HANDOUT MESIN-2 LISTRIK
Materi : GENERATOR Alokasi: 6 x 3Js
oleh: HARI PUTRANTO
Tujuan Pembelajaran:
1. Memahami konsep dasar konstruksi, prinsip kerja dan bgm generator beroperasi. 2. Mengenal berbagai jenis generator DC maupun AC 3. Menganalisa generator yg sedang beroperasi berkaitan: rugi dan efisiensi, kapasitas daya dan berbagai hubungan belitan jangkar.
Glosarium / definisi / istilah :
. Sebuah mesin yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik . DC: arus searah, AC: arus bolak-balik . Shunt: paralel, seri, kompon:campuran . Jangkar: tempat meletakkan belitan . Kutub magnet,cincin geser, komutator, lamel, borstel/sikat . GGL, Tegangan jepit
Macam macam GENERATOR:
a. Generator Arus Bolak-balik - Kutub Luar - Kutub dalam . Fasa : 1 , 2 , 3 b. Generator Arus Searah - Penguat Terpisah - Penguat Sendiri: . Generator Shunt . Generator Seri . Gen. Kompon Pendek . Gen. Kompon Panjang
Konstruksi dasar GENERATOR dan Konsep Pembangkitan GGL
U
S
RL
+ Garis gaya magnet Gaya gerak listrik Gerak
Azas tangan kanan:
. Jika sebatang penghantar digerakkan dalam lingkungan medan magnet, maka pada penghantar tadi dibangkitkan GGL . Jika tangan kanan kita rentangkan sedemikian rupa, shg garis2 gaya magnet menuju telapak tangan; ibu jari menunjukkan arah gerakan penghantar; maka arah GGL yang dibangkitkan pd penghantar ditunjukkan oleh jari2 yang lain.
. Besarnya GGL yang dibangkitkan pada penghantar dipengaruhi oleh: 1. jumlah pasang kutub (p) 2. kecepatan gerak (n) 3. jumlah kawat yang terhub seri (Z) 4. jumlah garis gaya magnet (fluxi) 5. faktor belitan (DC:a ; AC: fp, fb, fw)
. Untuk menggerakkan penghantar pd medan magnet, maka pada generator AC dibedakan 2 macam konstruksi: 1. Kutub luar : kutub diam, penghantar berputar ( n tinggi, GGL rendah) 2. Kutub dalam: kutub berputar, penghantar diam (n rendah, GGL tinggi) . Generator DC selalu berkutub luar utk proses penyearahan lwt komutator
Generator Arus Searah/ DC: konstruksi dan proses penyearahan.
1
RL U a RL +
2
U b a RL +
3
U b a -
b S
+
S
S
+
1. Pada posisi gb1 sisi kumparan berada pada medan magnet yang paling kuat. Dgn analisa tangan kanan, maka sisi kumparan a mengalir GGL meninggalkan kita dan sisi kumparan b menuju kita. Arus listrik mengalir lwt lamel bawah menuju beban RL (dari atas ke bawah) 2. Posisi gb2 sisi kump a dan b tdk terpotong grs gaya magnet, GGL tdk terbangkit. Tdk ada aliran arus di RL
3. Pada posisi gb3, adalah sama dgn gb1, meski sisi kump a dan b berbalik posisi, arah arus di RL tetap ke atas.
E Emaks
t
0 2
Gbr: GGL pada RL dalam 1 putaran poros
Rumus Pembangkitan GGL :
GGL yang dibangkitkan untuk satu lilitan GGL rata-rata
P. erata rata .10 8 60 / n n P.10 10 Volt 60
d 8 e .10 dt
• Dalam kumparan jangkar terdapat Z konduktor yang Terbagi dalam (P/a) cabang paralel, GGL rata-rata menjadi
p n 8 E . .Z..10 Volt a 60
Contoh: Suatu generator DC mempunyai 8 buah kutub, belitan gelung , putaran 200 rpm, fluksi per kutub 0,05 weber, jumlah penghantar jangkar 960 batang , Hitunglah GGL E yang dibangkitkan jangkar. Penyelesaian: Data: P = 4; n = 200 rpm; Z = 960 batang kawat; Φ/ktb = 0,05 Wb; belitan gelung (a = p)
E
p n . .Z . .108 Volt a 60 4 200 .960.0,05 4 60 160Volt
LILITAN JANGKAR
Rumus lilitan jangkar: Yg < atau = G/2p Y1 = 2U.Yg + 1 atau 2U.Yg-1 Yc = 1 ( gelung) Yc = (U.G + atau – m) : p(gelombang) Y2 = 2Yc – Y1 Dimana: Yg=kisar alur, Y1=kisar maju Yc=kisar lamel, Y2=ksr mundur
Lilitan gelung dan gelombang
Ys Ys Y1 Y2 Y1 Y2
Yc
Yc
Letak lilitan di jangkar:
1 2 15
16
3 4
1 2
3 4
13 14
7 8 1 2 6 3 5 4
15 16
6 5 1 2 3 4 8 5 7 6
6 5
8
12 11 10 9 7
13 14
8 12 11 10 9 7
Contoh rencana lilitan jangkar:
Jangkar generator DC 2kutub (2p= 2) memp.8 alur (G=8), yang tiap alurnya diisi 2 sisi kumparan (2U=2). Rencana lilitan gelung: Yg = atau < 8 : 2 = 4 atau < Kita ambil Yg = 3 Y1 = 2.3 + atau – 1= 7 atau 5 Kita ambil Y1 = 7
EVALUASI : Untuk memperdalam pengertian saudara, buatlah : a) bentangan lilitan b) bagan arus, c) letak lilitan dalam jangkar, untuk contoh lilitan gelombang yang daftar lilitnya sudah kita buat di atas.
