Mesin Arus Bolak balik - Share ITSshare.its.ac.id/pluginfile.php/1670/mod_resource/content/1/part_4... · 10.kerja m.s. sebagai generator 11.motor dan condensor ... Menjelaskan prinsip

Part 4 : Mesin SinkronMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id

TE091403

Institut Teknologi Sepuluh NopemberAugust, 2012

Mesin Arus Bolak balik

Part 4 : Mesin Sinkron

1


Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id

ACARA PERKULIAHAN DAN KOMPETENSIACARA PERKULIAHAN DAN KOMPETENSI2

Pertemuanke-

KompetensiDasar

Materi Pokok Indikator keberhasilanProsentase materi

10-12 MemahamiMotor Sinkron

1. Fitur mesin sinkron2. pembentukan tegangan

induksi dalam m.s3. diagram fasor untuk kutub

silndris4. diagram fasor untuk kutub

menonjol5. modeling m.s.6. penentuan parameter m.s.7. pemisahan reaktansi bocor

dan reaktansi jangkar8. pembentukan torka dalam m.s.9. aliran daya dalam m.s.10.kerja m.s. sebagai generator11.motor dan condensor12.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

21%


Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 3

Konstruksi generator sinkron

Stator

Rotor pole

Shaft

Armature winding

Field winding



Konstruksi generator sinkron



Eksitasi belitan medan

1. Sistem eksitasi statis disalurkan melalui slip-ring dan brush2. Sistem eksitasi berputar menyatu dengan sumbu mesintanpa sikat

(brushless)



Sistem eksitasi menggunakan Slip Ring & Brushes



Sistem eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation System)



Interaksi medan magnet rotor dan stator

Operasi tanpa beban

Br menginduksi EA pada stator

Vf = EA



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



Interaction of Rotor & Stator Magnetic Fileds

Br berhimpitan dengan EABS berhimpitan dengan ESTATSehingga Bnet akan berhimpitan dengan Vf

Operasi berbeban



Rangkaian ekivalen dengan reaksi jangkar



Reaksi jangkar dan Induksi tegangan sendiri (Self-Inductance Voltage)

Reaktansi sinkron



Diagram phasor untuk generator sinkron

Power faktor satu (Unity power factor)



Power faktor tertinggal (lagging)




Power faktor mendahului (leading)




Daya dan torsi pada generator sinkron



Sudut daya pada generator sinkron

If RA << XS RA diabaikan



Parameter-parameter generator sinkron

1. Hubungan antara arus medan dan fluks (lebih lanjut antara medan arusmedan dan EA)

2. Reaktansi sinkrom3. Resistansi jangkar



Test Hubung Terbuka (Open-Circuit Test)



Karakteristik hubung terbuka(Open-Circuit Characteristic)

SaturatedUnsaturated



Test Hubung singkat(Short-Circuit Test)

Vf = 0



Karakteristik Hubung singkat(Short-Circuit Characteristic)

Unsaturated



Menghitung reaktansi sinkron

From OCC

From SCC

Untuk arus medan yang diberikan sebesar IF

Given IF

VOC

IA



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, jikaperhitungan dilakukan pada area non-saturasi



Contoh hasil test OCC & SCC

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

Generator sinkron 10-MVA 13-kV, 3-phase, 50-Hz, dihubungkan Y

OCC

SCC

Arus eksitasi If = 100-A diperlukan untuk memperoleh rating arus IA.

ZPF

Arus eksitasi If = 290-A diperlukan untuk memperoleh rating arus IA padaOperasi pf 0 (nol) dan tegangan rating.



0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 100 200 300 400

If (A)

Isc

(A)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

If (A)

Voc

(kV

)

Contoh hasil test OCC & SCC





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 ~ ErBR ~ EaBstat ~ -Ear



Methode Potier’s

1.Dapatkan P dari test ZPF2.Dapatkan P’ dengan SCC3.Gambarlah RP = OP’4.Gambarlah RS parallel sebagai inisial dari

slope OCC (OS’)5.Gambarlah SQ tegak lurus RP

Prosedur:



SQ = IA xl

PQ = BS

Voltage drop dikarenakan reaktansi bocor

Magnetic fluks yang disebabkan reaksi jangkar = Ifar ~ Ear

Methode Potier’s



Fluks dan induksi tegangan dalam generator sinkron(Flux and Induced Voltage in Synchronous Generator)

Bnet = BR + BS

Er = Ea – Ear

Vt = Er - IAXl

Dimana



Kerja paralel generator sinkron(Paralleling Synchronous Generators)

Tujuan mem-paralel-kan generator :1. Memenuhi permintaan beban2. Menaikkan level keandalan3. Karena perbaikan dan penjadwalan/scheduling 4. Pembagian beban (Load sharing) untuk

pengefisiensian operasi

8-MW

8-MW

8-MW

4-MW

4-MW



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)

Kerja paralel generator sinkron(Paralleling Synchronous Generators)



Prosedur memparalelkan generator sinkron(Procedure of Paralleling Synchronous Generators)

1. Aturlah arus medan sampai magnitude tegangan terminal sama persis2. Periksalah urutan phasa kedua generator. Harus sama persis3. Aturlah agar frekuensi generator yang akan di-sambungkan sedikit lebih

tinggi.4. Hubungkan (tutup) saklar menghubung (tie breaker)



Memparalelkan generator sinkron

Jika tegangan rms kedua sistem TIDAK persis sama.



Jika kedua generator TIDAK mempunyai phasa yang sama.




Jika kedua generator TIDAK mempunyai sudut phasa yang sama.




Jika kedua generator TIDAK mempunyai frekuensiyang sama.




Jika kedua generator TIDAK mempunyai urutan phasa yang sama.




Speed Governor pada saat operasi sendiri(Speed Governor in Stand-Alone Operation)



Prinsip kerja Speed Droop



Concept of Speed Droop

Prinsip kerja Speed Droop



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




Speed Droop pada saat operasi paralel dengan Power Grid(Speed Droop in Parallel Operation with Infinite Grid)



fnl’

PG’

Pload’

Set point increased







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.




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 setelahsinkronisasi (PG2)



Kecepatan generator ke-dua meningkat dalamrangka mengambil beban yang lebih banyakdari generator yang lain













Pembagian beban pada saat operasi Paralel(Power Sharing in Parallel Operation)Pembagian daya beban tanpa menggeser atau mengubah frekuensi sistem



Pembagian daya beban tanpa menggeser atau mengubah tegangan terminal

Pembagian beban pada saat operasi Paralel(Power Sharing in Parallel Operation)



Motor Sinkron

Kumparan tiga phasa stator membangkitkanmedan putar BS

Jika kumparan medan pada rotor menghasilkanarus, medan magnet BR akan terbangkitkan. Medan magnet ini (BR ) akan bergerak“mengejar” BS.

Sehingga, rotor akan berputar dengan kecepatanyang sama dengan medan magnet yang dibangkitkan oleh stator sinkron atausynchronous



Motor Sinkron



Motor SinkronDari operasi pembangkitan (Generator) ke Motor



Motor SinkronDari operasi pembangkitan (Generator) ke Motor



Torsi-Kecepatan di Motor sinkron



Perubahan beban di Motor sinkron





















Perubahan Medan eksitasi pada Motor sinkron



Under-excited Over-excited




Synchronous VAR Compensator

when P is kept minimum



















Starting Motor Sinkron



Pendekatan DasarStarting Motor Sinkron



Menurunkan Frekuensi listrik(Reducing Electrical Frequency)

Frekuensi rendah Putaran rendah medan putar Rotor mampuberakselerasi (mencapai kecepatan tertentu)

Frekuensi tegangan stator kemudian secara bertahap dinaikkan sampaimencapai nilai nominal

Diperlukan sumber “variable frequency variable voltage”.




Penggerak utama external(External Prime Mover)

Penggerak utama membawa rotor sampai ke kecepatan nominalMedan eksitasi disambungkan Sinkronisasi dengan gridmemutuskan(disconect) penggerak utama dari sumbu rotor




Armotisseur atau Damper Winding

Damper winding




Armotisseur atau Damper WindingStarting Motor Sinkron



Armotisseur atau Damper WindingStarting Motor Sinkron



Prosedur starting menggunakan Armotisseur atau Damper Winding

1. Putuskan suplai sumber DC dari kumparan medan dan hubungsingkatkan kumparan.

2. 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 kecepatandapat mencapai sedekat mungkin dengan nsync.

3. Sambungkan rangkaian medan DC pada sumber medan. Setelahtersambungkan, motor akan terkunci pada putaran sinkron dan kemudianbeban mekanis dapat disambungkan dengan sumbu rotor.


Documents

Mesin Arus Bolak balik - Share ITSshare.its.ac.id/pluginfile.php/1670/mod_resource/content/1/part_4... · 10.kerja m.s. sebagai generator 11.motor dan condensor ... Menjelaskan prinsip