Motor Listrik

                   Motor listrik sangat identik dengan perlengkapan listrik yang sering kita lihat bahkan kita gunakan dalam kehidupan. Motor listrik merupakan salah satu penghasil energi yang dibutuhkan oleh semua kalangan, baik dari industri besar, industri kecil, bahkan digunakan secara pribadi. Motor listrik ini memang sangat diperlukan dan takkan lepas dari kebutuhan yang berkembang seiring kemajuan zaman. Tapi terkadang kita tidak mengerti apa motor listrik itu sendiri, untuk itu saya membuat makalah dengan judul “Motor Listrik” agar kita para pembaca mengerti tentang motor listrik. Motor listrik yang saya bahas tidak hanya untuk kalangan orang yang memang ahli dibidangnya, tetapi saya membahas diperuntukkan untuk semua golongan yang menggunakan motor listrik.

#    Dimana motor digunakan

Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar  impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah ( mixer , bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

#     Bagaimana sebuah motor bekerja

           Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama (Gambar  1):

·         Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

·         Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

·         Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan.

·         Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran. Yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004):

• Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
• Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan)
• Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.

Komponen motor listrik bervariasi untuk berbagai jenis motor, dalam bab 2 dijelaskan untuk masing-masing motor.

#     Jenis Motor Listrik

Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: DC dan motor. Dafar para pemasok motor listrik tersedia di www.directindustry.com/find/electric-motor.html. Gambar 3 memperlihatkan motor listrik yang paling umum. Motor tersebut dikategorikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dibawah ini.

#     Motor DC

Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatanyang luas.

Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:1

·         Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.

·         Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.

·         Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.

                          Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik

Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:

• Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan.
• Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan

Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.

*   Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited

Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.

*    Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt

Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):

• Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 4) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
• Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).

#    Motor DC daya sendiri: motor seri

Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo. Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002):

·         Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM.

·         Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.

Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 5).

#   Motor DC Kompon/Gabungan

Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok (myElectrical, 2005).

#    Motor AC

Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan daalam Gambar 7. Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).

#  Motor sinkron

Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.

Komponen utama motor sinkron adalah (Gambar 7):

• Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
• Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.

#    Pengkajian Motor Listrik

Bagian ini menjelaskan tentang bagaimana mengkaji kinerja motor listrik.

*   Efisiensi motor lisrik

Motor mengubah energi listrik menjadi energi mekanik untuk melayani beban tertentu. Pada proses ini, kehilangan energi ditunjukkan dalam Gambar 11.

Efisiensi motor ditentukan oleh kehilangan dasar yang dapat dikurangi hanya oleh perubahan pada rancangan motor dan kondisi operasi. Kehilangan dapat bervariasi dari kurang lebih dua persen hingga 20 persen.

Efisiensi motor dapat didefinisikan sebagai “perbandingan keluaran daya motor yang digunakan terhadap keluaran daya totalnya.” Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah:

• Usia. Motor baru lebih efisien.
• Kapastas. Sebagaimana pada hampir kebanyakan peralatan, efisiensi motor meningkat.
• Kecepatan. Motor dengan kecepatan yang lebih tinggi biasanya lebih efisien.
• Jenis. Sebagai contoh, motor kandang tupai biasanya lebih efisien daripada motor cincingeser.

·      Suhu. Motor yang didinginkan oleh fan dan tertutup total (TEFC) lebih efisien daripada. motor screen protected drip-proof (SPDP)

Terdapat hubungan yang jelas antara efisiensi motor dan beban. Pabrik motor membuat rancangan motor untuk beroperasi pada beban 50-100% dan akan paling efisien pada beban 75%. Tetapi, jika beban turun dibawah 50% efisiensi turun dengan cepat seperti ditunjukkan pada Gambar 11. Mengoperasikan motor dibawah laju beban 50% memiliki dampak pada faktor dayanya. Efisiensi motor yang tinggi dan faktor daya yang mendekati 1 sangat diinginkan untuk operasi yang efisien dan untuk menjaga biaya rendah untuk seluruh pabrik, tidak hanya untuk motor.

Untuk alasan ini maka dalam mengkaji kinerja motor akan bermanfaat bila menentukan beban dan efisiensinya. Pada hampir kebanyakan negara, merupakan persyaratan bagi fihak pembuat untuk menuliskan efisiensi beban penuh pada pelat label motor. Namun demikian, bila motor beroperasi untuk waktu yang cukup lama, kadang-kadang tidak mungkin untuk mengetahui efisiensi tersebut sebab pelat label motor kadangkala sudah hilang atau sudah dicat.

