• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Materi diklat skp listrik 2
 

Materi diklat skp listrik 2

on

  • 2,005 views

 

Statistics

Views

Total Views
2,005
Views on SlideShare
2,005
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
47
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Materi diklat skp listrik 2 Materi diklat skp listrik 2 Document Transcript

    • 2. Group Mesin listrikEllectricalMachinery’sRot. ACMachineRot. DCMachineGeneratorSelfExcitationExternalExcitationMotorCyl.Pole RotorSalient PoleRotorAsynchronousSynchronousSlipringMotorSquirrel CageGeneratorMotor Series /TractionCompoundTransformerInstrumentPowerDistributionSinglePhase3 PhaseLVMV/HVLilitanSKP/Fellyus/MEI-062/1
    • 2.1 Electric Circuit & Single phase Motor2.1.A Basic Concept Single phase motorPutaran motor induksi timbul karena adanya medan magnit yangberputar didalam lilitan stator, ini hanya bisa terbentuk jika pada kawatlilitan stator dialiri arus bolak-balik. Pada lilitan 1 phase, tidak ada bedaphase dengan demikian flux yang dibangkitkan didalam lilitan statorequivalen dengan flux pada rotor, akibatnya rotor tidak dapat berputar.untuk membuat agar motor single phase bisa berputar, harusditambahkan auxiliary lilitan.2.2.B Sistim StartingUntuk membuat agar motor single phase bisa berputar, makaditambahkan “aux-lilitan “ yang ditempatkan secara terpisah dengan Mainlilitan dengan beda sudut 900mekanik.Gambar Single phase motorAux. lilitan mempunyai tahanan lebih tinggi dibanding dengan main lilitan,dan arus yang mengalir pada masing-masing lilitan saling membentuksudut (besar sudut tergantung pada impedansi lilitan). Arus aux-lilitan(Ia) akan leading terhadap main lilitan (Im), dengan demikian medanmagnit yang akan timbul didalam stator untuk pertama kali akanmencapai max. sesuai dengan arus (Ia) pada aux.lilitan.Arus main-lilitan (Im) akan lagging terhadap aux lilitan (Ia), dengandemikian medan magnit yang akan timbul didalam stator untuk yg keduaakan mencapai max. sesuai dengan arus (Im) pada main-lilitan.Rotor StatorWinding2.2 Lilitan MachineKarena sifat sistim isolasi terhadap tegangan mesin listrik maka lilitandikelompokan atas tegangan kerja mesin:• Lilitan tegangan rendah ≤ 1000 volt• Lilitan tegangan menengah 1000 < V < 4400 Volt• Lilitan tegangan ≥ 4400 voltSKP/Fellyus/MEI-062/2
    • Konstruksi lilitan tegangan menengah dengan tegangan rendah tidak adaperbedaan yang signifikan kecuali pada kawat lilitannya.Pada mesin tegangan menengah memilki rapat flux jauh lebih besar dibandingLV mesin, karena keterbatasan konstruksi slot stator jumlah gulungan lilitan padaMV/HV mesin tidak mungkin dibuat banyak, oleh karenanya lilitan pada MV/HVmesin dibuat dari kawat berpenampang besar normalnya dari kawat persegi.Lain halnya pada mesin LV, karena mesin LV memiliki rapat flux rendah, makagulungan lilitan dapat dibuat banyak, dan pada umumnya lilitan mesin LV dibuatdari kawat bulat (“round wire “).Walaupun demikian pada mesin LV ada juga yang menggunakan lilitan kawatpersegi (“square wire”).Klasifikasi isolasi mesin listrik selain di kelompokkan atas tegangan kerja jugadiklasifikasikan atas temperatur kerja:• Class A: Suhu max yang diizinkan = 1050C• Class E: Suhu max yang diizinkan = 1200C• Class B: Suhu max. yang diizinkan 1300C• Class C: Tidak dispesifikasikan secara kusus, pada umumnya > 2000C• Class F: Suhu max. yang diizinkan = 1550C• Class H: Suhu max. yang diizinkan = 1800CKlasifikasi “round wire” berdasarkan thermal class :Name Type Class Thermal (0C)Polyvinyl Formal PVF E 1200CPolyester PEW B 1300CPolyesterimide EIW H 1800CPolyurethane UEW E 1200CSelf bonding Polyurethane SBUEW E 1200CSKP/Fellyus/MEI-062/3
