Training Generator Syncron 1 Phase

BAB II

GENERATOR SINKRON

2.1 Pendahuluan

Generator arus bolak – balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi

tenaga listrik arus bolak – balik. Generator arus bolak – balik sering disebut juga

sebagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron.

Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah

putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari

kecepatan putar rotor dengan kutub – kutub magnet yang berputar dengan

kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin ini tidak dapat

dijalankan sendiri karena kutub – kutub rotor tidak dapat tiba – tiba mengikuti

kecepatan medan putar pada waktu sakelar terhubung dengan jala – jala.

Generator arus bolak – balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

a. Generator arus bolak – balik 1 phasa

b. Generator arus bolak – balik 3 phasa

Gambar diagram kedua bentuk generator arus bolak – balik tersebut dapat

dilihat dari gambar 2.1 berikut.

Universitas Sumatera Utara

(a) (b)

Gambar 2.1(a) Diagram Generator AC Satu Fasa Dua Kutub

(b) Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub

Perbedaan prinsip antara generator DC dengan generator AC adalah letak

kumparan jangkar dan kumparan statornya. Pada generator DC, kumparan jangkar

terletak pada bagian rotor dan kumparan medan terletak pada bagian stator.

Sedangkan pada generator AC, kumparan jangkar terletak pada bagian stator dan

kumparan medan terletak pada bagian rotor.

2.2 Konstruksi Generator Sinkron

Pada bagian ini akan dibahas mengenai konstruksi generator sinkron

secara garis besar. Bagian – bagian generator yang dibahas pada bagian ini antara

lain :

(a) Stator

(b) Rotor

2.2.1 Stator

Stator atau armatur adalah bagian generator yang berfungsi sebagai tempat

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

disalurkan melalui armatur, komponen ini berbentuk sebuah rangka silinder

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

bergerak). Oleh karena itu, komponen ini juga disebut dengan stator. Lilitan

armatur generator dalam wye dan titik netral dihubungkan ke tanah. Lilitan dalam

wye dipilih karena:


1. Meningkatkan daya output.

2. Menghindari tegangan harmonik, sehingga tegangan line tetap sinusoidal

dalam kondisi beban apapun. Dalam lilitan wye tegangan harmonik ketiga

masing-masing fasa saling meniadakan, sedangkan dalam lilitan delta

tegangan harmonik ditambahkan. Karena hubungan delta tertutup, sehingga

membuat sirkulasi arus harmonik ketiga yang meningkatkan rugi-rugi (I2R).

Stator dari mesin sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik yang berbentuk

laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang

bagus berarti permeabilitas dan resistivitas dari bahan tinggi. Gambar 2.2 berikut

memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar.

Gambar 2.2 Inti Stator dan Alur pada Stator

Belitan jangkar (stator) yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga phasa, ada

dua tipe yaitu:

a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).

Gambar 2.3 memperlihatkan belitan satu lapis karena hanya ada satu sisi

lilitan di dalam masing - masing alur. Bila kumparan tiga phasa dimulai pada Sa,


Sb, dan Sc dan berakhir di Fa, Fb, dan Fc bisa disatukan dalam dua cara, yaitu

hubungan bintang dan segitiga. Antar kumparan phasa dipisahkan sebesar 120

derajat listrik atau 60 derajat mekanik, satu siklus ggl penuh akan dihasilkan bila

rotor dengan 4 kutub berputar 180 derajat mekanis. Satu siklus ggl penuh

menunjukkan 360 derajat listrik, adapun hubungan antara sudut rotor mekanis

αmek dan sudut listrik αlis, adalah:

αlis = αmek …………. (2.1)

Gambar 2.3 Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa

b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).

Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada hanya mempunyai satu lilitan

per kutub per phasa, akibatnya masing – masing kumparan hanya dua lilitan

secara seri. Bila alur-alur tidak terlalu lebar, masing-masing penghantar yang

berada dalam alur akan membangkitkan tegangan yang sama. Masing – masing

tegangan phasa akan sama untuk menghasilkan tegangan per penghantar dan

jumlah total dari penghantar per phasa.

