Generator Sinkron GENERATOR SINKRON DAN PLC

BAB II GENERATOR SINKRON DAN PLC

2.1 Generator Sinkron

2.1.1 Umum Generator sinkron disebut juga Alternator. Alternator merupakan mesin sinkron yang digunakan untuk mengkonversikan daya mekanis menjadi daya listrik arus bolak-balik. Arus DC yang disuplai ke belitan rotornya, akan menghasilkan medan magnet pada rotor. Kemudian rotor diputar dengan kecepatan tertentu oleh sebuah penggerak mula, sehingga medan magnet akan berputar di dalam mesin tersebut, dan menginduksikan tegangan pada belitan stator. Dalam hal ini belitan medan berada di rotornya, sedangkan belitan jangkar berada pada statornya. Potongan diagram komplit dari sebuah generator sinkron diperlihatkan Gambar 2.1 di bawah ini : Gambar 2.1 Generator sinkron Khoirul Irpan : Simulasi Pengaturan Start-Stop Dan Pembebanan Tiga Generator Dengan Kontrol Menggunakan PLC, 2009 USU Repository © 2008 2.1.2 Konstruksi Generator Sinkron Rotor generator sinkron pada dasarnya merupakan magnet besar, dimana konstruksi kutub-kutubnya dapat berupa salient atau non salient. Bentuk salient maksudnya menonjol atau menempel di bagian luar, dimana kutub-kutubnya menonjol dari permukaan rotor, dan bentuknya seperti tapak sepatu sehingga sering disebut dengan rotor bentuk kutub sepatu. Bentuk lain dari konstruksi rotor adalah non salient. Konstruksi kutub-kutubnya rata dengan permukaan rotor yang berbentuk silinder, sehingga untuk ini sering disebut dengan rotor bentuk silinder. untuk rotor dengan bentuk non salient pole diperlihatkan oleh Gambar 2.2, sedangkan rotor bentuk salient pole diperlihatkan oleh Gambar 2.3 di bawah ini : Gambar 2.2 rotor Non salient duakutub Gambar 2.3 Rotor Salient enam kutub Khoirul Irpan : Simulasi Pengaturan Start-Stop Dan Pembebanan Tiga Generator Dengan Kontrol Menggunakan PLC, 2009 USU Repository © 2008 Rotor dengan kutub non salient biasanya digunakan untuk motor dua kutub atau empat kutub, sedangkan tipe salient biasanya digunakan untuk mesin yang lebih dari empat kutub. Slipring terbuat dari bahan metal, yang biasanya telah terpasang pada poros mesin, tetapi terisolasi dari poros tersebut. Kedua ujung belitan medan pada rotor dihubungkan ke slipring tersebut untuk dapat dihubungkan ke rangkaian luar. 2.1.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron Ketika rotor digerakkan oleh penggerak mula, yang diberikan arus DC dari luar melalui sikat dan slipring untuk membangkitkan medan magnet yang berputar pada rotor sehingga lintasan fluksinya terlihat berupa garis putus – putus seperti Gambar 2.4 a di bawah ini : Gambar 2.4 a. Lintasan fluksi b. Kerapatan fluks pada celah udara c. tegangan induksi pada kumparan jangkar Khoirul Irpan : Simulasi Pengaturan Start-Stop Dan Pembebanan Tiga Generator Dengan Kontrol Menggunakan PLC, 2009 USU Repository © 2008 Pada Gambar 2.4 b terlihat bagaimana kerapatan fluks B terdistribusi pada celah udara. Pada saat rotor berputar, maka kerapatan fluks dari kumparan medan bergerak melalui sisi kumparan. Setelah mengalami proses induksi elektromagnetik dan menimbulkan tegangan induksi pada kumparan jangkar di stator, yang bentuk gelombangnya dapat dilihat pada Gambar 2.4 c. besar frekuensi dengan frekuensi listriknya sama, dan inilah yang menjadi alasan mengapa dikatakan generator sinkron. Bila ada p buah kutub pada generator tersebut dan diputar pada kecepatan n putaranmenit, maka frekuensi tegangan yang dibangkitkan generator adalah : . 