TUGAS MAKALAH GENERATOR TIGA FASA
Di susun Oleh : Dwi Syukur Jati Nugroho 3.31.12.1.06 LT-2B
POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2013/2014
BAB I PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Generator AC berfungsi utnuk merubah tenaga mekanis men jadi tenaga listrik arus bolak-balik. Generator ini sering disebut juga seabagai alternator, gene rator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yangberputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu sakelar terhubung dengan jala-jala. Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu: a.Generator arus bolak balik 1 fasa b. Generator arus bolak-balik 3 fasa 2. Konstruksi Generator Arus Bolak-balik Konstruksi generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu : (1) stator, yakni bagian diam yang mengeluarkan tegangan bolakbalik, dan (2) rotor, yakni bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang menginduksikan ke stator. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).
1.2
MAKSUD dan TUJUAN
Maksud dan Tujuan dari penulisan makalah ini adalah agar dapat mengetahui Generator 3 fasa berdasarkan prinsip kerjanya dan jenis-jenis dari Generator 3 fasa itu
sendiri, dimana jenis-jenis itu akan dijelaskan berdasarkan prinsip kerja masing generator.Didalam makalah ini pun juga akan dijelaskan secara detail awal mula generator itu bekerja bekerja sampai dengan generator ini dapat menyalurkan energi listrik dan menjadi sumber tegangan pada akhirnya.
1.3
SISTEMATIKA PENULISAN
Didalam penulisan makalah ini, kami menggunakan sistematika penulisan dimana sistematika penulisan tersebut seperti dibawah ini :
· BAB I PENDAHULUAN Dalam bab ini terdapat penjelasan mengenai latar belakang penulisan makalah, maksud dan tujuan dari makalah, dan sistematika penulisan makalah itu sendiri.
· BAB II PEMBAHASAN Pada bab ini akan di bahas mengenai prinsip kerja generator 3 fasa itu sendiri secara details dan penjelasan mengenai komponen beserta penjelasan cara kerjanya.
· BAB III PENUTUP Dalam bab terakhir ini akan dijelaskan kesimpulan dari bab-bab sebelumnya mengenai generator 3 fasa.
BAB II PEMBAHASAN
2.1
BAGIAN-BAGIAN GENERATOR
Gambar 1 Konstruksi Generator Arus Bolak-balik
Stator : 1. Rumah Stator 2. Inti satator 3. Lilitan stator 4. Alur stator 5. Kontak hubung 6. Sikat Rotor : 1. Kutub magnet 2. Lilitan penguat magnet 3. Cincin seret (slip ring) 4. Poros
Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak -balik secara elektromagnetik. Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang memutar rotor, sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumpa rankumparan stator. Pada Gambar 2.1 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator sinkron.
Gambar 2.1. Konstruksi Generator Sinkron Secara umum generator sinkron terdiri atas stator, rotor, dan celah udara. Stator merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus searah dari Eksiter. Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor.
1. Stator Stator terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu : a. Rangka Stator
stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar generator. b. Inti Stator
Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus yang terpasang ke rangka stator. c. Alur (slot) dan Gigi
Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator. Ada 3 (tiga) bentuk alur stator yaitu terbuka, setengah terbuka, dan tertutup. d. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)
Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan ini merupakan tempat timbulnya ggl induksi.
2. Rotor Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu : a. Slip Ring
Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini k emudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya menempel pada slip ring.
b. Kumparan Rotor (kumparan medan)
Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam menghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat me ndapat arus searah dari sumber eksitasi tertentu.
c. Poros Rotor
Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan, dimana pada poros rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor. Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan non salient pole (kutub silinder).
a. Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)
Pada jenis salient pole, kutub magnet menonjol menon jol keluar dari permukaan rotor. Belitan belitan medannya dihubung seri. Ketika belitan medan ini disuplai oleh Eksiter, maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan. Bentuk kutub menonjol generator sinkron tampak seperti pada Gambar 2.3 berikut :
Gambar 2.3. Rotor Kutub Menonjol
Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putar rendah dan sedang (120-400 rpm). Generator sinkron tipe seperti ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit listrik. Rotor kutub menonjol baik digunakan untuk putaran rendah dan sedang karena: • Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising jika diputar dengan kecepatan tinggi. • Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis apabila apabila diputar dengan kecepatan tinggi.
b. Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)
Pada jenis non salient pole, konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan rotor. Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang mempunyai alur-alur alur -alur terbuat
di sisi luarnya. Belitan-belitan medan dipasang pada alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter. Gambaran bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada Gambar 2.4 berikut :
Gambar 2.4. Rotor Kutub Silinder
Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putar tinggi (1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik tenaga uap. Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena : memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan putar tinggi
kutub menonjol.