Untuk mengukur efisiensi motor, maka motor harus dilepaskan sambungannya dari beban dan dibiarkan untuk melalui serangkaian uji. Hasil dari uji tersebut kemudian dibandingkan dengan grafik kinerja standar yang diberikan oleh pembuatnya. Jika tidak memungkikan untuk memutuskan sambungan motor dari beban, perkiraan nilai efisiensi didapat dari tabel khusus untuk nilai efisiesi motor. Lembar fakta dari US DOE (www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/pdfs/10097517.pdf) memberikan tabel dengan nilai efisiensi motor untuk motor standar yang dapat digunakan jika pabrik pembuatnya tidak menyediakan data ini. Nilai efisiensi disediakan untuk:

• Motor dengan efisiesi standar 900, 1200, 1800 dan 3600 rpm.
• Motor yang berukuran antara 10 hingga 300 HP.
• Dua jenis motor: motor anti menetes terbuka/ open drip-proof (ODP) dan motor yang didinginkan oleh fan dan tertutup total/ enclosed fan-cooled motor (TEFC).
• Tingkat beban 25%, 50%, 75% dan 100%.

Lembar fakta juga menjelaskan tiga kategori metode yang lebih canggih untuk mengkaji efisiensi motor: peralatan khusus, metode perangkat lunak, dan metode analisis. Dengan kata lain, survei terhadap motor dapat dilakukan untuk menentukan beban, yang juga memberi indikasi kinerja motor. Hal ini diterangkan dalam bagian berikut.

#      Beban Motor, Mengapa mengkaji beban motor

Karena sulit untuk mengkaji efisiensi motor pada kondisi operasi yang normal, beban motor dapat diukur sebagai indikator efisiensi motor. Dengan meningkatnya beban, faktor daya dan efisinsi motor bertambah sampai nilai optimumnya pada sekitar beban penuh.

~   Bagaimana Mengkaji Beban Motor

Survei beban motor dilakukan untuk mengukur beban operasi berbagai motor di seluruh pabrik. Hasilnya digunakan untuk mengidentifikasi motor yang terlalu kecil. (mengakibatkan motor terbakar) atau terlalu besar (mengakibatkan ketidak efisiensian). US DOE merekomendasikan untuk melakukan survei beban motor yang beroperasi lebih dari 1000 jam per tahun. Terdapat tiga metode untuk menentukan beban motor bagi motor yang beroperasi secara individu:

• Pengukuran daya masuk. Metode ini menghitung beban sebagai perbandingan antara daya masuk (diukur dengan alat analisis daya) dan nilai daya pada pembebanan 100%.
• Pengukuran jalur arus. Beban ditentukan dengan membandingkan amper terukur (diukur dengan alat analisis daya) dengan laju amper. Metode ini digunakan bila faktor daya tidak dketahui dan hanya nilai amper yang tersedia. Juga direkomendasikan untuk menggunakan metode ini bila persen pembebanan kurang dari 50%.
• Metode Slip. Beban ditentukan dengan membandingkan slip yang terukur bila motor beroperasi dengan slip untuk motor dengan beban penuh. Ketelitian metode ini terbatas namun dapat dilakukan dengan hanya penggunaan tachometer (tidak diperlukan alat analisis daya).

Karena pengukuran daya masuk merupakan metode yang paling umum digunakan, maka hanya metode ini yang dijelaskan untuk motor tiga fase.

#    Peluang Efesiensi Energi

           Bagian ini menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja motor listrik.

*   Mengganti motor standar dengan motor yang energinya efisien

Motor yang berefisiensi tinggi dirancang khusus untuk meningkatkan efisiensi energi dibanding dengan motor standar. Perbaikan desain difokuskan pada penurunan kehilangan mendasar dari motor termasuk penggunaan baja silikon dengan tingkat kehilangan yang rendah, inti yang lebih panjang (untuk meningkatkan bahan aktif), kawat yang lebih tebal (untuk menurunkan tahanan), laminasi yang lebih tipis, celah udara antara stator dan rotor yang lebih tipis, batang baja pada rotor sebagai pengganti alumunium, bearing yang lebih bagus dan fan yang lebih kecil, dll.

Motor dengan energi yang efisien mencakup kisaran kecepatan dan beban penuh yang luas. Efisiensinya 3% hingga 7% lebih tinggi dibanding dengan motor  standar sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 12. Tabel 2 menggambarkan peluang perbaikan yang sering digunakan pada perancangan motor yang efisien energinya.