    • Aplikasi enameled round wire pada mesin listrik :Machine type Wire typePVF PEW EIW UEW SBUWGenerator √ √ √Motor standard √ √ √Dry type transformer √ √ √Oil immersed Transformer √ √Measuring Instrument √ √ √ √ √Coil for communication HF Coil √ √ √ √Solenoid magnetic switch √ √ √Ref: Supreme enameled wire2.3 Synchronous GeneratorMagnetic circuit generator terdiri dari:a. 3 phase Exciter yang terdiri dari stationary dc field (exc. Stator) dan 3 phaserotating armature yang digunakan sebagai power supply ke main rotor fielddengan melalui rotating rectifier.b. 3 phase bridge rotating rectifier atau external rectifierc. 3 phase main a.c. stator lilitan (armature), sebagai keluaran generatorM ain S tatorM ain R otorE xciter M ain G ene ratorE xc.S tatorExc.RotorD iodeA V RS haftPada brushless gen. rangkaian3 phase Rectifier dihubungkanke main rotor generator secaramechanical. Pada umumnyagenerator yang tidak dilengkapidengan pilot exciter, selaludilengkapi dengan aux. lilitanyang dipasang menjadi satudengan main lilitan stator dandiletakkan didasar slot.Gambar Basic Circuit GeneratorSKP/Fellyus/MEI-062/4
    • Sistim exsitasi pada generator.Generator yang tidak dilengkapi dengan pilot exciter, pada stator exciter selaludipasang permanen magnit 2 buah dengan polaritas U dan S. dan aux. lilitan.Pada saat generator diputar mencapai putaran 80 – 90 % dari putarannominalnya stator exciter akan menginduksikan tegangan rotor exciter, keluarantegangan rotor exciter (tegangan a.c. 3 phase) disearahkan oleh rectifier 3 phaseyang terpasang dalam satu shaft dengan main rotor.Setelah main rotor lilitan mendapat power supply d.c dari exciter, maka lilitanrotor akan menginduksikan tegangan pada main stator lilitan. Jika rangkaiankontrol tegangan (AVR) tidak dihubungkan dengan rangkaian generator (AVRfully disconnected), maka pada saat itu akan terukur tegangan pada terminal U-V-W, generator sebesar 12% s/d 30% x Tegangan Nominal generator.Tegangan ini disebut dengan “Residual voltage”Jika semua kabel kontrol pada AVR dihubungkan dengan rangkaian generator,dan setelah generator diputar pada putaran nominalnya, residual voltage akandibangkitkan dan pada terminal U-V-W generator akan timbul tegangan karenainduksi.Waktu yang digunakan untuk membangkitkan tegangan generator dari 0 volt s/dtegangan kerja disebut “build-up time” pada kondisi normal biasanya berkisarantara 2 s/d 6 detik, tergantung dari besaran residual voltage yang dibangkitkanU V W NUVWR3R4R1S1R7R6kLstUH1UH2WH1WH2J1J2K1K2U/FVoltageStabilityStaticDroopAVRCTG1G2AuxwindingVaristorDiodeG1: Main Stator / Main RotorG2: Exciter Stator / Exc. RotorEStatorRotor Exc. RotorExc. StatorSet point potentiometerStatic transformeruntuk kerja paralelGambar rangkaian generatorSKP/Fellyus/MEI-062/5
    • Parallel operationPada kerja paralel dengan generator lain, maka distribusi real power (KW) danreactive power (kVAR) dari semua generator yang diparalel harus sesuai denganrating dari setiap generator. Sehingga generator yang satu tidak membebanigenerator yang lainnya.Pada saat timbulnya reactive lagging load (generator overexcetited) makategangan generator akan naik, maka pada saat itu regulator harus secararesponsive menurunkan tegangan eksitasi generator, dan sebaliknya pada saattimbul reactive leading load tegangan generator akan turun dan regulator harussegera dapat menaikkan tegangan eksitasi.Pada umumnya kontrol conpensating voltage droop di AVR telah diset