Download - Diktat DTTL
-
7/23/2019 Diktat DTTL
1/69
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Energi Listrik
Energi listrik merupakan energi yang fleksibel, karena
mudah dikonversikan, dibangkitkan dan didistribusikan denganproses yang lebih mudah dan ekonomis dibandingkan dengan
bentuk energi yang lain.
Energi listrik didapat dari merubah bentuk energi
primer seperti bahan bakar fosil (minyak, gas alam, dan
batubara), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energilistrik. Generator sinkron (alternator) mengubah energi mekanisyang dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik.
PLT, PLT!, PLT" adalah penghasil listrik dengan
merubah energi gerak menjadi energi listrik. lat yang
digunakan untuk merubah energi gerak menjadi energi listrik
adalah generator.
1.2 Sistem Tenaga Listrik
#istem tenaga listrik merupakan sekumpulan pusat
listrik dan gardu induk (pusat beban) yang satu sama lain
dihubungkan oleh $aringan Transmisi sehingga merupakan
sebuah kesatuan interkoneksi.
Sistem Tenaga listrik terbagi :
1. Sistem Pembangkit Tenaga Listrik.
#istem pembangkit tenaga listrik berfungsi
membangkitkan energi listrik melalui berbagai ma%am
pembangkit tenaga listrik. Pada pembangkit tenaga listrik,sumber&sumber energi alam dirubah oleh penggerak mula
menjadi energi mekanis yang berupa ke%epatan atau putaran,
selanjutnya energi mekanis tersebut di rubah menjadi energi
listrik oleh generator.
'
-
7/23/2019 Diktat DTTL
2/69
2.Sistem Transmisi.
#istem Transmisi berfungsi menyalurkan tenaga listrikdari pusat pembangkit ke pusat beban melalui saluran
transmisi. #aluran transmisi akan mengalami rugi&rugi, makauntuk mengatasi hal tersebut tenaga yang dikirim dari pusat
pembangkit ke pusat beban harus ditransmisikan dengan
tegangan tinggi maupun tegangan ekstra tinggi.
3. Sistem Distribusi.
#istem "istribusi berfungsi mendistribusikan tenaga
listrik ke konsumen yang berupa pabrik, industri, perumahan
dan sebagainya. Transmisi tenaga dengan tegangan tinggi
maupun ekstra tinggi pada saluran transmisi di rubah pada
gardu induk menjadi tegangan menengah atau tegangandistribusi primer, yang selanjutnya diturunkan lagi menjadi
tegangan untuk konsumen.
Prinsip kerja dalam sistem tenaga listrik dimulai dari
bagian pembangkitan kemudian disalurkan melalui sistem
jaringan transmisi kepada gardu induk dan dari gardu induk inidisalurkan serta dibagi&bagi kepada pelanggan melalui salurandistribusi.
Tegangan generator pada umumnya rendah antara k
sampai *+ k, maka tegangan ini biasanya dinaikan dengan
transformator daya ke tingkat tegangan yang lebih tinggi antara
- k sampai -- k (dibeberapa negara maju bahkan sudah
sampai '--- k). Tingkat tegangan yang lebih tinggi ini, selain
untuk memperbesar daya hantar dari saluran yang berbandinglurus dengan kuadrat tegangan, juga memperke%il rugi&rugi
daya dan jatuh tegangan pada saluran.
Penurunan tegangan dari tingkat tegangan transmisi
pertama&pertama dilakukan pada gardu induk (G/), dimana
tegangan diturunkan ke tegangan yang lebih rendah, misalnyadari -- k ke '- k atau dari '- k ke 0- k.
*
-
7/23/2019 Diktat DTTL
3/69
1emudian penurunan kedua dilakukan pada gardu induk
distribusi dari '- k ke *- k atau dari 0- k ke *- k.Tegangan *- k ini disebut tegangan distribusi primer.
da dua kategori saluran transmisi, saluran udara(overhead lines) dan saluran kabel tanah (underground %able).
1.3 Pusat Listrik Tenaga Air PLTA!
Pusat listrik tenaga air (PLT) bekerja dengan %aramerubah energi potensial air (dari bendungan atau air terjun)
menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari
energi mekanik dirubah menjadi energi listrik (dengan bantuan
generator). Perbedaan vertikal antara batas atas dengan batas
ba2ah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai
tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalirakan memperoleh energi kinetik yang kemudian mendesak
sudu&sudu turbin. 3ergantung kepada tinggi terjun dan debit
air, dikenal tiga ma%am turbin yaitu4 Pelton, 5ran%is dan
1aplan.
1." Pusat Listrik Tenaga Ua# PLTU!