Dalam kenyataannya cara seperti ini tidak menghasilkan cara yang efektif

dalam penggunaan inti stator, karena variasi kerapatan fluks dalam inti dan juga


melokalisir pengaruh panas dalam daerah alur dan menimbulkan harmonik. Untuk

mengatasi masalah ini, generator praktisnya mempunyai kumparan terdistribusi

dalam beberapa alur per kutub per phasa.

Gambar 2.4 Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa

Gambar 2.4 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 ke dalam alur biasanya disebut winding overhang, sehingga tidak

ada tegangan dalam winding overhang.

2.2.2 Rotor (Magnetic Field)

Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet yang kemudian

tegangan dihasilkan dan akan diinduksikan ke stator. Generator sinkron memiliki

dua tipe rotor, yaitu :

1.) Rotor berbentuk kutub sepatu (salient pole)

2.) Rotor berbentuk kutub dengan celah udara sama rata (cylindrical)


Perbedaan utama antara keduanya adalah salient pole rotor digerakkan

oleh turbin hidrolik kecepatan rendah sedangkan cylindrical rotor digerakkan

oleh turbin uap berkecepatan tinggi. Sebagian besar turbin hidraulic harus

berputar pada kecepatan rendah (50 – 300 rpm). Salient pole rotor dihubungkan

langsung ke roda kincir dan frekuensi yang diinginkan 60 Hz. Jumlah kutub yang

dibutuhkan di rotor jenis ini sangat banyak. Sehingga dibutuhkan diameter yang

besar untuk memuat kutub yang sangat banyak tersebut. Cylindrical rotor lebih

kecil dan efisien daripada turbin kecepatan rendah. Untuk 2 kutub, frekuensi 60

Hz, putarannya 3600 rpm. Untuk 4 kutub, putarannya 1800 rpm. Bentuk rotor

yang terdapat pada generator sinkron dapat dilihat pada gambar 2.5 berikut.

(a) Rotor kutub menonjol (b) Rotor Silinder

Gambar 2.5 Bentuk Rotor

2.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Jika kumparan rotor yang berfungsi sebagai pembangkit kumparan medan

magnit yang terletak di antara kutub magnit utara dan selatan diputar oleh prime

mover, maka pada kumparan rotor akan timbul medan magnit atau fluks yang

bersifat bolak – balik atau fluks putar. Fluks putar ini akan memotong – motong

kumparan stator sehingga pada ujung – ujung kumparan stator timbul gaya gerak


listrik karena pengaruh induksi dari fluks putar tersebut. Gaya gerak listrik (ggl)

yang timbul pada kumparan stator juga bersifat bolak – balik, atau berputar

dengan kecepatan sinkron terhadap kecepatan putar rotor.

Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron

dengan kecepatan putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian

elektromagnet dengan suplai arus DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah

putaran rotor. Hubungan antara kecepatan putar medan magnet pada mesin

dengan frekuensi elektrik pada stator adalah:

Dimana:

f = frekuensi listrik (Hz)

n = kecepatan putar rotor (rpm)

p = jumlah kutub magnet

P = = jumlah pasang kutub

Oleh karena rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan medan

magnet, persamaan diatas juga menunjukkan hubungan antara kecepatan putar

rotor dengan frekuensi listrik yang dihasilkan. Agar daya listrik dibangkitkan

tetap pada frekuensi 50Hz atau 60 Hz, maka generator harus berputar pada

kecepatan tetap dengan jumlah kutub mesin yang telah ditentukan. Sebagai

contoh untuk membangkitkan 60 Hz pada mesin dua kutub, rotor arus berputar


dengan kecepatan 3600 rpm. Untuk membangkitkan daya 50 Hz pada mesin

empat kutub, rotor harus berputar pada 1500 rpm.

2.3.1 Generator Sinkron Tanpa Beban

Dengan memutar generator sinkron diputar pada kecepatan sinkron dan

rotor diberi arus medan (If), maka tegangan (E0) akan terinduksi pada kumparan

jangkar stator. Bentuk hubungannya diperlihatkan pada persamaan berikut.

