Studi Pengaruh Arus Eksitasi Pada Generator Sinkron Yang Bekerja Pararel Terhadap Perubahan Faktor Gaya

(1)

STUDI PENGARUH ARUS EKSITASI PADA GENERATOR SINKRON YANG BEKERJA PARALEL TERHADAP PERUBAHAN FAKTOR DAYA

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh:

BASOFI 080402100

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN


(2)

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

“STUDI PENGARUH ARUS EKSITASI PADA GENERATOR SINKRON YANG BEKERJA PARALEL TERHADAP PERUBAHAN

FAKTOR DAYA” Oleh: BASOFI 080402100

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada Tanggal 18 Bulan Desember Tahun 2013 di depan penguji: 1. Ketua Penguji : Ir. Eddy Warman,M.T

2. Anggota Penguji : Syiska Yana, ST, MT

Disetujui Oleh: Pembimbing Tugas Akhir

Ir.Syamsul Amien, M.S NIP : 19530622 198103 1 002

Diketahui Oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si NIP.195405311986011002


(3)

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

“STUDI PENGARUH ARUS EKSITASI PADA GENERATOR SINKRON YANG BEKERJA PARALEL TERHADAP PERUBAHAN

FAKTOR DAYA” Oleh: BASOFI 080402100

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada Tanggal 18 Bulan Desember Tahun 2013 di depan penguji: 1. Ketua Penguji : Ir. Eddy Warman,M.T ………. 2. Anggota Penguji : Syiska Yana, ST, MT ……….

Disetujui Oleh: Pembimbing Tugas Akhir

Ir.Syamsul Amien, M.S NIP : 19530622 198103 1 002

Diketahui Oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si NIP.195405311986011002


(4)

(5)

ABSTRAK

Generator sinkron (alternator) merupakan mesin listrik yang merubah energi mekanis menjadi energi listrik. Jika generator sinkron dibebani maka akan memberikan sifat yang berbeda sesuai dengan jenis beban yang dipikulnya. Sehingga dalam pembebanan ini akan menentukan nilai faktor daya pada generator tersebut. Faktor daya mempunyai pengertian sebagai besaran yang menunjukkan seberapa efisien mesin yang dimiliki dalam menyalurkan daya yang bisa dimanfaatkan. Oleh sebab itu, dengan diaturnya arus eksitasi pada generator yang bekerja paralel maka akan mengatur daya reaktif yang dibutuhkan pada generator tersebut sehingga dapat menentukan perubahan faktor daya pada masing-masing generator. Dalam penelitian ini dilakukan pengaturan arus eksitasi pada masing-masing generator sehingga didapat bahwa pada beban R-L bila arus eksitasi pada generator pertama dikurangi dan yang lain diperbesar maka memiliki daya reaktif -0,002 A dengan faktor daya 0,998 leading sedangkan generator kedua memiliki daya reaktif 0,173 A dengan faktor daya 0,64 lagging. Kemudian pada saat arus eksitasi diatur pada salah satu generator maka akan memiliki batas pengaturan agar tidak terjadi lepas sinkron yakni memiliki batas pengurangan sebesar 0,10 A dan penambahan 0,30 A.

Kata kunci : generator sinkron yang bekerja parallel, arus eksitasi dan faktor daya.


(6)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :

“STUDI PENGARUH ARUS EKSITASI PADA GENERATOR SINKRON YANG BEKERJA PARALEL TERHADAP PERUBAHAN FAKTOR DAYA”.

Adapun penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib dipenuhi mahasiswa untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S1) di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Ir. BS Simanjuntak) dan Ibunda (RL Br. Siahaan), Adik-adikku (Josafat Simanjuntak dan Daninetry Simanjuntak), Opung tercinta J. Simanjuntak (Op. Basofi Doli) dan semua sanak saudara yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam masa studi sampai menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Bapak Ir.Syamsul Amien, M.S, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan,


(7)

bimbingan, pengarahan dan motivasi kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Eddy Warman dan Ibu Syiska Yana, ST, MT, selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan saran dan masukan dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.

3. Ibu Naemah Mubarakah, ST, MT, selaku Dosen Wali penulis yang senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim,M.Si dan Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT selaku Ketua Jurusan dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh staf pengajar yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro USU yang telah membantu penulis dalam urusan administrasi.

6. Ester H. Tampubolon, S.Psi, selaku teman wanita terdekat penulis yang selalu memberikan motivasi dan dukungan tanpa henti sepanjang hari.

7. Andri Sitorus, Johannes Butar-butar (Bere), Johanes Sibarani, Louis Sirait, Sandy Simanjuntak, Oloni Simanjuntak, Frederick, Angun Marpaung, Jean, Daniel Limbong, Fahmi, Andry Nico, Christian, Army, Rizky, Bayu, Ellis, Maria, William, Basten, Darminton, Heryanto, John, Pryandi, Junaidy, Yusak, David, Raja, Uki, Ari, Fahdi, Parlin, Ihsan, Bintang dan seluruh teman-teman Mahasiswa Departemen Teknik Elektro FT-USU yang senantiasa memberikan motivasi khususnya angkatan 2008.


(8)

8. Bapak Roket A. Tarigan, selaku dosen Politeknik Negeri Medan dan Bang Herman Salim dan bagn Martin Tarigan yang sudah banyak memberi masukan kepada Penulis dalam pendalaman materi.

9. Teman-teman Cikal dan tim Aku Cinta Mama : Polin, Binsar, Ferry, Philip, Frans, Antoni, Bulang, Nyoman, David, Mikha, bang Roy, bang Tieto, bang Nathan, bang Leo, Yosef, Rohim, Ari, Azmi yang senantiasa memberikan dukungan dan semangat kepada penulis.

10. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah memberikan kontribusinya kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih.

