Tigas Generator.docx

GENERATOR Generator adalah suatu alat atau system yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik dan menghasilkan tenaga listrik bolak-balik atau tenaga listrik searah tergantung pada tipe generator. Generator arus bolak balik sering disebut juga generator sinkron. Prinsip kerja generator berdasarkan Hukum Faraday tentang induksi elektro magnetic yaitu bila suatu konduktor digerakkan dalam medan magnet, maka akan membangkitkan gaya gerak listrik. Konstruksi generator sinkron terdiri dari Stator dan Rotor. Stator adalah bagian yang diam sedangkan rotor adalah bagian yang bergerak.

Pada konstruksi generator terdapat 2 bagian utama yaitu : 1.

Stator (bagian yang diam), padanya terdapat belitan 3 fase. Stator merupakan elemen diam yang terdiri dari Rangka Stator, Inti Stator dan belitan-

belitan Stator (belitan jangkar). Rangka stator terbuat dari besi tuang dan merupakan rumah dari semua bagian-bagian generator. Rangka stator ini berbentuk lingkaran dimana sambungan-sambungan pada rusuknya akan menjamin generator terhadap getaran-getaran. Inti stator terbuat dari bahan ferromagnetic atau besi lunak disusun berlapis-lapis disusun berlapislapis tempat terbnentuknya fluks magnet. Sedangkan belitan stator terbuat dari tembaga disusun dalam alur-alur, belitan stator berfungsi tempat terbentuknya gaya gerak listrik.

Bagian yang diam (stator) terdiri dari beberapa bagian, yaitu: a. Inti stator. Bentuk dari inti stator ini berupa cincin laminasi-laminasi yang diikat serapat mungkin untuk menghindari rugi-rugi arus eddy (eddy current losses). Pada inti ini terdapat slot-slot untuk menempatkan konduktor dan untuk mengatur arah medan magnetnya. b. Belitan stator. Bagian stator yang terdiri dari beberapa batang konduktor yang terdapat di dalam slotslot dan ujung-ujung kumparan. Masing-masing slot dihubungkan untuk mendapatkan tegangan induksi. c. Alur stator. Merupakan bagian stator yang berperan sebagai tempat belitan stator ditempatkan. d. Rumah stator. Bagian dari stator yang umumnya terbuat dari besi tuang yang berbentuk silinder. Bagian belakang dari rumah stator ini biasanya memiliki sirip-sirip sebagai alat bantu dalam proses pendinginan. 2.

Rotor (bagian berputar), padanya terdapat belitan medan Rotor adalah merupakan elemen yang berputar, pada rotor terdapat kutub-kutub magnet

dengan lilitan-lilitan kawatnya dialiri oleh arus searah. Kutub magnet rotor terdiri dua jenis yaitu : a. Rotor kutub menonjol (salient), adalah tipe yang dipakai untuk generator-generator kecepatan rendah dan menengah . b. Rotor kutub tidak menonjol atau rotor silinder digunakan untuk generator-generator turbo atau generator kecepatan tinggi. Kumparan medan pada rotor disuplai dengan medan arus searah untuk menghasilkan fluks dimana arus searah tersebut dialirkan ke rotor melalui sebuah cincin. Jadi jika rotor berputar maka fluks magnet yang timbul akibat arus searah tersebut akan memotong konduktor dari stator yang mengakibatkan timbulnya gaya gerak listrik. Belitan searah pada struktur medan yang berputar dihubungkan ke sebuah sumber luar melalui slipring atau brush. Slipring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor. Banyaknya slipring ada dua buah dan pada tiap-tiap slipring dapat menggeser brostel yang masing-masing merupakan positip dan negatip guna penguatan ke lilitan medan pada rotor. Slipring terbuat dari besi baja, kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Untuk membangkitkan arus