E0 = c.n.Φ …………………. (2.3)

Dimana :

c = konstanta mesin

n = putaran sinkron

Φ = fluks yang dihasilkan oleh If

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

tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan

(If). Apabila arus medan (If) diubah-ubah harganya, akan diperoleh harga E0

seperti yang terlihat pada kurva sebagai berikut.

Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan output juga akan naik

sampai titik saturasi (jenuh) seperti diperlihatkan pada gambar 2.6 berikut.


(a) (b)

Gambar 2.6 (a) Kurva Karakteristik Generator Sinkron Tanpa Beban

(b) Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tanpa Beban

Persamaan umum generator adalah :

E0 = VΦ + Ia (Ra + jXs) …..…………… (2.4)

2.3.2 Generator Sinkron Berbeban

Bila generator diberi beban yang berubah – ubah maka besarnya tegangan

terminal Vt akan berubah – ubah pula. Hal ini disebabkan adanya :

• Jatuh tegangan karena resistansi jangkar (Ra)

• Jatuh tegangan karena reaktansi bocor jangkar (XL)

• Jatuh tegangan karena reaksi Jangkar

Gambar rangkaian dan karakteristik generator sinkron berbeban diperlihatkan

pada gambar 2.7 berikut ini.


Gambar 2.7 Rangkaian Generator Sinkron Berbeban

Persamaan tegangan pada generator berbeban adalah:

Ea = VΦ + IaRa + j IaXs …..……………………(2.5)

Xs = XL + Xa ..………………………(2.6)

Dimana:

Ea = tegangan induksi pada jangkar per phasa (Volt)

VΦ = tegangan terminal output per phasa (Volt)

Ra = resistansi jangkar per phasa (ohm)

Xs = reaktansi sinkron per phasa (ohm)

XL = reaktansi bocor per phasa (ohm)

Xa = reaktansi reaksi jangkar per phasa (ohm)

a. Resistansi Jangkar


Resistansi jangkar per phasa Ra yang dialiri oleh arus jangkar Ia

menyebabkan terjadinya tegangan jatuh per phasa IaRa yang sefasa dengan arus

jangkar Ia. Akan tetapi, pada praktiknya jatuh tegangan ini diabaikan karena

sangat kecil.

b. Reaktansi Bocor Jangkar

Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi

tidak memotong air-gap, melainkan mengambil jalur yang lain dan

menghubungkan sisi – sisi kumparan. Fluks – fluks tersebut dinamakan fluks

bocor (leakage fluxes). Fluks bocor tersebut bergerak dengan arus jangkar dan

memberikan induktansi diri (self-inductance) belitan yang disebut dengan

reaktansi bocor jangkar (XL). Oleh karena itu, fluks bocor ini akan menimbulkan

jatuh tegangan akibat reaktansi bocor (XL) yang sama dengan IaXL. Dimana, jatuh

tegangan ini juga dapat mengurangi tegangan terminal (VΦ). Jadi, akan diperoleh

persamaan :

E = VΦ + Ia (Ra + jXL) …..…….. (2.7)

VΦ = E – Ia (Ra + jXL) …..…….. (2.8)

Gambar 2.8 berikut akan memperlihatkan diagram phasor dari pengaruh reaktansi

bocor jangkar (XL) terhadap tegangan terminal (VΦ).

Gambar 2.8 Diagram Phasor Pengaruh XL terhadap VΦ (beban induktif)

c. Reaksi Jangkar


Seperti pada generator dc, reaksi jangkar adalah pengaruh dari fluksi

jangkar pada fluksi medan utama. Dalam kasus alternator, faktor daya dari beban

memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap reaksi jangkar. Gambar 2.9 berikut

akan memperlihatkan model reaksi jangkar pada generator sinkron.

Gambar 2.9 Model Reaksi Jangkar Generator Sinkron

Dimana :


Gambar (a) menunjukkan suatu medan magnet yang berputar menghasilkan

tegangan induksi EA tidak timbul arus jangkar karena tidak ada

beban yang terhubung dan EA = VΦ

Gambar (b) memperlihatkan ketika beban induktif (lagging) dihubungkan pada

terminal jangkar, arus jangkar (IA) mengalir.

