Konstruksi Generator Sinkron
Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron (seperti telah dibahas di sini). Ada dua struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC (membangkitkan medan magnet, biasa disebut sistem eksitasi) dan sebuah kumparan (biasa disebut jangkar) tempat dibangkitkannya GGL arus bola-balik.
Hampir semua mesin sinkron mempunyai belitan GGL berupa stator yang diam dan struktur medan magnit berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber DC luar melaui slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang yaitu sistem “brushless excitation”.
Bentuk Penguatan
Seperti telah diuraikan diatas, bahwa untuk membangkitkan fluks magnetik diperlukan penguatan DC. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari generator DC penguatan sendiri yang seporos dengan rotor mesin sinkron. Pada mesin sinkron dengan kecepatan rendah, tetapi rating daya yang besar, seperti generator Hydroelectric (Pembangkit listrik tenaga air), maka generator DC yang digunakan tidak dengan penguatan sendiri tetapi dengan “Pilot Exciter” sebagai penguatan atau menggunakan magnet permanent (magnet tetap).
Gambar 1. Generator Sinkron Tiga fasa dengan Penguatan Generator DC “Pilot Exciter”.
Gambar 2. Generator Sinkron Tiga fasa dengan Sistem Penguatan “Brushless Exciter System”.
Alternatif lainnya untuk penguatan eksitasi adalah menggunakan Diode silikon dan Thyristor.
Ada dua tipe sistem penguatan “Solid state”, yaitu:
• Sistem statis yang menggunakan Diode atau Thyristor statis, dan arus dialirkan ke rotor melalui Slipring.
• “Brushless System”, pada sistem ini penyearah dipasangkan diporos yang berputar dengan rotor, sehingga tidak dibutuhkan sikat arang dan slip-ring.
Bentuk Rotor
Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin dengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder gambar 3a, sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti Hydroelectric atau Generator Listrik Diesel mempunyai rotor kutub menonjol gambar 3b.
Gambar 3a. Bentuk Rotor kutub silinder.
Gambar 3b. Bentuk Rotor kutub menonjol.
Bentuk Stator
Stator dari Mesin Sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik , seperti telah dibahas di sini, yang berbentuk laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang bagus berarti permebilitas dan resistivitas dari bahan tinggi.
Gambar 4. Inti Stator dan Alur pada Stator
Gambar 4 memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar. Belitan jangkar (stator) yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga fasa, ada dua tipe yaitu :
a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).
b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).
Bentuk Stator Satu Lapis
Gambar 5 memperlihatkan belitan satu lapis, karena hanya ada satu sisi lilitan didalam masing-masing alur. Bila kumparan tiga fasa 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 fasa 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 menunjukkan 360 derajat listrik, adapun hubungan antara sudut rotor mekanis α_mek dan sudut listrik α_lis, adalah :
Gambar 5. Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa.
Contoh:
Sebuah generator Sinkron mempunyai 12 kutub. Berapa sudut mekanis ditunjukkan dengan 180 derajat listrik.
Jawaban:
Sudut mekanis antara kutub utara dan kutub selatan adalah:
Ini menunjukkan 180 derajat listrik
atau bisa juga secara langsung, yaitu:
Gambar 6. Urutan fasa ABC.
Untuk menunjukkan arah dari putaran rotor gambar 6. (searah jarum jam), urutan fasa yang dihasilkan oleh suplai tiga fasa adalah ABC, dengan demikian tegangan maksimum pertama terjadi dalam fasa A, diikuti fasa B, dan kemudian fasa C.
Kebalikan arah putaran dihasilkan dalam urutan ACB, atau urutan fasa negatif, sedangkan urutan fasa ABC disebut urutan fasa positif. Jadi ggl yang dibangkitkan sistem tiga fasa secara simetris adalah:
EA = EA ∟ 0° volt
EB = EB ∟ -120° volt
EC = EC ∟ -240° volt
Belitan Berlapis Ganda
Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada gambar 5 hanya mempunyai satu lilitan per kutub per fasa, 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 fasa akan sama untuk menghasilkan tegangan per penghantar dan jumlah total dari penghantar per fasa.
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 fasa. Gambar 7 memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan jangkar yang secara umum banyak digunakan. Pada masing-masing alur ada dua sisi lilitan dan masing-masing lilitan memiliki lebih dari satu putaran. Bagian dari lilitan yang tidak terletak kedalam alur biasanya disebut “ Winding Overhang”, sehingga tidak ada tegangan dalam winding overhang.
Gambar 7. Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa.
Faktor Distribusi
Seperti telah dijelaskan diatas bahwa sebuah kumparan terdiri dari sejumlah lilitan yang ditempatkan dalam alur secara terpisah. Sehingga, GGLl pada terminal menjadi lebih kecil bila dibandingkan dengan kumparan yang telah dipusatkan. Suatu faktor yang harus dikalikan dengan GGL dari sebuah kumparan distribusi untuk menghasilkan total GGL yang dibangkitkan disebut faktor distribusi Kd untuk kumparan. Faktor ini selalu lebih kecil dari satu (Kd < 1). Diasumsikan ada n alur per fasa per kutub, maka jarak antara alur dalam derajat listrik, adalah :
dimana m menyatakan jumlah fasa.
Gambar 8. Diagram Phasor dari Tegangan Induksi Lilitan.
Perhatikan gambar 8, disini diperlihatkan GGL yang dinduksikan dalam alur 2 akan tertinggal (lagging) dari GGL yang dibangkitkan dalam alur 1 sebesar ψ =15 derajat listrik, demikian pula GGL yang dinduksikan dalam alur 3 akan tertinggal 2ψ derajat, dan seterusnya. Semua GGL ini ditunjukkan masing-masing oleh phasor E1, E2, E3 dan E4. Total GGL stator per fasa E adalah jumlah dari seluruh vektor.
E = E1 + E2 + E3 + E4
Total GGLl stator E lebih kecil dibandingkan jumlah aljabar dari GGL lilitan oleh faktor.
Kd adalah faktor distribusi, dan bisa dinyatakan dengan persamaan:
Keuntungan dari kumparan distribusi, adalah memperbaiki bentuk gelombang tegangan yang dibangkitkan, seperti terlihat pada gambar 9.
Gambar 9. Total GGL Et dari Tiga GGL Sinusoidal.
Faktor Kisar
Gambar 10, memperlihatkan bentuk kisar dari sebuah kumparan, bila sisi lilitan diletakkan dalam alur 1 dan 7 disebut kisar penuh, sedangkan bila diletakkan dalam alur 1 dan 6 disebut kisar pendek, karena ini sama dengan 5/6 kisar kutub.
Gambar 10. Kisar Kumparan
Kisar :
5/6 = 5/6 x 180 derajat = 150 derajat
1/6 = 1/6 x 180 derajat = 30 derajat.
Kisar pendek sering digunakan, karena mempunyai beberapa keuntungan, diantaranya:
• Menghemat tembaga yang digunakan.
• Memperbaiki bentuk gelombang dari tegangan yang dibangkitkan.
• Kerugian arus pusar dan Hysterisis dapat dikurangi.
EL GGL yang diinduksikan pada masing-masing lilitan, bila lilitan merupakan kisar penuh, maka total induksi = 2 EL (gambar 11).
Gambar 11. Vektor Tegangan Lilitan.
Sedangkan kisar pendek dengan sudut 30 derajat listrik, seperti diperlihatkan pada gambar 8b, maka tegangan resultannya adalah:
E = 2 EL. Cos 30/2
atau,
dimana P° adalah kisar kumparan dalam derajat listrik.
Gaya Gerak Listrik Kumparan
Sebelumnya telah dibahas mengenai frekuensi dan besarnya tegangan masing-masing fasa secara umum. Untuk lebih mendekati nilai GGL sebenarnya yang terjadi maka harus diperhatikan faktor distribusi dan faktor kisar.
Apabila
Z = Jumlah penghantar atau sisi lilitan dalam seri/fasa = 2 T
T = Jumlah lilitan per fasa
dφ = φP dan dt = 60/N detik
maka GGL induksi rata-rata per penghantar:
sedangkan jika,
atau,
Sehingga GGL induksi rata-rata per penghantar menjadi:
bila ada Z penghantar dalam seri/fasa, maka : GGL rata-rata/fasa
= 2.f.φ.Z Volt
= 2.f.φ.(2T) = 4.f.φ.T volt
GGL efektif/fasa = 1,11x 4.f.φ.T = 4,44 x f .φ.T Volt
bila faktor distribusi dan faktor kisar dimasukkan, maka GGL efektif/fasa
E = 4,44 . Kd. Kp .f .φ . T (Volt)
Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron (seperti telah dibahas di sini). Ada dua struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC (membangkitkan medan magnet, biasa disebut sistem eksitasi) dan sebuah kumparan (biasa disebut jangkar) tempat dibangkitkannya GGL arus bola-balik.
Hampir semua mesin sinkron mempunyai belitan GGL berupa stator yang diam dan struktur medan magnit berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber DC luar melaui slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang yaitu sistem “brushless excitation”.
Bentuk Penguatan
Seperti telah diuraikan diatas, bahwa untuk membangkitkan fluks magnetik diperlukan penguatan DC. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari generator DC penguatan sendiri yang seporos dengan rotor mesin sinkron. Pada mesin sinkron dengan kecepatan rendah, tetapi rating daya yang besar, seperti generator Hydroelectric (Pembangkit listrik tenaga air), maka generator DC yang digunakan tidak dengan penguatan sendiri tetapi dengan “Pilot Exciter” sebagai penguatan atau menggunakan magnet permanent (magnet tetap).
Gambar 1. Generator Sinkron Tiga fasa dengan Penguatan Generator DC “Pilot Exciter”.
Gambar 2. Generator Sinkron Tiga fasa dengan Sistem Penguatan “Brushless Exciter System”.
Alternatif lainnya untuk penguatan eksitasi adalah menggunakan Diode silikon dan Thyristor.
Ada dua tipe sistem penguatan “Solid state”, yaitu:
• Sistem statis yang menggunakan Diode atau Thyristor statis, dan arus dialirkan ke rotor melalui Slipring.
• “Brushless System”, pada sistem ini penyearah dipasangkan diporos yang berputar dengan rotor, sehingga tidak dibutuhkan sikat arang dan slip-ring.
Bentuk Rotor
Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin dengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder gambar 3a, sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti Hydroelectric atau Generator Listrik Diesel mempunyai rotor kutub menonjol gambar 3b.
Gambar 3a. Bentuk Rotor kutub silinder.
Gambar 3b. Bentuk Rotor kutub menonjol.
Bentuk Stator
Stator dari Mesin Sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik , seperti telah dibahas di sini, yang berbentuk laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang bagus berarti permebilitas dan resistivitas dari bahan tinggi.
Gambar 4. Inti Stator dan Alur pada Stator
Gambar 4 memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar. Belitan jangkar (stator) yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga fasa, ada dua tipe yaitu :
a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).
b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).
Bentuk Stator Satu Lapis
Gambar 5 memperlihatkan belitan satu lapis, karena hanya ada satu sisi lilitan didalam masing-masing alur. Bila kumparan tiga fasa 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 fasa 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 menunjukkan 360 derajat listrik, adapun hubungan antara sudut rotor mekanis α_mek dan sudut listrik α_lis, adalah :
Gambar 5. Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa.
