generator dan motor listrik 3 fasa

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kita serahkan kehadirat ilahi rabbi yang memiliki seluruh isi alam ini yang menjadi penguasa dipermukaan bumi juga di akhirat nantinya, yang menjadi hakim seadil-adilnya memberikan balasan atas setiap ummat manusia menurut amal perbuatannya masing-masing, selama menjalankan hidupnya di atas muka bumi ini. Allah Swt bersifat rahman dan rahim, maka manusia selalu mendapatkan taufik dan hidayah-Nya, sehingga kita dapat menjalankan tugas-Nya sebagai orang yang beriman dan bertaqwa. Selawat dan salam kita sanjungkan kepangkuan alam Nabi Muhammad Saw yang telah membawa ummatnya dari alam jahiliyah ke alam yang berilmu pengetahuan.

Makalah ini disusun untuk menunjang mata kuliah UTILITAS. Adapun penyusunan makalah ini didasarkan dan disesuaikan dengan silabus mata kuliah Fakultas Teknik Jurusan Teknik Kimia Universitas Malikussaleh.

            Penyusun sangat menyadari bahwa makalah ini sangat jauh dari sempurna oleh sebab itu kritikan dan saran sangat diharapkan. Akhirnya penyusun menghanturkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu atas tersusunya makalah ini.

Lhokseumawe, ...JUNI 2012.

Penulis

       Kelompok X

DAFTAR ISI

Kata pengantar .........................................................................................................i

Daftar isi ..................................................................................................................ii

BAB I

 PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang ..................................................................................................1

1.2. permasalahan ....................................................................................................2

1.3. tujuan.................................................................................................................2

           

BABII

PEMBAHASAN

A. Generator ............................................................................................................3

B. Motor lisrik 3 fasa.............................................................................................10

BABIII

PENUTUP

Kesimpulan ...........................................................................................................14

Daftar pustaka .......................................................................................................15

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Generator  AC  atau  arus  bolak-balik   (juga  disebut generator sinkron atau alternator ) adalah sumber utama dari semua energi listrik yang kita pakai sehari-haridan merupakan konverter energi terbesar di dunia. Kita dapat mengingat bahwa  tegangan  yang  dihasilkan  setiap  generator  adalah  tegangan  bolak-balik  dan  bisa dijadikan tegangansearah DC dengan dioda penyearahsolid-state. Namun generator arus searah tidak banyak dipakai seperti dulu sebab bisa digantikan dengan rangkaian elektronik yang sudah berkembang dengan pesat.

Lebih dari 50% listrik yang diproduksi di Industri untuk memberi daya pada motor-motor listrik, misalnya untuk memutar mesin atau roda-roda penggerak dan menghasilkan energi mekanik.  Operasi  motor  tergantung  pada  interaksi  duamedan  magnet  yaitu  dua  medan magnet dapat dibuat berinteraksi untuk menghasilkan gaya gerak Torsi.

Bahwa  prinsip  kerja  motor  pada  dasarnya  sama  dengan  yang  terjadi  pada transformatorsecara umum adalah jika sebuahkumparan yang berinti bahan ferromagnetik dialiri aruslistrik, maka pada inti tersebut akan mengalirsejumlah garis - garis gaya magnit atau flux ( φ ) . Jika yang mengalir adalaharus yang searah maka jumlah dan arah garis -garis gaya magnit tersebut akan konstan ( tetap ) .Akan tetapi jika yang mengalir adalah arus bolak - balik maka flux yang mengalir didalam inti berbentuk sinus , flux yang terjadi juga berbentuk  sinus , karena pada inti ada lilitan maka pada lilitan akan membangkitkan  gaya gerak listrik ( ggl ) dan arahnya berlawanan dengan tegangansumber.

1.2.Rumusan Masalah

Berpijak dari latar belakang di atas, maka yang menjadi  rumusan  masalah pada penulisan makalah ini adalah :  

1.        Apa itu  Generator dan motor listrik 3 fasa?

2.        Bagaimana Wujud dan Perkembangannya?

3.        Bagaimana aplikasinya?

1.3.Tujuan

Dalam penyusunan makalah ini, tujuan yang hendak dicapai adalah:

      1.     Mengetahui apa itu  Generator?

      2.      Mengetahui Wujud dan Perkembangannya

      3.      Mengetahui aplikasinya

BAB II

PEMBAHASAN

A.    GENERATOR

2.1.  Prinsip Kerja Generator

Prinsip kerja generator sinkron dapat dianalisis melalui pengoperasian generator dalam kondisi berbeban, tanpa beban, menentukan reaktansi dan resistansi dengan melakukan percobaan tanpa beban (beban nol), percobaan hubung -singkat dan percobaan resistansi jangkar. Kecepatan rotor dan frekuensi dari tegangan yang dibangkitkan oleh suatu generator sinkron adalah berbanding secara langsung. Gambar 2.9 akan memperlihatkan prinsip kerja dari sebuah generator AC dengan dua kutub, dan dimisalkan hanya memiliki satu lilitan yang terbuat dari dua penghantar secara seri.

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 perdetik 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.

2.2. 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 atau disebut kumparan medan dan sebuah kumparan atau disebut kumparan jangkar tempat dibangkitkannya GGL arus bolak-balik. Hampir semua mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar berupa stator yang diam dan struktur medan magnet berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber DC luar melalui cincin geser (slip ring) dan sikat arang (carbon brush), tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang yaitu sistem brushless excitation.

Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin dengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder seperti pada gambar 2.8a, sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti Hydroelectric(PLTA) atau Generator Listrik Diesel mempunyai rotor kutub menonjol.

Stator dari Mesin Sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik, yang berbentuk laminasi agar dimaksudkan untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang bagus berarti mengandung bahan yang memiliki permeabilitas dan resistivitas tinggi. Gambar 2.9 memperlihatkan alur stator yang terdapat kumparan jangkar. Kumparan/belitan jangkar pada 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).

2. 3 Bentuk Stator Satu lapis (Single Layer Winding)

Gambar 2.10 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 °. Untuk menunjukkan arah dari putaran rotor seperti ditunjukkan oleh gambar 2.11 (searah jarum jam), urutan fasa yang dihasilkan o leh suplai tiga fasa adalah ABC disebut urutan fasa positif, dengan demikian tegangan maks imum pertama terjadi dalam fasa A, diikuti fasa B, dan kemudian fasa C. Sedangkan kebalikan arah putaran (berlawanan arah jarum jam) dihasilkan dalam urutan ACB, atau disebut urutan fasa negatif.

2.4. Belitan Berlapis Ganda (Double Layer Winding)

Generator praktisnya mempunyai kumparan terdistribusi dalam beberapa alur perkutub perfasa. Gambar 2.9 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.

2.5 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).

2.6.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 :

a. Resistansi Jangkar

Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegangan jatuh/fasa dan I . Ra yang sefasa dengan arus jangkar.

b. Reaktansi Bocor Jangkar

Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut “fluks bocor”.

c. Reaksi Jangkar

Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluks jangkar (ΦA) yang berintegrasi dengan fluks yang dihasilkan pada kumparan medan rotor (ΦF), sehingga akan dihasilkan suatu fluks resultan sebesar ΦR = ΦF + ΦA

2.7. Sistem Eksitasi pada Generator Sinkron

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 besar 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)

2.8. Generator Dijadikan Motor Start pada Turbin Gas

Untuk menstart turbin gas diperlukan daya mekanis untuk memutar poros turbin dan juga poros dari kompresor agar didapat udara bertekanan yang akan dicampur dengan bahan bakar dalam ruang bakar yang untuk selanjutnya akan dinyalakan agar menghasilkan gas hasil pembakaran penggerak turbin sehingga akhirnya turbin bergerak.

Daya mekanis yang diperlukan untuk menstrat turbin bisa berasal dari mesin diesel yang distart dengan menggunakan baterei aki atau dari motor listrik yang disediakan khusus untuk strat.

Generator utama memberikan dayanya kepada rel 150 kV. Rel 6,6 kV adalah rel untuk alat-alat bantu seperti motor penggerak pompa air pendingin dan motor pengisi air ketel. Rel 400 Volt adalah rel untuk memasok berbagai alat bantu seperti :

1. SEE : Peralatan eksitasi statis yang diperlukan sewaktu strat.

2. SFC : Pengubah frekuensi statis yang diperlukan untuk menstart generator sebagai motor start.

Pada waktu menstart turbin gas dengan cara menjadikan generator sebagai motor start, generator tersebut harus dilengkapi dengan komparan asinkron kemudia distart sebagai motor asinkron. Pada proses start ini, generator tersebut diberi pasokan 400 volt dengan frekuensi rendah yang diatur oleh SFC. Setelah generator ini mulai berputar sebagai motor asinkron, frekuensinya secara bertahap dinaikkan sehingga putaran generator terus naik dan apabila sudah mendekati putaran sinkron kemudian diberi penguatan oleh SEE sehingga generator ini mencapai tegangan untuk paralel dengan sistem. Kemudian generator tersebut diparalel dengan sistem melalui proses sinkronisasi. Setelah generator ini paralel dengan sistem, langkah selanjutnya adalah menghidupkan turbin gas.