2.2
TEORI DASAR
Berapapun ukurannya, semua generator listrik, baik ac maupun dc, bergantung kepada prinsip induksi magnet. EMF diinduksikan dalam sebuah kumparan sebagai hasil dari (1) kumparan yang memotong medan magnet, atau (2) medan magnet yang memotong sebuah kumparan. Sepanjang ada gerak relative antara sebuah konduktor dan medan magnet, tegangan akan diinduksikan dalam konduktor. Bagian generator yang mendapat induksi tegangan adalah
armature. Agar gerak relative terjadi antara konduktor dan medan magnet, semua generator gene rator haruslah mempunyai dua bagian mekanis yaitu rotor dan stator.
2.2.1
1.
KARAKTERISTIK BEBAN
Generator Tanpa Beban (Beban Nol)
Jika poros generator diputar dengan kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan If, maka tegangan E0 akan terinduksi pada kumparan jangkar stator sebesar : E0 = cn dimana : c = konstanta mesin n = putaran sinkron f= fluks yang dihasilkan oleh If Generator arus bolak-balik yang dioperasikan tanpa beban, arus jangkarnya akan nol (Ia = 0) sehingga tegangan terminal Vt = Va = Vo. Karena besar ggl induksi merupakan fungsi dari flux magnet, maka ggl induksi dapat dirumuskan: Ea = f (), yang berarti pengaturan arus medan sampai kondisi tertentu akan mengakibatkan ggl induksi tanpa beban dalam keadaan saturasi.
Gambar 26 Karakteristik generator tanpa beban
Gambar 27 Generator beroperasi tanpa beban Gambar di atas adalah generator sinkron 2 kutub, tanpa beban digerakkan oleh turbin dengan kecepatan konstan. Terminal outputnya A, B, C & N dengan variabel exciting current Ix. Rangkaian pengganti generator tersebut dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 28 Rangkaian representsi generator tanpa beban
Eo adalah tegangan terminal dan netral. Semakin besar Ix, semakin besar Eo dengan proporsi yang sama. Ketika terjadi saturasi kenaikan tegangan Eo semakin kecil dengan penambahan nilai Ix yang sama. Karakteristik ini hampir sama dengan d engan generator DC. Kurva saturasi dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 29 Kurva saturasi generator tanpa beban 2. Generator Berbeban
Tiga macam sifat beban jika dihubungkan dengan generator, yaitu : beban resistif, beban induktif, dan beban kapasitif. Akibat pembeban ini akan berpengaruh terhadap tegangan beban dan faktor dayanya. Gambar 4 menunjukkan jika beban generator bersifat resistif mengakibatkan penurunan tegangan relatif kecil dengan faktor daya sama dengan satu. Jika beban generator bersifat induktif terjadi penurunan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya terbelakang (lagging). Sebaliknya, Jika beban generator bersifat kapasitif akan terjadi kenaikan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya mendahului (leading).
2.2.2
SISTEM PENGUAT ( EXCITER )
Saat generator dihubungkan dengan beban akan menyebabkan tegangan keluaran generator akan turun, karena medan magnet yang dihasilkan dari arus penguat relatif konstan. Agar tegangan generator konstan, maka harus ada peningkatan arus penguatan sebanding dengan kenaikan beban. Gambar 5 menunjukkan sistem arus penguatan pada generator dan karakteristik tegangan keluarannya.
Gambar 5 Prinsip Kerja Exciter Generator
Keterangan : Garis lengkung 1 : Karakteristik tegangan keluar tanpa beban yang diperoleh dari medan magnet minimum. Garis lengkung 2 : Karakteristik tegangan dengan penambahan arus penguatan maksimum. Garis lengkung 3 : Karakteristik yang bervariasi dengan men gatur arus penguatan sesuai kebutuhan beban.
2.2.3
OPERASI PARALEL ALTERNATOR
Alternator dapat dihubungkan secara parallel untuk : (1) meningkatkan kapasitas keluaran dari suatu system melebihi apa yang didapat dari satu unit, (2) berfungsi sebagai daya cadangan tambahan untuk permintaan yang suatu ketika bertambah, atau (3) untuk pemadaman satu mesin dan penyalaan mesin standby tanpa adanya pemutusan aliran daya. Ketika alternator-alternator yang sedang beroperasi pada frekuensi dan tegangan terminal yang berbeda, kerusakan parah dapat terjadi jika alternator-alternator tersebut secara mendadak dihubungkan satu sama lain pada satu bus yang sama (satu titik hubung). Untuk menghindari ini, mesin-mesin tersebut harus disinkronkan dahulu sebelum disambungkan bersama-sama. Ini dapat dicapai dengan menghubungkan satu generator ke bus (bus generator), dan mensinkronkan generator lainnya sebelum keduanya disambungkan. Generator dikatakan sinkron jika memenuhi kondisi berikut: (1) Tegangan terminal yang sama. Diperoleh dengan menyetel kekuatan medan bagi generator yang hendak masuk ke dalam rangkaian (disambungkan). (2) Frekuensi yang sama. Diperoleh dengan menyetel kecepatan prime mover dari generator yang hendak disambungkan. (3) Urutan fasa tegangan yang sama 2.2.4
RELAY PROTEKSI GENERATOR
Gambar Relay proteksi generator
Relay proteksi pada generator memiliki fungsi antara lain: 1. Loss excitation. 2. Over excitation. 3. Current unbalance. 4. Under and over voltage 2.2.5
SINKRONISASI GENERATOR
Generator yang dikoneksikan ke bus sistem atau generator lain harus disinkronisasi dahulu. Disinkronisasi berarti: 1. Frekuensi generator sama dengan frekuensi sistem. 2. Tegangan generator sama dengan tegangan sistem. 3. Tegangan generator se-fase dengan tegangan sistem. 4. Urutan fase generator sama dengan urutan u rutan fase sistem. Proses umum sinkronisasi: 1. Mengatur kecepatan regulator turbin sehingga frekuensi generator mendekati frekuensi sistem. 2. Mengatur eksitasi sehingga tegangan generator (Eo) sama dengan tegangan sistem (E) 3. Mengamati sudut fase antara Eo dan E melalui Synchroscope .
Gambar Synchroscope Cek tegangan alternator, harus sama dengan tegangan sistem. Tunggu sampai saat jarum penunjuk menyentuh 0, berarti kedua generator sefase.
4. Menutup line circuit breaker, menghubungkan generator ke sistem. Umumnya sinkronisasi generator dilakukan oleh sistem secara otomatis.
Metode paralel generator sinkron: 1. Polaritas dari generator harus sama. 2. Nilai efektif tegangan harus sama (Vrms). 3. Tegangan Generator yang diparalelkan mempunyai bentuk gelombang yang sama. 4. Frekuensi kedua generator dan frekuensi generator dengan jala-jala harus sama. 5. Urutan fasa dari kedua generator harus sama.
Kerja Paralel Generator: 1. Lampu Cahaya berputar dan Volt-meter. 2. Voltmeter, Frekuensi Meter, dan Synchroscope. 3. Cara Otomatis (Memakai Modul Sinkronisasi Genset ). Menggunakan alat yang secara otomatis memonitor perbedaan fasa, tegangan, frekuensi, dan urutan fasa. Apabila semua kondisi kond isi telah tercapai alat memberi suatu sinyal bahwa saklar untuk paralel dapat dimasukkan.
2.3
PRINSIP KERJA GENERATOR
Generator 3 fasa memiliki 3 lilitan yang sama dan tiga tegangan outputnya 0
berbeda 120 pada masing-masing fasa. Prinsip kerja generator tiga fasa
menggunakan
hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik. Besar tegangan generator bergantung pada : 1. Kecepatan putaran (N) 2. Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z) 3. Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f) 4. Konstruksi Generator Generator tiga fasa terdiri dari dua bagian utama, yaitu 1. Stator, merupakan bagian diam dari generator yang mengeluarkan tegangan bolak-balik 2. Rotor,
merupakan
bagian
bergerak
yang
menghasilkan
medan
magnit
yang
menginduksikan ke stator. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).
BAB III PENUTUP 3.1
KESIMPULAN
Dari makalah di atas dapat disimpulkan bahwa dalam kehidupan sehari-hari kita pernah menjumpai Generator tiga fasa,terutama di lingkup pembangkitan. Generator adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Adapun beberapa komponen utama dari generator, yaitu rotor, stator,cincin geser,generator penguat dan pre mover. Contoh pre mover,bisa dari air,angin, uap, disel, gas, ataupun nuklir.
DAFTAR PUSTAKA
1. http://dinnim.blogspot.com/2013/02/generator-ac.html 2. http://akhdanazizan.com/generator-listrik 3. http://tsani-oke.blogspot.com/2011/09/prinsip-kerja-generator-arus-bolak.html 4. http://coilku.com/tipe-generator-pembangkit-tegangan-generator-ac/ 5. http://kanagaartikeldanmakalah.blogspot.com/2011/02/generator-ac.html 6. http://jumadi04.blogspot.com/2010/06/generator-ac.html 7. http://jonioke.blogspot.com/2010/03/generator-arus-bolak-balik.html 8. http://generatoracdc.blogspot.com/ 9. http://oktanggrainitu.blogspot.com/2013/02/generator-ac-dc.html
