GENERATOR SINKRON

Hal paling tampak yang membedakan antara generator sinkron dari generator induksi/asinkron adalah generator sinkron dieksitasi dua kali. Pada generator asinkron energi listrik dihasilkan hanya oleh putaran rotor terhadap stator, sedangkan pada generator sinkron energi listrik dihasilkan oleh putaran rotor terhadap stator dan lilitan rotor yang diumpani sumber arus dc.

Sebuah generator sinkron memberikan torsi pada satu laju yaitu laju sinkron. Pada laju di luar laju sinkronnya torsi rata-rata akan bernilai nol, untuk menggambarkan hal ini cermatilah Gambar 1.

 Image

Asumsikan bahwa perputaran rotor diam pada awalnya, jika tiba-tiba rotor berputar berlawanan dengan arah jarum jam pada kutub N-nya maka sesuai aturan tangan kiri fleming,  pada konduktor yang melilit stator akan timbul arus yang mengarah menuju ke dalam generator dan gaya yang terjadi pada konduktor mengarah ke kanan, kemudian jika putaran rotor mencapai 1800 mekanis maka kutub S akan mencapai lilitan stator dan mempengaruhi medan magnet untuk menimbulkan arus menuju ke arah luar generator dan sekali lagi menggunakan aturan tangan kiri fleming maka gaya yang terjadi mengarah ke kanan, saat inilah torsi mula (2*F x setengah panjang antara dua kutub rotor) terjadi yang berlawanan arah putaran V.

Jika rotor telah bergerak pada kecepatan sinkronnya, rotor akan berputar sebesar 1800 listrik selama satu setengah silklus dan arus di dalam konduktor akan berbalik arah. Hal ini berarti bahwa setelah satu setengah siklus, satu kutub yang memiliki polaritas berlawanan akan melawan arah konduktor yang sama yang arusnya telah berbalik arah; dengan satu pembalikan baik dari arus i dan medan magnet B, arah dari gaya F dan putaran v di dalam dua setengah siklus akan tetap sama, dan generator menghasilkan torsi positif.  

Penentuan frekuensi.

Pada generator yang mempunyai dua kutub, ggl yang diinduksikan melalui satu putaran lengkap di dalam satu putaran mesin. Pada mesin kutub-banyak, satu siklus ggl akan dibangkitkan ketika struktur medan  berotasi melalui satu sudut yang terbagi oleh satu pasangan kutub, sehingga pada generator berkutub banyak dengan p kutub,  jumlah siklus ggl dalam satu kali revolusi akan menjadi p/2. Jika generator memliki kecepatan ns putaran per detik, maka:

 Image

Jika kecepatan rotor n dari generator konstan maka frekuensi yang dihasilkan pun konstan, oleh sebab itu generator sinkron yang bekerja pada kecepatan konstan dikenal sebagai generator sinkron karena frekuensi listriknya akan tetap konstan jika kecepatan putaran mekanis rotornya pun konstan, sehingga frekuensi listriknya sinkron terhadap kecepatan putar rotor.

Persamaan ggl.

Ggl diinduksikan di dalam sebentuk konduktor dengan panjang l  bergerak di dalam satu medan magnet dengan kerapatan fluks rata-rata B dan kecepatan relatif v meter/detik tegak lurus terhadap arah medan magnet maka:

E = Blv volt

Jika d adalah dimeter dari inti jangkar/armatur dan ns adalah kecepatan rotasi relatif yang terjadi antara pergerakan jangkar yang bersatu dengan rotor terhadap lilitan l yang dililitkan pada stator  ( lihat ilustrasi Gambar 2 ) maka:

Image 

Image

Dan berdasarkan rumus kecepatan sinkron terhadap frekuensi listriknya diperoleh:

E = 2fΦ

yang merupakan nilai rata-rata dari ggl yang melewati satu lilitan konduktor.

Jika winding N lilitan terkonsentrasi pada salah satu kutub-nya maka untuk sepasang kutub akan memiliki 2N lilitan sehingga ggl rata-rata yang dibangkitkan oleh 2N lilitan adalah:

2N.E = 2N. 2fΦ

Eavg = 4Nf Φ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Diagram fasor pada keadaan gerak-mula/starting – kondisi eksitasi

Rancangan awal sebuah generator dibuat sedemikian rupa sehingga semua impedans pada keadaan tanpa beban ( baik pada hubung buka maupun hubung singkat ) adalah bersifat induktif sehingga memiliki faktor daya “sumber yang berperilaku ‘meninggalkan’ beban” atau lebih dikenal sebagai lagging power factor. Keadaan gerak-mula/starting digambarkan oleh Gambar 3 sebagai berikut:

 Image

Pada keadaan starting kita dapat membentuk set impedans di bawah kondisi hubung singkat dengan Xl adalah impedans bocor pada keadaan hubung-singkat, Xa  adalah impedans jangkar/armatur pada keadaan hubung singkat, dan Ra adalah resistansi jangkar pada keadaan hubung singkat.

Persamaan yang sesuai dengan set impedans di atas adalah:

E = E’ + jIXa

E = I(jXl + Ra) + jIXa

Atau

E = IRa + jI(Xl + Xa)

E = IRa + jIXt

Daya dan torsi pada keadaan hubung singkat – kondisi eksitasi.

Putaran rotor dari generator akan memberikan pencatuan daya nyata sebesar  3.E cos δ. I cos θ. Jika sudut yang terjadi antara I dan Ra serta antara E dan Ra kurang atau sama dengan 0.25π ( merupakan sifat alami generator sinkron pada hubung singkat ) maka dapat digunakan pendekatan daya nyata menjadi 3.E I cos (δ+ θ), sehingga:

 Image

Daya nyata Pm setara dengan torsi mekanis rotor generator sinkron maka:

T = Pm watt-sinkron

 Image

Pada diagram fasor tampak bahwa besaran Ra lebih kecil daripada besaran Xl+Xa dan jika harganya cukup kecil sehingga membuat proyeksi E sangat mendekati 900 maka IRa  dapat diabaikan:

 Image

Maka arus yang timbul pada komponen daya nyata sebesar:

 Image

Pengaruh perubahan arus medan eksitasi terhadap arus pembangkitan generator

Perubahan di dalam arus medan dc yang mengalir melalui lilitan medan pada rotor dari generator sinkron menyebabkan perubahan pada faktor daya ketika generator bekerja. Kemampuan untuk berubah faktor daya oleh sebab pengubahan keadaan eksitasi ini merupakan karakteristik yang sangat penting dari generator sinkron.

Pengoperasian generator sinkron pada kecepatan rotasi putar yang konstan akan membutuhkan resultan fluksi yang konstan supaya tegangan yang dihasilkan cenderung konstan. Baik sumber dc dan dan putaran rotor bekerja sama untuk menghasilkan resultan fluks yang konstan ini.

Mari kita cermati Gambar 4 berikut ini yang merupakan diagram fasor dari arus dan tegangan yang terjadi ketika generator sinkron beroperasi.

Image 

Daya yang dicatu oleh generator akan bernilai konstan jika (E2 /Xt) sin δ tetap konstan, sehingga perubahan pada E maka sin δ harus berubah sejauh menjaga (E2 /Xt) sin δ tetap konstan, sehingga daerah dari fasor-fasor ‘keluarga’ E (E1, E2, E3) harus berada pada jalur garis yang terputus-putus. Lebih jauh, proyeksi fasor I pada fasor E’ harus tetap konstan.

i. Keadaan eksitasi berlebih (over excitation)

Pada Gambar 4, ketika tegangan eksitasi sebesar E1 , maka arus medan eksitasi menghasilkan terlalu banyak fluks /over-excitation. Fasor arus mengasumsikan posisi I1 yang sedemikian sehingga ketika fasor j I1 Xt ditambahkan kepada fasor  E1 akan memberikan tegangan terminal E’. Hal ini menjadikan arus reaktif yang ‘mendahului E1’/leading dialirkan dan berlaku untuk mengurangi kemagnetan (demagnetisasi) medan fluks untuk menambah kebutuhan tegangan terminal.

ii. Keadaan setimbang (balanced excitation)

 Jika eksitasi dikurangi sedemikian hingga tegangan eksitasi menjadi E2 , maka tidak terjadi kelebihan fluks yang dihasilkan oleh lilitan medan, sehingga arus keluaran ac dari generator tidak memiliki komponen reaktif , faktor daya adalah satu dan arus keluaran adalah I2 .

iii. Keadaan eksitasi rendah (under excitation)

Ketika tegangan eksitasi adalah E3 maka motor berada pada keadaan eksitasi-rendah (under-excitation) .  Arus keluaran pada keadaan ini diasumsikan pada posisi I3 dan faktor daya adalah ‘lagging’ atau ‘arus tertinggal dari tegangan’. Keadaan arus I3 yang tertinggal ini mempunyai efek magnetisasi yang membantu membentuk fluks celah-udara seperti yang dibutuhkan oleh tegangan terminal E’.    

iv. Hubungan kualitatif antara arus dc lilitan medan terhadap eksitasi generator sinkron.

Seperti telah disebutkan di paragraf awal sub-bab ini bahwa arus eksitasi generator dipengaruhi pula oleh arus lilitan medan  dc dari jangkar rotor. Berikut ini adalah gambaran kualitatif dari hubungan antara arus dc lilitan medan dan arus eksitasi generator: 

Berikut ini adalah grafik arus generator yang dipengaruhi oleh arus eksitasi lilitan medan:

 

10 Comments

Filed under Uncategorized

10 responses to “GENERATOR SINKRON

  1. mau tanya nih,, knapa yah tegangan generator bisa drop,, dan apa pngaruhnya trhadap sinkronisasi…???
    thanks

    • Drop tegangan pada generator sinkron terjadi karena:
      1. Putaran rotor yang menurun
      2. Jumlah garis gaya magnet/ fluks magnet yang melintasi inti rotor berkurang
      Putaran rotor di-indera oleh alat yang disebut governor dan fluks magnet diperbaiki dengan menambah lilitan eksitasi beserta rangkaian pengendalinya, sehingga tidak mengganggu sinkronisasi.

      Drop tegangan akan menyebabkan inti rotor dan stator mengalami kenaikan temperature yang meningkatkan rugi-rugi inti

  2. Adam Tirta Kusuma

    mohon bantuannya, apa kah ada artikel yg membahas mengenai generator asinkron ?

  3. koanino

    mas , mau tanya nih
    pengaruh perubahan arus eksitasi terhadap arus jangkar dan PF apa ya ?
    terima kasih

  4. Arus perubahan arus eksitasi akan merubah kerapatan flux magnet pada jangkar dan tentu akan merubah besaran arus jangkar, PF/Power Factor pada keadaan tanpa beban lebih dipengaruhi oleh induktansi lilitan jangkar, sedangkan pada kondisi berbeban maka tipe bebanlah yang mempengaruhi power factor

  5. Rumus tegangan eksitasi gmn mas?

  6. amarendra

    mengapa saat pengoperasian awal generator harus diputar pada kecepatan singkronnya ?

    • Lihat gambar 4 dan keterangan keadaan over exitation dan rumus Erms = 4,443*@*Nf. Keadaan over exitation dibutuhkan saat awal pengoperasian generator supaya Erms dipenuhi maka kecepatan perubahan flux @ harus besar sehingga rotor generator diputar pada kecepatan sinkronnya

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s