Tugas Teknik Tenaga Listrik 3.docx

TUGAS TEKNIK TENAGA LISTRIK CARA KEJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA DAN KONSEP DI BELAKANG TANPA BEBAN DAN TES ROTOR YANG DI BLOKIR

Nama NPM Kelas

: Findo Triandhana : 163310312 : VA

DOSEN PEMBIMBING : Dr. Indra Yasri, ST., MT.

UNIVERSITAS ISLAM RIAU FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN (S1)

2018

Pinsip kerja motor induksi tiga fasa Perputaran motor pada mesin arus bolak – balik ditimbulkan oleh adanya medan putar (fluks yang berputar) yang dihasilkan dalam kumparan statornya. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak umumnya fasa 3. hubungan dapat berupa hubungan bintang atau delta.

Ada beberapa prinsip kerja motor induksi: 1. Apabila sumber tegangan 3 fasa dipasang pada kumparan medan (stator), timbullah medan putar dengan kecepatan ................rpm dengan fs = frekuensi stator (Stator line frequency) atau frekuensi jala-jala dan p = jumlah kutub pada motor. 2. Medan stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. 3. Akibatnya pda kumparan jangkar (rotor) timbul tegangan induksi (ggl). 4. Karena kumparan jangkar merupakan kumparan tertutup, ggl (E) akan menghasilkan arus (I). 5. Adanya arus (I) didalam medan magnet menimbulkan gaya (F) pada rotor. 6. Bila kopel mula yng dihasilkan oleh gaya (F) pada rotor besar akan memikul kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator. 7. Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa tegangan induksi timbul karena terpotongnya batang konduktor (rotor) oleh medan putar stator. Artinya agar tegangan terinduksi diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan stator dengan kecepatan berputar rotor (nr). 8. Perbedaan kecepatan antara dan disebut slip (S) dinyatakan dengan: 9. Bila = , tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada kumparan jangkar rotor, dengan demikian tidak dihasilkan kopel. Kopel motor akan ditimbulkan apabila lebih kecil dari . 10. Dilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga sebagai motor tak serempak atau asinkron

KONSEP DI BELAKANG TANPA BEBAN DAN TES ROTOR YANG DI BLOKIR 1. Rotor Ada dua bentuk kutub magnet rotor: v Jenis kutub menonjol (salient pool) : untuk generator dengan kecepatan rendah dan medium. 1. Terdiri dari inti kutub, badan kutub dan sepatu kutub 2. Belitan medan dililitkan pada badan kutub 3. Pada sepatu kutub dipasang belitan peredam (damper winding) 4. Belitan kutub dari tembaga, badan kutub dan sepatu kutub dari besi lunak. v Jenis kutub silinder : untuk generator dengan kecepatan tinggi 1. Terdiri dari alur-alur yang dipasang kumparan medan 2. Ada gigi-gigi 3. Alur dan gigi tersebut terbagi atas pasangan-pasangan kutub 1. Celah Udara Gambar 2.1. Konstruksi generator sinkron Pada generator sinkron, arus DC dialirkan pada lilitan rotor untuk mengahasilkan medan magnet rotor. Rotor generator diputar oleh prime mover yang menghasilkan medan magnet berputar pada mesin. Medan magnet putar ini menginduksi tegangan tiga fasa pada kumparan stator generator. Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient (kutub sepatu) dan dan non salient (rotor silinder). Pada kutub salient, kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor sedangkan pada kutub non salient, konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan rotor. Rotor silinder umumnya digunakan untuk rotor dua kutub dan empat kutub, sedangkan rotor kutub sepatu digunakan untuk rotor dengan empat atau lebih kutub. Pemilihan konstruksi rotor tergantung dari kecepatan putar prime mover, frekuensi dan rating daya generator. Generator dengan kecepatan 1500 rpm ke atas pada frekuensi 50 Hz dan rating daya sekitar 10MVA menggunakan rotor silinder. Sementara untuk daya dibawah 10 MVA dan kecepatan rendah maka digunakan rotor kutub sepatu. Arus DC disuplai ke rangkaian medan rotor dengan dua cara: 1. Menyuplai daya DC ke rangkaian dari sumber DC eksternal dengan sarana slip ring dan sikat.

2. Menyuplai daya DC dari sumber DC khusus yang ditempelkan langsung pada batang rotor generator 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 bolak-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”. 2.1.2. Prinsip Kerja Generator Sinkron Jika sebuah kumparan diputar pada kecepatan konstan pada medan magnethomogen, maka akan terinduksi tegangan sinusoidal pada kumparan tersebut. Medan magnet bisa dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus DC atau oleh magnet tetap. Pada generator sinkron, digunakan tipe generator dengan kutub internal (internal pole generator), yang mana medan magnet dibangkitkan oleh kutub rotor dan tegangan AC dibangkitkan pada rangkaian stator. Tegangan yang dihasilkan akan sinusoidal jika rapat fluks magnet pada celah udara terdistribusi sinusoidal dan rotor diputar pada kecepatan konstan. Tegangan AC tiga fasa dibangkitan pada mesin sinkron kutub internal pada tiga kumparan stator yang diset sedemikian rupa sehingga membentuk beda fasa dengan sudut 120°. Dari penjelasan di atas bisa disimpulkan ada 3 hal pokok dalam prinsip kerja generator sinkron: 1. Kumparan rotor diberi penguat arus DC, akan timbul kutub utara & selatan. Flux magnet akan mengalir dari kutub utara ke kutub selatan melalui kumparan jangkar pada bagian stator. 2. Kumparan medan pada rotor diputar oleh penggerak awal sehingga flux yang lewat kumparan jangkar juga akan berubah. 3. Karena dilewati flux yang berubah maka pada kumparan jangkar akan dibangkitkan tegangan induksi. 2.1.3. Kecepatan Putar pada Generator Sinkron Frekuensi listrik yang dihasilkan generator dirumuskan sebagai berikut : f=(p x N)/120 dengan:

p = jumlah kutub

N = kecepatan rotor mekanis (rpm) Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron dengan kecepatan putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian elektromagnet dengan suplai arus DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah putaran rotor. 2.1.4. Pembebanan pada Generator Sinkron 1. Saat Kondisi Tanpa Beban Dengan memutar alternator pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (IF), maka tegangan GGL (Eo) akan terinduksi pada kumparan jangkar stator. Bentuk hubungannya diperlihatkan pada persamaan berikut. Ea = c.n.fluks yang mana:

c = konstanta mesin; n = putaran sinkron;

fluks = fluks yang dihasilkan oleh IF Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, karenanya tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (IF). Apabila If diubah-ubah harganya, akan diperoleh harga harga Eo seperti pada kurva. Gambar 2.2. Rangkaian generator sinkron tanpa beban Gambar 2.3. Kurva generator sinkron tanpa beban 1. Saat Kondisi Hubung Singkat Kondisi yang kedua yaitu ketika generator sinkron hubung singkat. Krakteristik saat hubung singkat bisa diketahui dari pengujian. Untuk mengamati perubahan arus jangkar Ia (yang mana juga sama dengan arus saluran) diukur dengan mengubah arus eksitasi medan. Dari pengujian hubung singkat akan menghasilkan hubungan antara arus jangkar (Ia ) sebagai fungsi arus medan (IF), dan ini merupakan garis lurus. Gambar 2.4. Kurva generator sinkron hubung singkat 1. Saat 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 1. Resistansi Jangkar Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegang/fasa (tegangan jatuh/fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar. 1. 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. 1. Reaksi Jangkar Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar (ΦA ) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada kumparan medan rotor(ΦF), sehingga akan dihasilkan suatu fluksi resultan sebesar: φR = φF + φA Interaksi antara kedua fluksi ini disebut sebagai reaksi jangkar, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.5. yang mengilustrasikan kondisi reaksi jangkar untuk jenis beban yang berbeda-beda.