Pembangkit listrik jenis ini memanfaatkan bahan bakar
minyak, gas alam, atau batubara untuk membangkitkan panas
dan uap padaBOILER. !ap ini kemudian dipergunakan untuk
memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan sebuah
generator sinkron. !ap yang telah melalui turbin kemudian
menjadi uap bertekanan dan bersuhu rendah. !ap ini kemudian
dile2atkan melalui kondenser yang menyerap panas uaptersebut sehingga uap tersebut berubah menjadi air yang
kemudian dipompakan kembali menuju boiler.
1.$ Pusat Listrik Tenaga %as PLT%!
#ebagaimana halnya Pusat Listrik Tenaga "iesel, PLTGmerupakan mesin dengan proses pembakaran dalam (internal
combustion). 3ahan bakar berupa minyak atau gas alam
-
7/23/2019 Diktat DTTL
4/69
dibakar di dalam ruang pembakar (combustor). !dara yang
memasuki kompresor setelah mengalami tekanan bersama&sama dengan bahan bakar disemprotkan ke ruang pembakar
untuk melakukan proses pembakaran. Gas panas sebagai hasilpembakaran ini kemudian bekerja sebagai fluida yang memutar
roda turbin yang terkopel dengan generator sinkron.
1.& Pusat Listrik Tenaga Nuklir PLTN!
Pada rea%tor air tekan (pressurized water reactor)
terdapat dua rangkaian yang seolah&olah terpisah. Pada
rangkaian pertama bahan bakar uranium&* yang diperkaya
dan tersusun dalam pipa&pipa berkelompok, disundut untuk
menghasilkan panas dalam rea%tor. 1arena air dalam bejana
penuh, maka tidak terjadi pembentukan uap, melainkan airmenjadi panas dan bertekanan. ir panas yang bertekanan
tersebut kemudian mengalir ke rangkaian kedua melalui suatu
generator uap yang terbuat dari baja. Generator uap ini
kemudian menghasilkan uap yang memutar turbin dan proses
selanjutnya mengikuti siklus tertutup sebagaimana berlangsungpada turbin uap PLT!.
BAB II DASA' ELE(T')*A%NETI(
2.1 (+n,ersi Energi Elektr+mekanik
1onversi energi baik dari energi listrik menjadi energi
mekanik (motor) maupun sebaliknya dari energi mekanik
menjadi energi listrik (generator) berlangsung melalui mediummedan magnet. Energi yang akan diubah dari satu sistem ke
sistem lainnya, sementara akan tersimpan pada medium medan
magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi sistem
lainnya. "engan demikian, medan magnet di sini selain
berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi juga sekaligussebagai medium untuk mengkopel perubahan energi.
+
-
7/23/2019 Diktat DTTL
5/69
"engan mengingat hukum kekekalan energi, proses
konversi energi elektromekanik dapat dinyatakan sebagaiberikut (untuk motor)4
(Energi Listrik sebagai input) 6 (Energi 7ekanik
sebagai output 8 Energi panas) 8 (Energi pada
medan magnet dan rugi&rugi magneti%)
atau dalam persamaan differensial, konversi energi dari elektris
ke mekanis adalah sebagai berikut4
dWE= dWM+ dWF
/ni hanya berlaku ketika proses konversi energi sedangberlangsung pada keadaan dinamis yang transient. !ntuk
keadaan tunak, dimana fluks merupakan harga yang konstan,
maka
dWF6 -
dWE= dWM
2.2 %a-a %erak Listrik
pabila sebuah konduktor digerakkan tegak lurus
sejauh ds memotong suatu medan magnet dengan kerapatan
fluks 3, maka perubahan fluks pada konduktor dengan panjang
efektif ladalah4
d6 3 lds
"ari 9ukum 5araday diketahui bah2a gaya gerak listrik (ggl)
E 6 d:dt
7aka e 6 3 lds:dt; dimana ds:dt 6 v 6 ke%epatan
-
7/23/2019 Diktat DTTL
6/69
2.3 (+#el
rus listrik I yang dihasilkan di dalam suatu medanmagnet dengan kerapatan fluks B akan menghasilkan suatu
gayaF sebesar4
5 6 3 / l
$ika jari&jari rotor adalah r, maka kopel yang dibangkitkanadalah
T 6 5 r
Perlu diingat bah2a saat gaya 5 dibangkitkan,
konduktor bergerak di dalam medan magnet da seperti
diketahui akan menimbulkan gaya gerak listrik yangmerupakan reaksi (la2an) terhadap tegangan penyebabnya.
gar proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik
(motor) dapat berlangsung, tegangan sumber harus lebih besar
daripada gaya gerak listrik la2an.
