalam minyak-trafo. Syarat suatu cairan bisa dijadikan sebagai minyak trafo adalah sebagai berikut:

Ketahanan isolasi harus tinggi (>10kV/mm)

Berat jenis harus kecil, sehingga partikel-partikel inert di dalam minyak dapat mengendap dengan cepat

Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersikulasi dan kemampuan pendinginan menjadi lebih baik

Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat membahayakan

Tidak merusak bahan isolasi padat

Sifat kimia yang stabil

4. Bushing

Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah busing. Busing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki trafo. Selain itu bushing juga berfungsi sebagai pengaman hubung singkat antara kawat yang bertegangan dengan tangki trafo.

5. Tangki dan Konservator (Khusus untuk transformator basah)Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator. Pada tangki trafo distribusi umumnya dilengkapi dengan sirip-sirip pendingin(cooling fin) yang berfungsi memperluas permukaan dinding tangki, sehingga penyaluran panas minyak pada saat konveksi menjadi semakin baik dan efektif.

Peralatan Bantu Transformator Terdiri Dari :

1. Peralatan Pendingin

Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi di dalam trafo, maka untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan tersebut trafo perlu dilengkapi dengan sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar trafo.Media yang digunakan pada sistem pendingin dapat berupa : Udara/gas, minyak dan air. Pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara :

Alamiah (natural)

Tekanan/paksaan (forced).

2. Tap Changer

Tap Changer adalah suatu alat yang berfungsi untuk merubah kedudukan tap (sadapan) dengan maksud mendapatkan tegangan keluaran yang stabil walaupun beban berubah-ubah. Tap changer selalu diletakkan pada posisi tegangan tinggi dari trafo .Tap changer dapat dilakukan baik dalam keadaan berbeban (on-load) atau dalam keadaan tak berbeban (off load), tergantung jenisnya.

3. Peralatan Proteksi

Peralatan yang mengamankan trafo terhadap bahaya fisis, elektris maupun kimiawi. Yang termasuk peralatan proteksi transformator antara lain sebagai berikut :

Rele Bucholz

Rele Bucholz adalah peralatan rele yang dapat mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo yang menimbulkan gas.Gas yang timbul diakibatkan oleh: a. Hubung singkat antar lilitan pada/dalam phasab. Hubung singkat antar phasa

c. Hubung singkat antar phasa ke tanah

d. Busur api listrik antar laminasi

e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.

Rele tekanan lebih

Rele ini berfungsi hampir sama seperti rele Bucholz, yakni mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo. Bedanya rele ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung mentripkan CB pada sisi upstream-nya.

Rele Diferensial

Berfungsi mengamankan trafo dari gangguan di dalam trafo antara lain flash over antara kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun beda kumparan.

Rele Beban Lebih

Rele ini berfungi untuk mengamankan trafo terhadap beban yang belebihan dengan menggunakan sirkir simulator yang dapat mendeteksi lilitan trafo yang kemudian apabila terjadi gangguan akan membunyikan alarm pada tahap pertama dan kemudian akan menjatuhkan PMT. Rele Arus lebih

Befungsi mengamankan trafo terhadap gangguan hubung singkat antar fasa di dalam maupun di luar daerah pengaman trafo. Rele ini juga mempunyai sifat komplementer dengan rele beban lebih. Selain itu rele ini juga mempunyai funsi sebagai cadangan bagi pengaman instalasi lainnya. Arus berlebih dapat terjadi karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.

Rele Fluks Lebih

Rele ini berfungsi untuk mengamankan transformator dengan mendeteksi besaran fluksi atau perbandingan tegangan dan frekuensi.

Rele Tangki Tanah

Rele ini berfungsi untuk mengemankan transformator bila terjadi hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada transformator.

Rele Gangguan Tanah Terbatas

Rele ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan tanah di dalam daerah pengaman transformator khususnya untuk gangguan di dekat titik netral yang tidak bisa dirasakan oleh rele diferensial.

Rele Termis

Berfungsi untuk mencegah/mengamankan trafo dari kerusakan isolasi kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan oleh arus lebih. Besaran yang diukur di dalam rele ini adalah kenaikan temperatur

4. Alat pernapasan

Karena pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka suhu minyakpun akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya bila suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki.

Kedua proses di atas disebut pernapasan trafo. Permukaan minyak trafo akan selalu bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai tegangan tembus minyak trafo, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat hygroskopis.

5. Indikator

Untuk mengawasi selama trafo beroperasi, maka perlu adanya indicator pada trafo sebagai berikut:

Indikator suhu minyak

Indikator permukaan minyak

Indikator sistem pendingin

Indikator kedudukan tapdan sebagainya.

