MODUL PRAKTIKUM GENERATOR SINKRON
I. Tujuan
Mempelajari cara kerja generator sinkron, serta cara pengendalian operasinya.
II. Teori Dasar Percobaan
Generator sinkron dengan definisi sinkronnya, mempunyai makna bahwa frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator tersebut. Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama dengan putaran rotor tersebut. Hubungan antara medan magnet pada mesin dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukan pada Persamaan dibawah ini:
Dimana : f = Frekuensi listrik (Hz)
n
s = Kecepatan putar medan magnet atau kecepatanputar rotor (rpm)
p = Jumlah kutub
Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik (dengan kapasitas yang relatif besar). Misalnya, pada PLTA, PLTU, PLTD dan lain-lain. Selain generator dengan kapasitas besar, kita mengenal juga generator dengan kapasitas yang relatif kecil, misalnya generator yang digunakan untuk penerangan darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan.
Komponen Generator Sinkron
Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-balik secara elektromagnetik. Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang memutar rotor, sedangkan energi listrik dihasilkan dari proses induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-kumparan stator.
Gambar : Konstruksi generator sinkron
Secara umum generator sinkron terdiri atas stator, rotor, dan celah udara. Stator merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus searah dari Eksiter. Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor.
Prinsip Kerja Generator Sinkron
Jika sebuah kumparan diputar pada kecepatan konstan pada medan magnet homogen, maka akan terinduksi tegangan sinusoidal pada kumparan tersebut. Medan magnet bisa dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus DC atau oleh magnet
tetap. Pada mesin tipe ini medan magnet diletakkan pada stator (disebut generator kutub eksternal / external pole generator) yang mana energi listrik dibangkitkan pada kumparan rotor. Hal ini dapat menimbulkan kerusakan pada slip ring dan karbon sikat, sehingga menimbulkan permasalahan pada pembangkitan daya tinggi.
Untuk mengatasi permasalahan ini, digunakan tipe generator dengan kutub internal (internal pole generator), yang mana medan magnet dibangkitkan oleh kutub rotor dan tegangan AC dibangkitkan pada rangkaian stator. Tegangan yang dihasilkan akan sinusoidal jika rapat fluks magnet pada celah udara terdistribusi sinusoidal dan rotor diputar pada kecepatan konstan. Tegangan AC tiga fasa dibangkitan pada mesin sinkron kutub internal pada tiga kumparan stator yang diset sedemikian rupa sehingga membentuk beda fasa dengan sudut 120°.
Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistem frekuensi tertentu. Motor ini memerlukan arus DC untuk
pembangkitan daya dan memiliki torsi awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal untuk beban rendah seperti kompresor udara perubahan frekuensi dan generator motor. Motor sinkron mampu memperbaiki faktor daya sistem sehingga sering digunakan pada sistem yang menggunakan banyak listrik. Bagian dasar dari sebuah motor sinkron :
Komponen Motor Sinkron 1. Rotor
Perbedaan utama antara motor sinkron dan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan putar yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnet rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila di hadapkan pada medan magnet lainnya.
2. Stator
Menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekuensi yang dipasok. Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut:
N
s =Dimana : f = Frekuensi dari pasokan frekuensi P= Jumlah kutub
Ns = Putaran generator Prinsip Kerja Motor Sinkron
Amortisseur pada rotor menghasilkan torsi awal dan mempercepat torsi untuk mempercepat sinkronisasi motor. Ketika kecepatan motor mencapai sekitar 97% dari papan
RPM, medan arus DC diterapkan ke rotor untuk menghasilkan torsi tarikan dan rotor akan menarik langkah dan mensinkronisasi dengan medan fluks yang berputar di dalam stator. Motor akan dijalankan pada kecepatan sinkron dan menghasilkan torsi yang sinkron.
Setelah sinkronisasi, dorongan torsi tidak dapat ditingkatkan lagi atau motor akan menjadi di luar kendali. Kadang-kadang, jika kelebihan beban sesaat motor akan slip dan sinkronisasi ulang. Perlindungan saat dorongan harus disediakan, jika tidak motor akan berjalan sebagai sebuah motor induksi arus tinggi dan memungkinkan kerusakan motor yang parah.
Sinkronisasi
Sinkronisasi adalah suatu cara untuk menggabungkan dua sumber atau beban arus bolak-balik (AC). Sumber AC tersebut antara lain generator dan beban adalah transformator yang akan digabungkan atau diparalel dengan tujuan untuk meningkatkan keandalan dan kapasitas sistem tenaga listrik. Jika kita hendak memparalelkan dua generator atau lebih tentunya kita harus memperhatikan beberapa persyaratan paralel generator tersebut. Beberapa persyaratan yang harus dipenuhi adalah
Tegangan kedua generator harus mempunyai amplitudo yang
sama.