3egitu pula, suatu gerak konduktor di dalam medan magnetakan membangkitkan tegangan e 6 3 l dan bila dihubungkandengan beban, akan mengalir arus listrik / atau energi mekanik
berubah menjadi energi listrik (generator). rus listrik yang
mengalir pada konduktor tadi merupakan medan magnet pula
dan akan berinteraksi dengan medan magnet yang telah ada
(3). /nteraksi medan magnet merupakan gaya reaksi (la2an)
terhadap gerak mekanik yang diberikan. gar konversi energi
mekanik ke energi listrik dapat berlangsung, energi mekanikyang diberikan haruslah lebih besar dari gaya reaksi tadi.
2." *esin Dinamik Elementer
Pada umumnya mesin dinamik terdiri atas bagian yang
berputar disebut rotor dan bagian yang diam disebut stator. "iantara rotor dan stator terdapat %elah udara. #tator merupakan
kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu dan rotor
-
7/23/2019 Diktat DTTL
7/69
merupakan kumparan jangkar dengan belitan konduktor yang
saling dihubungkan ujungnya untuk mendapatkan teganganinduksi (ggl).
$ika kumparan rotor diputar dengan arah berla2anandari arah jarum jam, tegangan akan dibangkitkan dengan arah
yang berla2anan pada kedua ujung rotor yang tidak
dihubungkan.
1. Interaksi *ean *agnet
1erja suatu mesin dinamis dapat juga dilihat dari segi
adanya interaksi antar medan magnet stator dan rotor, yaitu4
5 6 3 / l
#eperti diketahui, arus listrik (/) pada persamaan di atas akan
menimbulkan fluks juga di sekitar konduktor yang dilalui. 3ilakerapatan fluks akibat arus listrik dinyatakan dengan 3s (pada
stator), sedang kerapatan fluks akibat kumparan medan adalah
3r(pada rotor), maka dapat dituliskan4
T 6 1 3r3ssin "imana
adalah sudut antara kedua sumbu medan magnet
3rdan 3s1 adalah konstanta l < r
#udut dikenal sebagai sudut kopel atau sudut daya dengan
harga maksimum 6 =-o
. "engan menganggap 3r dan 3ssebagai fungsi arus rotor dan arus stator, persamaan kopelmenjadi4
T 6 1 /r/ssin
"engan demikian, kopel terjadi sebagai interaksi antara dua
medan magnet atau dua arus.
0
-
7/23/2019 Diktat DTTL
8/69
2. Dera/at Listrik
Pada setiap satu kali putaran mesin, tegangan induksiyang ditimbulkan sudah menyelesaikan p:* kali putaran. 7aka
untuk mesin + kutub, satu kali putaran mekanik mesin (-o)berarti sama dengan dua kali putaran listrik (0*-o). Persamaan
umumnya adalah sebagai berikut4
e6 (p:*) mp 6 jumlah kutub mesin
e6 sudut listrik
m6 sudut mekanik
3. 0rekuensi
"ari persamaan di atas, diketahui bah2a untuk setiap
satu siklus tegangan listrik yang dihasilkan, mesin telahmenyelesaikan p:* kali putaran. 1arena itu frekuensi
gelombang tegangan adalah4
f 6 (p:*) (n:-)
n 6 rotasi per menitn:- 6 rotasi perdetik
1e%epatan sinkron untuk mesin arus bolak&balik la>im
dinyatakan dengan
ns6 '*- (f:p)
$adi misalnya untuk generator sinkron yang bekerja dengan
frekuensi - putaran per detik dan mempunyai jumlah kutub
p6*, maka ke%epatan berputar mesin tersebut adalah4
ns6 ('*- < -):* 6 --- rpm.
?
-
7/23/2019 Diktat DTTL
9/69
BAB III %ENE'AT)' D
Generator "@ merupakan sebuah perangkat mesin
listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energilistrik. Generator "@ menghasilkan arus "@ : arus searah.
Generator "@ menggunakan prinsip hukum farraday di
tuliskan dalam persamaan4
dt
dNe
=
dimanaA 4 jumlah lilitan
B 4 5luks magnet
pabila suatu konduktor memotong garis&garis fluks magnetik
yang berubah&ubah, maka dalam konduktor tersebut akan
dibangkitkan GGL.#yarat untuk membangkitkan GGL adalah 4
C 9arus ada konduktorC 9arus ada medan magnetik
C danya pergerakan relatif dari konduktor dalam
medan magnet
GGL induksi yang terbentuk besarnya sesuai dengan perubahanfluks medan magnet tiap detik.
1. (+nstruksi %enerat+r D
Generator "@ terdiri dua bagian, yaitu statormerupakan bagian mesin "@ yang diam, dan rotor yang
merupakan bagian mesin "@ yang berputar. "iantara stator danrotor terdapat %elah udara. 3agian stator terdiri dari4 rangka
mesin, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal bo
-
7/23/2019 Diktat DTTL
10/69
2. Prinsi# ker/a %enerat+r D
Prinsip kerja generator "@ berdasarkan prinsip hukumfarraday, yaitu jika sepotong ka2at terletak diantara kutub&
kutub magnet kemudian ka2at tersebut kita gerakkan makapada ujung ujuang ka2at timbul gaya gerak listrik induksi
(ggl). rah dari ggl sesuai dengan aturan tangan kanan (gambar
.'a).
