Motor Listrik 

Motor  listrik  termasuk  kedalam  kategori  mesin  listrik  dinamis  dan  merupakan  sebuah  perangkat elektromagnetik yang mengubah energi  listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik  ini digunakan misalnya:  di  industri    (seperti:  untuk  memutar  impeller  pompa,  fan  atau  blower,  menggerakan kompresor, mengangkat  bahan/crane,  dll)  dan  digunakan  juga  pada  peralatan  listrik  rumah  tangga (seperti: mixer, bor listrik, kipas angin).  Motor  listrik  kadangkala  disebut  “kuda  kerja”  nya  industri,  sebab  diperkirakan  bahwa motor‐motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.  Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor listrik secara umum sama (Gambar 1), yaitu:  • 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/ torsi 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.  

 Gambar 1. Prinsip Dasar Kerja Motor Listrik.  Dalam memahami  sebuah motor  listrik,  penting  untuk mengerti  apa  yang  dimaksud  dengan  beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/torsi sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok:  •  Beban  torsi  konstan,  adalah  beban  dimana  permintaan  keluaran  energinya  bervariasi  dengan kecepatan  operasinya,  namun  torsi  nya  tidak  bervariasi.  Contoh  beban  dengan  torsi  konstan  adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.  • Beban dengan  torsi variabel, adalah beban dengan  torsi yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan torsi variabel adalah pompa sentrifugal dan fan (torsi bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).  

• Beban dengan energi konstan, adalah beban dengan permintaan torsi yang berubah dan berbanding terbalik  dengan  kecepatan.  Contoh  untuk  beban  dengan  daya  konstan  adalah  peralatan‐peralatan mesin.   JENIS MOTOR LISTRIK Bagian 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 2. Klasifikasi Motor Listrik. 1. Motor DC/Arus Searah Motor 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. Motor DC 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. 

 Gambar 3. Motor DC. 

Sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama: i. Kutub medan. Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub elektromagnetik akan 

menyebabkan  perputaran  pada motor DC. Motor DC memiliki  kutub medan  elektromagnetik yang stasioner dan dinamo yang bergerak pada bantalan bearing diantara ruang kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Untuk motor 

DC  yang  lebih  besar  atau  lebih  komplek  terdapat  satu  atau  lebih  elektromagnetik.  Struktur medan  elektromagnetik motor DC besar  ini diperoleh dari  arus  listrik  yang dihubungkan  dari sumber listrik luar. 

ii. Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus  ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder dihubungkan oleh as ke beban untuk menggerakkan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar karena  interaksi gaya magnet yang dibentuk oleh kutub medan  dengan  kutub medan magnet  yang  tetap  dan  dinamo  dengan  kutub medan magnet berubah‐ubah. Arah medan magnet dinamo berubah‐ubah  lokasi kutubnya disebabkan adanya komutator/cincin  belah  yang  merubah  arah  arus  listrik  sumber  penghasil  medan elektromagnetik  dinamo  beubah  arah  saat  putaran  dinamo  sampai  kutub  utara  dan  selatan medan  magnet  dari  kutub  medan.  Dengan  adanya  perubahan  periodik  kutub  medan elektromagnetik dinamo tersebut maka dinamo berputar.  

iii. Kommutator. Komponen  ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik yang serta merta arah kutub elektromagnetik pada dinamo.  

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 listrik pada kutub medan akan meningkatkan kecepatan.  

Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:   Gaya elektromagnetik: E = KΦN   Torsi: T = KΦIa 

Dimana:  E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)  Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus listrik kutub medan  N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)  T = torsi elektromagnetik motor Ia = arus dinamo  K = konstanta persamaan   

Jenis‐Jenis Motor DC/Arus Searah a. Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited 

Pada motor ini arus listrik kutub medan dipasok dari sumber terpisah dari arus listrik dinamo.  b. Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited dibagi lagi menjadi: 

• Motor DC shunt. Pada motor shunt, gulungan kutub medan (medan shunt) disambungkan secara  paralel  dengan  gulungan  dinamo  (A)  seperti  diperlihatkan  dalam  gambar  4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.  

 Gambar 4. Karakteristik Motor DC Shunt. Berikut tentang kecepatan motor DC 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 starting torque yang rendah.  

Kecepatan  dapat  dikendalikan  dengan  cara  memasang  tahanan  dalam  susunan  seri dengan  dinamo  (kecepatan  berkurang)  atau  dengan  memasang  tahanan  pada  arus medan (kecepatan bertambah).  

• Motor  DC  seri.  Dalam motor  seri,  gulungan  kutub medan  (medan  shunt)  dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5. 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 menaikkan kecepatan tanpa terkendali.  

Motor‐motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan starting torque yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 5).  

 Gambar 5. Karakteristik Motor DC Seri. 

• Motor DC Compound/Gabungan. Motor  Kompon  DC  merupakan  gabungan  motor  seri  dan  shunt.  Pada  motor  kompon, gulungan  kutub  medan  (medan  shunt)  dihubungkan  secara  paralel  dan  seri  dengan gulungan dinamo  (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor kompon memiliki starting  torque yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin  tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan shunt dan gulungan seri dinamo), makin tinggi pula starting torque yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40‐50% menjadikan motor  ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek dibanding motor kompon yang standar (12%) yang tidak cocok untuk aplikasi ini(myElectrical, 2005). 

 Gambar 6. Karakteristik Motor DC Kompon.   

2. Motor AC/Arus Bolak‐Balik Motor 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" seperti ditunjukkan dalam Gambar 7.  

 Gambar 7. Motor Sinkron. 

 Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor.  Kekurangan motor  AC  dibanding motor DC  adalah  bahwa  kecepatan motor  AC  lebih  sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC biasanya dilengkapi dengan driver untuk merubah frekuensi sumber  listrik AC motor(VFD/inverter) sebagai kendali kecepatan. Motor  induksi merupakan slah  satu  motor  AC  yang  paling  populer  di  industri  karena  kehandalannya  dan  lebih  mudah perawatannya dibanding motor DC. Motor  induksi 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). Jenis‐Jenis Motor AC : a. Motor  sinkron. Motor  sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan  tetap pada  sistem 

frekuensi  tertentu. Motor  ini memerlukan arus  searah  (DC) untuk  starting  torque untuk mencpai kecepatan sinkron karena motor  ini memiliki starting  torque yang  rendah. Oleh karena  itu motor sinkron cocok untuk beban dengan torsi awal yang rendah seperti kompresor udara. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistem jaringan listrik.  Komponen utama motor sinkron adalah (Gambar 7): • Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor AC  jenis  induksi  (asinkron) adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal  ini memungkinkan  sebab medan magnit  rotor  tidak  lagi  terinduksi  saat mencapai  kecepatan sinkron.  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  frekuensi  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  

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): 

 Gambar 8. Motor Induksi.  • 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 brush yang menempel padanya.  

• Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dililitkan sehingga membentuk jumlah kutub  tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat . 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 komponen untuk  starting  motor.  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 starting  torque  tinggi  sehingga  bisat  starting  tanpa  komponen  tambahan.  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.  

Kecepatan motor induksi : 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  beban  sehingga  terjadi  “slip/geseran”  yang  akan  meningkat  dengan meningkatnya beban. 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 100 Dimana:  Ns = kecepatan sinkron dalam RPM  Nb = kecepatan dasar dalam RPM 

Hubungan antara arus, kecepatan dan torsi : 

 Gambar 9. Grafik Torsi vs Kecepatan Motor Induksi. Gambar 9 menunjukan grafik torsi vs kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Dapat dilihat pada grafik karakteristik motor induksi, bahwa :  

• Saat awal start motor ternyata terdapat arus start 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  Motor Listrik AC Satu Fasa Pembahasan dalam artikel kali ini di titik beratkan pada motor listrik AC 1 fasa, yang terdiri dari: • Motor Kapasitor • Motor Shaded Pole • Motor Universal 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  transformator. 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  Aplikasi motor universal untuk mesin  jahit, untuk mengatur  kecepatan dihubungkan dengan  tahanan geser dalam bentuk pedal yang ditekan dan dilepaskan.  Standarisasi Motor Listrik Motor listrik yang umum digunakan di dunia Industri adalah motor listrik asinkron, dengan dua standar global  yakni  IEC dan NEMA. Motor  asinkron  IEC berbasis metrik  (milimeter),  sedangkan motor  listrik NEMA berbasis imperial (inch), dalam aplikasi ada satuan daya dalam horsepower (hp) maupun kiloWatt (kW). Motor listrik dalam standard IEC dibagi menjadi beberapa kelas sesuai dengan efisiensi yang dimilikinya. Sebagai standar di Uni Eropa, pembagian kelas ini menjadi EFF1, EFF2 dan EFF3. Untuk kelas EFF1 adalah motor listrik yang paling efisien, paling sedikit memboroskan tenaga, sedangkan EFF3 sudah tidak boleh dipergunakan dalam  lingkungan uni eropa, sebab memboroskan bahan bakar di pembangkit  listrik dan secara  otomatis  akan  menimbulkan  buangan  karbon  yang  terbanyak,  sehingga  lebih  mencemari lingkungan. 