Gambar 2.6.(a,b,c) Diagram fasor dengan beban yang berbeda Berdasarkan gambar diatas, maka bisa ditentukan besarnya tegangan jatuh yang terjadi, yaitu : Total Tegangan Jatuh pada Beban: Vdrop = I.Ra + j (I.Xa + I.XL) = I {Ra + j (Xs + XL)} = I {Ra + j (Xs)}

= I.Zs 2.1.5.

Pengaturan Tegangan pada Generator Sinkron

Pengaturan tegangan adalah perubahan tegangan terminal alternator antara keadaan beban nol (VNL) dengan beban penuh (VFL). Keadaan ini memberikan gambaran batasan drop tegangan yang terjadi pada generator, yang dinyatakan sebagai berikut. Faktor-faktor yang mempengaruhi pengaturan tegangan adalah : Tahanan jangkar  Reaktansi bocor lilitan jangkar  Reaksi jangkar 2.1.6. Hubungan Daya Aktif dan Frekuensi 

Menurut prinsip dasar dalam dinamika rotor, ada hubungan antara kopel mekanis penggerak generator dengan perputaran generator, dapat dituliskan dalam bentuk persamaan: (TG – TB) = M x (dw/dt) ………..(1) dimana: TG = torsi atau kopel penggerak generator TB = torsi atau kopel beban yang membebani generator M = momen inersia dari generator beserta mesin penggeraknya w= kecepatan sudut perputaran generator Karena frekuensi yang dihasilkan generator merupakan sama dengan kecepatan rotornya, sehingga dapat dituliskan dengan: f = (w/2Π) ……….(2) Hal ini berarti bahwa pengaturan frekuensi sistem merupakan pengaturan dari kopel penggerak generator atau pengaturan daya aktif dari generator. Untuk mesin penggerak generator, pengaturan frekuensi sistem di lakukan dengan pengaturan pemberian bahan bakar pada unit thermis dan pengaturan pemberian air pada unit hydro.

Sedangkan untuk sistem beban, frekuensi akan turun apabila daya aktif yang dibangkitkan tidak mencukupi kebutuhan beban dan sebaliknya frekuensi akan naik apabila ada kelebihan daya aktif dalam sistem. Secara mekanis, dengan melihat persamaan (1) dan (2) dinamika frekuensi sistem dalam kaitannya dengan pembangkitan daya aktif dapat dituliskan sebagai berikut: a. Jika TG – TB = ΔT < 0, maka dw/dt < 0, sehingga frekuensi akan turun. b. Jika TG – TB = ΔT > 0, maka dw/dt > 0, sehingga frekuensi akan naik. Namun secara tidak langsung penyediaan daya reaktif dapat pula mempengaruhi frekuensi sistem, karena penyediaan daya reaktif mempunyai pengaruh besar terhadap kenaikan tegangan, yang selanjutnya dapat menyebabkan kenaikan beban daya aktif. Namun pengaturan frekuensi sistem lebih dominan kaitannya dengan penyediaan daya aktif. 2.2.

Transformator

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai , dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh. 2.1.1.

Komponen Transformator

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

Gambar 2.7. Komponen trafo

2.1.2.

Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance). Gambar 2.8 Skema kerja transformator Pada skema transformator di samping, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya. Pada skema transformator di samping, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya. 2.1.3.

Persamaan dan Jenis dalam Transformator

Vp = tegangan primer (volt) Vs = tegangan sekunder (volt)

Np Ns

= jumlah lilitan primer = jumlah lilitan sekunder

Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu: 1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolakbalik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np). 2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolakbalik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns). Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah: 1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns). 2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP). 3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer. Sehingga dapat dituliskan: Vs = (Ns/Np) x Vp