(a) (b)Gambar .' Prinsip kerja generator "@
"ari gambar .' b, menjelaskan bah2a bila arah gerak ka2atdibalik maka arah ggl juga membalik.
$ika kumparan yang terletak diantara kutub&kutub magnet kita
putar dengan ke%epatan putar (D) yang tetap maka pada tiap&
tiap perubahan kedudukan dari kumparan ini untuk besaran gglinduksinya akan berbeda&beda (gambar .*)
Gambar .* Prinsip mesin "@
'-
-
7/23/2019 Diktat DTTL
11/69
5luks magnet yang ter%akup oleh kumparan adalah B sin Dt.
"engan berputarnya kumparan pada ke%epatan tetap, makabesar ggl induksi setiap saat diujung&ujung kumparan adalah 4
t
dt
tde
sin=
=
3erdasarkan persamaan diatas besarnya ggl pada setiap saat
selalu berubah&ubah (bolak balik). "alam bentuk pulsa ggl
induksi yang timbul di ujung&ujung kumparan seperti padagambar .
Gambar . 3entuk tegangan ujung&ujung kumparan generator
dengan slip ring
!ntuk mengalirkan ggl induksi bolak&balik diujung&ujungkumparan jangkar ke beban generator, dipakai dua %in%in yang
ikut berputar dengan kumparan dan pada %in%in di pasang sikat
arang yang tidak ikut berputar dengan kumparan tersebut
''
-
7/23/2019 Diktat DTTL
12/69
Gambar .+ Generator dengan #lip ring dan sikat
!ntuk memperbesar ggl induksi yang terjadi pada ujungkumparan jangkar dapat dilakukan dengan membelitkan
beberapa kumparan yang dialiri arus listrik pada kutub&kutubmagnet generatornya.
!ntuk mendapat tegangan atau arus searah yang dialirkan ke
beban generator, maka kedua %in%in itu diganti dengan satu
%in%in belah seperti pada gambar .
Gambar . Generator dengan %in%in belah (komutatotr).
@in%in belah ini sering disebut dengan 1omutator dan masing&
masing belahannya disebut lamel
Pada gambar a sisi kumparan ab tersambung pada lamel e,sedangkan sisi kumparan cd tersambung pada lamel f. $ika
kumparan berputar searah jarum jam, maka kumparan pada
'*
-
7/23/2019 Diktat DTTL
13/69
kedudukan ini lamel eberpolaritas negatif. #edangkan lamelf
berpolaritas positif (aturan tangan kanan)Gambar b kumparan telah berputar searah jarum jam sebesar
=-- terhadap kedudukan kumparan pada gambar a . Padakeadaan ini lamel edanftidak bermuatan listrik ( beban lampu
padam)
Gambar % kedudukan kumparan telah berputar sebesar '?--
terhadap kedudukan kumparan pada gambar a . "alam keadaanini beban lampu menyala dengan lamel e dan f berpolaritas
sama dengan keadaan pada gambar a .
"alam bentuk pulsa, ggl induksi dari generator dengan
pemasangan %in%in belah pada ujung&ujung kumparan dapat
digambarkan sebagai berikut4
Gambar . 3entuk tegangan ujung&ujung kumparan generator"@.
. 'eaksi angkar
5luks magnet yang ditimbulkan oleh kutub&kutub utama
dari sebuah generator saat tanpa beban disebut 5luks 7edan
!tama . 5luks ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul
tegangan induksi.3ila generator dibebani maka pada penghantar jangkar timbul
arus jangkar. rus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks
pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut 5/uks
7edan $angkar. 7un%ulnya medan jangkar akan menyebabkan
garis&garis gaya medan utama berbelok:tidak lurus. Pengaruh
adanya interaksi antara medan utama dan medan jangkar ini
disebut reaksi jangkar.
'
-
7/23/2019 Diktat DTTL
14/69
eaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak
lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut F."engan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis
netral akan melemahkan tegangan nominal generator. !ntukmengembalikan garis netral ke posisi a2al, dipasangkan medan
magnet bantu (interpole atau kutub bantu).
"engan bergesernya garis netral, maka sikat yang
diletakkan pada permukaan komutator dan tepat terletak padagaris netral n juga akan bergeser. $ika sikat dipertahankan pada
posisi semula (garis netral), maka akan timbul per%ikan bunga
api, dan ini sangat berpotensi menimbulkan kebakaran atau
bahaya lainnya. leh karena itu, sikat juga harus digeser sesuai
dengan pergeseran garis netral. 3ila sikat tidak digeser maka
komutasi akan jelek, sebab sikat terhubung dengan penghantaryang mengandung tegangan.
