Upload
adi
View
133
Download
21
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Generator
Citation preview
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 LATAR BELAKANG
Sistem pembangkitan listrik yang sudah umum digunakan adalah mesin generator
tegangan AC, di mana penggerak utamanya bisa berjenis mesin turbin, mesin diesel atau
mesin baling-baling. Dalam pengoperasian pembangkit listrik dengan generator, karena
faktor keandalan dan fluktuasi jumlah beban, maka disediakan dua atau lebih generator
yang dioperasikan dengan tugas terus-menerus, cadangan dan bergiliran untuk
generator-generator tersebut.
Penyediaan generator tunggal untuk pengoperasian terus menerus adalah suatu
hal yang riskan, kecuali bila bergilir dengan sumber PLN atau peralatan UPS.
Untuk memenuhi peningkatan beban listrik maka generator-generator tersebut
dioperasikan secara paralel antar generator atau paralel generator dengan sumber
pasokan lain yang lebih besar misalnya dari PLN.
Sehingga diperlukan pula alat pembagi beban listrik untuk mencegah adanya
sumber tenaga listrik terutama generator yang bekerja paralel mengalami beban lebih
mendahului yang lainnya.
Berdasarkan arus yang dihasilkan. Generator dapat dibedakan menjadi dua
macam, yaitu generator AC dan generator DC. Generator AC menghasilkan arus bolak-
balik (AC) dan generator DC menghasilkan arus searah (DC). Baik arus bolak-balik
maupun searah memiliki manfaat bagi manusia dalam kehidupan sehari-hari,
diantaranya untuk penerangan dan alat-alat pemanas.
I.2 MAKSUD DAN TUJUAN
Maksud dan Tujuan dari pembuatan Makalah ini adalah :
1) Mengetahui tentang Generator AC
2) Mengetahui tentang Jenis – Jenis Generator AC
I.3 BATASAN MASALAH
Dalam Makalah ini penulis akan membahas tentang Generator AC secara umum
meliputi, pengertian Generator,cara kerja generator,bagian – bagian generatorjenis-
jenis generator AC,
BAB II
PEMBAHASAN
Generator AC
Generator adalah salah satu komponen yang dapat mengubaha energi gerak
menjadi energi listrik.Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan teori medan
elekronik .Poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetic
permanen.Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah
kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop.Ketika poros generator mulai
berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi
perubahan tegangan dan arus listrik tertentu.Tegangan dan arus listrik yang dhasilkan
ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik.
Berdasarkan arus yang disalurkan generator menjadi 2 jenis yaitu generator AC
(bolak balik) dan generator DC (searah).Generator AC merupakan komponen yang dapat
mengubah energy gerak menjadi energi listrik.Penggunaan generator saat ini dapat
dimanfaakan sebagai pembangkit listrik
Generator AC atau altenator bekerja pada prinsip yang sama dari induksi
elektromagnetik sebagai generator DC. Arus bolak balik dapat dihasilkan dari
perputaran lilitan pada medan magnet atau perputaran medan magnet pada lilitan
stasioner (seimbang/tidak berubah). Nilai dari tegangan tergantung pada:
- Jumlah perputaran pada lilitan
- Kekuatan medan
- Kecepatan rotasi lilitan/medan magnet
Cara Kerja Generator AC
- Ketika kumparan diputar didalam medan magnet, satu sisi kumparan(biru)
bergerak ketas sedang lainnya (kuning)bergerak kebawah
- Kumparan mengalami perubahan garis gaya magnet yang semakin
sedikit,sehingga pada kedua sisi kumparan mengalir arus listrik mengitari kumparan
mengalir arus listrik mengitari kumparan hingga kumparan sinusoid
- Pada posisi sinusoid kumparan tidak mengalami perubahan garis gaya magnet
sehingga tidak ada listrik yang mengalir pada kumparan
- Pada posisi ini kumparan mendapat garis – garis magnet maksimum
- Kumparan terus berputar hingga sisi biri bergerak kebawah dan sisi kuning
bergerak keatas
- Kumparan mengalami perubahan garis gaya magnet yang bertambah
banyak,sehingga pada setiap sisi kumparan mengalir arus listrik yang berlawanan hingga
posisi kumparan sinusoidal.Kumparan terus berputar hingga sisi biru bergerak ketas dan
sisi kuning bergerak kebawah
- Agar menimbulkan medan magnet yang berpotongan dengan konduktor pada
