KESIMPULAN - Analisa Perbandingan Pengaruh Pembebanan Resistif, Induktif, Kapasitif Dan Kombina

Dalam bab ini dituliskan tentang hal-hal yang dianggap penting

BAB II

GENERATOR SINKRON 2.1Umum

Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan generator

sinkron. Oleh sebab itu generator sinkron memegang peranan penting dalam

sebuah pusat pembankit listrik. Generator sinkron (sering disebut alternator)

merupakan sebuah mesin sinkron yang berfungsi mengubah energi mekanik

berupa putaran menjadi energi listrik bolak-balik (AC).

Generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan

generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran

medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar

rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama

dengan medan putar pada stator. Mesin sinkron tidak dapat start sendiri karena

kutub-kutub tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu

sakelar terhubung dengan jala-jala. Generator sinkron dapat berupa generator

sinkron tiga phasa atau generator sinkron satu phasa.

2.2Konstruksi Generator Sinkron

Pada prinsipnya, konstruksi Generator sinkron sama dengan motor

sinkron. Secara umum, konstruksi generator sinkron terdiri dari stator (bagian

yang diam) dan rotor (bagian yang bergerak). Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk simetris dan silindris. Selain itu generator sinkron

memiliki celah udara ruang antara stator dan rotor yang berfungsi sebagai tempat

Pada Gambar 2.1 dapat dilihat konstruksi sederhana dari sebuah generator sinkron

secara umum :

Gambar 2.1 Konstruksi Generator Sinkron Secara Umum

a. Rotor

Rotor terdiri dari beberapa komponen utama yaitu :

1. Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi

dipisahkan oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasangkan

ke-slip ring ini kemudian dihubungkan kesumber arus searah melalui

sikat (brush) yang letaknya menempel pada slip ring.

2. Sikat

Sebagaian dari generator sinkron ada yang memiliki sikat ada juga

yang tidak memiliki sikat. Sikat pada generator sinkron berfungsi

sebagai saklar putar untuk mengalirkan arus DC ke-kumparan medan

3. Kumpara rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama

dalam menghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat arus

searah dari sumber eksitasi tertentu.

4. Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan, dimana

pada poros tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap

poros rotor.

Bentuk suatu rotor dari generator sinkron dapat dilihat pada Gambar

2.2 berikut:

Gambar 2.2 Rotor Generator Sinkron

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya sebuah elektromagnet

yang besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub

1. Rotor kutub menonjol (Salient Pole Rotor)

Rotor tipe ini mempunyai kutub yang jumlahnya banyak.

Kumparan dibelitkan pada tangkai kutub, dimana kutub-kutub diberi

laminasi untuk mengurangi panas yang ditimbulkan oleh arus Eddy,

kumparan-kumparan medannya terdiri dari bilah tembaga persegi. Kutub

menonjol ditandai dengan rotor berdiameter besar dan panjang sumbunya

pendek.

Selain itu jenis kutub salient pole, kutub magnetnya menonjol

keluar dari permukaan rotor. Belitan-belitan medan dihubung seri. Ketika

belitan medan ini disuplai oleh eksiter, maka kutub yang berdekatan akan

membentuk kutub yang berlawanan. Bentuk kutub menonjol generator

sinkron tampak seperti Gambar 2.3 berikut :

Gambar 2.3 Rotor Kutub Menonjol Generator Sinkron

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron

dengan kecepatan putaran rendah dan sedang (120-400 rpm). Generator

pada sistem pembangkit listrik. Rotor kutub menonjol baik digunakan

untuk putaran rendah dan sedang karena :

• Konstruksi kutub menonjol tidak terlalu kuat untuk menahan tekanan mekanis apabila diputar dengan kecepatan tinggi.

• Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi yang besar dan bersuara

bising jika diputar dengan kecepatan tinggi.

2. Rotor kutub tak menonjol (Rotor Silinder)

Rotor tipe ini dibuat dari plat baja berbentuk silinder yang

mempunyai sejumlah slot sebagai tempat kumparan. Karena adanya

slot-slot dan juga kumparan medan yang terletak pada rotor maka jumlah kutub

pun sedikit yang dapat dibuat. Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang di enerjais oleh eksiter.