3.1 enis enis %enerat+r D
3erdasarkan %ara memberikan fluks pada kumparan
medannya, generator searah dapat dikelompkkan menjadi
3.1.1 %enerat+r #enguatan ter#isa
Generator tipe penguat terpisah adalah generator yang
lilitan medannya dihubungkan ke sumber d% yang se%ara listrik
tidak tergantung dari tegangan keluaran mesin. Tegangan
searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang
mempunyai tahanan f akan menghasilkan arus /f dan
menimbulkan fluks pada kedua kutub, maka tegangan induksiakan dibangkitkan pada generator. angkaian pengganti
generator penguat terpisah terlihat pada gambar .0
'+
-
7/23/2019 Diktat DTTL
15/69
Gambar .0 angkaian generator penguat terpisah.
Pada generator penguat terpisah berlaku4
RfIff ..=
RfIffEf .+=
$ika generator dihubungkan dengan beban, dengan a adalah
tahanan dalam generator, maka hubungan yang berlaku adalah4
RaIatEa .+=
Tera#at ua /enis generat+r #enguat ter#isa4 -aitu:
1. Penguat elektr+magnetik
Tegangan listrik yang dihasilkan oleh generator "@
dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturandapat dilakukan se%ara listrik atau se%ara elektromagnetik,
yaitu dengan memberikan %atu daya "@ dari luar yang padabelitan penguat.
'
-
7/23/2019 Diktat DTTL
16/69
Gambar .? Generator "@ penguat terpisah.
2. Penguat magnet #ermanent 5 magnet teta#
Penguat dengan magnet permanen menghasilkan
tegangan output generator yang konstan dari terminal rotor.
1arakteristik tegangan relatif konstan dan tegangan akan
menurun sedikit ketika arus beban / dinaikkan mendekati harganominalnya. Pada generator searah berlaku hubungan&
hubungan sebagai berikut 4a!nEa :=
1eterangan 4
Ea 4 GGL yang dibangkitkan pada jangkar generatorB 4 5luks per kutub
H 4 $umlah penghantar totaln 4 1e%epatan putaran
a $umlah hubungan paralel
3.1.2 %enerat+r Penguat Seniri
Generator penguatan sendiri terdiri dari
'. Generator "@ seri
*. Generator "@ shunt
. Generator "@ kompon
'
-
7/23/2019 Diktat DTTL
17/69
1. %enerat+r Seri
"isebut generator "@ seri karena rangkaian e
-
7/23/2019 Diktat DTTL
18/69
"ari gambar berlaku persamaan 4
/L 6 /aPout6 t/L
Pa 6 Ea/asiRsIsRaIatEa +++= *..
"imana4
/a 6 rus armatur
/s 6 rus kumparan seriEa 6 GGL armatur
s 6 Tahanan kumparan seri
a 6 Tahanan armatur
/L 6 rus pada beban
t 6 Tegangan beban
Ksi 6 rugi tegangan pada sikat
1elemahan generator seri adalah tegangan output (terminal)
tidak stabil karena arus beban /L berubah&ubah sesuai dengan
beban yang dipikul
9al ini menyebabkan fluks magnet yang dihasilkan olehkumparan medan seri tidak stabil.1euntungan generator seri adalah daya output menjadi besar
2. %enerat+r Sunt
Pada generator shunt, penguat eksitasi terhubung paralel
dengan rotor. Tegangan a2al generator diperoleh dari magnet
sisa yang terdapat pada medan magnet stator. otor berputar
dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yangakan memperkuat medan magnet stator, sampai di%apai
tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang mele2ati
belitan shunt diatur oleh tahanan geser. 7akin besar arus
eksitasi shunt, makin besar medan penguat shunt yang
dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai men%apaitegangan nominalnya. $ika generator shunt tidak mendapatkan
arus eksitasi, maka sisa megnetisasi tidak akan ada, atau jika
'?
-
7/23/2019 Diktat DTTL
19/69
belitan eksitasi salah sambung atau jika arah putaran terbalik,
atau rotor terhubung&singkat, maka tidak akan ada teganganatau energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut.
Gambar .= angkaian pengganti generator "@ #hunt.
Tegangan output akan turun lebih banyak untuk kenaikan arus
beban yang sama, dibandingkan dengan tegangan output pada
generator penguat terpisah.siRaIatEa ++= *.
3. %enerat+r (+m#+n
Generator kompon merupakan gabungan dari generator
shunt dan generator seri, yang dilengkapi dengan kumparan
shunt dan seri dengan sifat yang dimiliki merupakan gabungandari keduanya (karakteristik generator shunt dan karakteristik
generator seri). Generator kompon bisa dihubungkan sebagai
kompon pendek atau dalam kompon panjang. Perbedaan dari
kedua hubungan ini hampir tidak ada, karena tahanankumparan seri ke%il, sehingga tegangan drop pada kumparan ini
ditinjau dari dari tegangan terminal relatif ke%il.