stator rator diberi eksitasi.Karena ada dua kutub yang berbeda,utara dan selatan,maka
tegangan yang dihasilkan pada stator adalah tegangan bolak balik dengan gelombang
sinusoidal
- Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan
listrik untuk akhirnya digunakan masyarakat
Bagian – Bagian Generator AC
- Rotor adlah bagian generator yang berputar (bekerja sebagai kumparan) yang
membangkitkan medan magnet.Jenis rotor adalan Turbene-driven dan salient-pole
digunakan untuk kecepatan tinggi dan salient-pole untuk kecepatan rendah.Belitan pada
Tyrbine-driven rotor disusun sedemikian rupa sehingga membentuk dua atau empat
kutub yang berbeda.Belitan-belitan tersebut diletakan erat-erat didalam slot agar tahan
terhadap gaya sentrifugal pada kecepatan tinggi.Silient-pole rotor sering kali terdiri dari
beberpa kutub yang dibelit terpisahkan,dibautkan pada kerangka rotor.Silient-pole rotor
mempunyai diameter yang lebih besar dari turbine-driven rotor.Pada putaran permenit
sama,salient-pole memiliki gaya sentrifugal yang lebih besar.Untuk menjaga keamanan
dan keselatan sehingga belitannya tidak terlempar keluar mesin,salient-pole hanya
digunakan pada aplikasi kecepatan rendah
- Stator adalah bagian generator yang diam(bekerja sebagai magnet)yang
membangkitkantegangan AC
- Brush sebagai penghubung kemotor listrik
- Medan magnet
Macam Generator
Berdasarkan tegangan yang dibangkitkan generator dibagi menjadi 2 yaitu :
1. Generator Arus Bolak-Balik (AC)
Generator arus bolak-balik yaitu generator dimana tegangan yang dihasilkan
(tegangan out put ) berupa tegangan bolak-balik.
2. Generator Arus Searah (DC)
Generator arus searah yaitu generator dimana tegangan yang dihasilkan (tegangan out
put) berupa tegangan searah, karena didalamnya terdapat sistem penyearahan yang
dilakukan bisa berupa oleh komutator atau menggunakan dioda.
Berdasarkan sistem pembangkitannya generator AC dapat dibagi menjadi 2 yaitu :
1. Generator 1 fasa
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), lihat
gambar1.
Gambar 1. Prinsip Medan Magnet Utama dan Medan magnet Bantu Motor Satu
fasa
Belitan 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 φ, 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 φ 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 Φ 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 sangkar
Belitan 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.
Motor Kapasitor
Motor 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 Kapasitor
Fungsi 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, lihat gambar 8.
Gambar 8. Karakteristik Torsi Motor kapasitor
MotorShaded Pole
Motor 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, lihat gambar 10.
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.
Motor Universal
Motor 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
2. Generator3fasa
Generator yang dimana dalam sistem melilitnya terdiri dari tiga kumpulan kumparan
yang mana kumparan tersebut masing-masing dinamakan lilitan fasa. Jadi pada
statornya ada lilitan fasa yang ke satu ujungnya diberi tanda U – X; lilitan fasa yang ke
dua ujungnya diberi tanda dengan huruf V – Y dan akhirnya ujung lilitan fasa yang ke
tiga diberi tanda dengan huruf W – Z.
Jenis generator yang digunakan dalam pembuatan tugas akhir ini yaitu generator
AC 1 fasa.
Lilitan stator
Lilitan stator terdiri atas beberapa kumparan, yang dipasang dalam alur-alur inti
stator. Pada kumparan stator terdapat sisi kumparan yang terletak dalam alur-alur, dan
kepala-kepala kumparan yang menghubungkan sisi-sisi kumparan diluar alur-alur satu
sama lain. Tiap-tiap kumparan terdiri atas satu atau lebih lilitan menurut besar
tegangan. Dalam gambar 2.2a dilukiskan sebuah kumparan yang terdiri atas empat
lilitan. Jumlah kawat tiap sisi kumparan sama banyaknya dengan jumlah lilitan pada tiap-
tiap kumparan.
Perhitungan Tegangan Generator
Dengan diputarnya rotor generator sepanjang dua poolstek (jarak antara
pertengahan kutub magnit dengan pertengahan kutub magnit berikutnya yaitu diukur
pada keliling besi stator), maka akan dibangkitkan suatu tegangan induksi di dalam
lilitan A yang besarnya dapat ditulis e = 4 Φ 10-8 volt. Harga ini meliputi satu periode.