Belitan penguat magnet dialiri arus listrik dari baterai yang terpisah (dari luar generator)
Persamaan Tegangan dan daya padaGenerator penguat terpisah
E = VL + Ia .Ra + 2 Esi (Volt) Ef = If .Rf (Volt) Ia = IL (Amper) VL = IL .RL atau VL = Ia .RL (Volt) P = VL .IL (Watt)
VL 2 P IL .RL atau P RL
2
(Watt)
Generator Shunt
Kumparan medan dihubung paralel dengan kumparan jangkar
IL
+
If Vf G
Ia + VL RL
-
RL
IL
Rumus2 yang berlaku pd Generator Shunt: . Ia = IL – Ish . VL = GGL – Ia.Ra . = Ish . Rsh . Pout = VL . IL . Pin = GGL . Ia
Generator seri
Kumparan medan dihubung seri dengan kumparan jangkar
IL Ia
+
G Is
VL RL
-
RL
IL
Rumus2 generator seri
. Ia = Is = IL (amper) . VL = GGL – Ia.Ra – Is. Rs (volt) . Pout = VL . IL (watt) . Pin = GGL . Ia (watt) . Eff = (Pout) : ( Pin + Rugi2)
Generator kompon pendek
+ C R
L
A
IL Is Ia If Vf G VL
IL
RL
Rumus2 generator kompon pendek :
. Ia = If + IL . If = (GGL – Ia.Ra) : Rf = (VL + Is.Rs) : Rf . IL = Is . VL = GGL – Ia.Ra – Is.Rs . Pout = VL . IL . Pin = GGL . Ia .
Generator kompon panjang
+
C -
B
A A IL If B Vf G Is Ia VL RL
R L
IL
C
Rumus2 yg berlaku pada Generator kompon panjang
. Ia = Is . Ia = If + IL . If = VL : Rf IL = Pout : VL . VL = GGL – Ia.Ra – Is.Rs . VL = If . Rf . Pout = Vl . IL
RUGI DAN EFISIENSI
- Rugi2 pada generator: 1. Rugi tembaga ( Wcu ) 2. Rugi besi ( Wh+e) 3. Rugi gesek : poros dan sikat - Eff mek = (Pin – Wgesek) : Pin - Eff list = (Pout) : (Pout +Wcu + Wh+e) - Eff tot = Pout : Pin
Diagram rugi dan effisiensi
Rugi-rugi angin, hysterisis, arus pusar Rugi gesek bantalan dan sikat
Rugi-rugi gesek dan besi
Daya yang Diambil Jangkar
Daya masuk Pin=I.VT
Daya keluar dari Jangkar
Daya Jangkar Pa=I.E1
Daya keluar dari terminal
Rugi-rugi tembaga
Rugi-rugi tembaga jangkar dan sikat
Rugi-rugi tembaga medan dan pengatur
Mengatur Tegangan Generator
Karakteristik Beban Nol: E = f(If) GGL
E5 E4 Enomial Garis tahanan
E3
E2
E1
If1 If2 If3
If4
If5
Arus Medan
If6
Rangkaian Pengatur tegangan:
Beban
VT
Ia
G
Gbr. Mengatur tegangan Generator penguat terpisah
If
+
-
Beban
VT
Ia
G
Gbr. Mengatur Tegangan Generator Shunt
If
Beban
Gbr. Mengatur tegangan generator seri
Ia
G
Beban
VT
Ia
G
Gbr. Mengatur tegangan Generator kompon
If
Memparalel generator
A
A
V
03 02 01 01 02 03
G
If If
G
Contoh-contoh Soal:
1.Sebuah generator shunt melayani beban listrik 5,5KW melalui sebuah hantaran 0,042 Ohm. Tegangan beban 110 Volt. Tahanan jangkar 0,1 Ohm dan tahanan medan 40 Ohm Hitunglah : tegangan jepit dan GGL. Penyelesaian: IL = PL : VL = 5,5 KW : 110 V = 50A
2.Generator kompon dengan shunt pendek melayani beban 100A/200V. Tahanan jangkar 0,02 ohm, tahanan seri 0,04 Ohm dan shunt= 51 ohm. Hitunglah: arus jangkar dan GGL Penyelesaian: . IL = Is If = (VL + Is.Rs) : Rf = (200 + 100.0,04) : 51 = 4A
. Ia = IL + If = 100 + 4 = 104 A . GGL = VL + Is.Rs + Ia.Ra = 200 + 100.0,04 + 104.0,02 = 206,08 Volt. 3.Generator kompon panjang melayani beban 100KW pada tegangan 250V. Tahanan jangkar 0,05 ohm, medan seri 0,03 ohm dan medan shunt 55 ohm. Hitunglah : GGL dan Arus jangkarnya.
Penyelesaian: . IL = PL : VL = 100KW : 250 V = 400 A If = VL : Rf = 250 : 55 = 4,55 A Ia = Is = IL + If = 400 + 4,55 = 404,55A . GGL = VL + Is.Rs + Ia. Ra = 250 + 404,55.(0,03 + 0,05) = 282,364 Volt
Generator Arus Bolak Balik
Macam-macamnya: 1. Generator 1 fasa: mempunyai 1buah kumprn dengan ujung2 kumprn u-x. 2. Generator 2 fasa: mempunyai 2 buah kumparan dengan ujung2 u-x & v-y. Jarak masing2 kumprn 90 dL 3. Gen 3 fasa: mempny 3buah kumparn dgn ujung2 u-x, v-y dan w-z (120 dL)
Konstruksi Gen abb 1 fasa
U
S RL
+ Garis gaya magnet Gaya gerak listrik Gerak
Bentuk kumparan: 1. Memusat/konsentris/spiral winding 2. Jerat/buhul/lap winding 3. Gelombang