MATERI
PERKULIAHAN TEKNIK TENAGA LISTRIK
DAFTAR ISI
Halaman
Daftar Isi .................................................................................................................. i
1. SISTEM PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK
1.1
Energi
Listrik ................................................................................... 1
1.2
Sistem
Teknik Tenaga Listrik .......................................................... 1
1.3
Sistem
PLTA ................................................................................... 3
1.4
Sistem
PLTU ................................................................................... 5
2. GENERATOR DC
2.1
Penjelasan
Umum Generator DC..................................................... 8
2.2
Generator Penguatan Tersendiri
dan Penguatan Sendiri ............... 12
2.3
Generator
Seri, Shunt dan Kompon .............................................. 15
2.4
Diagram
Daya, Efisiensi dan Torsi ................................................ 20
3. MOTOR DC
3.1
Penjelasan Umum
Motor DC ........................................................ 23
3.2
Prinsip
Kerja Motor DC................................................................. 24
3.3
Motor
DC Seri, Shunt dan Kompon ............................................. 26
3.4
Diagram Daya, Efisiensi
dan Torsi ................................................ 29
Daftar Rujukan ..................................................................................................... 32
i
1. Sistem Pembangkit Tenaga Listrik
1.1
Energi Listrik
Energi
listrik merupakan energi yang mudah dikonversikan, dibangkitkan,
didistribusikan dengan proses yang efisien, efektif, ekonomis dibandingkan dengan
energi yang lain.
Energi
listrik didapat dari merubah bentuk energi lainnya, seperti gerak, panas, kimia
dan nuklir
PLTA,
PLTU, PLTD adalah penghasil listrik dengan merubah energi gerak menjadi energi
listrik. Alat yang digunakan di sini adalah generator.
1.2 Sistem Teknik Tenaga Listrik
Sistem tenaga listrik merupakan sekumpulan pusat listrik
dan gardu induk (pusat beban) yang satu sama lain dihubungkan oleh Jaringan
Transmisi sehingga merupakan sebuah kesatuan interkoneksi
Sistem Tenaga listrik terbagi :
1.
Sistem
Pembangkitan
Sistem pembangkitan tenaga listrik berfungsi
membangkitkan energi listrik melalui berbagai macam pembangkit tenaga listrik.
Pada pembangkit tenaga listrik ini sumber-sumber energi
alam dirubah oleh penggerak mula menjadi energi mekanis yang berupa kecepatan
atau putaran, selanjutnya energi mekanis tersebut di rubah menjadi energi listrik oleh generator.
Sumber-sumber
energi alam dapat berupa :
· Bahan bakar yang berasal dari fossil : batubara, minyak
bumi, gas alam
· Bahan galian : uranium, thorium
· Tenaga air, yang penting adalah tinggi jatuh air dan
debitnya
· Tenaga angin, daerah pantai dan pegunungan
· Tenaga matahari
1
2.
Sistem
Transmisi
Sistem Transmisi berfungsi menyalurkan tenaga listrik
dari pusat pembangkit ke pusat beban melalui saluran transmisi.
Saluran transmisi akan mengalami rugi-rugi tenaga, maka
untuk mengatasi hal tersebut tenaga yang akan dikirim dari pusat pembangkit ke
pusat beban harus ditransmisikan dengan tegangan tinggi maupun tegangan ekstra
tinggi.
3.
Sistem
Distribusi
Sistem
Distribusi berfungsi mendistribusikan tenaga listrik ke konsumen yang berupa
pabrik, industri, perumahan dan sebagainya. Transmisi tenaga dengan tegangan
tinggi maupun ekstra tinggi pada saluran transmisi di rubah pada gardu induk
menjadi tegangan menengah atau tegangan distribusi primer, yang selanjutnya
diturunkan lagi menjadi tegangan untuk konsumen
Prinsip kerja dalam sistem tenaga listrik dimulai dari
bagian pembangkitan kemudian disalurkan melalui sistem jaringan transmisi
kepada gardu induk dan dari gardu induk ini disalurkan serta dibagi-bagi kepada
pelanggan melalui saluran distribusi.
Tegangan generator pada umumnya rendah antara 6 kV sampai
24 kV, maka tegangan ini biasanya dinaikan dengan pertolongan transformator
daya ke tingkat tegangan yang lebih tinggi antara 30 kV sampai 500 kV
(dibeberapa negara maju bahkan sudah sampai 1000 kV). Tingkat tegangan yang
lebih tinggi ini, selain untuk memperbesar daya hantar dari saluran yang
berbanding lurus dengan kuadrat tegangan, juga memperkecil rugi-rugi daya dan
jatuh tegangan pada saluran.
