Waktu dan Tempat Pelaksanaan Hasil Pengukuran Arus dan Tegangan Pada Generator Sinkron

16

BAB III METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Penelitian dilaksanakan pada Januari-Juni 2015 di Lab Teknologi Mekanik Kapus III Paingan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

B. Desain Penelitian

Penelitian ini adalah penelitian eksperimen untuk mengukur impedansi Zs generator dengan kerangka akrilik. Langkah-langkah dalam penelitian ini meliputi :

1. Desain ukuran rangka

Generator sinkron didesain menggunakan coreldraw X5. Jumlah dan ukuran magnet sebagai tolak ukur awal perancangan generator sinkron. Penggunaan coreldraw X5 karena program ini sesuai dengan program pemotong akrilik. Desain rangka generator sinkron dinyatakan pada gambar 3.1. Bagian rancangan generator sinkron adalah a. Rangka rotor adalah tempat magnet menempel dengan diameter 2,65 cm dan tebal 0,5 cm yang terdiri dari 4 rangka sehingga tebalnya menjadi 2 cm. Sedangkan lubang pada bagian tengah berdiameter 0,48 cm yang berfungsi sebagai tempat masuknya as. b. Pada no 2 rangka stator adalah tempat lilitan kawat email dengan diameter total 5,65 cm, tebal 0,5 cm dan lubang pada bagian tengah berdimeter 055 cm . Rangka ini berjumlah satu pasang . c. Rangka stator adalah bagian yang berfungsi sebagai tempat laker. Rangka ini memimiliki diameter 3,25 cm, tebal 0,5 cm, lubang pada bagian tengah berdiameter 0,95 cm dan rangka ini berjumlah satu pasang. d. Rangka stator adalah bagian yang berfungsi untuk penghubung rangka no 2. Memiliki panjang 2,5 cm, tebal 0,5 cm, tinggi 2,5 cm dan berjumlah delapan buah rangka. Rangkaian alat pada coreldraw X5 yang dipakai saat penelitian ditunjukan pada gambar 3.1. Gambar 3.1. Desain rangka generator sinkron pada coreldraw x5. 1 Rotor, 2 Stator, 3 Stator, 4 Stator. Foto rangaka generator yang dipakai pada saat penelitian ditunjukan pada gambar 3.2. Gambar 3.2. Foto rangaka generator sinkron.

2. Menggunakan seng galvanis

a. Seng dalam Seng digunakan sebgai pelapis rangka no 1, setelah dilapisi baru dipasang magnet di atas seng yang menempel pada rangka no 1. Seng yang digunakan memiliki ketebalan 0,4 mm. Seng memiliki permeabilitas µ yang tinggi karena bahan tersebut dilapisi oleh baja yang termasuk benda-benda ferromagnetik sehingga arus yang dihasilkan bertambah besar. b. Seng luar Seng dipasang pada jalur lilitan pada rangka no 2, dengan mengikuti bentuk rangka. Fungsinya sama sebagai penguat arus listrik.

3. Jenis, ukuran dan jumlah magnet yang digunakan

Jenis magnet yang digunakan pada generator sinkron ini adalah magnet ND- 35 berbentuk koin dengan diameter 2 cm dan tebal 2 mm. Mangnet yang digunakan berjumlah 8 buah. Magnet ND-35 digunakan dalam perancangan generator sinkron karena magnet ND-35 bersifat permanen dan kuat. Magnet ND-35 memiliki beberapa unsur yaitu Br dan Hcb. Br adalah densitas fluks magnet sebesar 12,1 KGs 1,21 T dan Hcb adalah resistensi bahan untuk mengalami kerusakan magnetik sebesar 11,4 KOe 0,1432 KAm [Magcraft, 2007]. Gambar 3.3. Magnet ND-35.

