AZAS GENERATOR DAN MOTOR LISTRIK MOTOR D

AZAS GENERATOR DAN MOTOR LISTRIK
(MOTOR DC ATAU AC)
1.

PENGERTIAN
A.

Generator (G )
 Mengkonversi energi mekanis (putaran) ke energi elektris.
 Adanya penggerak mula (prime mover) memutar poros generator

B.

Motor (M)
 Mengkonversi energi elektris ke energi mekanis (putaran).
 Adanya torsi Tm akibat interaksi antara arus jangkar Ia dan fluks  pada belitan
medan.

Mesin listrik dapat berupa :
 Mesin arus searah
 Mesin induksi

 Mesin sinkron
1

Komparasi
Topik

Motor/Generator
DC

Motor Induksi

Motor/Generat Trafo
or sinkron

Stator

Umumnya
Belitan medan
M : arus DC
G : arus DC

Belitan medan
AC 3 fase,
atau
AC 1 fase

Belitan
jangkar
AC 3 fase

Rotor

Belitan jangkar
M : Arus DC
G : Arus AC
disearahkan
komutator
Fekuensi tak
penting

Belitan
jangkar
terhubungsing
kat
Arus AC
induksi
Frek rotor =
sfmedan

Belitan medan Belitan
Arus dc dari
sekunder
eksiter
Berbeban
Arus AC
Frek fp = fs

Kecepat
an

tak terjadi slip

terjadi slip

serempak

Belitan primer
Arus ac 3
fase, atau
Arus ac 1 fase

tak berputar

2

PRINSIP MESIN AC 1 FASE

3

4

MESIN ARUS SEARAH
2.

KONSTRUKSI
A.

Konstruksi Generator dan motor hampir sama:
1) Stator (bagian yang diam), terdapat : belitan medan.
2) Rotor (bagian berputar), padanya terdapat belitan jangkar.
3) Celah udara antara stator dan rotor

5

3.

PRINSIP KERJA MESIN ARUS SEARAH
A.

DASAR KEMAGNETAN

1)
2)
3)

Medan magnet permanen
Medan magnet elektromagnetik
Medan magnet pada celah udara

6

B.

PENGERTIAN INDUKSI
1)
2)
3)

Interaksi Kawat berarus dan medan magnet
Aplikasi kaidah tangan kanan/kiri Fleming
Aplikasi aturan sekrup/ pencabut gabus

7

C.

GENERATOR DAN MOTOR ARUS SEARAH
 Belitan medan dicatu arus searah  intinya menjadi kutub magnetik
 Generator: Belitan jangkar pada rotor diputar dalam medan magnet  pada belitan
timbul ggl induksi.
 Motor : Belitan jangkar pada rotor dialiri arus searah  Interaksi arus jangkar pada
rotor dan medan pada stator  menghasilkan torsi putar pada poros.

Sekarang generator arus searah kurang produktif.
Pada G (poros diputar penggerak mula) dan pada M (poros berputar), pada belitan jangkar terjadi
tegangan induksi sebesar :

Ea = c . n .  volt

dengan :

Ea
c
n


= ggl pada jangkar
= konstanta mesin
= putaran (rpm)
= fluks (weber).

Pada G ggl tersebut mendorong arus ke rangkaian luar
Pada M ggl tersebut melawan arus masuk motor

8

4. KALSIFIKASI MESIN ARUS SEARAH
D.

Menurut sumber arus eksitasi :
 Mesin arus searah eksitasi sendiri

 Mesin arus searah eksitasi luar (terpisah)

E.

Mesin arus searah eksitasi sendiri, menurut posisi belitan medan terhadap jangkar :
 Mesin arus searah shunt
 Mesin arus searah seri
 Mesin arus searah kompon

F.

Mesin arus searah kompon, posisi belitan medan :
 Mesin arus searah kompon panjang
 Mesin arus searah kompon pendek

G.

