16 June, 2013

GENERATOR

Generator adalah suatu alat pengubah energi mekanik menjadi energi listrik yang digerakkan oleh sumber tenaga dari luar misalnya turbin uap, turbin air, mesin diesel, dan sebagainya. Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator.

Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu sakelar terhubung dengan jala-jala.
Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu:
a. Generator arus bolak-balik 1 fasa
b. Generator arus bolak-balik 3 fasa


1.1 Konstruksi generator
Konstruksi generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu :
a.       Generator terdiri dari :
1.      Stator (bagian yang diam yang mengeluarkan tegangan arus bolak-balik)
2.      Rotor (bagian yang bergerak yang menghasilkan medan magnet yang menginduksikan ke stator)
b.      Stator terdiri dari :
1.      Rangka stator
2.      Inti magnetik stator
3.      Belitan stator
4.      Bushing
c.       Rotor terdiri dari :
1.      Poros
2.      Struktur jaringan laba-laba
3.      Inti Magnetis rotor
4.      Kutub-kutub elektromagnet
5.      Belitan kutub (rotor)


1.      Rangka Stator
Rangka stator merupakan tempat pemasangan inti magnetik stator, penyangga untuk konstruksi bantalan generator, penyangga untuk struktur atas konstruksi unit pembangkit.
Sebelah dalam rangka dipasang rusuk-rusuk aksial berbentuk ekor burung untuk tempat pemasangan dan pengikatan lempeng-lempeng inti magnetik stator.
2.      Inti Magnetik
Inti magnetik merupakan jalan (sirkuit) bagi fluksi magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub elektromagnet dari rotor. Lempeng-lempeng inti magnetik disusun secara berlapis sekeliling rangka di sebelah dalam. Penyusunan dari lapis yang satu ke lapis berikutnya dilakukan secara overlap. Inti magnetik disusun dalam beberapa kelompok lapis. Antara kelompok lapis tersebut dipasang sekat logam berbentuk I yang membentuk celah (saluran) ventilasi pendingin.
Pinggir luar lempengan inti mempunyai lubang berbentuk ekor burung untuk pengikatan pada rusuk-rusuk aksial rangka. Pinggir dalam lempengan inti magnetik mempunyai lubang-lubang yang membentuk alur / selokan inti untuk tempat konduktor dari belitan stator. Keseluruhan susunan lempeng inti magnetik di klem pada bagian atas dan bawah menggunakan plat dan jari penekan inti. 
3.      Belitan stator
Belitan stator merupakan bagian yang membangkitkan gaya gerak (tegangan listrik). Belitan stator terdiri dari 3 (tiga) kelompok belitan, yaitu :
·         Kelompok belitan fase R
·         Kelompok belitan fase S
·         Kelompok belitan fase T
Belitan dari fase yang sama dihubungkan paralel dan merupakan belitan cabang dari fase tersebut. Belitan disusun dari beberapa kumparan yang dihubung seri. Kumparan disusun dari beberapa lilitan yang dihubung seri. Lilitan disusun dari dua konduktor yang dihubung seri. Konduktor merupakan sisi lilitan atau sisi kumparan.
Konduktor dari sisi kumparan ditempatkan atau dijangkarkan di dalam alur inti magnetik. Oleh sebab itu belitan yang membangkitkan tegangan listrik disebut juga sebagai belitan jangkar.
Kedua sisi kumparan dari suatu lilitan ditempatkan dalam dua jalur yang berbeda, satu di bagian bawah dan yang satu lagi dibagian atas.
4.      Rangkaian rotor
Pada rotor dipasang kutub-kutub elektromagnet utara (positif) dan selatan (negatif). Kutub terdiri dari inti kutub dan kumparan kutub.
Inti kutub dibentuk dari lempeng-lempeng inti magnetik. Kumparan-kumparan kutub dihubungkan seri dan membentuk belitan kutub (rotor). Kutub-kutub dilengkapi dengan belitan peredam. Belitan peredam terdiri batang-batang konduktor yang dipasang pada inti kutub. Ujung-ujung dari batang konduktor ini dihubungkan jadi satu sehingga belitan perendam tersebut berbentuk sangkar.

