Session 9 Generator, Motor, and Transformator
1.Generator 2.Motor 3.Transformator
1. Generator • Konsep Dasar • Klasifikasi Generator
Dinamo sepeda menghasilkan arus kecil yang dapat menyalakan lampu. Induksi elektromagnetik!!
Power Generator menghasilkan tenaga listrik (arus besar) untuk didistribusikan ke rumah, industri, dll (Photo credit: CLP Power Co. Ltd)
Konsep Dasar GENERATOR Gerak
•
Listrik
Prinsip induksi elektromagnet GGL akan timbul jika terdapat gerakan relatif antar magnet (stator) dan kumparan (rotor) yang menyebabkan terpotongnya garis gaya magnet oleh kumparan.
d GGL B.ds dt s
Gaya gerak listrik yang diimbaskan dalam suatu rangkaian sama dengan negatif dari laju perubahan fluks magnetik yang menembusnya.
ind
d dt
atau
ind N
d (untuk N lili tan) dt
Requirement for Voltage Generation
• Medan Magnet • Kumparan • Gerak Relatif
Induksi Elektromagnet
COIL (INDUCTOR) INDUCED CURRENT
RELATIVE MOTION VOLTMETER
N INDUCED CURRENT
MAGNET
S
Induksi Electromagnetic Force (emf) MOTION OF CONDUCTOR B N
S
INDUCED (electron flow) CURRENT
“LEFT HAND GENERATOR RULE”
Magnet Magnet permanen umumnya terlalu lemah nilai medannya untuk aplikasi seperti generator dan motor listrik dengan kapasitas besar
IRON CORE
+
-
DC BATTERY
“ELECTROMAGNET”
B B (N x I)
AC Machines
AC Machines • The losses in AC machines are as follows: ● Rotor and stator copper (I2R) losses ● Core losses ● Mechanical losses ● Stray losses
Power Flow Diagram
Generator components •Prime mover: Komponen yang memutar rotor generator, akibat putaran steam turbine, gas turbine, diesel engine... •Armature windings: Kumparan yang menghasilkan tegangan output akibat induksi elektromagnet •Field windings: Kumparan yang digunakan untuk menghasilkan medan magnet (membutuhkan arus DC) •Stator: Bagian generator yang tidak berputar, •Rotor: Bagian generator yang berputar, disebabkan steam turbine, gas turbine, internal combustion engine, etc… •Sliding contacts (slip-rings and brushes): Area yang digunakan sebagai konduktor dari dan menuju rotor
Generator components
GENERATOR
STATOR
ROTOR
Ketika kumparan berputar, Aturan tangan kanan Fleming
B
motion I A
C
B-field
I
D
galvanometer
AB gerak ke atas, CD gerak ke bawah
Timbul beda potensial AB -CD
B
motion B-field
Setelah ¼ putaran A
D
C
Bidang kumparan sejajar dengan medan magnet tidak timbul beda potensial
C
motion
B
I
I
Setelah 1/2 putaran,
B-field o
D
180
A
AB gerak ke bawah, CD gerak ke atas
Timbul beda potensial berlawanan tanda
Generator Classification Berdasarkan arah poros: Poros datar (horizontal) Generator-turbin steam/gas Poros tegak (vertikal) Generator-turbin air
Generator Classification • Berdasarkan sistem pendinginan Saluran terbuka udara dihisap langsung dari suatu bangunan ke dalam tudung generator, kemudian dibuang ke luar bangunan itu melalui saluran udara tersebut Saluran tertutup udara dihisap ke dalam dan dikeluarkan lagi dari suatu bangunan melalui saluran-saluran tersendiri. generator dengan daya besar yang menggunakan sistem ini.
Generator Classification • Berdasarkan fase listrik yang dibangkitkan Generator 1 fase Generator 3 fase
Generator 1 fase dan 3 fase
Generator Classification • Berdasarkan frekuensi listrik yang dibangkitkan Generator AC Generator DC
Generator AC end of coils are fixed to 2 slip rings carbon brushes press against the slip rings connect slip rings to outside circuit
When coil is rotated induce alternating voltage a.c. flows through outside circuit
Generator AC
Arus yang dihasilkan generator AC: I Putaran 1/2
Arah Kumparan
1
Generator AC
Arus yang dihasilkan generator AC: I
1/2
1
putaran
I=0 (kumparan tidak memotong garis medan magnet)
Generator AC
Arus yang dihasilkan generator AC: I
max. forward I 1 1/2 2
1
Putaran
max. backward I
Kumparan memotong garis medan magnet 900
Generator AC
Generators AC • Magnet Stator (Revolving Armature) – Kumparan pada rotor adalah bagian yang berputar didalam medan electromagnetic pada stator yang diam – Umumnya output power yang dihasilkan harus dialirkan melalui slip-rings dan brushes
• Magnet Rotor (Revolving field) – Arus dc dialirkan pada rotor yang menghasilkan medan elektromagnetic yang berputar didalam stator
Revolving Armature
Revolving Field
Generator DC similar to a.c. generator
different from a.c. generator Komutator Every time the coil passes through the vertical, it reverses coil's connections with outside circuit. I in the outside circuit always flows in 1 direction.