Standar IEC yang berlaku adalah IEC 34‐1, ini adalah sebuah standar yang mengatur rotating equipment bertenaga  listrik.  Ada  banyak  pabrik  elektrik  motor,  tetapi  hanya  sebagian  saja  yang  benar‐benar mengikuti arahan IEC 34‐1 dan juga mengikuti arahan level efisiensi dari Uni Eropa. Banyak  produsen  elektrik motor  yang  tidak mengikuti  standar  IEC  dan Uni  Eropa  supaya  produknya menjadi murah dan  lebih banyak  terjual, banyak negara berkembang manjdi pasar untuk produk  ini, yang dalam jangka panjang memboroskan keuangan pemakai, sebab tagihan listrik yang semakin tinggi setiap tahunnya. Lembaga yang mengatur dan menjamin  level efisiensi  ini adalah CEMEP,  sebuah konsorsium di Eropa yang didirikan oleh pabrik‐pabrik elektrik motor  yang  ternama, dengan  tujuan untuk menyelamatkan lingkungan  dengan  mengurangi  pencemaran  karbon  secara  global,  karena  banyak  daya  diboroskan dalam pemakaian beban listrik. Sebagai contoh, dalam sebuah  industri rata‐rata konsumsi  listrik untuk motor  listrik adalah sekitar 65‐70% dari total biaya  listrik,  jadi memakai elektrik motor yang efisien akan mengurangi biaya overhead produksi,  sehingga menaikkan  daya  saing  produk,  apalagi  dengan  kenaikan  tarif  listrik  setiap  tahun, maka pemakaian motor listrik EFF1 sudah waktunya menjadi keharusan.  Generator sinkron Prinsip Kerja Generator sinkron Yang  akan menjadi  kerangka  bahasan  kali  ini  adalah  pengoperasian  generator  sinkron  dalam  kondisi berbeban,  tanpa  beban,  menentukan  reaktansi  dan  resistansi  dengan  melakukan  percobaan  tanpa beban (beban nol), percobaan hubung‐singkat dan percobaan resistansi jangkar.  Seperti  telah  dijelaskan  pada  artikel‐artikel  sebelumnya,  bahwa  kecepatan  rotor  dan  frekuensi  dari tegangan  yang  dibangkitkan  oleh  suatu  generator  sinkron  berbanding  lurus.  Gambar  1  akan memperlihatkan  prinsip  kerja  dari  sebuah  generator  AC  dengan  dua  kutub,  dan  dimisalkan  hanya memiliki satu lilitan yang terbuat dari dua penghantar secara seri, yaitu penghantar a dan a’.  

 Gambar 1. Diagram Generator AC Satu Phasa Dua Kutub. Lilitan  seperti  disebutkan  diatas  disebut  “Lilitan  terpusat”,  dalam  generator  sebenarnya  terdiri  dari banyak  lilitan dalam masing‐masing fasa yang terdistribusi pada masing‐masing alur stator dan disebut “Lilitan terdistribusi”. Diasumsikan rotor berputar searah  jarum  jam, maka fluks medan rotor bergerak sesuai lilitan jangkar. Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus per detik atau 1 Hertz (Hz).  Bila kecepatannya 60 Revolution per menit (Rpm), frekuensi 1 Hz. Maka untuk frekuensi f = 60 Hz, rotor harus berputar 3600 Rpm. Untuk  kecepatan  rotor n  rpm,  rotor harus berputar pada  kecepatan n/60 revolution  per  detik  (rps).  Bila  rotor mempunyai  lebih  dari  1  pasang  kutub, misalnya  P  kutub maka masing‐masing revolution dari rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam lilitan stator. Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan rotor, dan diformulasikan dengan: 

 Untuk  generator  sinkron  tiga  fasa,  harus  ada  tiga  belitan  yang masing‐masing  terpisah  sebesar  120 derajat listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti diperlihatkan pada kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’ pada gambar 2. Masing‐masing lilitan akan menghasilkan gelombang Fluksi sinus satu dengan lainnya berbeda 120 derajat listrik. Dalam keadaan seimbang besarnya fluksi sesaat : ΦA = Φm. Sin ωt ΦB = Φm. Sin ( ωt – 120° ) ΦC = Φm. Sin ( ωt – 240° ) 

 Gambar 2. Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub  Besarnya  fluks  resultan  adalah  jumlah  vektor  ketiga  fluks  tersebut  adalah:  ΦT = ΦA +ΦB + ΦC ΦT ={Φm.Sin ωt + Φm.Sin(ωt – 120°) + Φm. Sin(ωt– 240°)}. Cos φ Dengan memakai transformasi trigonometri dari :  Sin α . Cos β = ½.Sin (α + β) + ½ Sin (α ‐ β )  maka dari persamaan diatas diperoleh :  ΦT = ½.Φm. Sin (ωt +φ )+ ½.Φm. Sin (ωt – φ) + ½.Φm. Sin ( ωt + φ – 240° )+ ½.Φm. Sin (ωt – φ) +½.Φm.  Sin (ωt + φ – 480°) Dari  persamaan  diatas,  bila  diuraikan  maka  suku  kesatu,  ketiga,  dan  kelima akan  silang  menghilangkan.  Dengan  demikian  dari  persamaan  akan  didapat fluksi total sebesar,  ΦT = ¾ Φm. Sin ( ωt ‐ Φ ) Weber . Jadi  medan  resultan  merupakan  medan  putar  dengan  modulus  3/2  Φ  dengan sudut putar sebesar ω. Maka besarnya tegangan masing‐masing fasa adalah : E maks = Bm. ℓ. ω r Volt dimana : Bm = Kerapatan Fluks maksimum kumparan medan rotor (Tesla) ℓ = Panjang masing‐masing lilitan dalam medan magnetik (Weber) ω = Kecepatan sudut dari rotor (rad/s) r = Radius dari jangkar (meter)  Generator Tanpa Beban 

Apabila  sebuah mesin  sinkron difungsikan  sebagai  generator dengan diputar pada  kecepatan  sinkron dan rotor diberi arus medan (If ), maka pada kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban (Eo), yaitu sebesar: Eo = 4,44 .Kd. Kp. f. φm. T Volt Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi  jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan  (If). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan keluaran juga akan naik sampai titik saturasi (jenuh), seperti diperlihatkan pada gambar 3.  Kondisi  generator  tanpa  beban  bisa  digambarkan  rangkaian  ekuivalennya  seperti  diperlihatkan  pada gambar 3b.  

 Gambar 3a dan 3b. Kurva dan Rangkaian Ekuivalen Generator Tanpa Beban Generator Berbeban Bila generator diberi beban yang berubah‐ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah‐ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada: • Resistansi jangkar Ra • Reaktansi bocor jangkar Xl • Reaksi Jangkar Xa 

a. Resistansi Jangkar Resistansi  jangkar/fasa  Ra  menyebabkan  terjadinya  tegangan  jatuh/fasa  (I.Ra)  yang  sefasa dengan arus jangkar. 

b. Reaktansi Bocor Jangkar Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar /stator terdapat fluks Fluks Bocor. 

c. Reaksi Jangkar Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluks jangkar stator(ΦA ) yang berintegrasi dengan fluks yang dihasilkan pada kumparan medan rotor(ΦF) yang disebut disebut sebagai reaksi jangkar. Besar fluks resultannya : 

 Gambar 4. mengilustrasikan kondisi reaksi jangkar untuk jenis beban yang berbeda‐beda. 

 Gambar 4a, 4b, 4c dan 4d. Kondisi Reaksi Jangkar. 

Gambar 4a  , memperlihatkan kondisi  reaksi  jangkar  saat generator dibebani  tahanan  (resistif) sehingga arus jangkar Ia sefasa dengan GGL Eb dan ΦA akan tegak lurus terhadap ΦF. Gambar 4b, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani kapasitif , sehingga arus jangkar Ia mendahului ggl Eb sebesar θ dan ΦA terbelakang terhadap ΦF dengan sudut (90 ‐θ). Gambar  4c,  memperlihatkan  kondisi  reaksi  jangkar  saat  dibebani  kapasitif  murni  yang mengakibatkan arus  jangkar  Ia mendahului GGL Eb sebesar 90° dan ΦA akan memperkuat ΦF yang berpengaruh terhadap pemagnetan. Gambar  4d,  memperlihatkan  kondisi  reaksi  jangkar  saat  arus  diberi  beban  induktif  murni sehingga mengakibatkan  arus  jangkar  Ia  terbelakang  dari  GGL  Eb  sebesar  90°  dan  ΦA  akan memperlemah ΦF yang berpengaruh terhadap pemagnetan. 

Jumlah dari reaktansi bocor XL dan reaktansi jangkar Xa biasa disebut reaktansi Sinkron Xs. Vektor  diagram  untuk  beban  yang  bersifat  Induktif,  resistif murni,  dan  kapasitif  diperlihatkan  pada Gambar 5a, 5b dan 5c. 

 

 

 Gambar 5a, 5b dan 5c. Vektor Diagram dari Beban Generator Berdasarkan gambar diatas, maka bisa ditentukan besarnya tegangan jatuh yang terjadi, yaitu : Total Tegangan Jatuh pada Beban: = I.Ra + j (I.Xa + I.XL) = I {Ra + j (Xs + XL)} = I {Ra + j (Xs)}  

= I.Zs Menentukan Resistansi dan Reaktansi Untuk bisa menentukan nilai reaktansi dan impedansi dari sebuah generator, harus dilakukan percobaan (test). Ada tiga jenis test yang biasa dilakukan, yaitu: • Test Tanpa beban ( Beban Nol ) • Test Hubung Singkat. • Test Resistansi Jangkar. Test Tanpa Beban Test Tanpa Beban dilakukan pada kecepatan Sinkron dengan rangkaian  jangkar terbuka  (tanpa beban) seperti diperlihatkan pada Gambar 6. Percobaan dilakukan dengan cara mengatur arus medan (If) dari nol sampai rating tegangan output terminal tercapai. 

 Gambar 6. Rangkaian Test Generator Tanpa Beban. Test Hubung Singkat Untuk melakukan  test  ini  terminal  generator  dihubung  singkat,  dan  dengan  Ampermeter  diletakkan diantara  dua  penghantar  yang  dihubung  singkat  tersebut  (Gambar  7).  Arus medan  dinaikkan  secara bertahap sampai diperoleh arus jangkar maksimum. Selama proses test arus If dan arus hubung singkat Ihs dicatat. 

 Gambar 7. Rangkaian Test Generator di Hubung Singkat. Dari hasil kedua test diatas, maka dapat digambar dalam bentuk kurva karakteristik seperti diperlihatkan pada gambar 8. 

 Gambar 8. Kurva Karakteristik Tanpa Beban dan Hubung Singkat sebuah Generator. Impedansi Sinkron dicari berdasarkan hasil test, adalah:    If = konstan Test Resistansi Jangkar Dengan  rangkaian medan  terbuka,  resistansi DC diukur antara dua  terminal output  sehingga dua  fasa terhubung secara seri, Gambar 9. Resistansi per fasa adalah setengahnya dari yang diukur.  