Sebagai hasil dari modifikasi untuk meningkatkan kinerja, biaya untuk motor yang energinya efisien lebih besar daripada biaya untuk motor standar. Biaya yang lebih tinggi seringkali akan terbayar kembali dengan cepat melalui penurunan biaya operasi, terutama pada penggunaan baru atau pada penggantian motor yang masa pakainya sudah habis. Akan tetapi untuk penggantian motor yang ada yang belum habis masa pakainya dengan motor yang efisien energinya, tidak selalu layak secara finansial, oleh karena itu direkomedasikan untuk mengganti dengan motor yang efisien energinya hanya jika motor-motor tersebut sudah rusak.

* Menurunkan pembebanan yang kurang (dan menghindari motor yang

          ukurannya berlebih/ terlalu besar)

Sebagaimana dijelaskan dalam bab 3, beban yang kurang akan meningkatkan kehilangan motor dan menurunkan efisiensi motor dan faktor daya. Beban yang kurang mungkin merupakan penyebab yang paling umum ketidakefisiensian dengan alasan-alasan:

• Pembuat peralatan cenderung menggunakan faktor keamanan yang besar bila memilih motor.
• Peralatan kadangkala digunakan dibawah kemampuan yang semestinya. Sebagai contoh, pembuat peralatan mesin memberikan nilai motor untuk kapasitas alat dengan beban penuh. Dalam prakteknya, pengguna sangat jarang membutuhkan kapasitas penuh ini, sehingga mengakibatkan hampir selamanya operasi dilakukan dibawah nilai beban.
• Dipilih motor yang besar agar mampu mencapai keluaran pada tingkat yang dikehendaki, bahkan jika tegangan masuk rendah dalam keadaan tidak normal.
• Dipilih motor yang besar untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi akan tetapi lebih baik bila digunakan motor yang lebih kecil yang dirancang dengan torque tinggi.

Ukuran motor harus dipilih berdasarkan pada evaluasi beban dengan hati-hati. Namun bila mengganti motor yang ukurannya berlebih dengan motor yang lebih kecil, juga penting untuk mempertimbangkan potensi pencapaian efisiensi. Motor yang besar memiliki efisiensi yang lebih tinggi daripada motor yang lebih kecil. Oleh karena itu, penggantian motor yang beroperasi pada kapasitas 60 – 70% atau lebih tinggi biasanya tidak direkomendasikan. Dengan kata lain tidak ada aturan yang ketat yang memerintahkan pemilihan motor dan potensi penghematan perlu dievaluasi dengan dasar kasus per kasus. Contoh, jika motor yang lebih kecil merupakan motor yang efisien energinya sedangkan motor yang ada tidak, maka efisiensi dapat meningkat.

Untuk motor yang beroperasi konstan pada beban dibawah 40% dari nilai kapasitasnya, pengukuran yang murah dan efektif dapat dioperasikan dalam mode bintang. Perubahan dari operasi standar delta ke operasi bintang meliputi penyusunan kembali pemasangan kawat masukan daya tiga fase pada kotak terminal. Mengoperasikan dalam mode bintang akan menurunkan tegangan dengan faktor ‘√3’. Motor diturunkan ukuran listriknya dengan operasi mode bintang, namun karakteristik kinerjanya sebagai fungsi beban tidak berubah. Jadi, motor dalam mode bintang memiliki efisiensi dan faktor daya yang lebih tinggi bila beroperasi pada beban penuh daripada beroperasi pada beban sebagian dalam mode delta. Bagaimanapun, operasi motor pada mode bintang memungkinkan hanya untuk penggunaan dimana permintaan torque ke kecepatannya lebih rendah pada beban yang berkurang. Disamping itu, perubahan ke mode bintang harus dihindarkan jika motor disambungkan ke fasilitas produksi dengan keluaran yang berhubungan dengan kecepatan motor (karena kecepatan motor berkurang pada mode bintang). Untuk penggunaan untuk kebutuhan torque awal yang tinggi dan torque yang berjalan rendah, tersedia starter Delta-Bintang yang dapat membantu mengatasi torque awal yang tinggi.

Generator sinkron

 #  Generator Sinkron Turbo

      Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan kon-struksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron. Ada dua struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC (membangkitkan me-dan magnet, biasa disebut sistem eksitasi) dan sebuah kumparan (biasa disebut jangkar) tempat dibangkitkannya GGL arus bola-balik.

      Generator sinkron turbo merupakan generator yang penggeraknya berkemampuan tinggi seperti turbin.