Generator DC Arus yang dihasilkan generator DC: I Putaran 1/2
commutator reverses I
Arah kumparan
1
Basic unit • Frekuensi : banyaknya putaran per detik Frekuensi standar : 50 – 60 Hz
• Voltage : nilai yang dihasilkan generator Tegangan standar generator 3,3 KV untuk beban 3 MVA 6,6 KV untuk beban 5-10 MVA 11 KV untuk beban 10-50 MVA 13,2 KV untuk beban 50-100 MVA 15,4 KV atau 16,5 KV untuk beban diatas 100 MVA
Basic unit • RPM : n = kecepatan rotor (RPM) p = Jumlah kutub generator f = frekuensi generator
120 f n p
Jumlah Kutub
50 Hz
60 Hz
Jumlah Kutub
50 Hz
60 Hz
6
1.000
1.200
32
188
225
8
750
900
36
167
200
10
600
720
40
150
180
12
500
600
48
125
150
14
429
514
56
107
129
16
375
450
64
94
113
18
333
400
72
83
100
20
300
360
80
75
90
24
250
300
88
68
82
28
214
257
Tabel kecepatan putar sinkron dari generator
Syarat Paralel 2 Generator • Untuk meyakinkan To ensure this match, these four paralleling conditions must be met: 1. memiliki tegangan RMS yang sama. 2. Urutan Fase harus sama untuk kedua generator. 3. Frekuensi generator yang akan masuk harus lebih besar dari generator yang sedang running. 4. 2 Fase harus memiliki sudut fase yang sama
2. Motor • Basic Concepts • Classification
Basic Concepts MOTOR Listrik
Gerak
• Adanya medan magnet yang memotong suatu kumparan berarus akan menghasilkan gaya gerak.
Motor Classification • Berdasarkan arus yang mengalir di dalam kumparan Motor DC Motor AC (synchronous and induction)
• Berdasarkan fase listrik yang mengalir di dalam kumparan Motor 1 fase Motor 3 fase
Motor components • Prime mover: Komponen yang memutar rotor generator, • Armature windings: Kumparan yang menghasilkan medan magnet • Field windings: Kumparan yang digunakan untuk menghasilkan medan magnet (membutuhkan arus DC) • Stator: Bagian motor yang tidak bergerak dan dialiri arus listrik • Rotor: Bagian motor yang bergerak akibat gaya lorentz • • Sliding contacts (slip-rings and brushes): Area yang digunakan sebagai konduktor dari dan menuju rotor
Motor components
Motor AC
Motor DC
Motor 3 fase • Tersidiri dari tiga pasang kutub • Stator memiliki beberapa kumparan membentuk 3 pasang kutub • Rotor bagian yang berputar
Motor 3 fase
3. Transformer • Konsep Dasar • Klasifikasi Transformator • Konstruksi Transformator
Konsep Dasar • Transformator merupakan komponen listrik yang mengubah besaran listrik untuk diperbesar maupun diperkecil nilainya dengan menggunakan hukum Faraday.
Efisiensi Transformator
Vs .I s x100% V p .I p
Klasifikasi Transformator • Transformator Step-Up Transformator yang digunakan untuk menaikkan tegangan primer Ns > Np sehingga Vs > Vp
•Transformator Step-Down Transformator yang digunakan untuk menurunkan tegangan primer Ns < Np sehingga Vs < Vp Np = jumlah lilitan pada kumparan primer Ns = jumlah lilitan pada kumparan sekunder Vp = tegangan pada kumparan primer (volt) Vs = tegangan pada kumparan sekunder (volt) Ip = arus pada kumparan primer (ampere) Is = arus pada kumparan sekunder (ampere)
Klasifikasi Transformator • Berdasarkan fase listrik Transformator 1 fase Transformator 3 fase
PRIMARY WINDING
SECONDARY WINDING CORE
Klasifikasi Transformator • Berdasarkan Sistem Pendingin – Transformator Kering
Pendingin : Udara dihembuskan - Blower Udara lingkungan tidak dihembuskan – Konveksi Limit Daya : 1 MVA, 20 MVA (Teknologi Modern) – Transformator Basah
Pendingin : Oli – konveksi – 20 MVA Oli – didinginkan dengan udara hembus – 20 MVA Oli – Air – lebih dari 100 MVA
Skema Instalasi Trafo di Pusat Listrik a. Transformator Penaik Tegangan Generator b. Transformator Unit Pembangkit c. Transformator Pemakaian Sendiri d. Transformator Antar-Rel
Konstruksi Transformator
Konstruksi Transformator • Core: Terdiri dari tumpukan besi tipis yang diisolasi. Meberikan rute untuk flux magnet dan tempat lilitan konduktor • Lilitan Primer dan Sekunder • Tank : Tempat Oli, lilitan dan core. Harus kuat terhadap tekanan gas dan gaya elektromagnetik • Oli : berfungsi sebagai isolasi antara lilitan, core dan transformer tank serta dapat membuang panas yang terbentuk
Konstruksi Transformator • Bushing : Penutup kawat konduktor berfungsi sebagai isolasi • Sistem Nitrogen : Berfungsi untuk mengatur tekanan pada transformator selama pemanasan oli, juga berfungsi sebagai buffer antara oli dan udara agar tidak terjadi sentuhan antara oli dan udara luar • Radiator : Berfungsi untuk mendinginkan oli dengan menggukan sikulasi udara
Konstruksi Transformator • Tap Changer – Mengatur agar tegangan yang keluar sesuai yang diinginkan.
Konstruksi Transformator
Bushing
Kerusakan Transformator • • • •
Kerusalakan Isolasi. Short Circuit. Sistem Pentanahan yang Kurang Baik. Sistem Proteksi Lainnya yang tidak berfungsi semestinya.
Isolasi antar kumparan • Isolasi komparan transformator berupa kertas Kraft • Penurunan kerja isolasi Panas Lembab, kotor, terdapat oksigen Electrical Stress Mechanical Stress dan Strain
Oli Pendingin