1.2 Prinsip Kerja Generator
Prinsip kerja generator didasarkan kepada hukum induksi (imbas). Apabila belitan rotor (kutub) diberi arus searah (penguatan) If maka didalam inti kutub dibangkitkan fluksi (medan) magnet Φ. Besarnya fluksi  Φ tergantung besarnya arus penguat If. Fluksi Φ ini beredar melalui celah udara dan inti stator, sehingga belitan stator melingkupi fluksi Φ ini.
Apabila rotor diputar maka fluksi yang dilingkupi oleh belitan akan berubah-ubah sehingga pada belitan stator akan diinduksi gerak gaya (tegangan) listrik.
Nilai tegangan adalah fungsi dari perputaran rotor N dan fluksi Φ. Apabila perputaran rotor N = konstan, maka nilai tegangan merupakan fungsi dari fluksi Φ atau arus penguras If.
E = k . If . (Φ) volt
Jadi tegangan generator diatur dengan mengatur arus penguat.
Frekwensi f dari tegangan bolak-balik ditentukan oleh jumlah kutub P dan perputaran N dari rotor yaitu :

Apabila N = 272,77 rpm, P = 22 kutub, maka f = 50 Hz.
Dalam konstruksinya, kumparan terletak pada bagian stator dan medan magnet terletak pada rotor. Konstruksi generator seperti ini disebut ”generator tanpa sikat” (brushless generator).

Besar tegangan generator bergantung pada :
1. Kecepatan putaran (N)
2. Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z)
3. Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f)
4. Jumlah Kutub

2.1.5 Rotor
 Tipe konstruksi kumparan medan yang berputar atau rotor dari altenator ada dua macam, yakni :
a.       salient pole rotor (rotor kutub salient)
b.      cylindrical rotor (rotor silinder)
Rotor kutub salient dapat mengakibatkan rugi angin yang terlalu besar apabila putaran sangat tinggi, dan juga menimbulkan suara yang berisik. Sehingga rotor jenis ini biasanya digunakan pada altenator yang mempunyai penggerak utama dengan kecepatan rendah dan menengah, rotor ini mempunyai kutub yang terdiri dari lapisan-lapisan besi, dimaksudkan untuk dapat mengurangi panas akibat eddy current.

rotor kutub salient
rotor kutub salient


Rotor silinder biasanya digunakan pada altenator yang tipe penggerak utamanya adalah turbin uap, yaitu turbo alternator yang mempunyai putaran sangat tinggi. Rotor ini berbentuk silinder dimana kelilingnya terdiri dari alur-alur sebagai tempat dari kawat-kawat kumparan medan. Rotor seperti ini didesain pada berbagai macam jumlah kutub yang disesuaikan dengan tipe penggerak mula dari alternator tersebut.

          

 Rotor Silinder
Rotor Silinder
 
2.1.6 Stator 
 Kumparan pembangkit (jangkar) terletak pada bagian yang tidak bergerak atau stator. Keliling bagian dalam dari stator ini dikonstruksi sedemikian rupa sehingga mempunyai alur-alur sebagai tempat dari kawat-kawat jangkar.

Jangkar dari Altenator
Jangkar dari Altenator

Gulungan stator adalah gulungan tiga fasa dan dengan mengatur gulungan ini dapat menentukan jumlah kutub dengan demikian dapat juga menentukan kecepatan sinkron :

Alur-alur dari inti stator ini dibuat dalam berbagai macam bentuk, yakni : terbuka, semi terbuka, dan tertutup.
bentuk alur
bentuk alur


Stator dari mesin sinkron terbuat dari besi magnetik yang berbentuk laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti magnetik yang bagus berarti permebilitas dan resevitas dari bahan tinggi.

 1.3 Kemampuan Generator

Kemampuan daya generator terdiri dari :
-          Kemampuan daya semu kVA
-          Kemampuan daya aktif  kW
-          Kemampuan daya reaktif  kVAR
Daya semu kVA merupakan hasil penjumlahan vektor dari daya aktif kW dan daya reaktif kVAR. Faktor daya merupakan perbandingan daya aktif kW dengan daya semu kVA yaitu :
f.d =  kW / kVA    = cos phi           
sehingga :  kW            = kVA cos phi
                  kVAR       = kVA sin phi
dengan phi adalah sudut antara vektor kW dan vektor kVA.
Kemampuan kVA ditentukan oleh kemampuan arus belitan stator. Kemampuan kW ditentukan oleh kemampuan penggerak mula generator yaitu kemampuan turbin. Kemampuan kVAR ditentukan oleh kemampuan arus belitan rotor, dan merupakan kemampuan untuk pengaturan tegangan generator / jaringan.

Faktor daya memberikan gambaran tentang :
-          Tingkat pemanfaatan kemampuan kVA generator untuk keperluan produksi/pembangkitan daya aktif kW
-          Tingkat ekonomis konstruksi generator
-          Tingkat kemampuan pengatur tegangan generator / sistem.

