Session 9 Generator, Motor, and Transformator

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