ABDUL HAMID (2009 11 182)

Teori Tambahan Modul II

Kurva Saturasi Sebuah Alternator

Tidak Load Curve Saturasi Tipikal kurva kejenuhan tanpa beban ditunjukkan pada Gambar 23. Ini mirip dengan kurva magnetisasi disebutkan sebelumnya, kecuali bahwa itu mewakili seluruh rangkaian magnetik mesin daripada bahan magnetik tertentu. Juga, ia memiliki tegangan keluaran generator bersekongkol melawan arus medan daripada kerapatan fluksi magnetizing melawan kekerasan. Hal ini dapat dilakukan karena generator tegangan berbanding lurus dengan fluks medan dan jumlah belitan adalah tetap. Ada kurva kejenuhan yang berbeda untuk setiap kecepatan. Semakin rendah garis lurus bagian dari kurva mewakili celah udara karena bagian-bagian magnet tidak jenuh. Bila bagian magnetik mulai jenuh, kurva membungkuk sampai kejenuhan lengkap tercapai. Maka kurva menjadi garis lurus lagi.

LABORATORIUM MESIN LISTRIK

ABDUL HAMID (2009 11 182)

Karakteristik eksternal Kurva yang menunjukkan hubungan antara tegangan keluaran dan arus keluaran dikenal sebagai karakteristik eksternal. Ditunjukkan pada Gambar 24 adalah kurva karakteristik eksternal untuk generator dengan berbagai jenis eksitasi. Jika generator, yang secara terpisah bersemangat, digerakkan dengan kecepatan konstan dan memiliki arus medan tetap, tegangan keluaran akan berkurang dengan peningkatan arus beban seperti pada gambar. Penurunan ini disebabkan oleh angker angker reaksi penolakan dan efek. Jika fluks medan tetap konstan, tegangan yang dihasilkan akan cenderung tetap konstan dan tegangan keluaran akan sama dengan yang dihasilkan tegangan drop minus inframerah dari rangkaian armature. Namun, komponen demagnetizing reaksi angker cenderung mengurangi fluktuasi, sehingga menambah faktor tambahan, yang mengurangi tegangan keluaran.

Speed Torque Curves Kecepatan kurva torsi untuk tiga bentuk eksitasi ditunjukkan pada Gambar 25. Dalam bersemangat shunt motor, perubahan kecepatan sedikit dan, karenanya, dianggap motor kecepatan konstan. Juga, fluks medan hampir konstan dalam shunt motor dan torsi bervariasi hampir langsung dengan arus armature.

Dalam motor seri kecepatan penurunan dengan peningkatan torsi jauh lebih besar. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa fluks medan meningkat dengan meningkatnya arus, sehingga cenderung untuk mencegah penurunan kembali EMF yang sedang disebabkan oleh penurunan kecepatan. Fluks medan bervariasi dalam serangkaian torsi motor dan bervariasi sebagai kuadrat dari arus angker sampai saturasi tercapai. Setelah mencapai kejenuhan, kurva cenderung mendekati garis lurus tren dari shunt motor. Beban yang tidak kecepatan motor seri biasanya terlalu tinggi untuk keamanan dan, oleh karena itu, tidak boleh dioperasikan tanpa beban memadai.

Senyawa kecepatan motor memiliki karakteristik torsi yang terletak antara shunt dan motor seri.

Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin

sinkron.Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron

yangdigunakan untuk mengubah daya mekanik menjadi daya listrik.Generator

sinkrondapat berupa generator sinkron tiga fasa atau generator sinkron AC satu

fasatergantung dari kebutuhan.

LABORATORIUM MESIN LISTRIK

ABDUL HAMID (2009 11 182)

Teori tambahan

MODUL I

Struktur dan Lilitan dari Mesin sinkron

Motor Sinkron adalah motor AC tiga-fasa yang dijalankan padakecepatan

sinkron, tanpa slip.Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan

tetappada sistem frekuensi tertentu. Motor ini memerlukan arus DC untuk

pembangkitan daya dan memiliki torsi awal yang rendah,dan oleh karena itu

motor sinkron cocok untuk penggunaanawal untuk beban rendah, seperti

kompresor udara, perubahanfrekuensi dan generator motor. Motor sinkron

mampumemperbaiki faktor daya sistem sehingga sering digunakanpada sistem

yang menggunakan banyak listrik.