1.4 Penguatan

Pada generator kumparan medan (rotor) diberi eksitasi (penguatan) dengan arus searah. Arus searah tersebut dapat diperoleh dari sumber arus searah dari arus bolak-balik yang disearahkan.
Generator atau sumber listrik lain, yang memberikan eksitasi generator sinkron (altenator) disebut penguatan terpisah, dan apabila arus eksitasi diambil dari altenator itu sendiri disebut penguatan sendiri yaitu, dengan memanfaatkan sisa magnit pada kutub.
Generator arus bolak-balik dengan eksitasi sendiri, dimana sebagian dari daya arus bolak-balik yang dibangkitkan dipergunakan sebagai eksitasi.



 Generator Bolak-Balik dengan Eksitasi Sendiri
Generator Bolak-Balik dengan Eksitasi Sendiri

Generator arus bolak-balik tanpa sikat, dimana arus bolak-balik dari generator yang dipergunakan sebagai eksitasi disearahkan dengan penyearahan (rectifier) pada rotor generator utama, langsung dialirkan pada lilitan penguat magnit tanpa menggunakan cincin selip.
                                                                                                                 



 
 Generator Bolak-Balik Tanpa Sikat
Generator Bolak-Balik Tanpa Sikat



Pada suatu stasiun tenaga, yang sering digunakan adalah eksiter tersendiri bagi tiap-tiap alternator itu. Stasiun tenaga yang mempunyai jala-jala eksitasi biasanya diberi daya dari beberapa generator arus searah yang dihubugkan paralel, dan memberikan daya pada kumparan medan semua alternator. Dalam keadaan darurat jala-jala eksitasi diberi daya oleh batere.
Pengaturan tegangan keluaran generator berbanding lurus dengan fluks magnet yang diberikan untuk harga putaran tertentu. Pengaturan fluks magnet dilakukan dengan mengatur arus eksitasi. Sistem eksitasi generator ada 2 macam yaitu :
a.     Single stage excitation
b.    Multi stage excitation
Pengaturan tegangan keluaran generator yang dipakai untuk generator unit I dan II  ini menggunakan sistem eksitasi generator Single stage excitation. Single stage excitation :
-   Konstruksi generator pada sistem ini terdiri dari 2 buah generator (generator      utama dan dan generator excitasi) yang porosnya bersatu.
-          Tegangan keluaran dideteksi terus menerus oleh AVR (Automatic Voltage Regulator). Perubahan tegangan yang terjadi pada keluaran generator diolah oleh AVR, yang hasil keluaranya digunakan untuk mengatur arus gate thyristor (alat penyearah terkendali).
-          Arus DC yang mengalir melalui tyristor ini langsung dialirkan lagi ke kumparan stator generator eksitasi yang akan mengeluarkan tegangan AC pada kumparan rotornya.
-          Tegangan AC dari generator eksitasi disearahkan oleh dioda berputar (dipasang pada poros generator yang sama) agar menjadi tegangan DC.
-          Tegangan DC yang keluar dari dioda berputar selanjutnya diberikan kepada kumparan eksitasi generator utama.


1.5  AVR (automatic voltage regulator)
 Tegangan keluaran generator utama dikontrol oleh pengatur tegangan cepat otomatis (automatic voltage regulation), dengan cara berikut. Tegangan AC tiga fasa keluaran generator magnet permanent disearahkan dengan penyearah tiga fasa yang menggunakan komponen thyristor. Keluaran thyristor berupa tegangan DC memberikan penguatan medan stator generator penguat utama. Penyearahan dengan menggunakan komponen thyristor memungkinkan memberikan tegangan keluaran DC yang besarnya bervariasi tergantung dari besar kecilnya sudut penyelaan komponen thyristor. Makin besar sudut penyelaan komponen thyristor, tegangan keluaran DC semakin kecil, demikian pula sebaliknya. Jadi dengan mengubah-ubah sudut penyelaan komponen thyristor, memungkinkan untuk mengatur tegangan keluaran generator penguat utama, yang berarti juga mengatur tegangan generator utama. Bila karena sesuatu hal sehingga tegangan keluaran generator utama naik sampai melampaui jauh diatas harga nominal, maka pengatur tegangan cepet otomatis (AVR) akan secara otomatis mengubah sudut penyelaan thyristor, secara bertahap menjadi lebih besar yang berakibat turunnya tegangan keluaran DC, sehingga tegangan keluaran generator penguat utama berkurang. Ini berarti tegangan penguat medan rotor generator utama menjadi berkurang, dan berakibat tegangan keluaran generator utama juga akan kembali turun sampai harga nominal. Bila terjadi penurunan tegangan keluaran generator utama sampai melampaui jauh dibawah harga nominal, akan terjadi proses kebalikan proses diatas.
Dengan demikian memungkinkan untuk mendapatkan tegangan keluaran generator utama yang konstan pada waktu generator beroperasi.

1 comment: