8
2.3 Karakteristik Mesin Induksi
Mesin induksi memiliki karakteristik sebagai berikut
Gambar 2.4 grafik kurva karakteristik mesin induksi
Dari Gambar 2.4 dapat dijelaskan karakteristik dari mesin induksi. Mesin induksi beroperasi sebagai motor atau generator dapat dilihat dari kecepatan
rotornya terhadap kecepatan sinkronnya. Kecepatan sinkron ialah kecepatan medan putar yang terjadi pada statornya. Apabila kecepatan mesin induksi lebih
kecil dari kecepatan sinkronnya maka mesin induksi akan beroperasi sebagai motor listrik. Pada keadaan ini maka mesin induksi akan mempunyai nilai torsi
yang positif sebanding dengan kecepatan motor induksi. Motor induksi dapat berputar sampai kecepatan maksimum mendekati kecepatan sinkronnya dengan
nilai torsi yang dihasilkan semakin besar pula. Namun apabila pada kecepatan maksimum mendapatkan bantuan putaran eksternal berupa prime mover sehingga
kecepatannya melebihi kecepatan sinkronnya, pada saat itu generator induksi akan beroperasi sebagai generator. Semakin besar torsi yang yang diberikan semakin
Universitas Sumatera Utara
9 besar pula daya yang dihasilkan. Torsi maksimum yang dapat diberikan pada
generator induksi dinamakan torka pushover. Apabila torsi yang diberikan lebih besar dari torka pushover maka generator induksi akan mengalami overspeed.
2.4 Prinsip Kerja Generator Induksi Penguatan Sendiri
Prinsip kerja generator induksi adalah kebalikan daripada saat mesin induksi bekerja sebagai motor. Dimana ketika mesin berfungsi sebagai motor, kumparan
stator diberi tegangan tiga fasa sehingga akan timbul medan putar dengan kecepatan sinkron n
s
. Namun jika motor berfungsi sebagai generator, pada rotor motor diputar oleh sumber penggerak dengan kecepatan lebih besar daripada
kecepatan sinkronnya. Bila suatu konduktor yang berputar didalam medan magnet kumparan stator akan membangkitkan tegangan sebesar
e = B.l.v Dimana :
e = tegangan induksi yang dihasilkan volt B = fluks magnetik weber
l = panjang konduktor yang dilewati medan magnet m v = kecepatan medan magnet melewati konduktor ms
dan bila dihubungkan ke beban akan mengalirkan arus. Arus pada rotor ini akan berinteraksi dengan medan magnet pada kumparan stator sehingga timbul arus
pada kumparan stator sebagai reaksi atas gaya mekanik yang diberikan.
Generator induksi berpenguatan sendiri menggunakan kapasitor bank sebagai penyuplai daya reaktif yang dibutuhkan generator untuk membangkitkan
tegangan. Seperti yang terlihat pada gambar 2.5, generator induksi menggunakan kapasitor bank menyuplai daya reaktif yang dibutuhkan
generator.
Universitas Sumatera Utara
10 Gambar 2.5 Prinsip kerja generator induksi
Kapasitansi dari kapasitor harus sesuai dengan daya reaktif yang dibutuhkan. Besarnya daya reaktif yang dibutuhkan generator dapat ditinjau dari
besar arus magnetisasi untuk proses eksitasi. Arus magnetisasi
yang dibutuhkan dapat dicari dengan mengoperasi mesin induksi sebagai motor induksi
pada keadaan tanpa beban dan mengukur tegangan statornya sebagai fungsi tegangan terminal generator. Penentuan nilai kapasitansi minimum yang
dibutuhkan generator akan dijelaskan pada bab berikutnya. Kurva magnetisasi mesin induksi ditunjukkan pada gambar 2.6. Kurva magnetisasinya ini
menrupakan plot tegangan terminal generator induksi sebagai fungsi arus magnetisasi. Untuk mencapai level tegangan yang diinginkan, maka kapasitor
sebagai penyuplai daya reaktifnya harus dapat menyuplai arus magnetisasi yang dibutuhkan pada level tegangan tersebut.