Gambar (c) Arus jangkar menghasilkan medan magnet Bs yang kemudian

menghasilkan tegangan Estat pada belitan stator.

Gambar (d) Medan magnet stator Bs menambah BR menjadi Bnet. Tegangan Estat

menambah EA menghasilkan VΦ pada terminal outputnya.

Ketika generator dihubungkan dengan beban lagging, arus puncak akan

terjadi pada sudut di bawah tegangan puncak. Pengaruh ini ditunjukkan pada

gambar (b). Arus yang mengalir dalam belitan stator menghasilkan medan magnet

Bs dan arahnya ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kanan seperit

ditunjukkan pada gambar (c). Medan magnet stator Bs menghasilkan tegangan di

stator Estat. Dengan hadirnya dua jenis tegangan tersebut, total tegangan dalam

satu phasa adalah penjumlahan dari tegangan induksi EA dan tegangan reaksi

jangkar Estat. Dalam persamaan :

VΦ = EA + Estat ……..……………. (2.9)

Total medan magnet Bnet adalah jumlah dari medan magnet rotor dan medan

magnet stator, yaitu :

Bnet = BR + Bs …………………. (2.10)

Karena sudut – sudut EA dan BR adalah sama dan sudut Estat dan Bs juga sama,

penjumlahan medan medan magnet Bnet akan sefasa dengan VΦ (gambar (d)).

Tegangan reaksi jangkar dapat diperoleh dengan persamaan :


Estat = - jXIA ….………………….. (2.11)

Sehingga tegangan terminal :

VΦ = EA - jXIA …………………….. (2.12)

Terdapat 3 kasus umum dalam reaksi jangkar antara lain :

(i) Ketika faktor daya beban unity. Dimana, reaksi jangkar ini mengakibatkan

distorsi.

(ii) Ketika faktor daya beban zero lagging yang mengakibatkan pelemahan

(demagnetising) karena fluksi utama berkurang sehingga tegangan induksi

berkurang.

(iii) Ketika faktor daya beban zero leading. Pada kasus ini, fluksi utama

mengalami penambahan (magnetizing) sehingga tegangan induksi juga

meningkat.

Berikut ini akan diperlihatkan gambar diagram phasor pada generator

sinkron saat faktor daya tertinggal (lagging), mendahului (leading) dan satu

(unity).


(a) Faktor Daya Lagging (tertinggal)

(c) Faktor Daya Mendahului (Leading)

(d) Faktor Daya Unity

Gambar 2.10 Diagram Phasor Generator Sinkron saat lagging, leading dan

unity

Dimana :

E0 = Tegangan tanpa beban (no-load) yang merupakan nilai tegangan terinduksi

maksimum pada jangkar ketika tidak ada tahanan jangkar (Ra), reaktansi

bocor (XL) dan reaksi jangkar.


E = Tegangan beban terinduksi yang merupakan tegangan terinduksi setelah

terdapat reaksi jangkar. Secara vektor, E lebih kecil daripada E0 sebesar

IaXa.

VΦ = Tegangan terminal yang secara vektor lebih kecil daripada E0 sebesar IaZs

atau lebih kecil daripada E sebesar IaZ. Dimana,

Z = ……....……………….. (2.13)

Zs = ....……………………. (2.14)

Ia = Arus jangkar per phasa

Ө = sudut faktor daya beban

Maka, dari gambar dapat diperoleh :

(i) Untuk faktor daya lagging :

E0 =

= ……. (2.15)

(ii) Untuk faktor daya leading :

E0 =

= ……. (2.16)

(ii) Untuk faktor daya unity :

E0 =


= ……. (2.17)