#  Stator Sinkron

       Stator sinkron pada generator 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.

#  Rotor Sinkron

         Rotor pada generator merupakan bagian untuk menempatkan kumparan medan magnit eksitasi. 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.

          Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, me-sin dengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder gambar 3a.

           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 terse-but 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 melewati saluran atau rongga-rongga pada sisi kumparan dan intinya secara bersama-sama dengan pendinginan pada bagian stator.

         Agar sirkulasi media pendingin ke rongga-rongga rotor dan stator dapat bersirkulasi, maka pada rotor generator dipasang baling-baling sebagai blower,

*  Sistem Eksitasi

         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 :
          1. Sistem Eksitasi Statik
          2. Sistem Eksitasi Dinamik

           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.

          Suplai daya listrik untuk eksitasi mengambil dari output generator melalui excitation transformer, kemudian disearahkan melalui power rectifier dan disalurkan ke rotor generator untuk eksitasi atau penguat medan dengan melalui sikat arang.

          Untuk pengaturan besaran tegangan output generator diatur melalui DC regulator dan AC regulator, sehingga besarnya arus eksitasi dapat diatur sesuai kebutuhan. Kemudian apabila generator tersebut pada waktu start awal belum mengeluarkan tegangan, maka untuk suplai arus eksitasi biasanya diambil dari baterai.

           Adapun yang dimaksud dengan Sistem Eksitasi Dinamik adalah sistem eksitasi yang sumber suplai arus eksitasi diambil dari mesin yang bergerak, dan mesin yang bergerak tersebut disebut Eksiter. Biasanya eksiter tersebut sebagai tenaga penggeraknya dipasang satu poros dengan generator.

         Seperti kita ketahui bahwa untuk arus eksitasi adalah arus searah, maka sebagai eksiternya adalah mesin arus searah (generator DC) atau dapat juga dengan mesin arus bolak-balik (generator AC) kemudian disearahkan dengan rectifier.

        Sistem eksitasi dengan menggunakan eksiter generator DC untuk menyalurkan arus eksitasi generator utama dengan media sikat arang dan slip ring serta output arus searah dari generator eksiter melalui sikat arang. Ditinjau dari segi pemeliharaan sistem ini kurang efektif, sehingga mulai dikembangkan dengan system eksitasi tanpa sikat atau disebut “ Brushless Excitation”

#  Fungsi Dan Prinsip Kerja Peralatan Bantu Generator

    *  Sistem Pendingin Generator
        a.  Fungsi Pendingin

           Terjadinya panas pada generator / alternator disebabkan karena adanya Rugi Tembaga dan Rugi Besi. Yang dimaksud dengan rugi tembaga adalah panas yang disebabkan karena adanya arus pembebanan yang mengalir melalui penghantar tembaga stator dan rotor yang besaran dayanya dapat dihitung I2 R.

           Sedangkan rugi besi adalah kerugian yang diakibatkan dari panas yang ditimbulkan dengan adanya arus pusar (eddy current) yang terjadi pada inti stator maupun rotor. Selain panas yang diakibatkan seperti tersebut diatas, juga terjadi panas yang diakibatkan dari gesekan dan angin.

          Panas yang berlebihan diakibatkan dari seperti yang diuraikan diatas pada generator perlu dicegah, hal ini dapat mengakibatkan kerusakan isolasi penghantar atau terbakar, oleh sebab itu perlu adanya pendinginan. Kerugian-kerugian yang menyebabkan panas tersebut harus diusahakan kecil sehingga tidak lebih dari 2% dari output alternator.

      b. Media Pendingin

          Untuk menyerap dan membuang panas (disipasi) yang timbul didalam al-ternator yang sedang beroperasi dapat menggunakan beberapa media pendingin. Adapun jenis media pendingin yang biasa digunakan meliputi :

               • Udara
               • Gas Hidrogen
               • Air

          Secara alami, semakin besar kapasitas alternator maka panas yang ditimbulkan semakin besar pula. Adapun media pendingin yang paling efektif adalah air, tetapi air banyak kendala yang harus ditangani, disamping instansinya mahal pemeliharaannya pun susah, maka alternator yang media pendinginnya pada bagian stator, sedangkan dibagian rotor menggunakan hidrogen.

             • Kerapatannya cukup besar
             • Daya hantaran panas rendah
             • Koofisien perpindahan panas rendah
             • Kebersihannya kurang

         Pendinginan dengan udara terbatas pada alternator yang berkapasitas kecil atau untuk mesin exciter. Kemudian untuk alternator yang cukup besar kapasitasnya, yang paling sederhana penanganannya tetapi bukan berarti paling mudah, dan efektif dalam penyerapan panasnya dibanding dengan udara adalah dengan gas hidrogen.