 Gambar 9. Pengukuran Resistansi DC. Dalam kenyataannya nilai resistansi dikalikan dengan suatu faktor untuk menentukan nilai resistansi AC efektif  ,  eff  R  .  Faktor  ini  tergantung  pada  bentuk  dan  ukuran  alur,  ukuran  penghantar  jangkar,  dan konstruksi kumparan. Nilainya berkisar antara 1,2 s/d 1,6 . Bila nilai Ra telah diketahui, nilai Xs bisa ditentukan berdasarkan persamaan: 

 Konstruksi Generator Sinkron Pada  dasarnya  konstruksi  dari  generator  sinkron  adalah  sama  dengan  konstruksi motor  sinkron,  dan secara  umum  biasa  disebut  mesin  sinkron.  Ada  dua  struktur  kumparan  pada  mesin  sinkron  yang merupakan  dasar  kerja  dari  mesin  tersebut,  yaitu  kumparan  yang  mengalirkan  penguatan  DC (membangkitkan medan magnet,  biasa  disebut  sistem  eksitasi)  dan  sebuah  kumparan  (biasa  disebut jangkar) tempat dibangkitkannya GGL arus bola‐balik.  Hampir  semua mesin  sinkron mempunyai  belitan GGL  berupa  stator  yang  diam  dan  struktur medan magnit berputar  sebagai  rotor. Kumparan DC pada  struktur medan  yang berputar dihubungkan pada sumber DC  luar melaui slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang yaitu sistem “brushless excitation”.  Bentuk Penguatan  

Seperti  telah diuraikan diatas, bahwa untuk membangkitkan  fluks magnetik 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, tetapi rating daya yang besar, seperti generator Hydroelectric  (Pembangkit  listrik  tenaga  air),  maka  generator  DC  yang  digunakan  tidak  dengan penguatan  sendiri  tetapi  dengan  “Pilot  Exciter”  sebagai  penguatan  atau  menggunakan  magnet permanent (magnet tetap).  

 Gambar 1. Generator Sinkron Tiga fasa dengan Penguatan Generator DC “Pilot Exciter”. 

 Gambar 2. Generator Sinkron Tiga fasa dengan Sistem Penguatan “Brushless Exciter System”. Alternatif lainnya untuk penguatan eksitasi adalah menggunakan Diode silikon dan Thyristor.  Ada dua tipe sistem penguatan “Solid state”, yaitu: •  Sistem  statis  yang menggunakan  Diode  atau  Thyristor  statis,  dan  arus  dialirkan  ke  rotor melalui Slipring. •  “Brushless  System”,  pada  sistem  ini  penyearah  dipasangkan  diporos  yang  berputar  dengan  rotor, sehingga tidak dibutuhkan sikat arang dan slip‐ring. Bentuk Rotor Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin dengan kecepatan tinggi seperti  turbo  generator mempunyai  bentuk  silinder  gambar  3a,  sedangkan mesin  dengan  kecepatan rendah seperti Hydroelectric atau Generator Listrik Diesel mempunyai rotor kutub menonjol gambar 3b. 

 Gambar 3a. Bentuk Rotor kutub silinder. 

 Gambar 3b. Bentuk Rotor kutub menonjol. Bentuk Stator Stator  dari  Mesin  Sinkron  terbuat  dari  bahan  ferromagnetik  ,  seperti  telah  dibahas  di  sini,  yang berbentuk  laminasi  untuk  mengurangi  rugi‐rugi  arus  pusar.  Dengan  inti  ferromagnetik  yang  bagus berarti permebilitas dan resistivitas dari bahan tinggi. 

 Gambar 4. Inti Stator dan Alur pada Stator Gambar 4 memperlihatkan alur  stator  tempat kumparan  jangkar. Belitan  jangkar  (stator) yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga fasa, ada dua tipe yaitu : 

a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding). b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding). 

Bentuk Stator Satu Lapis Gambar 5 memperlihatkan belitan satu  lapis, karena hanya ada satu sisi  lilitan didalam masing‐masing alur. Bila kumparan tiga fasa dimulai pada Sa, Sb, dan Sc dan berakhir di Fa, Fb, dan Fc bisa disatukan dalam  dua  cara,  yaitu  hubungan  bintang  dan  segitiga.  Antar  kumparan  fasa  dipisahkan  sebesar  120 derajat listrik atau 60 derajat mekanik, satu siklus GGL penuh akan dihasilkan bila rotor dengan 4 kutub berputar 180 derajat mekanis. Satu siklus GGL penuh menunjukkan 360 derajat listrik, adapun hubungan antara sudut rotor mekanis α_mek dan sudut listrik α_lis, adalah :  

  

 Gambar 5. Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa. Contoh: Sebuah generator Sinkron mempunyai 12 kutub. Berapa sudut mekanis ditunjukkan dengan 180 derajat listrik. Jawaban: Sudut mekanis antara kutub utara dan kutub selatan adalah: 

 

 Gambar 6. Urutan fasa ABC. Untuk menunjukkan arah dari putaran rotor gambar 6. (searah jarum jam), urutan fasa yang dihasilkan oleh suplai tiga fasa adalah ABC, dengan demikian tegangan maksimum pertama terjadi dalam fasa A, diikuti fasa B, dan kemudian fasa C. Kebalikan arah putaran dihasilkan dalam urutan ACB, atau urutan  fasa negatif, sedangkan urutan  fasa ABC disebut urutan fasa positif. Jadi ggl yang dibangkitkan sistem tiga fasa secara simetris adalah: EA = EA ∟ 0° volt EB = EB ∟ ‐120° volt EC = EC ∟ ‐240° volt Belitan Berlapis Ganda 

Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada gambar 5 hanya mempunyai satu  lilitan per kutub per fasa, akibatnya  masing‐masing  kumparan  hanya  dua  lilitan  secara  seri.  Bila  alur‐alur  tidak  terlalu  lebar, masing‐masing penghantar yang berada dalam alur akan membangkitkan tegangan yang sama. Masing‐masing  tegangan  fasa akan  sama untuk menghasilkan  tegangan per penghantar dan  jumlah  total dari penghantar per fasa. Dalam kenyataannya cara 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  harmonik.  Untuk  mengatasi  masalah  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. Faktor Distribusi Seperti  telah dijelaskan diatas bahwa  sebuah kumparan  terdiri dari  sejumlah  lilitan yang ditempatkan dalam alur secara terpisah. Sehingga, GGLl 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 faktor 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 dinduksikan dalam alur 2 akan  tertinggal  (lagging) dari  GGL  yang  dibangkitkan  dalam  alur  1  sebesar  ψ  =15  derajat  listrik,  demikian  pula  GGL  yang 

dinduksikan dalam alur 3 akan tertinggal 2ψ derajat, dan seterusnya. Semua GGL ini ditunjukkan masing‐masing oleh phasor E1, E2, E3 dan E4. Total GGL stator per fasa E adalah jumlah dari seluruh vektor. E = E1 + E2 + E3 + E4 Total GGLl stator E lebih kecil dibandingkan jumlah aljabar dari GGL lilitan oleh faktor. 

 Kd adalah faktor distribusi, dan bisa dinyatakan dengan 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. 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: • Menghemat tembaga yang digunakan. • Memperbaiki bentuk gelombang dari tegangan yang dibangkitkan. • Kerugian arus pusar dan Hysterisis 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 P° adalah kisar kumparan dalam derajat listrik. Gaya 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  faktor distribusi dan faktor kisar. Apabila  Z = Jumlah penghantar atau sisi lilitan dalam seri/fasa = 2 T T = Jumlah lilitan per fasa dφ = φP 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 penghantar dalam seri/fasa, maka GGL rata‐rata/fasa = 2.f.φ.Z Volt = 2.f.φ.(2T) = 4.f.φ.T volt GGL efektif/fasa = 1,11x 4.f.φ.T = 4,44 x f .φ.T Volt bila faktor distribusi dan faktor kisar dimasukkan, maka GGL efektif/fasa E = 4,44 . Kd. Kp .f .φ . T (Volt) 

Generator Set (GENSET) Ketika  terjadi pemadaman  catu daya utama  (PLN) maka dibutuhkan  suplai  cadangan  listrik dan pada kondisi tersebut Generator‐Set diharapkan dapat mensuplai tenaga listrik terutama untuk beban‐beban prioritas. Genset  dapat  digunakan  sebagai  sistem  cadangan  listrik  atau  "off‐grid"  (sumber  daya  yang tergantung  atas  kebutuhan  pemakai).  Genset  sering  digunakan  oleh  rumah  sakit  dan  industri  yang membutuhkan sumber daya yang mantap dan andal (tingkat keandalan pasokan yang tinggi), dan  juga untuk  area  pedesaan  yang  tidak  ada  akses  untuk  secara  komersial  dipasok  listrik  melalui  jaringan distribusi PLN yang ada. Suatu mesin diesel generator set terdiri dari: 

1. Prime mover  atau  pengerak mula,  dalam  hal  ini mesin  diesel  (dalam  bahasa  inggris  disebut diesel engine) 

2. Generator 3. AMF (Automatic Main Failure) dan ATS (Automatic Transfer Switch) 4. Baterai dan Battery Charger 5. Panel ACOS (Automatic Change Over Switch)  6. Pengaman untuk Peralatan 7. Perlengkapan Instalasi Tenaga 

Mesin Diesel Mesin diesel termasuk mesin dengan pembakaran dalam atau disebut dengan motor bakar, ditinjau dari cara memperoleh energi  termalnya  (energi panas). Untuk membangkitkan  listrik, sebuah mesin diesel dihubungkan  dengan  generator  dalam  satu  poros  (poros  dari  mesin  diesel  dikopel  dengan  poros generator). Keuntungan pemakaian mesin diesel sebagai penggerak mula: * Desain dan instalasi sederhana * Auxilary equipment (peralatan bantu) sederhana * Waktu pembebanan relatif singkat 