Paralel Generator

Paralel generator dapat diartikan menggabungkan dua buah generatoratau lebih dan kemudian dioperasikan secara bersama – sama dengan tujuan :

1. Mendapatkan daya yang lebih besar.

2. Untuk effisiensi (Menghemat biaya pemakaian operasional dan Menghemat biaya pembelian)

3. Untuk memudahkan penentuan kapasitas generator.

4. Untuk menjamin kotinyuitas ketersediaan daya listrik.

Sinkronisasi

Jika kita hendak memparalelkan dua generator atau lebih tentunya kita harus memperhatikan beberapa persyaratan paralel generator tersebut. Beberapa persyaratan yang harus dipenuhi adalah :

1. Tegangan kedua generator harus mempunyai amplitudo yang sama.

2. Tegangan kedua generator harus mempunyai frekwensi yang sama, dan

3. Tegangan antar generator harus sefasa.

Dengan persyaratan diatas berlaku apabila :

1. Lebih dari dua generator yang akan kerja paralel.

2. Dua atau lebih sistem yang akan dihubungkan sejajar.

3. Generator atau pusat tenaga listrik yang akan dihubungkan pada sebuah jaringan.

Metoda sederhana yang dipergunakan untuk mensikronkan dua generator atau lebih adalah dengan mempergunakan sinkroskop lampu. Yang harus diperhatikan dalam metoda sederhana ini adalah lampu – lampu indikator harus sanggup menahan dua kali tegangan antar fasa.

B.     Motor listrik 3 Fasa

Pada sistem tenaga listrik 3 fase, idealnya daya listrik yang dibangkitkan, disalurkan dan diserap oleh beban semuanya seimbang, Ppembangkitan = Ppemakain, dan juga pada tegangan yang seimbang. Pada tegangan yang seimbang terdiri dari tegangan 1 fase yang mempunyai magnitude dan frekuensi yang sama tetapi antara 1 fase dengan yang lainnya mempunyai beda fase sebesar 120°listrik, sedangkan secara fisik mempunyai perbedaan sebesar 60°, dan dapat dihubungkan secara bintang (Y, wye) atau segitiga (delta, Δ, D).

 Bila fasor-fasor tegangan tersebut berputar dengan kecepatan sudut dan dengan arah berlawanan jarum jam (arah positif), maka nilai maksimum positif dari fase terjadi berturut-turut untuk fase V1, V2 dan V3. sistem 3 fase ini dikenal sebagai sistem yang mempunyai urutan fasa a – b – c . sistem tegangan 3 fase dibangkitkan oleh generator sinkron 3 fase.

2.2.1. Hubungan Bintang (Y, wye)

Pada hubungan bintang (Y, wye), ujung-ujung tiap fase dihubungkan menjadi satu dan menjadi titik netral atau titik bintang. Tegangan antara dua terminal dari tiga terminal a – b – c mempunyai besar magnitude dan beda fasa yang berbeda dengan tegangan tiap terminal terhadap titik netral. Tegangan Va, Vb dan Vc disebut tegangan “fase” atau Vf. Dengan adanya saluran / titik netral maka besaran tegangan fase dihitung terhadap saluran atau titik netralnya, juga membentuk sistem tegangan 3 fase yang seimbang dengan magnitudenya (akar 3 dikali magnitude dari tegangan fase).

2.2. 2 Hubungan Segitiga

Pada hubungan segitiga (delta, Δ, D) ketiga fase saling dihubungkan sehingga membentuk hubungan segitiga 3 fase.