%enerat+r k+m#+n #enek
Generator "@ kompon pendek adalah generator "@
kompon yang lilitan penguat serinya terletak pada rangkaian
beban.
'=
-
7/23/2019 Diktat DTTL
20/69
Gambar .'- angkaian pengganti generator "@
kompon pendek.
3erlaku persamaan&persamaan4
6 Ea /aa /ss
6 /L. L
/a 6 /L8 /f
/s 6 /L
f 6 /f. f
%enerat+r k+m#+n #an/ang
Generator "@ kompon panjang adalah generator "@
kompon yang lilitan penguat serinya terletak pada rangkaian
jangkar
Gambar .'- angkaian pengganti generator "@kompon panjang.
*-
-
7/23/2019 Diktat DTTL
21/69
3erlaku persamaan&persamaan4
6 Ea /aa /ss
/s 6 /a
6 Ea /a( a8 s)f6 /ff
/a 6 /L8 /f3.2 (arakteritik %enerat+r D
3.2.1 %enerat+r D Tan#a Beban
1arakteristik beban nol dari generator dengan penguat medan
terpisah baik generator shunt maupun generator seri dapat
dilihat pada gambar4
Gambar .'' 1arakteristik generator tanpa beban.
7esin dijalankan pada ke%epatan putar tetap dan emf
beban nol yang dibangkitkan pada ujung&ujung kumparanjangkar diukur tegangannya dengan voltmeter. Pengukuran arus
penguat medan dimulai dari nol dan selangkah demi selangkah
dinaikkan, sehingga akhirnya diperoleh grafik dari hubungan
antara /f (arus penguat medan) dan Ea (emf jangkar) atau fluks
penguat medan magnet pada putaran tetap.
3.2.2 %enerat+r D Berbeban
3esar tegangan terminal dari generator "@ berbeban adalah 4
t 6 Ea /aa
3ila generator "@ dalam keadaan jalan tidak terbebani,
maka /a 6 - sehingga tegangan terminal menjadi
t 6 Ea 6 E-
*'
-
7/23/2019 Diktat DTTL
22/69
Gambar .'* 1arakteristik generator berbeban.Pada generator "@ shunt, besar tegangan terminal tanpa beban
adalah 4
(t)AL6 Ea /aa
3.3 T+rsi (+#el!
$ika jari&jari jangkar dari generator "@ sebesar r
mendapat gayaF maka kerja yang dilakukan oleh gayaF
dalam satu putaran adalah 4
r"F
d"FW
*==
Gambar .' torsi (kopel).1erja yang dilakukan oleh gayaFdalam putaran per detik
adalah 4
M 6 5 *Nr n 6 5r *N n
M 6 Ta*N n 6 TaDm
M 6 Ta*N A:-
dimana 4
**
-
7/23/2019 Diktat DTTL
23/69
M 6 kerja yang dilakukan kumparan jangkar
5 6 Gaya (Ae2ton)r 6 jari&jari jangkar
A 6 Putaran jangkar (rpm 6 rotasi per menit)n 6 Putaran jangkar (rpd 6 rotasi per detik )
Ta 6 Torsi $angkar (Am) 6 5 r
Dm 6 1e%. Putar mekanik ( rpd) 6 *N n
dapun besar kerja yang dilakukan oleh putaran jangkar per
detik (M) adalah sebanding dengan daya jangkar dapat ditulis 4
M 6 Pa 6 Ea /a
"engan demikian dapat ditulis 4
nIaEa#a
n
IaEa#a
n#aIaEa
.=,-
.
*
'
*..
=
=
=
"imana 4
Ta 6 torsi jangkar (Am)n 6 putaran jangkar
#eperti yang telah diuraikan sebelumnya bah2a ggl induksi
jangkar dapat ditulis4
Ia$#a
Iaa
!%
a
%Ia!#a
a
!n%Ea
=
=
=
=
=,-=,-
"imana 4
Ta 6 Torsi jangkar (Am)
*
-
7/23/2019 Diktat DTTL
24/69
B 6 5luks (2eber)
H 6 jumlah penghantar kumparan jangkara 6 jumlah kumparan paralel
A 6 Putaran jangkarkibat timbulnya torsi jangkar maka pada generator timbul
daya output (Pout) dan dari Pout ini timbul torsi poros:sumbu
(#haft torOue) dan disimbulkan dengan Tsh
n
%in
n
%in#s&
n#s&n#s&%in
,=
*
-
.*
=
=
==
dimana 4
Pin 6 daya input generator (2att)
Tsh 6 torsi poros:sumbu (Am)Dm 6 ke%epatan putar mekanik (rpd)
3." E66isiensi'ugi7rugi #aa generat+r D
ugi&rugi pada generator "@ terdiri dari 4
gi tembaga atau rugi listrikugi besi
ugi mekanik'ugi Listrik
ugi listrik juga dikenal dengan rugi tembaga
merupakan rugi&rugi akibat arus yang mengalir pada belitan
kumparan yang terdiri dari rugi tembaga pada kumparanjangkar, kumparan medan seri dan kumparan medan shunt.