Penurunan tegangan dari tingkat tegangan transmisi
pertama-pertama dilakukan pada gardu induk (GI), dimana tegangan diturunkan ke
tegangan yang lebih rendah, misalnya dari 500 kV ke 150 kV atau dari 150 kV ke
70 kV.
2
Kemudian penurunan kedua dilakukan pada gardu induk
distribusi dari 150 kV ke 20 kV atau dari 70 kV ke 20 kV. Tegangan 20 kV ini
disebut tegangan distribusi primer.
Ada dua kategori
saluran transmisi, saluran udara (overhead lines) dan saluran kabel tanah
(underground cable). Untuk saluran udara menyalurkan tenaga listrik melalui
isolator-isolator, sedangkan saluran kabel tanah menalurkan tenaga listrik
melalui kabel-kabel yang ditanam dibawah permukaan tanah.
1.3 Sistem PLTA
Pembangkit tinggi tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi
potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin
air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik(dengan bantuan generator).
Jenis – jenis
PLTA :
Potensi tenaga
air didapat pada sungai yang mengalir di daerah pegunungan. Untuk dapat
memanfaatkan potensi dari sungai ini, maka kita perlu membendung sungai
tersebut dan airnya disalurkan ke bangunan air PLTA. Ditinjau dari cara
membendung air, PLTA dapat dibagi menjadi 2 kategori yaitu :
1. PLTA
run off river
Pada PLTA run off river, air sungai dialihkan dengan menggunankan
dam yang dibangun memotong aliran sungai. Air sungai ini kemudian disalurkan ke
bangunan air PLTA.
2. PLTA
dengan kolam tando (reservoir)
Pada PLTA dengan kolam tando (reservoir), air sungai dibendung
dengan bendungan besar agar terjadi penimbunan air sehingga terjadi kolam
tando. Selanjutnya air di kolam tando disalurkan ke bangunan air PLTA.
3
Cara Kerja PLTA
Komponen –
kompnen dasar PLTA berupa dam, turbin, generator dan transmisi.
·
Dam berfungsi untuk menampung air dalam
jumlah besar karena turbin memerlukan pasokan air yang cukup dan stabil. Selain
itu dam juga berfungsi untuk pengendalian banjir. contoh waduk Jatiluhur yang
berkapasitas 3 miliar kubik air dengan volume efektif sebesar 2,6 miliar kubik.
·
Turbin berfungsi untuk mengubah energi
potensial menjadi energi mekanik. gaya jatuh air yang mendorong baling-baling
menyebabkan turbin berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan
menggantikan fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air
untuk memutar turbin. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator. Turbin
terdiri dari berbagai jenis seperti turbin Francis, Kaplan, Pelton, dll.
·
Generator dihubungkan ke turbin dengan
bantuan poros dan gearbox. Memanfaatkan perputaran turbin untuk memutar
kumparan magnet didalam generator sehingga terjadi pergerakan elektron yang
membangkitkan arus AC.
·
Travo digunakan untuk menaikan tegangan
arus bolak balik (AC) agar listrik tidak banyak terbuang saat dialirkan melalui
transmisi. Travo yang digunakan adalah travo step up.
·
Transmisi berguna untuk mengalirkan
listrik dari PLTA ke rumah – rumah atau industri. Sebelum listrik kita pakai
tegangannya di turunkan lagi dengan travo step down.
4
1.3 Sistem PLTU
Pembangkit Listrik Tenaga Uap bisa dikatakan pembangkit yang berbahan
baku Air. Uap disini hanya sebagai tenaga pemutar turbin, sementara untuk
menghasilkan uap dalam jumlah tertentu diperlukan air. Menariknya didalam PLTU
terdapat proses yang terus menerus berlangsung dan berulang-ulang. Prosesnya
antara air menjadi uap kemudian uap kembali menjadi air dan seterusnya. Proses
inilah yang dimaksud dengan Siklus PLTU.
Air
yang digunakan dalam siklus PLTU ini disebut Air Demin (Demineralized), yakni
air yang mempunyai kadar conductivity (kemampuan untuk menghantarkan listrik)
sebesar 0.2 us (mikro siemen). Untuk
mendapatkan air demin ini, setiap unit PLTU biasanya dilengkapi dengan
Desalination Plant dan Demineralization Plant yang berfungsi untuk memproduksi
air demin ini.