Kerugian pemakaian mesin diesel sebagai Penggerak mula: * Berat mesin sangat berat karena harus dapat menahan getaran serta kompresi yang tinggi. * Starting awal berat, karena kompresinya tinggi yaitu sekitar 200 bar. *  Semakin  besar  daya  maka  mesin  diesel  tersebut  dimensinya  makin  besar  pula,  hal  tersebut menyebabkan kesulitan jika daya mesinnya sangat besar.  *  Konsumsi  bahan  bakar menggunakan  bahan  bakar minyak  yang  relatif  lebih mahal  dibandingkan dengan pembangkit listrik yang menggunakan bahan bakar jenis lainnya, seperti gas dan batubara. Cara Kerja Mesin Diesel Prime mover atau penggerak mula merupakan peralatan yang berfungsi menghasilkan energi mekanis yang  diperlukan  untuk memutar  rotor  generator.  Pada mesin  diesel/diesel  engine  terjadi  penyalaan sendiri,  karena  proses  kerjanya  berdasarkan  udara murni  yang  dimampatkan  di  dalam  silinder  pada tekanan yang  tinggi  (± 30 atm),  sehingga  temperatur di dalam  silinder naik. Dan pada  saat  itu bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang bersuhu dan bertekanan tinggi melebihi titik nyala bahan bakar sehingga bahan bakar yang diinjeksikan akan terbakar secara otomatis. Penambahan panas atau energi senantiasa dilakukan pada tekanan yang konstan. Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros  engkol menggunakan  batang  torak,  sehingga  torak  dapat  bergerak  bolak‐balik  (reciprocating). Gerak  bolak‐balik  torak  akan  diubah  menjadi  gerak  rotasi  oleh  poros  engkol  (crank  shaft).  Dan sebaliknya  gerak  rotasi  poros  engkol  juga  diubah  menjadi  gerak  bolak‐balik  torak  pada  langkah kompresi. Berdasarkan cara menganalisa sistim kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua, yaitu motor diesel yang menggunakan sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa dengan siklus dual dan motor diesel  yang menggunakan  sistim  air  injection  yang  dianalisa  dengan  siklus  diesel  (sedangkan motor bensin dianalisa dengan siklus otto). Perbedaan antara motor diesel dan motor bensin yang nyata adalah terletak pada proses pembakaran bahan bakar, pada motor bensin pembakaran bahan bakar  terjadi  karena  adanya  loncatan  api  listrik yang dihasilkan oleh dua elektroda busi (spark plug), sedangkan pada motor diesel pembakaran terjadi karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar akibat kompresi torak hingga mencapai temperatur  nyala.  Karena  prinsip  penyalaan  bahan  bakarnya  akibat  tekanan maka motor  diesel  juga disebut compression ignition engine sedangkan motor bensin disebut spark ignition engine. 

 Pada mesin diesel, piston melakukan 2 langkah pendek menuju kepala silinder pada setiap langkah daya. 

1. Langkah ke atas yang pertama merupakan  langkah pemasukan dan penghisapan, di sini udara dan bahan bakar masuk sedangkan poros engkol berputar ke bawah. 

2. Langkah kedua merupakan  langkah kompresi, poros engkol terus berputar menyebabkan torak naik  dan  menekan  bahan  bakar  sehingga  terjadi  pembakaran.  Kedua  proses  ini  (1  dan  2) termasuk proses pembakaran. 

3. Langkah ketiga merupakan langkah ekspansi dan kerja, di sini kedua katup yaitu katup isap dan buang tertutup sedangkan poros engkol terus berputar dan menarik kembali torak ke bawah. 

4. Langkah  keempat  merupakan  langkah  pembuangan,  disini  katup  buang  terbuka  dan menyebabkan gas akibat sisa pembakaran terbuang keluar. Gas dapat keluar karena pada proses keempat  ini  torak  kembali  bergerak  naik  keatas  dan menyebabkan  gas  dapat  keluar.  Kedua proses terakhir ini (3 dan 4) termasuk proses pembuangan. 

5. Setelah keempat proses tersebut, maka proses berikutnya akan mengulang kembali proses yang pertama, dimana udara dan bahan bakar masuk kembali. 

Berdasarkan kecepatan proses diatas maka mesin diesel dapat digolongkan menjadi 3 bagian, yaitu: 1. Diesel kecepatan rendah (< 400 rpm) 2. Diesel kecepatan menengah (400 ‐ 1000 rpm) 3. Diesel kecepatan tinggi ( >1000 rpm)  

Sistem  starting  atau proses untuk menghidupkan/menjalankan mesin diesel dibagi menjadi 3 macam sistem starting yaitu:  

1. Sistem Start Manual Sistem start  ini dipakai untuk mesin diesel dengan daya mesin yang relatif kecil yaitu < 30 PK. Cara untuk menghidupkan mesin diesel pada sistem ini adalah dengan menggunakan penggerak engkol start pada poros engkol atau poros hubung yang akan digerakkan oleh tenaga manusia. Jadi sistem start ini sangat bergantung pada faktor manusia sebagai operatornya. 

2. Sistem Start Elektrik Sistem  ini  dipakai  oleh mesin  diesel  yang memiliki  daya  sedang  yaitu  <  500  PK.  Sistem  ini menggunakan motor DC dengan suplai  listrik dari baterai/accu 12 atau 24 volt untuk menstart diesel. Saat start, motor DC mendapat suplai listrik dari baterai atau accu dan menghasilkan torsi yang dipakai untuk menggerakkan diesel sampai mencapai putaran tertentu. Baterai atau accu yang dipakai harus dapat dipakai untuk menstart sebanyak 6 kali tanpa diisi kembali, karena arus start  yang  dibutuhkan motor  DC  cukup  besar maka  dipakai  dinamo  yang  berfungsi  sebagai generator DC. Pengisian ulang baterai atau accu digunakan alat bantu berupa battery charger dan pengaman tegangan. Pada saat diesel tidak bekerja maka battery charger mendapat suplai listrik dari PLN, sedangkan pada saat diesel bekerja maka suplai dari battery charger didapat dari generator.  Fungsi  dari  pengaman  tegangan  adalah  untuk memonitor  tegangan  baterai  atau accu.  Sehingga  apabila  tegangan  dari  baterai  atau  accu  sudah  mencapai  12/24  volt,  yang merupakan  tegangan standarnya, maka hubungan antara battery charger dengan baterai atau accu akan diputus oleh pengaman tegangan. 

3. Sistem Start Kompresi Sistem start ini dipakai oleh diesel yang memiliki daya besar yaitu > 500 PK. Sistem ini memakai motor dengan udara bertekanan tinggi untuk start dari mesin diesel. Cara kerjanya yaitu dengan menyimpan udara ke dalam suatu botol udara. Kemudian udara  tersebut dikompresi sehingga 

menjadi udara panas dan bahan bakar  solar dimasukkan  ke dalam  Fuel  Injection Pump  serta disemprotkan  lewat  nozzle  dengan  tekanan  tinggi.  Akibatnya  akan  terjadi  pengkabutan  dan pembakaran di ruang bakar. Pada saat tekanan di dalam tabung turun sampai batas minimum yang ditentukan, maka  kompressor  akan  secara otomatis menaikkan  tekanan udara di dalam tabung  hingga  tekanan  dalam  tabung mencukupi  dan  siap  dipakai  untuk melakukan  starting mesin diesel. 

AMF (Automatic Main Failure) dan ATS (Automatic Transfer Switch) AMF merupakan alat yang berfungsi menurunkan downtime dan meningkatkan keandalan sistem catu daya  listrik. AMF dapat mengendalikan  transfer Circuit Breaker  (CB)  atau  alat  sejenis, dari  catu daya utama (PLN) ke catu daya cadangan  (genset) dan sebaliknya. Dan ATS merupakan pelengkap dari AMF dan bekerja secara bersama‐sama.  Cara Kerja AMF dan ATS  Automatic Main  Failure  (AMF)  dapat mengendalikan  transfer  suatu  alat  dari  suplai  utama  ke  suplai cadangan atau dari suplai cadangan ke suplai utama.AMF akan beroperasi saat catu daya utama (PLN) padam  dengan mengatur  catu  daya  cadangan  (genset).  AMF  dapat mengatur  genset  beroperasi  jika suplai utama dari PLN mati dan memutuskan genset jika suplai utama dari PLN hidup lagi.  Baterai (baterry dan accu)  Battery merupakan suatu proses pengubahan energi kimia menjadi energi listrik yang berupa sel listrik. Pada  dasarnya  sel  listrik  terdiri  dari  dua  buah  logam/  konduktor  yang  berbeda  dicelupkan  ke  dalam larutan maka akan bereaksi secara kimia dan menghasilkan gaya gerak  listrik antara kedua konduktor tersebut. Proses pengisian battery dilakukan dengan cara mengalirkan arus melalui sel‐sel dengan arah yang berlawanan dengan aliran arus dalam proses pengosongan sehingga sel akan dikembalikan dalam keadaan semula. Battery yang digunakan pada sistem otomatis GenSet berfungsi sebagai sumber arus DC pada starting diesel.  Battery Charger  Alat  ini  berfungsi  untuk  proses  pengisian  battery  dengan mengubah  tegangan  PLN  220V  atau  dari generator itu sendiri menjadi 12/24 V menggunakan rangkaian penyearah. Battery Charger ini biasanya dilengkapi dengan pengaman hubung singkat (Short Circuit) berupa sekering/ fuse. Panel ACOS  

 ACOS  (Automatic  Change  Over  Switch)  merupakan  panel  pengendalian  generator  dan  terdapat beberapa tombol yang masing‐masing mempunyai fungsi yang berbeda.  Tombol pengontrol operasi Gen Set automatic, antara lain yaitu : Off, Automatic, Trial Service, Manual Service, Manual Starting, Manual Stoping, Signal Test, Horn Off, Release,  Start,  Start  Fault,  Engine  Running,  Supervision On,  Low Oil  Pressure,  Temperature  To High, Generator Over Load.  Sistem Pengaman Genset Sistem pengaman harus dapat bekerja  cepat dan  tepat dalam mengisolir gangguan agar  tidak  terjadi kerusakan fatal. Proteksi pada mesin generator ada dua macam yaitu : 

1) Pengaman alarm Bertujuan  memberitahukan  kepada  operator  bahwa  ada  sesuatu  yang  tidak  normal  dalam operasi mesin generator dan agar operator segera bertindak.  