Peralatan Proteksi

Gambar bagian-bagian dari minyak trafo

Transformator Instruments

Transformator Instrumen dapat dibagi menjadi 2 yaitu :

a) Transformator arus (Current transformer)

b) Transformator tegangan (Potential transformer)

Current Transformer (CT)

Current Transformer (CT) adalah suatu perangkat listrik yang berfungsi menurunkan arus yang besar menjadi arus dengan ukuran yang lebih kecil. CT digunakan karena dalam pengukuran arus tidak mungkin dilakukan langsung pada arus beban atau arus gangguan, hal ini disebabkan arus sangat besar dan bertegangan sangat tinggi. Karakteristik CT ditandai oleh Current Transformer Ratio (CTR) yang merupakan perbandingan antara arus yang dilewatkan oleh sisi primer dengan arus yang dilewatkan oleh sisi sekunder. Gambar Metering Current transformer .Potential Transformer (PT) Potential Transformer (PT) adalah suatu peralatan listrik yang berfungsi menurunkan tegangan yang tinggi menjadi tegangan yang lebih rendah yang sesuai dengan setting relay. Trafo ini juga memiliki angka perbandingan lilitan/tegangan primer dan sekunder yang menunjukkan kelasnya. Potensial transformer dirancang untuk memberikan seakurat tegangan rasio step- down . Untuk membantu dalam regulasi tegangan yang tepat, beban seminimal mungkin.voltmeter dibuat untuk memiliki impedansi masukan yang tinggi sehingga menarik sedikit arus dari PT . Seperti yang anda lihat, pada gambar dibawah. sumbu telah terhubung secara seri dengan gulungan primer PT,untuk keselamatan dan kemudahan memutus tegangan dari PT.

Gambar Aplikasi instrumentasi :Potensi Transformator

skala tegangan tinggi ke nilai aman diterapkan pada voltmeter konvensionalYang rendah sesuai dengan setting relay. Tarfo ini juga memiliki angka perbandingan lilitan/tegangan primer dan sekunder yang menunjukkan kelasnya.

Adapun perbedaan kerja dari transformator potensial dan transformator arus adalah:

Pada transformator potensial, arus primer sangat tergantung beban sekunder, sedangkan pada transformator arus, arus primer tidak tergantung kondisi rangkaian sekunder.

Pada transformator potensial, tegangan jaringan di pengaruhi terminal terminalnya sedangkan transformator arus dihubung seri dengan satu jaringan dan tegangan kecil berada pada terminal terminalnya. Namun transformator arus mengalirkan semua arus jaringan.

Pada kondisi kerja normal tegangan jaringan hamper konstan dan karena itu kerapatan fluks serta arus penguat dari transformator potensial hanya berubah di atas batas larangan sedangkan arus primer dan arus penguatan dari transformator arus berubah di atas batas kerja normal.

Power Transformator dibuat pada satu dari dua macam inti. Tipe konstruksi pertama tertidiri dari lapisan lempengan baja segiempat sederhana dengan kumparan transformator melilit di kedua sisi persegi empat . Konstruksi ini dikenal dengan nama core form seperti tampak pada gambar di bawah ini.

Sedangakan tipe konstruksi transformator kedua dikenal dengan nama shell form. Tipe shell form terdiri sebuah inti yang mempunyai lapisan tiga-kaki dengan kumparan melilit disekitar kaki bagian tengah (gambar dibawah ini). Pada kasus yang lain, inti di buat berlapis-lapis yang diberi lapisan isolasi listrik disetiap lapisanya untuk mengurangi timbulnya arus eddy.

Berdasarkan penggunaanya di dalam system tenaga listrik, power transformator dapat dibedakan menjadi 3 macam yaitu:

Unit\step up Transformator;sebuah transformator yang dihubungkan dengan keluaran generator dan digunakan untuk menaikkan tegangan pada level transmisi (110+ kV).

Substation/step down Transformator ;sebuah transformator yg diletakkan di bagian akhir lajur transmisi dan digunakan untuk menurunkan tegangan dari level transmisi ke level distribusi (37,5 kV).

Distribtion transformator;transformator yang mengambil tegangan distribusi dan menurunkan teganganya ke level tegangan akhir yang mana daya listrik akan di gunakan (110,208,220 V,dll).

IDEAL TRANSFORMATOR

Pada transformator ideal, tidak ada energi yang di ubah menjadi bentuk energy lain di dalam transformator sehinga daya listrik pada kumparan skunder sama dengan daya listrik pada kumparan skunder sam dengan daya listrikpa kumparan primer. Pada transformatotr ideal perbandingan antara tegangan sebanding dengan perbandingan jumlah lilitanya. Dengan demikian dapat dituliskan dapat dituliskan dengan persamaan berikut:

Pp=Ps Pp=daya primer (wall)

Vp*ip=Vs*Is Ps=daya sekunder (wall)

Vp Is Vp=tegangan primer (Volt)

Vs Ip Vs=tegangan sekunder (Volt)

Is Np Ip=kuat arus primer (ampere)

Ip Ns Is =kuat arus sekunder (ampere)

Np= jumlah lili tan primer

Ns= jumlah lili tan sekunder

Namun, pada kenyataanya tidak ada transformator yang ideal.hal ini karena pada transformator selalu ada rugi-rugi yang antara lain sebagai berikut:

Rugi-rugi tembaga; rugi-rugi yang disebabkan oleh pemanasan yang timbul akibat arus mengalir pa

Modul Ajar Pemelihraan.doc

Documents

Transcript of Modul Ajar Pemelihraan.doc