searah dibutuhkan sebuah system penguat atau Exiter, suplai diperoleh dari pembangkit itu sendiri kemudian disearahkan seterusnya dikembalikan ke rotor melalui slipring. Rotor adalah bagian generator yang bergerak atau berputar. Antara rotor dan stator dipisahkan oleh celah udara (air gap). Rotor terdiri dari dua bagian umum, yaitu: 1. Inti kutub 2. Kumparan medan Pada bagian inti kutub terdapat poros dan inti rotor yang memiliki fungsi sebagai jalan atau jalur fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan medan. Pada kumparan medan ini juga terdapat dua bagian, yaitu bagian penghantar sebagai jalur untuk arus pemacuan dan bagian yang diisolasi. Isolasi pada bagian ini harus benar-benar baik dalam hal kekuatan mekanisnya, ketahanannya akan suhu yang tinggi dan ketahanannya terhadap gaya sentrifugal yang besar. Konstruksi rotor untuk generator yang memiliki nilai putaran relatif tinggi biasanya menggunakan konstruksi rotor dengan kutub silindris atau ”cylinderica poles” dan jumlah kutubnya relatif sedikit (2, 4, 6). Konstruksi ini dirancang tahan terhadap gaya-gaya yang lebih besar akibat putaran yang tinggi.

Generator AC Berdasarkan arus yang disalurkan generator dibedakan menjadi 2 jenis yaitu generator AC (bolak balik) dan generator DC (searah). Generator AC merupakan komponen yang dapat mengubah energy gerak menjadi energi listrik. Penggunaan generator saat ini dapat dimanfaakan sebagai pembangkit listrik.

Generator AC atau altenator bekerja pada prinsip yang sama dari induksi elektromagnetik sebagai generator DC.Arus bolak balik dapat dihasilkan dari perputaran lilitan pada medan magnet atau perputaran medan magnet pada lilitan stasioner(seimbang/tidak berubah). Nilai dari tegangan tergantung pada: -

Jumlah perputaran pada lilitan

-

Kekuatan medan

-

Kecepatan rotasi lilitan/medan magnet

Cara Kerja Generator AC -

Ketika kumparan diputar didalam medan magnet,satu sisi kumparan(biru) bergerak ketas sedang lainnya(kuning)bergerak kebawah

-

Kumparan mengalami perubahan garis gaya magnet yang semakin sedikit,sehingga pada kedua sisi kumparan mengalir arus listrik mengitari kumparan mengalir arus listrik mengitari kumparan hingga kumparan sinusoid

-

Pada posisi sinusoid kumparan tidak mengalami perubahan garis gaya magnet sehingga tidak ada listrik yang mengalir pada kumparan

-

Pada posisi ini kumparan mendapat garis – garis magnet maksimum

-

Kumparan terus berputar hingga sisi biri bergerak kebawah dan sisi kuning bergerak keatas

-

Kumparan mengalami perubahan garis gaya magnet yang bertambah banyak,sehingga pada setiap sisi kumparan mengalir arus listrik yang berlawanan hingga posisi kumparan

sinusoidal.Kumparan terus berputar hingga sisi biru bergerak ketas dan sisi kuning bergerak kebawah -

Agar menimbulkan medan magnet yang berpotongan dengan konduktor pada stator rator diberi eksitasi.Karena ada dua kutub yang berbeda,utara dan selatan,maka tegangan yang dihasilkan pada stator adalah tegangan bolak balik dengan gelombang sinusoidal

-

Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan masyarakat

Bagian – Bagian Generator AC -

Rotor adlah bagian generator yang berputar (bekerja sebagai kumparan) yang membangkitkan

medan magnet.Jenis rotor adalan Turbene-driven dan salient-pole

digunakan untuk kecepatan tinggi dan salient-pole untuk kecepatan rendah.Belitan pada Tyrbine-driven rotor disusun sedemikian rupa sehingga membentuk dua atau empat kutub yang berbeda.Belitan-belitan tersebut diletakan erat-erat didalam slot agar tahan terhadap gaya sentrifugal pada kecepatan tinggi.Silient-pole rotor sering kali terdiri dari beberpa kutub yang dibelit terpisahkan,dibautkan pada kerangka rotor.Silient-pole rotor mempunyai diameter yang lebih besar dari turbine-driven rotor.Pada putaran permenit sama,salient-pole memiliki gaya sentrifugal yang lebih besar.Untuk menjaga keamanan dan keselatan sehingga belitannya tidak terlempar keluar mesin,salient-pole hanya digunakan pada aplikasi kecepatan rendah -