4. Lilitan kawat email

Dalam melilit kawat email pada generator sinkron harus diperhatikan arah lilitan kawat email. Dalam melakukan lilita pilih arah awal lilitan bisa searah jarum jam atau sebaliknya, lakukan lilitan searah jarum jam sampai jumlah tertantu lalu sisi berikutnya berlawanan dengan arah jarum jam sampai kembali ke lilitan pertama lakukan seperti itu sampai ke kumparan awal. Jumlah kumparan generator sinkron terdiri dari 5 buah kumparan dalam satu sisi. Masing-masing kumparan memiliki 20 lilitan. Kumparan tersebut menggunakan kawat email berdiameter 0,5 mm. Generator sinkron memiliki 8 sisi dengan demikian jumlah total lilitan sebanyak 800 lilitan. Gambar penampang generator ditunjukan pada gambar 3.4. a b Gambar 3.4. aBentuk generator sinkron menggunakan seng luar,b Bentuk generator sinkron tidak menggunakan seng luar. Foto set alat dan ragkaian alat yang dipakai saat penelitian ditunjukan pada gambar 3.5 dan 3.6. Gambar 3.5. Set alat generator sinkron saat penelitian di laboratorium teknologi mekanik Universitas Sanata Dharma. Gambar 3.6. Rangakaian alat generator sinkron yang disusun secara vertikal pada mesin driling. Keterangan alat: 1. Mesin driling 2. Generator sinkron 3. Lampu 4. Alat ukur 5. Kabel penghubung

C. Parameter Yang Diukur

Parameter yang diukur dalam eksperimen ini adalah sebagai berikut:

1. Tegangan terminal keluaran E

Pengukuran tegangan terminal keluaran yang dihasilkan oleh generator sinkron menggunakan multimeter. Pengukuran tegangan dilakukan dengan variasi beban dan kecepatan anguler. Cara pengukuran ditunjukan dalam gambar 3.7. E adalah tempat mengukur tegangan terminal keluaran. Gambar 3.7. Rangkaian ekuivalen pengukuran pada generator.

2. Kecepatan anguler ω

Kecepatan anguler putar dari perancangan generator sinkron dapat diukur dengan tachometer . Secara umum persamaan yang dapat digunakan untuk memperoleh hasil pengukuran kecepatan anguler adalah . Dimana 2π adalah satu putaran penuh sudut yang ditempuh 360 , dan f adalah frekuensi. Hasil pengukuran tachometer adalah putaran per menit n r sehingga persamaan yang dapat digunakan untuk memperoleh Zs A kecepatan anguler dari hasil pengukuran adalah s s T f n n r r 30 60 2 1 2 2          3.1 dengan n r adalah jumlah rotasi atau putaran permenit

3. Arus I

Arus listrik yang mengalir pada rangkaian diukur menggunakan clamp meter. Cara menempatkan clampmeter pada rangkaian dapat dilihat pada gambar 3.7. Pengukuran arus I pada rangkaian dilakukan setiap melakukan variasi putaran atau beban. Pengukuran menggunakan clampmeter pada gambar 3.8 sebagai berikut : Gambar 3.8 Pengukuran arus listrik menggunakan clampmeter pada generator sinkron.

4. Beban Z

L Beban divariasi pada pada setiap kecepatan anguler. Beban dibuat dari lampu dengan watt yang berbeda-beda. Beban yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.9 berikut : Gambar 3.9 Lampu yang digunakan dalam pengkuran.

6. Menentukan jari-jari r dan panjang l pada generator sinkron

Untuk menentukan jari-jari pada generator, diukur dari pusat sampai tengah kumparan dan menentukan panjang penampang lilitan l dapat dilihat pada gambar 3.11 pengukuran mewakili ketujuh sisi lainnya, hasil pengukuran dikali dua karena ada dua penampang dalam satu kumparan. Seperti pada gambar 3.10 dan 3.11 berikut: Gambar 3.10. Menentukan jari-jari r pada generator sinkron. Gambar 3.11. Menentukan panjang penampang lilitan l pada generator sinkron. Langkah penentuan impedansi Zs tanpa menggunakan seng dan menggunakan seng adalah: 1. Alat dirangkai seperti pada gambar 3.4.b 2. Multimeter digunakan untuk mengukur tegangan saat rotor berputar konstan. 3. Kecepatan berputar rotor diatur menggunakan mesin drilling dengan variasi kecepatan 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860 rpm. 4. Langkah 2-3 dilakukan sebanyak 2 kali. Langkah penetuan impedansi Zs menggunakan lampu, tanpa menggunakan seng dan menggunakan seng adalah: 1. Alat dirangkai seperti pada gambar 3.4. b 2. Papan lampu dihubungkan dengan generator. Tiap lampu memiliki saklar sehingga dapat diatur jumlah lampu yang digunakan. 3. Multimeter digunakan untuk mengukur tegangan saat rotor berputar konstan. 4. Arus yang mengalir melalui kabel diukur dengan Clampmeter AC. 5. Kecepatan berputar rotor diatur menggunakan mesin drilling dengan variasi kecepatan 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860 rpm. 6. Langkah 2-5 dilakukan sebanyak 2 kali. 7. Langkah 1-6 diulangi untuk jumlah lampu yang berbeda. 27 BAB. IV HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian dilaksanakan pada Januari 2015 hingga Juni 2015 di Laboratorium Teknologi Mekanik III Paingan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penelitian dilakukan dengan melakukan pengukuran arus, tegangan dan kecepatan putar pada generator sinkron tanpa seng dan menggunakan seng. Multimeter yang digunakan dalam pengukuran ini adalah multimeter digital A- 830 dengan batas ukur 200 V~, untuk mengukur tegangan yang dihasilkan generator. Clamp meter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan generator dengan batas ukur 20 A. Kecepatan putar rotor pada generator yang dipakai dalam penelitian ini adalah 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860.