Secara
sederhana siklus PLTU itu bisa dilihat ketika proses memasak air. Mula-mula air
ditampung dalam tempat memasak dan kemudian diberi panas dari sumbu api yang
menyala dibawahnya. Akibat pembakaran menimbulkan air terus mengalami kenaikan
suhu sampai pada batas titik didihnya. Karena pembakaran terus berlanjut maka
air yang dimasak melampaui titik didihnya sampai timbul uap panas. Uap ini lah
yang digunakan untuk memutar turbin dan generator yang nantinya akan
menghasilkan energi listrik.
Secara sederhana, siklus PLTU digambarkan sebagai berikut
:
5
Siklus PLTU
1.
Pertama-tama
air demin ini berada disebuah tempat bernama Hotwell.
2.
Dari
Hotwell, air mengalir menuju Condensate Pump untuk kemudian dipompakan menuju
LP Heater (Low Pressure Heater) yang pungsinya untuk menghangatkan tahap
pertama. Lokasi hotwell dan condensate pump terletak di lantai paling dasar
dari pembangkit atau biasa disebut Ground Floor. Selanjutnya air mengalir masuk
ke Deaerator.
3.
Di
dearator air akan mengalami proses pelepasan ion-ion mineral yang masih tersisa
di air dan tidak diperlukan seperti Oksigen dan lainnya. Bisa pula dikatakan
deaerator memiliki pungsi untuk menghilangkan buble/balon yang biasa terdapat
pada permukaan air. Agar proses pelepasan ini berlangsung sempurna, suhu air
harus memenuhi suhu yang disyaratkan. Oleh karena itulah selama perjalanan
menuju Dearator, air mengalamai beberapa proses pemanasan oleh peralatan yang
disebut LP Heater. Letak dearator berada di lantai atas (tetapi bukan yang paling
atas). Sebagai ilustrasi di PLTU Muara Karang unit 4, dearator terletak di
lantai 5 dari 7 lantai yang ada.
4.
Dari
dearator, air turun kembali ke Ground Floor. Sesampainya di Ground Floor, air
langsung dipompakan oleh Boiler Feed Pump/BFP (Pompa air pengisi) menuju Boiler
atau tempat “memasak” air. Bisa dibayangkan Boiler ini seperti drum, tetapi
drum berukuran raksasa. Air yang dipompakan ini adalah air yang bertekanan
tinggi, karena itu syarat agar uap yang dihasilkan juga bertekanan tinggi.
Karena itulah konstruksi PLTU membuat dearator berada di lantai atas dan BFP
berada di lantai dasar. Karena dengan meluncurnya air dari ketinggian membuat
air menjadi bertekanan tinggi.
5.
Sebelum
masuk ke Boiler untuk “direbus”, lagi-lagi air mengalami beberapa proses pemanasan
di HP Heater (High Pressure Heater). Setelah itu barulah air masuk boiler yang
letaknya berada dilantai atas.
6
6. Didalam Boiler inilah terjadi proses
memasak air untuk menghasilkan uap. Proses ini memerlukan api yang pada umumnya
menggunakan batubara sebagai bahan dasar pembakaran dengan dibantu oleh udara
dari FD Fan (Force Draft Fan) dan pelumas yang berasal dari Fuel Oil tank.
6.
Bahan
bakar dipompakan kedalam boiler melalui Fuel oil Pump. Bahan bakar PLTU
bermacam-macam. Ada yang menggunakan minyak, minyak dan gas atau istilahnya
dual firing dan batubara.
7.
Sedangkan
udara diproduksi oleh Force Draft Fan (FD Fan). FD Fan mengambil udara luar
untuk membantu proses pembakaran di boiler. Dalam perjalananya menuju boiler,
udara tersebut dinaikkan suhunya oleh air heater (pemanas udara) agar proses
pembakaran bisa terjadi di boiler.
8.
Kembali
ke siklus air. Setelah terjadi pembakaran, air mulai berubah wujud menjadi uap.
Namun uap hasil pembakaran ini belum layak untuk memutar turbin, karena masih
berupa uap jenuh atau uap yang masih mengandung kadar air. Kadar air ini
berbahaya bagi turbin, karena dengan putaran hingga 3000 rpm, setitik air
sanggup untuk membuat sudu-sudu turbin menjadi terkikis.
9.
Untuk
menghilangkan kadar air itu, uap jenuh tersebut di keringkan di super heater
sehingga uap yang dihasilkan menjadi uap kering. Uap kering ini yang digunakan
untuk memutar turbin.
10.
Ketika
Turbin berhasil berputar berputar maka secara otomastis generator akan
berputar, karena antara turbin dan generator berada pada satu poros. Generator
inilah yang menghasilkan energi listrik.