Medan, Januari 2014 Penulis

BASOFI


(9)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viiii

DAFTAR TABEL ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1Latar Belakang ... 1

1.2Rumusan Masalah... 2

1.3Batasan Masalah ... 2

1.4Tujuan ... 3

1.5 Manfaat ... 3

BAB II DASAR TEORI ... 4

2.1 Generator Sinkron ... 4

2.2 Konstruksi Generator Sinkron ... 4

2.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron ... 8

2.4 Generator Berbeban... ... .9

2.5 Sistem Eksitasi Pada Generator Sinkron ... 12

2.5.1 Sistem Eksitasi Menggunakan Sikat ... 12

2.5.1.1 Sistem Eksitasi Statis ... 12


(10)

2.5.2 Sistem Eksitasi Menggunakan Tanpa Sikat ... 14

2.6 Paralel Generator Sinkron... 14

2.6.1 Persyaratan Paralel Generator... 15

2.6.2 Metode Paralel Antar Dua Generator Sinkron... 16

2.7 Pembagian Beban Pada Generator Sinkron Yang Bekerja Paralel ... 18

2.8 Sistem Kerja Paralel Generator Sinkron ... 19

2.9 Efek Pengaturan Arus Eksitasi ... 21

2.10 Faktor Daya ... 25

2.10.1 Pengertian Daya ... 26

2.10.1.1 Daya Semu (apparent power) ... 26

2.10.1.2 Daya Aktif (active power) ... 26

2.10.1.3 Daya Reaktif (reactive power)... 27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 28

3.1 Proses Pengambilan Data ... 28

3.1.1 Sistem Pengukuran ... 28

3.1.2 Tempat dan Waktu ... 29

3.1.3 Alat dan Bahan ... 29

3.2 Proses Pengukuran ... 30

3.2.1 Pengaturan Arus Eksitasi Pada Generator Sinkron Pada Beban R-L ... 30

3.2.1.1 Rangkaian Percobaan ... 31

3.2.1.2 Prosedur Percobaan ... 31 3.2.2 Pengaturan Arus Eksitasi Pada Generator Sinkron Pada


(11)

Beban R-C ... 32

3.2.2.1Rangkaian Percobaan ... 32

3.2.2.2 Prosedur Percobaan ... 32

3.2.3.Percobaan Paralel Generator Sinkron Dalam menentukan Faktor Daya generator Dengan Beban R-L ... .33

3.2.3.1 Rangkaian Percobaan ... 34

3.2.3.2 Prosedur Percobaan ... 34

3.2.4 Percobaan Paralel Generator Sinkron Dalam menentukan Faktor Daya generator Dengan Beban R-C ... 36

3.2.4.1 Rangkaian Percobaan ... 37

3.2.4.2 Prosedur Percobaan ... 37

3.3 Tahapan Percobaan Dengan Menggunakan Diagram Alir... 39

BAB IV HASIL DAN ANALISIS ... 43

4.1 Percobaan Pengaturan Arus Eksitasi Pada Generator Sinkron Yang Bekerja Sendiri Terhadap Fktor Daya ... 43

4.1.1 Percobaan dengan beban R-L ... 43

4.1.1.1. Data percobaan ... 44

4.1.1.2. Kurva Hasil Percobaan ... 44

4.1.2 Percobaan dengan beban R-C ... 45

4.1.1.1. Data percobaan ... 46

4.1.1.2. Kurva Hasil Percobaan ... 47

4.2 Percobaan memparalelkan generator sinkron ... 47

4.3 Percobaan pengaruh arus eksitasi pada generator sinkron yang bekerja paralel terhadap perubahan faktor daya ... 48


(12)

4.3.1 Percobaan dengan beban resistif induktif (R-L) ... 48

4.3.1.1 Data percobaan ... 48

4.3.1.2 Analisa data ... 52

4.3.1.3 Tabel hasil percobaan ... 64

4.3.1.4 Kurva hasil percobaan ... 66

4.3.2 Percobaan dengan beban resistif kapasitif (R-C)... 68

4.3.2.1 Data percobaan ... 68

4.3.2.2 Analisa data ... 72

4.3.2.3 Tabel hasil percobaan ... 81

4.3.2.4 Kurva hasil percobaan ... 83

BAB V PENUTUP ... 86

5.1 Kesimpulan ... 85

5.2 Saran ... 86


(13)

DAFTAR GAMBAR

No. Judul Halaman

2.1 Generator sinkron... 4

2.2 Kontruksi generator sinkron ... 5

2.3 Inti stator dan alur pada stator ... 6

2.4 Rotor Kutub Menonjol ... 7

2.5 Rotor Kutub Silinder ... 8

2.6 Rangkaian ekuivalen generator berbeban ... 10

2.7 Hubungan berbagai kondisi beban terhadap arus dan tegangan yang terjadi pada alternator ... 10

2.8 Sistem Eksitasi Statik ... 13

2.9 Sistem Eksitasi Dinamik ... 14

2.10 Brushless Excitation ... 14

2.11 Metode lampu sinkronisasi hubungan terang ... 16

2.12 Metode lampu sinkronisasi hubungan gelap ... 17

2.13 Metode lampu sinkronisasi hubungan gelap terang ... 17

2.14 Kondisi lampu sinkronisasi pada urutan fasa ... 18

2.15 Rangkaian generator paralel berbeban ... 19

2.16 Karakteristik alternator pada saat bekerja paralel ... 20

2.17 Diagram daya reaktif dan tegangan ... 21

2.18 Segitiga daya alternator yang terhubung paralel akibat efek perubahan penguatan ... 22

2.19 Diagram fasor akibat efek pengubahan penguatan ... 23


(14)

2.21 Diagram rumah jika arus eksitasi turunkan ... 24

2.24 Segitiga daya ... 26

3.1 Blog diagram sistem ... 28

3.2 Rangkaian generator sinkron dengan Beban R-L ... 31

3.3 Rangkaian generator sinkron dengan Beban R-C ... 32

3.4 Rangkaian paralel generator sinkron dengan Beban R-L ... 32

3.5 Rangkaian paralel generator sinkron dengan Beban R-C ... 32

3.6 Diagram blok prosedur percobaan ... 42

4.1 Kurva perbandingan IF VS VOUT pada beban R-L ... 45

4.2 Kurva perbandingan IF VS VOUT pada beban R-C ... 47

4.3 Segitiga daya jika IF1 = 0,20 A dan IF2 0,20 A pada beban R-L ... 51

4.4 Segitiga daya jika IF1 = 0,14 A dan IF2 0,26 A pada beban R-L ... 54

4.5 Segitiga daya jika IF1 = 0,16 A dan IF2 0,24 A pada beban R-L ... 56

4.6 Segitiga daya jika IF1 = 0,18 A dan IF2 0,22 A pada beban R-L ... 58

4.7 Segitiga daya jika IF1 = 0,22 A dan IF2 0,18 A pada beban R-L ... 60

4.8 Segitiga daya jika IF1 = 0,24 A dan IF2 0,16 A pada beban R-L ... 62

4.9 Segitiga daya jika IF1 = 0,26 A dan IF2 0,14 A pada beban R-L ... 64

4.10 Kurva perbandingan Cos θ VS IF1 pada beban R-L ... 66

4.11 Kurva perbandingan Cos θ VS IF2 pada beban R-L ... 66

4.12 Kurva perbandingan KVar VS IF1 pada beban R-L ... 67

4.13 Kurva perbandingan KVar VS IF2 pada beban R-L ... 67

4.14 Segitiga daya jika IF1 = 0,20 A dan IF2 0,20 A pada beban R-C ... 70

4.15 Segitiga daya jika IF1 = 0,16 A dan IF2 0,24 A pada beban R-C ... 73


(15)

4.17 Segitiga daya jika IF1 = 0,22 A dan IF2 0,18 A pada beban R-C ... 77

4.18 Segitiga daya jika IF1 = 0,24 A dan IF2 0,16 A pada beban R-C ... 79

4.19 Segitiga daya jika IF1 = 0,26 A dan IF2 0,14 A pada beban R-C ... 81

4.20 Kurva perbandingan Cos θ VS IF1 pada beban R-C ... 83

4.21 Kurva perbandingan Cos θ VS IF2 pada beban R-C ... 84

4.22 Kurva perbandingan KVar VS IF1 pada beban R-C ... 84

4.23 Kurva perbandingan KVar VS IF2 pada beban R-C ... 85


(16)

DAFTAR TABEL

No. Judul Halaman

3.1 Pembebanan yang dilakukan dengan beban risistif induktif (R-L) ... 30

3.2 Pembebanan yang dilakukan dengan beban risistif kapasitif (R-C) ... 32

3.3 Pembebanan yang dilakukan dengan beban risistif induktif (R-L) ... 34

3.4 Pembebanan yang dilakukan dengan beban risistif kapasitif (R-C) ... 37

4.1 Data dimana arus eksitasi pada generator sama pada beban R-L ... 44

4.2 Data pengaturan arus eksitasi pada generator dengan beban R-C ... 46

4.3 Data urutan fasa generator dengan sistem( busbar) ... 47

4.4 Data pengukuran tegangan dengan mengatur arus eksitasi ... 47

4.5 Data pengukuran frekuensi dengan mengatur putaran generator ... 48

4.6 Data pada saat awal penyinkronan dengan beban R-L ………..48

4.7 Data hasil percobaan dengan arus eksitasi generator pertama diatur pada beban R-L ... 51

4.8 Data hasil percobaan dengan pengaturan arus eksitasi masing-masing generator dengan beban R-L ……….. 52

4.9 Pembagian daya reaktif dengan menggunakan beban R-L ... 64

4.10 Besar arus sirkulasi terhadap pengaturan arus eksitasi dengan menggunakan beban R-L ... 65

4.11 Data dimana awal penyinkronan dengan beban R-C……… 68

4.12 Data hasil percobaan dengan arus eksitasi generator pertama diatur pada beban R-C ... 70

4.13 Data hasil percobaan dengan pengaturan arus eksitasi pada masing- masing generator dengan beban R-C………... 70


(17)

4.14 Pembagian daya reaktif dengan menggunakan beban R-C ... 81 4.15 Besar arus sirkulasi terhadap pengaturan arus eksitasi dengan


(18)

ABSTRAK

Generator sinkron (alternator) merupakan mesin listrik yang merubah energi mekanis menjadi energi listrik. Jika generator sinkron dibebani maka akan memberikan sifat yang berbeda sesuai dengan jenis beban yang dipikulnya. Sehingga dalam pembebanan ini akan menentukan nilai faktor daya pada generator tersebut. Faktor daya mempunyai pengertian sebagai besaran yang menunjukkan seberapa efisien mesin yang dimiliki dalam menyalurkan daya yang bisa dimanfaatkan. Oleh sebab itu, dengan diaturnya arus eksitasi pada generator yang bekerja paralel maka akan mengatur daya reaktif yang dibutuhkan pada generator tersebut sehingga dapat menentukan perubahan faktor daya pada masing-masing generator. Dalam penelitian ini dilakukan pengaturan arus eksitasi pada masing-masing generator sehingga didapat bahwa pada beban R-L bila arus eksitasi pada generator pertama dikurangi dan yang lain diperbesar maka memiliki daya reaktif -0,002 A dengan faktor daya 0,998 leading sedangkan generator kedua memiliki daya reaktif 0,173 A dengan faktor daya 0,64 lagging. Kemudian pada saat arus eksitasi diatur pada salah satu generator maka akan memiliki batas pengaturan agar tidak terjadi lepas sinkron yakni memiliki batas pengurangan sebesar 0,10 A dan penambahan 0,30 A.

Kata kunci : generator sinkron yang bekerja parallel, arus eksitasi dan faktor daya.


(19)

BAB I PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang

Generator Sinkron atau disebut juga alternator merupakan mesin listrik yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik melalui proses induksi elektronagnetik. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Generator tiga fasa diharapkan dapat bekerja stabil pada tegangan dan frekuensi yang dihasilkan sehingga dapat mensuplai tenaga listrik. Ketidakstabilan pada generator sinkron ini sangat berpengaruh terhadap beban yang di pikul generator sinkron tersebut.

Untuk melayani beban listrik yang berkembang dan pada saat terjadi beban maksimum, maka biasanya dilakukan pengoperasian alternator secara paralel [1]. Sebab jika hanya menggunakan satu alternator saja, alternator tersebut harus mempunyai kapasitas terpasang yang mampu melayani beban-beban maksimum. Hal ini tentu mengurangi efisiensi pada alternator tersebut.

Dalam sistem memparalelkan alternator ini, dapat digunakan untuk mengatur perubahan faktor daya generator tersebut dengan syarat mengatur arus eksitasi pada masing-masing alternator yang di paralelkan. Dimana arus eksitasi ini merupakan pemberian arus listrik pada kutub magnetik pada generator. Dengan mengatur besar kecilnya arus listrik tersebut kita dapat mengatur besar tegangan output generator atau dapat juga mengatur besar daya reaktif yang diinginkan pada generator yang sedang paralel dengan sistem jaringan besar (Infinite bus) [2].


(20)

Oleh sebab itu, pada Tugas Akhir ini akan dibahas tentang pengaruh arus eksitasi tersebut pada generator sinkron yang bekerja paralel terhadap perubahan faktor daya.

1.2. Rumusan Masalah

Dalam melayani beban listrik yang berkembang, maka generator dioperasikan secara paralel agar dapat memikul beban yang diberikan sehingga efisiensi dari generator tersebut terjaga dengan baik. Pada umumnya, beban listrik berpengaruh terhadap besar pemakaian energi listrik. Apabila beban tersebut membutuhkan daya reaktif maka beban tersebut dikatakan induktif. Dan apabila beban tersebut menghasilkan daya reaktif maka sifat beban kapasitif. Jika diatur arus eksitasi pada generator sinkron yang bekerja paralel ini maka akan mengatur daya reaktif yang diinginkan generator tersebut. Pada Tugas Akhir ini permasalahan utama yang akan dibahas adalah tentang pengaruh arus eksitasi pada generator sinkron yamg bekerja paralel terhadap perubahan faktor daya pada generator tersebut.

