4
BAB II PANDANGAN UMUM GENERATOR ARUS BOLAK-BALIK 2.1
Pendahuluan Generator adalah alat yang dapat mengubah energy mekanik menjadi
energy listrik. Biasanya generator arus bolak-balik (AC) digunakan secar umum dan luas sebagai pembangkit tenaga listrik baik untuk keperluan komersial, domestic, maupun industri. Generator AC bervariasi sesuai dengan ukurannya, dari generator kecil pada mobil sampai generator besar yang dapat mensupply kebutuhan tenaga listrik untuk suatu kota atau industri besar. 2.2
Pembangkit Tegangan Tegangan dapat diinduksikan kedalam suatu konduktor bila memenuhi 3
persyaratan di bawah ini : a. Ada medan magnet b. Ada konduktor c. Ada putaran relative antara medan magnet dan konduktor Generator AC memanfaatkan induksi untuk merubah energi mekanis menjadi energi listrik. Gambar 2.1 menunjukan generator AC sederhana yang bagian utamanya terdiri atas Rotor dan Stator. Bila arus searah dialirkan kedalam rotor, timbul medan magnet disekitarnya. Inti stator terbuat dari bahan magnetik, sehingga medan magnet cenderung mengalir melalui inti dari pada melalui celah udara. Efek ini ditunjukan pada Gambar 2.2.
4
5
Gambar 2.1. Generator AC yang disederhanakan Untuk mempermudah memahaminya asumsikan elektro magnet disebelah atas merupakan kutub sebelah utara dan bagian sebelah bawah merupakan kutub selatan. Polaritas sebenarnya dari medan sekitar rotor tergantung pada arah arus yang disupply ke rotor dan pada cara magnet listrik tersebut dibangkitkan.
Gambar 2.2. Garis garis Flux Putaran relative sebagai persyaratan ketiga untuk induksi listrik dapat tercapai bila rotor berputar mengelilingi bagian dalam stator. Tegangan di induksikan ke kumparan stator pada saat garis-garis flux magnet rotor memotongnya. Setiap satu putaran penuh rotor akan menghasilkan 1 gelombang sinus. Gambar 2.3 menunjukkan saat rotor berada pada kutub utara yang berhadapan langsung dengan kumparan stator. Pada posisi ini rotor telah berputar sejauh 900 dari posisi semua seperti yang ditunjukan pada gambar 2.2.
6
Gambar 2. 3. Kutub utara rotor magnet bergerak melewati kumparan melalui stator Pada saat kutub utara rotor berputar ke arah kumparan stator, maka akan lebih banyak lagi garis-garis flux magnetic yang memotong kumparan tersebut. Jumlah garis-garis flux maksimum yang memotong kumparan terjadi saat rotor berada segaris dengan bagian tengah kumparan. Oleh sebab itu, tegangan induksi didalam kumparan akan naik pada saat rotor berputar kearahnya dan harga maksimum akan tercapai jika kutub utara berada di depan kumparan tersebut.
Gambar 2.4. Rotor diputar 180°
Gambar 2.5. Kutub selatan rotor bergerak melewati kumparan stator Bila rotor diputa 900 menjauhi kumparan, garis-garis flux semakin sedikit sehingga tegangan induksi semakin kecil dan menjadi nol pada saat rotor mencapai posisi 1800. Setelah rotor diputar lagi sejauh 900, maka kutub selatan akan berhadapan dengan kumparan stator (Gambar 2.5). rotor tersebut telah diputar sejauh 2700 dari posisi awal. Tegangan induksi akan naik sampai harga maksimum, tetapi dalam arah yang berlawanan. Saat rotor mencapai satu putaran penuh tegangan induksi pada kumparan stator akan turun sampai nol.
7
Grafik output Generator tesebut ditunjukan pada Gambar 2.6. Grafik ini merupaka gelombang sinus 1 fasa. Pada satu periode penuh, arus AC 1 fasa dibangkitkan untuk setiap putaran rotor.
Gambar 2.6. Gelombang sinus generator 1 fasa 2.3
Medan Generator Medan generator adalah bagian dari generator AC yang disupply power
DC untuk membangkitkan medan magnet. Berdasarkan jenis medan, generator dapat dibagi atas : Generator medan tetap Generator medan putar Hal tersebut tergantung pada bagian mana power DC disupply apakah kebagian stator atau rotor. 2.3.1 Generator Medan Tetap Gambar 2.7 menunjukkan generator AC jenis medan tetap yang bagian dasarnya adalah rotor dan stator. Arus DC dimasukan kedalam stator. Rotor merupakan loop dari kawat yang berputar mengelilingi bagian dalam stator. Tegangan output diambil dari rotor dengan menggunakan slip ring dan brush.
8
Gambar 2.7. Generator AC medan tetap yang disederhanakan AC medan tetap digunakan untuk membangkitkan listrik kecil karena untuk mmbangkitkan power yang lebih besar arus yang mengalir melalui slip ring dan brush juga besar. Untuk memasang slip ring dan brush yang mampu mengalirkan arus besar adalah sangat sulit dan membutuhkan biaya yang besar. Untuk mengatasinya adalah dengan generator medan putar. 2.3.2 Generator Medan Putar Pada generator medan putar, pemakaian slip ring dan brush hanya digunakan untuk mengalirka arus yang kecil dibandingkan dengan arus output generator. Generator medan putar sederhana dapat dilihat pada gambar 2.8 yang bagian-bagian utamanya terdiri atas rotor (medan) dan stator. Arus DC dimasukan kedalam rotor yang berputar mengelilingi bagian dalam stator. Teganga output generator diambil langsung dari kumparan stator yang dapat mengurangi kebutuhan slip ring dan brush untuk mengalirkan arus besar.
9
Gambar 2.8 Generator Medan Putar 2.4
Generator AC Tiga-Fasa Sebagian besar industri menggunakan arus bolak-balik tiga-fasa, karena
system ini lebih effisien. Generator AC tiga-fasa diarancang dengan cara memasang 3 pasang kumparan pada stator (Gambar 2.9) dengan perbedaan sudut 1200.
Gambar 2.9. Susunan kumparan generator tiga-fasa Bila jarak antara kumparan dengan kumparan sebesar 1200 maka ketiga tegangan tersebut berbeda sudut listrik sebesar 1200. Generator AC dapat digunakan beberapa fasa akan tetapi bila menggunakan lebih dari tiga-fasa hanya akan mendapat sedikit keuntungan. Konstruksi generator tiga-fasa lebih kecil, lebih sederhana dan mempunyai karakteristik operasi yang lebih baik dibandingkan dengan generator 1 fasa dengan kapasitas yang sama. Konduktor
10
untuk jaringan tiga-fasa adalah sekitar ¾ dari jumlah konduktor jaringan 1 fasa pada kapasitas, tegangan dan effisiensi transmisi yang sama. Gambar 2.10 menunjukkan generator tiga-fasa dua kutub tanpa t\rangkaian luar yang Berhubungan ke group kumparan dan tanpa menghubungkan slip ring untuk mensupply arus searah ke kumparan medan.
Gambar 2.10. Slip ring untuk mensuplai DC ke medan putar Gelombang sinus yang dibangkitkan ketiga kumparan generator AC dapat dilihat pada gambar 2.11. pada gambar, V2 mulai timbul setelah 1/3 kumpara periode, V1 dan V3 timbul setelah 2/3 periode V1
Gambar 2.11. Tegangan AC tiga-fasa
11
Gelombang sinus menggambarkan adanya perubahan tegangan yang dibangkitkan secara matematik, besarnya tegangan pada setiap titik adalah sama, tetapi dilawan oleh dua tegangan lainnya. Nilai tegangan dibawah sumbu X adalah negative. Bengan demikian persamaan aljabar dari ketiga tegangan untuk setiap saat akan memberika nilai nol. Garis X – X1 menggambarkan titik dimana tegangan dari fasa A naik kearah positif, tegangan fasa B berada pada nilai negative maksimum dan tegangan fasa C mulai turun dari nilai positif menuju nol. Pergantian perubahan tegangan dari ketiga tegangan ini berjalan secara terus menerus. 2.5
Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Kecepatan Putar Kecepatan putar rotor generator AC diprtahankan konstan untuk
mensupply power pada frekuensi yang konstan. Pada umunya, generator menghasilak frekuensi 50/60 Hz. Kecepatan putar generator AC dipengaruhi oleh dua faktor : a. Frekuensi yang dibutuhkan dan b. Jumlah kutub didalam medan generator Generator AC yang disederhanakan pada gambar 2.10, akan menghasilakn satu putaran penuh arus AC untuk setiap satu putaran rotor. Rotor di dalam generator terebut terdiri dari dua kutub yaitu satu kutub utara dan satu kutub selatan. Generator AC yang disederhanakan pada gambar 2.12 mempunyai rotor 4 kutub, dua kutub utara dan dua kutub selatan. Untuk mempermudah menjelaskannya, kumparan stator hanya ditunjukkan satu saja. Ada sebagian rotor yang terdiri lebih dari 4 kutub, sebagai contoh, generator pada PLTA yang pada umumnya mempunyai rotor dengan 8, 16, atau 32 kutub. Akan tetapi yang paling umum adalah rotor generator dengan 2 atau 4 kutub.
12
Gambar 2.12. Rotor 4 kutub 2.6
Hubungan Antara Kecepatan, Frekuesi dan Jumlah Kutub Pada Generator Rumus berikut ini menunjukan hubungan antara kecepatan, frekuensi dan
jumlah kutub. S = 120 F/P.............................................................................(3.1) Dimana : S
= kecepatan putar dalam RPM
120
= factor konversi untuk unit
F
= frekuensi dalam Hz
P
= jumlah kutub
Jika dua dari besaran tersebut dapat diketahui, maka besaran ketiga dapat dihitung dengan menggunakan rumus tersebut. Frekuensi generator AC berbending lurus dengan kecepatan putar rotor. 2.7
Rotor Ada dua tipe dasar rotor yang dih\gunakan pada generator AC besar yaitu a. Sailent pole rotor dan b. Cylindrical rotor
13
Pada gambar 2.13 ditunjukan rotor sailent pole yang terdiri dari kumparan, slip ring dan poros. Didalam kumparan yang dibelitkan mengelilingi inti metal dialirka arus DC untuk membentuk medan generator. Prose tersebut menyangga keseluruhan rotor yang akan berpuatar apabila digerakkan oleh penggerak utama. Rotor sailent pole dilengkapi dengan slip ring (collector ring) yang dipasang pada permukaan ujung poros utama. Kutub dan kumparan rotor dibuat terpisah dan bersama-sama dipasang pada rotor. Rotor spider yang dipasang pada poros merupakan inti baja yang dilaminasi secar terpisah yang ditekan dan dikunci pada poros tersebut, atau dapat merupakan bagian dari poros itu sendiri. Panjang inti dari jenis rotor ini biasanya kuarng dari diameternya. Rotor sailent pole dugunakan bersama alternator yang mempunyai kecepatan opertasi sekitar 1800 RPM atau lebih rendah. Jumlah kutub tersebut tidak berpengaruh terhadap jumlah fasa dari alternator. Apabila rotor sailent digunakan pada kecepatan tinggi, maka gaya centrifugal dan stress lainnya akan cukup besar untuk merobek kumparan sehingga terlepas dari jangkar kutub.
Gambar 2.13. Rotor salient pole Medan sailent terdiri dari rotor yang mempunyai proyeksi polar tertentu disekitar kumparan medan. Pada umunya rotor yang banyak digunakan adlah rotor dengan kecepatan tinggi atau Cylindrical rotor atau turbo rotor (lihat gambar 2.14).
14
Gambar 2.14, Cylindrical (turbo) Rotor Kumparan pada rotor jenis ini ditempatkan di dalam slot yang dimasukkan ke dalam inti rotor silindris. Karena konstruksi yang berbentuk silinder dan kumparannya masuk ke dalam inti, maka pengarug gaya centrifugal dan tekanantekanan lainnya akibat kecepatan tinggi lebih kecil dibangingkan dengan rotor sailent pole. Turbo rotor mrmpunyai medan yang merata, berbentuk silinder dan ukuran axial diameternya. Konstruksi silindrisnya dianggap penting karena kecepatan putarnya tinggi (1200 – 1600 RPM). Turbo terbuat dari baja padu atau beberapa pelat baja yang dibautkan bersama-sam untuk membentuk inti rotor berbentuk silinder. Slot di dalam inti rotor untuk memasukkan kumparan medan. Untuk membangkitkan medan magnet, kumparan rotor harus disupply dengan arus DC evternal yang disebut exciter. Armature exiter dan penyearah bverputar pada poros yang sama dengan rotor generator AC. Tegangan AC yang dihasilkan exiter diubah menjadi tegangan DC dengan menggunakan penyearah. Kemudian arus DC dimasukkan ke kumparan rotor untuk membangkitkan medan magnet yang akan menghasilakan tegangan output AC.
Gambar 2.15. Sistem Excitasi Brushless
15
2.8
Stator Gambar 2.16 menunjukkan penampang depan stator generator AC.
Bagian-bagian utama stator terdiri dari inti, rangka dan penutup sebelah kiri dan kanan. Kumparan stator dipasang di dalam inti stator. Pada umunya inti staotor terbuat dari laminasi besi untuk mengkonsentrasikan dan mengarahkan medan magnet di dalam stator.
Gambar 2.16. Stator Generator AC
2.9
Hubungan Listrik Generator tiga-fasa dapan menggunakan system hubungan delta atau
hubungan bintang. Bagaimana hubungan listrik tersebut akan dijelaskan dalam sub bab ini. a.
Hubungan Delta Hubungan delta pad gambar 2.17, kumparan stator dihubungkan dari ujung ke ujung beban dihubungkan ke setiap sambungan kumparamkumparan. V line
= V fasa
I line
= 1,732 x Fasa................................................................(3.2)
16
Gambar 2.17. Hubungan delta Arus yang mengalir melalui kumparan dan tegangan yang dihasilkan disebut arus fasa dan tegangan fasa. Hubungan delta menghasilkan rumusan khusus antara tegangan line dan tegangan fasa, dan antara arus line dan arus fasa. Teganga line sama dengan tegangn fasa, akan tetapi arus line sebesar 1,732 kali arus fasa. b.
Hubungan Bintang Dengan mengamati gambar 2.18 salah satu ujung dari setiap kumparan stator dihubungkan ke suatu titik, sedangkan ujung yang lainnya dihubungkan ke beban. V line
= 1,732 x V Fasa
Iline
= I fasa
Pada hubungan bintang, arus line sama dengan arus fasa dan tegangan line sama sebesar 1,732 kali tegangan fasa.
Gambar 2.18. Hubungan bintang
17
2.10
Hal-Hal Yang Perlu Diperhatikan Pada Kumparan Generator Jika bekerja pada kumparan generator, yang perlu diperhatikan adalah : jumlah slot di dalam stator, tegangan opersi, kecepatan putar, jumlah fasa dan frekuensi. Generator TIGA-FASA terdiri dari 3 pasang konduktor armature yang dihubungkan seri. Konduktor ini dikeluarkan menuju 6 terminal
yang
harus
dihubungkan
dulu
sebelum
menghubungkannya ke beban. Setelak ketiga fasa dihubungkan dengan cara yang benar, maka power dapat disalurkan melalui 3 konduktor feeder. Kumparan generator dihubungkan sedemikian rupa agar dapat mengeluarkan tiga lead ke bagian luar mesin tersebut. Keuntungan generator TIGA-FASA hubungan biontang adalah mempunyai tegangan line yang lebih tinggi dengan armature yang lebih kecil dari pada tegangan yang diberikanoleh hubungan delta. Armature generator selalu mempunyai beberapa kutub seprti kutub-kutub yang trdapat pada kumnparan medan. Tegangan operasi tersebut menentukan jumlah lilitan per kumparan, metoda interkoneksi dari grup fasa kutub, dan pemilihan hubungan fasa. 2.11
Pengaturan Tegangan Output Generator Perubahan beban generator mengakibatkan perubahan tegangan output.
Generator diarancang agar dapat beroperasi pada tegangan poutpun yang konstan. Teganga ini diperoleh melalui pemakain system pengontrol tegangan. Ada 3 faktor yang menentukn tegangan output generator AC, yaitu : a. Kecepatan putar b. Panjang dan susunan konduktor, dan c. Kuat medan Apabila kecepatan puatar dinaikan, maka tegangan outpu akan naik dan akan bertambah banyak garis-garis flux magnet yang dipotong pada setiap unit per periode. Akan tetapi fakror ini jarang digunakan untuk mengatur tegangn output
18
generator AC karena akan menaikan frekuensi. Hamper semua generator AC dan bebannya dirancang agar dapat beroperasi pada frekuensi yang konstan. Bila frekuensi berubah maka peralatan tersebut tudak dapat bekerja sebagaimana mestinya. Panjang generator dan jumlah konduktor juga menentukan tegangan outputnya tapi tidak dapat diubah-ubah. Karena itu, tegangan output itu tidak dapat dikontrol dengan cara memodifikasi rancangan generator. Factor ketiga adalah kuat medan. Apabila arus tersebut diubah maka tegangan yang diinduksikan akan berubah. Eksitasi adalah istilah untuk arus yang membangkitkan medan generator AC yang dapat disupply dari sumber DC mana saja, akan tetapi pada umumnya disediakan exciter. Exiter dapat digunakan pada poros yang sama seperti generator AC, atau dapat juga digerakan dengan motor listrik ataupun diambil dari output generator. 2.12
Keja Sistem Pengontrol Tegangan Gambar 2.19 merupakan skematik system pengontrol tegangan secara
manual untuk generato AC. Pada gambar gambar tesrebut terdapat dua buah generator yang berbeda yaitu : a. Generator self-exciter DC shunt b. Generator AC Bagian utama generator DC adalah kumparan medan armature dan kumparan medan shunt. Rheostat pengontrol medan dihubungkan seri dengan medah shunt. Generator AC mempiunyai dua lead yang menghubungkan medan teresbut dengan armature, stator dan ketiga output lead.
19
Gambar 2.19. Sistem pengatur tegangan secara manual Pada mulanya ada magnet sisa pada medan generator. Segera setelah armature berputar akan dibangkitkan tegangan induksi yang mengakibatkan mengalirnya arus melalui medan shunt. Medan magnet tersebut bertambah kuat sehingga tegangan induksi lebih tinggi dan arus medan shunt naik, dan medan magnetic tersebut menjadi lebih kuat. Proses ini terus berjalan sampau tercapai tegangan maksumum yang tergantung pada tahanan medan shunt dan rheostat. Pada saat yang sama, arus DC mengalir melalui medan generator AC yang memberikan excitasi. Pada system pengontrol ini, tegangan diatur secara manual dengan cara merubah tahanan rheostat. Sebagai contoh, jika tahanan dalam shunt dinaikkan, maka arus yang mengalir melalui medan magnet menjadi kecil. Kemudian, arus kecil tersebut disupply ke generator AC, dan mengakibatkan tegangan output generator AC menjadi kecil. Apabila tahanan rangkaian shunt diperkeci, maka arus shunt generator AC naik dan tegangan output akan naik. System pengontrol tegangan pada gambar 2.20 tidak jauh berbeda dengan system pada gambar 2.19. system ini merupakan system pengatur tegangan otomatis yang komponennya dilengkapi dengan trafo, solenoid dan pegas.
20
Gambar 2.20. Pengatur tegangan otomatis Pada system ini, tegangan generator AC diturunkan melalui transformator ke harga yang sesuai untuk mengemdalikan system. Inti solenoid akan tertarik kearah kumparan sewaktu timbul medan magnet yang dibangkitkan oleh arus yang mengalir melalui kumparan.
Pegas memungkinkan rheostat yang
digerakkan ke salah satu arah dengan mengubah jumlah arus yang mengalir melalui kumparan. Komponen-komponen beraksi melawan setiap perubahan apa saja didalam tegangan output. Penambahan beban mengakibatkan turunnya tegangan output generator. Penurunan tegangan ini terjadi pada kedua sisi transformator dan juga akan terjadi penurunan arus yang mengalir melalui solenoid. Jika arus yang mengalir melalui kumparan solenoid lebih kecil, maka medan magnetnya pun akan berkuarng. Inti akan ditarik pegas yang menggerakkan rheostat pengontrol medan searah jarum jam. Rheostat pada posisi ini akan menurunkan tahanan rangkaian shunt, dan arus yang mengalir melalui medan shunt akan naik, sehingga tegangan outpu exiter akan naik, dan tegangan output generator AC juga akan ikut naik. Tegangan output akan cenderung naik sampai kembali turun pada nilai aslinya. Apabila beban diturunkan, tegangan outpu akan naik dan medan magnet di dalam kumparan solenoid akan bertambah kuat dan akan menarik inti ke dalam kumparan. Hal ini menggerakkan rheostat kea rah yang berlawanan jarum jam. Gerakan tersebuat akan menaikkan tahanan rangkaian shunt, sehingga arus yang menglir melalui medan shunt menurun yang mengakibatkan turunnya tegangan
21
output generator. Tegangan output generator cenderung turun sampai kembali ke nilai semula. Pada dasarbya system pengatur tegangan yang dapat digunakan pada generato AC terdiri dari 4 elemen dasar yaitu : a. Unit pendeteksi b. Pemabanding c. Catu daya DC d. Unit pengendali (lihat gambar 2.21) Sistem pengatur tegangan otomatis pada gmbar 2.20 solenoid merupakan unit endeteksi, rheostat merupakan inti pengendali, pegas merupakan pembanding dan generator DC shunt self – exciter merupakan sumber tegangan DC.
Gambar 2.21. Elemen dasar sistem pengatur tegangan Diantara jenis power supply untuk exciter yang penggunaannya cukup baik adalah : a. Generator DC tipe komutator yang digerakakan dari poros generator utama maupun dari motor yang terpisah. Pada beberapa exciter besar biasanya menggunakan reduction gear yang dipasang antara poros generator utama dan poros exciter. b. Menggunaka generator AC bersama rectifier, pada sitem ini generator utma menggerakkan alternator untuk membangkitkan power AC yang kemudian diserahkan melalui rectifier. c. System exciter tipe statis yang menggunakan power AC secaera langsung daru generator output utama atau dari unit generator yang
22
terpisah. Pada sitem ini, tegangan output generator diturunkan melalui transformator lalu dimasukkan ke rectifier untuk disearahkan, Penggunaa tipe exciter power supply adalah untuk menyediakan arus medan yang kontinyu agar dapat mempertahankan tegangan yang sesuai pada terminal generator bila terjadi perubahan beban dan power factor. Kadang-kadang diperlukan arus medan yang mendadak dan cepat untuk memberikan arus medan yang sesuai, handal seta membutuhkan sedikit perawatan. 2.13
Hubungan Fundamental Dengan memperhatikan gambar 2.22 akan lebih mudah memahami jalur-
jalur kerja flux di dalam generator. Medan generator AC merupakan magnet listrik yang berputar dengan kecepatan sinkron di dalam suatu armatur tetap. Arus akan menghasilkan medan flux exciter yang berputar pada line dan bergerak sinkron dengan medan stator. Flux yang berputar inilah yang membangkitkan tegangan pada armatur. Flux yang dibangkitkan arus medan akan mengalir pada suatu rangkaian tertutup melalui inti armatur seperti yang dilukiskan dengan menggunakan tanda panah bertitik dua.
23
Gambar 2.22. Generator flux pattern Tanda panah menggambarka flux yang mengalir melalui medan utama, memotong selah udara disekelilingnya melalui tonjolan metal armatur dan kembali ke medan utama. Flux mengalir dari utara ke selatan, tegangan akan dibangkitkan pada saat garis-garis flux memotong konduktor. Di dalam generator AC, kumparan armature disusun dalam slot stator dan dipotong oleh flux pada waktu medan berputar. Karena itu tegangan dibangkitkan di dalam kumparan armatur. Besarnya tegangan yang dibangkitkan merupakan fungsi dari parameter berikut : Kuat flux medan merupakan jumlah garis-garis flux/inci kwadrat Jumlah gari-garis flux yang memotong konduktor merupakan fungsi dari kecepatan putar. Panjang konduktor merupakan fungsi dari panjang mesin dan jumlah lilitan. Hal yang umum dilakukan aialah pengaturan system eksitasi untuk mengatur tegangan output generator AC. Apabila menggunakan beberapa sisytem pengatur yang dapat digunakan untuk mengatur kuat medan, funsinya dalah sama yaitu untuk mendeteksi perubahan-perubahan beban generator dan kemudian mengatur arus exciter untuk menaikan atau menurunkan tegangan output generator dengan demikiakn exciter harus tanggap tehadap perubahan-perubahan tersebut. 2.14
Celah Udara Jarak celah udara di dalam generator ditentukan oleh reaksi armature.
Celah udara harus dibuat lebih panjang dari jarak clearance mekanik sehibgga tidak terpengaruh oleh reaksi armetur. Pada generator turbin, panjang celah udara mungkin i inchi atau lebih. Medan putar dari turbo generator bentunya halus dan silindris sehingga jarak celah udara pada semua bidang sama.
24
Karena kutu yang menonjol pada generator sailent pole membuat adanya perbedaan jarak celh udara pada ujung kutub. Lihat ganbar 2.23.
Gambar 2. 23. Garis garis flux magnet pads ujung kutub 2.15
Pengaruh Arus Yang Mengalir Di Dalam Armatur Arus yang mengalir di dalm armature generator pada waktu medan diberi
tegangn listrik akan memutar rotor apabila armature dihubungkan dengan beban. Magnitude arus tergantung pda tegangan yang dihasilkan didalam armature, impedansi serta beban generator. Power factor generator umumnya ditentukan oleh jenis beban yang dihubungkan ke generator. Besarnya arus generator ditentukan oleh ukuran konduktor di dalam kumparannya. Bila arus melebihi ratingnya maka rugi-rugi I2R di dalam kumparan akan menimbulkan panas yang berlebihan dan akan merusak generator. Tegangan opersi ditentukan oleh besrnya tegangan yang dibangkitkan di dalam kumparan. Power output generator dibatasi pad rating arus/tegangan maksimum. Apabila power factor kurang dari 1, maka arus maksimum yang aman pada generator dapat ditetapkan tetapi generator harus menyalurkan power output yang lebih rendah ke jaringan. 2.16
Regulasi Tegangan Regulasi tegangan ditetapkan sebagai voltage drop pada terminal saat
dibebani nol sampai maksimum yang dinyatakan sebagai presentase atau tegangan beban penuh dengan speed dan arus DC medan konstan. Generator otomatis digunakan untuk pemakaian dengan regulasi tegangan sebesar +/- 40%. Ini memungkinkan arus short-circuit dipertahankan pada nilai yang rendah.
25
Regulator otomatis digunakan untuk mengatur tegangan output yang konstan tanpa memperhatikan perubahan beban. Tegangan output generator digunakan sebagai pembanding untuk mengendalikan exciter generator dimana tegangan tersebut disuplai ke peralatan yang peka terhadap tegangan, untuk mengendalikan medan generator atau medan exciter. System distribusi yang berbeda dan tergantung pada setiap system yang dibutuhkan. 2.17
Operasi dan Batasan-Batasan Generator Generator AC, termasuk system pendingin dan struktur tegangan yang
sesuai untuk menghilangkan panas yang ditmbulkan oleh rugi-rugi inti stator akibat dari gesekan dan Karena rugi-rugi panas tembaga akibat adanya liran arus (I2R) di dalam kumparan stator serta kumparan medan putar. System pending yang memadai factor pembatas rating maksimum dan berpengaruh terhadap pengaturan ukuran fisik bagian-bagian generator. Siste pendingin generator akan lebih efektif bila memakai beberapa media pendingin selain udara, seperti hydrogen, minyak ataupun zat kimia. Pendungin dengan air bersih lebih efekif dari pada udara. Minya atau air tidak dapat disirkulasikan di dalam casing genrerator dan akan lebih baik dengan cara memompanya melalui lubang-lubang di dekat kumparan. Dengan kontak dan sifat panghantar panas yang baik, maka jumlah tembaga di dalam generator dapat dikurangi karena pendinginan yang sesuai. Pendinginan konduktor kumparan dapat menggunakan sirkulasi gas. Pada umumnya pendingin dengan hydrogen digunakan pada unit-unit modern dengan rating diatas 15.000 Kw. Isolasi kumparan generator ada keterbatasannya untuk menerima pendinginan karena bahan isolasi tersebut juga menahan panas. Suhu kumparan generator diukur di dua tempat atau lebih pada setiap fasa dengan menggunakan thermo couple atau alat ukur lainnya yang dipasang di antara kumparan atas dan bawah di dalam sloty stator. Peralatan ini tidak mengukur temperature tembag sebenarnya tetapi menunjukkan suhu yang paling rendah karena turnnya temperature pada isolasi kumparan/besarnya temperature yang terbaca sekitar 150 - 200 lebih rendah dari temperature tembaga pada opersi normal.
26
Biasanya pendingin generator dapat menggunakan air yang didinginkan untuk mempertahankan susu udara pendingin sekita 400C (1040F). Hal ini akan mengakibatkan tekanan air yang lebih dingin menjadi lebih tinggi dari tekanan atmosfir untuk semua operasi dan mencegah kemungkinan-kemungkinan udara mengotori pendingin dan menghambat mengalirnya air pandingin, dan jug memastikan generator cooler terisi sempurna pada sisi yang berisi air. Sebuah kipas biasanya disediakan didekat paling atas generator cooler. Temperature kumparan medan generator lebihb sulit ddieteksi Karena rotor berputar dengan kecepatan tinggi. Pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan instrument yang mengukur tahanan total kumparan medan secra terus-menerus. Kenaikan tahanan kumparan medan biasanya merupakan pengukuran akurat terhadap kenaikan temperature. Akibat kenaikan temperaturkumparan tembaga dan pemuaian yang berbeda antara inti dan tembaga, maka kumparan akan memuai pada saat generator dioperasikan dan dibebani. Generator field, ecara fub\ngsional adalah peralatan listrik, yang merupakan kombinasi rancangan listrik dan mekanik yang baik sekali untuk mencapai performace yang baik. Sama halnya, pengaruh perbedaan suhu pada salah satu sisi fied ke sisi yang berlawanan, walaupun sekecil satu atau dua derajat celcius dapat mengakibatkan pembengkokan generator field. Lapisan varnish pada badan field untuk mencegah korosi harus tipis agar tidak menghalangi pemindahan panas dari field. Lapisannya juga harus sama rata agar kemampuan pemindahan panas dapat merata di atas keseluruhan permukaan rotor. Kumparan medan generator dipasang di dalam slot. Lapisan pada slot digunakan sebagai isolasi untuk menguatkan dan menahan kumparan dan juga memindahkan kekuatan mekanik yang tinggi ke inti generator. Sebagai contoh berat kumparan medan generator 10,000 Kw dalam keadaan diam adalah 30 pound, pada putaran 3600 RPM akan dapat mengeluerkan tekanan sebesar 1,000,000 pound. Tekanan mekanis ini merata pada semua bidang sehingga perlu bantalan yang kuat agar dapat beroperasi dengan aman dan menampilkan fungsi listrik yang betul-betul baik yang akan
27
dapat menetukan umur dari generator. Bila kumparan medan generator berubah atau bergeser maka akan timbul vibrasi akibat medan yang tidak seimbang. Belitan
lubang
pada
medan
generator
dibuat
fleksibel
untuk
memungkinkan pemuaian tanpa menimbulkan kerusakan mekanis. Sebagai tambahan, sediakan ventilasi udara atau gas pendingin di sekitar ujung belitan. Semua ujung belitan dan bloknya ditahan oleh retaining ring. Kumparan stator tidak mendapat gaya centrifugal seperti kumparan medan, pasak untuk celah-celah, dan bahan-bahan pengisi tidak sekuat bahan untuk kumparan medan. Tetapi kumparan ststor dipengaruhi gaya magnetic yang tergantung pada rapat arus di dalam kumparan. Hal ini akan menimbulkan getaran pada bidang stator dan isolasi apabila pasak pada batang stator mengendur. Biasanya pabrik menyertakan kurva kemampuan generator yang menjelaskan tentang range operasi yang disarankan, mengingat variabel-variabel operasi seprti beban, arus medan dan factor tenaga. Kondisi kumparan stator hanya dapat dinilai setelah diadakan tes listrik dan pengamatan jarak dekat pad waktu shut down secara berkala. Inspeks ini harus meliputi pengecekan terhadap operasi kolektor, getaran, tingkat bunyi dan kebersihan bagian-bagian generator yang mudah dijangkau.