Stator adalah bagian generator yang diam(bekerja sebagai magnet)yang membangkitkantegangan AC

-

Brush sebagai penghubung kemotor listrik

-

Medan magnet

Macam Generator Berdasarkan tegangan yang dibangkitkan generator dibagi menjadi 2 yaitu : 1. Generator Arus Bolak-Balik (AC) Generator arus bolak-balik yaitu generator dimana tegangan yang dihasilkan (tegangan out put ) berupa tegangan bolak-balik. 2. Generator Arus Searah (DC) Generator arus searah yaitu generator dimana tegangan yang dihasilkan (tegangan out put) berupa tegangan searah, karena didalamnya terdapat sistem penyearahan yang dilakukan bisa berupa oleh komutator atau menggunakan dioda.

Berdasarkan sistem pembangkitannya generator AC dapat dibagi menjadi 2 yaitu : 1. Generator 1 fasa Prinsip kerja Motor AC Satu Fasa Motor AC satu fasa berbeda cara kerjanya dengan motor AC tiga fasa, dimana pada motor AC tiga fasa untuk belitan statornya terdapat tiga belitan yang menghasilkan medan putar dan pada rotor sangkar terjadi induksi dan interaksi torsi yang menghasilkan putaran. Sedangkan pada motor satu fasa memiliki dua belitan stator, yaitu belitan fasa utama (belitan U1-U2) dan belitan fasa bantu (belitan Z1-Z2), lihat gambar1.

Gambar 1. Prinsip Medan Magnet Utama dan Medan magnet Bantu Motor Satu fasa Belitan utama menggunakan penampang kawat tembaga lebih besar sehingga memiliki impedansi lebih kecil. Sedangkan belitan bantu dibuat dari tembaga berpenampang kecil dan jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya lebih besar dibanding impedansi belitan utama. Grafik arus belitan bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama berbeda fasa sebesar φ, hal ini disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua belitan tersebut. Perbedaan arus beda fasa ini menyebabkan arus total, merupakan penjumlahan vektor arus utama dan arus bantu. Medan magnet utama yang dihasilkan belitan utama juga berbeda fasa sebesar φ dengan medan magnet bantu.

Gambar 2. grafik Gelombang arus medan bantu dan arus medan utama

Gambar 3. Medan magnet pada Stator Motor satu fasa Belitan bantu Z1-Z2 pertama dialiri arus Ibantu menghasilkan fluks magnet Φ tegak lurus, beberapa saat kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama Iutama. yang bernilai positip. Hasilnya adalah medan magnet yang bergeser sebesar 45° dengan arah berlawanan jarum jam. Kejadian ini berlangsung terus sampai satu siklus sinusoida, sehingga menghasilkan medan magnet yang berputar pada belitan statornya. Rotor motor satu fasa sama dengan rotor motor tiga fasa yaitu berbentuk batang-batang kawat yang ujung-ujungnya dihubung singkatkan dan menyerupai bentuk sangkar tupai, maka sering disebut rotor sangkar.

Gambar 4. Rotor sangkar Belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator, menghasilkan tegangan induksi, interaksi antara medan putar stator dan medan magnet rotor akan menghasilkan torsi putar pada rotor. Motor Kapasitor Motor kapasitor satu phasa banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci, motor lemari es, motor air conditioning. Konstruksinya sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220 V, oleh karena itu menjadikan motor kapasitor ini banyak dipakai pada peralatan rumah tangga.