1.3. Batasan Masalah

Permasalahan dalam pengaruh arus eksitasi pada generator sinkron yang bekerja paralel terhadap perubahan faktor daya ini memiliki cakupan bahasan yang luas dan kompleks. Untuk penyederhanaan penyelesaian masalah, maka perlu dibuat batasan masalah dalam penyusunan Tugas Akhir ini, yaitu:

1. Pengukuran dilakukan pada keadaan mantap.

2. Analisa perhitungan berdasarkan data yang diperoleh dari peralatan yang tersedia pada Laboratorium P4TK (Pusat Pengembangan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan) Medan.


(21)

3. Membahas sistem kerja paralel antara dua generator sinkron.

4. Pengaturan arus eksitasi dilakukan pada masing-masing generator dengan generator pertama dinaikkan dan generator kedua diturunkan atau sebaliknya.

5. Pengaruh arus eksitasi hanya pada perubahan daya reaktif masing-masing generator dan perubahan faktor daya pada masing-masing generator. 1.4. Tujuan

Adapun tujuan Tugas Akhir ini adalah

1) Untuk mengetahui bagaimana cara memparalelkan dua generator dengan baik.

2) Mengetahui pengaruh arus eksitasi pada generator sinkron yang bekerja paralel terhadap perubahan faktor daya pada masing-masing generator.

3) Pengaruh arus eksitasi dalam pembagian daya reaktif yang diinginkan pada masing-masing generator.

1.5. Manfaat

Manfaat penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai solusi dalam menentukan perubahan faktor daya pada masing-masing dengan cara mengatur arus eksitasi pada generator sinkron yang bekerja paralel. Dengan perbaikan faktor daya ini maka akan menjaga efisiensi generator tersebut.


(22)

BAB II DASAR TEORI 2.1. Generator Sinkron

Generator arus bolak-balik (AC) atau disebut dengan alternator adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mengkonversi energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik (elektrik) dengan perantara induksi medan magnet. Perubahan energi ini terjadi karena adanya perubahan medan magnet pada kumparan jangkar (tempat terbangkitnya tegangan pada generator).

Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Kumparan medan pada generator sinkron terletak pada rotornya sedangkan kumparan jangkarnya terletak pada stator.

Gambar 2.1 Generator Sinkron[3] 2.2. Konstruksi Generator Sinkron

Secara umum konstruksi generator sinkron terdiri dari stator (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang bergerak). Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk simetris dan silindris. Selain itu generator sinkron


(23)

memiliki celah udara ruang antara stator dan rotor yang berfungsi sebagai tempat terjadinya fluksi atau induksi energi listrik dari rotor ke stator.

Adapun konstruksi generator AC adalah sebagai berikut:

1. Rangka stator terbuat dari besi tuang, yang merupakan rumah stator tersebut.

2. Stator, Stator adalah bagian yang diam. Memiliki alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai tempat GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi.

3. Rotor, Rotor adalah bagian yang berputar, pada bagian ini terdapat kutub-kutub magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan sikat-sikat.

4. Cincin geser, terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor.

5. Generator penguat, Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus.

Gambar 2.2 Kontruksi generator sinkron

 Stator [2]

Stator merupakan bagian yang diam (statis) dan merupakan gulungan kawat penghantar yang disusun sedemikian rupa dan ditempatkan pada alur-alur


(24)

inti besi yang disebut dengan belitan jangkar. Pada penghantar tersebut adalah tempat terbentuknya GGL induksi yang diakibatkan dari medan magnet putar dari rotor yang memotong kumparan penghantar stator.

Gambar 2.3 Inti Stator dan Alur Pada Stator [2]

Rotor [4]

Rotor merupakan bagian yang bergerak (dinamis). Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet sehingga menghasilkan tegangan kemudian akan diinduksikan ke stator. Rotor pada generator juga berfungsi sebagai tempat belitan medan (eksitasi). Dimana Kumparan medan magnet disusun pada alur-alur inti besi rotor, sehingga apabila pada kumparan tersebut dialirkan arus searah (DC) maka akan membentuk kutub-kutub magnet Utara dan Selatan pada inti rotor.

Generator sinkron memiliki dua tipe rotor, yaitu :

1. Rotor Kutub Sepatu Atau Menonjol (Salient Pole Rotor)

Pada rotor kutub menonjol ini mempunyai kutub yang jumlahnya banyak. Pada Kumparannya dibelitkan pada tangkai kutub, dimana kutub-kutub diberi laminasi untuk mengurangi panas yang ditimbulkan oleh arus Eddy. Pada


(25)

belitan-belitan medannya dihubung seri, sehingga ketika belitan-belitan medan ini disuplai oleh eksiter, maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub yang berlawanan.

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putaran rendah dan sedang (120-400 rpm) sehingga kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi yang besar dan mengeluarkan suara bising jika diputar dengan kecepatan tinggi. Bentuk kutub menonjol dapat di lihat pada gambar berikut:

Gambar 2.4 Rotor Kutub Menonjol [4] 2. Rotor Kutub Silindris (Non Salient Pole Rotor)

Rotor kutub tak menonjol ini dibuat dari plat baja berbentuk silinder yang mempunyai sejumlah slot sebagai tempat kumparan. Karena adanya slot-slot dan juga kumparan medan pada rotor maka mengakibatkan jumlah kutub pun sedikit terbentuk. Konstruksi ini memberikan keseimbangan mekanis yang lebih baik karena rugi-rugi anginnya lebih kecil dibandingkan rotor kutub menonjol.

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putaran tinggi (1500 atau 3000 rpm) karena distribusi disekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga lebih baik dari kutub menonjol dan juga konstruksinya memiliki kekuatan mekanik pada kecepatan putar tinggi.


(26)

Gambar bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada Gambar berikut:

Gambar 2.5 Rotor Kutub Silinder 2.3. Prinsip Kerja Generator Sinkron

Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi yang akan disuplai oleh arus searah sehingga menimbulkan fluks yang besarnya tetap terhadap waktu. Kemudian penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya sesuai dengan persamaan:

p f

n120. ………..…...(2.1) dimana: n = Kecepatan putar rotor (rpm)

p = Jumlah kutub rotor f = frekuensi (Hz)

Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan menginduksikan tegangan tiga fasa pada kumparan jangkar sehingga akan menimbulkan medan putar pada stator. Perputaran tersebut menghasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks


(27)

magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut.