* Sistem Pendingin Eksiter

          Eksiter sebagai bagian dari pendukung operasi generator yang berperan memberikan pasok sumber arus searah untuk eksitasi generator utama. Seperti kita ketahui bahwa setiap generator sistem eksitasinya belum tentu sama, ada yang sistem statik dan ada juga sistem dinamik.

           Pada sistem eksitasi dinamik, eksiternya merupakan mesin yang beputar seporos dengan generator utama, yang sistem pendinginannya terpisah dengan generator. Karena panas yang timbul pada eksiter tidak terlalu besar, maka pada umumnya sistem pendinginan eksiter cukup dengan media udara biasa yang didinginkan melewati cooler-cooler yang berisi air.

*  Sistem Pentanahan

          Sistem pentanahan generator merupakan sambungan bintang sistem 3 (tiga) phase yang titik netralnya dihubungkan ke tanah. Yang tujuannya untuk siklus tertutup arus hubung tanah dan proteksi.

Pentanahan titik netral generator pada umumnya jenis pentanahan tidak langsung yaitu penghantar tanah tersebut terhubung dengan Transformator Pentanahan (NGT = Netral Grounding Transformer) dan dihubung paralel dengan Tahanan (NGR = Neutral Grounding Resistance).

* Sistem Proteksi

         Sistem Proteksi generator berfungsi untuk melindungi generator dari adanya gangguan, baik gangguan luar maupun gangguan yang berasal dari dalam, sehingga generator dapat terhindar dari kerusakan. Adapun jenis-jenis proteksi yang biasa terpasang meliputi :

#@* PEMELIHARAAN GENERATOR



# Pemeliharaan Pemeliharaan Generator Sinkron Turbo

      Pemeliharaan generator sinkron sama seperti pemeliharaan pada generator lainnya yaitu untuk mencegah terjadinya gangguan pada saat unit beroperasi, se-hingga tidak mengakibatkan kerusakan yang lebih besar / fatal dan peralatan ter-sebut mempunyai masa pakai yang lebih lama, menghasilkan unjuk kerja yang lebih baik serta tingkat keselamatan lebih terjamin.

      Adapun pemeliharaan pada generator yaitu pemeliharaan yang dilakukan terhadap bagian-bagian generator yaitu sebagai berikut :

#  Pemeliharaan Stator

      Stator adalah bagian dari generator utama yang / sangat penting karena dari kumparan medan ini diperoleh tegangan listrik. Oleh sebab itu, perlu diperhatikan cara perawatan yang tepat sesuai dengan petunjuk (manual instruction).

  Adapun perawatan stator dilakukan meliputi :

- Pembersihan kumparan dari debu, minyak pelumas dan kotoran        kotoran lainnya dengan cara menyemprot dengan udara           kering   kemudian dibersihkan dengan cairan pembersih electric cleaner (vacuum).

- Pemeriksaan pada bagian tepi dari stator jika ada kelainan-   kelainan.

- Pemeriksaan kumparan dari perubahan warna.

- Pemeriksaan slot-slot, pita dan ikatan kumparan serta sambungan dari pada stator.

- Pemeriksaan pada bagian air duck (sistem saringan udara) dari kotoran dan kekeringannya.

- Adapun untuk pengeringanya dan pemanasannya dari stator ada beberapa macam cara:

1. Pemanasan dari dalam (internal heat) Yaitu pemanasan dengan    memberi suplai tegangan DC pada kumparan.

2. Pemanasan dari luar (ekternal heat) Yaitu pemanasan dengan memakai sumber panas dari luar (lampu sorot).

      Apabila sudah dinyatakan kering ukur tahanan isolasi kumparan stator dengan menggunakan alat ukur insulation tester (megger) yang bertegangan 5000 volt. Bila dalam hal ini hasil pengukuran tahanan isolasi kumparan belum memenuhi standar lakukan pengeringan kembali.

      Setelah selesai perbaikan lakukan pengecekan ulang untuk meyakinkan tidak tertinggalnya peralatan pada generator.

# Pemeliharaan Rotor

      Rotor adalah bagian generator utama yang berputar dan terdiri dari satu pasang pole (kutub) yang menghasilkan medan magnet selama ada arus penguatan dari exciter generator. 
   

