Generator Design

Manajemen Energi | Sistem Konversi Energi Listrik | Nyoman S Kumara | 1

Energi alam/primer
dikonversi menjadi
Turbin generator
fluida/energi yang sesuai
untuk menggerakkan turbin

Energi listrik


Komponen utama: Bagian yang bergerak disebut rotor
(rotate=berputar=bergerak).
- Magnet
Bagian yang diam disebut stator (static=diam)
- Kumparan

Agar timbul tegangan induksi, maka salah satu dari komponen tersebut harus
bergerak terhadap yang lain sehingga terjadi perubahan jumlah medan magnet
yang dilingkupi oleh kumparan.

Besarnya tegangan yang timbul dihitung dengan persamaan Induksi Faraday:

ε adalah emf yang dihasilkan (volt)
ΦΒ adalah fluks magnet (weber)
N adalah banyaknya lilitan
UNSW Generator

Output generator didesain dengan mengatur variabel yang diperlihatkan dalam
persamaan Induksi Faraday, yaitu:
1. Kuat medan magnet
Kuat medan magnet dinyatakan dalam satuan Tesla. Cakupan kuat
medan suatu magnet permanen adalah antara beberapa mili Tesla
hingga beberapa Tesla.
2. Kumparan (jumlah lilitan)
3. Kecepatan putar dari rotor (rad/s, RPS: revolution per second,
RPM: revolution per minute)

Hubungan antara kecepatan dan frekwensi dalam generator sinkron dinyatakan
dalam persamaan:
n= kecepatan putaran rotor,
120 f
n = f= frekwensi tegangan yg dihasilkan,
p
P=jumlah kutub dari generator

Magnet yang digunakan dalam generator listrik, digolongkan menjadi 2, yaitu:
magnet permanen dan elektromagnet.
1. Magnet permanen: Magnet yang berasal dari unsur alam yang
ditambang. Magnet permanen digunakan untuk
generator daya kecil hingga menengah.

Unsur-unsur alam yang digunakan dalam
pembuatan magnet antara lain:besi, aluminium,
kobal, nikel, titanium. Kombinasi unsur-unsur alam
inimenghasilkan berbagai jenis magnet seperti:
Alnico, Ticonal, dan rare-magnet earth.

Rare-magnet earth adalah magnet yang dibuat dengan mengkombinaskan
unsur samarium, kobal, neodymium, iron, dan boron sehingga dikenal magnet
samarium-kobal (SmCo) dan neodimium-iron-boron (NdFeB atau NIB). Kedua
jenis magnet ini merupakan magnet yang sangat kuat. Karena terbuat dari unsur
alam yang jarang maka harganya mahal sehingga aplikasinya terbatas.

2. Elektromagnet Magnet yang dibuat dengan cara mengeksitasi
sebuah kumparan dengan sumber listrik.

Karakteristik dari elektromagnet adalah:
Sifat kemagnetan tidak terlalu dipengaruhi oleh
panas.
Bisa dibuat dimana-mana tanpa adanya kendala
bahan. Magnet permanen NIB hanya bisa dibuat
kalau ada tambang rare-earth magnet.


Secara sederhana kumparan dibuat dengan melilitkan kawat berisolasi tanpa
inti atau berinti udara.

Inti besi ditambahkan untuk:
Memperkuat densitas magnet,
mengarahkan fluks magnet

KHA, Kemampuan Hantar Arus sebagai dasar dalam memilih ukuran kawat
yang akan digunakan. Makin besar penampang (A) penghantar makin besar
KHA.
Inti besi adalah struktur yang terbuat dari lembaran besi yang berisolasi yang
disusun sedemikian rupa sehingga fluks magnet bisa diperkuat dan diarahkan.
Bentuk dari inti besi disesuaikan dengan desain generator.

Dalam generator multi MW
kawat yang digunakan
memiliki penampang yang
besar agar mampu
mengalirkan arus yang
besar.
Multi MW generator
membutuhkan ‘kawat’
dengan KHA 2000 – 5000
Ampere.


Sebuah generator biasanya didesain untuk beroperasi pada satu kecepatan
saja. Misalnya generator dengan putaran 200, 1500, 2000, 3000, ….hingga
100000 (RPM) putaran per menit untuk generator berkecepatan tinggi.

