Metode Impedansi Sinkron

Metode Impedansi Sinkron atau Metode Emf didasarkan pada konsep penggantian efek reaksi jangkar (angker) dengan reaktansi imajiner.

Untuk menghitung regulasi, metode sinkron membutuhkan data berikut; mereka adalah resistansi jangkar per fase dan karakteristik rangkaian terbuka. Karakteristik rangkaian terbuka adalah grafik tegangan rangkaian dan arus medan. Metode ini juga membutuhkan karakteristik hubung singkat yang berupa grafik hubung singkat dan arus medan.

Di mana,

Untuk menghitung impedansi sinkron, Zs diukur, dan kemudian nilai Ea dihitung. Dari nilai Ea dan V, pengaturan tegangan dihitung.

Pengukuran impedansi sinkron dilakukan dengan metode berikut. Mereka dikenal sebagai:

• Tes resistansi DC
• Tes sirkuit terbuka
• Tes hubung singkat

Dalam pengujian ini, diasumsikan bahwa alternator adalah bintang yang terhubung dengan belitan medan DC terbuka seperti yang ditunjukkan pada diagram rangkaian di bawah ini:

Ini mengukur resistansi DC antara setiap pasang terminal baik dengan menggunakan metode ammeter – voltmeter atau dengan menggunakan jembatan Wheatstone. Rata-rata dari tiga set nilai resistansi Rt diambil. Nilai Rt dibagi 2 untuk mendapatkan nilai resistansi DC per fasa. Karena resistansi AC efektif lebih besar daripada resistansi DC karena efek kulit. Oleh karena itu, resistansi AC efektif per fase diperoleh dengan mengalikan resistansi DC dengan faktor 1,20 hingga 1,75 tergantung pada ukuran mesin. Nilai tipikal untuk digunakan dalam perhitungan adalah 1,25.

Dalam pengujian rangkaian terbuka untuk menentukan impedansi sinkron, alternator bekerja pada kecepatan sinkron terukur, dan terminal beban tetap terbuka. Ini berarti bahwa beban terputus, dan arus medan disetel ke nol. Diagram sirkuit ditunjukkan di bawah ini:

Setelah menyetel arus medan ke nol, arus medan secara bertahap ditingkatkan selangkah demi selangkah. Tegangan terminal Et diukur pada setiap langkah. Arus eksitasi dapat ditingkatkan untuk mendapatkan 25% lebih dari tegangan pengenal. Sebuah grafik dibuat antara tegangan fasa rangkaian terbuka Ep = Et/√3 dan arus medan If.

Kurva yang diperoleh disebut Open Circuit Characteristic (O.C.C). Bentuknya sama dengan kurva magnetisasi normal. Bagian linier dari O.C.C diperpanjang untuk membentuk garis celah udara.

Karakteristik Sirkuit Terbuka (O.C.C) dan garis celah udara ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Dalam pengujian hubung singkat, terminal jangkar dihubung singkat melalui tiga amperemeter seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Arus medan pertama-tama harus diturunkan ke nol sebelum memulai alternator. Setiap ammeter harus memiliki jangkauan yang lebih besar dari nilai beban penuh terukur. Alternator kemudian dijalankan pada kecepatan sinkron. Sama seperti dalam pengujian rangkaian terbuka bahwa arus medan dinaikkan secara bertahap dalam langkah-langkah dan arus jangkar diukur pada setiap langkah. Arus medan ditingkatkan untuk mendapatkan arus jangkar hingga 150% dari nilai pengenal.

Nilai arus medan If dan rata-rata pembacaan tiga amperemeter pada setiap langkah diambil. Sebuah grafik diplot antara arus jangkar Ia dan arus medan If. Karakteristik yang diperoleh disebut Short Circuit Characteristic (S.C.C). Karakteristik ini berupa garis lurus seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

Langkah-langkah berikut diberikan di bawah ini untuk perhitungan impedansi sinkron.

• Karakteristik sirkuit terbuka dan karakteristik hubung singkat digambarkan pada kurva yang sama.
• Tentukan nilai arus hubung singkat Isc dan berikan nilai tegangan alternator per fasa.
• Impedansi sinkron ZS kemudian akan sama dengan tegangan rangkaian terbuka dibagi dengan arus hubung singkat pada arus medan tersebut yang memberikan nilai EMF per fasa.

Reaktansi sinkron ditentukan sebagai

Grafiknya ditunjukkan di bawah ini:

Dari gambar di atas perhatikan arus medan If = OA yang menghasilkan tegangan alternator pengenal per fasa. Sesuai dengan arus medan ini, tegangan rangkaian terbuka adalah AB

Karena itu,

Asumsi berikut dibuat dalam Metode Impedansi sinkron diberikan di bawah ini:

• Impedansi sinkron adalah konstan

Impedansi sinkron ditentukan dari O.C.C dan S.C.C. Ini adalah rasio tegangan rangkaian terbuka dengan arus hubung singkat. Ketika O.C.C dan S.C.C linier, impedansi sinkron ZS adalah konstan.

• Fluks pada kondisi pengujian sama dengan fluks pada kondisi beban.

Diasumsikan bahwa nilai tertentu dari arus medan selalu menghasilkan fluks yang sama. Asumsi ini menimbulkan kesalahan yang cukup besar. Ketika jangkar dihubung singkat, arus dalam jangkar tertinggal dari tegangan yang dihasilkan hampir 90 derajat, dan karenanya reaksi jangkar hampir sepenuhnya mengalami demagnetisasi.

• Pengaruh fluks reaksi jangkar dapat diganti dengan penurunan tegangan yang sebanding dengan arus jangkar dan penurunan tegangan reaksi jangkar ditambahkan ke penurunan tegangan reaktansi jangkar.
• Keengganan magnet terhadap fluks jangkar adalah konstan terlepas dari faktor daya.

Untuk mesin rotor silinder, asumsi ini secara substansial benar karena celah udara yang seragam. Regulasi yang diperoleh dengan menggunakan metode impedansi sinkron lebih tinggi daripada yang diperoleh dengan pembebanan aktual. Oleh karena itu, metode ini disebut juga metode Pesimistis.

Pada eksitasi yang lebih rendah, ZS konstan, karena karakteristik rangkaian terbuka bertepatan dengan garis celah udara. Nilai ZS ini disebut Impedansi Sinkron linier atau Tak Jenuh. Namun, dengan meningkatnya eksitasi, efek saturasi adalah menurunkan ZS dan nilai-nilai di luar bagian linier dari rangkaian terbuka yang disebut sebagai Nilai Jenuh dari Impedansi Sinkron.