       Adapun Overhaul mayor pada bagian rotor meliputi :

- Membersihkan kumparan dari debu, minyak pelumas,serta partikel lain dengan penyemprotan udara kering, dan cairan pembersih electric cleaner (vacuum) kemudian dilap.

- Periksa kelainan atau perubahan warna kumparan dan core (inti).

- Lakukan pemanasan kumparan rotor dengan menggunakan Iampu sorot atau udara kering atau dapat pula dengan mengalirkan arus DC pada kumparan rotor, pemanasan ini dijaga pada suhu 60’C ( 140'F ).

- Setelah itu diadakan pendinginan sampai temperature normal.

- Ukur tahanan isolasi kumparan rotor terhadap ground dengan insulation tester yang bertegangan 150 volt.

- Melapisi kumparan dan core (inti) dengan sirlak sampai sempurna (re insulation) pengisolasian kembali.

- Melakukan pemanasan lagi sampai sirlak menjadi kering.

- Untuk mengetahui kekeringan dan kebersihan kumparan maka diadakan test Polarisasi Index (PI) dengan menggunakan insulation tester hingga harga minimum PI > 2.5. 

      Apabila tidak memenuhi tersebut maka dilakukan pembersihan dan pengeringan ulang. Harga PI kumparan rotor dapat diketahui setelah diadakan pengeringan selama l0 menit, yaitu dengan membandingkan tahanan isolasi setelah pemeliharaan dengan tahanan isolasi sebelum pemeliharaan.

# Pemeliharaan PMG Dan Brushless Exciter.

      PMG terdiri dari rotor dan stator. Sedangkan exciter terdiri dari stator, rotor dan rectifier. Karena bagian dari unit ini sudah dibongkar, maka untuk pembersihan dan pengecekannya dapat dilakukan dengan mudah. Untuk pemeliharaan dilakukan sesuai dengan pemeliharaan terhadap generator utama. sedangkan untuk diode ditest dengan rectifier test dan fuse ditest dengan ohm meter. Selain itu fuse dan diode dilapisi dengan sirlak yang transparan. Pemeliharaan terhadap rotor PMG harus hati-hati agar sifat kemagnetannya tidak rusak. Sedangkan untuk pengukuran tahanan isolasi dari seluruh kumparan stator dan rotor cukup dilakukan sebelum dan sesudah pemeliharaan dilakukan, menggunakan insulation tester

b. Generator

   4.5 Pemeliharaan Bantalan (Bearing) Generator

        Bantalan berfungsi sebagai penyangga dari pada as rotor melalui bearing yang dipasang pada as. Dalam pemeliharaan bantalan dilakukan dengan pemeriksaan mulai dari kondisi bearing, penyekat isolasi dan bantalan. Apabila terjadi kelainan maka dilakukan pnggantian.

       Pada saat pemasangan kembali dan rotor sudah terpasang maka dilakukan pengukuran tahanan isolasi antara bantalan dengan rotor / as menggunakan insulation tester dan harga tahanannya diharapkan tak terhingga.

        Setelah seluruh pelaksanaan pemeliharaan selesai, maka dilakukan perakitan kembali dari seluruh bagian generator dengan langkah dan cara yang benar, Test Generator Setelah selesai diperiksa dilakukan test generator untuk meyakinkan generator tersebut dalam kondisi baik ataupun tidak yang meliputi :

a. Test Generator Tanpa Beban

Test generator tanpa beban bertujuan untuk mengetahui normal atau tidaknya pada:

- Sistem pendingin

- Sistem pengaman, alarm indicator

- Noise (kebisingan)

- Temperatur dan vibration generator

- Tegangan keluaran dan arus penguatan

b. Test Generator Dengan Beban (Pedormance Test)

Test generator dengan beban dilakukan setelah test tanpa beban dinyatakan sempurna. Test dengan beban dilakukan dengan menambah beban secara bertahap hingga mencapi beban maksimum 100% dan ditahan selama kurang lebih 5 menit. Adapun tindakan yang dimonitor adalah:

     - System sinkronisasi baik secara manual maupun automatis
     - System pendingin dan system pelumasan pada bearing
     - System proteksi, alarm indicator
     - Tegangan keluaran dan arus penguatan
     - NOISE (kebisingan)
     - Temperatur bearing dan vibration
     - Fluktuasi (penaikan beban mulai dari beban minimum sampai beban maksimum) 

      Pada saat test operasi generator setelah overhaul harus selalu di ukur ma-salah vibrasinya karena vibrasi yang terjadi adalah penunjukan betul atau tidaknya pengoplingan as generator dengan prime movernya, pemasangan bagian-bagian yang ada pada rotor dan terhadap bearingnya sendiri.

