Generator & Exciter

  • View
    782

  • Download
    85

Embed Size (px)

Transcript

GENERATOR & EXCITER1. GENERATOR 1.1. Prinsip Kerja Komponen Utama Generator.Generator adalah mesin pembangkit listrik yang prinsipnya merubah energi mekanik menjadi energi listrik. Komponen utama pada generator adalah terdiri dari stator dan rotor. Pada umumnya stator terdiri dari penghantar / kumparan tempat terbentuknya GGL Induksi sedang kan rotor merupakan kutub magnit.

1.2. Prinsip GGL InduksiSesuai hukum Faraday bahwa apabila suatu penghantar digerak-gerakkan dalam medan magnit maka penghantar tersebut timbul GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi atau dapat menghasilkan listrik, yang besarnya GGL induksi tersebut adalah : d e=- N dt

Volt

N = Jumlah Penghantar = Fluxi /medan magnet t = Persatuan waktu

Gambar 1.1. Prinsip GGL Induksi

1

Dari prinsip tersebut pada gambar diatas digunakan sebagai dasar generator pembangkit listrik. Sehingga syarat terjadinya GGL induksi adalah harus adanya : Medan magnit. Penghantar. Gerakan Relatif

maka besar kecilnya GGL tergantung ketiga unsur diatas. Adapun prinsip pada mesin listrik / generator yang dapat membangkitkan listrik, seperti gambar berikut :

Gambar 1.2 Prinsip Arus Bolak-balik yang dibangkitkan Pada Gambar diatas menunjukkan sebuah gulungan penghantar diputar didalam media medan magnit pada satu putaran (360), menghasilkan GGL induksi arus bolak-balik satu periode. Gelombang arus bolak-balik tersebut biasa disebut gelombang Sinusoida. Sehingga apabila penghantar tersebut diputar oleh turbin dengan putaran 3000 rpm atau sama dengan putaran tiap detik 50 putaran, maka gelombang arus bolak-balik yang dihasilkan adalah juga sebanyak 50 periode atau dikatakan dengan frekwensi 50 Hz.

2

1.3.

Generator 1 (satu) Pasang Kutub.

V+

-

DC

N

S

N

S

N

N

S

S

N

S

1 (satu) Putaran Rotor ! (satu) gelombang sinusuida 1 Hz. Jika frekuensi 50 Hz. 50 putaran / detik 3000 putaran / menit. (RPM).

1.4. Generator 2 (dua) Pasang Kutub.

3

V

+

- DC

1 (satu) Putaran Rotor 2 (dua) gelombang sinusuida 2 Hz. Jika frekuensi 50 Hz. 25 putaran / detik 1500 putaran / menit (RPM).

Jika dibuat percobaan di atas dengan jumlah kutub yang lain, maka : 3 pasang kutub : 4 pasang kutub : 5 pasang kutub : 6 pasang kutub : Dan seterusnya. frekuensi 50 Hz frekuensi 50 Hz frekuensi 50 Hz frekuensi 50 Hz 1000 RPM. 750 RPM. 600 RPM 500 RPM. RPM x P 60 P = Jumlah pasang F = kutub.

Pada umumnya mesin pembangkit listrik diputar adalah kemagnitan atau rotor sebagai magnit dan kumparan penghantar ditempatkan di bagian stator. Adapun konstruksi secara prinsip sebagai berikut :

N

S

S

N

N

N

N S

N

S

N S

S

S

N

S

N S

N

N

S

N

S

N

S

N

N

N

S

N

S

N

S

S

S

S

4

Gambar 1.3. Kontruksi Prinsip Alternator

1.5. Stator

5

Gambar 1.4. Kontruksi Stator

Stator pada alternator merupakan gulungan kawat penghantar yang disusun sedemikian rupa dan ditempatkan pada alur-alur inti besi. Pada penghantar tersebut adalah tempat terbentuknya GGL induksi yang diakibatkan dari medan magnit putar dari rotor yang memotong kumparan penghantar stator. Kumparan yang ditempatkan pada alur-alur tersebut dibagi menjadi 3 (tiga) grup, sehingga menjadi keluaran 3 phasa, dan biasanya disambung sistem bintang (Y). Inti besi stator terdiri dari laminasi-laminasi plat besi yang satu dan lainnya terisolasi dengan vernis atau kertas isolasi (implegnated paper). Tujuan dari laminasi-laminasi tersebut adalah untuk mengurangi besarnya arus pusar (Eddy Current), karena arus pusar ini dapat menimbulkan panas pada inti stator dan akhirnya dapat merusak isolasi kumparan penghantar. Kumparan penghantar yang bertegangan tersebut harus terisolasi dengan baik. Bahan isolasi tersebut biasanya dari fibreglass atau pita mica.

Disela-sela penghantar dan pada inti stator terdapat lubang-lubang (rongga) untuk sirkulasi bahan pendingin, atau seperti pada gambar potongan berikut :

6

Gambar 1.5. Konstruksi Potongan Stator dengan Sistem Sirkulasi Pendingin

1.3. Rotor

7

Rotor pada generator merupakan bagian untuk menempatkan kumparan medan magnit excitasi. Kumparan medan magnit disusun pada alur-alur inti besi rotor, sehingga apabila pada kumparan tersebut dialirkan arus searah (DC) maka akan membentuk kutub-kutub magnit Utara dan Selatan.

Gambar 2.6. Kontruksi Rotor Generator Untuk mesin-mesin pembangkit listrik yang biasa untuk putaran tinggi seperti pembangkit termal, kutub magnitnya berbentuk silindris atau seperti pada gambar diatas. Adapun jumlah kutub magnitnya untuk mesin dengan putaran tinggi biasanya sebanyak 2 (dua) buah kutub magnit atau 4 (empat) buah kutub magnit. Seperti kita ketahui bahwa untuk membuat kutub magnit pada rotor tersebut adalah dengan sistem elektromagnit, yaitu dengan mengalirkan arus searah pada kumparan. Untuk memberikan arus listrik tersebut atau dengan istilah eksitasi ke rotor dapat melalui media Slip Ring atau langsung lewat poros dari mesin eksitasi dengan sistem penyearah.

Akibat dari arus eksitasi atau penguatan medan magnit tersebut pada rotor dapat menimbulkan adanya arus pusar (eddy current), maka rotor tersebut perlu didinginkan. Untuk mendinginkan rotor generator cukup dengan mengalirkan udara dingin atau media hitrogen melewati saluran atau rongga-rongga pada sisi kumparan dan intinya secara bersama-sama dengan pendinginan pada bagian stator.

8

Agar sirkulasi media pendingin ke rongga-rongga rotor dan stator dapat bersikulasi, maka pada rotor generator dipasang baling-baling sebagai blower, atau seperti pada gambar berikut :

Gambar 1.7. Kontruksi Rotor Komplet Dengan Blower

2. EXCITER

9

2.1. Prinsip Dasar Exciter.

+

AVR

-

EXCITER GENERATORPada Generator dengan kapasitas besar, diperlukan arus yang besar untuk kumparan Statornya, sehingga diperlukan AVR dengan kapasitas suplai Arus yang besar pula. Padahal AVR terdiri dari komponen electronik yang kemampuan arusnya kecil. Karenanya dibuat sebuah generator kecil agar suplai arus AVR yang kecil menghasilkan arus yang besar pada generator kecil tersebut. Generator kecil tersebut beserta Diode Putar untuk menyearahkan arusnya agar menjadi DC disebut dengan Exciter. Exciter mempunyai prinsip kerja seperti generator, tetapi konstruksinya berbeda. Pada AVR Rotornya adalah kumparan yang menghasilkan GGL, sedangkan Statornya adalah berupa batangan besi yang diberi lilitan, agar menjadi magnet bila diberi arus DC. Penguatan medan atau disebut eksitasi adalah pemberian arus listrik untuk membuat kutub magnit pada generator. Dengan mengatur besar kecil arus listrik tersebut, kita dapat mengatur besar tegangan out put generator atau dapat juga mengatur besar daya reaktif yang diinginkan pada generator yang sedang paralel dengan sistem jaringan besar (infinite bus). Ada beberapa jenis sistem yaitu : Sistem Excitasi Statik. Sistem Excitasi Dinamik

2.2. Excitasi Statik.Sistem Eksitasi Statik adalah sistem eksitasi generator tersebut disuplai dari eksiter yang bukan mesin bergerak, yaitu dari sistem penyearah yang sumbernya disuplai dari output generator itu sendiri atau sumber lain dengan melalui transformator. Secara prinsip dapat digambarkan sebagai berikut :

10

Gambar 1.8. Diagram Prinsip Sistem Excitasi Statik Seperti pada gambar diatas dapat kita lihat bahwa suplai daya listrik untuk excitasi mengambil dari output generator melalui excitation transformer, kemudian disearahkan melalui power rectifier dan disalurkan ke rotor generator untuk excitasi atau penguat medan dengan melalui sikat arang. Untuk pengaturan besaran tegangan output generator diatur melalui DC regulator dan AC regulator, sehingga besarnya arus excitasi dapat diatur sesuai kebutuhan. Kemudian apabila generator tersebut pada waktu start awal belum mengeluarkan tegangan, maka untuk suplai arus excitasi biasanya diambil dari baterai. Adapun yang dimaksud dengan Sistem Excitasi Dinamik adalah sistem excitasi yang sumber suplai arus excitasi diambil dari mesin yang bergerak, dan mesin yang bergerak tersebut disebut Exciter. Biasanya exciter tersebut sebagai tenaga penggeraknya dipasang satu poros dengan generator.

11

Seperti kita ketahui bahwa untuk arus excitasi adalah arus searah, maka sebagai exciternya adalah mesin arus searah (generator DC) atau dapat juga dengan mesin arus bolak-balik (generator AC) kemudian disearahkan dengan rectifier. Prinsip sistem excitasi dengan menggunakan exciter generator arus searah adalah digambarkan sebagai berikut :

Gambar 1.9. Diagram Prinsip Sistem Excitasi Dinamik dengan Exciter Generator DC Seperti pada gambar diatas, bahwa sistem excitasi dengan menggunakan exciter generator DC untuk menyalurkan arus excitasi generator utama dengan media sikat arang dan slip ring.serta output arus searah dari generator exciter melalui sikat arang.Ditinjau dari segi pemeliharaan sistem ini kurang efektif, sehingga mulai dikembangkan dengan sistem excitasi tanpa sikat atau disebut Brushless Excitation

12

2.3. Brushless Excitation.Brushless Excitation adalah sistem excitasi tanpa sikat, yang maksudnya adalah pada sistem tersebut untuk menyalurkan arus eksitasi ke rotor generator utama, maupun untuk eksitasi eksiter tanpa melalui media sikat arang. Adapun diagram prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :

Gambar 1.10a

Gambar 1.10b

Gambar 1.10c Gambar 1.10. Diagram Sistem Eksitasi Tanpa Sikat (Brushless Exci