Tegangan kedua generator harus mempunyai frekuensi yang sama.
Tegangan antar generator harus sefasa.
Phase sequence yang sama, terminal RST generator harus dihubungkan dengan terminal RST busbar.
Persyaratan diatas berlaku apabila :
Lebih dari dua generator yang akan kerja paralel. Dua atau lebih sistem yang akan dihubungkan sejajar.
Generator atau pusat tenaga listrik yang akan dihubungkan pada sebuah jaringan.
Phase Sequence Indicator
Alat ini sama dengan yang digunakan untuk mengetahui sequence phasa dari motor induksi. Dilengkapi dengan jarum berputar (rotating pointer), jika jarum berputar searah jarum
jam, maka dapat dikatakan memiliki sequence positif RST dan jika berputar sebaliknya memiliki sequence negatif RTS.
Karakteristik Beban Generator
Generator tanpa beban
Pengujian beban nol terkait dengan karakteristik beban nol yaitu hubungan
antara tegangan induksi Ea dengan arus penguat/eksitasi If. Pada pengujian beban nol, rotor generator diputar pada kecepatan nominal dan terminal jangkar dalam keadaan terbuka. Arus medan If diatur bertahap dari nol hingga diperoleh harga tegangan induksi Ea berkisar kurang lebih 125% dari tegangan nominal generator. Pada kondisi ini arus jangkar Ia=0 dan tegangan induksi Ea=Vt. Pembacaan tegangan induksi jangkar dengan pengaruh variasi medan eksitasi digambarkan dalam sebuah kurva yang ditunjukkan oleh Gambar :
Gambar : Karakteristik beban nol
Generator berbeban
Bila generator sinkron dibebani maka tegangan keluaran generator akan menurun, hal ini disebabkan adanya tegangan jatuh pada belitan generator.
Gambar : Karakteristik berbeban III. Alat-Alat Yang Digunakan
1. Generator sinkron dan penggeraknya 1 Unit
2. Catu daya bantu searah 1 Unit 3. Beban-beban listrik 1 Unit 4. Wattmeter 2 Buah 5. Voltmeter 2 Buah 6. Amperemeter 1 Buah 7. Tachometer 1 Buah 8. Kabel jumper Secukupnya
IV. Diagram Pengamatan
V. Prosedur Percobaan a. Percobaan Beban Nol
1. Membuat rangkaian seperti pada gambar 1.
2. Melaporkan pada asisten setelah selesai, tegangan tidak boleh dimasukkan sebelum disetujui oleh asisten.
3. Mengatur besar arus medan (If) dari nol dan dinaikkan secara bertahap.
4. Mengukur tegangan output dan putaran (n). 5. Menulis dalam tabel.
Gambar 1 b. Percobaan Berbeban
1. Membuat rangkaian percobaan seperti pada gambar 2.
2. Melaporkan pada asisten setelah selesai, tegangan tidak boleh dimasukkan sebelum disetujui oleh asisten.
3. Dengan arus medan konstan beban diatur secara bertahap.
4. Mengukur tegangan output dan putaran motor pada setiap pembebanan.
Gambar 2 VI. Data Pengamatan
VII. TUGAS AKHIR DAN PERTANYAAN 1. Tujuan Sinkronisasi?
2. Syarat-Syarat Sinkronisasi?
3. Gambarkan grafik jika tegangan, frekuensi, dan beda fasa berbeda pada tegangan jala-jala dan tegangan generator.
Jawaban 1. tujuan sinkronisasi
Untuk mengatasi kebutuhan listrik atau beban yang melebihi kapasitas generator untuk menghindari tidak berfungsinya generator atau rusaknya generator.masalah beban dan lisstrik berlebih tersebut bisa diatasi dengan menjalankan generator lain yang kemudian dioperasikan secara paralel dengan generator yang telah bekerja sebelumnya, pada satu jaringan listrik yang sama. Keuntungan dari menggabungkan 2 generator atau lebih dalam suatu jaringan listrik adalah bila salah satu generator tiba-tiba mengalami gangguan, maka generator tersebut dapat dihentikan serta beban dialihkan pada generator lain, sehingga pemutusan listrik secara total bisa dihindari. 2. syarat sinkronisasi
1. Polaritas dari generator harus sama dan tidak bertentangan setiap saat terhadap satu sama lainnya.
2. Nilai efektif tegangan harus sama.
3. Tegangan Generator yang diparalelkan mempunyai bentuk gelombang yang sama.
4. Frekuensi kedua generator atau frekuensi generator dengan jala-jala harus sama.
5. Urutan fasa dari kedua generator harus sama. 3. grafik
VIII. ANALISIS