       Dari beberapa point pemeliharaan diatas, ini bertujuan untuk menghilangkan hambatan pada kinerja stator tersebut karena jika bagian stator tidak dilakukan pemeliharaan maka out put yang dihasilkan berkurang.

        Seperti kita ketahui bahwa pelaksanaan pemeliharaan terdapat beberapa klasifikasi, diantaranya pemeliharaan yang biasa dilakukan secara rutin adalah pemeliharaan jenis preventif. Pada umumnya pemeliharaan komponen generator di unit pembangkit termal dilakukan dalam 2 katagori, yaitu :

    - Pemeliharaan yang bersifat Rutin.
    - Pemeliharaan yang bersifat Periodik.


@  Pemeliharaan yang bersifat Rutin

         Pemeriksaan yang bersifat rutin ialah pemeliharaan yang dilakukan secara berulang dengan periode waktu harian, mingguan dan bulanan dengan kondisi se-dang beroperasi, yaitu meliputi :

      - Pemeriksaan temperatur belitan stator, bearing, air pendingin, dan sebagainya dilakukan setiap hari.

    - Pemeriksaan kebocoran pendingin minyak (khusus generator dengan pendingin hidrogen) dalam sekali sebulan.

     -  Pemeriksaan vibrasi sekali sebulan.

     -  Pemeriksaan tekanan hidrogen, seal oil pump.

     - Pemeriksaan fuse rotating rectifier (Brushless excitation) atau pe-meriksaan sikat arang (Static Excitation / DC Dinamic Excitation).

     Pada dasarnya penggantian sikat arang dapat dilakukan pada keadaan mesin beroperasi, karena pada mesin-mesin yang besar biasanya sikat arang dipasang tidak hanya satu tetapi ada beberapa pasang dengan cara paralel.

      Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pelaksanaan penggantian pada kondisi beroperasi, yaitu :

- Terjadinya sengatan listrik atau terbakar.

- Terjadi kontak dengan peralatan yang berputar.

- Lokasi tempat kerja harus bersih, penerangan yang cukup dan diberi     batas.

- Petugas pelaksana harus berpakaian rapi tidak sobek dan pakaian lengan pendek.

- Semua piranti kerja harus terisolasi dan tidak dapat jatuh pada saat kerja.

- Beri catatan (tagging) pada panel kontrol bahwa sedang dilaksanakan pekerjaan penggantian sikat arang.
- Sebelum sikat arang lepas dari rumah sikat arang periksa dan yakinkan bahwa sikat arang yang lain mengontak dengan baik terhadap komutator slip ring.
    - Cek tekanan sikat arang, tidak boleh terlalu lemah atau terlalu keras.

      Bila tekanan kurang baik akan mengakibatkan :

    - Kontak kurang baik.

    - Bergetar.

    - Timbul bunga api.

    - Sikat arang cepat aus.

@  Pemeliharaan yang bersifat Periodik

    Pemeriksaan yang bersifat periodik ialah pemeriksaan yang dilakukan berdasarkan lama operasi dari generator, yang diklasifikasikan :

     - Pemeriksaan sederhana, setiap 8.000 jam.
     - Pemeriksaan sedang, setiap 16.000 jam.
     - Pemeriksaan serius, setiap 32. 000 jam.

       Pemeriksaan periodik kegiatan yang dilakukan meliputi pembongkaran (disassembly), pemeriksaan (inspection) dan pengujian (testing). Kegiatan pemeriksaan tersebut tidak harus semua komponen dilakukan sama, melainkan tergantung dari klasifikasi pemeriksaan periodiknya.

1. Pemeriksaan sederhana, setiap 8.000 jam

   Kegiatan ini dilakukan dengan direncanakan terlebih dahulu baik masalah waktu dan segala persiapan peralatan yang dipakai maupun prosedur serta koordi-nasi dengan bagian-bagian lain yang terkait. Pemeliharaan yang dilakukan meliputi :

a. Pemeliharaan Permanent Magnet Generator (PMG)

   Dalam pemeliharaan pada PMG dengan cara membuka tutup bagian atas terlebih dahulu dari unit exciter generator karena letak PMG berada dalam tempat yang sama dengan exciter generator.