Contoh:
Sebuah generator Sinkron mempunyai 12 kutub. Berapa sudut mekanis ditunjukkan dengan 180 derajat listrik.
Jawaban:
Sudut mekanis antara kutub utara dan kutub selatan adalah:
Ini menunjukkan 180 derajat listrik
atau bisa juga secara langsung, yaitu:
Gambar 6. Urutan fasa ABC.
Untuk menunjukkan arah dari putaran rotor gambar 6. (searah jarum jam), urutan fasa yang dihasilkan oleh suplai tiga fasa adalah ABC, dengan demikian tegangan maksimum pertama terjadi dalam fasa A, diikuti fasa B, dan kemudian fasa C.
Kebalikan arah putaran dihasilkan dalam urutan ACB, atau urutan fasa negatif, sedangkan urutan fasa ABC disebut urutan fasa positif. Jadi ggl yang dibangkitkan sistem tiga fasa secara simetris adalah:
EA = EA ∟ 0° volt
EB = EB ∟ -120° volt
EC = EC ∟ -240° volt
Belitan Berlapis Ganda
Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada gambar 5 hanya mempunyai satu lilitan per kutub per fasa, 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 fasa akan sama untuk menghasilkan tegangan per penghantar dan jumlah total dari penghantar per fasa.
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 fasa. Gambar 7 memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan jangkar yang secara umum banyak digunakan. Pada masing-masing alur ada dua sisi lilitan dan masing-masing lilitan memiliki lebih dari satu putaran. Bagian dari lilitan yang tidak terletak kedalam alur biasanya disebut “ Winding Overhang”, sehingga tidak ada tegangan dalam winding overhang.
Gambar 7. Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa.
Faktor Distribusi
Seperti telah dijelaskan diatas bahwa sebuah kumparan terdiri dari sejumlah lilitan yang ditempatkan dalam alur secara terpisah. Sehingga, GGLl pada terminal menjadi lebih kecil bila dibandingkan dengan kumparan yang telah dipusatkan. Suatu faktor yang harus dikalikan dengan GGL dari sebuah kumparan distribusi untuk menghasilkan total GGL yang dibangkitkan disebut faktor distribusi Kd untuk kumparan. Faktor ini selalu lebih kecil dari satu (Kd < 1). Diasumsikan ada n alur per fasa per kutub, maka jarak antara alur dalam derajat listrik, adalah :
dimana m menyatakan jumlah fasa.
Gambar 8. Diagram Phasor dari Tegangan Induksi Lilitan.
Perhatikan gambar 8, disini diperlihatkan GGL yang dinduksikan dalam alur 2 akan tertinggal (lagging) dari GGL yang dibangkitkan dalam alur 1 sebesar ψ =15 derajat listrik, demikian pula GGL yang dinduksikan dalam alur 3 akan tertinggal 2ψ derajat, dan seterusnya. Semua GGL ini ditunjukkan masing-masing oleh phasor E1, E2, E3 dan E4. Total GGL stator per fasa E adalah jumlah dari seluruh vektor.
E = E1 + E2 + E3 + E4
Total GGLl stator E lebih kecil dibandingkan jumlah aljabar dari GGL lilitan oleh faktor.
Kd adalah faktor distribusi, dan bisa dinyatakan dengan persamaan:
Keuntungan dari kumparan distribusi, adalah memperbaiki bentuk gelombang tegangan yang dibangkitkan, seperti terlihat pada gambar 9.
Gambar 9. Total GGL Et dari Tiga GGL Sinusoidal.
Faktor Kisar
Gambar 10, memperlihatkan bentuk kisar dari sebuah kumparan, bila sisi lilitan diletakkan dalam alur 1 dan 7 disebut kisar penuh, sedangkan bila diletakkan dalam alur 1 dan 6 disebut kisar pendek, karena ini sama dengan 5/6 kisar kutub.
Gambar 10. Kisar Kumparan
Kisar :
5/6 = 5/6 x 180 derajat = 150 derajat
1/6 = 1/6 x 180 derajat = 30 derajat.
Kisar pendek sering digunakan, karena mempunyai beberapa keuntungan, diantaranya:
• Menghemat tembaga yang digunakan.
• Memperbaiki bentuk gelombang dari tegangan yang dibangkitkan.
• Kerugian arus pusar dan Hysterisis dapat dikurangi.
EL GGL yang diinduksikan pada masing-masing lilitan, bila lilitan merupakan kisar penuh, maka total induksi = 2 EL (gambar 11).
Gambar 11. Vektor Tegangan Lilitan.
Sedangkan kisar pendek dengan sudut 30 derajat listrik, seperti diperlihatkan pada gambar 8b, maka tegangan resultannya adalah:
E = 2 EL. Cos 30/2
atau,
dimana P° adalah kisar kumparan dalam derajat listrik.
Gaya Gerak Listrik Kumparan
Sebelumnya telah dibahas mengenai frekuensi dan besarnya tegangan masing-masing fasa secara umum. Untuk lebih mendekati nilai GGL sebenarnya yang terjadi maka harus diperhatikan faktor distribusi dan faktor kisar.
Apabila
Z = Jumlah penghantar atau sisi lilitan dalam seri/fasa = 2 T
T = Jumlah lilitan per fasa
dφ = φP dan dt = 60/N detik
maka GGL induksi rata-rata per penghantar:
sedangkan jika,
atau,
Sehingga GGL induksi rata-rata per penghantar menjadi:
bila ada Z penghantar dalam seri/fasa, maka : GGL rata-rata/fasa
= 2.f.φ.Z Volt
= 2.f.φ.(2T) = 4.f.φ.T volt
GGL efektif/fasa = 1,11x 4.f.φ.T = 4,44 x f .φ.T Volt
bila faktor distribusi dan faktor kisar dimasukkan, maka GGL efektif/fasa
E = 4,44 . Kd. Kp .f .φ . T (Volt)
Pendahuluan
Sebagian besar energi listrik yang dipergunakan oleh konsumen untuk kebutuhan sehari-hari
dihasilkan oleh generator sinkron phasa banyak (polyphase) yang ada di pusat pembangkit
tenaga listrik. Generator sinkron yang dipergunakan ini mempunyai rating daya dari ratusan
sampai ribuan mega Volt Ampere (MVA).
Disebut mesin sinkron, karena bekerja pada kecepatan dan frekuensi konstan di bawah
kondisi ”Steady state”. Mesin sinkron bisa dioperasikan baik sebagai generator maupun
motor. Mesin sinkron bila difungsikan sebagai motor berputar dalam kecepatan konstan.
Apabila dikehendaki kecepatan yang bersifat variabel, maka motor sinkron dilengkapi dengan
dengan pengubah frekuensi seperti Inverter atau Cyclo-converter.
Sebagai generator, beberapa mesin sinkron sering dioperasikan secara paralel, seperti di
pusat-pusat pembangkit. Adapun tujuan dari paralel generator adalah menambah daya
pasokan dari pembangkit yang dibebankan ke masing-masing generator yang dikirimkan ke
beban.
Ada dua struktur medan magnet pada mesin sinkron yang merupakan dasar keja dari mesin
tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC dan sebuah jangkar tempat
dibangkitkannya ggl arus bolak-balik. Hampir semua Mesin Sinkron mempunyai jangkar
diam sebagai stator dan medan magnet berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada medan
magnet yang berputar dihubungkan pada sumber listrik DC luar melaui slipring dan sikat
arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang arang disebut brushless
excitation.
13.2 Konstruksi Mesin Sinkron
Ada dua struktur medan magnit pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin
tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC dan sebuah jangkar tempat
dibangkitkannya ggl arus bola-balik. Hampir semua mesin sinkron mempunyai belitan ggl
berupa stator yang diam dan struktur medan magnit berputar sebagai rotor. Kumparan DC
pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber luar melaui slipring dan sikat
arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang yaitu sistem brushless excitation.
Konstruksi dari sebuah Mesin Sinkron secara garis besar sebagai berikut.
13.2.1 Bentuk Penguatan
Seperti telah diuraikan di atas, bahwa untuk membangkitkan flux magnetik diperlukan
penguatan DC. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari generator DC penguatan sendiri yang
seporos dengan rotor mesin sinkron.
Pada mesin sinkron dengan kecepatan rendah, tetapi rating daya yang besar, seperti
generator hydroelectric, maka generator DC yang digunakan tidak dengan penguatan
sendiri, tetapi dengan pilot exciter sebagai penguatan atau menggunakan magnet permanen.
BAB 13
GENERATOR SINKRON
342
Alternatif lainnya untuk penguatan eksitasi adalah menggunakan Diode silikon dan Thyristor.
Dua tipe sistem penguatan ”Solid state” sebagai berikut.
• Sistem statis yang menggunakan Diode atau Thyristor statis, dan arus dialirkan ke rotor
melalui Slipring.
• Brushless system, pada sistem ini penyearah dipasangkan di poros yang berputar dengan
rotor, sehingga tidak dibutuhkan sikat arang dan slipring.
13.2.2 Bentuk Rotor
Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin dengan
kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder
Mengenal Generator Sinkron
kecepatan rotor dan frekuensi dari tegangan yang dibangkitkan oleh suatu generator sinkron berbanding lurus. Gambar 1 akan memperlihatkan prinsip kerja dari sebuah generator AC dengan dua kutub, dan dimisalkan hanya memiliki satu lilitan yang terbuat dari dua penghantar secara seri, yaitu penghantar a dan a’.
Gambar 1. Diagram Generator AC Satu Phasa Dua Kutub.
Lilitan seperti disebutkan diatas disebut “Lilitan terpusat”, dalam generator sebenarnya terdiri dari banyak lilitan dalam masing-masing fasa yang terdistribusi pada masing-masing alur stator dan disebut “Lilitan terdistribusi”. Diasumsikan rotor berputar searah jarum jam, maka fluks medan rotor bergerak sesuai lilitan jangkar. Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus per detik atau 1 Hertz (Hz).
Bila kecepatannya 60 Revolution per menit (Rpm), frekuensi 1 Hz. Maka untuk frekuensi f = 60 Hz, rotor harus berputar 3600 Rpm. Untuk kecepatan rotor n rpm, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolution per detik (rps). Bila rotor mempunyai lebih dari 1 pasang kutub, misalnya P kutub maka masing-masing revolution dari rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam lilitan stator. Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan rotor, dan diformulasikan dengan:
Untuk generator sinkron tiga fasa, harus ada tiga belitan yang masing-masing terpisah sebesar 120 derajat listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti diperlihatkan pada kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’ pada gambar 2. Masing-masing lilitan akan menghasilkan gelombang Fluksi sinus satu dengan lainnya berbeda 120 derajat listrik. Dalam keadaan seimbang besarnya fluksi sesaat :
ΦA = Φm. Sin ωt
ΦB = Φm. Sin ( ωt – 120° )
ΦC = Φm. Sin ( ωt – 240° )
Gambar 2. Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub
Besarnya fluks resultan adalah jumlah vektor ketiga fluks tersebut adalah:
ΦT = ΦA +ΦB + ΦC, yang merupakan fungsi tempat (Φ) dan waktu (t), maka besar- besarnya fluks total adalah:
ΦT = Φm.Sin ωt + Φm.Sin(ωt – 120°) + Φm. Sin(ωt– 240°). Cos (φ – 240°)
Dengan memakai transformasi trigonometri dari :
Sin α . Cos β = ½.Sin (α + β) + ½ Sin (α + β ),
maka dari persamaan diatas diperoleh :
ΦT = ½.Φm. Sin (ωt +φ )+ ½.Φm. Sin (ωt – φ) + ½.Φm. Sin ( ωt + φ – 240° )+ ½.Φm. Sin (ωt – φ) +½.Φm. Sin (ωt + φ – 480°)
Dari persamaan diatas, bila diuraikan maka suku kesatu, ketiga, dan kelima
akan silang menghilangkan. Dengan demikian dari persamaan akan didapat
fluksi total sebesar, ΦT = ¾ Φm. Sin ( ωt – Φ ) Weber .