Rotor ini biasanya berdiameter kecil dan sumbunya sangat

panjang. Konstruksi ini memberikan keseimbangan mekanis yang lebih

baik karena rugi-rugi anginnya lebih kecil dibandingkan rotor kutub

menonjol (salient pole rotor). Gambar bentuk kutub silinder generator

sinkron tampak seperti pada Gambar 2.4 berikut:

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron degan

kecepatan putaran tinggi (1500 atau 3000 rpm) biasanya digunakan untuk

pembangkit listrik berkapasitas besar misalnya pembangkit listrik tenaga

uap dan gas. Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan tinggi karena:

• Distribusi disekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus

sehinggu lebih baik dari kutub menonjol.

• Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik pada kecepatan putar

tinggi.

b. Stator

Stator atau armatur adalah bagian generator yang berfungsi sebagai tempat

untuk menerima induksi magnet dari rotor. Arus AC yang menuju ke beban

disalurkan melalui armatur, komponen ini berbentuk sebuah rangka silinder

dengan lilitan kawat konduktor yang sangat banyak. Armatur selalu diam (tidak

bergerak). Oleh sebab itu komponen ini juga disebut sebagai stator.

Bentuk suatu stator dari generator sinkron dapat dilihat pada Gambar 2.5

berikut:

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu:

1. Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang merupakan inti jangkar

generator sinkron.

2. Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik

khusus yang terpasang kerangka stator.

3. Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator yaitu

kumparan jangkar. Ada 3 (tiga) bentuk alur stator yaitu, terbuka, setengah

terbuka, dan tertutup. Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

Gambar 2.6 berikut

Gambar 2.6 Bentuk-bentuk Alur

4. Kumparan Stator (Kuparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan ini

2.3Rangkaian Belitan Stator dan Rotor 2.3.1 Belitan stator

Ada dua jenis belitan stator yang banyak digunakan untuk

generator sinkron 3 phasa, yaitu:

a. Belitan Satu Lapis (Single Layar Winding)

Dari Gambar 2.7 memperlihatkan belitan satu lapis karena hanya

ada satu sisi lapisan didalam masing-masing alur. Bila kumparan tiga

phasa dimulai pada Sa, Sb, dan Sc dan berakhir di Fa, Fb, dan Fc bisa

disatukan dalam dua cara, yaitu hubungan bintang dan segitiga. Antara

kumparan phasa dipisahkan sebesar 120 derajat listrik atau 60 derajat

mekanik, satu siklus ggl penuh akan dihasilkan bila rotor dengan 4 kutub

berputar 180 derajat mekanis. Satu siklus ggl penuh akan menunjukkan

360 derajat listrik, adapun hubungan antara sudut rotor mekanis αmek, dan sudut listrik αlis, adalah : α_lis ^Pα_mek

2 =

b. Belitan Berlapis Ganda (Double Layar Winding)

Kumparan jangkar hanya mempunyai satu lilitan per kutub per

phasa, akibatnya masing-masing kumparan hanya dua lilitan secara seri.

Bila alur-alur tidak terlalu lebar, masing-masing penghantar yang berada

dalam alur akan membangkitkan tegangan yang sama , masing-masing

tegangan phasa akan sama untuk menghasilkan tegangan per penghantar

dan jumlah total dari penghantar per phasa.

Dalam kenyataannya cara seperti ini tidak menghasilkan cara yang

efektif dalam penggunaan inti setator, karena variasi kerapatan fluks dalam

inti dan juga melokalisir pengaruh panas dalam daerah alur dan

menimbulkan harmonik. Untuk mengatasi masalah ini, generator

praktisnya mempunyai kumparan terdistribusi dalam beberapa alur per

kutub per phasa.

Gambar 2.8 Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron 3 Phasa

Gambar 2.8 memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan jagkar

yang secara umum banyak digunakan. Pada masing-masing alur ada dua

terletak ke dalam alur biasanya disebut winding overhang, sehingga tidak

ada tegangan dalam winding overhang.

2.3.2 Belitan rotor

Belitan rotor pada generator sinkron biasanya terbuat dari kawat

yang halus dan diisolasi untuk tegangan yang rendah pada rotor silinder,

belitan rotor ditempatkan pada alur rotor dan kedua ujungnya dihubungkan

dengan sumber tegangan atau arus searah untuk memberikan eksitasi pada

rotor.