2) Pengaman trip Berfungsi  untuk  menghindarkan  mesin  generator  dari  kemungkinan  kerusakan  karena  ada sistem yang berfungsi tidak normal maka mesin akan stop secara otomatis. Jenis pengaman trip antara lain : 1) Putaran lebih (over speed) 2) Temperatur air pendingin tinggi  3) Tekanan minyak pelumas rendah 4) Emergency stop 5) Reverse power  

Pentanahan (grounding)  

a) Pentanahan  sistem,  pentanahan  untuk  suatu  titik  pada  penghantar  arus  dari  sistem.  Pada umumnya  titik  tersebut  adalah  titik  netral  dari  suatu  mesin,  transformator,  atau  untuk rangkaian listrik tertentu. 

b) Pentanahan peralatan  sistem, pentanahan untuk  suatu bagian yang  tidak membawa arus dari sistem,  misalnya  :  Semua  logam  seperti  saluran  tempat  kabel,  kerangka  mesin,  batang pemegang sakelar, penutup kotak sakelar.  

Relay pengaman pada genset:  a) Relay arus lebih  

Thermal Over Load Relay (TOLR) digunakan untuk melindungi motor dan perlengkapan kendali motor dari kerusakan akibat beban lebih atau terjadinya hubungan singkat antar hantaran yang menuju jaringan listrik atau antar fasa. 

b) Relay  tegangan  lebih  bekerja  bila  tegangan  yang  dihasilkan  generator  melebihi  batas nominalnya. 

c) Relay  diferensial  bekerja  atas  dasar  perbandingan  tegangan  atau  perbandingan  arus,  yaitu besarnya  arus  sebelum  lilitan  stator  dengan  arus  yang mengalir  pada  hantaran  yang menuju jaringan listrik.  

d) Relay daya balik berfungsi untuk mendeteksi aliran daya aktif yang masuk ke arah generator. Sekering berfungsi  untuk  mengamankan  peralatan  atau  instalasi  listrik  dari  gangguan  hubung  singkat  Jika suatu sekering dilewati arus di atas arus kerjanya, maka pada waktu tertentu sekering tersebut akan lebur (putus). Besarnya arus yang dapat meleburkan suatu sekering dalam waktu 4 jam dibagi arus kerja disebut faktor peleburan berkisar 1 hingga 1,5. Sistem‐Sistem Pendukung pada GenSet Dalam  pengoperasiannya,  suatu  instalasi  GenSet memerlukan  sistem  pendukung  agar  dapat  bekerja dengan baik dan  tanpa mengalami gangguan. Secara umum  sistem‐sistem pendukung  tersebut dibagi menjadi 3 bagian, yaitu: 

1. Sistem Pelumasan 2. Sistem Bahan Bakar 3. Sistem Pendinginan 

1. Sistem Pelumasan Untuk mengurangi  getaran  antara  bagian‐bagian  yang  bergerak  dan  untuk membuang  panas, maka semua bearing dan dinding dalam dari tabung‐tabung silinder diberi minyak pelumas.  Cara Kerja Sistem Pelumasan Minyak  tersebut dihisap dari bak minyak 1 oleh pompa minyak  2 dan disalurkan dengan  tekanan  ke saluran‐saluran  pembagi  setelah  terlebih  dahulu  melewati  sistem  pendingin  dan  saringan  minyak pelumas. Dari  saluran‐saluran  pembagi  ini, minyak  pelumas  tersebut  disalurkan  sampai  pada  tempat kedudukan  bearing‐bearing  dari  poros  engkol,  poros  jungkat  dan  ayunan‐ayunan.  Saluran  yang  lain memberi  minyak  pelumas  kepada  sprayer  atau  nozzle  penyemperot  yang  menyemprotkannya  ke dinding dalam dari piston sebagai pendingin. Minyak pelumas yang memercik dari bearing utama dan bearing  ujung  besar  (bearing  putar)  melumasi  dinding  dalam  dari  tabung‐tabung  silinder. Minyak pelumas yang mengalir dari tempat‐tempat pelumasan kemudian kembali kedalam bak minyak 

lagi melalui  saluran kembali dan kemudian dihisap oleh pompa minyak untuk disalurkan kembali dan begitu seterusnya. 

 Gambar 1. Sistem Pelumasan 

1. Bak minyak 2. Pompa pelumas 3. Pompa minyak pendingin 4. Pipa hisap 5. Pendingin minyak pelumas 6. Bypass‐untuk pendingin 7. Saringan minyak pelumas 8. Katup by‐pass untuk saringan 9. Pipa pembagi 10. Bearing poros engkol (lager duduk) 11. Bearing ujung besar (lager putar) 12. Bearing poros‐bubungan 13. Sprayer atau nozzle penyemprot untuk pendinginan piston 14. Piston 15. Pengetuk tangkai  16. Tangkai penolak 17. Ayunan 18. Pemadat udara (sistem Turbine gas) 19. Pipa ke pipa penyemprot 20. Saluran pengembalian 

2. Sistem Bahan Bakar Mesin dapat berputar karena sekali tiap dua putaran disemprotkan bahan bakar ke dalam ruang silinder, sesaat sebelum, piston mencapai titik mati atasnya (T.M.A.). Untuk itu oleh pompa penyemperot bahan bakar 1 ditekankan sejumlah bahan bakar yang sebelumnya telah dibersihkan oleh saringan‐bahan bakar 

5, pada alat pemasok bahan bakar atau  injektor 7 yang  terpasang dikepala  silinder. Karena melewati injektor  tersebut  maka  bahan  bakar  masuk  kedalam  ruang  silinder  dalam  keadaan  terbagi  dengan bagian‐bagian  yang  sangat  kecil  (biasa  juga  disebut  dengan  proses  pengkabutan) Didalam udara yang panas akibat pemadatan  itu bahan bakar yang sudah dalam keadaan bintik‐bintik halus (kabut) tersebut segera terbakar. Pompa bahan bakar 2 mengantar bahan bakar dari tangki harian 8 ke pompa penyemprot bahan bakar. Bahan bakar yang kelebihan yang keluar dari injektor dan pompa penyemperot dikembalikan kepada tanki harian melalui pipa pengembalian bahan bakar.  

 Gambar 2. Sistem bahan bakar 

1. Pompa penyemperot bahan bakar 2. Pompa bahan bakar 3. Pompa tangan untuk bahan bakar 4. Saringan bahar/bakar penyarinnan pendahuluan 5. Saringan bahan bakar/penyaringan akhir 6. Penutup bahan bakar otomatis 7. Injektor 8. Tanki 9. Pipa pengembalian bahan bakar 10. Pipa bahan bakar tekanan tinggi 11. Pipa peluap. 

3. Sistem Pendinginan Hanya  sebagian  dari  energi  yang  terkandung  dalam  bahan  bakar  yang  diberikan  pada mesin  dapat diubah menjadi tenaga mekanik sedang sebagian lagi tersisa sebagai panas. Panas yang tersisa tersebut akan  diserap  oleh  bahan  pendingin  yang  ada  pada  dinding‐dinding  bagian  tabung  silinder  yang membentuk  ruang pembakaran, demikian pula bagian‐bagian dari  kepala  silinder didinginkan dengan air. Sedangkan untuk piston didinginkan dengan minyak pelumas dan panas yang diresap oleh minyak pendingin itu kemudian disalurkan melewati alat pendingin minyak, dimana panas tersebut diresap oleh bahan pendingin. 

Pada  mesin  diesel  dengan  pemadat  udara  tekanan  tinggi,  udara  yang  telah  dipadatken  oleh turbocharger  tersebut  kemudian  didinginkan  oleh  air  didalam  pendingin  udara  (intercooler), Pendinginan sirkulasi dengan radiator bersirip dan kipas (pendinginan dengan sirkuit) Cara Kerja Sistem Pendingin Pompa‐pompa  air  1  dan  2 memompa  air  kebagian‐bagian mesin  yarg memerlukan  pendinginan  dan kealat pendingin udara (intercooler) 3. Dari situ air pendingin kemudian melewati radiator dan kembali kepada pompa‐pompa 1 dan 2. Didalam radiator terjadi pemindahan panas dari air pendingin ke udara yang melewati celah‐celah  radiator oleh dorongan kipas angin. Pada  saat Genset baru dijalankan dan suhu dari bahan pendingin masih terlalu rendah, maka oleh thermostat 5, air pendingin tersebut dipaksa melalui  jalan  potong  atau  bypass  6  kembali  kepompa.  Dengan  demikian maka  air  akan  lebih  cepat mencapai suhu yang diperlukan untuk operasi. Bila suhu tersebut telah tercapai maka air pendingin akan melalui jalan sirkulasi yang sebenarnya secara otomatis. 

 Gambar 3. Sistem pendinginan (sistem sirkulasi dengan 2 Sirkuit) 

1. Pompa air untuk pendingin mesin 2. Pompa air untuk pendinginan intercooler 3. Inter cooler (Alat pendingin udara yang telah dipanaskan) 4. Radiator 5. Thermostat 6. Bypass (jalan potong) 7. Saluran pengembalian lewat radiator 8. Kipas. 

Susunan Konstruksi Pada Generator 

 Gambar 4. Sistem konstruksi Generator 

1. Stator 2. Rotor 3. Exciter Rotor 4. Exciter Stator 5. N.D.E. Bracket 6. Cover N.D.E 7. Bearing ‘O’ Ring N.D.E 8. Bearing N.D.E 9. Bearing Circlip N.D.E 10. D.E.Bracket?Engine Adaptor 11. D.E.Screen 12. Coupling Disc 13. Coupling Bolt 14. Foot 15. Frame Cover Bottom 16. Frame Cover Top 17. Air Inlert Cover 18. Terminal Box Lid 19. Endpanel D.E 20. Endpanel N.D.E 21. AVR 22. Side Panel 23. AVR Mounting Bracket 24. Main Rectifier Assembly – Forward 25. Main Rectifier Assembly – Reverse 26. Varistor 27. Dioda Forward Polarity 28. Dioda Reverse Polarity 29. Lifting Lug D.E 30. Lifting Lug N.D.E 

31. Frame to Endbracket Adaptor Ring 32. Main Terminal Panel 33. Terminal Link 34. Edging Strip 35. Fan 36. Foot Mounting Spacer 37. Cap Screw 38. AVR Access Cover 39. AVR Anti Vibration Mounting Assembly 40. Auxiliary Terminal Assembly 

 Sistem Eksitasi Sistem eksitasi adalah sistem pasokan  listrik DC sebagai penguatan pada generator  listrik atau sebagai pembangkit medan magnet, sehingga suatu generator dapat menghasilkan energi  listrik dengan besar tegangan keluaran generator bergantung pada besarnya arus eksitasinya. Sistem  ini merupakan sistem yang vital pada proses pembangkitan  listrik dan pada perkembangannya, sistem Eksitasi pada generator listrik ini dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:  

1. Sistem Eksitasi dengan menggunakan sikat (brush excitation) 2. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) 

1. Sistem Eksitasi dengan sikat Pada  Sistem Eksitasi menggunakan  sikat,  sumber  tenaga  listriknya berasal dari generator arus  searah (DC)  atau  generator  arus  bolak  balik  (AC)  yang  disearahkan  terlebih  dahulu  dengan  menggunakan rectifier.  Jika menggunakan  sumber  listrik  listrik yang berasal dari generator AC atau menggunakan Permanent Magnet  Generator  (PMG)  medan  magnetnya  adalah  magnet  permanent.  Dalam  lemari  penyearah, tegangan  listrik  arus  bolak  balik  diubah  atau  disearahkan  menjadi  tegangan  arus  searah  untuk mengontrol kumparan medan eksiter utama (main exciter). Untuk mengalirkan arus Eksitasi dari main exciter ke  rotor generator menggunakan slip  ring dan sikat arang, demikian juga penyaluran arus yang berasal dari pilot exciter ke main exciter.  