ugi kumparan jangkar (Pa 6 /a* sh ) besarnya sekitar -
sampai +- dari rugi total pada beban penuh, rugi kumparan
medan shunt (Psh6 /sh*sh) dan rugi kumparan medan seri (Pse6
/s*se) besarnya sekitar *- sampai - dari rugi beban penuh
*+
-
7/23/2019 Diktat DTTL
25/69
'ugi Besi 5rugi *agnetik
ugi magnetik terdiri dari rugi histerisis dan rugi aruspusar
'ugi isterisis(Ph) besarnya adalah 4
Ph 6 Qh3ma
-
7/23/2019 Diktat DTTL
26/69
'--(
'--
'--
"si'atpadaRu(i$Ru(i%
%
"%
%
"%
%
uout
outlistri'
in
ame'anis
in
out
e'onomi
++=
=
=
Pin 6 Pout8 R Ploss
!ntuk generator kompond total rugi&rugi adalah4
R Ploss6 (/f*f8 /a
*a8 /L*se8 ugi gesek 8 ugi
inti).
dimana/f
*f 6 ugi kumparan medan shunt
/a*a6 ugi kumparan jangkar
/L*se6 ugi kumparan medan seri
ugi gesek 6 ugi gesek pada sikat 8 ugi angin
8 ugi gesek pada shaft:sumbuugi sikat 6 /a si, dimana si6 tegangan pada sikatugi angin 6 rugi karena adanya %elah antara bagian
rotor dan stator (S ')
ugi gesek pada sumbu 6 rugi yang timbul pada benda
berputar.
ugi inti 6 rugi histerisis 8 rugi arus pusar
"aya total yang diterima mesin4
Pin 6 Tsh 8 Dm
"aya output generator4
Pout 6 L/L
*
-
7/23/2019 Diktat DTTL
27/69
Gambar .'+ "iagram aliran daya pada generator "@.
3.2.8 Pr+sentase 'egulasi
!ntuk menghindari agar generator tidak terlalu berat menerima
beban, maka diperlukan pengaturan tegangan atau prosentase
regulasi. dapun besar prosentase regulasi tegangan maksimum
yang diijinkan adalah +- dan dapat ditulis 4
'--)(
)()(Pr "
nai're(ulasiosentase
fLt
fLtnlt =
'--)(
)()(Pr "
turunre(ulasiosentase
nLt
fLtnlt =
!ntuk generator "@ shunt, tegangan terminal tanpa beban
adalah 4
*0
-
7/23/2019 Diktat DTTL
28/69
+
=
s&
a
nLt
R
R
E
'
)( -
sedangkan untuk generator seri 4
-)( -
a
!n%E
t
==
dapun besar arus jangkar /aadalah4
fLL
fLtnLt
nLta I")
I )()()(
)(
=
BAB I9 *)T)' D
".1 (+nstruksi *+t+r D
7otor listrik merupakan perangkat elektromagnetisyang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi
mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller
pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, untuk
mengangkat bahan, dll. 7otor listrik digunakan juga di rumah
(%ontoh4 mi"er, bor listrik,fan angin) dan di industri.
#eperti halnya generator "@, motor "@ terdiri duabagian, yaitu stator merupakan bagian mesin "@ yang diam,
dan rotor yang merupakan bagian motor "@ yang berputar.
"iantara stator dan rotor terdapat %elah udara. 3agian statorterdiri dari4 rangka motor, belitan stator(kumparan medan),
sikat arang, bearing dan terminal bo
-
7/23/2019 Diktat DTTL
29/69
putaran berikutnya negatif, sehingga merupakan tegangan
bolak&balik.
".2 Prinsi# (er/a *+t+r D$ika sepotong ka2at dialiri arus listrik terletak di antara
dua kutub magnet utara dan selatan, maka pada ka2at tersebut
terkena suatu gaya Lorent>. rah dari gerakan ka2at sesuai
dengan aturan tangan kiri.
Gambar .' turan tangan kanan
Prinsip kerja dari motor arus searah adalah membalik
polaritas tegangan nilai positif menjadi negatif dan sebaliknyadengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang
berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam
medan magnet. 3entuk motor paling sederhana memiliki
kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub&
kutub magnet permanen seperti pada gambar .' a.