Jadi medan resultan merupakan medan putar dengan modulus 3/2 Φ dengan
sudut putar sebesar ω. Maka besarnya tegangan masing-masing fasa adalah :
E maks = Bm. ℓ. ω r Volt
dimana :
Bm = Kerapatan Fluks maksimum kumparan medan rotor (Tesla)
ℓ = Panjang masing-masing lilitan dalam medan magnetik (Weber)
ω = Kecepatan sudut dari rotor (rad/s)
r = Radius dari jangkar (meter)
anda dapat juga membaca artikel yang terkait dengan bahasan kali ini, di:
- elektromekanis dalam sistem tenaga-1, di sini.
- elektromekanis dalam sistem tenaga-2, di sini.
Generator Tanpa Beban
Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai generator dengan diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (If), maka pada kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban (Eo), yaitu sebesar:
Eo = 4,44 .Kd. Kp. f. φm. T Volt
Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan keluaran juga akan naik sampai titik saturasi (jenuh), seperti diperlihatkan pada gambar 3. Kondisi generator tanpa beban bisa digambarkan rangkaian ekuivalennya seperti diperlihatkan pada gambar 3b.
Gambar 3a dan 3b. Kurva dan Rangkaian Ekuivalen Generator Tanpa Beban
Generator Berbeban
Bila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada:
• Resistansi jangkar Ra
• Reaktansi bocor jangkar Xl
• Reaksi Jangkar Xa
a. Resistansi Jangkar
Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegang/fasa (tegangan jatuh/fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar.
b. Reaktansi Bocor Jangkar
Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut Fluks Bocor.
c. Reaksi Jangkar
Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar (ΦA ) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada kumparan medan rotor(ΦF), sehingga akan dihasilkan suatu fluksi resultan sebesar :
Interaksi antara kedua fluksi ini disebut sebagai reaksi jangkar, seperti diperlihatkan pada Gambar 4. yang mengilustrasikan kondisi reaksi jangkar untuk jenis beban yang berbeda-beda.
Gambar 4a, 4b, 4c dan 4d. Kondisi Reaksi Jangkar.
Gambar 4a , memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani tahanan (resistif) sehingga arus jangkar Ia sefasa dengan GGL Eb dan ΦA akan tegak lurus terhadap ΦF.
Gambar 4b, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani kapasitif , sehingga arus jangkar Ia mendahului ggl Eb sebesar θ dan ΦA terbelakang terhadap ΦF dengan sudut (90 -θ).
Gambar 4c, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani kapasitif murni yang mengakibatkan arus jangkar Ia mendahului GGL Eb sebesar 90° dan ΦA akan memperkuat ΦF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.
Gambar 4d, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat arus diberi beban induktif murni sehingga mengakibatkan arus jangkar Ia terbelakang dari GGL Eb sebesar 90° dan ΦA akan memperlemah ΦF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.
PERAN GENERATOR DALAM SISTEM DAN SYARAT PROTEKSI GENERATOR
Sebagai sumber energi listrik dalam suatu sistem tenaga, generator memiliki peran yang penting, sehingga tripnya PMT/CB generator sangat tidak dikehendaki karena sangat mengganggu sistem, terutama generator yang berdaya besar. Dan juga karena letaknya di hulu, PMT/CB generator tidak boleh mudah trip tetapi juga harus aman bagi generator, walaupun didalam sistem banyak terjadi gangguan
Untuk menjaga keandalan dari kerja generator, maka dilengkapilah generator dengan peralatan-peralatan proteksi. Peralatan proteksi generator harus betul-betul mencegah kerusakan generator, karena kerusakan generator selain akan menelan biaya perbaikan yang mahal juga sangat mengganggu operasi sistem. Proteksi generator juga harus mempertimbangkan pula proteksi bagi mesin penggeraknya, karena generator digerakkan oleh mesin penggerak mula.
GANGGUAN GENERATOR
Gangguan Generator relatif jarang terjadi karena:
a. Instalasi Listrik tidak terbuka terhadap lingkungan, terlindung terhadap petir dan tanaman.
b. Ada Transformator Blok dengan hubungan Wye-Delta, sehingga mencegah arus (gangguan) urutan nol dari Saluran Transmisi masuk ke Generator.
c. Instalasi Listrik dari Generator ke Rel umumnya memakai Cable Duct yang kemungkinannya mengalami gangguan kecil.
d. Tripnya PMT Generator sebagian besar (lebih dari 50%) disebabkan oleh gangguan mesin penggerak generator.
Namun ada juga gangguan-gangguan yang sering terjadi pada generator, meliputi gangguan pada :
• Stator
• Rotor (Sistem Penguat)
• Mesin Penggerak
• Back up instalasi di luar Generator
Pengaman terhadap gangguan luar generator
Generator umumnya dihubungkan ke rel (busbar). Beban dipasok oleh saluran yang dihubungkan ke rel. Gangguan kebanyakan ada di saluran yang mengambil daya dari rel.
Instalasi penghubung generator dengan rel umumnya jarang mengalami gangguan. Karena rel dan saluran yang keluar dari rel sudah mempunyai proteksi sendiri,
maka proteksi generator terhadap gangguan luar cukup dengan relay arus lebih dengan time delay yang relatif lama dan dengan voltage restrain.
Voltage Restrain
• Arus Hubung Singkat Generator turun sebagai fungsi waktu.
• Hal ini disebabkan oleh membesarnya arus stator yang melemahkan medan magnit kutub (rotor) sehingga ggl dan tegangan jepit Generator turun.
• Untuk menjamin kerjanya Relay sehubungan dengan menurunnya arus hubung singkat Generator, diperlukan Voltage Restrain Coil.
• Mengingat karakteristik hubung singkat Generator yang demikian, pada Generator besar dipakai juga Relay Impedansi.
PENGAMAN TERHADAP GANGGUAN DALAM GENERATOR
a. Hubung singkat antar fasa
b. Hubung singkat fasa ke tanah
c. Suhu tinggi
d. Penguatan hilang
e. Arus urutan negatif
f. Hubung singkat dalam sirkit rotor
g. Out of Step
h. Over flux
Hubung singkat antar fasa
• Untuk proteksi dipergunakan relay differensial.
• Kalau relay ini bekerja maka selain mentripkan PMT generator, PMT medan penguat generator harus trip juga.
• Selain itu melalui relay bantu, mesin penggerak harus dihentikan.
Hubung Singkat Fasa – Tanah
a. Dipakai Relay Hubung Tanah terbatas.
b. Relay ini memerintahkan
- PMT Generator Trip
- PMT Medan Penguat Mesin Penggerak berhenti (melalui Relay Bantu)
c. , sehingga arus urutan nolPada Generator yang memakai Trafo Blok Y- dari gangguan hubung tanah di luar Generator tidak masuk, bisa dipakai pula :
- Relay Tegangan yang mengukur pergeseran tegangan titik Netral terhadap tanah.
- Relay Arus yang mengukur arus titik Netral ke tanah lewat tahanan atau kumparan.
Penguatan Hilang
• Penguatan hilang atau penguatan melemah (under exitation) bisa menimbulkan pemanasan yang berlebihan pada kepala kumparan stator
• Penguatan hilang menyebabkan gaya mekanik pada kumparan arus searah rotor hilang, terjadi out of step, menjadi Generator Asinkron, timbul arus pusar berlebihan di rotor, selanjutnya rotor mengalami pemanasan berlebihan.
• Relay penguatan hilang akan mentripkan PMT Generator
Penggunaan Relay Mho
• Dalam keadaan eksitasi rendah / hilang, Generator akan mengambil daya Reaktif dari sistem.
• Oleh karenanya dipakai Relay Mho yang bekerja pada kwadran 3 dan 4 dari Kurva Kemampuan Generator.
• Perlu perhatian pada Beban Kapasitif, misalnya Saluran Kosong, Daya Reaktif akan masuk ke Generator dan menyebabkan Relay ini bekerja.
Hubung Singkat dalam Sirkit Rotor
Hubung singkat dalam sirkit rotor bisa menyebabkan penguatan hilang.
• Karena hubung singkat dalam sirkit rotor ini, bisa timbul distorsi medan magnet dan selanjutnya timbul getaran berlebihan.
• Cara mendeteksi gangguan sirkit rotor : Potentio Meter, AC Injection, DC Injection.
Relay Negatif Sequence
• Gangguan yang menimbulkan ketidak-simetrisan Tegangan maupun arus, menimbulkan Negatif Sequence Current, tetapi tidak dapat dideteksi oleh Relay-relay yang telah disebutkan sebelumnya, maka sebelum Negatif Sequence Current terjadi diharapkan dapat dideteksi oleh Relay ini.
• Gangguan-gangguan tersebut di atas misalnya adalah :
– Hubung Singkat antar lilitan satu fasa.
– Hubung Tanah di dekat titik Netral.
– Ada sambungan salah satu fasa yang kendor.
• Negative Sequence Current bisa menimbulkan pemanasan berlebihan pada rotor.
Gangguan Internal Generator Yang Sulit Dideteksi
1. Hubung singkat antar lilitan satu fasa, tidak terdeteksi oleh relay diferensial.
2. Hubung tanah di dekat titik Netral, tidak terdeteksi oleh relay hubung tanah terbatas.
3. Lilitan putus atau sambungan kendor, tidak terlihat oleh relay diferensial.
4. Diharapkan relay suhu dan relay Negatif Sequence bisa ikut mendeteksi dua gangguan ini.
Untuk Exciter berupa generator arus bolak balik yang memakai diode berputar, deteksi gangguan rotor hanya bisa lewat :
a. Arus medan Pilot Exciter yang melewati sikat, bisa ditap untuk diamati. Arus ini akan membesar kalau ada gangguan kumparan rotor.
b. Gangguan Kumparan rotor menimbulkan vibrasi yang bisa dideteksi oleh detektor vibrasi.
Gangguan dalam mesin penggerak
Gangguan-gangguan yang demikian adalah :
• Tekanan minyak pelumas terlalu rendah
• Suhu air pendingin atau suhu bantalan terlalu tinggi
• Daya balik,
Adakalanya gangguan dalam mesin penggerak generator memerlukan tripnya PMT Generator.