Motor sinkron, seperti namanya, menunjukkan motor yang berputar pada

kecepatan konstan mulai tanpa beban sampai beban-penuh. Kecepatannya

adalah Sama dengan kecepatan medan-magnet putar. Motor sinkron

menggunakan stator satu-fase atau tiga-fase untuk membangkitkan medan

magnet-putar dan rotor elektromagnetis yang disuplai dengan arus searah. Rotor

bertindak seperti magnet dan ditarik oleh medan stator yang berputar. Penarikan

akan menghasilkan torsi pada rotor dan menyebabkan rotor berputar dengan

medan. Motor sinkron tidak dapat berputar (start sendiri) dan harus dibawa pada

kecepatan yang mendekati kecepatan sinkron sebelum motor dapat terus

berputar sendiri.

 

Pada motor sinkron tiga-fase (Gambar 7-6), rotor biasanya mempunyai dua lilitan:

lilitan ac, yang kemungkinan jenis sangkar tupai atau jenis rotor lilit. dan lilitan dc.

LABORATORIUM MESIN LISTRIK

ABDUL HAMID (2009 11 182)

Lilitan rotor ac membawa rotor sampai mendekati kecepatan sinkron, di mana

lilitan rotor dc diberi energi dan motor mengunci satu langkah dengan medan

yang berputar. Lilitan stator sama dengan lilitan fase banyak, sangkar tupai dan

motor rotor lilit.

Motor sinkron tidak dapat di-start dengan medan dc yang diberi tenaga. Pada

keadaan ini, torsi bolak-balik dihasilkan pada rotor. Pada saat medan stator

menyapu pada rotor, cenderung menyebabkan rotor, mencoba berputar pertama

kali pada arah yang berlawanan dengan arah putaran medan berputar, dan

kemudian dengan arah yang sama. Aksi ini terjadi sedemikian cepat sehingga

rotor tetap diam.

Untuk menjalankan (start) motor sinkron, rotor dihilangkan tenaganya. Motor

dijalankan dengan cara yang sama seperti motor sangkar tupai atau rotor lilit

tergantung pada konstruksi rotor. Apabila rotor mencapai hampir 95%

kecepatan sinkron, arus searah diberikan pada lilitan penguat. Arus searah

menghasilkan kutub utara selatan yang pasti pada rotor, yang mengunci pada

magnet putar dari stator dan memutar rotor pada kecepatan sinkron.

Motor sinkron tiga-fase dapat digunakan untuk perbaikan faktor daya. Motor

yang dioperasikan dengan cara itu disebut kapasitor sinkron. Motor sangkar

tupai dan motor rotor lilit adalah Jenis motor induksi yang menyebabkan faktor

daya ketinggalan. Faktor daya yang ketinggalan itu dapat dikoreksi dengan

pemberian penguat lebih dari rotor motor sinkron.

Hal ini akan membuat faktor daya yang mendahului membatalkan faktor daya ketinggalan dari motor induksi. Medan dc yang diberi penguatan kurang akan menghasilkan faktor daya ketinggalan (jarang digunakan). Apabila medan yang umumnya diberi penguatan, motor sinkron akan berputar pada faktor daya satu. Motor sinkron biasanya digunakan untuk menggerakkan beban yang menghendaki putaran konstan dan Jarang starting dan stopping. Jenis beban yang umum adalah generator dc, blower, dan kompresor.

LABORATORIUM MESIN LISTRIK

ABDUL HAMID (2009 11 182)

Secara umum mesin sinkron terdiri atas stator, rotor, dan celah udara. Stator merupakan bagian dari mesinsinkron yang diam sedangkan rotor adalah bagian yang berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus searah dari Eksiter. Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor.

1. Stator

Stator terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu : a. Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar generator. b. Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus yang terpasang ke rangka stator. c. Alur (slot) dan Gigi

d. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan ini merupakan tempat timbulnya ggl induksi. 2. Rotor

LABORATORIUM MESIN LISTRIK

ABDUL HAMID (2009 11 182)

Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu : a. 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 ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya menempel pada slip ring. b. Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam menghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber eksitasi tertentu. c. Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan, dimana pada poros rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor. Rotor pada mesin sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan non salient pole (kutub silinder).