olehpabrik sebesar 3%, tetapi setting tersebut dapat dirubah sesuai dengankebutuhan sampai dengan 6%, dengan cara mengatur salah satu variableresistor pada AVR.Persyaratan kerja paralelSebelum generator dikerjakan paralel, maka kondisi seperti dibawah ini harusdipenuhi:• Urutan phase dari setiap generator harus sama• Besar tegangan dari setaip generator harus sama• Jumlha phase sama• Frequency dari setiap generator harus sama, toleransi ≤ 3%Sinkronisasi yang tidak tepat akan menimbulkan arus kejut pada terminalgenerator sebesar +/- 1.8 x In, dan akan menimbulkan torsi kejuat sebesar +/-20 x torsi nominal hal ini sangat membahyakan mesin.2.4 Polyphase Induction MotorTerjadinya putaran pada motor induksi 3 phase disebabkan adanya medanmagnit yang berputar pada stator.Medan putar akan timbul jika pada stator diberikan tegangan bolak-balik 3 phase(3 phase alternating current). Listrik bolak-bolik 3 phase selalu memiliki bedasudut antar phase 1200listrik satu sama lain.Prinsip kerja:Jika sumber tegangan listrik bolak balik 3 phase di hubungkan dengan lilitanstator, akan timbul medan putar didalam stator lilitan dengan kecepatan:Ns = 120 f / PNs = putaran sinkronF = frequencySKP/Fellyus/MEI-062/6
    • P = jumlah poleMedan putar stator akan menembus celah udara yang ada yaitu antara statordengan rotor, kemudian memotong penghantar yang ada didalam rotor.Akibatnya pada rotor akan timbul tegangan induksi perfase sebesar:E2a = 4.44x f1 x T2 x kw2 x ΦmKarena rangkaian rotor merupakan rangkaian tertutup, maka didalamnya akanmengalir arus sebesar (I) dan aliran arus pada penghantar rotor akanmenimbulkan gaya sebesar (F ), gaya yang dibangkitkan pada rotor akantertinggal terhadap putaran medan stator.Selisih putaran medan stator terhadap putaran rotor di sebut dengan slip,besarnya slip tergantung pada impedansi rotor dan frequency, normalnyaberkisar antara 3 – 6 % dari putaran medan.N = Ns (1-s)N = putaran rotorNs = putaran medanS = slipLocked – rotor current.Yang dimaksud dengan Locked rotor current adalah arus yang timbul pada saatrotor dalam kondisi steady state pada tegangan dan frekwensi kerja nominal,yaitu terjadi pada saat rotor motor akan berputar.Locked rotor disebut juga Inrush current atau arus start.Locked-Rotor KVA x 1000Locked-rotor current =Motor Voltage x √3Untuk estimasi daya start yang digunakan pada maotor induksi dengan jenissquirrel cage kurang lebih 5.3 kVA per HP motor.2.4.1 Squirrel cage MotorKonstruksi Squirrel cage Rotor.Rotor pada squirrel cage rotor tidak mempunyai lilitan seperti pada rotorslip ring atau pada generator, tetapi menggunakan bar yang terbuat daribahan aluminium atau tembaga yang di tanam pada slot dan diujung-ujungnya dihubung-singkat satu sama lainnya dengan menggunakan endring.Arus yang yang akan mengalir pada end ring adalah sebesar jumlah arusyang terjadi pada bar rotor, berkisar antara 8 – 12 x In motor.SKP/Fellyus/MEI-062/7
    • Bar dan end ring rotor dapat dibuat dari bahan Alumunium atau daritembaga dan masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan.Bahan alumunium lebih sering digunakan, karena memiliki beberapakelebihan dibandingkan dengan tembaga.• lebih murah• lebih ringan• lebih mudah pengerjaannya• memiliki impedansi rendah sehingga arus short circuitnya lebih kecilKekurangannya:• Riskan terhadap terhadap mechanical stress• Rugi-ruginya lebih besar dibanding dengan tembagaKelebihan bahan tembaga dibanding dng Alumunium• Impedansi rendah sehingga rugi2 nya lebih kecil• Mechanical strength tinggiKekurangannya:• Berat• Mahal• Arus short circuit besar• Pengerjaannya lebih sulitStarting Squirrel Cage Induction MotorArus start pada motor induksi (direct on line) berkisar antara 6 s/d 10 xIn, tergantung pada putaran, efficency dan cos φ.Cara start motor induksi Squirrel cagea. Full Voltage Direct on Lineb. Start deltac. Auto Transformerd. Primary resistancee. Solid state soft starterCara start pada item 2 – 5 adalah cara Untuk mengurangi arus start(“inrush current” ) pada sequirrel cage .Full Voltage Direct On LineYang dimaksud dengan full voltage direct starter adalah dengan caramenghubungkan langsung motor induksi dengan jala-jala dan kemudianmotor di start pada posisi tegangan penuh.Pada start dengan cara ini arus start (inrush current) motor sangat tinggiyaitu antara 6 – 10 x Arus nominal berlangsung antara 8 s/d 12 detiktergantung dari daya, putaran dan Cos φ motor.SKP/Fellyus/MEI-062/8
    • Keistimewaan start dengan cara ini adalah, moment start nya tinggi danbiayanya murah, karena tidak perlu menambah biaya untuk membeli alatstart, tetapi start dengan cara ini sangat membahayakan motor,normalnya motor yang di start dengan cara ini mempunyai daya kecil.Skema - FVDOLKurva arus start – torque vs putaranGambar Full Voltage Direct StarterStart – DeltaROTOR SPEEDCURRENT TORQUEFLCSTARTCURRENTRATEDTORQUERATEDCURRENTL1L2L3I >>M O TO RM CC BC O N TACTO RTER M IN ATIO NSalah satu cara yang paling polpuler untuk mengurangi arus start padasaat strat motor induksi adalah menggunakan start – delta starter, alat inisangat effisien karena murah dan perawatannya relative sangat ringan.Gambar Star - delta starterMOTORTERMINATIONL1L2L3MCCBCONTACTORI >>U V Wx y zC1 C2 C3STAR - DELTA STARTERDELTA TORQUESTAR TORQUESTAR - DELTATRANSITIONTORQUEY-D TORQUE CURVELineCurrentY-DTRANSITIONROTOR SPEED1/3 DY CURRENTDCURRENTY-D CURRENT CURVESKP/Fellyus/MEI-062/9
    • Cara kerja Star – Delta starter.Pertama – tama motor distart dengan hubungan star (Υ), pada posisi inikontaktor yang berkerja adalah (C1 & C2), kemudian setelah motorrunning pada putaran nominal koneksi motor di ubah menjadi hubungandelta, biasanya waktu pemindahan dari star-delta di atur denganmenggunakan “timer” (normal nya timer di set antara 6 s/d 12 detik)tergantung dari karakteristik motor.Pada saat motor terhubung delta, kontaktor yang bekerja adalah (C1 &C3), karena besar arus yang timbul pada saat start dengan hubunganSTAR (Υ) arusnya cukup kecil, maka kontaktor C2 dapat menggunakankontaktor yang kapasitas arusnya lebih kecil.Besarnya arus dan torsi yang terjadi pada saat start (hubungan STAR)hanya sebesar 1/3 arus delta, arus transient (perpindahan dari star kedelta) akan kira-kira sebesar 60 % x Arus start Delta.Walaupun sistim starting dengan star-delta cukup baik dan ekonomis,sistim ini memilki kelemahan yaitu, moment startnya menjadi kecil, olehkarenanya sistim ini tidak dapat dipakai untuk motor-motor yangdigunakan untuk menggerakkan beban statis yang besar, dan sistim initidak bisa digunkan untuk motor yang di design dengan design NEMA C(double cage motor), karena pada saat motor di switch ke delta motorakan running dengan arus yang masing sangat tinggi dan se-olah-olahmotor di koneksi DOL.Normalnya sistim ini hanya di aplikasikan untuk motor – motor dengankapasitas kecil s/d menengah .Auto TransformerMotor dihubungkan dengan sebuah auto-tranformer 3 phase yangmemiliki banyak tapping, untuk memindahkan tapping auto transformerdigunakan “starting contactor”. Waktu perpindahnya diatur denganmenggunakan timer.Arus start dan torsinya akan turun sebanding dengan penurunantegangan pada saat start.Cara kerja