2.4 Karakteristik dan Penentuan Parameter – parameter Generator

Sinkron

2.4.1 Karakteristik dan Penentuan Parameter Tanpa Beban : E0 = E0 (If)

Karakteristik tanpa beban (beban nol) pada generator sinkron dapat

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

– langkah sebagai berikut :

a.) Generator diputar pada kecepatan nominal (n)

b.) Tidak ada beban yang terhubung pada terminal

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

d.) Catat harga tegangan terminal (Vt) pada setiap harga arus medan (If)

Gambar 2.11 Rangkaian Test Tanpa Beban

Dari gambar dapat diperoleh persamaan umum generator :

E0 = VΦ + Ia (Ra + jXs)

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


E0 = VΦ = cnΦ …………. (2.18)

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

Sehingga :

E0 = cnΦf …………. (2.19)

E0 = cnIf .…………. (2.20)

Nilai cn adalah konstan sehingga persamaan menjadi :

E0 = k1.If .…………. (2.21)

Berikut diperlihatkan gambar grafik hubungan VΦ vs If yang disebut juga

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

Characteristic).

Gambar 2.12 Karakteristik Hubung Terbuka (OCC)

Dari gambar 2.12 di atas terlihat bahwa pada awalnya kurva berbentuk hampir

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

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

sinkron memiliki reluktansi beberapa ratus kali lebih rendah daripada reluktansi

air gap. Sehingga pertama – tama hampir seluruh MMF melewati celah udara dan


peningkatan fluksi yang terjadi linear. Ketika inti besi mengalami saturasi,

reluktansi besi meningkat secara drastis dan fluksi meningkat lebih lambat dengan

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

gap line.

2.4.2 Karakteristik dan Penentuan Parameter Generator Sinkron Hubung

Singkat : Isc = Isc (If)

Untuk menentukan karakteristik dan parameter generator sinkron yang

dihubung singkat terdapat beberapa langkah yang harus dilakukan antara lain :

a.) Generator diputar pada kecepatan nominal

b.) Atur arus medan (If) pada nol

c.) Hubung singkat terminal

d.) Ukur arus armatur (Ia) pada setiap peningkatan arus medan (If)

Dimana, rangkaian test hubung singkat pada generator sinkron akan diperlihatkan

pada gambar 2.13 berikut.

Gambar 2.13 Rangkaian Test Hubung Singkat

Dari gambar, persamaan umum generator sinkron dihubung singkat adalah :

E = VΦ + Ia (Ra + jXs)


Pada saat generator sinkron dihubung singkat, VΦ = 0 dan Ia = Isc . Maka,

E = Isc (Ra + jXs) …………. (2.22)

cnΦ = Isc (Ra + jXs) …………. (2.23)

Karena cn dan (Ra + jXs) bernilai konstan, maka :

cn = k1 …………. (2.24)

(Ra + jXs) = k2 …………. (2.25)

Sehingga persamaan menjadi :

k1.If = Isc. k2 …………. (2.26)

Isc = …………. (2.27)

Pada karakteristik generator hubung singkat bentuk kurva adalah linear. Hal ini

disebabkan oleh medan magnet yang terjadi sangat kecil sehingga inti besi tidak

mengalami saturasi. Gambar 2.14 berikut ini akan memperlihatkan karakteristik

hubung singkat pada generator sinkron.

Gambar 2.14 Karakteristik Hubung Singkat (SCC)

Ketika generator dihubung singkat, arus armatur :

(Ia) = Isc = …………. (2.28)


Harga mutlaknya adalah :

…………. (2.29)

Gambar 2.15 berikut menunjukkan diagram phasor dan medan magnet yang

dihasilkan pada generator yang dihubung singkat.

(i) Diagram Phasor (ii) Medan Magnet

Gambar 2.15 Diagram Phasor dan Medan Magnet saat Hubung Singkat

Karena Bstat hampir meniadakan BR, medan magnet Bnet sangat kecil. Oleh karena

itu, mesin tidak saturasi dan SCC berbentuk linear.