*=
-
7/23/2019 Diktat DTTL
30/69
Gambar .' Prinsip kerja 7otor "@
!ntuk mengetahui arah putaran motor searah atau perla2anan
dengan arah jarum jam (lihat gambar .') pada gambar a aruslistrik yang mengalir melalui sisi kumparan sebelah atas (kutub
utara) dengan arah meninggalkan (keluar) sedangkan arus
listrik pada sisi kumparan sebelah ba2ah (kutub selatan)
menuju kedalam (masuk) maka kumparan akan berputarberla2anan jarum jam (perhatikan arah medan magnet) sekitar
ka2at seperti pada gambar b dan %
".3 enis7enis *+t+r D
Pada dasarnya generator "@ sama dengan motor "@.
$adi jenis&jenis motor "@ sama dengan generator, berdasarkan%ara memberikan fluks pada kumparan medannya. 7otor
searah dapat dikelompkkan menjadi4
1. *+t+r D engan #enguatan magnet
angkaian motor "@ dengan penguatan magnet permanen.seperti terlihat pada gambar .'0. 3eberapa sumber menyebutmotor ini dengan motor tanpa medan penguat.(tanpa kumparan
medan). 3eberapa %ontoh motor jenis ini digunakan motor
penggerak pada tape re%order, mainan anak&anak, dll.
Gambar .'0 7otor "@ dengan penguat magnet
1eterangan4
-
-
7/23/2019 Diktat DTTL
31/69
t 6 tegangan sumber "@
Ea 6 ggl induksi jangkar/a 6 arus jangkar
a 6 tahanan jangkar1! 6 kutub utara magnet
1# 6 kutub selatan magnet
2. *+t+r D engan (um#aran mean #enguat
1ebanyakan motor "@ menggunakan kumparan medan
untuk penguat medan statornya, terutama motor&motor dengan
kapasitas yang besar. #alah satu kelebihan motor jenis ini
adalah medan penguatan bisa diatur untuk tujuan tertentu.
7otor jenis ini dibagi menjadi4
1. *+t+r D #enguat ter#isa
7otor jenis:tipe penguat terpisah adalah motor yang
lilitan medannya dihubungkan ke sumber d% yang se%ara listrik
tidak tergantung dari tegangan terminal motor(t). Tegangan
searah yang dipasangkan pada kumparan medan yangmempunyai tahanan f akan menghasilkan arus /f danmenimbulkan fluks pada kedua kutub. Gambar rangkaian
motor "@ penguat terpisah dapat dilihat pada gambar .'?.
Gambar .'? 7otor "@ penguat terpisah
Pada motor "@ penguat terpisah berlaku persamaan4
'
-
7/23/2019 Diktat DTTL
32/69
saata
f
f
f
IIE
R
I
=
=
*
"imana4
/f6 arus medan
f6 tegangan medan
f6 tahanan medan
Ea 6 tegangan jangkar
t6 tegangan terminalKs6 rugi tegangan pada sikat
2. *+t+r D sunt
7otor "@ shunt adalah motor "@, dimana belitan
medannya dihubungkan se%ara paralel dengan tegangan
terminal motor (t). angkaian motor "@ penguatan kumparanmedan shunt
Gambar .'= 7otor "@ shunt1eterangan4
t6 tegangan terminal
/L6 rus jala&jala
Pin 6 t/L/a6 rus jangkar
/sh6 rus shunt
/L6 /a8 /sh
*
-
7/23/2019 Diktat DTTL
33/69
sh 6 Tahanan kumparan shunt
sh 6 Tegangan kumparan shunt 6 /shsha6 Tahanan kumparan jangkar
a6 Tegangan jatuh pada kumparan jangkar 6 /aaPa6 "aya jangkar 6 Ea/a
"ari gambar berlaku persamaan 4
Ea6 Gaya gerak listrik jangkar 6 t /aa & s 6 t & (/L /sh)a Ks
(P%u)tot6 /a*a 8 /sh
*sh
t 6 /aa8 Ea8 Kst/a6 (/a)
*a8 Ea/a8 /aKs6 daya listrik yang dibutuhkanuntuk memutar jangkar
t/L6 Pin6 daya input yang dibutuhkan dari sumber listrik
Ea/a6 Pa(daya armatur)
(/a)*a 6 ugi daya listrik pada jangkar
sh6 /ff 6 t/L 6 /a8 /f 6 arus beban/a
*a8 /f*f6 (P%u)tot6 rugi tembaga total
GGL induksi jangkar Ea timbul akibat kumparan rotor berputar
yang terletak di antara kutub utara dan kutub selatan magnet
motor. Pada saat a2al rotor berputar Ea6 - maka, kumparan
rotor akan menarik arus yang besar dari sumber listrik #etelah
motor berputar pada ke%epatan yang sebenarnya Ea 6 ma