120 p n f hertz = ……………………………2.1 2.1.4 Generator Berbeban Dalam keadaan berbeban arus jangkar akan mengalir dan mengakibatkan terjadinya reaksi jangkar. Reaksi jangkar bersifat reaktif, karena itu dinyatakan sebagai reaktansi, dan disebut reaktansi pemagnet X m . reaktansi pemagnet X m ini bersama-sama dengan reaktansi fluks bocor X a dikenal sebagai reaktansi sinkron X s . model rangkaian dan diagram vektor dari generator sinkron beban induktif dapat dilihat pada Gambar 2.5. . a E V I R jIX = + + s ………………………… 2.2 s m X X X = + a ………………………………..2.3 Khoirul Irpan : Simulasi Pengaturan Start-Stop Dan Pembebanan Tiga Generator Dengan Kontrol Menggunakan PLC, 2009 USU Repository © 2008 Gambar 2.5 Rangkaian dan diagram vektor generator berbeban induktif 2.1.5 Memparalelkan Generator Untuk melayani beban berkembang, ada kalanya kita harus memparalelkan generator dengan maksud memperbesar kapasitas daya yang dibangkitkan. Selain itu, kerja paralel juga sering dibutuhkan untuk menjaga kotinuitas pelayanan apabila ada mesin yang harus dihentikan. Misalnya untuk istirahat atau reparasi. Gambar 2.6 menunjukkan generator sinkron G1 mensuplai daya ke beban dan generator yang lain G2 diparalelkan dengan G1 dengan menutup saklar S1. G1 G2 Load S1 Gambar 2.6 Generator akan paralel dengan sistem yang beroperasi Untuk memparalelkan generator, ada beberapa persyaratan yang harus dipenuhi,yaitu : 1. Urutan fasa harus sama. 2. Tegangan terminalnya harus sama. Khoirul Irpan : Simulasi Pengaturan Start-Stop Dan Pembebanan Tiga Generator Dengan Kontrol Menggunakan PLC, 2009 USU Repository © 2008 3. Tegangannya harus sefasa. 4. Frekuensi harus sama. Untuk melaksanakan kerja paralel, ada beberapa langkah yang dapat aksa n voltmeter, dimana arus medan G2 diatur sampai diperoleh utan fasa pada dil nakan, yaitu : 1. Menggunaka tegangan terminal yang sama dengan tegangan sistem G1. 2. Urutan fasa generator G2 harus dibandingkan dengan ur sistem yang telah ada. Urutan fasa dapat dicek dengan beberapa cara, salah satunya adalah dengan menghubungkan motor induksi yang kecil ke terminal masing – masing dari kedua generator tersebut. Jika putaran motor mempunyai arah yang sama untuk terminal yang terhubung, maka urutan fasa keduanya sama. Jika tidak, maka urutan fasanya berbeda dan terminal G2 harus dibalik untuk mendapatkan urutan fasa yang sama. Cara lain dengan menggunakan metode tiga buah lampu. Seperti Gambar 2.7. Gambar 2.7 Metode tiga lampu untuk menceking urutan fasa. Khoirul Irpan : Simulasi Pengaturan Start-Stop Dan Pembebanan Tiga Generator Dengan Kontrol Menggunakan PLC, 2009 USU Repository © 2008 Perubahan fasa antara dua sistem, maka lampu pertama akan terang dan selanjutnya akan perlahan padam. Bila ketiga lampu terang dan gelap secara bersamaan, maka sistem mempunyai urutan fasa yang sama. Dan bila lampu terang secara terus menerus, maka sistem mempunyai urutan fasa yang berlawanan, dan salah satu fasanya harus dibalik. 3. Frekuensi generator G2 diatur sehingga diperoleh frekuensi G2 lebih besar sedikit dari frekuensi G1. Hal ini dapat diketahui dengan menggunakan double frekuensi meter. Lebih besarnya frekuensi G2 dari G1 dimaksud agar saat paralel dilakukan generator mensupai daya ke sistem dan bekerja sebagai generator. Selain frekuensi yang diatur hampir sama, tegangan pada kedua sistem akan berubah dan secara perlahan akan mempunyai harga yang sama. Perubahan fasa ini diamati, dan bila sudut fasa sudah sama, maka saklar ditutup dan kedua generator G1 dan G2 sudah kerja paralel. Jika kedua generator beroperasi dan persyaratan ini dipenuhi, maka dikatakan dalam keadaan sinkron. Setelah generator diparalelkan, beban biasanya terbagi sebanding dengan nilainya. Semakin besar mesin, makin besar bagian beban yang ditanganinya. Pembagian beban dapat dilakukan dengan mengatur penggerak mula pada generator. Khoirul Irpan : Simulasi Pengaturan Start-Stop Dan Pembebanan Tiga Generator Dengan Kontrol Menggunakan PLC, 2009 USU Repository © 2008 2.1.6 Pengaturan Daya Aktif dan Daya Rekatif Generator sinkron digerakkan oleh Prime Mover sebagai sumber daya mekanisnya. Hampir semua prime mover cenderung mempunyai mode yang sama seperti aliran daya yang besar dengan putaran yang kecil dan ini dapat diatasi dengan pemasangan governor untuk mendapatkan putaran yang sebanding dengan bertambahnya daya yang dibutuhkan. Governor mekanis selalu dilengkapi pada prime mover yang akan diatur untuk menyesuaikan drop karakteristik akibat bertambahnya beban. Turunnya putaran speed drop pada prime mover didefenisikan sebagai : ..................................................2.4 Hubungan daya output generator dengan frekuensi dapat dilihat pada Gambar 2.8, dimana karakteristik tersebut dalam keadaan paralel. Gambar 2.8 Kurva Frekuensi vs Daya Aktif pada generator Khoirul Irpan : Simulasi Pengaturan Start-Stop Dan Pembebanan Tiga Generator Dengan Kontrol Menggunakan PLC, 2009 USU Repository © 2008 Hubungan antara frekuensi dengan day dapat dinyatakan dalam persamaan : ……………………….2.5 Dimana : P = Daya output generator = Slop kurva dalam KWHz atau MWHz = Frekuensi beban nol generator = Frekuensi operasi system Hubungan yang sama dapat juga digunakan untuk daya reaktif Q, dengan tegangan terminal V T . Jika beban induktif dihubungkan ke generator, maka tegangan terminalnya akan turun. sebaliknya bila beban kapasitif dihubungkan ke generator, maka tegangan terminalnya akan bertambah besar. Hal ini memungkinkan hubungan antara tegangan terminal dan daya reaktif dapat dilihat pada Gambar 2.9. Q V V T V T nl fl Q fl Gambar 2.9 Kurva Tegangan vs Daya Reaktif pada generator Khoirul Irpan : Simulasi Pengaturan Start-Stop Dan Pembebanan Tiga Generator Dengan Kontrol Menggunakan PLC, 2009 USU Repository © 2008 Karakteristik ini sebenarnya tidak linier, tetapi beberapa generator pada pengaturan tegangannya dilengkapi untuk membuat linier. Pada kenyataannya bila suatu generator beroperasi sendiri, maka daya nyata P dan daya reaktif Q disuplai oleh generator sesuai kebutuhan beban yang dilayaninya. Oleh karena itu, untuk P yang diberikan oleh generator set point governor mengontrol operasi generator pada frekuensi f, dan untuk daya reaktif yang lain pengaturan arus medan diperlukan untuk mengatur tegangan terminal.

2.2 Programmable Logic Control PLC