Dari kedua test tersebut di atas diperoleh :

- Ea dari test beban nol (Open Circuit)

- Ia dari test hubung singkat (Short Circuit)

Diperoleh impedansi sinkron : Zs = = …………. (2.30)

Karena Ra << XS, maka impedansi sinkron menjadi : ZS ≈ XS ≈

2.4.3 Karakteristik dan Penentuan Parameter Generator Sinkron

Berbeban :

V = V(If)


Beberapa langkah untuk menentukan parameter generator sinkron

berbeban antara lain sebagai berikut :

a.) Generator diputar pada kecepatan nominal (n)

b.) Beban (ZL) terpasang pada terminal generator sinkron

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

d.) Catat tegangan terminal (Vt) pada setiap peningkatan arus medan (If)

Gambar 2.16 Rangkaian Generator Sinkron Berbeban

Dari gambar 2.16 diperoleh persamaan umum generator sinkron berbeban :

Ea = VΦ + Ia (Ra + jXs)

VΦ = Ea - Ia (Ra + jXs) …………. (2.31)

Pada generator berbeban, Ia = IL bernilai konstan karena beban (ZL) tetap.


Gambar 2.17 Karakteristik Generator Sinkron Berbeban

2.4.4 Penentuan Tahanan Stator Generator Sinkron

Tahanan stator generator sinkron dapat ditentukan dengan melakukan

pengukuran secara langsung. Akan tetapi, harga Ra naik pada keadaan kerja

karena pengaruh “skin effect”. Jadi, biasanya Ra yang diukur dikalikan faktor 1,6.

Rangkaian pengukuran tahanan stator generator sinkron dapat dilihat dari gambar

2.18 berikut.

Gambar 2.18 Rangkaian Pengukuran Tahanan DC


2.4.5 Karakteristik Luar Generator Sinkron : VΦ = f (IL)

Karakteristik ini akan memperlihatkan pengaruh dari perubahan arus

beban (IL) terhadap tegangan terminal generator sinkron (VΦ). Dalam penentuan

karakteristik luar generator sinkron, beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah

sebagai berikut :

a.) Kecepatan putar generator sinkron (n) tetap

b.) Arus medan (If ) konstan

c.) Faktor daya (cosφ) tetap

Dari gambar rangkaian generator sinkron berbeban yang telah

diperlihatkan pada gambar 2.16 sebelumnya, diperoleh persamaan :


Sehingga persamaan tegangan terminal VΦ generator sinkron dalam keadaan

berbeban :

VΦ = Ea - Ia (Ra + jXs) …………. (2.32)

Dalam hal ini, arus yang mengalir pada stator sama dengan arus yang mengalir

pada beban atau:

Ia = IL

Maka :

VΦ = Ea – IL (Ra + jXs) …………. (2.33)

VΦ = cnΦ – ILZs …………. (2.34)

VΦ = cnIf – ILZs …………. (2.35)

Karena c, n dan If konstan :

VΦ = k1 – ILZs …………. (2.36)


Nilai Zs tetap, sehingga :

VΦ = k1 – ILk2 …………. (2.37)

Jika arus beban (IL) = 0 (beban nol), maka :

VΦ = k1

Jika tegangan terminal (VΦ) = 0 (hubung singkat), maka :

If = …………. (2.38)

Berikut ini merupakan gambar karakteristik luar generator sinkron dengan beban

induktif pada berbagai harga cosφ.

Gambar 2.19 Karakteristik Luar Generator Beban Induktif

2.4.6 Karakteristik Pengaturan Generator Sinkron : If = f (IL)

Karakteristik ini menunjukkan hubungan antara perubahan arus beban (IL)

dengan terhadap arus medan (If) generator sinkron. Dimana, dalam karakteristik

ini perlu diperhatikan hal – hal berikut :

a.) Tegangan terminal VΦ dijaga konstan

b.) putaran tetap

c.) Faktor daya (cosφ) tetap


Persamaan untuk generator berbeban (gambar 2.16) :


Pada generator berbeban :

IL = Ia

Sehingga :

Ea = VΦ + IL(Ra + jXs) …………. (2.39)

cnΦ = VΦ + ILZs

cnIf = VΦ + ILZs

If = …………. (2.40)

Karena nilai c, n, VΦ, dan Zs konstan, maka :

cn = k1

VΦ = k2

Zs = k3

Sehingga diperoleh :

If = …………. (2.41)

Jika,


Maka,

If = …………. (2.42)

Gambar 2.20 berikut menunjukkan karakteristik pengaturan generator

sinkron untuk faktor daya cosφ induktif (lagging), kapasitif (leading) dan unity.

