BAB II
GENERATOR SINKRON TIGA PHASA
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
MESIN AC
MESIN A SINKRON MESIN SINKRON
Gambar 2.1 Pembagian mesin AC
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
terjadinya fluksi atau induksi energi listrik dari rotor ke-stator.
Pada Gambar 2.1 dapat dilihat konstruksi sederhana dari sebuah generator sinkron
Gambar 2.2 Konstruksi generator sinkron secara umum
2.2.1 Rotor
Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet yang kemudian
tegangan dihasilkan dan akan di induksikan ke stator. Generator sinkron memiliki
dua tipe rotor, yaitu :
1.) Rotor berbentuk kutub sepatu (salient pole)
2.) Rotor berbentuk kutub dengan celah udara sama rata (cylindrical)
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
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
sinkron tipe seperti ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air
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
pun sedikit yang dapat dibuat. Belitan-belitan medan dipasang pada
alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais 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:
Gambar 2.4 Rotor Kutub Silinder Generator Sinkron
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
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
pada rotor generator sikron. Sikat terbuat dari bahan karbon tertentu.
3. Kumpara rotor (kumparan medan)
Kumparan medan merupakan unsure 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.
2.2.2 Stator
Stator atau armatur adalah bagian generator yang berfungsi sebagai tempat
untuk menerima induksi magnet dari rotor. Arus AC yang menuju ke beban
dengan lilitan kawat konduktor yang sangat banyak. Armatur selalu diam (tidak
bergerak). Oleh karena itu, komponen ini juga disebut dengan stator. Lilitan
armatur generator dalam wye dan titik netral dihubungkan ke tanah. Lilitan dalam
wye dipilih karena:
1. Meningkatkan daya output.
2. Menghindari tegangan harmonik, sehingga tegangan line tetap sinusoidal
dalam kondisi beban apapun. Dalam lilitan wye tegangan harmonik ketiga
masing-masing fasa saling meniadakan, sedangkan dalam lilitan delta
tegangan harmonik ditambahkan. Karena hubungan delta tertutup, sehingga
membuat sirkulasi arus harmonik ketiga yang meningkatkan rugi-rugi (I2
Stator dari mesin sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik yang berbentuk
laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang
bagus berarti permeabilitas dan resistivitas dari bahan tinggi. Gambar 2.5 berikut
memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar.
Belitan jangkar (stator) yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga phasa, ada
dua tipe yaitu:
2.3 Rangkaian Belitan Stator dan Rotor
2.3.1 Belitan Stator
Ada dua jenis belitan stator yang banyak digunakan untuk generator
sinkron 3 phasa, yaitu:
1. Belitan satu lapis (Single Layer Winding). 2. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).
1. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).
Gambar 2.6 memperlihatkan belitan satu lapis karena hanya ada satu sisi
lilitan di dalam 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. Antar 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
Gambar 2.6 Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa
2. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).
Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada Gambar 2.6 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 stator, 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 2.7 memperlihatkan bagian dari
Gambar 2.7 Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa
Pada masing masing alur ada dua sisi lilitan dan masing – masing lilitan
memiliki lebih dari satu putaran. Bagian dari lilitan yang tidak terletak ke dalam
alur biasanya disebut winding overhang, sehingga tidak ada tegangan dalam
winding overhang.
2.3.1 Belitan Rotor
Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet yang kemudian tegangan
dihasilkan dan akan diinduksikan ke stator. Generator sinkron memiliki dua tipe
rotor, yaitu :
1).Rotor berbentuk kutub sepatu (salient pole)
2).Rotor berbentuk kutub dengan celah udara sama rata (cylindrical)
Perbedaan utama antara keduanya adalah salient pole rotor digerakkan oleh turbin hidrolik kecepatan rendah sedangkan cylindrical rotor digerakkan oleh turbin uap berkecepatan tinggi. Sebagian besar turbin hidrolik harus berputar pada
roda kincir dan frekuensi yang diinginkan 50 Hz. Jumlah kutub yang dibutuhkan
di rotor jenis ini sangat banyak. Sehingga dibutuhkan diameter yang besar untuk
memuat kutub yang sangat banyak tersebut. Cylindrical rotor lebih kecil dan efisien daripada turbin kecepatan rendah. Untuk 2 kutub, frekuensi 50 Hz,
putarannya 3000 rpm. Untuk 4 kutub, putarannya 1500 rpm. Bentuk rotor yang
terdapat pada generator sinkron dapat dilihat pada Gambar 2.6 berikut.
(a) Rotor Kutub Menonjol (b) Rotor Silinder
Gambar 2.8 Bentuk Rotor
2.4 Rangkaian Ekivalen
Stator terdiri dari belitan-belitan. Suatu belitan konduktor akan terdiri dari
V
Gambar 2.9 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron
Dengan melihat Gambar 2.9 maka tegangan generator sinkron dapat ditulis pada
persamaan (2.1).