Suhu Tinggi
• Suhu tinggi bisa terjadi pada bantalan generator atau pada kumparan stator.
• Hal ini masing-masing di deteksi oleh relay suhu yang mula-mula membunyikan alarm kemudian mentripkan PMT generator dan memberhentikan mesin penggerak apabila yang bekerja adalah relay suhu bantalan.
Penyebab Suhu Tinggi
A. Lilitan Stator, penyebabnya:
1. Beban Lebih
2. Beban tidak simetris, arus urutan negatif
3. Hubung singkat yang tidak terdeteksi
4. Penguatan Hilang / Lemah
5. Ventilasi kurang baik, hidrogin bocor
6. Kotoran / debu melekat pada lilitan
B. Kumparan Rotor, penyebabnya:
1. Beban stator tidak seimbang, arus urutan negatif
2. Hubung singkat yang tidak terdeteksi
3. Out of step
4. Ventilasi kurang baik, hidrogin bocor
5. Kotoran / debu melekat pada lilitan
C. Bantalan Generator, penyebabnya:
1. Pelumasan kurang lancar, tekanannya kurang tinggi
2. Kerusakan pada bagian yang bergeseran
Tekanan minyak terlalu rendah
• Tekanan minyak pelumas yang terlalu rendah bisa merusak bantalan, oleh karenanya jika hal ini terjadi Mesin Penggerak perlu segera dihentikan melalui proses alarm terlebih dahulu apabila tekanan ini turun secara bertahap
• Berhentinya Mesin Penggerak harus bersamaan dengan tripnya PMT Generator
Suhu Air Pendingin atau Suhu Bantalan terlalu tinggi
• Sama seperti tekanan terlalu rendah
Daya Balik
Daya balik dimana generator menjadi motor dapat menimbulkan kerusakan karena pemanasan berlebihan pada sudu-sudu tekanan rendah Turbin uap. Pada Turbin air dapat meningkatkan kavitasi. Oleh karenanya diperlukan relay daya balik pada generator yang digerakkan oleh turbin uap atau turbin air dengan melalui Alarm terlebih dahulu. Untuk Turbin Gas masalahnya sama dengan untuk Turbin Uap.
Putaran Lebih
• Apabila PMT generator trip, maka akan terjadi putaran lebih yang membahayakan generator dan mesin penggeraknya.
• Untuk ini diperlukan relay putaran lebih yang memberhentikan mesin penggerak.
Tegangan Lebih
• Apabila PMT generator trip, maka bisa terjadi tegangan lebih.
• Untuk ini diperlukan relay tegangan lebih.
Tekanan dan Kebocoran Hidrogen
Untuk generator yang didinginkan dengan gas Hidrogen, harus ada relay yang mendeteksi tekanan rendah dan kebocoran Hidrogen untuk memberhentikan mesin penggerak generator dan memutus arus medan
Relay Over Fluks
Relay ini mengukur besaran volt per Hertz. Tegangan imbas volt dalam suatu kumparan adalah sebanding dengan kerapatan fluks dan frekwensi. Over fluks bisa terjadi pada Tegangan normal tetapi frekwensi rendah. Hal semacam ini
bisa terjadi pada saat menstart generator dimana frekwensi masih rendah, karena putaran Generator masih rendah, tetapi sudah ada arus penguat dari exciter. Kerapatan fluks yang tinggi ini akan menimbulkan arus pusar yang tinggi sehingga timbul pemanasan berlebihan dalam inti generator dan dalam inti trafo penaik tegangan. Begitu pula dengan rugi histerisis yang menjadi makin tinggi
apabila kerapatan fluks magnetik tinggi, hal ini ikut menambah pemanasan inti stator.
Sebagai sumber energi listrik dalam suatu sistem tenaga, generator memiliki peran yang penting, sehingga tripnya PMT/CB generator sangat tidak dikehendaki karena sangat mengganggu sistem, terutama generator yang berdaya besar. Dan juga karena letaknya di hulu, PMT/CB generator tidak boleh mudah trip tetapi juga harus aman bagi generator, walaupun didalam sistem banyak terjadi gangguan
Untuk menjaga keandalan dari kerja generator, maka dilengkapilah generator dengan peralatan-peralatan proteksi. Peralatan proteksi generator harus betul-betul mencegah kerusakan generator, karena kerusakan generator selain akan menelan biaya perbaikan yang mahal juga sangat mengganggu operasi sistem. Proteksi generator juga harus mempertimbangkan pula proteksi bagi mesin penggeraknya, karena generator digerakkan oleh mesin penggerak mula.
GANGGUAN GENERATOR
Gangguan Generator relatif jarang terjadi karena:
a. Instalasi Listrik tidak terbuka terhadap lingkungan, terlindung terhadap petir dan tanaman.
b. Ada Transformator Blok dengan hubungan Wye-Delta, sehingga mencegah arus (gangguan) urutan nol dari Saluran Transmisi masuk ke Generator.
c. Instalasi Listrik dari Generator ke Rel umumnya memakai Cable Duct yang kemungkinannya mengalami gangguan kecil.
d. Tripnya PMT Generator sebagian besar (lebih dari 50%) disebabkan oleh gangguan mesin penggerak generator.
Namun ada juga gangguan-gangguan yang sering terjadi pada generator, meliputi gangguan pada :
• Stator
• Rotor (Sistem Penguat)
• Mesin Penggerak
• Back up instalasi di luar Generator
Pengaman terhadap gangguan luar generator
Generator umumnya dihubungkan ke rel (busbar). Beban dipasok oleh saluran yang dihubungkan ke rel. Gangguan kebanyakan ada di saluran yang mengambil daya dari rel.
Instalasi penghubung generator dengan rel umumnya jarang mengalami gangguan. Karena rel dan saluran yang keluar dari rel sudah mempunyai proteksi sendiri,
maka proteksi generator terhadap gangguan luar cukup dengan relay arus lebih dengan time delay yang relatif lama dan dengan voltage restrain.
Voltage Restrain
• Arus Hubung Singkat Generator turun sebagai fungsi waktu.
• Hal ini disebabkan oleh membesarnya arus stator yang melemahkan medan magnit kutub (rotor) sehingga ggl dan tegangan jepit Generator turun.
• Untuk menjamin kerjanya Relay sehubungan dengan menurunnya arus hubung singkat Generator, diperlukan Voltage Restrain Coil.
• Mengingat karakteristik hubung singkat Generator yang demikian, pada Generator besar dipakai juga Relay Impedansi.
PENGAMAN TERHADAP GANGGUAN DALAM GENERATOR
a. Hubung singkat antar fasa
b. Hubung singkat fasa ke tanah
c. Suhu tinggi
d. Penguatan hilang
e. Arus urutan negatif
f. Hubung singkat dalam sirkit rotor
g. Out of Step
h. Over flux
Hubung singkat antar fasa
• Untuk proteksi dipergunakan relay differensial.
• Kalau relay ini bekerja maka selain mentripkan PMT generator, PMT medan penguat generator harus trip juga.
• Selain itu melalui relay bantu, mesin penggerak harus dihentikan.
Hubung Singkat Fasa – Tanah
a. Dipakai Relay Hubung Tanah terbatas.
b. Relay ini memerintahkan
- PMT Generator Trip
- PMT Medan Penguat Mesin Penggerak berhenti (melalui Relay Bantu)
c. , sehingga arus urutan nolPada Generator yang memakai Trafo Blok Y- dari gangguan hubung tanah di luar Generator tidak masuk, bisa dipakai pula :
- Relay Tegangan yang mengukur pergeseran tegangan titik Netral terhadap tanah.
- Relay Arus yang mengukur arus titik Netral ke tanah lewat tahanan atau kumparan.
Penguatan Hilang
• Penguatan hilang atau penguatan melemah (under exitation) bisa menimbulkan pemanasan yang berlebihan pada kepala kumparan stator
• Penguatan hilang menyebabkan gaya mekanik pada kumparan arus searah rotor hilang, terjadi out of step, menjadi Generator Asinkron, timbul arus pusar berlebihan di rotor, selanjutnya rotor mengalami pemanasan berlebihan.
• Relay penguatan hilang akan mentripkan PMT Generator
Penggunaan Relay Mho
• Dalam keadaan eksitasi rendah / hilang, Generator akan mengambil daya Reaktif dari sistem.
• Oleh karenanya dipakai Relay Mho yang bekerja pada kwadran 3 dan 4 dari Kurva Kemampuan Generator.
• Perlu perhatian pada Beban Kapasitif, misalnya Saluran Kosong, Daya Reaktif akan masuk ke Generator dan menyebabkan Relay ini bekerja.
Hubung Singkat dalam Sirkit Rotor
Hubung singkat dalam sirkit rotor bisa menyebabkan penguatan hilang.
• Karena hubung singkat dalam sirkit rotor ini, bisa timbul distorsi medan magnet dan selanjutnya timbul getaran berlebihan.
• Cara mendeteksi gangguan sirkit rotor : Potentio Meter, AC Injection, DC Injection.
Relay Negatif Sequence
• Gangguan yang menimbulkan ketidak-simetrisan Tegangan maupun arus, menimbulkan Negatif Sequence Current, tetapi tidak dapat dideteksi oleh Relay-relay yang telah disebutkan sebelumnya, maka sebelum Negatif Sequence Current terjadi diharapkan dapat dideteksi oleh Relay ini.
• Gangguan-gangguan tersebut di atas misalnya adalah :
– Hubung Singkat antar lilitan satu fasa.
– Hubung Tanah di dekat titik Netral.
– Ada sambungan salah satu fasa yang kendor.
• Negative Sequence Current bisa menimbulkan pemanasan berlebihan pada rotor.
Gangguan Internal Generator Yang Sulit Dideteksi
1. Hubung singkat antar lilitan satu fasa, tidak terdeteksi oleh relay diferensial.
2. Hubung tanah di dekat titik Netral, tidak terdeteksi oleh relay hubung tanah terbatas.
3. Lilitan putus atau sambungan kendor, tidak terlihat oleh relay diferensial.
4. Diharapkan relay suhu dan relay Negatif Sequence bisa ikut mendeteksi dua gangguan ini.
Untuk Exciter berupa generator arus bolak balik yang memakai diode berputar, deteksi gangguan rotor hanya bisa lewat :
a. Arus medan Pilot Exciter yang melewati sikat, bisa ditap untuk diamati. Arus ini akan membesar kalau ada gangguan kumparan rotor.
b. Gangguan Kumparan rotor menimbulkan vibrasi yang bisa dideteksi oleh detektor vibrasi.
Gangguan dalam mesin penggerak
Gangguan-gangguan yang demikian adalah :
• Tekanan minyak pelumas terlalu rendah
• Suhu air pendingin atau suhu bantalan terlalu tinggi
• Daya balik,
Adakalanya gangguan dalam mesin penggerak generator memerlukan tripnya PMT Generator.
Suhu Tinggi
• Suhu tinggi bisa terjadi pada bantalan generator atau pada kumparan stator.
• Hal ini masing-masing di deteksi oleh relay suhu yang mula-mula membunyikan alarm kemudian mentripkan PMT generator dan memberhentikan mesin penggerak apabila yang bekerja adalah relay suhu bantalan.