Universitas Sumatera Utara
11 Gambar 2.6 Kurva magnetisasi mesin induksi
Gambar 2.7 Kurva tegangan vs arus pada kapasitor bank
Arus reaktif yang dihasilkan oleh sebuah kapasitor berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan padanya, Untuk itu semua kemungkinan
kombinasi tegangan dan arus yang melalui kapasitor berupa garis lurus. Jadi kurva tegangan vs arus dari sebuah kapasitor dapat digambarkan seperti pada Gambar
2.7. Semakin besar kapasitansinya, maka semakin besar pula arus kapasitifnya pada tegangan yang sama. Arus ini mendahului tegangan fasa leading sebesar
90 .
Universitas Sumatera Utara
12 Gambar 2.8 Kurva tegangan terminal generator induksi berpenguatan sendiri
Jika sekelompok kapasitor tiga fasa dihubungkan kepada terminal generator induksi, tegangan tanpa beban generator induksi adalah perpotongan
kurva magnetisasi generator dengan garis beban kapasitor. Jadi, tegangan keluaran dari generator induksi dengan penguatan sendiri berupa kapasitor bank tiga fasa
untuk tiga kelompok kapasitor dengan besar yang berbeda-beda diperlihatkan pada Gambar 2.8. Tegangan terminal tanpa beban generator induksi
berpenguatan sendiri dapat diperoleh dengan memplot bersama-sama kurva magnetisasi sebagai fungsi tegangan terminal generator Gambar 2.6 dan kurva
tegangan-arus kapasitor Gambar 2.7. Perpotongan kedua kurva adalah titik dimana daya reaktif yang dibutuhkan oleh genarator induksi. Dan titik ini juga
merupakan besar tegangan yang dibangkitkan oleh generator dalam keadaan tanpa beban
Universitas Sumatera Utara
13 Gambar 2.9 Proses pembangkitan tegangan
Proses pembangkitan tegangan dapat dilihat pada Gambar 2.9. Ketika generator induksi pertama kali diputar, magnet sisa pada kumparan medan yang
ada pada rotor akan membentuk ggl induksi awal pada belitan stator.
Timbulnya ini memicu kapasitor untuk mengalirkan arus reaktif
kapasitif sebesar . Arus
ini merupakan arus magnetisasi yang menghasilkan fluksi celah udara. Fluksi ini kemudian menambah jumlah
fluksi yang sudah ada, sehingga kemudian menghasilkan ggl induksi di stator yang lebih besar lagi yaitu sebesar
. Tegangan induksi ini akan memicu
kembali kapasitor mengalirkan arus kapasitif yang semakin besar pula yaitu sebesar
, yang kemudian akan menambah jumlah fluksi celah udara, sehingga dihasilkan ggl induksi yang lebih besar lagi yaitu
. ini
kemudian menghasilkan arus , dan kemudian membentuk ggl induksi.
Universitas Sumatera Utara
14 Demikian proses ini berjalan terus sampai akhirnya mencapai titik
kesetimbangan E = .
Namun proses itu dapat terjadi jika pada kumparan medan generator induksi terdapat magnet sisa. Jika tidak terdapat magnet sisa maka generator
induksi harus dioperasikan sebagai motor terlebih dahulu. Ketika mesin induksi dioperasikan sebagai motor, maka mesin induksi akan menginduksikan gaya
gerak listrik pada rotor. Gaya gerak listrik yang terinduksi pada rotor akan mengalirkan arus pada kumparan medan sehingga terbentuk medan magnet dan
akhirnya motor berputar. Prinsip kerja motor induksi tidak dijelaskan secara detail disini.
Ketika motor telah beroperasi, maka kecepatan putar rotor akan lebih kecil dari kecepatan sinkronnya. Pada saat kecepatan motor sudah tinggi maka
penggerak mula dinyalakan. Ketika penggerak mula dinyalakan, kecepatan penggerak mula harus lebih besar dari kecepatan sinkronnya. Pada saat itu pula
suplai daya yang diberikan untuk mengoperasikan motor dimatikan, dan pada terminal langsung dihubungkan pada beban. Putaran penggerak mula harus searah
dengan arah putaran motor induksi. Ketika suplai daya dimatikan, maka kapasitor akan bekerja untuk menyalurkan daya reaktif dan menjaga kecepatan sinkronnya.
Suplai daya reaktif yang disalurkan harus tepat untuk dapat membangkitkan tegangan yang ditentukan.
2.5 Rangkaian Ekivalen Generator Induksi