Gambar 2.20 Karakteristik Pengaturan Generator

2.4.7 Karakteristik Faktor Daya Nol dan Segitiga Potier

Karakteristik ZPFC dari sebuah alternator adalah penggambaran hubungan

antara tegangan terminal jangkar dan arus medannya untuk nilai – nilai arus

jangkar dan kecepatan yang konstan. ZPFC dalam hubungannya dengan OCC

adalah sangat penting untuk menentukan reaktansi bocor jangkar XL dan arus

reaksi jangkar Fa. Untuk sebuah alternator, ZPFC ditentukan sebagai berikut :

a.) Mesin sinkron diputar pada kecepatan nominal oleh prime mover

b.) Beban induktif murni dihubungkan pada terminal jangkar dan arus medan

dinaikkan sampai arus jangkar beban penuh mengalir.


c.) Beban divariasikan secara bertahap dan arus medan dalam setiap tahapnya

diatur untuk menjaga arus jangkar beban penuh. Gambar dari tegangan

terminal jangkar dan arus medan yang dicatat pada setiap tahapan

memberikan karakteristik faktor daya nol (ZPFC) pada arus jangkar beban

penuh.

Gambar 2.21 (a) Diagram Phasor alternator rotor silinder pada ZPF over-

excited

(b) OCC, ZPFC dan segitiga potier

Dari gambar dapat dilihat bahwa tegangan terminal Vt dan tegangan celah udara

(air-gap) Er hampir sefasa dan dapat diperlihatkan lewat persamaan aljabar :

Vt = Er – IaXL …………. (2.43)

Total arus rotor (Fr) dan arus medan (Ff) juga hampir sefasa dan dihubungkan

melalui persamaan sederhana :


Ff = Fr + Fa …………. (2.44)

Anggap bahwa OCC memberikan hubungan yang tepat antara tegangan air-gap Er

dan total mmf Fr dalam keadaan berbeban. Juga anggap bahwa reaktansi bocor

jangkar adalah konstan.

Kurva OCC dan ZPFC diperlihatkan dalam gambar 2.22(b). Untuk eksitasi medan

Ff atau arus medan If adalah OP dan tegangan hubungan terbuka adalah PK.

Dengan eksitasi medan dan kecepatan yang dijaga konstan, terminal

jangkar terhubung dengan beban induktif murni yang dialiri oleh arus jangkar

beban penuh. Suatu pengujian dari gambar (a) dan (b) menunjukkan bahwa dalam

keadaan berbeban faktor daya nol, total eksitasi Fr adalah OF yang bernilai lebih

kecil daripada OP (Ff) sebesar Fa. Sesuai dengan resultan OF, tegangan air-gap Er

adalah FC dan jika CB = IaXL diambil dari Er = FC, tegangan terminal FB = PA

= Vt dapat ditentukan. Karena ZPFC adalah gambar hubungan antara tegangan

terminal dan arus medan If atau Ff yang tidak berubah dari nilai tanpa bebannya

OP, titik A terdapat pada ZPFC. Segitiga ABC disebut segitiga potier. Dimana,

CB = IaXL dan BA = Fa. Dari segitiga potier, reaktansi bocor jangkar XL dan arus

jangkar dapat ditentukan.

Jika tahanan jangkar dianggap nol dan arus jangkar dijaga konstan, maka

ukuran segitiga potier konstan dan dapat diletakkan paralel terhadap dirinya

sendiri dnegan sudut C tetap pada OCC dan sudut A pada ZPFC. Oleh karena itu,

ZPFC memiliki bentuk yang sama dengan OCC dan diletakkan secara vertikal


sebesar IaXL dan secara horizontal ke kanan sebesar reaksi jangkar Fa atau arus

medan If.


Documents

Training Generator Syncron 1 Phase