Auto Transformer StarterMotor dihubungkan dengan contactor 1 yang disebut dengan “runningcantactor”, contactor ini akan “close” jika waktu startingnya sudahselesai. Dan motor juga dihubungkan dengan bebarapa bh contactor lain+ 1 bh auto transformer 3 ph, yang digunakan untuk start.Pada saat start, contactor 1 (running contactor open), starting contactor(A & B) close. Dengan bantuan timer secara otomatis tapping pada autotransformer akan dipindah sesuai tegangan yang diperlukan untuk start.Jika motor telah berputar pada putaran penuh, starting contactor akanmembuka dan secara bersamaan “running contactor akan menutup”dengan demikian motor akan di supply dengan tegangan penuh.SKP/Fellyus/MEI-062/10
    • TERMINATIONC1C2MCCBI >>L1L2L3C3MOTORRSTRSTR TSSTARTCONTACT. (B)STARTCONT (A)3 PHASEAUTO TRAFORUNNINGCONTACTORAUTO TRANFORMER STARTERGambar Auto Transformer StarterAuto transformer starting biasanya hanya digunakan untuk motor denganoperasi start-stop yang sedikit, alat ini tidak ekonomis untuk motor yangbesar-besar, dan biasanya hanya digunakan untuk motor dengankapasitas sedang.Beban yang terpasang pada motor dengan starting auto trafo normalnyaberupa beban yang tidak memerlukan moment start besar, misal: “fan,pompa”.Primery ResistanceMetode ini menggunakan “Resistor” yang dipasang seri pada setiap phasemotor dan di paralel dengan main-contact running contactor . Besarnyaresitor yang dipasang tergantung pada impedansi motor. Pada saat starttegangan yang masuk ke stator motor akan dibatasi oleh “resistor” yangterpasang sebesar “I x R” volt.Arus start yang akan timbul akan sebanding dengan rasio “impedansmotor terhadap impedans motor + resistor”, Selama start resistor akandilairi arus besar sehingga resistor akan mudah panas, untuk mengurangirugi-rugi daya yang hilang menjadi panas maka resistor memerlukanpendinginan tambahan, dapat berupa cairan (oli) atau udara paksa.Karena keterbatasan kemampuan resistor tersebut , maka normalnyametode ini hanya digunakan pada motor-motor sedang dengan bebanyang tidak memerlukan starting moment tinggi.SKP/Fellyus/MEI-062/11
    • Gambar Primary Resistance StarterSolid State Soft StarterSolid state soft starter adalah salah satu metode yang digunakan untukstarting motor, dengan cara mengatur tegangan supply ke stator yangdilakukan oleh A.C switch yang dipasang seri dengan setiap phase stator.L1L2L3I >>MOTORMCCBCONTACTORTERMINATIONCONTACTORMAIN& STARTRESISTORRUNNINGRESISTANCE STARTERSTATORIMPEDANCESTATORVOLTAGELINE VOLTAGEROTOR SPEEDA.C. switch dapat berupa sebuah “triac” atau dua bh SCR atau gabunganSCR dan diode yang dipasang paralel dengan polaritas terbalik satu samalain. Solid state akan mengontrol tegangan power supply dan besarnyaarus yang masuk ke-stator, cara kerja ac switch adalah layaknya saklar“on – off – on – off”, dan sudut gelombang tegangan yang akandipotong dapat diatur dengan mengatur waktu triger pada gate SCR atautriac.OUT PUTVOLTAGE1800CONDUCTIONANGLESTART UP WAVE FORMMOTORTERMINATIONCONTACTORL1L2L3MCCBI >>AC SWITCHSOLID STATE SOFT STARTERGambar Solid State StarterSKP/Fellyus/MEI-062/12
