Amerika Serikat Generator hidro

1. Ringkasan dan struktur generator hidroelektrik

Generator hidro mengacu pada generator yang menggunakan turbin air sebagai penggerak utama untuk mengubah energi air menjadi energi listrik. Ketika air mengalir melalui turbin, energi air tersebut diubah menjadi energi mekanik, dan poros putar turbin kemudian menggerakkan rotor generator untuk mengonversi energi mekanik tersebut menjadi energi listrik yang dapat dihasilkan. Generator hidro merupakan peralatan pembangkit utama pada pembangkit listrik tenaga air yang berfungsi untuk memproduksi energi listrik.

Generator hidro dapat dibagi menjadi generator hidro sinkron dan generator hidro asinkron. Pada pembangkit listrik tenaga air berukuran kecil dan menengah, pada dasarnya digunakan generator hidro sinkron, dan hanya pembangkit listrik tenaga air mikro berukuran kecil yang menggunakan generator hidro asinkron. Secara umum, generator hidro merupakan generator sinkron.

Generator hidroelektrik dapat dibagi menjadi tipe vertikal dan tipe horizontal berdasarkan posisi sumbu. Unit berukuran besar dan menengah umumnya menggunakan tata letak vertikal, sedangkan tata letak horizontal biasanya diterapkan pada unit berukuran kecil dan unit tubular. Berdasarkan mode penopangan bantalan pandu, generator hidroelektrik vertikal dibagi lagi menjadi tipe suspensi dan tipe payung.

Kecepatan putaran turbin air relatif rendah, terutama pada turbin air vertikal. Untuk menghasilkan arus bolak-balik 50 Hz, generator turbin air menggunakan struktur kutub magnet dengan banyak pasang. Pada generator turbin air yang berputar 120 putaran per menit, diperlukan 25 pasang kutub magnet. Karena sulit untuk memvisualisasikan struktur dengan terlalu banyak kutub magnet, berikut ini disajikan sebuah model generator turbin hidrolik dengan 12 pasang kutub magnet.

Rotor generator hidroelektrik menggunakan struktur kutub menonjol. Gambar 1 memperlihatkan yoke dan kutub magnet pada generator tersebut. Kutub magnet dipasang pada yoke, yang berfungsi sebagai jalur bagi garis-garis medan magnet dari kutub magnet itu. Model generator ini memiliki 24 buah kutub magnet yang terletak antara kutub utara dan kutub selatan, dan setiap kutub magnet dililiti oleh kumparan eksitasi. Sumber daya eksitasi disuplai oleh generator eksitasi yang dipasang di ujung poros utama, atau melalui sistem eksitasi thyristor eksternal (dengan daya disalurkan ke kumparan eksitasi melalui cincin pengumpul).

Gambar 1 – Rotor generator hidro memiliki beberapa pasang kutub magnet

Yoke magnetik dipasang pada penopang rotor, poros utama generator dipasang di tengah penopang rotor, dan generator eksitasi atau cincin pengumpul dipasang pada ujung atas poros utama. Ujung bawah poros dilengkapi dengan flensa yang menghubungkan turbin air, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2 - rotor generator hidro

Inti stator generator terbuat dari lembaran baja silikon dengan konduktivitas magnetik yang baik. Banyak alur tersebar secara merata pada lingkaran bagian dalam inti untuk menempatkan kumparan stator, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3 – inti stator generator hidro

Kumparan stator tertanam dalam alur stator untuk membentuk belitan tiga fase. Setiap belitan fase terdiri dari beberapa kumparan dan disusun sesuai dengan aturan tertentu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 – gulungan stator generator hidro

Generator turbin air dipasang pada dermaga turbin beton cor, yang menjadi dasar pemasangan. Dasar tersebut bukan hanya merupakan tempat pemasangan inti stator, tetapi juga berfungsi sebagai rumah dari generator turbin air. Perangkat pembuangan panas dipasang pada rumah dasar untuk menurunkan suhu udara pendingin generator; rangka bawah juga dipasang pada dermaga turbin, dan rangka bawah tersebut dilengkapi dengan bantalan dorong untuk memasang rotor generator. Bantalan dorong tersebut mampu menahan beban putaran, getaran, benturan, serta gaya-gaya lain yang timbul pada sub-sistem. Lihat Gambar 5.

Gambar 5 – Pilar turbin, pondasi, dan rangka bawah generator hidroelektrik

Pasang inti stator dan kumparan stator pada dasar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6 – stator generator hidro

Rotor dimasukkan ke tengah stator dan memiliki celah kecil dengan stator. Rotor didukung oleh bantalan dorong pada rangka bagian bawah dan dapat berputar secara bebas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.

Gambar 7 – stator dan rotor yang dipasang pada dasar

Pasang rangka atas. Sebuah bantalan pandu dipasang di tengah rangka atas untuk mencegah poros utama generator bergetar dan menjaganya tetap stabil pada posisi tengah, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8 – lantai yang tidak tertutup pada generator turbin

Setelah pemasangan lantai platform atas dan pemasangan perangkat sikat atau motor eksitasi, dilakukan pemasangan model generator hidroelektrik, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 9 - model generator turbin

Model generator hidro di atas memiliki 12 pasang kutub magnet, dan putaran rotor akan menimbulkan 12 siklus gaya gerak listrik bolak-balik tiga fase. Ketika kecepatan putar rotor adalah 250 rpm, frekuensi arus bolak-balik yang dihasilkan adalah 50 Hz.

2. Hubungan antara kecepatan terukur dan logaritma kutub magnet pada generator hidroelektrik

Frekuensi gaya gerak listrik yang dihasilkan oleh generator hidroelektrik memenuhi persamaan f = Pn / 60 (Hz), di mana P adalah jumlah kutub generator dan n adalah kecepatan putaran rotor. Di Tiongkok, f = 50 Hz, sehingga hubungan antara kecepatan dan jumlah kutub adalah: n = 3000 / P. Artinya, jika P = 1, kecepatan generator adalah 3000 r/min (turbin uap biasanya dipasangkan dengan sepasang generator sinkron); jika P = 2, kecepatan generator adalah 1500 r/min; jika P = 3, kecepatan generator adalah 1000 r/min; dan seterusnya. Kecepatan terukur generator hidroelektrik didahulukan atas kecepatan-kecepatan berikut (r/min) yang merupakan pilihan tengah: 1500, 1000, 750, 600, 500, 428,6, 375, 333,3, 300, 250, 214,3, 200, 187,5, 166,7, 150, 142,9, 136,4, 125, 115,4, 107,1, 100, 93,8, 88,2, 83,3, 75, 71,4, 68,2, 62,5, 60.