Pada pemeliharaan ini tanpa melakukan pelepasan dari bagian-bagian dan tindakan pemeliharaan yang dilakukan antara lain :

        -    Pemeriksaan pada bagian rotor PMG dari kotoran

        -    Pemeriksaan pada bagian stator PMG yang meliputi :

1. Perubahan warna pada kumparan dan core.

2. Kelonggaran ikatan kumparan.

3. Kotoran-kotoran seperti debu, minyak pelumas, dll.

4. Kekencangan baut yang ada pada sambungan kabel.

    Selanjutnya melakukan pembersihan dari kotoran yang melekat baik pada stator maupun pada rotor dengan memakai kuas atau kain lap halus yang dibasahi dengan cairan pembersih electric cleaner (vacuum) yang tidak merusak isolasi winding. Untuk pembersihan pada bagian rotor hanya dilakukan pada sisi-sisi yang kelihatan saja karena pelepasan rotor.

b. Pemeliharaan Exciter Generator

    Pengukuran tahanan isolasi dilakukan sebelum dan sesudah pemeliharaan Dilakukan dan hasilnya digunakan sebagai perbandingan, yaitu dengan melakukan pengukuran pada stator PMG dan stator exciter dengan menggunakan Insulation Tester ( megger).

Cara pengukurannya adalah sebagai berikut :

- Lepas terminal 1 dan 2 kemudian ukur dengan insulation tester.

- Ukur tahanan isolasi dengan insulation tester pada terminal 1 atau terminal 2 dengan body

- Lepas terminal 5 dan 6 kemudian ukur dengan insulation tester (megger)

- Ukur tahanan isolasi dengan insulation tester (megger) pada terminal 5 dan 6 terhadap body.

c. Pemeliharaan Generator Utama

   Pemeliharaan pada generator utama tidak dilakukan pelepasan rotor, sehingga pemeliharaan rutin harian / mingguan meliputi :

       - Penggantian saringan udara pendingin generator.

       - Pemeriksaan bocoran pada saluran air pendingin.

       - Pemeriksaan unit saluran pendingin.

      - Pemeriksaan dan pembersihan pada bagian saluran yang ada pada connection box generator yang berada dibawah generator utama dengan membuka tutup connection box terlebih dahulu dan mela-kukan pekerjaan seperti pengencangan baut, pembersihan dari de-bu, pengukuran tahanan isolasi pada kumparan stator dengan insu-lation tester dan harga tahanannya diatas 13,8 MΩ (13.800 x 1000Ω).

      Setelah pekerjaan selesai dan sebelum penutupan kembali, dilakukan pen-gecekan ulang untuk meyakinkan bahwa tidak ada peralatan atau benda lain yang tertinggal di dalam unit generator.

2. Pemeriksaan sedang, setiap 16.000 jam

     - Pemeriksaaan ruang bakar turbin ( Cek dan ganti sparepart).

     - Meger generator atau meger kabel 11 KV.

1. Nilai Lilitan Generator (MΩ).

2. Tahanan kontak minyak trafo.

     - Meger belitan trafo (MΩ).

     - Pengecetan bodi trafo.

     - Pembersihan bushing- bushing trafo 70 KV.

     - Pembersihan bushing- bushing PMT 70 KV.

     - Pengecekan dan pembersihan trafo 1l,5 KV.

     - Membersihkan filter udara pendingin generator.

3. Pemeliharaan Setiap 32000 Jam Jalan (Overhaul Mayor)

    Overhaul mayor adalah selain pemeliharaan yang dilakukan terhadap ba-gian yang dilakukan pada waktu overhaul minor, juga terhadap semua peralatan yang berhubungan dengan generator. Pada pemeliharaan overhaul mayor dilaku-kan pelepasan rotor dari stator.

Adapun sebelum mengeluarkan rotor, terlebih dahulu menutup aliran pe-lumas ke bearing dan mengukur tahanan isolasi pada seluruh kumparan stator, ro-tor dan diode yang ada untuk mengetahui besaran harga isolasi sebelum dan sesu-dah pemeliharaan.

       Pelaksanaan pelepasan rotor dari stator dilakukan oleh beberapa ahli yang berpengalaman. Rotor ditarik keluar sedikit demi sedikit dengan bantuan seling tracker dan moving hoist yang ada. Ketika mengeluarkan rotor tidak boleh ada paksaan dan selalu menjaga jarak antara rotor dan stator sehingga rotor tidak tertumpu ataupun menggesek pada bagian stator.

       Setelah rotor keluar dari stator, rotor ditempatkan pada tumpuan gawang yang diletakkan sedemikan rupa sehingga tidak mengganggu pada kumparan stator.