Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Mesin Arus Bolak balik TE091403 Part 4 : Mesin Sinkron Institut Teknologi Sepuluh Nopember August, 2012 Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 1 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 2 ACARA PERKULIAHAN DAN KOMPETENSI Pertemuan Kompetensi keDasar 10-12 Memahami 1. Motor 2. Sinkron 3. Materi Pokok Indikator keberhasilan Fitur mesin sinkron pembentukan tegangan induksi dalam m.s diagram fasor untuk kutub silndris 4. diagram fasor untuk kutub menonjol 5. modeling m.s. 6. penentuan parameter m.s. 7. pemisahan reaktansi bocor dan reaktansi jangkar 8. pembentukan torka dalam m.s. 9. aliran daya dalam m.s. 10.kerja m.s. sebagai generator 11.motor dan condensor 12.karakteristik m.s. 1. Menjelaskan prinsip kerja mesin sinkron. 2. Menjelaskan vektor diagram 3. Menjelaskan pengaturan tegangan. 4. Menjelaskan kerja parallel mesin sinkron. 5. Menjelaskan arus, daya dan torsi sinkronisasi. 6. Menjelaskan motor sinkron. 7. Menjelaskan sudut daya mesin sinkron. 8. Menjelaskan prinsip kerja kondesator sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron Prosenta se materi 21% Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 3 Konstruksi generator sinkron Stator Armature winding Shaft Rotor pole Field winding Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Konstruksi generator sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 4 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Eksitasi belitan medan 1. 2. Sistem eksitasi statis disalurkan melalui slip-ring dan brush Sistem eksitasi berputar menyatu dengan sumbu mesin tanpa sikat (brushless) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 5 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Sistem eksitasi menggunakan Slip Ring & Brushes Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 6 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Sistem eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation System) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 7 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Interaksi medan magnet rotor dan stator Operasi tanpa beban Br menginduksi EA pada stator Vf = E A Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 8 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 9 Interaction of Rotor & Stator Magnetic Fileds Operasi berbeban • Stator dihubungkan dengan beban • IA mengalir dalam stator menghasilkan medan magnet BS • BS menginduksi ESTAT pada kumparan statornya sendiri • EA =Vf + ESTAT Armature reaction voltage Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Interaction of Rotor & Stator Magnetic Fileds Operasi berbeban Br berhimpitan dengan EA BS berhimpitan dengan ESTAT Sehingga Bnet akan berhimpitan dengan Vf Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 10 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Rangkaian ekivalen dengan reaksi jangkar Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 11 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Reaksi jangkar dan Induksi tegangan sendiri (Self-Inductance Voltage) Reaktansi sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 12 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Diagram phasor untuk generator sinkron Power faktor satu (Unity power factor) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 13 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Diagram phasor untuk generator sinkron Power faktor tertinggal (lagging) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 14 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Diagram phasor untuk generator sinkron Power faktor mendahului (leading) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 15 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Daya dan torsi pada generator sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 16 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Sudut daya pada generator sinkron If RA << XS RA diabaikan Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 17 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Parameter-parameter generator sinkron 1. 2. 3. Hubungan antara arus medan dan fluks (lebih lanjut antara medan arus medan dan EA) Reaktansi sinkrom Resistansi jangkar Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 18 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Test Hubung Terbuka (Open-Circuit Test) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 19 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Karakteristik hubung terbuka (Open-Circuit Characteristic) Unsaturated Saturated Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 20 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 21 Test Hubung singkat (Short-Circuit Test) Vf = 0 Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Karakteristik Hubung singkat (Short-Circuit Characteristic) Unsaturated Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 22 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Menghitung reaktansi sinkron Untuk arus medan yang diberikan sebesar IF From OCC VOC From SCC IA Given IF Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 23 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Keterbatasan methode hubung singkat (OCC) dan hubung terbuka (SCC) (Limitation on OCC-SCC method) Note: Catatan : • EA dihitung dari OCC didalam jangkauan area (range) non-saturasi dan saturasi • IA dihitung dari SCC dalam area non-saturasi Perhitungan reaktansi sinkron XS,u akurat, jika perhitungan dilakukan pada area non-saturasi Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 24 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 25 Contoh hasil test OCC & SCC Generator sinkron 10-MVA 13-kV, 3-phase, 50-Hz, dihubungkan Y OCC If (A) 50 75 100 125 150 162.5 200 250 300 Voc (kV) 6.2 8.7 10.5 11.8 12.8 13.2 14.2 15.2 15.9 SCC Arus eksitasi If = 100-A diperlukan untuk memperoleh rating arus IA. ZPF Arus eksitasi If = 290-A diperlukan untuk memperoleh rating arus IA pada Operasi pf 0 (nol) dan tegangan rating. Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 26 Contoh hasil test OCC & SCC 1000 20 900 18 800 16 700 14 600 12 500 10 400 8 300 6 200 4 100 2 0 0 400 0 100 200 300 If (A) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron Voc (kV) Isc (A) If (A) Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 27 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 28 Reaksi jangkar dan reaktansi bocor (Armature Reaction & Leakage Reactance) Test dengan power faktor nol (Zero Power Factor /ZPF) pada at IA rating. Bnet = BR + BS Bnet ~ Er BR ~ Ea Bstat ~ -Ear Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 29 Methode Potier’s Prosedur: 1.Dapatkan P dari test ZPF 2.Dapatkan P’ dengan SCC 3.Gambarlah RP = OP’ 4.Gambarlah RS parallel sebagai inisial dari slope OCC (OS’) 5.Gambarlah SQ tegak lurus RP Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Methode Potier’s SQ = IA xl PQ = BS Voltage drop dikarenakan reaktansi bocor Magnetic fluks yang disebabkan reaksi jangkar = Ifar ~ Ear Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 30 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 31 Fluks dan induksi tegangan dalam generator sinkron (Flux and Induced Voltage in Synchronous Generator) Vt = Er - IAXl Dimana Er = Ea – Ear Bnet = BR + BS Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Kerja paralel generator sinkron (Paralleling Synchronous Generators) Tujuan mem-paralel-kan generator : 1. Memenuhi permintaan beban 2. Menaikkan level keandalan 3. Karena perbaikan dan penjadwalan/scheduling 4. Pembagian beban (Load sharing) untuk pengefisiensian operasi 4-MW 8-MW 8-MW 8-MW 4-MW Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 32 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Kerja paralel generator sinkron (Paralleling Synchronous Generators) Persyaratan dan keperluan: • Tegangan rms dari kedua generator harus sama • Urutan phasa generator-generator yang diparalel harus sama • Sudut phasa generator-generator yang diparalel harus sama • Frekuensi generator baru yang akan di-sambungkan harus sedikit lebih tinggi dari sistem yang telah berjalan (grid/running system) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 33 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Prosedur memparalelkan generator sinkron (Procedure of Paralleling Synchronous Generators) 1. 2. 3. 4. Aturlah arus medan sampai magnitude tegangan terminal sama persis Periksalah urutan phasa kedua generator. Harus sama persis Aturlah agar frekuensi generator yang akan di-sambungkan sedikit lebih tinggi. Hubungkan (tutup) saklar menghubung (tie breaker) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 34 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Memparalelkan generator sinkron Jika tegangan rms kedua sistem TIDAK persis sama. Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 35 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Memparalelkan generator sinkron Jika kedua generator TIDAK mempunyai phasa yang sama. Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 36 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Memparalelkan generator sinkron Jika kedua generator TIDAK mempunyai sudut phasa yang sama. Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 37 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Memparalelkan generator sinkron Jika kedua generator TIDAK mempunyai frekuensiyang sama. Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 38 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Memparalelkan generator sinkron Jika kedua generator TIDAK mempunyai urutan phasa yang sama. Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 39 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Speed Governor pada saat operasi sendiri (Speed Governor in Stand-Alone Operation) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 40 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Prinsip kerja Speed Droop Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 41 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Prinsip kerja Speed Droop Concept of Speed Droop Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 42 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Speed Droop pada saat operasi sendiri (Speed Droop in Stand-alone Operation) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 43 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Speed Droop pada saat operasi sendiri (Speed Droop in Stand-alone Operation) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 44 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Speed Droop pada saat operasi sendiri (Speed Droop in Stand-alone Operation) Ringkasan : • Daya aktif dan reaktif yang disupplai oleh generator akan menyesuaikan dengan permintaan beban • Set point dari Governor akan mengatur pengoperasian frekuensi (fsys). • Pengaturan arus medan digunakan untuk pengaturan tegangan terminal sistem Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 45 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Speed Droop pada saat operasi paralel dengan Power Grid (Speed Droop in Parallel Operation with Infinite Grid) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 46 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 47 Speed Droop pada saat operasi paralel dengan Power Grid (Speed Droop in Parallel Operation with Infinite Grid) fnl’ Set point increased PG’ Pload’ Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Speed Droop pada saat operasi paralel dengan Power Grid (Speed Droop in Parallel Operation with Infinite Grid) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 48 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Speed Droop pada saat operasi paralel dengan Power Grid (Speed Droop in Parallel Operation with Infinite Grid) Catatan ringkas : • Menaikkan titik setting (set point) akan menaikkan daya keluaran generator • Frekuensi dari sistem (interkoneksi) akan mengikuti frekuensi Power Grid • Menaikkan arus medan akan menaikkan jumlah daya reaktif yang dikirim ke Grid. Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 49 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Dua generator dengan rating daya sama dioperasikan paralel (Two Same Size Generator in Parallel Operation) Generator kedua memikul jumlah beban yang lebih sedikit pada waktu sesaat setelah sinkronisasi (PG2) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 50 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Dua generator dengan rating daya sama dioperasikan paralel (Two Same Size Generator in Parallel Operation) Kecepatan generator ke-dua meningkat dalam rangka mengambil beban yang lebih banyak dari generator yang lain Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 51 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Dua generator dengan rating daya sama dioperasikan paralel (Two Same Size Generator in Parallel Operation) Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 52 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 53 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 54 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 55 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Pembagian beban pada saat operasi Paralel (Power Sharing in Parallel Operation) Pembagian daya beban tanpa menggeser atau mengubah frekuensi sistem Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 56 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Pembagian beban pada saat operasi Paralel (Power Sharing in Parallel Operation) Pembagian daya beban tanpa menggeser atau mengubah tegangan terminal Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 57 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Motor Sinkron Kumparan tiga phasa stator membangkitkan medan putar BS Jika kumparan medan pada rotor menghasilkan arus, medan magnet BR akan terbangkitkan. Medan magnet ini (BR ) akan bergerak “mengejar” BS. Sehingga, rotor akan berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan magnet yang dibangkitkan oleh stator sinkron atau synchronous Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 58 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Motor Sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 59 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Motor Sinkron Dari operasi pembangkitan (Generator) ke Motor Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 60 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Motor Sinkron Dari operasi pembangkitan (Generator) ke Motor Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 61 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Torsi-Kecepatan di Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 62 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan beban di Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 63 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan beban di Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 64 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan beban di Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 65 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan beban di Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 66 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan beban di Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 67 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan beban di Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 68 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan beban di Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 69 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan Medan eksitasi pada Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 70 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan Medan eksitasi pada Motor sinkron Under-excited Over-excited Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 71 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 72 Perubahan Medan eksitasi pada Motor sinkron Synchronous VAR Compensator when P is kept minimum Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan Medan eksitasi pada Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 73 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan Medan eksitasi pada Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 74 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan Medan eksitasi pada Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 75 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan Medan eksitasi pada Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 76 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perubahan Medan eksitasi pada Motor sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 77 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Starting Motor Sinkron Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 78 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Starting Motor Sinkron Pendekatan Dasar Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 79 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Starting Motor Sinkron Menurunkan Frekuensi listrik (Reducing Electrical Frequency) Frekuensi rendah Putaran rendah medan putar Rotor mampu berakselerasi (mencapai kecepatan tertentu) Frekuensi tegangan stator kemudian secara bertahap dinaikkan sampai mencapai nilai nominal Diperlukan sumber “variable frequency variable voltage”. Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 80 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Starting Motor Sinkron Penggerak utama external (External Prime Mover) Penggerak utama membawa rotor sampai ke kecepatan nominal Medan eksitasi disambungkan Sinkronisasi dengan gridmemutuskan (disconect) penggerak utama dari sumbu rotor Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 81 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 82 Starting Motor Sinkron Armotisseur atau Damper Winding Damper winding Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Starting Motor Sinkron Armotisseur atau Damper Winding Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 83 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Starting Motor Sinkron Armotisseur atau Damper Winding Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 84 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Starting Motor Sinkron Prosedur starting menggunakan Armotisseur atau Damper Winding 1. 2. 3. Putuskan suplai sumber DC dari kumparan medan dan hubung singkatkan kumparan. Sambungkan tegangan tiga phasa pada stator motor, dan tunggu rotor bergerak berakselerasi sampai hampir mencapai kecepatan sinkron. Motor harus tidak memikul beban di sumbunya, sehingga kecepatan dapat mencapai sedekat mungkin dengan nsync. Sambungkan rangkaian medan DC pada sumber medan. Setelah tersambungkan, motor akan terkunci pada putaran sinkron dan kemudian beban mekanis dapat disambungkan dengan sumbu rotor. Mesin Arus Bolak Balik Part 4 : Mesin Sinkron 85