Gambar 5. Motor kapasitor Belitan stator terdiri atas belitan utama dengan notasi terminal U1-U2, dan belitan bantu dengan notasi terminal Z1-Z2 Jala-jala L1 terhubung dengan terminal U1, dan kawat netral N terhubung dengan terminal U2. Kondensator kerja berfungsi agar perbedaan sudut phasa belitan utama dengan belitan bantu mendekati 90°.

Pengaturan arah putaran motor kapasitor dapat dilakukan dengan (lihat gambar6): • Untuk menghasilkan putaran ke kiri (berlawanan jarum jam) kondensator kerja CB disambungkan ke terminal U1 dan Z2 dan terminal Z1 dikopel dengan terminal. • Putaran ke kanan (searah jarum jam) kondensator kerja disambung kan ke terminal Z1 dan U1 dan terminal Z2 dikopel dengan terminal U1.

Gambar 6. Pengawatan motor kapasitor dengan pembalik putaran. Motor kapasitor dengan daya diatas 1 KW di lengkapi dengan dua buah kondensator dan satu buah saklar sentrifugal. Belitan utama U1-U2 dihubungkan dengan jala-jala L1 dan Netral N. Belitan bantu Z1-Z2 disambungkan seri dengan kondensator kerja CB, dan sebuah kondensator starting CA diseri dengan kontak normally close (NC) dari saklar sentrifugal, lihat gambar 7. Awalnya belitan utama dan belitan bantu mendapatkan tegangan dari jala-jala L1 dan Netral. Kemudian dua buah kondensator CB dan CA, keduanya membentuk loop tertutup sehingga rotor mulai berputar, dan ketika putaran mendekati 70% putaran nominalnya, saklar sentrifugal akan membuka dan kontak normally close memutuskan kondensator bantu CA.

Gambar 7. Pengawatan dengan Dua Kapasitor

Fungsi dari dua kondensator yang disambungkan parallel, CA+CB, adalah untuk meningkatkan nilai torsi awal untuk mengangkat beban. Setelah putaran motor mencapai 70% putaran, saklar sentrifugal terputus sehingga hanya kondensator kerja CB saja yang tetap bekerja. Jika kedua kondensator rusak maka torsi motor akan menurun drastis, lihat gambar 8.

Gambar 8. Karakteristik Torsi Motor kapasitor MotorShaded Pole Motor shaded pole atau motor phasa terbelah termasuk motor satu phasa daya kecil, dan banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga sebagai motor penggerak kipas angin, blender. Konstruksinya sangat sederhana, pada kedua ujung stator ada dua kawat yang terpasang dan dihubung singkatkan fungsinya sebagai pembelah phasa. Belitan stator dibelitkan sekeliling inti membentuk seperti belitan transfor mator. Rotornya berbentuk sangkar tupai dan porosnya ditempatkan pada rumah stator ditopang dua buah bearing.

Gambar 9. motor shaded pole, Motor fasa terbelah.

Irisan penampang motor shaded pole memperlihatkan dua bagian, yaitu bagian stator dengan belitan stator dan dua kawat shaded pole. Bagian rotor sangkar ditempatkan di tengah-tengah stator, lihat gambar 10.

Gambar 10. Penampang motor shaded pole. Torsi putar dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa oleh kawat shaded pole. Konstruksi yang sederhana, daya yang kecil, handal, mudah dioperasikan, bebas perawatan dan cukup di suplai dengan Tegangan AC 220 V, jenis motor shaded pole banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga kecil. Motor Universal Motor Universal termasuk motor satu phasa dengan menggunakan belitan stator dan belitan rotor. Motor universal dipakai pada mesin jahit, motor bor tangan. Perawatan rutin dilakukan dengan mengganti sikat arang yang memendek atau pegas sikat arang yang lembek. Kontruksinya yang sederhana, handal, mudah dioperasikan, daya yang kecil, torsinya yang cukup besar motor universal dipakai untuk peralatan rumah tangga.

Gambar 11. komutator pada motor universal. Bentuk stator dari motor universal terdiri dari dua kutub stator. Belitan rotor memiliki dua belas alur belitan dan dilengkapi komutator dan sikat arang yang menghubungkan secara seri antara belitan stator dengan belitan rotornya. Motor universal memiliki kecepatan tinggi sekitar 3000 rpm.

Gambar 12. stator dan rotor motor universal 2. Generator 3 fasa

Generator yang dimana dalam sistem melilitnya terdiri dari tiga kumpulan kumparan yang mana kumparan tersebut masing-masing dinamakan lilitan fasa. Jadi pada statornya ada lilitan fasa yang ke satu ujungnya diberi tanda U – X; lilitan fasa yang ke dua ujungnya diberi tanda dengan huruf V – Y dan akhirnya ujung lilitan fasa yang ke tiga diberi tanda dengan huruf W – Z.

Pemanfaatan Generator AC Contoh generator AC yang akan sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah dinamo sepeda. Bagian utama dinamo sepeda adalah sebuah magnet tetap dan kumparan yang disisipi besi lunak. Jika magnet tetap diputar, perputaran tersebut menimbulkan GGL induksi pada kumparan. Jika sebuah lampu pijar (lampu sepeda) dipasang pada kabel yang menghubungkan kedua ujung kumparan. lampu tersebut akan dilalui arus induksi AC. Akibatnya, lampu tersebut menyala. Nyala lampu akan makin terang jika perputaran magnet tetap makin cepat (laju sepeda makin kencang). Generator AC (alternator) bervariasi ukurannya sesuai dengan beban yang akan disuplai. Sebagai contoh, alternator pada PLTA mempunyai ukuran yang sangat besar, membangkitkan ribuan kilowatt pada tegangan yang sangat tinggi. Contoh lainnya adalah alternator di mobil, yang sangat kecil sebagai perbandingannya. Beratnya hanya beberapa kilogram dan menghasilkan daya sekitar 100 hingga 200 watt, biasanya pada tegangan 12 volt.

Generator AC banyak kita jumpai pada pusat-pusat listrik (dengan kapasitas yang relatif besar). Misalnya pada PLTA, PLTU, PLTD, PLTN, PLTG, dan lain lain. Disini umumnya generator AC disebut dengan alternator atau generator saja. Selain generator AC dengan kapasitas yang relatif besar tersebut, kita mengenal pula generator dengan kapasitas yang relatif kecil. Misalnya generator yang dipakai untuk penerangan darurat, untuk penerangan daerah-daerah terpencil (yang belum terjangkau PLN), dan sebagainya. Generator tersebut sering disebut home light atau generator set.

PLT Batubara PLTU batubara di Indonesia yang pertama kali dibangun adalah di Suryalaya pada tahun1984 dengan kapasitas terpasang 4 x 400 MW. Sekarang PLTU Suralaya mempunyai 5-7 unit pembangkit dengan kapasitas total 3400 MW dan kebutuhan batubara 10,23 juta ton per tahun. Contoh perhitungan kasar efisiensi PLTU Suralaya: 

Kapasitas per hari (panas yang diubah menjadi listrik) = 3.400 MW



Misal batubara yang digunakan berjenis bituminous yang mempunyai heating value 7555,3 kkal/kg



Kebutuhan batu bara = 28.027,39 ton/hari = 1.167.087,9 kg/jam



Panas dihasilkan= 1.167.087,9 kg/jam x 7533,3 kkal/kg = 8.823.139.153 kkal/jam = 10.293,6 MW



Efisiensi = 3.400/10.293,6 x 100% = 33,03%

Ini sesuai dengan fakta bahwa kebanyakan steam power plant mempunyai efisiensi termal kurang dari 50% karena konversi energi termal menjadi energi mekanik sangat rendah sebagai akibat banyaknya panas yang hilang ke lingkungan ( hukum Termodinamika kedua).

Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Dalam pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), panas dikonversikan menjadi energi listrik (melalui energi mekanik). Sumber panasnya bisa berasal dari batu bara, nuklir, gas, minyak, maupun panas bumi. Pada saat ini, sebagian besar energi listrik dihasilkan oleh PLTU. Efisiensi suatu PLTU biasanya sekitar 25 sampai 50%. Oleh sebab itu, banyak orang mengatakan bahwa PLTU mempunyai efisiensi yang rendah dan sedapat mungkin harus diganti dengan yang lebih baik. Akan tetapi sebenarnya pendapat ini ternyata tidak seratus persen benar. Topik inilah yang ingin dibahas dalam tulisan ini. Efisiensi suatu pusat pembangkit listrik didefinisikan sebagai berikut:

Definisi ini berlaku untuk pembangkit apa saja. Sepertinya penggunaan rumus efisiensi ini sangat sederhana, tetapi dalam praktek ternyata ada beberapa masalah yang dihadapi. Masalah

pertama, suatu pusat pembangkit memerlukan energi listrik dalam operasinya. Jika kita menggunakan energi listrik yang dihasilkan generator maka efisiensinya disebut efisiensi kotor (gross efficiency). Jika dikurangi dengan energi listrik yang dipakai dalam pembangkit, efisiensi yang didapat disebut efiensi bersih (net efficiency).

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Jumlah daya listrik yang dapat dibangkitkan pada suatu pusat pembangkit listrik tenaga air tergantung pada ketinggian (h) dimana air jatuh dan laju aliran airnya. Ketinggian (h) menentukan besarnya energi potensial (EP) pada pusat pembangkit (EP = m x g x h). Laju aliran air adalah volume dari air (m3) yang melalui penampang kanal air per detiknya (q m3/s). Daya teoritis kasar (P kW) yang tersedia dapat ditulis sebagai:

Daya yang tersedia ini kemudian akan diubah menggunakan turbin air menjadi daya mekanik. Karena turbin dan peralatan elektro-mekanis lainnya memiliki efisiensi yang lebih rendah dari 100% (biasanya 90% hingga 95%), daya listrik yang dibangkitkan akan lebih kecil dari energi kasar yang tersedia. Gambar 1 menunjukkan pusat pembangkit listrik tenaga air pada umumnya.

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) Sebagai kondensator dari sikius uap air primer, kedua jenis pembangkit listrik di atas memanfaatkan air dari sumber yang berdekatan dengan lokasinya. Oleh karena itu polusi air yang disebabkan oleh masing-masing kurang lebih berimbang untuk ukuran generator yang sama. Sebuah PLTN rata-rata beroperasi dengan efisiensi panas 33% (40% untuk PLTU). Jadi kurang lebih dua pertiga dari panas yang dihasilkan oleh bahan bakar terpaksa dilepas ke lingkungan meialui sikius pendingin. Untuk sebuah PLT (nuklir atau batubara) dengan ukuran 1.000 MWe yang beroperasi dengan efesiensi 35%, dihasilkan sekitar 1.860 MW sisa panas. Jika air diambil dengan debit 100 m3/s, maka air yang keluar dari sikius sekunder ini akan mengalami kenaikan suhu sekitar 4,5oC, suatu angka yang cukup untuk menggangu

kesetimbangan ekosistim dari organisms yang hidup di sumber air tersebut. Dampak ini akan bertambah lagi dengan adanya bahan-bahan kimia pemurni air yang dicampurkan sebelum air tersebut masuk ke siklus pendingin.akan penggunaan energy Batubara setelahproses pembakaran menerapakan teknologi bersih antara lain: Teknologi Denitrifikasi,Teknologi Dedusting,Teknologi Desulfurisasi,Teknologi C2 Removal,Teknologi FBC,Teknologi MHD, dan Teknologi kombinasi IGCC dan Fuel Cell.teknologi-teknologi diatas merupakan teknologi untuk proses pembakaran pada energi batubara sehingga asap yang dihasilkan itu tidak terlalu banyak sehingga tingkat polusi yang disebabkan sedikit.