Ea = V + jXarIa + jXLaIa + Ra Ia
Dan persamaan terminal generator sinkron dapat ditulis pada persamaan (2.2) ………...(2.1)
V = Ea – jXarIa – jXLaIa – Ra
Ia
Dengan menyatakan reaktansi reaksi jangkar dan reaktansi fluks bocor
sebagai reaktansi sinkron, atau X
...(2.2)
s = Xar + XLa
V = E
, maka menjadi persamaan (2.3).
a – jXsIa – RaIa
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
terminal generator akan ditunjukkan pada Gambar 2.10 dibawah ini:
Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tiga Phasa
2.5 Perinsip kerja
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 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
persamaan (2.4)
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
magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl
induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut, hal tersebut sesuai dengan
dimana : ω =2πf
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
2.6 Reaksi Jangkar
Bila beban terhubung ke terminal generatormaka 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 2.12:
Gambar 2.12 Model Reaksi Jangkar
Pada Gambar 2.12.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 2.12.b. Arus stator tadi akan
Gambar 2.12.c. Vektor penjumlahan antara Bs dan BR menghasilkan Bnet, dan
penjumlahan Estat dan EA 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 Bs, yang kemudian kan menghasilkan tegangan stator Estat. Dua tegangan
yaitu tegangan jangkarEA dan tegangan reaksi jangkar Estat akan menghasilkan
Vt
V
, dimana ditunjukkan pada persamaan (2.6)
t = EA + Estat
Tegangan Reaksi Jangkar E
...(2.6)
stat = -jXI
Sehingga persaman 2.6 dapat ditulis kembali pada persamaan (2.7).
a
Vt = EA
-jXIa
Selain pengaruh reaksi jangkar ini, pengurangan tegangan induksi generator
sinkron juga karena adanya tahanan R
...(2.7)
a dan Induktansi belitan stator Xa,
V
,dan
penjumlahan X dan Xa sering disebut Reaktansi Sinkron Xs, sehingga persamaan
2.7 dapat ditulis kembali sebagai persamaan (2.8).
t = EA-jXIa-jXaIa
-IaRa
Lalu menjadi persamaan (2.9)
...…..(2.8)
Vt = EA-jXsIa
2.7 Sistem Eksitasi
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).
2.7.1 Sistem Eksitasi Konvensional (Menggunakan Generator Arus Searah)
Untuk sistem eksitasi yang konvensional, arus searah diperoleh dari sebuah
generator arus searah berkapasitas kecil yang disebut eksiter. Generator 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
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 2.12 adalah sistem eksitasi yang menggunakan generator
arus searah.
Gambar 2.13 Sistem Eksitasi Meggunakan Generator Arus Searah
2.7.2 Sistem Eksitasi Statis
Sistem eksitasi statis menggunakan peralatan eksitasi yang tidak bergerak
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 2.14 berikut adalah sistem
Gambar 2.14 Sistem Kksitasi 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 sistem eksitasi ini tidak efisien dan efektif.
2.7.3 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
Gambar 2.15 Sistem Eksitasi Dengan Menggunakan Baterai
Dari Gambar 2.15 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 penguat
(eksiter).
Setelah tegangan generator mencapai tegangan nominalnya maka catu
daya DC (baterai) biasanya dilepasdan digantikan oleh penyearah. Penguatan
untuk penguatannya diperoleh dari keluaran tiga phasa generator itu sendiri.
Gambar 2.15 menggambarkan sistem eksitasi tanpa sikat dengan suplai tiga phasa.
Gambar 2.16 Sistem Eksitasi Dengan Suplai Tiga Phasa
Pada Gambar 2.16, 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 disuplai
pada penyearah.
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 2.17 dapat dilihat bentuk
skematik dari sistem eksitasi dengan menggunakan Permanen Magnet Generator.
Gambar 2.17 Sistem Eksitasi Dengan Menggunakan Permanen Magnet Generator
Dari Gambar 2.17, 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
2.8 Karakteristik Generator Sinkron
Karakteristik yang dibahas pada sub bab kali ini adalah :
a) Karakteristik Beban Nol
b) Karakteristik Hubung singkat
c) Karakteristik Berbeban
2.8.1. Karakteristik Beban Nol (E0 = E0 (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
d.) Catat harga tegangan terminal (Vt) pada setiap harga arus medan (If)
yang terlihat pada gambar 2.18 di bawah ini:
V
tR
aE
0R
fV
fL
fR
adjI
fX
sDari Gambar dapat diperoleh persamaan umum generator pada persamaan (2.10).
E0 = Vt + Ia (Ra +
jXs
Pada hubungan generator terbuka (beban nol), I )...(2.10)
a
E0 = Vt = cnΦ …...…..(2.11)
= 0. Maka persamaan nya
menjadi persamaan (2.11).
Karena tidak ada beban yang terpasang, maka Φ yang dihasilkan hanya Φf.
Sehingga menjadi persamaan (2.12)
E0 =
cnΦ
fDari persamaan (2.12) menjadi persamaan (2.13)
...(2.12)
E0 =
cnI
fNilai cn adalah konstan sehingga persamaan menjadi persamaan (2.14)
.
...(2.13)
E0 =
k
1.I
fBerikut diperlihatkan gambar grafik hubungan Vt vs If yang disebut juga
dengan karakteristik hubung terbuka dari generator atau OCC (Open-Circuit Characteristic). Yang terlihat pada gambar 2.19 dibawah:
...
Gambar 2.19 Karakteristik Hubung Terbuka (OCC)
Dari Gambar 2.19 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 Hubung Singkat (Isc = Isc (If
Untuk menentukan karakteristik dan parameter generator sinkron
yang dihubung singkat terdapat beberapa langkah yang harus dilakukan antara
a.) Generator diputar pada kecepatan nominal
b.) Atur arus medan (If
c.) Hubung singkat terminal ) pada nol
d.) Ukur arus armatur (Ia
Dimana, rangkaian test hubung singkat pada generator sinkron akan diperlihatkan
pada Gambar 2.20 berikut.
) pada setiap peningkatan arus medan (If)
Gambar 2.20 Gambar Rangkaian Hubung Singkat
Dari Gambar, persamaan umum generator sinkron dihubung singkat adalah
persamaan (2.15)
E = Vt + Ia (Ra + jXs
Pada saat generator sinkron dihubung singkat, V
)...(2.15)
t = 0 dan Ia = Isc
E = I
. Maka
persamaan menjadi persamaan (2.16)
sc (Ra + jXs
E=cnΦ maka persamaan nya menjadi persamaan (2.17).
) ...…….
(2.16)
cnΦ = Isc (Ra + jXs) ...….
Karena cn dan (Ra + jXs
cn = k
) bernilai konstan, maka persamaan nya menjadi
persamaan (2.18)
1
sehingga menjadi persamaan (2.19)
...………..
(2.18)
(Ra + jXs) = k2
Sehingga menjadi persamaan (2.20)
...………….
(2.19)
k1.If = Isc. k2
sehingga menjadi persamaan (2.21)
... (2.20)
Isc = If k k
2
1 ... (2.21)
Pada karakteristik generator hubung singkat bentuk kurva adalah linear.
Hal ini disebabkan oleh medan magnet yang terjadi sangat kecil sehingga inti besi
tidak mengalami saturasi. Gambar 2.21 berikut ini akan memperlihatkan
Ketika generator dihubung singkat, arus armatur pada persamaan (2.22)
Harga Mutlaknya adalah pada persamaan (2.23)
Ia = Isc
2.8.3. Karakteristik Berbeban (V = V (If
Beberapa langkah untuk menentukan parameter generator sinkron
berbeban antara lain sebagai berikut :
))
a.) Generator diputar pada kecepatan nominal (n)
b.) Beban (ZL
c.) Arus medan (I
) terpasang pada terminal generator sinkron
f
d.) Catat tegangan terminal (V
) dinaikkan dari nol hingga maksimum secara bertahap
t) pada setiap peningkatan arus medan (If
yang terlihat pada gambar 2.22 berikut:
V
tGambar 2.22 Rangkaian Generator Sinkron Berbeban
Dari Gambar 2.22 diperoleh persamaan umum generator sinkron berbeban pada
persamaan (2.24)
Ea = Vt + Ia (Ra +
jXs
Sehingga menjadi persamaan (2.25)
)...(2.24)
Vt = Ea - Ia (Ra + jXs
Pada generator berbeban,
) ...
(2.25)
Ia = IL bernilai konstan karena beban (ZL) tetap.terlihat
pada gambar 2.23 di bawah ini:
2.9 Penentuan Parameter Generator Sinkron Tiga Phasa
Dari kedua test :
- Ea dari test beban nol (Open Circuit) - Ia dari test hubung singkat (Short Circuit)
Diperoleh impedansi sinkron di dapat persamaan (2.26)
Zs =
PENGARUH FAKTOR DAYA TERHADAP REGULASI TEGANGAN GENERATOR SINKRON 3 FASA
3.1 Umum
Cara menentukan pengaturan tegangan untuk mesin – mesin kecil dapat
diperoleh dengan cara langsung, yaitu generator sinkron diputar pada kecepatan
nominal, eksitasi diatur sehingga menghasilkan tegangan nominal (V) pada beban
penuh, kemudian beban dilepas dengan menjaga agar putaran tetap konstan.