11.
Pada
generator terdapat medan magnet raksasa. Perputaran generator menghasilkan beda
potensial pada magnet tersebut. Beda potensial inilah cikal bakal energi
listrik.
12.
Energi
listrik itu dikirimkan ke trafo untuk dirubah tegangannya dan kemudian
disalurkan melalui saluran transmisi PLN.
7
13.Uap kering yang digunakan untuk memutar turbin akan turun kembali ke
lantai dasar. Uap tersebut mengalami proses kondensasi didalam kondensor
sehingga pada akhirnya berubah wujud kembali menjadi air dan masuk kedalam
hotwell.
2. Generator
DC
2.1 Penjelasan Umum Generator DC
Generator DC
merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis
menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah.
Teori generator DC
Generator DC menggunakan prinsip hukum
farraday di tuliskan dalam persamaan:
e = -N
|
N : jumlah
lilitan
Φ : Fluks magnet
apabila suatu
konduktor memotong garis-garis fluks magnetik yang berubah-ubah, maka GGL akan
membangkitkan dalam konduktor itu
syarat untuk membangkitkan GGL adalah :
• harus ada konduktor
• Harus ada medan magnetik
• Adanya perputaran dari konduktor dalam medan
magnet
GGL induksi yang terbentuk besarnya sesuai
dengan perubahan fluks medan magnet tiap detik.
8
1. Konstruksi Generator DC
Pada umumnya generator DC dibuat
dengan menggunakan magnet permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan
digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing
dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor.
Generator DC terdiri
dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan bagian rotor,
yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor,
belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor
terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.
2. Prinsip kerja
Generator DC
Pembangkitan tegangan induksi oleh
sebuah generator diperoleh melalui dua cara:
·
Dengan
menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
9
·
Dengan
menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Pembangkitan Tegangan Induksi.
Jika rotor diputar
dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh
lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan
induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti (a) dan (c). Pada
posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar.
Sedangkan posisi jangkar pada.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal
ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar
atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.
Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator.
Jika ujung belitan
rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan
cincin seret), seperti ditunjukkan (1), maka dihasilkan listrik AC (arus
bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan
komutator satu cincin (2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan
dua gelombang positip.
10
Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan
induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.
Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator
DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat
medan)
3. Jangkar Generator DC
Jangkar adalah tempat lilitan pada
rotor yang berbentuk silinder beralur. Belitan tersebut merupakan tempat
terbentuknya tegangan induksi.
Jangkar Generator DC
4. Reaksi Jangkar
Fluks magnet yang
ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah generator saat tanpa beban
disebut Fluks Medan Utama . Fluks ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul
tegangan induksi.
Bila generator
dibebani maka pada penghantar jangkar timbul arus jangkar. Arus jangkar ini
menyebabkan timbulnya fluks pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut
FIuks Medan Jangkar
Munculnya medan
jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak disebelah kiri kutub utara,
dan akan memperkuat medan utama yang terletak di sebelah kanan kutub utara.
Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan medan jangkar ini disebut
reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus
pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut α.
11
Dengan kata lain,
garis netral akan bergeser. Pergeseran garis netral akan melemahkan tegangan
nominal generator. Untuk mengembalikan garis netral ke posisi awal, dipasangkan
medan magnet bantu (interpole atau kutub bantu).
Lilitan magnet
bantu berupa kutub magnet yang ukuran fisiknya lebih kecil dari kutub utama.
Dengan bergesernya garis netral, maka sikat yang diletakkan pada permukaan
komutator dan tepat terletak pada garis netral n juga akan bergeser. Jika sikat
dipertahankan pada posisi semula (garis netral), maka akan timbul percikan
bunga api, dan ini sangat berpotensi menimbulkan kebakaran atau bahaya lainnya.
Oleh karena itu, sikat juga harus digeser sesuai dengan pergeseran garis
netral. Bila sikat tidak digeser maka komutasi akan jelek, sebab sikat
terhubung dengan penghantar yang mengandung tegangan. Reaksi jangkar ini dapat
juga diatasi dengan kompensasi yang dipasangkan pada kaki, generator dengan
komutator dan lilitan kompensasinya.
2.2 Generator Penguatan Tersendiri dan Penguatan Sendiri
. Berdasarkan
cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator searah dapat
dikelompkkan menjadi
1. Generator berpenguatan Tersendiri/Terpisah
Generator tipe
penguat terpisah adalah generator yang lilitan medannya dapat dihubungkan ke
sumber dc yang secara listrik tidak tergantung dari mesin.
Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang
mempunyai tahanan Rf akan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua
kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator.
12
Vf =If . Rf
Ea =Vt + Ia.Ra
|
Besaran yang mempengaruhi kerja dari generator :
- Tegangan jepit (V)
- Arus eksitasi (penguatan)
- Arus jangkar (Ia)
- Kecepatan putar (n)
Terdapat dua jenis generator penguat terpisah, yaitu:
1. Penguat
elektromagnetik (Gambar 8.a)
2. Magnet permanent
/ magnet tetap (Gambar 8.b)
Generator Penguat Terpisah.
Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet
dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan
secara elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari
luar yang dimasukkan melalui belitan F1-F2.
13
Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan
output generator yang konstan dari terminal rotor A1-A2. Karakteristik tegangan
V relatif konstan dan tegangan akan menurun sedikit ketika arus beban I
dinaikkan mendekati harga nominalnya.
Ea =
|
Keterangan :
Ea : GGL yang dibangkitkan pada jangkar generator
Φ : Fluks
per kutub
Z : Jumlah penghantar total
n :
Kecepatan putaran
a : Jumlah
hubungan paralel
Karakteristik Generator Penguat Terpisah
Karakteristik
Generator Penguat Terpisah
14
Gambar menunjukkan:
a
karakteristik
generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie 100%) dan saat eksitasi
setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus eksitasi, I adalah arus beban.Tegangan
output generator akan sedikit turun jika arus beban semakin besar.
b
Kerugian
tegangan akibat reaksi jangkar.
c
Perurunan
tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar, selanjutnya
mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet, sehingga tegangan
induksi menjadi kecil.
2. Generator Berpenguatan Sendiri
Generator
berpenguatan sendiri terdiri dari
1.
Generator
searah seri
2.
Generator
searah shunt
3.
Generator
kompon
2.3 Generator Seri, Shunt dan Kompon
1. Generator Seri
Disebut generator DC seri karena rangkaian exitasi
(penguat) disambung secara seri dengan jangkarnya. Sehingga arus medan (Is)
sama dengan arus jangkar (Ia) sama dengan arus beban (IL).
Kurva magnetisasi
generator seri seperti generator yang lain (berpenguat sendiri) pada kondisi
tanpa beban.
Pada kondisi
berbeban arus medan bertambah sehingga Ea bertambah dengan cepat. Akan tetapi
drop tegangan Ia.(Ra+Rs) juga bertambah dengan cepat sehingga terjadi penurunan
tegangan yang cepat pula.
Pada mulanya
pertambahan Ea lebih cepat akan tetapi kondisinya cepat jenuh sehingga Ea
hampir konstan meskipun beban masih bertambah.Akhirnya pada kondisi sudah jenuh
Ea sudah tidak dapat bertambah, sementara arus beban (IL) masih terus bertambah
, maka terjadilah penurunan tegangan terminal dengan tajam .
15
Ia = Arus armatur
Is = Arus kumparan seri
Ea = GGL armatur
Rs = Tahanan kumparan seri
Ra = Tahanan armatur
IL = Arus pada beban
Vt = Tegangan beban
Ea = VL
+ Ia.Ra + Is.Rs
Ea = VL
+ Ia.Ra + Is.Rs + 2.Vsi (dengan rugi tegangan sikat)
|
2. Generator Shunt
Pada generator
shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel dengan rotor (A1-A2). Tegangan
awal generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat pada medan magnet
stator. Rotor berputar dalam medan magnet yang lemah,
dihasilkan tegangan yang akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai
tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2
diatur oleh tahanan geser. Makin besar arus eksitasi shunt, makin besar medan
penguat shunt yang dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai mencapai
tegangan nominalnya.
16
Jika generator
shunt tidak mendapatkan arus eksitasi, maka sisa megnetisasi tidak akan ada,
atau jika belitan eksitasi salah sambung atau jika arah putaran terbalik, atau
rotor terhubung-singkat, maka tidak akan ada tegangan atau energi listrik yang
dihasilkan oleh generator tersebut.
Karakteristik Generator Shunt.
Generator shunt mempunyai karakteristik seperti
ditunjukkan pada Gambar 11. Tegangan output akan turun lebih banyak untuk
kenaikan arus beban yang sama, dibandingkan dengan tegangan output pada
generator penguat terpisah.