 Gambar 1. Sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation). Prinsip kerja pada sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation) Generator penguat  yang  pertama,  adalah  generator  arus  searah hubungan  shunt  yang menghasilkan arus  penguat  bagi  generator  penguat  kedua.  Generator  penguat  (exciter)  untuk  generator  sinkron merupakan generator utama yang diambil dayanya. 

Pengaturan  tegangan pada generator utama dilakukan dengan mengatur besarnya arus Eksitasi  (arus penguatan) dengan cara mengatur potensiometer atau tahanan asut. Potensiometer atau tahanan asut mengatur arus penguat generator pertama dan generator penguat kedua menghasilkan arus penguat generator utama. Dengan cara  ini arus penguat yang diatur  tidak  terlalu besar nilainya  (dibandingkan dengan arus generator penguat kedua) sehingga kerugian daya pada potensiometer tidak terlalu besar.  PMT  arus  penguat  generator  utama  dilengkapi  tahanan  yang  menampung  energi  medan  magnet generator  utama  karena  jika  dilakukan  pemutusan  arus  penguat  generator  utama  harus  dibuang  ke dalam tahanan. Sekarang banyak generator arus bolak‐balik yang dilengkapi penyearah untuk menghasilkan arus searah yang  dapat  digunakan  bagi  penguatan  generator  utama  sehingga  penyaluran  arus  searah  bagi penguatan  generator  utama,  oleh  generator  penguat  kedua  tidak memerlukan  cincin  geser  karena. penyearah ikut berputar bersama poros generator. Cincin geser digunakan untuk menyalurkan arus dari generator  penguat  pertama  ke medan  penguat  generator  penguat  kedua. Nilai  arus  penguatan  kecil sehingga penggunaan cincin geser tidak menimbulkan masalah. Pengaturan besarnya arus penguatan generator utama dilakukan dengan pengatur  tegangan otomatis supaya  nilai  tegangan  klem  generator  konstan.  Pengaturan  tegangan  otomatis  pada  awalnya berdasarkan prinsip mekanis, tetapi sekarang sudah menjadi elektronik. Perkembangan sistem eksitasi pada generator sinkron dengan sistem eksitasi  tanpa sikat, karena sikat dapat menimbulkan  loncatan  api  pada  putaran  tinggi.  Untuk menghilangkan  sikat  digunakan  dioda berputar yang dipasang pada jangkar. Gambar 2 menunjukkan sistem excitacy tanpa sikat. 2. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) Penggunaan  sikat  atau  slip  ring  untuk  menyalurkan  arus  excitasi  ke  rotor  generator  mempunyai kelemahan karena besarnya arus yang mampu dialirkan pada sikat arang relatif kecil. Untuk mengatasi keterbatasan sikat arang, digunakan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation. Keuntungan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation), antara lain adalah: 

1) Energi  yang  diperlukan  untuk  Eksitasi  diperoleh  dari  poros  utama  (main  shaft),  sehingga keandalannya tinggi 

2) Biaya perawatan berkurang karena pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terdapat sikat, komutator dan slip ring. 

3) Pada  sistem  Eksitasi  tanpa  sikat  (brushless  excitation)  tidak  terjadi  kerusakan  isolasi  karena melekatnya debu karbon pada farnish akibat sikat arang. 

4) Mengurangi  kerusakan  (  trouble) akibat udara buruk  (bad atmosfere)  sebab  semua peralatan ditempatkan pada ruang tertutup 

5) Selama  operasi  tidak  diperlukan  pengganti  sikat,  sehingga  meningkatkan  keandalan  operasi dapat berlangsung terus pada waktu yang lama. 

6) Pemutus medan generator (Generator field breaker), field generator dan bus exciter atau kabel tidak diperlukan lagi 

7) Biaya  pondasi  berkurang,  sebab  aluran  udara  dan  bus  exciter  atau  kabel  tidak memerlukan pondasi 

 Gambar 2. Sistem Excitacy tanpa sikat (Brushless Escitacy) Keterangan gambar: ME : Main Exciter MG : Main Generator PE : Pilot Exciter AVR : Automatic Voltage Regulator V : Tegangan Generator AC : Alternating Current (arus bolak balik) DC : Direct Current (arus searah)  

 Gambar 3. Sistem Eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation) Prinsip kerja sistem Eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation) Generator penguat pertama disebut pilot  exciter dan  generator penguat  kedua disebut main exciter  (penguat  utama). Main  exciter  adalah  generator  arus  bolak‐balik  dengan  kutub  pada statornya. Rotor menghasilkan arus bolak‐balik disearahkan dengan dioda yang berputar pada poros main exciter (satu poros dengan generator utama). Arus searah yang dihasilkan oleh dioda berputar menjadi arus penguat generator utama. Pilot exciter pada generator arus bolak‐balik dengan rotor berupa kutub magnet permanen yang berputar menginduksi pada lilitan stator.  Tegangan  bolak‐balik  disearahkan  oleh  penyearah  dioda  danmenghasilkan  arus  searah  yang dialirkan  ke  kutub‐kutub magnet  y ang ada pada  stator main exciter. Besar  arus  searah  yang mengalir  ke  kutub main  exciter  diatur  oleh  pengatur  tegangan  otomatis  (automatic  voltage regulator/AVR). Besarnya  arus berpengaruh pada besarnya  arus  yang dihasilkan main  exciter, maka besarnya arus main exciter juga mempengaruhi besarnya tegangan yang dihasilkan oleh generator utama.  Pada sistem Eksitasi tanpa sikat, permasalahan timbul jika terjadi hubung singkat atau gangguan hubung tanah di rotor dan jika ada sekering lebur dari dioda berputar yang putus, hal ini harus dapat  dideteksi.  Gangguan  pada  rotor  yang  berputar  dapat  menimbulkan  distorsi  medan magnet pada generator utama dan dapat menimbulkan vibrasi  (getaran) berlebihan pada unit pembangkit. 

 AVR (Automatic Voltage Regulator) Artikel  kali  ini  erat  kaitannya  dengan  artikel mengenai  sistem  eksitasi  karena  prinsip  kerja  dari  AVR adalah mengatur arus penguatan ( excitacy)pada exciter. Sistem pengoperasian Unit AVR (Automatic Voltage Regulator) berfungsi untuk menjaga agar tegangan generator  tetap  konstan  dengan  kata  lain  generator  akan  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  di  bawah  tegangan  nominal  tegangan  generator,  maka  AVR  akan  memperbesar  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 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 Generator 

b. 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 Follower 

  Sinkronisasi 

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  paralel  dengan  generator  yang  telah  bekerja sebelumnya, pada  satu  jaringan  listrik yang  sama. Keuntungan dari 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 Memparalel Generator Syarat‐syarat yang harus dipenuhi untuk memparalel dua buah generator atau lebih ialah: • Polaritas dari generator harus sama dan tidak bertentangan setiap saat terhadap satu sama lainnya. • Nilai efektif tegangan harus sama. • Tegangan Generator yang diparalelkan mempunyai bentuk gelombang yang sama. • Frekuensi kedua generator atau frekuensi generator dengan jala‐jala harus sama. • Urutan fasa dari kedua generator harus sama. penjelasan  mengenai  syarat‐syarat  diatas  dapat  dibaca  pada  artikel  di  sini,  sini  dan  sini. Kerja Paralel Generator Ada 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‐meter Dengan  rangkaian  pada  gambar  1,  pilih  lampu  dengan  tegangan  kerja  dua  kali  tegangan  fasa‐netral generator  atau  gunakan  dua  lampu  yang  dihubungkan  secara  seri.  Dalam  keadaan  saklar  S  terbuka operasikan 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 terang • L3 Gelap dan Voltmeter=0 V Pada saat kondisi ini maka generator dapat diparalelkan dengan jala‐jala (generator lain). 

 

 

 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  untuk memonitor 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  rendah  dan  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 pada kondisi ini saklar dimasukkan  (ON).  Alat  synchroscope  tidak  bisa  menunjukkan  urutan  fasa  jala‐jala,  sehingga  untuk memparalelkan perlu dipakai indikator urutan fasa jala‐jala. Paralel Otomatis Paralel  generator  secara  otomatis  biasanya  menggunakan  alat  yang  secara  otomatis  memonitor perbedaan  fasa,  tegangan,  frekuensi,  dan  urutan  fasa.  Apabila  semua  kondisi  telah  tercapai  alat memberi suatu sinyal bahwa saklar untuk paralel dapat dimasukkan. 

 Gambar 3. Synchroscope. Sinkronisasi  adalah  suatu  cara untuk menghubungkan dua  sumber  atau beban Arus Bolak‐Balik  (AC). Sumber AC tersebut antara  lain generator dan beban adalah transformer yang akan digabungkan atau diparalel dengan tujuan untuk meningkatkan keandalan dan kapasitas sistem tenaga listrik, seperti telah dijelaskan pada artikel “metode paralel generator sinkron” Pada gambar 1 diperlihatkan 2 buah generator pada satu busbar, generator #1 dalam keadaan terbuka dan akan diparalel atau disinkronkan ke busbar dimana generator #2 telah masuk (telah sinkron dengan jaringan/busbar). 