Karena banyaknya periode dalam tiap detik dinyatakan dengan huruf f singkatan dari
frekuensi, maka besarnya GGL dapat dituliskan sebagai berikut :
Erata-rata = e. f = 4. Φ. f. 10-8 volt.
GGL diatas adalah harga rata-rata dari GGL untuk mendapatkan harga efektifnya maka
seluruhnya harus dikalikan dengan suatu angka perbandingan :
fv = Harga efektif
Harga rata-rata = 1,111.
Angka perbandingan (Konstanta) diatas dinamakan faktor bentuk dan dalam rumus-
rumus selalu dinyatakan dengan singkatan fv.
Jadi harga efektif dari GGL yang dibangkitkan dalam lilitan A itu adalah :
E = 4. f. fv.Φ. 10-8 Volt.
Karena seluruh jumlah lilitan stator terdiri atas banyak lilitan kawat sebanyak W, maka
besarnya GGL yang dibangkitkan dalam generator adalah:
E = 4. f. fv. Φ. W. 10-8 Volt.
Ketentuan rumus diatas ini hanya berlaku jika lilitan-lilitan kawatnya sebanyak W itu
saling berhubungan seri dan banyaknya saluran (alur) hanya satu. Tetapi dalam
kenyataannya bahwa banyaknya alur tiap kutub adalah lebih dari satu seperti : 2 dan 3
dan sebagainya.
Untuk lilitan stator yang mempunyai saluran lebih dari pada satu, maka keadaan
GGL yang dibangkitkan dalam lilitan-lilitan kawat akan agak berkurang daripada
ketentuan rumus diatas. Ini dikarenakan bahwa kawat-kawat dalam tiap-tiap saluran itu
berhadapan dengan Φ yang tidak sama besarnya. Oleh karena itu dalam ketentuan
tersebut diatas masih harus dikalikan lagi agar konstanta yang dinamakan : faktor lilitan
dan dinyatakan dengan suatu huruf fw.
Besarnya faktor lilitan untuk generator fasa tunggal adalah 0,8 dan untuk generator
fasa tiga (generator arus putar) adalah 0,96.
Dengan demikian maka secara lengkap rumus diatas untuk GGL dari generator dapat
dituliskan sebagai berikut :
E = 4. f. fv. fw. Φ. W. 10-8 Volt
Dimana :
E = Tegangan GGL generator (V)
f = frekuensi generator (Hz)
fv = faktor efektif = 1,111
fw= faktor lilitan (untuk generator fasa tunggal adalah 0,8 dan untuk generator fasa tiga
adalah 0,96).
Φ = fluks (garis gaya = 108 maxwell)
W = lilitan
Pemanfaatan Generator AC
Contoh generator AC yang akan sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari
adalah dinamo sepeda. Bagian utama dinamo sepeda adalah sebuah magnet tetap dan
kumparan yang disisipi besi lunak. Jika magnet tetap diputar, perputaran tersebut
menimbulkan GGL induksi pada kumparan. Jika sebuah lampu pijar (lampu sepeda)
dipasang pada kabel yang menghubungkan kedua ujung kumparan. lampu tersebut akan
dilalui arus induksi AC. Akibatnya, lampu tersebut menyala. Nyala lampu akan makin
terang jika perputaran magnet tetap makin cepat (laju sepeda makin kencang).
Generator AC (alternator) bervariasi ukurannya sesuai dengan beban yang akan
disuplai. Sebagai contoh, alternator pada PLTA mempunyai ukuran yang sangat besar,
membangkitkan ribuan kilowatt pada tegangan yang sangat tinggi. Contoh lainnya
adalah alternator di mobil, yang sangat kecil sebagai perbandingannya. Beratnya hanya
beberapa kilogram dan menghasilkan daya sekitar 100 hingga 200 watt, biasanya pada
tegangan 12 volt.
Generator AC banyak kita jumpai pada pusat-pusat listrik (dengan kapasitas yang
relatif besar). Misalnya pada PLTA, PLTU, PLTD, PLTN, PLTG, dan lain lain. Disini
umumnya generator AC disebut dengan alternator atau generator saja. Selain generator
AC dengan kapasitas yang relatif besar tersebut, kita mengenal pula generator dengan
kapasitas yang relatif kecil. Misalnya generator yang dipakai untuk penerangan darurat,
untuk penerangan daerah-daerah terpencil (yang belum terjangkau PLN), dan
sebagainya. Generator tersebut sering disebut home light atau generator set.