Dengan tidak adanya titik netral, maka besarnya tegangan saluran dihitung antar fase, karena tegangan saluran dan tegangan fasa mempunyai besar magnitude yang sama, maka:

Vline = Vfase

Tetapi arus saluran dan arus fasa tidak sama dan hubungan antara kedua arus tersebut dapat diperoleh dengan menggunakan hukum kirchoff, sehingga:

Iline = akar 3 Ifase = 1,73Ifase

2.2. 3 Daya pada Sistem 3 Fase

2.2.3.1. Daya sistem 3 fase Pada Beban yang Seimbang

Jumlah daya yang diberikan oleh suatu generator 3 fase atau daya yang diserap oleh beban 3 fase, diperoleh dengan menjumlahkan daya dari tiap-tiap fase. Pada sistem yang seimbang, daya total tersebut sama dengan tiga kali daya fase, karena daya pada tiap-tiap fasenya sama.

2.2. 3.2. Daya sistem 3 fase pada beban yang tidak seimbang

Sifat terpenting dari pembebanan yang seimbang adalah jumlah phasor dari ketiga tegangan adalah sama dengan nol, begitupula dengan jumlah phasor dari arus pada ketiga fase juga sama dengan nol. Jika impedansi beban dari ketiga fase tidak sama, maka jumlah phasor dan arus netralnya (In) tidak sama dengan nol dan beban dikatakan tidak seimbang. Ketidakseimbangan beban ini dapat saja terjadi karena hubung singkat atau hubung terbuka pada beban.

Dalam sistem 3 fase ada 2 jenis ketidakseimbangan, yaitu:

1. Ketidakseimbangan pada beban.

2. ketidakseimbangan pada sumber listrik (sumber daya).

Kombinasi dari kedua ketidakseimbangan sangatlah rumit untuk mencari pemecahan permasalahannya, oleh karena itu saya hanya akan membahas mengenai ketidakseimbangan beban dengan sumber listrik yang seimbang.

erjadi gangguan, saluran netral pada hubungan bintang akan teraliri arus listrik. Ketidakseimbangan beban pada sistem 3 fase dapat diketahui dengan indikasi naiknya arus pada salahsatu fase dengan tidak wajar, arus pada tiap fase mempunyai perbedaan yang cukup signifikan, hal ini dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan.

2.2.4. Tegangan dan Arus pada Rangkaian Tiga Fasa yang Seimbang

Sistem tenaga listrik biasanya disuplay oleh generator berfasa tiga. Biasanya generator mensuplay beban-beban berfasa tiga yang seimbang, yang artinya bahwa pada ketiga fasa tersebut terdapat beban yang identik.

2.2.5. Daya Pada Rangkain Tiga Fasa Yang Seimbang

Total daya yang diberikan oleh sebuah generator tiga fasa atau yang diserap suatu beban tiga fasa dapat diperoleh dengan mudah dengan menjumlahkan dya pada ketiga fasanya. Pada suatu rangkaian yang seimbang, ini sama dengan 3 kali daya pada fasa yang mana juga, karena daya pada semua fasa adalah sama.

Pada sistem tenaga listrik 3 fase, idealnya daya listrik yang dibangkitkan, disalurkan dan diserap oleh beban semuanya seimbang, P pembangkitan = P pemakain, dan juga pada tegangan yang seimbang. Pada tegangan yang seimbang terdiri dari tegangan 1 fase yang mempunyai magnitude dan frekuensi yang sama tetapi antara 1 fase dengan yang lainnya mempunyai beda fase sebesar 120°listrik, sedangkan secara fisik mempunyai perbedaan sebesar 60°, dan dapat dihubungkan secara bintang (Y, wye) atau segitiga (delta, Δ, D).

BAB III

PENUTUP

KESIMPULAN :

v  Pada  dasarnya semua tranformator adalah sama yaitu suatu alat untuk  memindahkan daya dari suatu rangkaian  kerangkaian  yang lain secara elektromagnetik  dengan frekuensi yang tetap. Daya listrik yang dihasilkan pada stasiun pembangkit harus mengalami beberapa tahap  pendistribusian sebelum daya itu dapat digunakan oleh beban listrik.

v  . Kerugiantranfo tergantung dari konstruksi inti besi misalnya :

•        Sambungan antara inti besi

•        Susunan plat-plat besi berlapis

•        Mutu dari pelat besi

•        Mutu isolasi  antara pelat besi

v   Mesin Induksi 3 fasa atau mesin tak serempak dibagi atas dua jenis yaitu :

1. Motor Induksi 3 fasa

2. Generator Induksi 3 fasa, yang pada umumnya disebut alternator.

v  Secara umum motor induksi terdiri dari rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak, sedangkan stator bagian yang diam. Diantara stator dengan rotor ada celah udara yang jaraknya sangat kecil