 Gambar 1. 2 generator dalam satu busbar. Untuk dapat terjadi proses sinkronisasi generator #1 ke busbar, maka dibutuhkan parameter yang harus terpenuhi oleh generator #1, yaitu: 

1. Nilai Tegangan yang sama antara tegangan Generator #1 dengan tegangan busbar. 

2. Nilai Frekuensi yang sama antara Generator #1 dan busbar, di Indonesia digunakan frekuensi 50 Hz.

3. Sudut phase yang sama, vector sudut phase dari generator #1 harus sama dengan vector sudut pase pada busbar.

4. Phase Sequence yang sama, terminal RST generator #1 harus dihubungkan dengan terminal RST busbar.

 Gambar 2. 2 Sumber dengan sudut phase yang sama. 

 

 

 Gambar 3. Proses penyamaan sudut phase. Untuk memenuhi persyaratan  sinkron  tersebut dilakukan dengan  cara mengatur  kecepatan putar shaft generator dan  tegangan keluaran generator. Circuit Breaker  (PMT) dari Generator #1 dapat dimasukan jika persyaratan sinkron terpenuhi 

Jenis Sinkronisasi Seperti  telah  dijelaskan  diawal,  bahwa  sinkronisasi  adalah  proses  untuk  menyamakan  tegangan, frekuensi,  sudut  phase  dan  sequence  phase  antara  2  sumber  daya AC. Maka  berdasarkan  arah  atau susunan peralatan pada sistem tenaga listrik, sinkronisasi dibagi menjadi 2 jenis, yaitu: 

1. Forward  Synchronization  (sinkronisasi  maju),  yaitu  proses  sinkronisasi  generator  kedalam sistem atau busbar. 

  

2. reverse Synchronization atau backward synchronization (sinkronisasi terbalik), biasanya terjadi pada  sistem  tenaga  listrik  disuatu  pabrik,  dimana  suatu  jaringan  suplai  akan  digabungkan kedalam suatu jaringan sistem atau busbar yang ada. Pada kondisi ini tidak dimungkinkan untuk mengatur  parameter  sinkron  pada  sisi  incoming  (jaringan  yang  akan  disinkronkan),  yang terpenting  CB  (PMT)  dari  beban‐beban  pada  jaringan  suplai  (grid  supply)  dalam  keadaan terbuka.  

 Peralatan Instrumentasi Untuk Proses Sinkronisasi 

Double Voltmeter Adalah  voltmeter  dengan  tampilan  2  pengukuran  tegangan  yaitu  tegangan  dari  peralatan  yang  akan disinkron (generator) dan tegangan sistem yang bekerja simultan.  

 Double Frequency Meter Menampilkan nilai frekuensi dari kedua sumber AC. 

 Synchroscope Alat  yang  digunakan  untuk mengetahui  sudut  phase  dari  kedua  sumber.  Terdiri  dari  jarum  berputar (rotating pointer),  jika  jarum berputar  tersebut berada pada posisi tepat di  jam 12, maka sudut phase dari kedua sumber sama dengan nol dan dapat dikatakan kedua sumber “sefase”, dalam sudut phase yang sama. 

 Phase Sequence Indikator Alat ini sama dengan yang digunakan untuk mengetahui sequence phase dari motor induksi. Dilengkapi dengan jarum berputar (rotating pointer), jika jarum berputar searah jarum jam, maka dapat dikatakan memiliki sequence positif RST dan jika berputar sebaliknya ber‐sequence negative atau RTS. 

 Namun biasanya peralatan Phase Sequence tidak diikut sertakan di panel sinkron.   Bagaimana simbol motor dalam diagram rangkaian listrik? Bagaimana menghitung arus pada motor listrik induksi 3 phasa? Besar arus tiap line tergantung dari cara motor induksi tersebut masing-masing terminalnya ke sumber listrik AC 3 phasa. Terminal motor 3 phasa ada 6 terminal kumparan stator dan 1 terminal body ground untuk safety. Bagaimana gambar rangkaian power dan control pada motor induksi 3 phasa?

• Untuk rangkaian Direct On Line (DOL) rangkaian power tergantung dari ketersediaan tegangan sumber listrik 3 phasa atas pertimbangan dari spesifikasi motor yang biasanya tertera di nameplate motor. Kebanyakan dihubungkan delta.

• Star Delta

• Softstarter

• VSD (Variable Speed Drive)

   Gangguan Listrik Perubahan Reaktansi Mesin Listrik Pada Saat Terjadi Gangguan Pada  saat  terjadi  gangguan  di  sistem  tenaga  listrik  pasti  akan mengalir  arus  yang  besar  pada  sistem tersebut, dan peralatan proteksi arus  lebih (seperti Circuit Breaker, Over Current relay dan fuse) harus dapat mengisolasi  lokasi hubung  singkat agar meminimalkan kerusakan yang  terjadi pada komponen‐komponen peralatan.  Oleh karena itu perhitungan arus hubung singkat diperlukan untuk : 

a. memperoleh  perkiraan  arus  hubung  singkat  maksimum,  yang  berfungsi  untuk  memilih kapasitas dari CB,fuse,bus & rating dan setting dari alat proteksi & koordinasi proteksi arus lebih yang akan digunakan. 

b. memperoleh perkiraan  arus hubung  singkat minimum,  yang berfungsi untuk menetapkan sensitivitas alat proteksi. 

c. evaluasi aliran arus hubung singkat dan profil tegangan selama terjadinya hubung singkat Arus  (pada  frekuensi  daya)  yang mengalir  selama  terjadinya  gangguan  hubung  singkat  berasal  dari mesin‐mesin berputar. namun, kapasitor daya pun dapat mengeluarkan arus  transien yang besar  tapi dalam waktu singkat (pada frekuensi > frekuensi daya). 

Mesin‐mesin berputar seperti disebutkan diatas terdiri dari 4 kategori, yaitu: • Generator sinkron • Motor sinkron dan synchronous condenser • Mesin induksi • Peralatan dan perlengkapan listrik (seperti untuk sistem distribusi: gardu induk) Besar  arus  hubung  singkat  dari  setiap  mesin  berputar  dibatasi  oleh  impedansi mesin dan impedansi antara mesin tersebut dan gangguan. 

1. Generator Sinkron Besar reaktansi generator sinkron berubah bila generator merasakan adanya gangguan hubung singkat: • Xd” = reaktansi sub‐transien, menentukan arus pada 1st cycle  (pada  frekuensi 50Hz atau 60 Hz) dari awal gangguan; setelah ~ 0,1 detik reaktansi naik menjadi,  • Xd’ = reaktansi transien, menentukan arus beberapa cycles dari awal gangguan; setelah 0,5 ‐ 2 detik kemudian reaktansi naik menjadi, • Xd = reaktansi sinkron menentukan arus setelah tercapai keadaan tunak/mantap Jadi  proses  perubahan  nilai  reaktansi  dari  generator  sinkron  bila  terjadi  gangguan  adalah sebagai berikut: Xd” ‐> Xd’ ‐> Xd Arus hubung singkat: I= E/Z dengan; Z= impedansi total antara tegangan dalam generator dengan gangguan 

2. Motor Sinkron dan Synchronous Condenser • Motor sinkron mensuplai arus hubung singkat seperti halnya generator sinkron • Bila gangguan menyebabkan tegangan sistem turun, maka motor akan mengalami penurunan suplai daya untuk memutar beban. Pada saat yang sama tegangan dalam motor menyebabkan mengalirnya arus ke arah lokasi gangguan. Inersia motor dan beban berlaku sebagai penggerak mula, dan apabila eksitasi motor konstan, motor akan berfungsi  sebagai generator mensuplai arus gangguan. • Reaktansi motor sinkron berubah dari : Xd” ‐> Xd’ ‐> Xd • Arus hubung singkat dihitung dengan menggunakan sirkuit ekivalen generator sinkron. Untuk Synchronous condenser, peranannya hampir sama seperti motor sinkron  (namun  tanpa beban). 

3. Mesin Induksi terbagi menjadi motor induksi dan generator induksi. a. Motor Induksi 

•  Motor  Induksi  rotor  sangkar  berkontribusi  pada  arus  hubung  singkat  hanya  dalam beberapa  cycles  saja,  kemudian  hilang.  Reaktansi  motor  induksi  yang  digunakan  untuk menghitung  arus  hubung  singkat  adalah  Xd”  yang  besarnya  mendekati  locked‐rotor reactance. • Motor  induksi rotor belitan yang ujung belitan rotornya dihubung singkat berlaku seperti motor  induksi  rotor  belitan.  Bila  belitan  rotornya  dihubungkan  dengan  tahanan  luar, konstanta waktu hubung singkatnya kecil sehingga kontribusinya dapat diabaikan. 

b. Generator Induksi • Pada perhitungan arus hubung singkat = motor induksi. Tipe Gangguan Hubung Singkat 

• Hubung singkat tiga‐fasa (simetris) • Hubung singkat fasa ke fasa (line‐to‐line) • Hubung singkat fasa‐fasa‐tanah • Hubung singkat fasa ke tanah Metode Perhitungan • Untuk gangguan hubung singkat tiga‐fasa (simetris) pada sistem tiga fasa didekati dengan sirkuit ekivalen fasa tunggal (fasa‐netral). Dalam hal ini perlu diperhatikan batasan berikut: – Komponen‐komponen sistem simetris (didesain simetris) – Pembebanan sistem (dapat dianggap) seimbang dan simetris. • Untuk gangguan hubung singkat tak‐simetris, diperlukan transformasi komponen simetris (komponen‐komponen urutan positif, negatif dan nol). • Perhitungan dilakukan dalam sistem per‐unit • Menggunakan teorema Thevenin dan Superposisi 

Kode Tingkat Pengaman Motor Listrik 

 Pada  peralatan  listrik  umumnya  terdapat  “name  plate”  atau  sebuah  plat  yang  terdapat  penjelasan mengenai  karakteristik dari peralatan  tersebut,  seperti  tegangan  kerja,  arus,  frekuensi,  tingkat  isolasi dan  lainnya,  juga  tertera  simbol  atau  logo  yang  berhubungan  dengan  tindakan  pengamanan,  lihat gambar‐1. Simbol pada peralatan listrik tersebut dibagi menjadi 3 tingkatan/klas, yaitu: • Klas I memberikan keterangan bahwa badan alat harus dihubungkan dengan pentanahan.  • Klas II menunjukkan alat dirancang dengan isolasi ganda dan aman dari tegangan sentuh.  • Klas III peralatan listrik yang menggunakan tegangan rendah yang aman, contoh mainan anak‐anak. 