17
Ea = VL
+ Ia.Ra + Is.Rs +.2 vsi
Ea = Vf
+ Vh + Ia.Ra + 2.Vsi
|
3. Generator
Kompon
Generator
kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generator seri, yang
dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan sifat yang dimiliki merupakan
gabungan dari keduanya. Generator kompon bisa dihubungkan sebagai kompon pendek
atau dalam kompon panjang. Perbedaan dari kedua hubungan ini hampir tidak ada,
karena tahanan kumparan seri kecil, sehingga tegangan drop pada kumparan ini
ditinjau dari dari tegangan terminal kecil sekali dan terpengaruh.
§
Generator kompon pendek
18
Generator DC kompon pendek adalah generator DC kompon
yang lilitan penguat serinya terletak pada rangkaian beban.
Dirumuskan sbb : V = Ea - Ia Ra
– Is Rs
V = IL
. RL
Ia
= IL + If
Is
= IL
Vf
= If . Rf
- Generator kompon panjang
Generator DC kompon
panjang adalah generator DC kompon yang lilitan penguat serinya terletak pada
rangkaian jangkar
Dirumuskan
sbb : V
= Ea – IaRa – Is Rs
Is = Ia
V = Ea
– Ia ( Ra + Rs )
Vf = If Rf
Ia
= IL + If
19
2.4 Diagram
Daya, Efisiensi dan Torsi
Rugi-Rugi Daya Efisiensi
Pin
Pem A Pb
B
Ia C
D Pcu
E
F
Pn= VL.IL
A = Rugi Putaran Tanpa Beban
B = Rugi Beban
C = Rugi daya kumparan angker (Ia2Ra)
D = Rugi Daya Kontak Sikat (Ia. 2Vsi)
E = Rugi Daya Kiumparan seri (Is2Rs)
F = Rugi Daya Kumparan Shunt (If2Rf)
Pin=Daya inpur (Daya mekanik)
Pem=Daya Elektro Magnet
Pcu=Rugi Tembaga (C+D+E+F)
Pn=Daya Output (VL.IL )
V.Ia=Pem - (C+D)
Pin = Pem + Pb
Pem= Pn+Pcu
Pb=Pin-Pem
Pcu=Pem-Pn
20
o Efisiensi
generator,
o Efisiensi
listrik,
o
Efisiensi bruto,
Torsi (Kopel)
Jika jari-jari jangkar
dari generator DC sebesar r mendapat gaya F maka kerja yang
dilakukan oleh gaya F dalam satu putaran adalah :
W = F x jarak
W = F 2πr
|
21
Kerja
yang dilakukan oleh gaya F dalam putaran per detik adalah :
W
= F 2πr n = F r 2π n
W
= Ta 2π n = Ta ωm
W
= Ta 2π N/60
|
dimana
:
W
= kerja yang dilakukan oleh kumparan jangkar
F
= Gaya (Newton)
r
= jari-jari jangkar
N
= Putaran jangkar (rpm = rotasi per menit)
n
= Putaran jangkar (rpd = rotasi per detik )
Ta
= Torsi Jangkar (Nm) = F r
ωm
= Kec. Putar mekanik ( rpd) = 2π n
Adapun besar kerja yang dilakukan oleh putaran
jangkar per detik (ω) adalah sebanding dengan daya jangkar dapat ditulis :
W
= Pa = Ea Ia
|
Dengan
demikian dapat ditulis :
EaIa
= Ta 2π n
Ta
=
Ta
= 0.59
|
Dimana
:
Ta
= torsi jangkar (Nm)
n
= putaran jangkar
Seperti
yang telah diuraikan sebelumnya bahwa ggl induksi jangkar dapat ditulis :
Ea
=
Ta=
=0.59
Ta= C
|
Ta = Torsi
jangkar (Nm)
Φ = Fluks (weber)
Z = jumlah penghantar
kumparan jangkar
a = jumlah kumparan
paralel
N = Putaran jangkar
22
Torsi Poros
Akibat timbulnya torsi
jangkar maka pada generator timbul daya output (Pout) dan dari Pout ini timbul
torsi poros/sumbu (Shaft torque) dan disimbulkan dengan Tsh:
Pin
= Tsh 2 π n = Tsh ωm
Tsh
=
= 9.55
|
Pin = daya
input generator (watt)
Tsh =
torsi poros/sumbu (Nm)
ωm = kecepatan putar mekanik (rpd)
3. MOTOR DC SERI
3.1 Penjelasan
umum tentang motor DC seri
Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi
listrik
menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini
digunakan untuk, misalnya memutar
impeller pompa, fan atau blower,
menggerakan kompresor, mengangkat bahan,dll. Motorlistrik digunakan juga di
rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor
listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa
motor-motormenggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.
Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan
untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut
stator (bagianyang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian
yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan
magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap
setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari
arus searah adalah membalik phasategangan dari gelombang yang mempunyai nilai
positif dengan menggunakan komutator,dengan demikian arus yang berbalik
arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk
motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisaberputar bebas
di antara kutub-kutub magnet permanen.
23
Motor D.C Sederhana
3.2 Prinsip Kerja Motor DC
Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul
medan magnet di sekitar konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah
aliran arus pada konduktor.
Medan magnet yang membawa arus mengelilingi
konduktor .
Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk
menentukan arah garis fluks di sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan
tangan kanan dengan jempol mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari anda
akan menunjukkan arah garis fluks. Gambar Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor menunjukkan
medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor berubah arah karenabentuk U.
24
Medan
magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor.
Catatan :
Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah
konduktor jika ada arus mengalir pada konduktor tersebut. Pada motor listrik
konduktor berbentuk U disebut angker dinamo.
Medan magnet mengelilingi konduktor dan diantara
kutub.
Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo)
diletakkan di antara kutub uatara dan selatan yang kuat medan magnet konduktor
akan berinteraksi dengan medan magnet kutub. Lihat gambar
Reaksi garis fluks.
25
Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung
konduktor yang dilengkungkan (looped conductor). Arus mengalir masuk
melalui ujung A dan keluar melalui ujung B. Medan konduktor A yang
searah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan
yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak ke atas
untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum
jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor.
Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang
kuat tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat
angker dinamo berputar searah jarum jam.
3.3 Motor
DC Seri, Shunt dan Kompon
1. Motor DC Seri
Motor
DC Seri. Motor DC jenis ini mempunyai ciri kumparan penguat medan diseri
terhadap kumparan armatur. Kelebihan dari Motor DC jenis ini yaitu daya output
yang dihasilkan besar. Sedangkan kelemahannya yaitu arus beban yang diminta
sangatlah besar, sesuai dengan beban yang dipikulnya, jika tegangan inputnya
tidak stabil maka flux magnit yang dihasilkan oleh kumparan seri tidak stabil
pula, sehingga daya output yang dihasilkan tidak stabil.
Ia
= IL
Pin
= Vt IL
Rs
= tahanan kumparan seri = ILRs
Pa
= EaIa
Ea
= Vt – IaRs – IaRa – Vs
(Pcu)tot
= Ia2Ra + IL2Rs
26
2. Motor DC Shunt
Motor
DC Shunt. Motor DC jenis ini mempunyai ciri kumparan penguat medan diparalel
terhadap kumparan armatur. Kelebihan dari Motor DC jenis ini yaitu tidak
terlalu membutuhkan banyak ruangan karena diameter kawat kecil. Sedangkan
kelemahannya yaitu daya keluaran yang dihasilkan kecil karena arus penguatnya
kecil.
Ea
= Gaya gerak listrik jangkar
= Vt – IaRa - Vs
= Vt - (IL – Ish)Ra – Vs
(Pcu)tot
= Ia2Ra + Ish2Rsh
|
Vt
= tegangan terminal
IL
= Arus jala-jala
Pin
= Vt IL
Ia
= Arus jangkar
Ish
= Arus shunt
IL
= Ia + Ish
Rsh
= Tahanan kumparan shunt
Vsh
= Tegangan kumparan shunt = Ish Rsh
Ra
= Tahanan kumparan jangkar
Va
= Tegangan jatuh pada kumparan
3. Motor DC Kompon
Motor
DC Kompond. Pada umumnya Motor DC Kompond dibuat untuk mengurangi kelemahan
yang terjadi pada Motor DC Shunt maupun Seri.
Jenisnya ada dua macam,
yaitu Motor DC Kompond Panjang dan Motor DC Kompond Pendek, ciri khas yang membedakan keduanya
yaitu tata letak kumparan penguat medan tambahan diletakkan seri dengan
kumparan penguat
27
medan pada Motor DC Shunt dan ini desebut
Motor DC Kompond Pendek. Sedangkan pada Motor DC Kompond Panjang, kumparan
penguat medan tambahan diletakkan secara seri antara Kumparan armatur dan kumparan penguat medan
shunt pada Motor DC Shunt.