    • 2.4.2 Slip ring MotorCara starting motor slipring agak berbeda dengan squirrel cage motor,pada slipring motor lilitan rotor dihubungkan dengan “3 phase externalvariable resistance” untuk menurunkan arus start.Pada awal start “tapping resistor” dibuat maximum, setahap demisetahap tahanan resistor diturunkan, jika putaran motor telah mencapaiputaran penuh resistor dihubung singkat.Cara kerja starting slip ringAnalogi starting slipring terhadap Squirrel cage motor, jika externalresistor di hubung-singkat (tahanan external resistance = 0), mesin akanbekerja seperti pada motor squirrel cage, karena tahanan rotor menjadisangat kecil motor akan berputar dengan slip rendah dan akanmenghasilkan torsi besar.Jika external resistor ditambahkan pada lilitan rotor, maka putaran dantorsi motor akan berubah sebanding dengan perubahan impedansi lilitan+ tahanan external, arus yang mengalir ke rotor akan dibatasi olehpenjumlahan Impedansi rotor + external resistor, dengan demikian arusinduksi pada stator akan turun sebanding dengan penurunan arus padarotor.Karakteristik motor Slip ring:• Low starting current• High starting torque• High accelerationKarena sifat-sifat mesin tersebut, maka motor ini sangat sesuaidigunakan untuk beban dengan moment diam yang besar, contoh:• Hoist• Conveyor• ElevatorBerikut adalah skema starting motor slip ringSKP/Fellyus/MEI-062/13Main StatorWound Rotor ShaftINCOMINGSLIPRING3 PCSExternalResistorExternal resistor dishort jika motortelah mencapaiputaran penuh
    • 2.5 DC MotorDirect current motor sangat luas digunakan di industri, karena speed dan torquepada motor d.c. dapat dengan mudah di atur dengan sangat halus.Pada putaran rendah motor d.c. masih dapat mentransfer torque secara penuh,hal ini tidak mungkin dilakukan oleh motor a.c. selain itu putaran motor d.c.dapat di balik secara mudah.Konstruksi mesin dcArmature core: terbuat dari baja silikon dengan ketebalan 0.4 – 0.6 mmdengan lapisan isolasi di satu sisi dan sisi lainnya tanpa isolasi.Stator pole core: sperti pada rotor, hanya saja pole stator lebih tebal daricore rotor, berkisar antara 1.5 – 3.2 mmFrame yoke: terbuat dari rolled mild steel plateCommutator: terbuat dari “hard-copper” dari setiap lembar tembagadipisahkan dengan lembaran isolasi yang terbuat dari “mica” denganketebalan 0.5 – 1.3 mm tergantung dari size generator dan tegangan kerjamax. antar bar. Isolasi mica dan bar tembaga di klem bersama denganmenggunakan V ring dari metal dan di isolasi dengan mica yang berbentukkubah (“cone”)CommutatorRotorSKP/Fellyus/MEI-062/14
    • StatorCopound dc motor Stator Series dc GeneratorKarakteristik konstruksi lilitanKonstruksi lilitan d.c dapat dikategarikan menjadi 2, yaitu:Permanent magnet motorWound field motorPermanent magnet motorPermanent magnet motor, biasanya didesain untuk motor d.c dengan kapasitaskecil (fractional power motor)Permanent magnit motor: field nya berupa permanent magnit yang memilki poledari 2 atau lebih, Magnetic flux akan membangkitkan arus pada lilitan armatureyang menyebabkan motor akan berputar. Flux yang dibangkitkan olehpermanent magnet akan konstan pada semua speed sehingga speed – torquedan current - torque motor memiliki kurva linier.Permanent magnet memilki beberapa keuntungan dibandingkan dengan woundfield lilitan.• Excitation power supply tidak memerlukan pengkabelan• Reliability nya lebih tinggi sepanjang tidak ada kerusakan lilitan rotor.• Tidak akan pernah terjadi over-speed, karena tidak akan pernah adagangguan field.• Karakteristik Torque vs arus mendekati linierTemperature effect pada PM (permanent magnet) sangat tergantung padamaterial permanent magnet yang membentuknya.ALNICO PM memiliki temperature lebih rendah dari bahan “ceramic” karenakarakteristik flux yang dibangkitnya Alnico lebih konstanSKP/Fellyus/MEI-062/15
    • Wound field d.c motor:Shunt motor: Field lilitan motor di hubungkan paralel dengan armatureSeries motor: Field lilitan dihubungkan seri dengan armatureCompound motor : Motor yang memilki field seri dan shuntSKP/Fellyus/MEI-062/16