LABORATORIUM MESIN LISTRIK

ABDUL HAMID (2009 11 182)

Teori Tambahan MODUL III

Pengaruh Kecepatan pada Sebuah Alternator

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

R e s i s t a n s i j a n g k a r / p h a s a R a m e n y e b a b k a n t e r j a d i n y a t e g a n g a n j a t u h ( K e r u g i a n tegangan)/phasa I · Ra yang sephasa dengan arus jangkar.

b. Reaktansi Bocor Jangkar

Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluk yang terjadi tidak mengimbas

pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut fluk 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:

φR= φF + φA

Interaksi antara kedua fluksi ini disebut sebagai reaksi jangkar, seperti diperlihatkan pada Gambar

13.15. yang mengilustrasikan kondisi reaksi jangkar untuk jenis beban yang berbeda-beda.

LABORATORIUM MESIN LISTRIK

ABDUL HAMID (2009 11 182)

Gambar 13.15a, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani tahanan(resistif) sehingga arus jangkar Ia sephasa dengan ggl Eb dan φA akan tegak lurus terhadap φF.

Gambar 13.15b, 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 13.15c, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani kapasitif murni yang mengakibatkan arus jangkar Ia mendahului ggl Eb sebesar 90° dan φA akan memperkuatφF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.

Gambar 13.15d, 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.

Gambar 13.15 Kondisi reaksi jangkarGambar 13.15d, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat arus diberi beban induktif murnisehingga mengakibatkan arus jangkar Ia terbelakang dari ggl Eb sebesar 90° dan A akanmemperlemah F yang berpengaruh terhadap pemagnetan.Jumlah dari reaktansi bocor XL dan reaktansi jangkar Xa biasa disebut reaktansisinkron Xs.Vektor diagram untuk beban yang bersifat Induktif, resistif murni, dan kapasitif diperlihatkanpada Gambar 12.16. Berdasarkan Gambar di atas, maka bisa ditentukan besarnya teganganjatuh yang terjadi, yaitu:Total Tegangan Jatuh pada Beban:= I · Ra + j(I · Xa + I · XL )= I{Ra + j(Xa + XL)}= I{Ra + j(Xa)} – I · Za

LABORATORIUM MESIN LISTRIK

ABDUL HAMID (2009 11 182)

Teori Tambahan MODUL IVKarakteristik Beban dari Sebuah Alternator

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:

Eo = 4,44 · Kd · Kp · f · m · T Volt

Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga

tidak terdapat

pengaruh reaksi jangkar. Fluk hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila

besarnya arus

Gambar 13.12 Diagram generator AC satu phasa dua kutub

Gambar 13.13 Diagram generator AC tiga phasa dua kutub

349

medan dinaikkan, maka tegangan output juga akan naik sampai titik saturasi

(jenuh) seperti

diperlihatkan pada Gambar 13.14. Kondisi Generator tanpa beban bisa

digambarkan rangkaian

ekuivalennya seperti diperlihatkan pada Gambar 13.14b.

LABORATORIUM MESIN LISTRIK

ABDUL HAMID (2009 11 182)

Alternator Berbeban

Dalam keadaan berbeban arus jangkar akan mengalir dan mengakibatkan

terjadinya reaksi jangkar. Reaksi jangkar besifat reaktif karena itu dinyatakan

sebagai reaktansi, dan disebut reaktansi magnetisasi (Xm ). Reaktansi pemagnet

(Xm ) ini bersama-sama dengan reaktansi fluks bocor (Xa ) dikenal sebagai

reaktansi sinkron (Xs) . Persamaan tegangan pada generator adalah:

Ea = V + I.Ra + j I.Xs (1.3)

Xs = Xm + Xa (1.4)

yang mana:

Ea = tegangan induksi pada jangkar

V = tegangan terminal output

Ra = resistansi jangkar

Xs = reaktansi sinkron

Karakteristik pembebanan dan diagram vektor dari alternator berbeban

induktif (faktor kerja terbelakang) dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 1.5 Karakteristik alternator berbeban induktif

LABORATORIUM MESIN LISTRIK