2.3.2. Jumlah Silinder
Pada umumnya jumlah silinder tergantung kecepatan putar mesin rpm. Makin besar jumlah silinder makin banyak jumlah dorongan yang terjadi. Oleh
karena itu untuk menghindari terjadinya light flicker naik turunnya tegangan maka jumlah silinder yang digunakan minimal 4 empat buah. Suatu ketetapan agar light
flicker tidak terasa, maka jumlah dorongan silinder tiap detiknya harus lebih dari 16 enam belas dorongan, dimana banyaknya jumlah dorongan tersebut dapat dilihat
dari rumus dibawah ini.
120 .
i n
dorongan Jumlah
=
2.4 Keterangan:
n : Kecepatan putaran mesin rpm
i : Jumlah pembakaran jumlah silinder
2.4. Generator
Generator sinkron disebut juga alternator dan merupakan mesin sinkron yang digunakan untuk mengkonvesikan daya mekanis menjadi daya listrik arus bolak-
balik. Arus DC yang disupplai ke rotor, akan menghasilkan medan magnet pada rotor. Kemudian rotor diputar dengan kecepatan tertentu oleh penggerak mula prime
mover, 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.
Universitas Sumatera Utara
2.4.1. Konstruksi Generator Sinkron
Rotor generator sinkron merupakan merupakan sebuah magnet besar, dimana konstruksinya dapat berupa salient atau non salient. Bentuk salient adalah bentuk yang
menonjol atau menempel di bagian luar, dimana kutub-kutubnya menonjol dari permukaan rotor dan bentuknya seperti tapak sepatu sehingga sering disebut dengan
rotor kutub sepatu. Bentuk rotor non salient konstruksi kutub-kutubnya rata dengan permukaan rotor yang berbentuk silinder, sehingga sering disebgut rotor silinder.
Gambar 2.3.
Rotor salient kutub sepatu pada generator sinkron
a b
Gambar 2.4.a
Gambaran bentuk rotor Non-salient rotor silinder Gambar 2.4.b Penampang rotor pada generator sinkron
Universitas Sumatera Utara
2.4.2. Tegangan Induksi Pada Belitan Tiga Fasa
Belitan pada ststor adalah tempat memperoleh energi listrik dan disebut dengan belitan jangkar, sedangkan belitan pada rotor dialiri arus medan untuk
menimbulkan medan magnet. Satu siklus kutub S-U pada rotor memiliki kisar sudut sudut magnetis atau sudut elektrik 360
. Pada mesin empat kutub dua pasang kutub, satu periode siklus mekanis
perputaran rotor sama dengan dua periode siklus magnetik. Jadi hubungan antara sudut kisaran mekanik dengan sudut kisaran magnetik adalah
2
derajat mekanis
derajat magnetik
x
θ θ
=
2.5 atau secara umum
2
derajat mekanis
derajat magnetik
x P
θ θ
=
2.6 dengan P adalah jumlah kutub
kecepatan sudut mekanik adalah :
mekanis mekanik
mekanik
f π
t d
θ ω
2 =
=
2.7 Frekuensi mekanik f
mekanik
adalah jumlah siklus mekanik per detik yang tidak lain adalah kecepatan perputaran rotor per detik. Biasanya kecepatan rotor
dinyatakan dengan jumlah rotasi per menit rpm. Jadi, jika kecepatan rotor adalah n rpm, maka jumlah siklus per detik adalah
60 n
atau f
mekanik
=
60 n
siklus per detik. Kecepatan sudut magnetis adalah
magnetik magnetik
magnetik
f π
t d
θ ω
2 =
= 2.8
Universitas Sumatera Utara
dari persamaan 2.6 dan persamaan 2.8 didapat persamaan
60 2
60 2
2 2
2 2
Pn n
P f
P P
ω
mekanis mekanik
magnetik
π π
π ω
= =
= =
2.9 sehingga
120 Pn
f
magnetik
=
siklus per detik 2.10
Perubahan fluksi magnetik akan membangkitkan tegangan induksi di setiap belitan. Karena fluksi magnet mempunyai frekuensi
120 Pn
f
magnetik
=
Hz. Maka tegangan pada belitan akan mempunyai frekuensi
120 Pn
f
tegangan
=
Hz 2.11
Dari persamaan 2.10 ini jelas bahwa untuk memperoleh frekuensi tertentu, kecepatan perputaran rotor harus sesuai dengan jumlah kutub. Jika diinginkan f = 50
Hz misalnya, untuk p = 2 maka n = 3000 rpm, jika p = 4 maka n = 1500 rpm, jika p = 6 maka n = 100 rpm, dan seterusnya.
Konstruksi mesin kutub menonjol seperti Gambar 2.3 sesuai dengan putaran rendah tetapi tidak sesuai untuk mesin putaran tinggi karena kendala-kendala
mekanis. Untuk mesin putaran tinggi digunakan konstruksi silindris. Tegangan yang terbangkit dibelitan pada umumnya diinginkan berbentuk
gelombang-gelombang sinus
t A
V
ω
cos =
, dengan pergeseran 120 untuk belitan
fasa-fasa yang lain. Tegangan sebagai fungsi waktu ini pada transformator dapat langsung diperoleh di belitan sekunder karena fluksinya merupakan fungsi waktu.
Universitas Sumatera Utara
Pada mesin sinkron, fluksi dibangkitkan oleh belitan eksitasi di rotor yang dialiri arus searah sehingga fluksi tidak merupakan fungsi waktu. Akan tetapi, fluksi
yang ditangkap oleh belitan stator harus merupakan fungsi waktu agar hukum Faraday dapat diterapkan untuk memperoleh tegangan. Fluksi sebagai fungsi waktu
diperoleh melalui putaran rotor. Jika φ adalah fluksi yang dibangkitkan di rotor dan
memasuki celah udara antara rotor dan stator dengan nilai konstan maka, pertambahan fluksi yang ditangkap oleh belitan stator adalah
magnetik magnetik
s
dt d
dt d
φω θ
φ θ
= =
2.12
Karena
120 2
2 Pn
f
magnetik magnetik
π π
ω
= =
, maka
60 Pn
dt d
s
φπ φ
=
2.13 Dari persamaan 2.10 kita peroleh tegangan pada belitan adalah
60 Pn
N dt
d N
V
s
φπ φ
− =
− =
2.14 Jika
φ bernilai konstan, tidak berarti bahwa tegangan yang dihasilkan adalah konstan, karena
φ konstan positif untuk setengah periode dan bernilai konstan negatif untuk setengah periode berikutnya. Maka persamaan 2.14 memberikan
tegangan bolak-balik yang tidak sinus. Untuk memperoleh tegangan berbentuk sinus, φ harus berbentuk sinus juga. Akan tetapi ia tidak dibuat sebagai fungsi sinus
terhadap waktu, akan tetapi fungsi sinus posisi, yaitu terhadap
magnetik
θ . Jadi jika
magnetik m
θ φ
φ
cos =
2.15
Universitas Sumatera Utara
maka laju pertambahan fluks yang dilingkupi belitan adalah
dt d
dt d
dt d
dt d
magnetik magnetik
m magnetik
m s
θ θ
φ θ
φ φ
φ sin
cos −
= =
=
magnetik m
magnetik magnetik
m
Pn θ
π φ
θ ω
φ sin
120 2
sin
−
= −
= 2.16
Sehingga tegangan belitan
magnetik m
s
Pn N
dt d
N e
θ πφ
φ
sin 60
= −
=
t N
N f
m magnetik
m
ω φ
ω θ
φ π
sin sin
2 =
=
2.17 Pesamaan 2.17 memberikan nilai tegangan sesaat yang dibangkitkan pada
belitan stator, nilai tegangan maksimumnya adalah Volt
N E
m m
φ ω
= 2.18
Dari nilai efektif tegangannya adalah
m m
m rms
N f
N E
E φ
π φ
ω 2
2 2
2 =
= =
44 ,
4 Volt
N f
m
φ =
2.19 Tegangan fektif pada terminal mesin tergantung pada hubungan stator
generator apakah Y atau
∆
. Bila stator mesin terhubung Y, maka tegangan terminalnya akan 3 kali E
rms
sedangkan bila stator terhubung
∆
, maka tegangan terminalnya sama dengan tegangan E
rms
. Dalam penentuan tegangan dan keluaran generator perlu mempertimbangkan
nilai tegangan dan keluaran kVA-nya. Dibawah ini adalah tabel nilai daya keluaran minimum dari generator sesuai dengan standar BS 4999 part 101;I.E.C.341 :
Universitas Sumatera Utara
“recommends the following minimum output related to rated voltage” dan table yang biasa digunakan sebagai patokan oleh pabrikan.
Tabel 2.1. Perbandingan Tegangan dan Daya Voltage
MVA 415
Up to 1.5 3300
0.5 to 6 6600
0.8 to 10 11000
1 to 20
2.5. Pengaturan Tegangan
Kategori