Penyebab Suhu Tinggi
A. Lilitan Stator, penyebabnya:
1. Beban Lebih
2. Beban tidak simetris, arus urutan negatif
3. Hubung singkat yang tidak terdeteksi
4. Penguatan Hilang / Lemah
5. Ventilasi kurang baik, hidrogin bocor
6. Kotoran / debu melekat pada lilitan
B. Kumparan Rotor, penyebabnya:
1. Beban stator tidak seimbang, arus urutan negatif
2. Hubung singkat yang tidak terdeteksi
3. Out of step
4. Ventilasi kurang baik, hidrogin bocor
5. Kotoran / debu melekat pada lilitan
C. Bantalan Generator, penyebabnya:
1. Pelumasan kurang lancar, tekanannya kurang tinggi
2. Kerusakan pada bagian yang bergeseran
Tekanan minyak terlalu rendah
• Tekanan minyak pelumas yang terlalu rendah bisa merusak bantalan, oleh karenanya jika hal ini terjadi Mesin Penggerak perlu segera dihentikan melalui proses alarm terlebih dahulu apabila tekanan ini turun secara bertahap
• Berhentinya Mesin Penggerak harus bersamaan dengan tripnya PMT Generator
Suhu Air Pendingin atau Suhu Bantalan terlalu tinggi
• Sama seperti tekanan terlalu rendah
Daya Balik
Daya balik dimana generator menjadi motor dapat menimbulkan kerusakan karena pemanasan berlebihan pada sudu-sudu tekanan rendah Turbin uap. Pada Turbin air dapat meningkatkan kavitasi. Oleh karenanya diperlukan relay daya balik pada generator yang digerakkan oleh turbin uap atau turbin air dengan melalui Alarm terlebih dahulu. Untuk Turbin Gas masalahnya sama dengan untuk Turbin Uap.
Putaran Lebih
• Apabila PMT generator trip, maka akan terjadi putaran lebih yang membahayakan generator dan mesin penggeraknya.
• Untuk ini diperlukan relay putaran lebih yang memberhentikan mesin penggerak.
Tegangan Lebih
• Apabila PMT generator trip, maka bisa terjadi tegangan lebih.
• Untuk ini diperlukan relay tegangan lebih.
Tekanan dan Kebocoran Hidrogen
Untuk generator yang didinginkan dengan gas Hidrogen, harus ada relay yang mendeteksi tekanan rendah dan kebocoran Hidrogen untuk memberhentikan mesin penggerak generator dan memutus arus medan
Relay Over Fluks
Relay ini mengukur besaran volt per Hertz. Tegangan imbas volt dalam suatu kumparan adalah sebanding dengan kerapatan fluks dan frekwensi. Over fluks bisa terjadi pada Tegangan normal tetapi frekwensi rendah. Hal semacam ini
bisa terjadi pada saat menstart generator dimana frekwensi masih rendah, karena putaran Generator masih rendah, tetapi sudah ada arus penguat dari exciter. Kerapatan fluks yang tinggi ini akan menimbulkan arus pusar yang tinggi sehingga timbul pemanasan berlebihan dalam inti generator dan dalam inti trafo penaik tegangan. Begitu pula dengan rugi histerisis yang menjadi makin tinggi
apabila kerapatan fluks magnetik tinggi, hal ini ikut menambah pemanasan inti stator.
Sistem eksitasi adalah sistem pasokan listrik DC sebagai penguatan pada generator listrik atau sebagai pembangkit medan magnet, sehingga suatu generator dapat menghasilkan energi listrik dengan besar tegangan keluaran generator bergantung pada besarnya arus eksitasinya.
Sistem ini merupakan sistem yang vital pada proses pembangkitan listrik dan pada perkembangannya, sistem Eksitasi pada generator listrik ini dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:
1. Sistem Eksitasi dengan menggunakan sikat (brush excitation)
2. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation).
1. Sistem Eksitasi dengan sikat
Pada Sistem Eksitasi menggunakan sikat, sumber tenaga listriknya berasal dari generator arus searah (DC) atau generator arus bolak balik (AC) yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan rectifier.
Jika menggunakan sumber listrik listrik yang berasal dari generator AC atau menggunakan Permanent Magnet Generator (PMG) medan magnetnya adalah magnet permanent. Dalam lemari penyearah, tegangan listrik arus bolak balik diubah atau disearahkan menjadi tegangan arus searah untuk mengontrol kumparan medan eksiter utama (main exciter).
Untuk mengalirkan arus Eksitasi dari main exciter ke rotor generator menggunakan slip ring dan sikat arang, demikian juga penyaluran arus yang berasal dari pilot exciter ke main exciter .
Gambar 1. Sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation).
Prinsip kerja pada sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation)
Generator penguat yang pertama, adalah generator arus searah hubungan shunt yang menghasilkan arus penguat bagi generator penguat kedua. Generator penguat (exciter) untuk generator sinkron merupakan generator utama yang diambil dayanya.
Pengaturan tegangan pada generator utama dilakukan dengan mengatur besarnya arus Eksitasi (arus penguatan) dengan cara mengatur potensiometer atau tahanan asut. Potensiometer atau tahanan asut mengatur arus penguat generator pertama dan generator penguat kedua menghasilkan arus penguat generator utama. Dengan cara ini arus penguat yang diatur tidak terlalu besar nilainya (dibandingkan dengan arus generator penguat kedua) sehingga kerugian daya pada potensiometer tidak terlalu besar. PMT arus penguat generator utama dilengkapi tahanan yang menampung energi medan magnet generator utama karena jika dilakukan pemutusan arus penguat generator utama harus dibuang ke dalam tahanan.
Sekarang banyak generator arus bolak-balik yang dilengkapi penyearah untuk menghasilkan arus searah yang dapat digunakan bagi penguatan generator utama sehingga penyaluran arus searah bagi penguatan generator utama, oleh generator penguat kedua tidak memerlukan cincin geser karena. penyearah ikut berputar bersama poros generator. Cincin geser digunakan untuk menyalurkan arus dari generator penguat pertama ke medan penguat generator penguat kedua. Nilai arus penguatan kecil sehingga penggunaan cincin geser tidak menimbulkan masalah.
Pengaturan besarnya arus penguatan generator utama dilakukan dengan pengatur tegangan otomatis supaya nilai tegangan klem generator konstan. Pengaturan tegangan otomatis pada awalnya berdasarkan prinsip mekanis, tetapi sekarang sudah menjadi elektronik.
Perkembangan sistem eksitasi pada generator sinkron dengan sistem eksitasi tanpa sikat, karena sikat dapat menimbulkan loncatan api pada putaran tinggi. Untuk menghilangkan sikat digunakan dioda berputar yang dipasang pada jangkar. Gambar 2 menunjukkan sistem excitacy tanpa sikat.
2. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation)
Penggunaan sikat atau slip ring untuk menyalurkan arus excitasi ke rotor generator mempunyai kelemahan karena besarnya arus yang mampu dialirkan pada sikat arang relatif kecil. Untuk mengatasi keterbatasan sikat arang, digunakan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation.
Keuntungan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation), antara lain adalah:
1) Energi yang diperlukan untuk Eksitasi diperoleh dari poros utama (main shaft), sehingga keandalannya tinggi
2) Biaya perawatan berkurang karena pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terdapat sikat, komutator dan slip ring.
3) Pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terjadi kerusakan isolasi karena melekatnya debu karbon pada farnish akibat sikat arang.
4) Mengurangi kerusakan ( trouble) akibat udara buruk (bad atmosfere) sebab semua peralatan ditempatkan pada ruang tertutup
5) Selama operasi tidak diperlukan pengganti sikat, sehingga meningkatkan keandalan operasi dapat berlangsung terus pada waktu yang lama.
6) Pemutus medan generator (Generator field breaker), field generator dan bus exciter atau kabel tidak diperlukan lagi
7) Biaya pondasi berkurang, sebab aluran udara dan bus exciter atau kabel tidak memerlukan pondasi
Sistem ini merupakan sistem yang vital pada proses pembangkitan listrik dan pada perkembangannya, sistem Eksitasi pada generator listrik ini dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:
1. Sistem Eksitasi dengan menggunakan sikat (brush excitation)
2. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation).
1. Sistem Eksitasi dengan sikat
Pada Sistem Eksitasi menggunakan sikat, sumber tenaga listriknya berasal dari generator arus searah (DC) atau generator arus bolak balik (AC) yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan rectifier.
Jika menggunakan sumber listrik listrik yang berasal dari generator AC atau menggunakan Permanent Magnet Generator (PMG) medan magnetnya adalah magnet permanent. Dalam lemari penyearah, tegangan listrik arus bolak balik diubah atau disearahkan menjadi tegangan arus searah untuk mengontrol kumparan medan eksiter utama (main exciter).
Untuk mengalirkan arus Eksitasi dari main exciter ke rotor generator menggunakan slip ring dan sikat arang, demikian juga penyaluran arus yang berasal dari pilot exciter ke main exciter .
Gambar 1. Sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation).
Prinsip kerja pada sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation)
Generator penguat yang pertama, adalah generator arus searah hubungan shunt yang menghasilkan arus penguat bagi generator penguat kedua. Generator penguat (exciter) untuk generator sinkron merupakan generator utama yang diambil dayanya.
Pengaturan tegangan pada generator utama dilakukan dengan mengatur besarnya arus Eksitasi (arus penguatan) dengan cara mengatur potensiometer atau tahanan asut. Potensiometer atau tahanan asut mengatur arus penguat generator pertama dan generator penguat kedua menghasilkan arus penguat generator utama. Dengan cara ini arus penguat yang diatur tidak terlalu besar nilainya (dibandingkan dengan arus generator penguat kedua) sehingga kerugian daya pada potensiometer tidak terlalu besar. PMT arus penguat generator utama dilengkapi tahanan yang menampung energi medan magnet generator utama karena jika dilakukan pemutusan arus penguat generator utama harus dibuang ke dalam tahanan.
Sekarang banyak generator arus bolak-balik yang dilengkapi penyearah untuk menghasilkan arus searah yang dapat digunakan bagi penguatan generator utama sehingga penyaluran arus searah bagi penguatan generator utama, oleh generator penguat kedua tidak memerlukan cincin geser karena. penyearah ikut berputar bersama poros generator. Cincin geser digunakan untuk menyalurkan arus dari generator penguat pertama ke medan penguat generator penguat kedua. Nilai arus penguatan kecil sehingga penggunaan cincin geser tidak menimbulkan masalah.
Pengaturan besarnya arus penguatan generator utama dilakukan dengan pengatur tegangan otomatis supaya nilai tegangan klem generator konstan. Pengaturan tegangan otomatis pada awalnya berdasarkan prinsip mekanis, tetapi sekarang sudah menjadi elektronik.
Perkembangan sistem eksitasi pada generator sinkron dengan sistem eksitasi tanpa sikat, karena sikat dapat menimbulkan loncatan api pada putaran tinggi. Untuk menghilangkan sikat digunakan dioda berputar yang dipasang pada jangkar. Gambar 2 menunjukkan sistem excitacy tanpa sikat.
2. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation)
Penggunaan sikat atau slip ring untuk menyalurkan arus excitasi ke rotor generator mempunyai kelemahan karena besarnya arus yang mampu dialirkan pada sikat arang relatif kecil. Untuk mengatasi keterbatasan sikat arang, digunakan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation.