Generator kecepatan rendah biasanya digunakan dalam PLTA/PLTM.
Generator kecepatan tinggi untuk sistem dengan turbin uap atau gas.

Kenapa kecepatan harus tinggi ?
1. Karena kecepatan berbanding lurus dengan besarnya induksi tegangan
yang dihasilkan dalam kumparan (Hukum Induksi Faraday).
2. Makin tinggi kecepatan rotor, untuk keluaran yang sama, generator bisa
dibuat lebih kecil.
Dimensi kecil bahan lebih sedikit biaya turun, ruang yang
dibutuhkan untuk instalasi juga makin kecil, transportasi lebih mudah dan
ekonomis.


Pilot exciter: menghasilkan medan magnet (elektromagnet) bagi main exciter.
Main exciter: adalah generator ac yang kemudian di searahkan melalui sikat
dan komutator.
Main exciter berfungsi sebagai sumber tegangan bagi exciting coil
(elektromagnet) dari stator.


Dalam sebuah generator praktis, selain komponen utama juga memerlukan
komponen penunjang yang harus ada sehingga generator dapat beroperasi
dengan ekonomis, handal dan aman.
- Pendingin:
- Pendingin udara (cooled forced air cooling) untuk
generator kecil sampai 50 MW
- Hydrogen cooling untuk generator besar (50 – 300 MW)
- Hollow, water cooled conductor (1000 MW)

- Sistem pengamanan: arus, suhu, dll


Nameplate sebuah
generator menunjukkan
keluaran dari generator
jika generator
beroperasi sesuai
dengan desainnya.

Output generator akan berubah jika terjadi perubahan pada input dan output.
Perubahan input terjadi karena adanya perubahan pada sistem penggerak
primernya:
PLTA penurunan debit air karena perubahan musim, karena penurunan
cadangan air
PLTB penurunan kecepatan angin hingga di bawah cut in speed
PLTU/PLTD/PLTG/PLTPB gangguan pada sistem pengadaan bahan bakar
atau sistem konversi energi primer menjadi energi
mekanik

Output generator berubah karena adanya perubahan beban atau terjadi fangguan

Perubahan output yang dimaksud adalah perubahan kwalitas energi listrik yang
dihasilkan. Sebagai contoh: penurunan tegangan dan/atau frekwensi melebihi
ambang batas.

Generator dijaga (dikendalikan) agar selalu beroperasi mendekati besaran
nominalnya. Misalnya output selalu 220 V 50 Hz

Jika frekwensi turun maka putaran rotor perlu dinaikkan dengan mengatur sistem
konversi energi primernya.
Contoh:
PLTA/PLTM tingkatkan volume air menuju turbin melalui katup pengatur aliran
air.
PLTD/PLTU/PLTG/PLTPB atur kecepatan turbin.

Tegangan menurun karena beban lebih atau gangguan jaringan

Jika beban naik, penurunan tegangan diatasi dengan pengaturan eksitasi (medan
magnet)

Jika terjadi gangguan, penurunan tegangan diatasi dengan pengaturan jaringan
melalui pemutusan bagian jaringan yang bermasalah

Berdasarkan eksitasinya (medan magnet), generator dikelompokan menjadi
dua, yaitu:
1. Permanent Magnet Synchronous Generator (generator sinkron
magnet permanen)
2. Brushed/Brushless Synchronous Generator (generator sinkron
eksitasi dengan atau tanpa sikat-komutasi)

Perkembangan generator ditunjang oleh perkembangan teknologi bahan,
teknik optimasi, dan teknik pendinginan.


Mengetahui potensi sumber energi alam yang tersedia di sekitar kita.

Mendesain generator yang sesuai dengan karakteristik potensi alam yang
tersedia.

Membuat sendiri pembangkit skala kecil 2000 – 5000 Watt dengan bahan
bakar gratis seumur hidup bagi yang memiliki akses terhadap sungai atau
tenaga angin.

Adanya kebijakan PSKT (Pembangkit Skala Kecil Tersebar) atau DG
distributed generation yang memungkinkan pembangkit skala kecil tersebar
menjual kelebihan dayanya ke PLN.


Generator Design

More Related Content

What's hot

Similar to Generator Design

Recently uploaded

Generator Design