  Motor  listrik bahkan dirancang oleh pabriknya dengan kemampuan  tahan  terhadap  siraman  langsung air,  lihat gambar‐2. Motor  listrik  jenis  ini  tepat digunakan di  luar bangunan  tanpa alat pelindung dan tetap bekerja normal dan  tidak berpengaruh pada  kinerjanya. Name plate motor dengan  IP 54,  yang menyatakan proteksi atas masuknya debu dan tahan masuknya air dari arah vertikal maupun horizontal. 

   Ada motor  listrik dengan proteksi ketahanan masuknya air dari arah vertikal saja gambar‐3a, sehingga cairan arah dari samping tidak terlindungi. Tapi juga ada yang memiliki proteksi secara menyeluruh dari segala arah cairan gambar‐3b. Perbedaan rancangan ini harus diketahui oleh teknisi karena berpengaruh pada ketahanan dan umur teknik motor, disamping harganya juga berbeda.  Simbol Indek Proteksi Alat Listrik 

 

 

  Kode  IP  (International  Protection) peralatan  listrik menunjukkan  tingkat  proteksi  yang  diberikan oleh selungkup  dari  sentuhan  langsung  ke  bagian  yang  berbahaya,  dari masuknya  benda  asing  padat  dan masuknya  air.  Contoh  IP  X1  artinya  angka  X menyatakan  tidak  persyaratan  proteksi  dari masuknya benda asing padat. Angka 1 menyatakan proteksi  tetesan air vertikal. Contoh  IP 5X, angka 5 proteksi masuknya  debu,  angka  X  tidak  ada  proteksi masuknya  air  dengan  efek merusak.  Tabel‐1 merupakan contoh simbol Indek proteksi alat listrik yang dinyatakan dengan gambar.  Kode IP (International Protection / Ingress Protection) 

Kode IP (International Protection), ada juga yang mengartikan sebagai “Ingress Protection” terdiri dari huruf  IP yang kemudian diikuti oleh dua angka dan  terkadang diikuti  juga oleh sebuah atau dua huruf tambahan. Sebagaimana didefinisikan dalam standar internasional IEC 60529, dimana IP rating tersebut mengklasifikasikan  derajat  atau  tingkat  perlindungan  yang  diberikan  dari  suatu  peralatan  listrik, contohnya motor listrik seperti telah dijelaskan pada artikel sebelumnya. Perlindungan tersebut merupakan perlindungan terhadap gangguan: • Benda padat (termasuk bagian tubuh manusia seperti tangan dan jari). • Debu. • Hubungan/kontak langsung. • Air. Dua digit angka setelah huruf IP menunjukkan kondisi yang sesuai dari peralatan tersebut berdasarkan klasifikasinya. Dan jika tidak ada rating perlindungan sehubungan dengan salah satu kriteria, maka angka diganti dengan huruf X, contoh IP4X atau IPX6. Kode Tingkat Perlindungan 

  Kode Utama Digit  Pertama,  menunjukkan  tingkat  perlindungan  peralatan  terhadap  benda  padat  termasuk perlindungan terhadap akses ke bagian berbahaya (misalnya, konduktor listrik dan bagian‐bagian yang bergerak) 

0. Tidak ada perlindungan terhadap kontak dan masuknya objek.  1. Perlindungan dari benda dengan ukuran >50 mm,  seperti  tangan,  tapi  tidak ada perlindungan 

terhadap kontak langsung yang disengaja dengan bagian tubuh (contoh tanpa sengaja tersentuh oleh tangan). 

2. Perlindungan dari benda dengan ukuran >12,5 mm, seperti jari atau benda semacam itu.  3. Perlindungan dari benda dengan ukuran >2,5 mm, seperti alat‐alat, kabel tebal, dll  4. Perlindungan dari benda dengan ukuran >1 mm, seperti sekrup, baut, kabel, dll  

5. Perlindungan dari masuknya debu dan perlindungan  lengkap  terhadap  kontak  langsung. Pada tingkatan  ini  debu  masih  dapat  dijinkan  masuk  namun  dalam  batas  normal  selama  tidak mengganggu pengoperasian peralatan.  

6. Perlindungan  secara  ketat  dari  masuknya  debu  dan  perlindungan  lengkap  terhadap  kontak langsung. 

Digit kedua, menunjukkan tingkat perlindungan peralatan terhadap masuknya air.  0. Tidak dilindungi.  1. Perlindungan terhadap tetesan air yang jatuh langsung secara vertikal. 2. Perlindungan terhadap tetesan air yang jatuh langsung dengan kemiringan 15°. 3. Perlindungan terhadap percikan air yang jatuh dengan kemiringan 60°. 4. Perlindungan terhadap percikan air yang datang dari segala arah. 5. Perlindungan  terhadap  semprotan air yang datang dari  segala arah,  contohnya  semprotan air 

dari pipa air atau keran.  6. Perlindungan  terhadap  semprotan  air  bertekanan  yang  datang  dari  segala  arah,  contohnya 

semprotan air dari water jet. 7. Perlindungan akibat perendaman dalam air pada kedalaman air antara 15 cm sampai dengan 1 

m.  8. Perlindungan akibat perendaman dalam air yang bertekanan dan dilakukan dalam jangka waktu 

tertentu  ataupun  terus‐menerus.  Biasanya,  ini  berarti  bahwa  alat  ini  tertutup  rapat. Namun, pada  beberapa  jenis  peralatan,  itu  dapat  berarti  bahwa  air  bisa masuk  tetapi  hanya  dalam sedemikian rupa sehingga tidak menimbulkan efek yang berbahaya.  

 Kode Tambahan Digit ketiga, merupakan kode tambahan pertama berupa notasi huruf yang menunjukkan perlindungan bagian‐bagian berbahaya dari akses manusia. • A – Tangan • B ‐ Jari  • C ‐ alat‐alat • D – kabel Digit keempat, merupakan kode tambahan kedua juga berupa notasi huruf ntuk memberikan informasi tambahan kepada pengguna yang terkait dengan perlindungan peralatan tersebut. • H ‐ perangkat tegangan tinggi. • M ‐ perangkat bergerak (selama uji air). • S ‐ perangkat diam (selama uji air). • W‐ kondisi cuaca  Kode IK Kode  IK, merupakan  kode nomor  tambahan  yang digunakan untuk menentukan  ketahanan peralatan untuk  dampak  mekanis.  Dampak  mekanis  ini  diidentifikasi  dengan  energi  yang  diperlukan  untuk memenuhi syarat tingkat ketahanan yang ditentukan, yang diukur dalam  joule (J), didasarkan pada EN 50102  ‐ VDE 0470 Part 100 dan EN 62262 dan  telah menggantikan  standar kode  IP untuk ketahanan peralatan yang dinotasikan dengan angka 0 s/d 9. 

 Kode IP untuk menentukan tingkat ketahanan (termasuk kategori kode lama) • 0 ‐ Tanpa perlindungan  • 1 – Perlindungan  sampai dengan 0,225  J,  setara dengan benda  seberat 150 gr yang dijatuhkan dari ketinggian 15 cm. • 2  ‐ Perlindungan  sampai dengan 0,375  J,  setara dengan benda  seberat 250 gr yang dijatuhkan dari ketinggian 15 cm. •  3  ‐  Perlindungan  sampai  dengan  0,  5  J,  setara  dengan  benda  seberat  250  gr  yang  dijatuhkan  dari ketinggian 20 cm. •  5  ‐  Perlindungan  sampai  dengan  2  J,  setara  dengan  benda  seberat  500  gr  yang  dijatuhkan  dari ketinggian 40 cm. •  7  ‐  Perlindungan  sampai  dengan  6  J,  setara  dengan  benda  seberat  1,5  kg  yang  dijatuhkan  dari ketinggian 40 cm. •  9  ‐  Perlindungan  sampai  dengan  20  J,  setara  dengan  benda  seberat  5  kg  yang  dijatuhkan  dari ketinggian 40 cm. Kode IK • 00 ‐ Tanpa Perlindungan • 01  ‐ Perlindungan sampai dengan 0,150  J, setara dengan benda seberat 200 gr yang dijatuhkan dari ketinggian 7,5 cm. • 02  ‐ Perlindungan sampai dengan 0,200  J, setara dengan benda seberat 200 gr yang dijatuhkan dari ketinggian 10 cm. • 03  ‐ Perlindungan sampai dengan 0,350  J, setara dengan benda seberat 200 gr yang dijatuhkan dari ketinggian 17,5 cm. • 04  ‐ Perlindungan sampai dengan 0,500  J, setara dengan benda seberat 200 gr yang dijatuhkan dari ketinggian 25 cm. • 05  ‐ Perlindungan sampai dengan 0,700  J, setara dengan benda seberat 200 gr yang dijatuhkan dari ketinggian 35 cm. •  06  ‐  Perlindungan  sampai  dengan  1  J,  setara  dengan  benda  seberat  500  gr  yang  dijatuhkan  dari ketinggian 20 cm. •  07  ‐  Perlindungan  sampai  dengan  2  J,  setara  dengan  benda  seberat  500  gr  yang  dijatuhkan  dari ketinggian 40 cm. •  08  ‐  Perlindungan  sampai  dengan  5  J,  setara  dengan  benda  seberat  1,7  kg  yang  dijatuhkan  dari ketinggian 29,5 cm. •  09  ‐  Perlindungan  sampai  dengan  10  J,  setara  dengan  benda  seberat  5  kg  yang  dijatuhkan  dari ketinggian 20 cm. •  10  ‐  Perlindungan  sampai  dengan  20  J,  setara  dengan  benda  seberat  5  kg  yang  dijatuhkan  dari ketinggian 40 cm.  Tabel Kode IP dan IK