Keuntungan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation), antara lain adalah:
1) Energi yang diperlukan untuk Eksitasi diperoleh dari poros utama (main shaft), sehingga keandalannya tinggi
2) Biaya perawatan berkurang karena pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terdapat sikat, komutator dan slip ring.
3) Pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terjadi kerusakan isolasi karena melekatnya debu karbon pada farnish akibat sikat arang.
4) Mengurangi kerusakan ( trouble) akibat udara buruk (bad atmosfere) sebab semua peralatan ditempatkan pada ruang tertutup
5) Selama operasi tidak diperlukan pengganti sikat, sehingga meningkatkan keandalan operasi dapat berlangsung terus pada waktu yang lama.
6) Pemutus medan generator (Generator field breaker), field generator dan bus exciter atau kabel tidak diperlukan lagi
7) Biaya pondasi berkurang, sebab aluran udara dan bus exciter atau kabel tidak memerlukan pondasi
Prinsip kerja sistem Eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation)
Generator penguat pertama disebut pilot exciter dan generator penguat kedua disebut main exciter (penguat utama). Main exciter adalah generator arus bolak-balik dengan kutub pada statornya. Rotor menghasilkan arus bolak-balik disearahkan dengan dioda yang berputar pada poros main exciter (satu poros dengan generator utama). Arus searah yang dihasilkan oleh dioda berputar menjadi arus penguat generator utama. Pilot exciter pada generator arus bolak-balik dengan rotor berupa kutub magnet permanen yang berputar menginduksi pada lilitan stator. Tegangan bolak-balik disearahkan oleh penyearah dioda danmenghasilkan arus searah yang dialirkan ke kutub-kutub magnet y ang ada pada stator main exciter. Besar arus searah yang mengalir ke kutub main exciter diatur oleh pengatur tegangan otomatis (automatic voltage regulator/AVR).
Besarnya arus berpengaruh pada besarnya arus yang dihasilkan main exciter, maka besarnya arus main exciter juga mempengaruhi besarnya tegangan yang dihasilkan oleh generator utama.
Pada sistem Eksitasi tanpa sikat, permasalahan timbul jika terjadi hubung singkat atau gangguan hubung tanah di rotor dan jika ada sekering lebur dari dioda berputar yang putus, hal ini harus dapat dideteksi. Gangguan pada rotor yang berputar dapat menimbulkan distorsi medan magnet pada generator utama dan dapat menimbulkan vibrasi (getaran) berlebihan pada unit pembangkit.
Generator penguat pertama disebut pilot exciter dan generator penguat kedua disebut main exciter (penguat utama). Main exciter adalah generator arus bolak-balik dengan kutub pada statornya. Rotor menghasilkan arus bolak-balik disearahkan dengan dioda yang berputar pada poros main exciter (satu poros dengan generator utama). Arus searah yang dihasilkan oleh dioda berputar menjadi arus penguat generator utama. Pilot exciter pada generator arus bolak-balik dengan rotor berupa kutub magnet permanen yang berputar menginduksi pada lilitan stator. Tegangan bolak-balik disearahkan oleh penyearah dioda danmenghasilkan arus searah yang dialirkan ke kutub-kutub magnet y ang ada pada stator main exciter. Besar arus searah yang mengalir ke kutub main exciter diatur oleh pengatur tegangan otomatis (automatic voltage regulator/AVR).
Besarnya arus berpengaruh pada besarnya arus yang dihasilkan main exciter, maka besarnya arus main exciter juga mempengaruhi besarnya tegangan yang dihasilkan oleh generator utama.
Pada sistem Eksitasi tanpa sikat, permasalahan timbul jika terjadi hubung singkat atau gangguan hubung tanah di rotor dan jika ada sekering lebur dari dioda berputar yang putus, hal ini harus dapat dideteksi. Gangguan pada rotor yang berputar dapat menimbulkan distorsi medan magnet pada generator utama dan dapat menimbulkan vibrasi (getaran) berlebihan pada unit pembangkit.
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°.
Pada rotor kutub sepatu, fluks terdistribusi sinusoidal didapatkan dengan mendesain bentuk sepatu kutub. Sedangkan pada rotor silinder, kumparan rotor disusun secara khusus untuk mendapatkan fluks terdistribusi secara sinusoidal. Untuk tipe generator dengan kutub internal (internal pole generator), suplai DC yang dihubungkan ke kumparan rotor melalui slip ring dan sikat untuk menghasilkan medan magnet merupakan eksitasi daya rendah. Jika rotor menggunakan magnet permanen, maka tidak slip ring dan sikat karbon tidak begitu diperlukan.
Sistem eksitasi adalah sistem pasokan listrik DC sebagai penguatan pada generator listrik atau sebagai pembangkit medan magnet, sehingga suatu generator dapat menghasilkan energi listrik dengan besar tegangan keluaran generator bergantung pada besarnya arus eksitasinya.
Sistem ini merupakan sistem yang vital pada proses pembangkitan listrik dan pada perkembangannya, sistem Eksitasi pada generator listrik ini dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:
1. Sistem Eksitasi dengan menggunakan sikat (brush excitation)
2. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation).
1. Sistem Eksitasi dengan sikat
Pada Sistem Eksitasi menggunakan sikat, sumber tenaga listriknya berasal dari generator arus searah (DC) atau generator arus bolak balik (AC) yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan rectifier.
Jika menggunakan sumber listrik listrik yang berasal dari generator AC atau menggunakan Permanent Magnet Generator (PMG) medan magnetnya adalah magnet permanent. Dalam lemari penyearah, tegangan listrik arus bolak balik diubah atau disearahkan menjadi tegangan arus searah untuk mengontrol kumparan medan eksiter utama (main exciter).
Untuk mengalirkan arus Eksitasi dari main exciter ke rotor generator menggunakan slip ring dan sikat arang, demikian juga penyaluran arus yang berasal dari pilot exciter ke main exciter .
Gambar 1. Sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation).
Prinsip kerja pada sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation)
Generator penguat yang pertama, adalah........... generator arus searah hubungan shunt yang menghasilkan arus penguat bagi generator penguat kedua. Generator penguat (exciter) untuk generator sinkron merupakan generator utama yang diambil dayanya.
Pengaturan tegangan pada generator utama dilakukan dengan mengatur besarnya arus Eksitasi (arus penguatan) dengan cara mengatur potensiometer atau tahanan asut. Potensiometer atau tahanan asut mengatur arus penguat generator pertama dan generator penguat kedua menghasilkan arus penguat generator utama. Dengan cara ini arus penguat yang diatur tidak terlalu besar nilainya (dibandingkan dengan arus generator penguat kedua) sehingga kerugian daya pada potensiometer tidak terlalu besar. PMT arus penguat generator utama dilengkapi tahanan yang menampung energi medan magnet generator utama karena jika dilakukan pemutusan arus penguat generator utama harus dibuang ke dalam tahanan.
Sekarang banyak generator arus bolak-balik yang dilengkapi penyearah untuk menghasilkan arus searah yang dapat digunakan bagi penguatan generator utama sehingga penyaluran arus searah bagi penguatan generator utama, oleh generator penguat kedua tidak memerlukan cincin geser karena. penyearah ikut berputar bersama poros generator. Cincin geser digunakan untuk menyalurkan arus dari generator penguat pertama ke medan penguat generator penguat kedua. Nilai arus penguatan kecil sehingga penggunaan cincin geser tidak menimbulkan masalah.
Pengaturan besarnya arus penguatan generator utama dilakukan dengan pengatur tegangan otomatis supaya nilai tegangan klem generator konstan. Pengaturan tegangan otomatis pada awalnya berdasarkan prinsip mekanis, tetapi sekarang sudah menjadi elektronik.
Perkembangan sistem eksitasi pada generator sinkron dengan sistem eksitasi tanpa sikat, karena sikat dapat menimbulkan loncatan api pada putaran tinggi. Untuk menghilangkan sikat digunakan dioda berputar yang dipasang pada jangkar. Gambar 2 menunjukkan sistem excitacy tanpa sikat.
2. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation)
Penggunaan sikat atau slip ring untuk menyalurkan arus excitasi ke rotor generator mempunyai kelemahan karena besarnya arus yang mampu dialirkan pada sikat arang relatif kecil. Untuk mengatasi keterbatasan sikat arang, digunakan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation.
Keuntungan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation), antara lain adalah:
1) Energi yang diperlukan untuk Eksitasi diperoleh dari poros utama (main shaft), sehingga keandalannya tinggi
2) Biaya perawatan berkurang karena pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terdapat sikat, komutator dan slip ring.
3) Pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terjadi kerusakan isolasi karena melekatnya debu karbon pada farnish akibat sikat arang.
4) Mengurangi kerusakan ( trouble) akibat udara buruk (bad atmosfere) sebab semua peralatan ditempatkan pada ruang tertutup
5) Selama operasi tidak diperlukan pengganti sikat, sehingga meningkatkan keandalan operasi dapat berlangsung terus pada waktu yang lama.
6) Pemutus medan generator (Generator field breaker), field generator dan bus exciter atau kabel tidak diperlukan lagi
7) Biaya pondasi berkurang, sebab aluran udara dan bus exciter atau kabel tidak memerlukan pondasi
Gambar 2. Sistem Excitacy tanpa sikat (Brushless Escitacy)
Keterangan gambar:
ME : Main Exciter
MG : Main Generator
PE : Pilot Exciter
AVR : Automatic Voltage Regulator
V : Tegangan Generator
AC : Alternating Current (arus bolak balik)
DC : Direct Current (arus searah)
Gambar 3. Sistem Eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation)
Prinsip kerja sistem Eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation)
Generator penguat pertama disebut pilot exciter dan generator penguat kedua disebut main exciter (penguat utama). Main exciter adalah generator arus bolak-balik dengan kutub pada statornya. Rotor menghasilkan arus bolak-balik disearahkan dengan dioda yang berputar pada poros main exciter (satu poros dengan generator utama). Arus searah yang dihasilkan oleh dioda berputar menjadi arus penguat generator utama. Pilot exciter pada generator arus bolak-balik dengan rotor berupa kutub magnet permanen yang berputar menginduksi pada lilitan stator. Tegangan bolak-balik disearahkan oleh penyearah dioda danmenghasilkan arus searah yang dialirkan ke kutub-kutub magnet y ang ada pada stator main exciter. Besar arus searah yang mengalir ke kutub main exciter diatur oleh pengatur tegangan otomatis (automatic voltage regulator/AVR).
Besarnya arus berpengaruh pada besarnya arus yang dihasilkan main exciter, maka besarnya arus main exciter juga mempengaruhi besarnya tegangan yang dihasilkan oleh generator utama.
Pada sistem Eksitasi tanpa sikat, permasalahan timbul jika terjadi hubung singkat atau gangguan hubung tanah di rotor dan jika ada sekering lebur dari dioda berputar yang putus, hal ini harus dapat dideteksi. Gangguan pada rotor yang berputar dapat menimbulkan distorsi medan magnet pada generator utama dan dapat menimbulkan vibrasi (getaran) berlebihan pada unit pembangkit.
Sistem ini merupakan sistem yang vital pada proses pembangkitan listrik dan pada perkembangannya, sistem Eksitasi pada generator listrik ini dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:
1. Sistem Eksitasi dengan menggunakan sikat (brush excitation)
2. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation).
1. Sistem Eksitasi dengan sikat
Pada Sistem Eksitasi menggunakan sikat, sumber tenaga listriknya berasal dari generator arus searah (DC) atau generator arus bolak balik (AC) yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan rectifier.
Jika menggunakan sumber listrik listrik yang berasal dari generator AC atau menggunakan Permanent Magnet Generator (PMG) medan magnetnya adalah magnet permanent. Dalam lemari penyearah, tegangan listrik arus bolak balik diubah atau disearahkan menjadi tegangan arus searah untuk mengontrol kumparan medan eksiter utama (main exciter).
Untuk mengalirkan arus Eksitasi dari main exciter ke rotor generator menggunakan slip ring dan sikat arang, demikian juga penyaluran arus yang berasal dari pilot exciter ke main exciter .
Gambar 1. Sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation).
Prinsip kerja pada sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation)
Generator penguat yang pertama, adalah........... generator arus searah hubungan shunt yang menghasilkan arus penguat bagi generator penguat kedua. Generator penguat (exciter) untuk generator sinkron merupakan generator utama yang diambil dayanya.
Pengaturan tegangan pada generator utama dilakukan dengan mengatur besarnya arus Eksitasi (arus penguatan) dengan cara mengatur potensiometer atau tahanan asut. Potensiometer atau tahanan asut mengatur arus penguat generator pertama dan generator penguat kedua menghasilkan arus penguat generator utama. Dengan cara ini arus penguat yang diatur tidak terlalu besar nilainya (dibandingkan dengan arus generator penguat kedua) sehingga kerugian daya pada potensiometer tidak terlalu besar. PMT arus penguat generator utama dilengkapi tahanan yang menampung energi medan magnet generator utama karena jika dilakukan pemutusan arus penguat generator utama harus dibuang ke dalam tahanan.
Sekarang banyak generator arus bolak-balik yang dilengkapi penyearah untuk menghasilkan arus searah yang dapat digunakan bagi penguatan generator utama sehingga penyaluran arus searah bagi penguatan generator utama, oleh generator penguat kedua tidak memerlukan cincin geser karena. penyearah ikut berputar bersama poros generator. Cincin geser digunakan untuk menyalurkan arus dari generator penguat pertama ke medan penguat generator penguat kedua. Nilai arus penguatan kecil sehingga penggunaan cincin geser tidak menimbulkan masalah.
Pengaturan besarnya arus penguatan generator utama dilakukan dengan pengatur tegangan otomatis supaya nilai tegangan klem generator konstan. Pengaturan tegangan otomatis pada awalnya berdasarkan prinsip mekanis, tetapi sekarang sudah menjadi elektronik.
Perkembangan sistem eksitasi pada generator sinkron dengan sistem eksitasi tanpa sikat, karena sikat dapat menimbulkan loncatan api pada putaran tinggi. Untuk menghilangkan sikat digunakan dioda berputar yang dipasang pada jangkar. Gambar 2 menunjukkan sistem excitacy tanpa sikat.
2. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation)
Penggunaan sikat atau slip ring untuk menyalurkan arus excitasi ke rotor generator mempunyai kelemahan karena besarnya arus yang mampu dialirkan pada sikat arang relatif kecil. Untuk mengatasi keterbatasan sikat arang, digunakan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation.
Keuntungan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation), antara lain adalah:
1) Energi yang diperlukan untuk Eksitasi diperoleh dari poros utama (main shaft), sehingga keandalannya tinggi
2) Biaya perawatan berkurang karena pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terdapat sikat, komutator dan slip ring.
3) Pada sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation) tidak terjadi kerusakan isolasi karena melekatnya debu karbon pada farnish akibat sikat arang.
4) Mengurangi kerusakan ( trouble) akibat udara buruk (bad atmosfere) sebab semua peralatan ditempatkan pada ruang tertutup
5) Selama operasi tidak diperlukan pengganti sikat, sehingga meningkatkan keandalan operasi dapat berlangsung terus pada waktu yang lama.
6) Pemutus medan generator (Generator field breaker), field generator dan bus exciter atau kabel tidak diperlukan lagi
7) Biaya pondasi berkurang, sebab aluran udara dan bus exciter atau kabel tidak memerlukan pondasi
Gambar 2. Sistem Excitacy tanpa sikat (Brushless Escitacy)
Keterangan gambar:
ME : Main Exciter
MG : Main Generator
PE : Pilot Exciter
AVR : Automatic Voltage Regulator
V : Tegangan Generator
AC : Alternating Current (arus bolak balik)
DC : Direct Current (arus searah)
Gambar 3. Sistem Eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation)
Prinsip kerja sistem Eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation)
Generator penguat pertama disebut pilot exciter dan generator penguat kedua disebut main exciter (penguat utama). Main exciter adalah generator arus bolak-balik dengan kutub pada statornya. Rotor menghasilkan arus bolak-balik disearahkan dengan dioda yang berputar pada poros main exciter (satu poros dengan generator utama). Arus searah yang dihasilkan oleh dioda berputar menjadi arus penguat generator utama. Pilot exciter pada generator arus bolak-balik dengan rotor berupa kutub magnet permanen yang berputar menginduksi pada lilitan stator. Tegangan bolak-balik disearahkan oleh penyearah dioda danmenghasilkan arus searah yang dialirkan ke kutub-kutub magnet y ang ada pada stator main exciter. Besar arus searah yang mengalir ke kutub main exciter diatur oleh pengatur tegangan otomatis (automatic voltage regulator/AVR).
Besarnya arus berpengaruh pada besarnya arus yang dihasilkan main exciter, maka besarnya arus main exciter juga mempengaruhi besarnya tegangan yang dihasilkan oleh generator utama.
Pada sistem Eksitasi tanpa sikat, permasalahan timbul jika terjadi hubung singkat atau gangguan hubung tanah di rotor dan jika ada sekering lebur dari dioda berputar yang putus, hal ini harus dapat dideteksi. Gangguan pada rotor yang berputar dapat menimbulkan distorsi medan magnet pada generator utama dan dapat menimbulkan vibrasi (getaran) berlebihan pada unit pembangkit.
Prinsip Kerja Generator sinkron
kali ini akan membahas mengenai prinsip kerja dari suatu generator sinkron. Yang akan menjadi kerangka bahasan kali ini adalah pengoperasian generator sinkron dalam kondisi berbeban, tanpa beban, menentukan reaktansi dan resistansi dengan melakukan percobaan tanpa beban (beban nol), percobaan hubung-singkat dan percobaan resistansi jangkar.
kecepatan rotor dan frekuensi dari tegangan yang dibangkitkan oleh suatu generator sinkron berbanding lurus. Gambar 1 akan memperlihatkan prinsip kerja dari sebuah generator AC dengan dua kutub, dan dimisalkan hanya memiliki satu lilitan yang terbuat dari dua penghantar secara seri, yaitu penghantar a dan a’.
Gambar 1. Diagram Generator AC Satu Phasa Dua Kutub.
Lilitan seperti disebutkan diatas disebut “Lilitan terpusat”, dalam generator sebenarnya terdiri dari banyak lilitan dalam masing-masing fasa yang terdistribusi pada masing-masing alur stator dan disebut “Lilitan terdistribusi”. Diasumsikan rotor berputar searah jarum jam, maka fluks medan rotor bergerak sesuai lilitan jangkar. Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus per detik atau 1 Hertz (Hz).
Bila kecepatannya 60 Revolution per menit (Rpm), frekuensi 1 Hz. Maka untuk frekuensi f = 60 Hz, rotor harus berputar 3600 Rpm. Untuk kecepatan rotor n rpm, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolution per detik (rps). Bila rotor mempunyai lebih dari 1 pasang kutub, misalnya P kutub maka masing-masing revolution dari rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam lilitan stator. Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan rotor, dan diformulasikan dengan:
Untuk generator sinkron tiga fasa, harus ada tiga belitan yang masing-masing terpisah sebesar 120 derajat listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti diperlihatkan pada kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’ pada gambar 2. Masing-masing lilitan akan menghasilkan gelombang Fluksi sinus satu dengan lainnya berbeda 120 derajat listrik. Dalam keadaan seimbang besarnya fluksi sesaat :
ΦA = Φm. Sin ωt
ΦB = Φm. Sin ( ωt – 120° )
ΦC = Φm. Sin ( ωt – 240° )
Gambar 2. Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub
Besarnya fluks resultan adalah jumlah vektor ketiga fluks tersebut adalah:
ΦT = ΦA +ΦB + ΦC, yang merupakan fungsi tempat (Φ) dan waktu (t), maka besar- besarnya fluks total adalah:
ΦT = Φm.Sin ωt + Φm.Sin(ωt – 120°) + Φm. Sin(ωt– 240°). Cos (φ – 240°)
Dengan memakai transformasi trigonometri dari :
Sin α . Cos β = ½.Sin (α + β) + ½ Sin (α + β ),
maka dari persamaan diatas diperoleh :
ΦT = ½.Φm. Sin (ωt +φ )+ ½.Φm. Sin (ωt – φ) + ½.Φm. Sin ( ωt + φ – 240° )+ ½.Φm. Sin (ωt – φ) +½.Φm. Sin (ωt + φ – 480°)
Dari persamaan diatas, bila diuraikan maka suku kesatu, ketiga, dan kelima
akan silang menghilangkan. Dengan demikian dari persamaan akan didapat
fluksi total sebesar, ΦT = ¾ Φm. Sin ( ωt - Φ ) Weber .
Jadi medan resultan merupakan medan putar dengan modulus 3/2 Φ dengan
sudut putar sebesar ω. Maka besarnya tegangan masing-masing fasa adalah :
E maks = Bm. ℓ. ω r Volt
dimana :
Bm = Kerapatan Fluks maksimum kumparan medan rotor (Tesla)
ℓ = Panjang masing-masing lilitan dalam medan magnetik (Weber)
ω = Kecepatan sudut dari rotor (rad/s)
r = Radius dari jangkar (meter)
Generator Tanpa Beban
Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai generator dengan diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (If), maka pada kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban (Eo), yaitu sebesar:
Eo = 4,44 .Kd. Kp. f. φm. T Volt
Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan keluaran juga akan naik sampai titik saturasi (jenuh), seperti diperlihatkan pada gambar 3. Kondisi generator tanpa beban bisa digambarkan rangkaian ekuivalennya seperti diperlihatkan pada gambar 3b.
Gambar 3a dan 3b. Kurva dan Rangkaian Ekuivalen Generator Tanpa Beban
Generator Berbeban
Bila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada:
• Resistansi jangkar Ra
• Reaktansi bocor jangkar Xl
• Reaksi Jangkar Xa
a. Resistansi Jangkar
Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegang/fasa (tegangan jatuh/fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar.
b. Reaktansi Bocor Jangkar
Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut Fluks Bocor.
c. Reaksi Jangkar
Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar (ΦA ) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada kumparan medan rotor(ΦF), sehingga akan dihasilkan suatu fluksi resultan sebesar :
Interaksi antara kedua fluksi ini disebut sebagai reaksi jangkar, seperti diperlihatkan pada Gambar 4. yang mengilustrasikan kondisi reaksi jangkar untuk jenis beban yang berbeda-beda.