2.4Metode Eksitasi Pada Generator Sinkron

Berdasarkan cara penyaluran arus searah pada rotor generator sinkron,

sistem eksitasi terdiri dari dua jenis yaitu sistem eksitasi dengan menggunakan

sikat (brushless excitation) dan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat

(brushless). Ada dua jenis sistem eksitasi dengan menggunakan sikat yaitu :

1. Sistem eksitasi konvensional (menggunakan generator arus searah).

2. Sistem eksitasi statis.

Sedangkan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat terdiri dari :

1. Sistem eksitasi dengan menggunakan baterai.

2. Sistem eksitasi dengan menggunakan Permanen Magnet Generator (PMG).

a. Sistem Eksitasi Konvensional (Menggunakan Generator Arus Searah)

Untuk sistem eksitasi yang konvensional, arus searah diperoleh dari

sinkron dan generator arus serah tersebut terkopel dalam satu poros, sehingga

putaran generator arus searah sama dengan putaran generator sinkron.

Tegangan yang dihasilkan oleh generator arus searah ini diberikan

kebelitan rotor generator sinkron melalui sikat karbon dan slip ring. Akibatnya

arus searah mengalir ke dalam rotor atau kumparan medan dan menimbulkan

medan magnet yang diperlukan untuk dapat menghasilkan tegangan arus

bolak-balik pada kumparan utama yang terletak distator generator sinkron.

Pada generator konvensional ini ada beberapa kerugian yaitu generator

arus searah merupakan beban tambahan untuk penggerak mula. Penggunaan slip

ring dan sikat menimbulkan masalah ketika digunakan untuk mensuplai sumber

arus searah padabelitan medan generator sinkron. Terdapat sikat arang yang

menekan slip ring sehingga timbul rugi gesekan pada generator utamanya. Selain

itu pada generator arus searah juga terdapat sikat karbon yang menekan

komutator. Selama pemakaian slip ring dan sikat harus diperiksa secara teratur,

generator arus searah juga memiliki keandalan yang rendah. Karena hal-hal

seperti diatas dipikirkan hubungan lain dan dikenal apa yang dikenal sebagai

generator sinkron static exciter (penguat statis). Gambar 2.9 adalah sistem eksitasi

yang menggunakan generator arus searah.

Generator Arus Searah Generator

Sinkron

b. Sistem Eksitasi Statis

Sistem eksitasi statis menggunakan peralatan eksitasi yang tidak

bergerak (static), artinya peralatan eksitasi tidak ikut berputar bersama dengan

rotor generator sinkron. Sistem eksitasi statis (static excitation sistem) atau

disebut juga dengan self excitation merupakan sistem eksitasi yang tidak

memerlukan generator tambahan sebagai sumber eksitasi generator sinkron.

Sumber eksitasi pada sistem eksitasi statis berasal dari tegangan output

generator itu sendiri yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan

penyearah thyristor.

Pada mulanya pada rotor ada sedikit magnet sisa, manet sisa ini akan

menimbulkan tegangan pada stator tegangan ini kemudian masuk dalam

penyearah dan dimasukkan kembali pada rotor, akibatnya medan magnet yang

dihasilkan makin besar dan tegangan AC naik demikian seterusnya sampai

dicapai tegangan nominal dari generator AC tersebut. Biasanya penyearah itu

mempunyai pengatur sehingga tegangan generator dapat diatur konstan.

Bersama dengan penyearah, blok tersebut sering disebut AVR.

Dibandingkan dengan generator yang konvensional generator dengan

sistem eksitasi statis memang sudah jauh lebih baik yaitu tidak ada generator

arus searah (yang keandalannya rendah) dan beban generator arus searah pada

penggerak mula hilang. Eksiter diganti dengan eksiter yang tidak berputar yaitu

penyearah karena itu disebut eksiter statis. Gambar 2.10 berikut adalah sistem

AVR

Transformator eksitasi System Tiga Phasa

Konverter

Gambar 2.10 Sistem Esitasi Statis

Untuk keperluan eksitasi awal pada generator sinkron, maka sistem

eksitasi statis dilengkapi dengan field flashing. Hal ini dibutuhkan karena

generator sinkron tidak memiliki sumber arus dan tegangan sendiri untuk

mensuplai kumparan medan. Penggunaan slip ring dan sikat pada eksitasi ini

menyebabkan system eksitasi ini tidak efisien dan efektif.

c. Sistem Eksitasi Menggunakan Baterai

Sistem eksitasi tanpa sikat diaplikasikan pada generator sinkron, dimana

suplai arus searah kebelitan medan dilakukan tanpa melalui sikat. Arus searah

untuk suplai eksitasi untuk awal start generator digunakan suplai dari baterai,

yang sering dinamakan penguat mula, dimana arus ini selanjutnya disalurkan ke

belitan medan AC exiter. Tegangan keluaran dari generator sinkron ini

disearahkan oleh penyearah yang menggunakan dioda, yang disebut rotating

rotor generator sinkron, sehingga rotating rectifier tersebut ikut berputar sesuai

dengan putaran rotor, seperti pada Gambar 2.11 berikut:

Gambar 2.11 Sistem Eksitasi Dengan Menggunakan Baterai

Dari Gambar 2.11 diatas, untuk menghindari adanya kontak geser pada

bagian rotor generator sinkron, maka penguat medan generator dirancang

sedemikian sehingga arus searah yang dihasilkan dari penyearah langsung

disalurkan kebagian belitan medan dari generator utama. Hal ini dimungkinkan

karena dioda penyearah ditempatkan pada bagian poros yang dimiliki

bersama-sama oleh rotor generator utama dan penguat medannya. Arus medan pada

generator utama dikontrol oleh arus yang mengalir pada kumparan medan

Setelah tegangan generator mencapai tegangan nominalnya maka catu

daya DC (baterai) biasanya dilepasdan digantikan oleh penyearah. Penguatan

yang dipakai adalah sistem self exitation system yaitu sistem dimana sumber

daya untuk penguatannya diperoleh dari keluaran tiga phasa generator itu

sendiri. Gambar 2.12 menggambarkan sistem eksitasi tanpa sikat dengan suplai

tiga phasa.

Gambar 2.12 Sistem Eksitasi Dengan Suplai Tiga Phasa

Pada Gambar 2.12, untuk membangkitkan arus medan digunakan

penyearah, dimana arus yang disearahkan diperoleh dari keluaran tiga phasa

generator itu sendiri melalui transformator atau sering disebut Eksitasi

Transformator, berfungsi menurunkan tegangan keluaran generator untuk

d. Sisten Eksitasi Menggunakan Pemanen Magnet Generator

Suatu generator sinkron harus memiliki sebuah medan magnet yang

berputar agar generator tersebut menghasilkan tegangan pada statornya. Medan

magnet ini dapat dihasilkan dari belitan rotor yang disuplai dengan sumber

listrik arus searah. Cara lain untuk menghasilkan medan magnet pada rotor

adalah dengan menggunakan magnet permanen sebagai sumber eksitasinya ini

disebut dengan permanen magnet generator (PMG).

Generator sinkron yang berkapasitas besar biasanya menggunakan

sistem eksitasi brushless yang dilengkapi dengan permanen magnet generator.

Hal ini dimaksudkan agar sistem eksitasi dari generator sama sekali tidak

tergantung pada sumber daya listrik dari luar mesin itu. Pada Gambar 2.13 dapat

dilihat bentuk skematik dari sistem eksitasi dengan menggunakan Permanen

Magnet Generator.

Dari Gambar 2.13, bahwa pada bagian mesin yang berputar (rotor) terdapat

magnet permanen, kumparan jangkar generator eksitasi, kumparan medan generator

utama. Hal ini memungkinkan generator tersebut tidak menggunakan slip ring dan sikat

dalam pengoperasiannya sehingga lebih efektif dan efisiensi.

2.5Prinsi Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari suatu generator sinkron adalah

1. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan

medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan

medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu

adalah tetap.

2. Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya.

p f

n=¹²⁰^. ...(2.1) dimana : n = Kecepatan putar rotor (rpm)

p = Jumlah kutub rotor

f = frekuensi (Hz)

3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada

rotor, akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada

kumparan jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik

yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks

induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut, hal tersebut sesuai dengan persamaan : dt d N e=− ^ϕ dt t Sin d N ϕmaks ω − = t Cos Nωϕ_maks ω − = dimana : ω=2πf

( )

f Cos t N 2π ϕ_maks ω − = dimana : 120 np f = t Cos np N π ϕ_maks ω      − = 120 2 maks maks np N E ϕ      = 120 . 14 , 3 . 2 2 120 . 14 , 3 . 2 ( 2 maks maks eff np N e E ϕ = = , 120 44 , 4 Npnϕ = dimana : ) 120 44 , 4 ( ^Np =C ϕ Cn = ………..(2.2)

dimana : E = ggl induksi (Volt) N = Jumlah belitan

C = Konstanta P = Jumlah kutub

n = Putaran (rpm) f = Frequensi )Hz)

Untuk generator sinkron tiga phasa, digunakan tiga kumparan jangkar

yang ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 120⁰ satu sama

lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk menghasilkan energi listrik.

2.6Reaksi jangkar

Bila beban terhubung ke terminal generator maka pada belitan stator akan

mengalir arus, sehigga timbul medan magnet pada belitan stator. Medan magnet

ini akan mendistorsi medan magnet yang dihasilkan belitan rotor. Seperti yang

dijelaskan pada Gambar 2.14.

BR EAmax IAmax ω BR ω EAmax m EAmax BR IAmax stat BS E EAmax BR IAmax stat BS E Bnet Vф (a) (b) (c) (d)

Pada Gambar 2.14.a. Medan magnet yang berputar akan menghasilkan

tegangan induksi EA^{. Bila generator melayani beban dengan induktif, maka arus}

pada stator akan tertinggal seperti pada Gambar 2.14.b. Arus stator tadi akan

meghasilkan medan magnet sendiri Bs^{dan tegangan stator E}stat, ^{seperti pada}

Gambar 2.14.c. Vektor penjumlahan antara Bs^{dan B}R^{menghasilkan B}net,^dan

penjumlahan Estat^{dan E}A^{akan menghasilkan}^Vφ^{pada terminal jangkar.}

Saat beban terhubung ke beban induktif, arus jangkar akan tertinggal

terhadap tegangan jangkar. Arus pada belitan stator akan menghasilkan medan

magnet B_s, yang kemudian kan menghasilkan tegangan stator E_stat. Dua tegangan

yaitu tegangan jangkar EA^{dan tegangan reaksi jangkar E}stat^{akan menghasilkan}

V_t, dimana:

Vt^{= E}A ^{+ E}stat^{……….(2.3)}

Tegangan Reaksi Jangkar Estat^{= -jXI}a

Sehingga Persaman (2.3) dapat ditulis kembali sebagai :

Vt^{= E}A ^-jXIa^...(2.4)

Selain pengaruh reaksi jangkar ini, pengurangan tegangan induksi generator

sinkron juga karena adanya tahanan R_a dan Induktansi belitan stator X_a,,dan

penjumlahan X dan Xa sering disebut Reaktansi Sinkron Xs, sehingga Persamaan

(2.4) dapat ditulis kembali sebagai:

Vt^{= E}A^-jXIa^-jXa^Ia^-Ia^Ra^{………..(2.5)}

Vt^{= E}A^-jXs^Ia^-Ia^Ra^{………..(2.6)}

dimana : Vt^{= Tegangan terminal generator (Volt)}

E_A = GGL pada jangkar (Volt)

Xs^{= Impedansi Sinkron (Ohm)}

Ia^{= Arus Jangkar (Amper)}

Ra^{= Tahanan Jangkar (Ohm)}

Xar^{= Impedansi armature (Ohm)}

Dari Persamaan (2.6) dapat dibuat model rangkaian ekivalen generator sinkron

per fasa seperti pada Gambar 2.15 berikut:

If Ia Rf Lf Ra X_S j V Vf t EA

Gambar 2.15 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Perfasa Tanpa Beban

2.7Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron

Stator terdiri dari belitan-belitan. Suatu belitan konduktor akan terdiri dari

tahanan R_a dan induktansi X_la maka rangkaian ekivalen suatu generator sinkron

dapat dibuat seperti Gambar 2.16.

X ^X R E R V V L I Radj _ar _la _a a a f f f

Dengan melihat Gambar 2.16 maka dapat ditulis Persamaan tegangan generator

sinkron sebagai berikut :

Ea^{= V + jX}arÎa^{+ jX}laÎa^{+ R}aÎa^{………(2.7)}

Dan persamaan terminal generator sinkron dapat ditulis

V = E_a – jXarIa – jX_laIa – Ra Ia...(2.8)

Dengan menyatakan reaktansi reaksi jangkar dan reaktansi fluks bocor

sebagai reaktansi sinkron, atau Xs^{= X}ar^{+ X}la^{dapat dilihat pada Gambar 2.16}

maka persamaan menjadi:

V = E_A – jX_sI_a – R_aI_a (Volt)……….(2.9) X R E R V V L I Rf _S _a t a f f f j a

Gambar 2.17 Penyederhanaan Rangkaian Generator Sinkron

Karena tegangan yang dibangkitkan oleh generator sinkron adalah

tegangan bolak-balik, maka biasanya diekspresikan dalam bentuk fasor. Diagram

fasor yang menunjukkan antara tegangan induksi perfasa dengan tegangan

X R E R V V L I I S f a t a f f f j a 2 2 2 X R E ^V I S a t a j a 3 3 3 X R E ^V I S a t a j a 1 1 1

Gambar 2.18 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tiga Phasa

2.8 Karakteristik dan Penentuan Parameter-parameter Generator Sinkron Tiga Phasa

2.8.1 Karakteristik dan Penentuan Parameter Tanpa Beban : E0 ^{= E}0 ^(If⁾ Karakteristik tanpa beban (beban nol) pada generator sinkron dapat

ditentukan dengan melakukan test beban nol (open circuit) yang memiliki

langkah-langkah sebagai berikut :

a.) Generator diputar pada kecepatan nominal (n)

b.) Tidak ada beban yang terhubung pada terminal

c.) Arus medan (If) dinaikkan dari nol hingga maksimum secara bertahap

X

R

E

R

V V

L

S adj Φ 0 f f f

R

Gambar 2.19 Rangkaian Test Tanpa Beban

Dari Gambar dapat diperoleh Persamaan umum generator :

E0^{= V}Φ + Ia^(Ra^{+ jX}s^{)……….(2.10)}

Pada hubungan generator terbuka (beban nol), Ia = 0. Maka,

E0 = V_Φ= cnΦ ………..(2.11)

Karena tidak ada beban yang terpasang, maka Φ yang dihasilkan hanya Φf. Sehingga :

E0 =

cn

Φf ^{………...(2.12)}

E0 =

cnI

.

…………. ……….(2.13)

Nilai cn adalah konstan sehingga Persamaan menjadi :

E0 =

k

^.I

^.

^{……….…. (2.14)}

dimana : E0^{= Tegangan beban nol (Volt)}

If^{= Arus medan (Amper)}

k = Konstanta

Berikut diperlihatkan gambar grafik hubungan VΦvs If yang disebut juga

dengan karakteristik hubung terbuka dari generator atau OCC (Open-Circuit

OCC Air gap line

O f(A)

(V) V_Φ

Gambar 2.20 Karakteristik Hubung Terbuka (OCC)

Dari Gambar 2.20 di atas terlihat bahwa pada awalnya kurva berbentuk hampir

benar-benar linear. Hingga pada harga-harga arus medan yang tinggi, bentuk

kurva mulai terlihat saturasi. Inti besi yang tidak jenuh dalam bingkai mesin

sinkron memiliki reluktansi beberapa ratus kali lebih rendah daripada reluktansi

air gap. Sehingga pertama-tama hampir seluruh MMF melewati celah udara dan peningkatan fluksi yang terjadi linear. Ketika inti besi mengalami saturasi,

reluktansi besi meningkat secara drastis dan fluksi meningkat lebih lambat dengan

peningkatan nilai MMF. Bentuk linear dari grafik OCC disebut karakteristik air

gap line.

2.8.2 Karakteristik dan Penentuan Parameter Generator Sinkron Hubung Singkat : Isc = Isc (If⁾

Untuk menentukan karakteristik dan parameter generator sinkron yang

dihubung singkat terdapat beberapa langkah yang harus dilakukan antara lain :

a.) Generator diputar pada kecepatan nominal

c.) Hubung singkat terminal

d.) Ukur arus armatur (Ia^{) pada setiap peningkatan arus medan (I}f)

Dimana, rangkaian test hubung singkat pada generator sinkron akan diperlihatkan

Dalam dokumen Analisa Perbandingan Pengaruh Pembebanan Resistif, Induktif, Kapasitif Dan Kombinasi Beban R L C Terhadap Regulasi Tegangan Dan Efisiensi Pada Generator Sinkron Tiga Phasa ( Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT- USU) (Halaman 17-85)