ANALISIS ARUS PERALIHAN GANGGUAN HUBUNG SINGKAT TIGA FASA PADA GENERATOR SINKRON MENGGUNAKAN METODE PARK D-Q

Transkripsi

1 Prng Pernn Peneltn Pergurun Tngg untuk Menngktkn Mutu Penkn Nsnl lm Rngk Pekn Ilmh Unversts Islm SumternUtr (UISU), Men, 7- Februr ISSN : ANALISIS ARUS PERALIHAN GANGGUAN HUBUNG SINGKAT TIGA FASA PADA GENERATOR SINKRON MENGGUNAKAN METODE PARK D-Q Suwtn Jurusn Teknk Elektr Fkults Teknk Unversts Ru Kmpus Bn Wy Km,5 Pnm-Ru, 893 Innes. ABSTRAK Anlss knerj rus gnggun tg fs p genertr snkrn 3 tg sjkn p tulsn n. Kns knerj gnggun terj p genertr snkrn sebbkn perubhn bebn lstrk secr menk. Penyelesn nlss secr ter, melbtkn sutu stus elektrmgnetk yng rumt n pers mtemtk yng sult. Bersrkn persmn umum prk - engn menemptkn sumbu - p suut berubh ubh pt perleh. Tulsn n menunjukkn bhw persmn knerj r genertr snkrn menggunkn met prk - menj seerhn n slus yng sngt seerhn. Hsl smuls memberkn nfrms pentng untuk pemlhn CB yng sesu n perltn prteks sepert nl prmeter ru lstrk mksmum Kt Kunc : Arus Gnggun Tg Phs, Mete Prk D-Q Penhulun St terj gnggun sepert hlny hubung sngkt p sstem, mesn sebg genertr kn mengrmkn rus hubung sngkt untuk beberp sklus setelh hubung sngkt terj. Arus yng hslkn, pt menghslkn rus hubung sngkt engn mgntue yng sngt besr sektr smp 5 kl kut rus nmnlny. Jk rus hubung sngkt yng besr n, knsums leh perltn lstrk, mk pt mengkbtkn resk keruskn p perltn. Untuk mengts resk keruskn perltn kbt rus hubung sngkt, pergunkn sutu perltn pengmn yng sebut sstem prteks. Menentukn rus hubung sngkt p sstem teng lstrrk mempuny tujun untuk memlh pemutus rngkn (crcut breker) tu fuse yng sesu n perltn prteks ln yng sesu. Pemn lm pemlhn lt pengmn (CB) n perltn prteks lnny bsny menggunkn sutu nlss terts yng lengkp n melbtkn sutu stus elektrmgnetk yng rumt n pers mtemtk yng sult. Penektn yng bs lkukn lh melkukn nlss knerj perlhn p genertr snkrn st terj hubung sngkt. Kns perlhn p genertr sebbkn leh perubhn bebn elektrs tu meknk secr tb-tb. Menentukn rus mksmum hubung sngkt bukn merupkn hl yng bru, tetp p umumny penentun engn menggunkn mete knvensnl. Anlss mete knvensnl tersebut, menghslkn sutu persmn fluks, tegngn n rus genertr yng berrer 5 (lm). Ogbnny I Okr, (5) telh menyjkn nlss perlhn p sstem bntln mgnet ktf engn menggunkn mel mtemts vrble ken re 6 (enm). Anlss sstem re enm selm perlhn n, lkukn engn bntun prgrm kmputs (Rnge Kutt). Suwtn, Ey Hmn,(5) telh menyjkn nlss trnsent rus hubung sngkt u fs p trnsfrmtr engn menggunkn met prk αβ khususny hubung sngkt fs n fs. Anlss n telh perleh unjuk kerj rus hubung sngkt n wktu perlhn p st terjny hubung sngkt ss bebn. Anlss perlhn engn slus prk αβ sngt sult, kren prmeter mutul nuktnsny merupkn fungs terhp wktu. Rbu, 7 Februr -9-

2 Anlss Arus Perlhn Gnggun Hubung Sngkt Tg fs p Genertr Snkrn Menggunkn Mete Prk D-Q Ynursyh Hren, Pekk Arg Dhn, (984) telh menyjkn nlss mtr tk serempk tg fs engn met Prk Kmplek. Dlm nlss n lkukn engn mengbkn prmeter thnn ss sttr n rtr. Dr hsl smuls telh perleh nfrms pentng berup besrn lstrk mksmum sepert tegngn, rus, n trs mksmum yng gunkn lm sn nverter n mtr lstrk. Permslhn p tulsn n lh prses perhtungn lm menentukn besrn hubung sngkt engn met knvensnl, mempuny prmeter perncngn yng cukup rumt n kmplek. Bersrkn permslhn tersebut ts tulsn n mencb untuk menyeerhnkn met knvensnl (sstem re lm) tersebut ytu engn mengjukn nlss perlhn rus hubung sngkt tg fs p genertr 3 fs engn met prk -. Sstem - lh sutu sstem yng mengmbl sumbu hrzntl sebg sumbu n sumbu vertkl sebg sumbu. Pemeln tersebut knsekuensny prmeter perncngn menj seerhn sehngg penentun prmeter yng butuhkn untuk menptkn knerj yng ngnkn semkn cept. Dlm pembhsn mbl mel genertr lstrk 3 fs slnrs, yng mempuny 3 beltn smetrs p ss sttr, n beltn p ss rtr. Bentuk fsk genertr snkrn jens slnrs lstrk 3 fs slnrs pt tunjukn p gmbr. Gmbr. Pemeln genertr Snkrn Slnrs 3 fs yng terr r 3 beltn sttr n fs beltn rtr Pemeln rung vektr secr lngsung kn perleh persmn mesn snkrn yng mempuny rer 5 x 5. Hubungn persmn fluks lstrk n rus pt tuls : [ φ ] [ L ( θ )][. I ]... () mn [ φ ] : mtrk klm fluks L [ θ ] : mtrk nuktns [ ]: mtrk klm rus Untuk mesn lstrk 3 fs hubungn yng lebh lengkp pt rnc sebg berkut: φ s Ls Ms Ms s csθ snθ φsb Ms Ls Ms. sb + csλ snλ. φsc Ms Ms Ls sc csλ snλ s φ r M sr csθ csλ csλ Lr. sb +. φ r snθ snλ sn Lr λ sc...() engn L s lh mtrk nuktns senr sttr, L r lh mtrk nuktns senr rtr. M sr ( θ ) lh mtrk nuktns mutul sttr n rtr. r r r r V s L s M s V sb M s L s V sc M s M s V r M sr csθ M sr cs λ V r M sr snθ M sr sn λ M s M s L s M sr csλ M sr snλ M sr csθ M sr cs λ M sr csλ L r M sr snθ s L s M s M sr sn λ sb M s L s ( ) θ M sr snλ sc + M s M s t t θ r M sr csθ M sr cs λ L r r M sr snθ M sr sn λ M s M s L s M sr csλ M sr snλ M sr csθ M sr cs λ M sr csλ L r M sr snθ s M sr sn λ sb M sr snλ sc r L r r.....(3) Persmn Tegngn Secr rnc persmn tegngn yng pt tuls; engn λ θ π / 3 n λ θ 4π / 3. Anlss perlhn engn menggunkn slus persmn ts sngt sult kren mengnung kefsen yng berubh terhp wktu sebg kbt ny nuktns mutul yng merupkn fungs r pss rtr. Untuk tu gunkn met prk - yng kn mentrnsfrmskn sstem 3 fs menj fs. Rngkn ekvlen trnsfrms 3fskesstem khyl fs, tk menghlngkn Rbu, 7 Februr --

3 Anlss Arus Perlhn Gnggun Hubung Sngkt Tg fs p Genertr Snkrn Menggunkn Mete Prk D-Q prnsp-prnsp yng sebenrny, kren lm mentrnsfrmskn mempergunkn hrghrg mtrk trnsfrms sr [A] n [A] -. Penentun mtrk trnsfrms sr [A] n [A] - engn menggunkn nls kerptn fluks, pt tunjukkn p gmbr n gmbr 3 engn vektr slng tegk lurus, plh seemkn rup sα berhmpt engn s. P gmbr n gmbr 3 terpt sutu ttk M lm rung, engn menggunkn nlss kerptn fluks ttk M leh 3 fs (B M3 ) sm engn kerptn fluks sstem fs (B M ) Gmbr. Mel mesn snkrn slnrs engn ttk M lm rung vektr sstem 3 fs vrbel bc Gmbr 3. Mel mesn snkrn slnrs engn ttk M lm rung vektr sstem fs vrbel s csϕ + sb csϕ + 3 snϕ +.. B + M 3 kn3 sc csϕ 3 snϕ.. cs( θ ϕ) + sn( θ ϕ) BM sα csϕ + sβ snϕ + cs( θ ϕ) + sn( θ ϕ) Mengngt B M 3 BM n pemshn kmpnen fluks lm fktr cs θ, sn θ, cs ( θ ϕ), n sn pt perleh hubungn : ( θ ϕ) s s sα sb sβ sc 3 3 mn blngn yng hrus memenuh persyrtn mtrk rthnrml, kren mtrk [A s ] lh mtrk rthnrml suh pst bersft rthgnl, sehngg terpt hubungn A t A. J nverse mtrk [ A] : [ ] [ ] [ ] A n [ A ] Dr huhungn ts, sstem yng bru vrbel sumbu αβ terhp sumbu bc lh: [ X ] [ A] [ X ] αβ s bc s (4) Kemun r gmbr pt ekvlenkn menj gmbr 4, mellu trnsfrms sumbu αβ - sumbu sepert bwh n: Gmbr 4. Mel Mesn snkrn belt sttr 3 fs ubh menj sstem khyl beltn fs αβ. Dr gmbr 4 pt hubungn fluks n rus ; φ L + m csθ + snθ φ r r r sr r Lssβ + msr ( sα s β ) ( snθ csθ ) sα s β Rbu, 7 Februr --

4 Anlss Arus Perlhn Gnggun Hubung Sngkt Tg fs p Genertr Snkrn Menggunkn Mete Prk D-Q tu pt tuls lm bentuk mtrk perleh hubungn : X csθ snθ Xα tu X snθ csθ Xβ X csθ snθ X α X snθ csθ X β X X Dr huhungn ts pt tuls : [ X ] [ B ] [ X ] s αβ...(5) mn : csθ snθ [ B ] s snθ csθ, sengkn mtrk [B s ] lh j nt [ ] [ Bs ] Bs, sehngg et[ Bs ] csθ snθ mtrk [ B ] s snθ csθ Kemun r hubungn gmbr n gmbr 4 pt hubungn: [ X αβ s ] [ A] [ X bc s ] n [ X ] [ B ] [ X ] s αβ Jk mbl persmn (4) n persmn (5) n substuskn kn perleh : X K X.....(6) [ ] [ ] [ ] bc Sehngg perleh hubungn trnsfrms sr sebg pengubh besrn bru (rngk referens) sumbu n sumbu vrbel bc yng kt kenl mtrk A : [ K] [ B ] [ A] s Sehngg perleh nverse mtrk [K]: cs( θ ) cs( θ π K sn( θ ) sn( θ π sn( θ 4π 3 [ ] Dengn turn jn mtrk nverse [K] -, perleh mtrk [K] : [ K] cs( θ ) cs( θ π / 3 sn( θ ) sn( θ π sn( θ 4π Bersrkn trnsfrms bru nverse mtrk A perleh hubungn ntr rus bru I n rus lm bc : cs( θ ) sn( θ ) 3 cs( θ π sn( θ π s sn( θ 4π. sb sc.... (7) Dr mengnversekn trnsfrms mtrk [A] - pt perleh hubungn ntr mtrk rus sttr s, sb, sc engn rus fs,, n (beltn rtr) s cs( θ ) sn( θ ) sb cs( θ π sn( θ π. sc sn( θ 4π / 3....(8) Dr persmn mtrk rus ts secr eksk pt jug efnskn hubungn ntr tegngn rtr terhp tegngn sttr : e e e cs( θ ) sn( θ ) 3 cs( θ π sn( θ π es sn( θ 4π. esb esc..(9) Persmn tegngn ktulny pt perleh engn nverse trnsfrms p persmn (9) yng khrny perleh persmn sebg berkut : es cs( θ ) esb cs( θ π esc sn( θ ) sn( θ π sn( θ 4π / 3 e. e e () Tegngn jngkr e yng bngktkn lh genertr lh jumlh r tegngn nternl yng sebbkn fluks celh ur n fluks utm kurng fluks-fluks jngkr lkl, n tegngn kbt resstns beltn jngkr r, Dengn menggunkn hubungn kmpnen smetrs + b + c 3, n nl substuskn p persmn (8), sehngg persmn menj: e p( φ csθ + φ snθ ) + L p + r....() Rbu, 7 Februr --

5 Anlss Arus Perlhn Gnggun Hubung Sngkt Tg fs p Genertr Snkrn Menggunkn Mete Prk D-Q Dengn cr yng sm kn perleh tegngn jngkr p fs lnny: e b p( φ cs( θ π / 3) + φ sn( θ π / 3)) + L p + r () e p( φ cs( θ 4π / 3) + φ sn( θ 4π / 3)) + L p + r. c (3) Dmn besrn bru ts lh: L Ls + Lm, L L 3L m, φ φm + L., n φ φ + L. m Besrn φ n φ lh fluks lngkup ttl. Persmn untuk tegngn e, e, n e pt perleh engn mengembngkn n menyusun kembl persmn ts engn menggunkn nl n e r trnsfrms persmn (8) θ n ( ) n hsl ferensl tu yng t bs tuls ρθ ω, sehngg perleh persmn sebg berkut : e e csθ + e snθ + e.. (4) Kemun persmn () substuskn ke persmn (4) menj : e pφ + ωφ + r. es ωφ + p s φ e ( rs + pl ) s s + r. s.....(5) Jk lm ken mntp tegngn n rus tg fs lm kns sembng, mk besrn e n mempuny nl. Dengn kt ln tk mempengruh sstem, sehngg persmn menj e pφ + ωφ s + rs......(6) es ωφ + pφs + rs. Kemun engn mengembngkn r persmn (7) n (9) perleh tegngn yng terpt p rtr : er rr. r + pφr er rr. r + pφr. (7) Dengn memperhtkn gmbr 5. sutu mesn snkrn yng ber tegngn eksts V f n lr rus eksts I f, n lengkp beltn perem f -f, engn lengkp sklr untuk menghubung sngktkn bebn. Dengn tujun untuk melht respn trnsen mesn snkrn p st terj hubung sngkt. Gmbr 5. Menunjukkn mesn snkrn engn perlengkp sklr untuk menghubung sngktkn bebn. P st sklr S msh terbuk engn kt ln kns mesn snkrn tnp bebn persmn rus, fluks, n tergngn sebg berkut: P st tnp bebn rus bebn lh nl sengkn rus eksts besrny lh f mpere. Besrn lrn rus yng menglr p ss sttr mupun rtr s sb sc r f sα sβ n r s Ken strbus fluks yng melewt sttr mupun rtr φ L. + L L. s sr sr φs Ls. + Lsr. φr Lr. f + Lsr. Lr. f f φr Lr. + Lsr. Ken tegngn yng terj sttr mupun rtr e rs. + p( Lsr. f es rs. ω( Lsr. f ) + p. ω( Lsr. f er rr. + p( Lr. f ) er rr. + p. f ) + ω. p( Lsr. f P st sklr perskn tu tekn mk ss bebn terj hubungn sngkt. Besrn tegngn hubung sngkt p st terj hubung sngkt lh tegngn termnl jngkr semuny bernl nl, ) ) Rbu, 7 Februr -3-

6 Anlss Arus Perlhn Gnggun Hubung Sngkt Tg fs p Genertr Snkrn Menggunkn Mete Prk D-Q sengkn tegngn p ctu y eksts tetp sebesr V f sehngg perleh besrn sepert bwh n : es esb esc er V f n e es er J perubhn tegngn r kns hubung sngkt n bebnnl lh : e e h s e bn es es hs es bn ωlsr. er er hs er bn V V er er hs er bn Persmn mtrk ts kt pshkn prmeter kefsen rus yng mengnung ferensl n yng tk, sehngg perleh mtrk bwh n: e rs ωls ωlsr. es ωls rs ωlsr s er r r r er rr r Ls Lsr Ls Lsr s.p L r sr Lr Lsr Lr r...(8) Mete Peneltn Bhn yng pergunkn p tulsn n genertr snkrn rtr slnrs tg fs engn y,3 kw, tegngn eksts 5 Vlt, putrn 5 rpm, rus eksts, Ampere. Untuk menguj gejl perlhn rus hubung sngkt p genertr snkrn 3 fs, pergunkn metlg melput; memelkn bentuk fsk mesn lstrk yng sebenrny kelm bentuk rngkn ekvlen. Kemun merubh rngkn ekvlen 3 fs (vrbel bc) menj fs (vrbel αβ ) n menentukn persmn genertr lstrk sert persmn trnsfrms r vrbel fs bc menj vrbel αβ. Kemun merubh sstemαβ ke sstem sert menentukn persmn trnsfrms r vrbel fsαβ menj vrbel. Menentukn sutu persmn genertr lstrk lm ken bebn nl untuk menentukn persmn tegngn n rus sttr n rtr, sert menentukn sutu persmn mesn lstrk lm ken hubung sngkt untuk menentukn persmn tegngn n rus sttr n rtr. Menghtung perubhn tegngn yng terj, n menentukn hubungn ntr perubhn tegngn n perubhn rus. Akhrny menghtung perubhn rus yng terj engn menyeleskn persmn fferensl ntr perubhn tegngn n perubhn rus. Menghtung rus hubung sngkt n menguj vlts nlss prses perhtungn n smuls lkukn engn menggunkn kmputer. Hsl Peneltn Sebg lustrs gunkn genertr snkrn slnrs 3 fs yng mempuny rtng y,3 KW, V eksts 5 Vlt, V jngkr /38 Vlt. Bersrkn hsl pengukurn perleh prmeter; R s 3,58 Ω, R r 4,4 Ω, L r,48 Henry, L s L sb L sc,74 Henry, rus eksts f, Ampere, tegngn jngkr Vlt, putrn mesn 458 rpm(57,7 r/etk). Hsl pengukurn ts perleh prmeter mutul nuktns ntr beltn sttr n beltn rtr lh : M V. f Vlt 4,757H.3,4.458 r / et k.,a 6 ω S muls lkukn engn memechkn persmn ferensl (8) engn menggunkn met ntegrs trpezum. Besrn perubhn tegngn e, es, er, n er telh kethu, sehngg secr numerk pt perleh hrg perubhn rus,,, n. Nl rus perlhn s r r system prk - p st terj hubung sngkt perleh engn menjumlhkn rus bebn nl n perubhn rus yng terj. Hrg perubhn rus 3 fs -b-c p genertr snkrn slnrs seleskn secr numerk engn pket prgrm bntun Mtlb 5.3. Penentun rus perlhn p sstem 3 fs -b-c pt perleh engn bntun persmn (). Gmbr 6, berkut memperlhtkn hsl smuls r vrs rus hubung sngkt terhp wktu, untuk rus fs ( s ), fs b ( sb ) n fs c ( sc ). Rbu, 7 Februr -4-

7 Anlss Arus Perlhn Gnggun Hubung Sngkt Tg fs p Genertr Snkrn Menggunkn Mete Prk D-Q Gmbr 6. Smuls respn rus hubung sngkt fs, fs b, n fs c. Gmbr 6 menunjukkn respn rus hubung sngkt p fs, fs b, n fs c p genertr snkrn slnrs, respn rus mul r hrg tertngg n selnjutny berkurng menuju kerh hrg knstn, setelh beberp st terjny hubung sngkt. Nl-nl wl rus mksmum hubung sngkt berbe p setp fs, fs b, n fs c yng prprsnl secr berturut-turut terhp cs θ, cs( θ π / 3) n / 3), tetp ketg rus menurun menuju kns mntp engn knstnt wktu yng sm. Besr rus mksmum st terj hubung sngkt mencp 8 Ampere kemun Rbu, 7 Februr -5-

8 Anlss Arus Perlhn Gnggun Hubung Sngkt Tg fs p Genertr Snkrn Menggunkn Mete Prk D-Q berngsur turun menuju nl knstn sektr Ampere setelh berlngsung 8 sklus. Mksuny terj penngktn rus st terj hubung sngkt sebesr 9 kl rus bebn penuh nrmlny ( Ampere). Arus perlhn hubung sngkt terj r pertm hubung sngkt menuju kns mntp keseluruhn membutuhkn cycle. Respn rus hubung sngkt bk rus fs ( s ), fs b ( sb ) n fs c ( sc ) memperlhtkn bhw rusrus hubung sngkt ke tg fsny bentukny tk semetrs selm cycle pertm setelh hubung sngkt terj. Kesmpuln Dr hsl smuls genertr snkrn rtr slnrs 3 fs besrn-besrn yng pentng sepert hlny rus punck mksmum st terj hubung sngkt, n bnykny sklus penurunn rus hubung sngkt r nl mksmum smp nl knstn bs lngsung pt. Dengn kt ln pt ktkn bhw nlss yng jukn cukup efsen, kren rus punck mksmum n bnykny sklus r kns perlhn menuju kns mntp lngsung pt perleh. Dftr Pustk Emertus, (984), Trnsent Phenmen n Electrcl Mchnes, Oxfr. Ogbnny I. Okr, (5), Trnsent Stte Anlyss f n Actve Mgnetc Berng (AMB) System wth Sx Degree f Frems MATLAB, The Psfc Jurnl f Scence n Technlgy Unversty f Neger, Vlume 6, Number. Suwtn, (5), Anlss trnsent rus hubung sngkt u fs p trnsfrmtr. Prceeng Plteknk Brwjy Mlng Ynursyh Hren, n Pekk Arg Dhn, (984), Anlss Mtr Tk serempk Tg Fs Dengn Met Prk Kmpleks, Prceengs ITB, Vl., N.//3. Rbu, 7 Februr -6-