Mesin arus searah kompon, menurut arah fluks pada belitan medan :
 Mesin arus searah kompon kumulatif
 Mesin arus searah kompon diferensial

9

5. UNTAI EKIVALEN ENERGI BALANS

If

Rf

G

U

Ea=Eb = ggl pada jangkar
Ia
= arus jangkar
Ra
= resistans jangkar
U
= tegangan terminal

Rf = resistans medan
If
= arus medan (arus eksitasi)

If

Rf

M

U = Ea - Ia.Ra

U = Ea + Ia.Ra

Ea - U
Ia = 
Ra

U - Ea
Ia = 
Ra

U

Selanjutnya rumus di atas dikalikan Ia diperoleh :
Pada G berlaku :

U.Ia = Ea.Ia - Ia2.Ra

U.Ia = Po = Daya keluaran G

Pada M berlaku :

U.Ia = Ea.Ia + Ia2.Ra

U.Ia = Po = Daya keluaran M
10

Pi

Po = U.I a

G

Energi
listrik
Pi

Po

Energi
mekanik

Pem

Energi
mekanik

Po = U.I a

Energi
listrik

Energi
listrik

Po

Energi
mekanik
Rugi
rotasi

Pi = U.Ia

M

Pi = U.Ia

Energi
mekanik

Rugi
tembaga

Energi
listrik

Rugi
tembaga

Rugi
rotasi

Ea.Ia

= Daya elektromagnetis = Pem

Ea.Ia

= Daya elektromagnetis = Pem

Ia2.Ra

= Rugi tembaga = Pcu menjadi panas

Ia2.Ra

= Rugi tembaga = Pcu menjadi panas

Pem pada G : Energi mekanis diubah menjadi Pem pada M : Energi listrik diubah menjadi
energi listrik

energi mekanis

Pi = Pem + Protasi

Po = Pem - Protasi

Pi = Daya masuk G

Pi = Daya masuk M

11

Pada G : U.Ia = Po daya yang dikeluarkan
Bentuk umum :

Pada M : U.Ia = Pi daya masukan

Po = Pi - Prugi-rugi
Prugi-rugi = Protasi + Ptembaga

Rugi-rugi :
Rugi rotasi

= besarnya tergantung kecepatan n, tetapi biasanya dianggap tetap

Rugi tembaga

= Ia2.Ra

= besarnya tergantung pada arus beban.

Rugi-rugi berupa panas - suhu naik - membahayakan isolasi. Mesin dianjurkan untuk dibebani
tidak melampaui beban nominalnya.
A. KAPASITAS DAN EFISIENSI
Untuk generator = kW - rating atau kVA rating. Motor = HP - rating
Efisiensi

Po
 = -------------------- X 100%
Pi – Prugi-rugi
12

6. KARAKTERISTIK GENERATOR
Generator direncanakan beroperasi pada putaran n tetap
Motor direncanakan beroperasi pada sumber tegangan terminal U tetap
A. Karakteristik tanpa beban
 Menggambarkan tegangan E atau U sebagai fungsi arus eksitasi If pada kondisi
kecepatan n konstan dan arus jangkar Ia = 0.
 Karakteristik ini dapat dikembangkan untuk berbagai nilai kecepatan n.
B. Karakteristik berbeban
 Menggambarkan tegangan E atau U sebagai fungsi arus eksitasi If pada kondisi
kecepatan n konstan dan arus jangkar Ia konstan
 Karakteristik ini dapat dikembangkan untuk berbagai nilai arus beban Ia.
 Pada karakteristik ini ada pengertian reaksi jangkar.
1. Karakteristik luar
2. Menggambarkan tegangan U sebagai fungsi arus beban Ia pada kondisi kecepatan n
konstan dan arus eksitasi If konstan
3. Karakteristik ini dapat bersifat drooping atau rising

13

7. PEMBENTUKAN TEGANGAN
Pembangkitan tegangan pada genertor DC mengikuti rumus :
E = c . n .  volt ;  = fungsi arus medan If.
A. KEGAGALAN TEGANGAN DAPAT TERJADI KARENA :
1. Tak ada remanensi
2. Arah putaran terbalik
3. Sambungan kumparan medan terbalik
4. Kecepatan terlalu rendah
5. Resistans belitan medan terlalu besar
6. Ada pengertian
7. Kecepatan kritis
8. Resistans kritis

14

8. REAKSI JANGKAR
A. ARUS BEBAN YANG MEGALIR PADA BELITAN JANGKAR, dapat :
1. Memperlemah fluks utama dari belitan medan
2. Membelokkan / menyebabkan distorsi fluks utama
B. AKIBATNYA :
1. Berpengaruh terhadap komutasi

 Berkaitan dengan pengertian :

MNA = Magnetic Neutral Axis
GMA = Geometric Neutral Axis

2. Berpengaruh terhadap regulasi tegangan
3. Memperbesar rugi-rugi tembaga
C. TIMBUL USAHA MENGATASI AKIBAT REAKSI JANGKAR :
1. Belitan komutasi
2. Belitan kompensasi
3. Resistans komutasi
4. Interpole
15

9. KERJA PARALEL 2 GENERATOR ARUS SEARAH
A. PERSYARATAN
1. Rated tegangan sama
2. Rated putaran sama
3. Tipe generator sama (shunt, seri dsb) sifatnya anjuran

B. KERJA PARALEL ATAS PERTIMBANGAN :
1. Kontinyuitas pelayanan
2. Kepentingan perawatan
3. Penambahan kapasitas daya
4. Meningkatan efisiensi

16

C. LANGKAH KERJA PARALEL
1. Mengoperasikan generator pertama (G1) pada rated tegangan dan putaran, boleh
berbeban atau tidak.
2. Mengoperasikan generator kedua (G2) pada rated putaran
3. Mengatur arus eksitasi generator G2 sampai tegangannya sama (floating) dengan
tegangan generator G1
4. Memasukkan saklar kopling pada busbar G1 dan G2
5. Menaikkan arus eksitasi G1 sampai G1 mengambil bagian sesuai prosen pembebanan
yang diinginkan

17

ASPEK OPERASI MOTOR ARUS SEARAH
1. PENGASUTAN
A. Metode pengasutan :
1. Starter tiga titik
2. Starter empat titik
3. Starter dengan kendali kecepatan

2. PENGENDALIAN KECEPATAN
A. Faktor pengendalian kecepatan :

n

=

U - Ia.Ra
---------------c. 

rpm

18

B. Metode pengendalian putaran :
1. Pengendalian fluks : Pengendalian arus eksitasi
 Pengaturan resistans medan

2. Pengendalian arus jangkar

 Pengaturan resistans jangkar

3. Pengendalian tegangan jangkar

 Regulator tegangan / Multiple Voltage Control

 Metode Ward Leonard

 Dengan piranti elektronis (statis) : phase control, PWM, Chopper.

19

3. KARAKTERISTIK MOTOR
A. Macam karakteristik :
1. Karakteristik torsi
 Hubungan torsi dan arus pembebanan
2. Karakteristik kecepatan
 Hubungan kecepatan dan pembebanan
3. Karakteristik torsi dan kecepatan
 Diturunkan dari karakteristik torsi dan kecepatan
Contoh
1. Motor seri mempunyai watak torsi kuadratis terhadap arus beban, dianjurkan selalu terkopel
dengan beban. Cocok untuk beban dengan torsi asut tinggi.
2. Motor shut mempunyai torsi linear terhadap perubahan beban.
3. Yang produktif : Motor penguatan terpisah, memungkinkan untuk dilakukan pengendalian
medan maupun tegangan jangkar, baik secara elektronis maupun konvensional.

20

MESIN INDUKSI 3 FASE


1. KONSTRUKSI





Stator (bagian yang diam), padanya terdapat belitan medan (umumnya 3 fase atau
kelipatannya).
Rotor (bagian berputar), padanya terdapat belitan jangkar (umumnya 3 fase atau
kelipatannya).
Mesin induksi umumnya motor induksi, sedangkan generator induksi kurang produktif,
sering ditinjau saat terjadi efek generating.
Belitan medan dicatu arus bolak balik 3 fase  intinya menjadi kutub magnetik 
bersifat medan putar selaras dengan frekuensi (f) arus masuk stator.
Belitan jangkar  terhubung singkat (di dalam motor atau di luar motor dengan resistor)
 pada belitan timbul ggl dan arus induksi.
Interaksi arus induksi pada rotor dan medan putar pada stator  menghasilkan torsi putar
pada poros (rotor), dengan frekuensi sinkron n s.p/120 Hz. ns = kecepatan poros per menit, p
= jumlah kutub.
Oleh karena poros berputar setelah jangkar terjadi arus induksi, maka kecepatan poros
tertinggal atau terjadi slip terhadap medan putar, sebesar s = (n s –n}/ns. n = putaran rotor.

2. PRINSIP KERJA






21

22

23

3. KLASIFIKASI MOTOR INDUKSI
1. Menurut tipe rotor :
 Motor induksi rotor sangkar kurung
 Motor induksi rotor lilit
2. Menurut tipe belitan sehubungan dengan pengendalian kecepatan
 Motor induksi rotor sangkar kurung
 Motor induksi rotor lilit dengan 3 kumparan
 Motor induksi rotor lilit dengan 6 kumparan (Dahlander)
3. Menurut jumlah kecepatan :
 Motor satu kecepatan, belitan Y atau 
 Motor dua kecepatan, belitan Dahlander
 Motor dua kecepatan, belitan terpisah (separate windings)
Catatan : Ada motor 3 kecepatan atau lebih merupakan modifikasi dari tersebut di atas

24

4. TIPE PERLINDUNGAN
Umumnya disimbolkan dengan kode index protection (IP), diikuti angka arab dan alfabet.
Angka pertama perlindungan terhadap gangguan mekanis, angka ke dua terhadap cairan.
Contoh IP 23S, IP 44, IP 55

25

26

5. SIKLUS KERJA
Siklus kerja perlu diketahui, apakah motor tersebut
tipe kerja kontinu, atau putus sambung, misalnya
dikenal dengan kode tertentu.
Menurut stadart German VDE Rulers 0530/3.59
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)

Continuous duty (DB)
Short time duty (KB)
Continuous duty with short time loading (DKB)
Intermittent duty (AB)
Continuous duty with intermittent loading (DAB)
Contnuous periodic duty (DSB)
Intermittent periodic duty (ASB)

27

6. PENGENDALIAN KECEPATAN

 Motor induksi rotor sangkar kurung  pengendalian slip  mengatur tegangan masuk rotor 
secara elektromekanis atau elektronis.
 Motor induksi rotor lilit dengan 3 kumparan (tipe sangkar tupai) metode Y/
 Motor induksi rotor lilit dengan 6 kumparan (Dahlander)  metode mengubah kutub  Y/YY
atau /YY.

28

MESIN SINKRON
Mesin sinkron yang produktif dioperasikan sebagai generator.



1. KONSTRUKSI
Stator (bagian yang diam), padanya terdapat belitan jangkar 3 fase.
Rotor (bagian berputar), padanya terdapat belitan medan.

29




Belitan medan dicatu arus searah  intinya menjadi kutub magnetik unipolar U atau S.
Apabila poros diputar  Belitan jangkar dipotong garis gaya dari medan  pada belitan
tersebut timbul ggl dan arus induksi 3 fase dengan frekuensi n.p/120 Hz. N = putaran poros
per menit, p = jumlah kutub.

2. PRINSIP KERJA

 Kumparan medan diberi arus eksitasi dc
 Rotor diputar pada kecepatan sinkron
 Pada jangkar di stator terbangkit EMF (GGL) sebesar :

3. PEMBANGKITAN TEGANGAN

30

E = 4,44.  .f.ns volt rms dengan frekuensi f = (ns.p)/120 untuk pitch penuh
E = 4,44. Kd.Kp.  .f.ns volt rms untuk fractional pitch penuh
Kd = faktor distribusi
Kp = faktor pitch

2. REAKSI JANGKAR
Reaksi jangkar tergantung :
 Besar beban
 Tipe beban ( faktor daya beban )
 Generator berbeban  ketiga fase arus jangkar  fluks pada celah udara
 Sifat fluks arus jangkar memperkuat/memperlemah fluks utama
o GGL  Eg = 4,44. Kd.Kp. g .f.ns volt
o g = fluks resultans di celah udara atau (m + j)
 Pengaruh reaksi jangkar terhadap tegangan
 Pengaruh fluks reaksi jangkar pada reaktans jangkar X a
 Pengaruh fluks bocor pada celah udara  seolah punya reaktans bocor Xl
 Reaktans sinkron Xs = Xa + Xl

3. REAKTANS SINKRON (Xs)

31

 Tegangan yang dibangkitkan E
 Impedans generator : Z = Ra + j Xs
 resistans efektif belitan jangkar Ra
 reaktans sinkron Xs
 Tegangan terminal V
 Hubungan : E = V + I (Ra + j Xs )

4. UNTAI EKIVALEN

5. REGULASI TEGANGAN
E - V
 Regulasi =  X 100 %
V
 Komponen Regulasi tegangan :
o Tegangan pembangkitan E
o Impedans generator Z = Ra + j Xs
o Arus beban dan Faktor daya Cos   I

32

E = V + I (Cos  + j Sin )(Ra + j Xs)

6. KARAKTERISTIK GENERATOR
1. Karakteristik Tegangan
 Menggambarkan tingkah laku tegangan terminal terhadap perubahan arus eksitasi
 Gen berbeban  Kejenuhan inti stator berpengaruh terhadap Xa dan Xl
 Gen tak berbeban  Kejenuhan inti rotor stator berpengaruh terhadap tanggapan I f
 Faktor daya beban  berpengaruh terhadap tegangan generator
 Kegunaan : untuk menghitung regulasi tegangan berdasar hasil tes, untuk generator baru atau
sebabis perbaikan
2. Karakteristik Luar
 Menggambarkan tingkah laku tegangan terminal dan arus jangkar untuk berbagai faktor daya.
 Kegunaan : untuk menentukan kebutuhan arus eksitasi pada beban tertentu.
3. Karakteristik Hubung Singkat
 Menggambarkan hubungan arus penguatan dan arus jangkar dalam keadaan tegangan terminal
gen. terhub. Singkat
Kegunaan : Bersama karakteristik tegangan untuk menghitung regulasi tegangan

33

7. KAPABILITAS GENERATOR
 Kurve yang berusaha melukiskan kapasitas suatu generator berdasar batasan-batasan
komponen pendukungnya, seperti kapasitas belitan stator, belitan rotor, penggerak mula dan
sebagainya.

8. KERJA PARALEL GENERATOR
1. Aspek sinkronisasi
 Perhatian terhadap urutan fase (khusus untuk awal instalasi/sehabis perbaikan)
 Penyamaan tegangan
 pengendalian putaran penggerak mula
 pengendalian arus eksitasi kumparan medan
 Penyamaan frekuensi
 pengendalian putaran penggerak mula
 Penyamaan fase
 pengendalian pemercepat putaran penggerak mula

34

2. Torsi penyingkron/penolak
Tingkah laku generator pasca sinkron akibat ayunan pembebanan
3. Pengatur tegangan otomatis (AVR)
4. Pengatur bahan bakar/uap/gas (Governor)
5. Aspek pembebanan/pembagian beban
 Pengaturan arus eksitasi oleh AVR otomatis/manual
 Pengaturan putaran oleh governor

9. PERSYARATAN





Rated tegangan sama
Rated putaran sama
Tipe generator sama
Tipe hubungan trafo ( jam trafo) untuk generator yang menggunakan trafo.

9. LANGKAH KERJA PARALEL MANUAL

35











Mengoperasikan generator pertama (G1) pada rated tegangan dan putaran, boleh berbeban
atau tidak.
Mengoperasikan generator kedua (G2) pada rated putaran
Mengatur arus eksitasi generator G2 sampai tegangannya sama (floating) dengan tegangan
generator G1
Mengatur phase dengan pengamatan melalui sinkronoskop, sampai terjadi time phasing
(tegangan G1 dan G2 sefase)
Memasukkan saklar kopling pada busbar G1 dan G2
Menaikkan arus eksitasi G1 sampai G1 mengambil bagian sesuai prosen pembebanan yang
diinginkan

Catatan : Kerja paralel secara manual menimbulkan masalah kestabilan dan keandalannya setelah
pasca proses paralel, apakah masing-masing generator mampu bertahan dengan adanya perubahan
beban yang mungkin terjadi setiap saat. Langkah kerja paralel 2 generator arus bolak balik sangat
memerlukan pengalaman berlatar belakang kelistrikan tentang pengoperasian generator.
Mengingat kendala pengoperasian 2 generator arus bolak balik cukup rumit, umumnya
pengoperasian paralel dituntut adanya otomatisasi, kecuali dalam kasus darurat.

36

SELESAI

37