A. Hasil Pengukuran Arus dan Tegangan Pada Generator Sinkron

Data hasil pengukuran pada generator sinkron tanpa menggunakan seng luar dan menggunakan seng luar dapat dilihat pada tabel pada lampiran IV. Data dari tabel 4.1 dapat dianalisa dalam bentuk grafik pengaruh tegangan terhadap arus listrik yang ditampilkan pada gambar 4.1 dan 4.2. Gambar 4.1. Grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari generator sinkron tanpa menggunakan seng luar. Gambar 4.2. Grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari generator sinkron menggunakan seng luar. Gambar 4.1 dan 4.2 menunjukan bahwa arus tidak semua terukur saat rangkaian terhubung dengan lampu. Arus bernilai nol bila rangkaian generator tidak dihubungkan dengan lampu. Bila terhubung dengan lampu nilai arus dan 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,5 1 1,5 A ru s I Tegangan V Tanpa lampu 1 Lampu y = 0,0157x - 0,0056 y = 0,0493x - 0,0071 y = 0,1033x - 0,0036 y = 0,1517x - 0,0004 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 1 2 3 4 A ru s A Tegangan V Tanpa Lampu 1 Lampu 2 Lampu 3 Lampu 4 Lampu tegangan berbanding lurus. Semakin banyak jumlah lampu maka semakin besar pula arus yang dihasilkan. Gambar 4.1 dan 4.2 menunjukan bahwa generator menggunakan seng dan tidak menggunakan seng yang tidak terhubung dengan lampu tidak menghasilkan arus. Bila rangkaian generator dihubungkan dengan lampu, arus akan terlihat pada tegangan tertentu tergantung jumlah lampu dan kecepatan putar yang diberikan. Nilai gradien grafik 4.1 dan 4.2 ditunjukan pada tabel 4.1. Tabel 4.1. Tabel tahanan total Z L dari gradien grafik pengaruh tegangan terhadap arus Keterangan Gradien Ω Z L Ω 1Jumlah lampu Seng Lampu tidak tidak tidak 1 0,1579 6,33 1 Pakai tidak Pakai 1 0,0157 63,69 1 Pakai 2 0,0493 20,28 0,5 Pakai 3 0,1033 9,68 0,33 Pakai 4 0,1517 6,59 0,25 Tabel 4.1 menunjukan bahwa semakin banyak lampu yang digunakan, semakin kecil tahanan total yang dihasilkan. Untuk menentukan nilai tahanan total dapat dilihat pada lampiran I. Data yang diambil adalah data yang menggunakan seng karena data yang tidak menggunakan seng terlalu sedikit sehingga data tersebut kurang baik untuk menentukan nilai B dan impedansi. Data tabel 4.1 dianalisa dalam bentuk grafik pengaruh jumlah lampu terhadap Z L Ω pada gambar 4.3. Gambar 4.3 Grafik pengaruh 1jumlah lampu terhadap tahanan Grafik 4.3 menunjukan bahwa semakin banyak jumlah lampu yang dipasang maka semakin kecil tahanan lampu yang dihasilkan.

B. Hasil Pengukuran Putaran n dan Tegangan volt Pada Generator