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 Garis gaya magnet
RL +
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
b S +
2
U b
3 U a
b
-
a
S
RL +
RL
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
d 8 e .10 dt
P. erata rata .10 8 60 / n n P.10 10 Volt 60
• 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)
p n . .Z . .108 Volt a 60 4 200 .960.0,05 4 60 160Volt
E
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 Y2
Y1
Y1
Yc
Yc
Y2
Letak lilitan di jangkar: 1 2
1 2
3 4
15 16
6 5
1 2 3 4 8 5 7 6
13 14
8 7
12 11
4
15 16
7 8 1 2 6 3 5 4
13 14
3
10 9
6 5
8 7
12 11
10 9
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
Yc = 1 Y2 = 2.1 – 7 = -5 Daftar lilit: Lamel Sisi Kumparan Lamel 1 1 - 8 2 2 3 - 10 3 3 5 - 12 4 …………………………. dst
Bentangan lilitan gelung
7
8
15
1 16
U2
1 3
2 5
4
3 7
6
4 9
8
S
10
5 11
13 12
6 14
Nomor alur
Nomor sisi kumparam Nomor sisi kumparan
7
8
1
2
3
4
5
6
Nomor lamel
2
3
4 5
1
8
7
6
+
-
Gbr. Bagan Arus ( menunjukkan 2a = 2)
U
1 2 3 4 15 16
7
8
2
6 13 14
6 5
1
3
5 4
8 7 12 11
10 9
S
Gbr. Letak lilitan dalam jangkar
Rencana lilitan Gelombang: Yg = 2 ; Y1 = 3 Yc = (1 . 4 + 1 atau -1) : 2 = 2,5 atau 1,5 Krn bkn bil bulat, kita ambil m = 2 Shg Yc = 3 atau 1 Kita ambil Yc = 3 Y2 = 2. 3 – 3 = 3 (Y2 bukan lagi mundur, tapi maju)
Daftar Lilit: Lamel Sisi Kumparan 1 1 4 4 7 - 10 7 13 - 16 2 3 6 5 9 - 12 8 15 2 3 5 8 6 11 - 14 1 1 4
Lamel 4 7 2 5 8 3 6 1 4
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.
Macam-macam generator arus searah / DC Generator penguatan terpisah Generator berpenguatan sendiri Generator shunt (Paralel/Jajar) Generator Deret (seri) Generator kompon. (seri-paralel) – Generator kompon pendek. – Generator kompon panjang.
Generator penguat terpisah
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) 2
VL 2 P IL .RL atau P RL
(Watt)
Generator Shunt Kumparan medan dihubung paralel dengan kumparan jangkar
IL
+
Ia +
If Vf
-
G
VL
RL
IL
RL
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
+
VL
G
RL Is
-
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 -
A R
IL
L
IL
Is Ia If
VL Vf
G
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
R L IL
A IL If
Is Ia
B Vf
VL G
C
RL
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
Daya keluar dari Jangkar
Daya Jangkar Pa=I.E1
Daya yang Diambil Jangkar
Daya masuk Pin=I.VT
Rugi-rugi gesek dan besi
Rugi-rugi tembaga jangkar dan sikat
Daya keluar dari terminal
Rugi-rugi tembaga
Rugi-rugi tembaga medan dan pengatur
Mengatur Tegangan Generator Karakteristik Beban Nol: E = f(If) GGL E5
Enomial Garis tahanan
E4
E3
E2
E1
If1 If2 If3
If4
If5
Arus Medan
If6
Rangkaian Pengatur tegangan: Beban
VT
Ia
G
If
+
-
Gbr. Mengatur tegangan Generator penguat terpisah
Beban
VT
Ia
G
If
Gbr. Mengatur Tegangan Generator Shunt
Beban
Gbr. Mengatur tegangan generator seri Ia
G
Beban
VT
Ia
G
If
Gbr. Mengatur tegangan Generator kompon
Memparalel generator
A
A
V 03 02 01
01 02 03
G If
G If
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
. Tegangan Jepit = VL + IL.Rsal = 110 + 50. 0,042 = 112,1 Volt . GGL = Teg Jepit + Ia.Ra = 112,1 + (IL + If) . Ra = 112,1 + ( 50 + (112,1:40)).0,1 = 112,1 + 5,28 = 117,38 Volt.
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 Garis gaya magnet
RL +
Gaya gerak listrik Gerak
Bentuk kumparan: 1. Memusat/konsentris/spiral winding 2. Jerat/buhul/lap winding 3. Gelombang