Gambar 4a, 4b, 4c dan 4d. Kondisi Reaksi Jangkar.
Gambar 4a , memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani tahanan (resistif) sehingga arus jangkar Ia sefasa dengan GGL Eb dan ΦA akan tegak lurus terhadap ΦF.
Gambar 4b, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani kapasitif , sehingga arus jangkar Ia mendahului ggl Eb sebesar θ dan ΦA terbelakang terhadap ΦF dengan sudut (90 -θ).
Gambar 4c, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani kapasitif murni yang mengakibatkan arus jangkar Ia mendahului GGL Eb sebesar 90° dan ΦA akan memperkuat ΦF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.
Gambar 4d, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat arus diberi beban induktif murni sehingga mengakibatkan arus jangkar Ia terbelakang dari GGL Eb sebesar 90° dan ΦA akan memperlemah ΦF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.
Jumlah dari reaktansi bocor XL dan reaktansi jangkar Xa biasa disebut reaktansi Sinkron Xs.
Vektor diagram untuk beban yang bersifat Induktif, resistif murni, dan kapasitif diperlihatkan pada Gambar 5a, 5b dan 5c.
Gambar 5a, 5b dan 5c. Vektor Diagram dari Beban Generator
Berdasarkan gambar diatas, maka bisa ditentukan besarnya tegangan jatuh yang terjadi, yaitu :
Total Tegangan Jatuh pada Beban:
= I.Ra + j (I.Xa + I.XL)
= I {Ra + j (Xs + XL)}
= I {Ra + j (Xs)}
= I.Zs
Menentukan Resistansi dan Reaktansi
Untuk bisa menentukan nilai reaktansi dan impedansi dari sebuah generator, harus dilakukan percobaan (test). Ada tiga jenis test yang biasa dilakukan, yaitu:
• Test Tanpa beban ( Beban Nol )
• Test Hubung Singkat.
• Test Resistansi Jangkar.
Test Tanpa Beban
Test Tanpa Beban dilakukan pada kecepatan Sinkron dengan rangkaian jangkar terbuka (tanpa beban) seperti diperlihatkan pada Gambar 6. Percobaan dilakukan dengan cara mengatur arus medan (If) dari nol sampai rating tegangan output terminal tercapai.
Gambar 6. Rangkaian Test Generator Tanpa Beban.
Test Hubung Singkat
Untuk melakukan test ini terminal generator dihubung singkat, dan dengan Ampermeter diletakkan diantara dua penghantar yang dihubung singkat tersebut (Gambar 7). Arus medan dinaikkan secara bertahap sampai diperoleh arus jangkar maksimum. Selama proses test arus If dan arus hubung singkat Ihs dicatat.
Gambar 7. Rangkaian Test Generator di Hubung Singkat.
Dari hasil kedua test diatas, maka dapat digambar dalam bentuk kurva karakteristik seperti diperlihatkan pada gambar 8.
Gambar 8. Kurva Karakteristik Tanpa Beban dan Hubung Singkat sebuah Generator.
Impedansi Sinkron dicari berdasarkan hasil test, adalah:
, If = konstatn
Test Resistansi Jangkar
Dengan rangkaian medan terbuka, resistansi DC diukur antara dua terminal output sehingga dua fasa terhubung secara seri, Gambar 9. Resistansi per fasa adalah setengahnya dari yang diukur.
Gambar 1. Diagram Generator AC Satu Phasa Dua Kutub.
Lilitan seperti disebutkan diatas disebut “Lilitan terpusat”, dalam generator sebenarnya terdiri dari banyak lilitan dalam masing-masing fasa yang terdistribusi pada masing-masing alur stator dan disebut “Lilitan terdistribusi”. Diasumsikan rotor berputar searah jarum jam, maka fluks medan rotor bergerak sesuai lilitan jangkar. Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus per detik atau 1 Hertz (Hz).
Bila kecepatannya 60 Revolution per menit (Rpm), frekuensi 1 Hz. Maka untuk frekuensi f = 60 Hz, rotor harus berputar 3600 Rpm. Untuk kecepatan rotor n rpm, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolution per detik (rps). Bila rotor mempunyai lebih dari 1 pasang kutub, misalnya P kutub maka masing-masing revolution dari rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam lilitan stator. Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan rotor, dan diformulasikan dengan:
Untuk generator sinkron tiga fasa, harus ada tiga belitan yang masing-masing terpisah sebesar 120 derajat listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti diperlihatkan pada kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’ pada gambar 2. Masing-masing lilitan akan menghasilkan gelombang Fluksi sinus satu dengan lainnya berbeda 120 derajat listrik. Dalam keadaan seimbang besarnya fluksi sesaat :
ΦA = Φm. Sin ωt
ΦB = Φm. Sin ( ωt – 120° )
ΦC = Φm. Sin ( ωt – 240° )
Gambar 2. Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub
Besarnya fluks resultan adalah jumlah vektor ketiga fluks tersebut adalah:
ΦT = ΦA +ΦB + ΦC, yang merupakan fungsi tempat (Φ) dan waktu (t), maka besar- besarnya fluks total adalah:
ΦT = Φm.Sin ωt + Φm.Sin(ωt – 120°) + Φm. Sin(ωt– 240°). Cos (φ – 240°)
Dengan memakai transformasi trigonometri dari :
Sin α . Cos β = ½.Sin (α + β) + ½ Sin (α + β ),
maka dari persamaan diatas diperoleh :
ΦT = ½.Φm. Sin (ωt +φ )+ ½.Φm. Sin (ωt – φ) + ½.Φm. Sin ( ωt + φ – 240° )+ ½.Φm. Sin (ωt – φ) +½.Φm. Sin (ωt + φ – 480°)
Dari persamaan diatas, bila diuraikan maka suku kesatu, ketiga, dan kelima
akan silang menghilangkan. Dengan demikian dari persamaan akan didapat
fluksi total sebesar, ΦT = ¾ Φm. Sin ( ωt - Φ ) Weber .
Jadi medan resultan merupakan medan putar dengan modulus 3/2 Φ dengan
sudut putar sebesar ω. Maka besarnya tegangan masing-masing fasa adalah :
E maks = Bm. ℓ. ω r Volt
dimana :
Bm = Kerapatan Fluks maksimum kumparan medan rotor (Tesla)
ℓ = Panjang masing-masing lilitan dalam medan magnetik (Weber)
ω = Kecepatan sudut dari rotor (rad/s)
r = Radius dari jangkar (meter)
Generator Tanpa Beban
Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai generator dengan diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (If), maka pada kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban (Eo), yaitu sebesar:
Eo = 4,44 .Kd. Kp. f. φm. T Volt
Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan keluaran juga akan naik sampai titik saturasi (jenuh), seperti diperlihatkan pada gambar 3. Kondisi generator tanpa beban bisa digambarkan rangkaian ekuivalennya seperti diperlihatkan pada gambar 3b.
Gambar 3a dan 3b. Kurva dan Rangkaian Ekuivalen Generator Tanpa Beban
Generator Berbeban
Bila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada:
• Resistansi jangkar Ra
• Reaktansi bocor jangkar Xl
• Reaksi Jangkar Xa
a. Resistansi Jangkar
Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegang/fasa (tegangan jatuh/fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar.
b. Reaktansi Bocor Jangkar
Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut Fluks Bocor.
c. Reaksi Jangkar
Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar (ΦA ) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada kumparan medan rotor(ΦF), sehingga akan dihasilkan suatu fluksi resultan sebesar :
Interaksi antara kedua fluksi ini disebut sebagai reaksi jangkar, seperti diperlihatkan pada Gambar 4. yang mengilustrasikan kondisi reaksi jangkar untuk jenis beban yang berbeda-beda.
Gambar 4a, 4b, 4c dan 4d. Kondisi Reaksi Jangkar.
Gambar 4a , memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani tahanan (resistif) sehingga arus jangkar Ia sefasa dengan GGL Eb dan ΦA akan tegak lurus terhadap ΦF.
Gambar 4b, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani kapasitif , sehingga arus jangkar Ia mendahului ggl Eb sebesar θ dan ΦA terbelakang terhadap ΦF dengan sudut (90 -θ).
Gambar 4c, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani kapasitif murni yang mengakibatkan arus jangkar Ia mendahului GGL Eb sebesar 90° dan ΦA akan memperkuat ΦF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.
Gambar 4d, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat arus diberi beban induktif murni sehingga mengakibatkan arus jangkar Ia terbelakang dari GGL Eb sebesar 90° dan ΦA akan memperlemah ΦF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.
Jumlah dari reaktansi bocor XL dan reaktansi jangkar Xa biasa disebut reaktansi Sinkron Xs.
Vektor diagram untuk beban yang bersifat Induktif, resistif murni, dan kapasitif diperlihatkan pada Gambar 5a, 5b dan 5c.
Gambar 5a, 5b dan 5c. Vektor Diagram dari Beban Generator
Berdasarkan gambar diatas, maka bisa ditentukan besarnya tegangan jatuh yang terjadi, yaitu :
Total Tegangan Jatuh pada Beban:
= I.Ra + j (I.Xa + I.XL)
= I {Ra + j (Xs + XL)}
= I {Ra + j (Xs)}
= I.Zs
Menentukan Resistansi dan Reaktansi
Untuk bisa menentukan nilai reaktansi dan impedansi dari sebuah generator, harus dilakukan percobaan (test). Ada tiga jenis test yang biasa dilakukan, yaitu:
• Test Tanpa beban ( Beban Nol )
• Test Hubung Singkat.
• Test Resistansi Jangkar.
Test Tanpa Beban
Test Tanpa Beban dilakukan pada kecepatan Sinkron dengan rangkaian jangkar terbuka (tanpa beban) seperti diperlihatkan pada Gambar 6. Percobaan dilakukan dengan cara mengatur arus medan (If) dari nol sampai rating tegangan output terminal tercapai.
Gambar 6. Rangkaian Test Generator Tanpa Beban.
Test Hubung Singkat
Untuk melakukan test ini terminal generator dihubung singkat, dan dengan Ampermeter diletakkan diantara dua penghantar yang dihubung singkat tersebut (Gambar 7). Arus medan dinaikkan secara bertahap sampai diperoleh arus jangkar maksimum. Selama proses test arus If dan arus hubung singkat Ihs dicatat.
Gambar 7. Rangkaian Test Generator di Hubung Singkat.
Dari hasil kedua test diatas, maka dapat digambar dalam bentuk kurva karakteristik seperti diperlihatkan pada gambar 8.
Gambar 8. Kurva Karakteristik Tanpa Beban dan Hubung Singkat sebuah Generator.
Impedansi Sinkron dicari berdasarkan hasil test, adalah:
, If = konstatn Test Resistansi Jangkar
Dengan rangkaian medan terbuka, resistansi DC diukur antara dua terminal output sehingga dua fasa terhubung secara seri, Gambar 9. Resistansi per fasa adalah setengahnya dari yang diukur.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar