BAB 3. MESIN DC – (Karakteristik Generator DC) Dipandang dari

BAB 3. MESIN DC – (Karakteristik Generator DC)
Dipandang dari sisi suplai arus, secara umum mesin DC dapat dibedakan menjadi:
- Generator DC → mensuplai daya ke luar
- Motor DC → disuplai daya dari luar
Dilihat dari konstriksinya, secara umum mesin DC dapat dibagi menjadi:
- Mesin DC Shunt
- Mesin DC Seri
- Mesin DC Kompon (kompon panjang/ pendek, kompon kumulatif/ diferensial)
Model konstruksi berbagai mesin DC dapat dilihat pada gambar 2.0 di bawah.
(i)
(ii)
(iv)
(iii)
(v)
(vii)
(vi)
(viii)
Gambar 2.0 Berbagai konfigurasi Mesin DC
(i) Mesin DC Shunt
(ii) Mesin DC Seri
(iii) Mesin DC Kompon Pendek (Kompon Kumulatif)
(iv) Mesin DC Kompon Panjang (Kompon Kumulatif)
(v), (vi) Mesin DC Kompon Pendek Diferensial
(vii), (viii) Mesin DC Kompon Panjang Diferensial
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 1
3.1 Generator DC
Kecepatan operasi mesin DC jenis generator adalah tetap yaitu sesuai dengan penggerak
mula (prime mover). Pada operasi untuk penggunaan umum, penggerak mula dilengkapi dengan
pengatur kecepatan (speed governor) sehingga kecepatan generator praktis konstan. Dalam
kondisi seperti itu, kinerja yang ditawarkan pembangkit terutama dalam hubungan antara
eksitasi, tegangan dan beban terminal. Untuk mempermudah melihat hubungan tersebut,
digunakan bentuk grafis yang memperlihatkan kurva yang dikenal sebagai karakteristik
pembangkit. Karakteristik ini sekilas menunjukkan perilaku generator pada kondisi beban yang
berbeda.
3.2 Karakteristik Generator DC
Karakteristik penting generator DC:
 OpenCircuit Characteristic (OCC), Kurva memperlihatkan hubungan antara pembangkit
emf pada keadaan tanpa beban (E0) dan arus medan (If) pada kecepatan konstan. Hal ini juga
dikenal sebagai kurva jenuh (saturasi) karakteristik magnetik atau tanpa beban. Bentuknya
praktis sama untuk semua generator baik untuk eksitasi-terpisah atau eksitasi-sendiri. Data
untuk kurva OCC diperoleh dari ekpsperimen menggunakan generator tanpa-beban dan
kecepatan konstan, kemudian mencatat perubahan tegangan terminal sebagai variasi arus
medan.
 Karakteristik Internal atau Karakteristik Total (E/Ia), Kurva memperlihatkan hubungan
antara pembangkitan emf pada keadaan berbeban (E) dan arus jangkar (Ia). e.m.f. E kurang
dari E0 karena efek demagnetisasi reaksi jangkar. Oleh karena itu, kurva ini akan terletak di
bawah karakteristik sirkuit terbuka (OCC). Karakteristik internal yang menarik terutama
untuk desainer. Hal ini tidak dapat diperoleh secara langsung dengan eksperimen. Hal ini
disebabkan voltmeter tidak bisa membaca e.m.f. yang dihasilkan pada beban karena drop
tegangan resistans jangkar. Karakteristik internal dapat diperoleh dari karakteristik eksternal
jika belitan resistans diketahui karena efek reaksi jangkar meliputi kedua karakteristik.
 Karakteristik Eksternal (V/IL), Kurva ini menunjukkan hubungan antara tegangan terminal
(V) dan arus beban (IL). Tegangan terminal V akan kurang dari E karena drop tegangan di
sirkuit jangkar. Oleh karena itu, kurva ini akan terletak di bawah karakteristik internal.
Karakteristik ini sangat penting dalam menentukan kesesuaian generator untuk tujuan tertentu.
Hal ini dapat diperoleh dengan melakukan pengukuran secara simultan tegangan terminal dan
arus beban (dengan voltmeter dan ammeter) dari generator terbebani.
3.3 Karakteristik Untai Terbuka Generator DC
O.C.C. untuk Generator DC ditentukan sebagai berikut. Belitan medan dari Generator
DC (seri atau shunt) diputus dari mesin dan dieksitasi secara terpisah dari sumber dc eksternal
seperti yang ditunjukkan pada Gambar. (3.1) (ii). Generator dijalankan pada kecepatan tetap
(yaitu, kecepatan normal). Medan arus (If) dinaikkan dari nol dalam langkah-langkah dan nilainilai yang sesuai dari yang dihasilkan emf (E0) dibaca pada voltmeter yang dihubungkan pada
terminal jangkar. Ketika memplot hubungan antara E0 dan If, diperoleh karakteristik rangkaian
terbuka seperti ditunjukkan pada Gambar. (3.1) (i).
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 2
(i)
(ii)
Gambar 3.1
Poin-poin berikut dapat dicatat dari O.C.C .:
- Ketika arus medan adalah nol, ada beberapa emf yang dihasilkan OA. Hal tersebut disebabkan
oleh sisa magnetisme (sering disebut dengan magnet sisa) dalam kutub medan.
- Pada rentang yang cukup lebar medan arus (hingga ke titik B dalam kurva), kurva linear. Hal
ini karena dalam kisaran ini, keengganan (reluktan) besi dapat diabaikan dibandingkan dengan
celah udara. Reluktan celah udara konstan oleh karena itu linear.
- Setelah titik B pada kurva, reluktan besi juga hadir ke dalam gambar. Hal tersebut karena pada
kepadatan fluks tinggi, µr pada besi mengalami penurunan dan reluktan besi tidak lagi
diabaikan. Akibatnya, kurva menyimpang dari hubungan linear.
- Setelah titik C pada kurva, kejenuhan magnetik kutub dimulai dan E0 cenderung mendatar
(level off).
O.C.C.dari generator eksitasi-sendiri diperoleh dengan menjalankannya sebagai generator
eksitasi-terpisah.
3.4 Karakteristik Generator Eksitasi Terpisah
Kerugian yang jelas dari generator dc eksitasi-terpisah adalah bahwa kita memerlukan
sumber DC eksternal untuk eksitasi, tetapi karena tegangan output dapat dikendalikan lebih
mudah dan mempunyai rentang yang luas (dari nol sampai maksimum), maka jenis eksitasi
seperti ini ditemukan di banyak aplikasi.
Gambar 3.2
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 3
(i) Karakteristik Untai Terbuka (Open Circuit)
O.C.C. generator eksitasi terpisah ditentukan dengan cara yang dijelaskan dalam Sec.
(3.2/2.4). Gambar. (3.2/2.2) menunjukkan variasi yang dihasilkan e.m f. pada tidak ada beban
dengan arus medan untuk berbagai kecepatan tetap. Perhatikan bahwa jika nilai kecepatan
konstan dinaikkan, kecuraman kurva juga meningkat. Ketika arus medan adalah nol,
magnetisme sisa di kutub akan menimbulkan ggl awal kecil seperti yang ditunjukkan.
(ii) Karakteristik Internal dan Eksternal
Karakteristik eksternal generator terpisah dieksitasi adalah kurva antara tegangan terminal
(V) dan beban IL saat ini (yang sama dengan arus dinamo dalam kasus ini). Untuk
menentukan karakteristik eksternal, sirkuit set up seperti ditunjukkan pada Gambar. (3.3) (i).
Sebagai arus beban meningkat, tegangan terminal jatuh karena dua alasan:
(a) Reaksi jangkar melemahkan fluks utama sehingga emf aktual dihasilkan E pada beban
kurang dari yang dihasilkan (E0) pada tidak ada beban.
(b) Ada penurunan tegangan resistansi jangkar (=ILRa = IaRa).
Karena alasan tersebut, karakteristik eksternal adalah kurva terkulai [kurva 3 pada
Gambar. 3.3 (ii)]. Perhatikan bahwa dalam ketiadaan reaksi jangkar dan jangkar drop, yang
dihasilkan emf akan menjadi E0 (kurva 1).
Karakteristik internal dapat ditentukan dari karakteristik eksternal dengan menambahkan
penurunan ILRa dengan karakteristik eksternal. Hal ini karena penurunan reaksi jangkar termasuk
dalam karakteristik eksternal. Kurva 2 adalah karakteristik internal generator dan jelas harus
berada di atas karakteristik eksternal.
(i)
(ii)
Gambar 3.3
3.5 Pembangkitan Tegangan di Generator yang Self-Excited (Eksitasi-Sendiri)
Akan kita lihat bagaimana tegangan build-up pada generator yang eksitasi-sendiri.
(i) Generator Shunt
Mempertimbangkan generator shunt. Ketika generator dijalankan pada kecepatan
konstan, beberapa emf akan dihasilkan karena ada magnet sisa di kutub utama. E.m.f. kecil ini
mengedarkan arus medan yang pada gilirannya menghasilkan fluks tambahan memperkuat fluks
sisa yang asli (kolom yang disediakan koneksi belitan yang benar). Proses ini berlanjut dan
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 4
generator membangun tegangan yang dihasilkan secara normal mengikuti OCC seperti
ditunjukkan pada Gambar. (3.4) (i).
Hambatan medan
dapat diwakili oleh garis lurus melewati titik asal seperti
ditunjukkan pada Gambar. (3.4) (ii). Kedua kurva dapat ditunjukkan pada diagram yang sama
karena mereka memiliki ordinat yang sama [Lihat Gambar. 3.4 (iii)].
Karena sirkuit medan bersifat induktif, ada penundaan dalam peningkatan arus saat
menutup peralihan rangkaian medan. Laju ketika arus meningkat tergantung pada tegangan yang
tersedia untuk meningkatkan itu. Misalkan pada setiap saat, arus medan adalah i (= OA) dan
meningkat pada laju di / dt. kemudian,
=
dengan:
+
= resistan untai medan total
= induktan untai medan
Pada anggapan seketika, total e.m.f. yang tersedia adalah AC [Lihat Gambar. 3.4 (iii)].
Sejumlah AB dari c.m.f. AC yang diserap oleh drop tegangan
dan bagian sisanya BC
tersedia untuk mengatasi L di / dt. Karena tersedia kelebihan tegangan ini, memungkinkan arus
medan untuk meningkatkan nilai OA. Namun, pada titik D, tegangan yang tersedia adalah OM
dan semua diserap oleh drop i . Akibatnya, arus medan tidak dapat meningkat lebih lanjut dan
generator berhenti membangkitkan.
(i)
(ii)
Gambar 3.4
(iii)
Kita sampai pada kesimpulan yang sangat penting bahwa tegangan yang dibangun
generator diberikan oleh titik persimpangan OCC dan garis resistansi medan. Jadi pada Gambar.
(3.4) (iii), D adalah titik perpotongan dua kurva. Oleh karena itu generator akan membangun
sebuah tegangan OM.
(ii) Generator Seri
Selama operasi awal, dengan belum adanya arus yang mengalir, tegangan sisa akan
dihasilkan persis seperti dalam kasus generator shunt. Tegangan sisa akan menyebabkan arus
mengalir melalui seluruh untai seri ketika untai ditutup. Selanjutnya tegangan akan dibangun
menuju titik ekuilibrium (keseimbangan) yang benar-benar analog dengan pembangkitan pada
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 5
generator shunt. Grafik tegangan pembangkitan akan mirip dengan generator shunt kecuali
bahwa sekarang arus beban (bukan arus medan shunt untuk generator) akan diambil sepanjang
sumbu x.
(iii) Generator Kompon
Ketika generator kompon memiliki fluks medan seri membantu fluks medan shunt, mesin
dikatakan kompon kumulatif. Ketika bidang seri terhubung secara terbalik sehingga medan
fluksnya berlawanan dengan fluks medan shunt, generator kemudian menjadi kompon
diferensial.
Cara termudah untuk membangkitkan tegangan di generator kompon adalah mulai
starting dalam keadaan tidak ada beban. Pada keadaan tanpa beban, hanya medan shunt yang
berpengaruh. Ketika tanpa beban pembangkitan tegangan dicapai, generator diberi beban. Jika di
bebani, tegangan naik, berarti koneksi bidang seri kumulatif. Jika tegangan turun secara
signifikan, sambungan membentuk formasi kompon diferensial.
3.6 Resistan Medan Kritis untuk Generator Shunt
Kita telah melihat di atas bahwa tegangan yang dibangkitkan di dalam generator shunt
tergantung pada resistans untai medan. Jika resistansi untai medan R1 (garis OA), maka
generator akan membangkitkan sebuah tegangan OM seperti ditunjukkan pada Gambar. (3.5).
Jika resistansi untai medan meningkat menjadi R2 (garis OB), generator akan membangkitkan
sebuah tegangan OL, sedikit lebih kecil dari OM. Sebagaimana resistan untai medan meningkat,
kemiringan garis resistan juga meningkat. Ketika garis resistan medan menjadi tangen
(bersinggungan) (garis OC) dengan OCC, generator hanya akan tereksitasi. Jika resistansi untai
medan meningkat melampaui titik ini (katakanlah garis OD), generator akan gagal untuk eksitasi.
Resistansi untai medan diwakili oleh garis OC (bersinggungan dengan OCC) disebut resistan
medan kritis RC untuk generator shunt. Ini dapat didefinisikan seperti di bawah:
Resistan untai medan maksimum (untuk kecepatan tertentu) dengan generator
shunt yang hanya akan tereksitasi, dikenal sebagai resistan medan kritis.
→ Perlu dicatat bahwa generator shunt akan membangkitkan tegangan hanya jika resistan untai
medan kurang dari resistan medan kritis.
Gambar 3.5
3.7 Resistan Kritis untuk Generator Seri
Gambar. (3.6) menunjukkan tegangan yang dibangkitkan dalam generator seri. Berikut
R1, R2 dll. merupakan resistan total untai (hambatan beban dan gulungan resistan medan). Jika
resistan untai total adalah R1, maka generator seri akan membangkitkan sebuah tegangan OL.
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 6
Garis OC bersinggungan dengan O.C.C. dan mewakili resistan kritis RC untuk generator seri.
Jika resistansi total dari rangkaian tersebut lebih dari RC (katakanlah garis OD), generator akan
gagal untuk membangkitkan tegangan. Perhatikan bahwa Gambar. (3.6) mirip dengan Gambar.
(3.5) dengan perbedaan sebagai berikut:
(i) Pada Gambar. (3,5), R1, R2 dll. mewakili resistan untai medan keseluruhan. Namun, R1, R2
dll pada Gambar. (3.6) merupakan resistan untai total (hambatan beban dan medan seri
belitan resistan dll).
(ii) Dalam Gambar (3,5), arus medan saja digambarkan sepanjang sumbu-X. Namun, pada
Gambar. (3.6) arus beban IL digambarkan di sepanjang sumbu-Y. Perhatikan bahwa dalam
generator seri, arus medan = beban IL arus.
Gambar 3.6
3.8 Karakteristik Generator Seri
Gambar. (3.7) (i) menunjukkan koneksi dari generator belitan seri. Karena hanya ada satu
arus (yang yang mengalir melalui seluruh mesin), arus beban adalah sama dengan arus yang
mengeksitasi.
Gambar 3.7
(i) O.C.C
Kurva 1 menunjukkan karakteristik untai terbuka (OCC) dari generator seri. Hal ini dapat
diperoleh secara eksperimental dengan mencabut gulungan medan dari mesin dan mengeksitasi
menggunakan sumber DC terpisah seperti yang dibahas di Sec 3.2.
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 7
(ii) Karakteristik Internal
Kurva 2 menunjukkan karakteristik total atau karakteristik internal generator seri. Ini
memberikan hubungan antara emf E yang dihasilkan pada beban dan arus jangkar. Karena reaksi
jangkar, fluks dalam mesin akan lebih kecil daripada fluks tanpa beban. Oleh karena itu, e.m.f. E
yang dihasilkan pada kondisi beban akan kurang dari emf yang E0 yang dihasilkan pada kondisi
tanpa beban. Akibatnya, kurva karakteristik internal terletak di bawah kurva OCC; perbedaan
diantara keduanya mewakili efek reaksi jangkar [Lihat Gambar. 3.7 (ii)].
(iii) Karakteristik Eksternal
Kurva 3 menunjukkan karakteristik eksternal generator seri. Ini memberikan hubungan
antara tegangan terminal dan arus beban IL :
V=E-
(
+
)
Oleh karena itu, kurva karakteristik eksternal akan terletak di bawah kurva karakteristik
internal dengan jumlah yang sama dengan penurunan Ohmic [yaitu, ( +
) dalam mesin
seperti ditunjukkan pada Gambar. (3.7) (ii).
Gambar 3.8
Karakteristik internal dan eksternal DC seri generator dapat diplot satu sama lain seperti
ditunjukkan pada Gambar. (3.8). Misalkan kita diberi karakteristik internal generator. Biarkan
OC garis mewakili resistan dari seluruh mesin yaitu
+
. Jika arus beban adalah OB, maka
drop tegangan pada mesin adalah AB, yaitu:
AB = drop Ohmic pada mesin = OB(
+
)
Sekarang peningkatan tegak lurus dari titik B dan menandai titik b pada baris ini sehingga
ab = AB. Maka titik b akan terletak pada karakteristik eksternal generator. Setelah prosedur yang
sama, poin lain dari karakteristik eksternal dapat ditemukan. Sangat mudah untuk melihat bahwa
kita juga bisa mem-plot karakteristik internal dari karakteristik eksternal.
3.9 Karakteristik Generator Shunt
Gambar (3.9) (i) menunjukkan koneksi dari generator belitan shunt. Arus jangkar
terpecah menjadi dua bagian; sebuah sebagian kecil
mengalir melalui belitan medan shunt
sementara bagian utama menuju ke beban eksternal.
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 8
(i) O.C.C.
O.C.C. dari generator shunt mirip bentuknya dengan generator seri seperti ditunjukkan
pada Gambar. (3.9) (ii). Garis OA merupakan resistan untai medan shunt. Ketika generator
dijalankan pada kecepatan normal, akan membangkitkan sebuah tegangan OM. Pada saat tanpa
beban, tegangan terminal generator akan konstan (= OM) yang diwakili oleh garis putus-putus
horisontal MC.
(ii) Karakteristik Internal
Ketika generator dibebani, fluks per kutub berkurang karena reaksi jangkar. Maka, emf E
yang dihasilkan pada beban lebih kecil dari e.m.f. yang dihasilkan tanpa beban. Akibatnya,
karakteristik internal (E/ Ia) turun ke bawah sedikit seperti ditunjukkan pada Gambar. (3.9) (ii).
Gambar 3.9
(iii) Kurva 2 menunjukkan karakteristik eksternal generator shunt. Ini memberikan hubungan
antara terminal tegangan V dan arus beban IL.
V=E-
=E-(
+
)
Oleh karena itu, kurva karakteristik eksternal akan terletak di bawah kurva karakteristik
internal dengan jumlah yang sama dengan penurunan sirkuit jangkar [yaitu, (IL + Ish) Ra] seperti
ditunjukkan pada Gambar. (3.9) (ii).
Catatan. Ini dapat dilihat dari karakteristik eksternal yang berubah dalam tegangan terminal
mulai tanpa beban sampai beban penuh adalah kecil. Tegangan terminal dapat selalu
dipertahankan konstan dengan menyesuaikan rheostat medan R secara otomatis.
3.10 Resistan Eksternal Kritis pada Generator Shunt
Jika resistansi beban di terminal generator shunt menurun, maka beban meningkat arus?
Namun, ada batas sampai peningkatan arus beban dengan penurunan resistan beban. Setiap
penurunan resistan beban di luar titik ini, bukan meningkatkan arus, akhirnya menghasilkan
berkurang arus. Akibatnya, karakteristik eksternal berubah kembali (kurva putus-putus) seperti
ditunjukkan pada Gambar. (3.10). Tangen OA untuk kurva merupakan hambatan eksternal
minimum yang diperlukan untuk eksitasi generator shunt pada beban dan disebut resistensi
eksternal kritis. Jika resistan dari untai eksternal kurang dari resistan eksternal kritis (diwakili
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 9
oleh garis singgung OA pada Gambar. 3.10), mesin akan menolak untuk eksitasi atau akan deeksitasi jika sudah running. Ini berarti hambatan eksternal sangat rendah hampir mebuat hubung
singkat mesin dan menjauh dari eksitasinya.
Gambar 3.10
Catatan. Ada dua resistensi kritis untuk pembangkit shunt yaitu, resistan medan kritis (I), (ii)
hambatan eksternal kritis. Untuk generator shunt untuk membangkitkan tegangan,
sebelumnya tidak boleh melebihi dan yang terakhir tidak boleh menuju bawah.
3.11 Bagaimana Menggambar O.C.C. pada Kecepatan Berbeda
Jika kita diberi O.C.C. dari generator pada kecepatan N1 konstan, maka kita dapat
dengan mudah menarik OCC setiap N2 kecepatan konstan lainnya. Gambar (3.11)
menggambarkan prosedur. Di sini kita diberi O.C.C. pada kecepatan konstan N1. Hal ini
diinginkan mencapai menemukan O.C.C. dengan kecepatan konstan N2 (diasumsikan bahwa N1
< N2). Untuk eksitasi konstan, E  N.

=
atau E2 = E1
Gambar 3.11
Seperti ditunjukkan dalam Gambar. (3.11), untuk If = OH, E1 = HC. Oleh karena itu, nilai
baru e.m.f. (E2) untuk If sama tetapi pada N2 i
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 10
E2 = HC
= HD
Ini menempatkan titik D pada O.C.C. baru di N2. Demikian pula, titik lainnya dapat
ditemukan mengambil nilai yang berbeda dari If. Tempat titik-titik ini akan menjadi O.C.C. di
N2.
3.12 Kecepatan Kritis (NC)
Kecepatan kritis generator shunt adalah kecepatan minimum di bawah ini yang gagal
untuk eksitasi. Jelas, itu adalah kecepatan yang resistan medan shunt yang diberikan merupakan
resistan kritis. Pada Gambar. (3.12), kurva 2 sesuai dengan kecepatan kritis karena garis resistan
medan shunt (Rsh) adalah tangensial terhadapnya. Jika generator berputar pada kecepatan penuh
N, OCC baru bergerak ke atas dan garis R'sh menggambarkan resistan kritis untuk kecepatan ini.
Gambar 3.12
Kecepatan
Resistan Kritis
Dalam rangka mencari kecepatan kritis, diambil sembarang titik C yang cocok pada
sumbu eksitasi dan tegak lurus sehingga memotong Rsh dan R'sh garis pada masing-masing titiktitik B dan A. kemudian,
=
atau
=N
3.13 Kondisi Pembangkit Tegangan Generator Shunt
Kondisi yang diperlukan untuk tegangan build-up di generator shunt adalah:
(i) Harus ada beberapa magnet sisa dalam kutub pembangkit.
(ii) Koneksi dari gulungan medan harus sedemikian rupa sehingga arus medan memperkuat
magnet sisa.
(iii) Hambatan dari rangkaian medan harus lebih kecil dari resistan kritis. Dengan kata lain,
kecepatan generator harus lebih tinggi dari kecepatan kritis.
3.14 Karakteristik Generator Kompon
Dalam generator kompon, baik eksitasi seri dan shunt digabungkan seperti yang
ditunjukkan pada Gambar. (3.13). Belitan shunt dapat dihubungkan langsung di sepanjang
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 11
jangkar saja (short-shunt connection S = kompon pendek) atau di sepanjang jangkar ditambah
medan seri (long-shunt connection G = kompon panjang). Generator kompon dapat dijadikan
generator kompon kumulatif atau kompon diferensial. Yang terakhir ini jarang digunakan dalam
praktek. Oleh karena itu, kita akan membahas karakteristik generator kompon-kumulatif. Dapat
dicatat bahwa karakteristik eksternal generator kompon shunt panjang dan pendek hampir
identik.
 Karakteristik Eksternal
Gambar. (3.14) menunjukkan karakteristik eksternal generator kompon secara kumulatif.
Eksitasi seri membantu eksitasi shunt. Derajat kompon tergantung pada peningkatan eksitasi seri
dalam meningkatkan arus beban.
Gambar 3.13
(i) Jika kumparan belitan seri begitu disesuaikan, maka dengan meningkatnya arus beban
tegangan terminal aka meningkat pula, hal ini disebut generator over-compound. Dalam
kasus seperti itu, karena arus beban meningkat, mmf medan seri meningkat dan cenderung
meningkatkan fluks sehingga menghasilkan tegangan. Peningkatan tegangan yang
dihasilkan lebih besar dari drop
sehingga bukannya menurun, meningkatnya tegangan
terminal ditunjukkan oleh kurva A pada Gambar. (3.14).
(ii) Jika kumparan belitan seri begitu disesuaikan, maka dengan meningkatnya arus beban,
tegangan terminal secara substansial tetap konstan, hal itu disebut generator flat-compound.
Belitan seri mesin tersebut memiliki jumlah yang lebih kecil dari kumparan mesin komponlebih, karena itu, tidak meningkatkan fluks sebanyak arus beban yang diberikan. Akibatnya,
tegangan beban penuh hampir sama dengan tegangan tanpa beban seperti yang ditunjukkan
oleh kurva B pada Gambar (3.14).
(iii) Jika belitan medan seri memiliki jumlah yang lebih kecil dari kumparan pada mesin kompon-datar,
tegangan terminal jatuh dengan meningkatnya arus beban seperti yang ditunjukkan oleh kurva C
Gambar. (3.14). Mesin seperti ini disebut generator under-compound.
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 12
Gambar 3.14
3.15 Regulasi Tegangan
Perubahan tegangan terminal generator antara beban penuh dan tanpa beban (dengan
kecepatan konstan) disebut regulasi tegangan, biasanya dinyatakan sebagai persentase dari
tegangan pada beban penuh.
% regulasi tegangan =
Dengan
100
= Tegangan terminal generator tanpa beban
= Tegangan terminal generator beban penuh
Perhatikan: bahwa pengaturan tegangan generator ditentukan dengan untai medan dan
kecepatan dipertahankan konstan. Jika pengaturan tegangan generator adalah
10%, itu berarti bahwa tegangan terminal meningkat 10% karena perubahan
beban dari beban penuh ke tanpa beban.
3.16 Operasi Paralel Generator DC
Dalam pembangkit listrik DC, listrik biasanya dipasok dari beberapa pembangkit
berkapasitas kecil yang terhubung secara paralel, bukan dari satu generator besar. Hal ini
disebabkan beberapa alasan berikut:
(i) Continuity of service (Kontinuitas layanan)
Jika generator tunggal yang besar digunakan dalam pembangkit listrik, maka dalam kasus
kerusakannya, seluruh pabrik akan ditutup. Namun, jika daya dipasok dari sejumlah unitunit kecil yang beroperasi secara paralel, maka dalam kasus kegagalan satu unit, kontinuitas
pasokan dapat dipertahankan oleh unit-unit lain yang sehat.
(ii) Efficiency (Efisiensi)
Generator berjalan paling efisien saat dibebani sesuai ukuran kapasitasnya. Biaya listrik
kurang per kWh saat output generator dibebani secara efisien. Oleh karena itu, ketika
permintaan beban pada pembangkit listrik berkurang, satu atau lebih generator dapat ditutup
(shut down) dan unit yang tersisa dapat dibebani secara efisien.
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 13
(iii) Maintenance and repair (Perawatan dan perbaikan)
Generator umumnya memerlukan rutin pemeliharaan dan perbaikan. Oleh karena itu, jika
generator dioperasikan secara paralel, operasi rutin atau darurat dapat dilakukan dengan
mengisolasi generator yang bermasalah sementara beban disuplai dari unit yang lain. Ini
mengacu pada keamanan dan ekonomi.
(iv) Increasing plant capacity (Penambahan papasitas pembangkit)
Dalam dunia modern meningkatnya populasi, penggunaan listrik terus meningkat. Ketika
diperlukan penambahan kapasitas, unit baru bisa diparalelkan dengan cara sederhana dengan
unit lama.
(v) Non-availability of single large unit (Tidak tersedia unit tunggal yang besar)
Dalam banyak situasi, satu unit berkapasitas besar yang diinginkan mungkin tidak tersedia.
Dalam hal ini bahwa sejumlah unit yang lebih kecil dapat dioperasikan secara paralel untuk
memenuhi kebutuhan beban. Umumnya unit tunggal yang besar lebih mahal.
3.17 Menghubungkan Generator Shunt Secara Paralel
Generator di pembangkit listrik yang terhubung secara paralel melalui bus-bar. Bus-bar
adalah batang tembaga tebal berat dan bertindak sebagai +Ve dan terminal -Ve. Terminal positif
dari generator yang terhubung ke +Ve sisi bus-bar dan terminal negatif ke sisi negatif dari busbar.
Gambar. (3.15) menunjukkan generator shunt 1 terhubung ke bus-bar dan memasok
beban. Ketika beban pada pembangkit listrik meningkat melebihi kapasitas generator, generator
shunt 2 dihubungkan secara paralel untuk memenuhi adanya permintaan beban meningkat.
Prosedur untuk memparalelkan generator 2 dengan generator 1 adalah sebagai berikut:
(i) Penggerak utama generator 2 dihidupkan hingga mencapai ukuran kecepatan. Sekarang
beralih S4 di sirkuit bidang generator 2 ditutup.
Gambar 3.15
(ii) Selanjutnya pemutus sirkuit CB-2 ditutup dan eksitasi generator 2 disesuaikan sampai
menghasilkan tegangan sama dengan tegangan bus-bar. Hal ini ditunjukkan pada voltmeter
V2.
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 14
(iii) Sekarang generator 2 siap disejajarkan dengan generator 1. saklar utama S3, ditutup,
sehingga menempatkan generator 2 secara paralel dengan generator 1. Perhatikan bahwa
generator 2 tidak memasok beban apapun karena yang dihasilkan emf sama dengan bus-bar
tegangan. Generator dikatakan "mengambang" (yaitu, tidak memasok listrik ke setiap
beban) pada bus-bar.
(iv) Jika generator 2 siap digunakan untuk memberikan aliran arus, maka tegangan E yang
dibangkitkan harus lebih besar dari tegangan bus-bar V. Dalam hal ini, arus yang akan
disuplai adalah I = (E - V) / Ra, dengan Ra adalah resistansi dari untai jangkar. Dengan
meningkatkan arus medan (maka menginduksi emf E), generator 2 dapat digunakan untuk
menyuplai ke beban dengan jumlah sesuai yang dibutuhkan.
(v) Beban dapat digeser dari satu generator shunt ke generator yang lain hanya dengan
menyesuaikan eksitasi medannya. Jadi jika generator 1 harus ditutup, seluruh beban bisa
digeser ke generator 2 asalkan memiliki kapasitas yang cukup untuk memasok beban itu.
Dalam hal ini, mengurangi arus suplai oleh generator 1 hingga mencapai nol (ini akan
ditunjukkan dengan ammeter A1) dengan membuka CB 1 dan selalanjut buka juga saklar
utama S1.
3.18 Load Sharing
Pembagian beban antara generator shunt secara paralel dapat dengan mudah diatur karena
karakteristik penurunan tegangannya. Beban dapat bergeser dari satu generator ke generator yang
lain hanya dengan menyesuaikan eksitasi medan. Akan dibahas pembagian beban dua generator
yang memiliki tegangan tanpa beban tidak seimbang.
Biarkan
E1, E2 = tanpa beban tegangan dari dua generator
R1, R2 = resistansi jangkar
V = tegangan terminal umum (tegangan Bus-bar)
Kemudian,
=
dan
=
Dengan demikian arus keluaran dari generator tergantung pada nilai-nilai E1 dan E3.
Nilai-nilai ini dapat diubah oleh rheostats medan. Tegangan terminal umum (atau bus-bar
tegangan) akan tergantung pada (i) EMFs generator individu dan (ii) total arus beban disediakan.
Hal ini umumnya diinginkan untuk menjaga bus-bar tegangan konstan. Hal ini dapat dicapai
dengan menyesuaikan Eksitasi bidang generator beroperasi secara paralel.
3.19 Generator Kompon Paralel
Generator under-kompon juga beroperasi memuaskan secara paralel, tetapi generator
over-compund tidak akan beroperasi secara memuaskan kecuali bidang seri mereka diparalelkan.
Hal ini dicapai dengan menghubungkan dua sikat negatif bersama-sama seperti yang ditunjukkan
pada Gambar. (3.16) (i). Konduktor yang digunakan untuk menghubungkan sikat ini umumnya
disebut equalizer bar. Misalkan dilakukan usaha untuk mengoperasikan dua generator pada
Gambar. (3.16) (ii) secara paralel tanpa bar equalizer. Jika, untuk alasan apapun, arus disuplai
oleh generator 1 meningkat sedikit, arus dalam medan seri akan meningkat dan menaikkan
tegangan yang dihasilkan. Hal ini akan menyebabkan generator 1 untuk mengambil lebih banyak
beban. Karena beban total yang dipasok ke sistem adalah konstan, arus dalam generator 2 harus
menurun dan akibatnya medan seri melemah. Karena efek ini bersifat kumulatif, generator 1
akan mengambil seluruh beban dan menyuplai generator 2 sebagai motor. Dalam kondisi seperti
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 15
itu, arus dalam dua mesin akan terarah seperti yang ditunjukkan pada Gambar. (3.16) (ii). Setelah
mesin 2 berubah dari generator menjadi motor, arus di medan shunt akan tetap berada pada arah
yang sama, namun arus dalam jangkar dan medan seri akan berbalik arah (mundur). Dengan
demikian perilaku magnetisasi tersebut membuat fluks medan seri berlawanan arah dengan
medan shunt. Ketika arus yang diambil oleh mesin 2 meningkat, aksi demagnetisasi medan seri
menjadi lebih besar dan resultan medan yang dihasilkan menjadi lemah. Resultan medan yang
dihasilkan akhirnya akan menjadi nol dan pada saat itu mesin 2 akan menghubung-singkat mesin
1, membuka pemutus dari salah satu atau kedua mesin.
(i)
(ii)
Gambar 3.16
Ketika batang (bar) equalizer digunakan, apakah tindakan stabilisasi eksis? dan mesin
tidak cenderung untuk mengambil semua beban. Untuk mempertimbangkan ini, anggap arus
disuplai oleh generator 1 meningkat [Lihat Gambar. 3.16 (i)]. Peningkatan arus tidak hanya akan
melewati medan seri generator 1 tetapi juga melalui equalizer bar dan medan seri generator 2.
Oleh karena itu, tegangan dari kedua mesin meningkat dan generator 2 akan mengambil bagian
dari beban.
Ref:
- Mehta, “Principles of Electrical Machines”, S.Chan & Company LTD., 2002
- Richard C. Dorf, “Systems Controls Embedded Systems Energy & Machines”, 3rd (2006)
Dasar Tenaga Elektrik
Kunt2014
Page 16