101
3.11 Pengaruh Hubungan Belitan Jangkar Terhadap Harmonisa Tegangan
Terminal
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa hanya terdapat tegangan harmonisa ganjil pada kumparan jangkar suatu alternator pada saat tidak berbeban. Tegangan
harmonisa ganjil ini muncul pada setiap belitan jangkar pada alternator. Resultan harmonisa pada seluruh belitan jangkar ini akan muncul pada terminal keluaran
kumparan jangkar alternator. Pada rangkaian ekivalen alternator satu fasa seperti pada gambar 3.23, tegangan
induksi yang dihasilkan alternator E
Φ
akan sama dengan tegangan terminal ab E
b
sehingga seluruh tegangan harmonisa ganjil yang dihasilkan pada belitan jangkar akan muncul pada terminal ab. Apabila dihubungkan beban satu fasa pada terminal
ab, maka beban ini akan menerima tegangan E
b
yang telah mengandung seluruh harmonisa ganjil yang dihasilkan pada belitan jangkar alternator sehingga akan
mengalir arus harmonisa ganjil pada beban ini.
Pada alternator tiga fasa, masing-masing belitan fasa R, S, dan T ditempatkan berselisih fasa 120° listrik satu sama lain. Ketiga belitan ini dapat dihubungkan Y
dan Δ.
Pada hubungan Y seperti ditunjukkan pada gambar 3.24, tegangan pada setiap terminal keluaran per fasa sama dengan:
‐
12 °
Gambar 3.23 Rangkaian Ekivalen Alternator Satu Fasa
Universitas Sumatera Utara
102
Gambar 3.24 Alternator Hubungan Y
12 °
√
°
√
‐9 °
√
9 °
Terlihat bahwa tegangan fasa ke netral V
RN
, V
SN
, dan V
TN
sama dengan tegangan induksi generator per fasa E
ΦR
, E
ΦS
, dan E
ΦT
sehingga seluruh tegangan harmonisa ganjil yang dihasilkan masing-masing belitan per fasa akan muncul pada terminal
fasa ke netral. Tegangan fasa ke fasa V
RS
, V
ST
, dan V
TR
merupakan resultan dari dua buah tegangan fasa ke netral.
Tegangan fasa ke fasa harmonisa ke-n pada hubungan Y dapat dirumuskan sebagai berikut:
‐n.
12 °
‐n.
12 °
n.
12 °
n.
12 °
Apabila n = 3, 6, 9, 12, ..., maka V
RS n
, V
ST n
, dan V
TR n
akan sama dengan nol sehingga dapat disimpulkan bahwa tegangan harmonisa urutan nol tidak akan
muncul pada tegangan fasa ke fasa sehingga apabila generator ini melayani beban
Universitas Sumatera Utara
103
satu fasa melalui tegangan fasa ke fasa, maka tidak akan mengalir arus harmonisa urutan nol. Begitu juga dengan beban tiga fasa yang dihubungkan pada alternator
hubungan Y netral tidak dihubungkan tidak akan menerima tegangan harmonisa urutan nol sehingga tidak mengalir arus harmonisa urutan nol. Tetapi apabila netral
generator dihubungkan dengan netral beban tiga fasa, maka tegangan harmonisa urutan nol masing-masing fasa akan mengalirkan arus harmonisa urutan nol melalui
konduktor netral. Ketiga arus urutan nol ini sefasa sehingga akan saling menjumlahkan pada konduktor netral dan menghasilkan arus netral yang besarnya 3
tiga kali dari arus harmonisa urutan nol yang mengalir melalui tiap fasa generator. Jadi dapat disimpulkan pada alternator hubungan Y bahwa beban satu fasa yang
mendapat suplai tegangan fasa ke fasa mengandung kadar harmonisa yang lebih sedikit daripada beban satu fasa yang mendapat suplai tegangan fasa ke netral.
Begitu juga dengan beban tiga fasa tanpa netral yang dihubungkan pada alternator ini akan mengandung kadar harmonisa yang lebih sedikit daripada beban tiga fasa
dengan netral dihubungkan. Arus urutan nol yang mengalir ini akan bertambah apabila alternator melayani beban
non-linier sehingga arus netral juga akan bertambah dan akan menimbulkan panas yang berbahaya bagi konduktor netral tersebut. Selain itu, arus netral yang besar juga
akan menginterferensi rangkaian di sekitarnya. Pada hubungan
Δ seperti ditunjukkan pada gambar 3.25, tegangan pada setiap terminal keluaran per fasa sama dengan tegangan berlaku persamaan:
‐
12 ° 12 °
Terlihat bahwa tegangan fasa ke fasa V
RS
, V
ST
, dan V
TR
sama dengan tegangan induksi generator per fasa E
ΦR
, E
ΦS
, dan E
ΦT
. Tegangan fasa ke fasa harmonisa ke- n pada hubungan
Δ dapat dirumuskan sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
104
Gambar 3.25 Alternator Hubungan
Δ
‐n
12 °
n
12 °
Tegangan harmonisa urutan nol dari ketiga tegangan di atas akan menjadi sefasa dan membentuk rangkaian seri di dalam loop abc. Ketiga tegangan ini akan saling
menjumlahkan dan akan mengalirkan arus harmonisa urutan nol yang bersikulasi di dalam loop ini. Arus ini akan terperangkap di dalam loop dan tidak muncul ke sisi
beban. Besar arus ini tidak bisa diabaikan karena impedansi kumparan jangkar alternator yang kecil. Arus ini akan menimbulkan pemanasan pada kumparan jangkar
alternator. Arus sirkulasi harmonisa urutan nol ini tidak akan bertambah apabila alternator melayani beban non-linier. Jadi, dapat disimpulkan bahwa beban tiga fasa
yang disuplai dengan alternator hubungan Δ mempunyai kadar harmonisa yang lebih
kecil daripada beban tiga fasa yang disuplai dengan alternator hubungan Y. Untuk mengurangi ataupun menekan harmonisa urutan nol, diperlukan
pemakaian kumparan kisar pendek dan belitan terdistribusi, pemakaian lebar rotor kutub sepatu yang hanya mencakup 23 dari lebar kisar kutub, ataupun pemakaian
celah udara yang bervariasi pada rotor kutub sepatu. Dengan pemakaian kumparan kisar pendek dengan kisar kumparan dengan perbandingan 23, sehingga kisar
kumparan ρ dan faktor kisar k
p
menjadi:
Universitas Sumatera Utara
105
° °
° °
Pada harmonisa urutan nol, nilai k
pn
sama dengan nol sehingga tidak muncul tegangan harmonisa urutan nol. Penggunaan kisar kumparan 23 inilah yang paling
efektif dari semua variasi kisar kumparan dalam menekan harmonisa urutan nol.
Universitas Sumatera Utara
106
BAB IV
ANALISIS PENGARUH KONFIGURASI BELITAN TERHADAP TEGANGAN HARMONISA GENERATOR SINKRON TANPA BEBAN
4.1 Umum
Kategori