Pin = VLIL
IL = Ia + Ish
Pa = EaIa
Ea = Vt – ILRs
– IaRa – Vs
ILRs
= tegangan jatuh pada kumparan seri
(IL)2Rs
= rugi daya pada kumparan seri
IaRa = tegangan jatuh pada tahanan jangkar
(Ia)2 Ra = rugi daya jangkar
(Pcu)tot = Ia2Ra + IL2Rs + Ish2Rsh
IshRsh = Vsh = Vt – Vs
Ish2Rsh
= Rugi daya pada kumparan shunt
§
Motor DC Kompon Panjang
28
Pin = VtIL
IL = Ia + Ish
Pa = EaIa
Ea = Vt – IaRs – IaRa – Vs
Vsh = Vt
Vsh = IshRsh
(Ia)2Ra = rugi daya pada tahanan jangkar
(Ia)2Rs = rugi daya pada kumparan seri
(Ish)2Rsh
= rugi daya pada kumparan shunt
3.4 Diagram
Daya, Efisiensi dan Torsi
Pin
A
B
C
Pm D
E
F
G
H
Pn= (HP x 746) Watt
A = Rugi Daya
pada kumparan jangkar (Ia2.Ra)
B = Rugi Daya pada Kontak Sikat (2Vsi.Ia)
C = Rugi Daya pada Kumparan Motor Seri (Is2.Rs)
D = Rugi Daya Kumpuran Motor Shunt (If2.Rf)
E = Rugi Daya hysteris
F = Rugi Daya Arus Pusar
G = Rugi Daya Angin
H = Rugi Daya Sumbu Motor
29
Pm=Pin-Pcu
Pn=Pm-Pb
Efisiensi Ekonomi =
Efisiensi
Mekanik =
Efisiensi
Listrik =
Torsi
Besarnya torsi Jangkar (Ta) motor DC adalah :
Dimana untuk ggl
jangkar adalah :
Bahwa kopel jangkar sebagai fungsi dari fluks dan
arus jangkar dapat ditulis:
Ta = f (Φ Ia)
|
Jika arus jangkar bertambah besar, maka akan diikuti
oleh kenaikan kopel jangkar atau sebaliknya. Pada motor DC seri, kenaikan arus
jangkar akan memperbesar fluks. Sehingga persamaannya dapat ditulis :
Ta = f(Ia)2
30
Hubungan antara kecepatan putar terhadap arus
jangkar motor DC adalah :
Dari persamaan diatas,
nilai kecepatan putar akan berubah jika harga atau besar arus jangkar berubah.
Karateristik mekanik diperoleh
dari hubungan antara kecepatan putar dengan kopel elektromagnetik atau kopel
jangkar:
Perubahan nilai kopel
jangkar akan selalu diikuti oleh perubahan kecepatan putar.
31
DAFTAR
RUJUKAN
.
Ariawan, P.R. 2010. Dasar Teknik Tenaga Listrik, (Online), (http://mysql.to.web.id/LBUBPR4/DIKTAT-KULIAH/40515739-Dasar-Teknik-Tenaga-Listrik.pdf), diakses 3 Maret 2012.
Aryanto. 2011. Generator AC, (Online), (http://aryanto.blog.uns.ac.id/2011/11/26/generator-ac/), diakses 25 Februari
2012.
Eka, B. 2011. (http://industri09ekabayu.blog.mercubuana.ac.id/2011/01/02/plta-pembangkit-listrik-tenaga-air/), diakses 23 Februari
2012.
Ewa, A. 2010. Transmisi
Distribusi Tenaga Listrik, (Online), (http://alfano-ewa.blogspot.com/2010/12/transmisi-distribusi-tenaga-listrik.html), diakses 23 Februari
2012.
Gugun. 2011. Generator, (Online), (http://gugunsdj.wordpress.com/2010/10/04/generator/), diakses 25 Februari
2012.
Masholis. 2009. Generator DC seri, (Online), (http://masholis.blogspot.com/2009/07/213-generator-dc-seri.html), diakses 27 Februari
2012.
Sutarno. 2007. Motor Arus Searah, (Online), (http://tarn2007.blogspot.com/2011/10/motor-arus-searah.html), diakses 1 Maret 2011.
Tanpa nama. 2009. (http://tapakpakulangit.wordpress.com/2009/11/19/siklus-pltu-pembangkit-listrik-tenaga-uap/), diakses 24 Februari
2012.
Tanpa nama. 2011. Generator DC Seri, (Online), (http://ntrux.wordpress.com/2011/04/12/generator-dc-seri/), diakses 27 Februari
2012.
Tomi. 2011. Generator DC, (Online), (http://tomiofthebest.blogspot.com/2011/02/generator-dc.html), diakses 25 Februari
2012.
32
4 komentar:
lanjutkan :)
mantapp,,, bermanfaat :)
lebih di up gate lagi materinya..
Update lagi biar bisa di downloads. Trims
Posting Komentar