GGL induksi (Ea) pada alternator akan terinduksi pada kumparan jangkar alternator bila rotor diputar di sekitar stator. Besarnya kuat medan pada rotor dapat diatur dengan cara mengatur arus medan (If) yang diberikan pada rotor. Besarnya GGL induksi (Ea) rata-rata yang dihasilkan kumparan jangkar alternator ini dapat dilihat dalam persamaan sebagai berikut: [2]

T f

E4,44  ………..…...(2.2) Jika

120

np

f  , maka:

T np E   

120 44 , 4

120 4 ,

44 np T

E  

Bila

120 4 ,

44 pT

C , maka:

Cn

E ………..…...(2.3) dimana : E = ggl induksi (Volt p = Jumlah kutub

n = Putaran (rpm) = Fluks magnetik (weber) T = banyaknya lilitan /fase =1/2 Z = banyak sisi kumparan

2.4. Generator Berbeban [1]

Pada keadaan berbeban arus jangkar akan mengalir dan mengakibatkan terjadinya reaksi jangkar. Raektansi jangkar bersifat reaktif dan disebut juga sebagai reaktansi permanen (Xm). Reaktansi permanen ini bersama-sama dengan reaktansi fluks bocor (Xa) sebagai reaktansi sinkron (Xs).

a m

S X X


(28)

Berikut ini merupakan rangkaian ekuivalen generator berbeban.

Eo

Xs

Rf

Lf Vdc

Ra

BEBAN if

Gambar 2.6 Rangkaian ekuivalen generator berbeban [1]

Secara umum sifat beban yang dipikul oleh alternator dapat bersifat resistif, induktif dan kapasitif. Bentuk hubungan beban ini akan mempengaruhi arus yang mengalir pada alternator. Arus ini bisa menjadi sefasa, tertinggal, atau mendahului dari tegangan, tergantung dari jenis beban yang diberikan pada terminal alternator. Adapun diagram fasor alternator pada faktor daya satu, terbelakang dan mendahului adalah sebagai berikut:

Ia Vph

Ea

IaRa jXsIa

(a)

Ia

IaRa Ea

jXsIa

Vph

(b)

Ia

Ea

jXsIa

IaRa

Vph

(c)

Gambar 2.7 Hubungan berbagai kondisi beban terhadap arus dan tegangan yang terjadi pada alternator: [1]

a) Beban resistif (sefasa) b) Bebab induktif (terbelakang) c) Beban kapasitif (mendahului)

Dengan memisalkan alternator dihubungkan ke sistem besar (busbar), pada gambar (a) yang merupakan diagram vektor dari alternator dengan faktor


(29)

daya satu (sefasa) dapat terlihat jatuh tegangan IA ∙ RA sefasa dengan IA dan IA ∙XS

mendahului IA . Seperti persamaan sebagai berikut:

S A A A S

A Z I R jI X

I      ………...(2.5)

S A

A V I Z

E    …………...……..…...(2.6) Dimana : V = Tegangan konstan sistem

IA = arus alternator

RA = Tahanan alternator

ZS = Impedansi sistem

Jika arus penguatan alternator dinaikkan dari penguatan normal pada faktor daya satu (sefasa), maka EA akan bertambah sedangkan jumlah vektor

antara V dan IA ∙ZS tetap tidak berubah (EA ≠ V + IA ∙ZS). Perbedaan ini timbul

akibat arus reaktif terbelakang dimana daya keluaran pada alternator tidak berpengaruh sehingga menimbulkan jatuh tegangan IR ∙ZS

dari IA ∙ZS.

Pada gambar (b) terdapat diagram vektor, dimana bila diberi penguatan yang lebih (over excited) maka alternator bekerja pada faktor daya terbelakang

(lagging) sehingga menyebabkan arus akan terbelakang dari tegangan yang

mengakibatkan generator sinkron membangkitkan daya reaktif induktif. Namun bila arus penguatan dikurangi (under excited), EA tentu akan menjadi kecil,

sehingga terdapat perbedaan jumlah vektor V dan IA ∙ZS tetap tidak berubah.

Perbedaan ini timbul akibat arus reaktif terbelakang sehingga menimbulkan jatuh tegangan IR ∙ZS dari IA ∙ZS.

Pada gambar (c) terdapat diagram vektor, dimana bila arus penguatan dikurangi, maka alternator bekerja pada faktor daya mendahului (leading)


(30)

sehingga menyebabkan arus akan mendahului dari tegangan yang mengakibatkan daya reaktif kapasitif. Pada alternator dengan daya keluaran konstan, maka jatuh tegangan IA ∙ZS akan konstan pula.Jika arus penguatannya dibuat bervariasi, maka

IA tetap tidak akan berubah, tetapi IR dan IR ∙ZS akan berubah nilainya.

2.5. Sistem Eksitasi Pada Generator Sinkron [5]

Eksitasi atau biasa disebut sistem penguatan adalah suatu perangkat yang memberikan arus penguat (If) kepada kumparan medan generator arus bolak-balik

(alternating current) yang dijalankan dengan cara membangkitkan medan

magnetnya dengan bantuan arus searah. Arus eksitasi adalah pemberian arus listrik pada kutub magnetik. Dengan mengatur besar kecilnya arus listrik tersebut kita dapat mengatur besar tegangan output generator atau dapat juga mengatur besar daya reaktif yang diinginkan pada generator yang sedang paralel dengan sistem jaringan besar ( Infinite bus).

Sistem eksitasi dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu sistem eksitasi dengan menggunakan sikat dan sistem eksitasi tanpa sikat.

2.5.1. Sistem Eksitasi Menggunakan Sikat Sistem eksitasi dengan menggunakan sikat terdiri dari:

a) Sistem eksitasi statis b) Sistem eksitasi dinamik

2.5.1.1. Sistem Eksitasi Statis [3]

Sistem eksitasi statik adalah sistem eksitasi generator dengan menggunakan peralatan eksitasi yang tidak bergerak, yang berarti bahwa peralatan eksitasi tidak ikut berputar bersama rotor generator sinkron. Sistem eksitasi ini disebut juga dengan self excitation merupakan sistem eksitasi yang tidak


(31)

memerlukan generator tambahan sebagai sumber eksitasi generator sinkron dan sebagai gantinya sumber eksitasi berasal dari keluaran generator sinkron itu sendiri yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan rectifiier.

Awalnya pada rotor ada sedikit magnet yang tersisa, magnet yang sisa ini akan menimbulkan tegangan pada stator, tegangan ini kemudian masuk dalam penyearah dan dimasukkan kembali pada rotor, akibatnya medan magnet yang dihasilkan makin besar dan tegangan AC naik demikian seterusnya sampai dicapai tegangan nominal dari generator AC tersebut. Biasanya penyearah itu mempunyai pengatur sehingga tegangan generator dapat diatur konstan menggunakan AVR.

AVR

G

Sistem Tiga Fasa

Transformator eksitasi

PT

CT

Konverter

Generator Sinkron

Gambar 2.8 Sistem Eksitasi Statik [3] 2.5.1.2. Sistem Eksitasi Dinamik

Sistem Eksitasi dinamik adalah sistem eksitasi generator tersebut disuplai dari eksiter yang merupakan mesin bergerak. Sebagai eksiternya menggunakan generator DC atau dapat juga menggunakan generator AC yang kemudian disearahkan menggunakan rectifier. Slip ring digunakan untuk menyalurkan arus dari generator penguat pertama ke medan penguat generator penguat kedua.


(32)

Pilot Exciter

N

S N Idc

Komutator Iex

Slip ring Sikat

Alternator 3 phasa Rotor

Lilitan penguat

Kumparan stator 3 phasa Kutub

Senjang udara

Main exciter

S

A C

B Terminal alternator

Gambar 2.9 sistem Eksitasi Dinamik 2.5.2. Sistem Eksitasi Tanpa Sikat (Brushless Excitation) [5]

Sistem eksitasi tanpa sikat sama sekali tidak bergantung pada sumber listrik eksternal, melainkan dengan menggunakan pilot exciter dan sistem

penyaluran arus eksitasi ke rotor generator utama, maupun untuk eksitasi eksiter tanpa melalui media sikat arang. Pilot exciter terdiri dari sebuah generator arus bolak-balik dengan magnet permanen yang terpasang pada poros rotor dan kumparan tiga phasa pada stator. Adapun diagram prinsip kerjanya adalah sebagai berikut:

Pilot Exciter

N

Stator

S N

Idc

Iex

Alternator 3 phasa

Rotor

Lilitan penguat Kumparan stator 3 phasa

Kutub Senjang

udara

Main exciter

S

A C

B Terminal alternator Penyearah

3 phasa +

-Medan magnet

permanen

Gambar 2.10 Brushless Excitation 2.6. Paralel Generator Sinkron [6]

Bila suatu generator bekerja dan mendapatkan pembebanan yang melebihi dari kapasitasnya, maka dapat mengakibatkan generator tersebut tidak dapat bekerja atau bahkan akan mengalami kerusakan. Sehingga dalam hal ini dapat


(33)

diatasi dengan menjalankan generator lain yang kemudian dioperasikan secara paralel dengan generator utama yang telah bekerja sebelumnya pada satu jaringan listrik yang sama. Keuntungan dari dilakukannya paralel alternator ialah :

1. Mendapatkan daya yang lebih besar.

2. Untuk memudahkan penentuan kapasitas generator. 3. Untuk menjamin kotinuitas ketersediaan daya listrik. 4. Untuk melayani beban yang berkembang.

2.6.1. Persyaratan Paralel Generator [7]

Adapun syarat yang harus dipenuhi dalam melakukan penyinkronan alternator ini ialah :

1. Tegangan kedua alternator harus sama

Dimana tegangan generator (yang akan diparalel) dengan tegangan sistem jaringan harus sama besarnya (nilainya). Pengaturan tegangan generator tersebut harus diatur dengan mengatur arus eksitasinya. Pada saat generator bekerja paralel, perubahan arus eksitasi akan merubah faktor daya,

2. Frekuensi kedua alternator harus sama

Frekuensi generator dan frekuensi sistem harus sama. Untuk menyamakannya, maka putaran generator harus diatur, yaitu dengan cara mengatur katup governor (aliran uap masuk turbin).

3. Mempunyai urutan dan sudut fasa yang sama

Urutan fasa dan sudut fasa generator sinkron yang akan di paralelkan harus sama, sebab jika adanya perbedaan fasa maka akan tidak dapat dilakukan


(34)

penyinkronan. Mempunyai sudut fasa yang sama bisa diartikan, kedua fasa dari 2 Generator mempunyai sudut fasa yang berhimpit sama atau 0 derajat. Dengan kata lain urutan fasa dari generator yang diparalelkan harus sama dengan fasa pada sistem (busbar).

2.6.2. Metode Paralel Antar Dua Generator Sinkron

Dalam memparalelkan generator, metode yang sering digunakan untuk melihat apakah telah terjadi sinkronisasi ialah dengan metode lampu sinkronisasi, dimana fungsi lampu ini sebagai indikator bahwa kedua generator dapat diparalelkan dengan sistem infinite bus.

Ada beberapa metode lampu sinkronisasi yang dapat digunakan untuk mengetahui keadaan telah sinkron pada pengoperasian paralel antar generator sinkron yaitu: [1]

Metode Lampu Sinkronisasi Hubungan Terang

BEBAN GENERATOR 1

GENERATOR 2

S2 S3 S1

L1

L3 L2

U

R

V

S

W

T

Gambar 2.11 Metode lampu sinkronisasi hubungan terang [1] Dalam metode ini, prinsipnya ialah menghubungkan antara ketiga fasa, yaitu R dengan V, S dengan W, T dengan U seperti yang terlihat pada gambar diatas. Jika antara fasa terdapat beda tegangan maka ketiga lampu akan menyala sama terang dan generator siap untuk diparalel.


(35)

Metode Lampu Sinkronisasi Hubungan Gelap

BEBAN GENERATOR 1

GENERATOR 2

S2 S3 S1

L1

L3 L2

U

R

V

S

W

T

Gambar 2.12 Metode lampu sinkronisasi hubungan gelap [1] Dalam metode ini, prinsipnya ialah menghubungkan antara ketiga fasa, yaitu R dengan U, S dengan V, T dengan W seperti yang terlihat pada gambar diatas. Jika rangkaian paralel benar (urutan fasa nya sama) maka lampu L1 ,L2 dan

L3 akan gelap secara bersamaan. Pada saat lampu nyala terang maka beda

phasanya besar, dan jika lampunya redup maka beda phasanya kecil.

Metode Lampu Sinkronisasi Hubungan Gelap Terang

BEBAN GENERATOR 1

GENERATOR 2

S2 S3 S1

L1

L3 L2

U

R

V

S

W

T

Gambar 2.13 Metode lampu sinkronisasi hubungan gelap terang [1] Dalam metode ini, Prinsipnya ialah dengan menghubungkan satu fasa sama dan dua fasa yang berlainan, yaitu fasa R dengan U, fasa S dengan W dan fasa T dengan V seperti satu lampu gelap dan dua lampu lainnya terang. Dengan kata lain, jika rangkaian paralel benar (urutan fasa nya sama), maka lampu L1, L2


(36)

tidak berkedip lagi (L2 dan L3 terang) dan lampu L1 padam berarti FG1=FG2 dan

E1=E2.

Dalam metode penyinkronan pada kedua generator ini menggunakan lampu sinkronisasi, bila keadaan tegangan dan putaran tiap generator dengan urutan fasa jaringan busbar dengan generator belum sama, maka kondisi lampu L1,

L2 dan L3 akan berputar cepat yang menandakan fasa tiap generator belum sama

seperti pada gambar 2.14.a. Namun jika frekuensi dan tegangan masing-masing generator telah sama maka kondisi lampu akan semakin lambat berputar dan kondisi L1 padam dan kondisi L2 dan L3 terang karena semua urutan fasa jaringan

dengan urutan fasa generator telah saling berhimpit sehingga dikatakan telah sinkron seperti pada gambar 2.14.b. Hal ini dapat dilihat pada gambar berikut:

R

L1

L2 L3

U

S V T

W

L1

L2 L3

U R

S V T

W

(a) (b)

Gambar 2.14 Kondisi lampu sinkronisasi pada urutan fasa

2.7. Pembagian Beban Pada Generator Sinkron Yang Bekerja Paralel [6] Seperti kita ketahui bahwa generator sinkron bila dibebani akan memberikan sifat yang berbeda, tergantung jenis beban yang diberikan, misalkan beban resistif, induktif dan kapasitif atau kombinasi dari jenis-jenis beban tersebut.

Dua alternator identik terhubung secara paralel seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:


(37)

Isy

I1

E1 E2

I2 I

V LOAD Z

Z2 Z1

Gambar 2.15 Rangkaian generator paralel yang berbeban [6] Bila kedua generator yang bekerja paralel, maka tegangan terminal V adalah:

2 2 2 1 1

1

I

Z

E

I

Z

E

V

………..…...(2.7)

Z I

V  ………..…...(2.8)

2 1

I

I

I

B

………...……..…...(2.9)

Sehingga:

1 1 1

Z V E

I   ………...…...(2.10)

2 2 2

Z V E

I   ………..…...(2.11)

2

2 1 E

E

V   ………..…...(2.12) Dimana:

V = tegangan I = Arus beban

Z = Impedansi I12= Arus generator

2.8. Sistem Kerja Paralel Generator Sinkron [7]

Apabila generator dihubungkan dengan sistem jaringan yang kapasitasnnya besar (infinite bus), maka dengan mengatur putaran (n) dan arus eksitasi (If) maka tidak akan mempengaruhi frekuensi sitem jaringan tersebut.


(38)

Pada kondisi tersebut pengaturan putaran adalah hanya mengatur pembebanan daya aktif sedangkan pengaturan arus eksitasi hanya mengatur aliran daya reaktif atau faktor daya generator tersebut.

Dalam hal ini dapat lebih diperjelas melalui diagram rumah (house diagram) berikut. [1]

V (volt)

Vbp Vbn

Qbp (Kvar)

+

-F (Hertz)

Fbn

Fbp

Pbp (Kw)

0 0

(a) (b)

Gambar 2.16 Karakteristik alternator pada saat bekerja paralel [1]

Untuk menyuplai beban yang ada pada kedua generator yang bekerja paralel, maka jumlah daya aktif dan reaktif yang disuplai generator tersebut harus sama dengan daya aktif dan reaktif yang ada pada beban.

Adapun rumus daya aktif dan reaktif yang harus disuplai oleh kedua generator adalah: [7]

2

1 G

G Load

P

P

P

………..…....(2.13)

2

1 G

G

Load

Q

Q

Q

………..…....(2.14) Dibawah ini merupakan gambar diagram daya reaktif dan tegangan yang menunjukkan dua alternator yang bekerja adalah sebagai berikut:


(39)

If 1 If 2 V (volt)

G1

G2

QG2 KVar QG1

KVar

Qtotal = Q beban

Gambar 2.17 Diagram daya reaktif dan tegangan [7] 2.9. Efek Pengaturan Arus Eksitasi [8]

Dalam pengaturan arus eksitasi tersebut maka besar nilai dari fluks magnetik (φ) akan berubah seiring dengan perubahan arus eksitasi.

Dalam hal ini dapat diperjelas pada rumus berikut:

Cn

E …...(2.15) dimana: E = ggl induksi (Volt n = Putaran (rpm)

= Fluks magnetik (weber)

Jika alternator beroperasi secara paralel, dimana dengan diaturnya arus eksitasi sedangkan nilai putaran (n) tetap, maka akan mengakibatkan kenaikan nilai dari fluks magnetik sehingga mengubah daya reaktif yang dibutuhkan namun besar daya aktifnya tidak akan berubah sehingga akan merubah nilai faktor daya.

Jika generator G1 dan G2 bekerja paralel maka masing-masing alternator

akan memasok beban setengah dari daya aktif dan setengah dari daya reaktif. Masing-masing alternator memasok arus sebesar I, sehingga arus beban yang di pasok sebesar 2I.

Bila penguatan eksitasi G1 dinaikkan maka besarnya E1 akan lebih dari

besaran awalnya sehingga Ē1 > Ē2. Hal ini menyebabkan adanya arus sirkulasi.


(40)

2 1

2 1

Z Z

E E Is

 

……..…....(2.16)

Dimana :

Is = Arus sirkulasi

E12 = Tegangan induksi generator

Z12 = Impedansi generator

Arus Isy ini akan mempengaruhi arus beban pada G1 danG2 secara vektoris,

sehingga besarnya arus pada G1 sebesar I1 dengan Cos θ1 dan arus pada G2 sebesar

I2 dengan Cosθ2. Perubahan ini hampir tidak mempengaruhi pada besarnya daya

aktif beban, tapi berpengaruh pada perubahan daya reaktif yang di pikul oleh alternator. Berikut ini adalah gambar segitiga daya akibat perubahan eksitasi pada alternator yang bekerja secara paralel:

G1

G2

θ1

θ2 Q Beban

S P1

P2

a) Kondisi 1

G1

G2

θ2 Q Beban

S P1

P2

θ1

Q2 Q1

P Beban

b) Kondisi 2

Gambar 2.18 Segitiga daya alternator yang terhubung pararel akibat efek pengubahan penguatan [2]


(41)

Pada kondisi 1, beban yang di pikul G1 danG2 sama besarnya, sehingga

beban daya aktif dan daya reaktif di bagi rata memberikan segitiga daya aktif yang sama tetapi jika penguatan G1 dinaikkan, dan arus penguatan G2 maka akan

merubah pembagian daya reaktif pada masing-masing alternator sehingga berpengaruh terhadap faktor daya pada masing-masing alternator. Hal ini dapat di lihat pada kondisi 2.

Pengaruh perubahan eksitasi pada kinerja alternator dapat dijelaskan dengan bantuan diagram fasor yang ditunjukkan pada gambar berikut:

θ2

θ2

θ

θ θ1

θ1

Isy +Isy -Isy I2'

I1' I1 = 12

I = 2I1 = 2I2 V

jl2Xs jl1Xs=jl2Xs jl1Xs

ESinθ E1'

E2' E1 = E2

Gambar 2.19 Diagram fasor akibat efek pengubahan penguatan [5]

Pada gambar dapat dilihat dua alternator yang bekerja secara paralel, Jika arus eksitasi G1 meningkat sehingga ggl induksi E1 meningkat menjadi E1' yang

akan mencoba untuk meningkatkan tegangan terminal V. Tapi tegangan terminal V dapat dijaga konstan dengan mengurangi arus eksitasi G2. Peningkatan E1 dan

E2 penurunan disesuaikan sedemikian rupa bahwa E sin θ tetap konstan.


(42)

ditambahkan ke I1 dan dikurangi dari I2 yang akan memberikan arus jangkar baru

I'1 dan I'2.

Pada kondisi perubahan penguatan masing-masing generator, maka tegangan terminal tidak berubah. Jika generator dengan arus eksitasi diperbesar (over excited), berarti mencatu arus tertinggal ke sistem (lagging), yang berarti generator menarik arus mendahului dari sistem atau istilahnya mengirim daya reaktif ke sistem. Demikian pula jika arus eksitasi dikurangi (under excited) maka generator dinyatakan mencatu arus mendahului sistem (leading) atau dinyatakan menarik arus tertinggal dari sistem atau istilahnya menarik daya reaktif dari sistem. Hal tersebut dapat dilihat pada diagram rumah (house diagram) daya reaktif berikut.

Qgen Q3 Q2 Q1 Qsysm If dinaikkan

IA1

IA3 IA2

EA1 EA2 EA3

jXsIa Lead

Lag

αP

αQ Vt

Gambar 2.20 Diagram rumah jika arus eksitasi dinaikkan [7] Vt

Qgen Q1 Q2 Qsysm If diturunkan

IA1 IA2

EA1 EA2

jXsIa Lead

Lag

αP

αQ


(43)

Dapat dilihat bahwa peningkatan arus medan mengakibatkan Q (I1 sinθ)

akan meningkat. Atau dengan kata lain dapat disimpulkan bahwa, peningkatan arus medan pada generator sinkron yang bekerja paralel terhadap infinite bus akan meningkatkan daya reaktif keluaran generator [5]. Maka dalam pernyataan ini didapat persamaan ekuivalen generator berbeban yaitu:

S

X jI V

E1   1' ……..…...(2.17)

S

X jI V

E2   2' ……..…...(2.18) Hal ini dapat dilihat bahwa ada peningkatan besarnya I1’ tetapi komponen

aktif I1’cosΦ1 tidak berubah. Demikian juga I2’ yang besarannya menurun tetapi

komponen aktif I2’ cosΦ2 tidak terpengaruh. Dengan demikian arus beban,

tegangan terminal dan faktor daya beban tidak berubah. Namun arus jangkar, ggl induksi dan faktor daya untuk masing-masing alternator berubah.

1.10. Faktor daya

Faktor daya yang sering disebut sebagai cos φ didefinisikan sebagai perbandingan daya aktif (kW) dan daya semu (kVA). Atau sebagai perbandingan antara arus yang dapat menghasilkan kerja didalam suatu rangkaian terhadap arus total yang masuk kedalam rangkaian. Adanya nilai faktor daya pada sistem tegangan AC disebabkan adanya beban yang mengalir dan nilainya bergantung oleh karakteristik beban tersebut.

Faktor daya = Cos θ =

) (

) (

VA S

W

P ……..….

...(2.19) Dimana : P = Daya aktif ( Watt )


(44)

P

Q S

φ

Gambar 2.22 Segitiga daya

Faktor daya mempunyai pengertian sebagai besaran yang menunjukkan seberapa efisien jaringan yang dimiliki dalam menyalurkan daya yang bisa dimanfaatkan. Faktor daya rendah juga merugikan karena mengakibatkan arus beban akan menjadi lebih tinggi.

Daya reaktif yang tinggi mengakibatkan meningkatnya sudut segitiga daya sehingga menghasilkan faktor daya rendah, begitu juga sebaliknya.

1.10.1.Pengertian Daya

Dalam sistem tenaga listrik, daya merupakan jumlah energy listrik yang digunakan untuk melakukan usaha. Untuk penggunaan sistem arus AC tiga fasa, dikenal 3 daya yaitu:

1.10.1.1.Daya semu (apparent power)

Daya semu dikatakan daya total dari kapasitas daya maksimal generator atau dapat diartikan sebagai penjumlahan daya aktif dan daya reaktif.

) (VA I V

S  ……...(2.20)

2 2

Q P

S   ……..…...(2.21) 1.10.1.2.Daya aktif (Active Power)

Daya aktif disebut juga daya nyata memiliki satuan Watt yang mempunyai pengertian merupakan daya yang terpakai untuk melakukan energi sebenarnya.


(45)

Daya ini sering digunakan secara umum oleh konsumen dan sebagai satuan yang digunakan untuk daya listrik dan dikonversikan dalam bentuk kerja.

Dimana dalam perhitungan phasa :

) 1

( Fasa

Cos I V

P    ...(2.22)

) 3 (

3 V I Cos Fasa

P     ……...(2.23) 1.10.1.3. Daya Reaktif (reactive power)

Daya reaktif dengan satuan VAR, memiliki pengertian daya yang di suplay oleh komponen reaktif, atau disebut juga jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet. Dari pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet.

Dimana dalam perhitungan phasa :

) 1

( Fasa

Sin I V

Q    ...(2.24)

) 3 (

3 V I Sin Fasa


(46)

BAB III

METODE PENELITIAN 3.1Proses Pengambilan Data

Metode yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah metode pengukuran, dimana berdasarkan data yang diperoleh dengan mengikuti prosedur dalam Blok Diagrampada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Tahapan Penelitian 3.1.1 Sistem Pengukuran

Pada tahap ini, pengukuran dilakukan untuk mengetahui pengaruh pengaturan arus eksitasi terhadap perubahan faktor daya pada generator baik pada

Mulai

Pemilihan Area

Proses Pengukuran

Pembuktian Data Yang Diperoleh Dengan Rumus

Perhitungan Pembagian Nilai Daya Raktif Tiap Generator

Hasil


(47)

generator sinkron yang bekerja sendiri dan generator sinkron yang bekerja paralel dengan menggunakan beban tertentu.

3.1.2 Tempat dan Waktu

Percobaan pengaruh arus eksitasi pada generator sinkron yang bekerja paralel ini dilakukan di Laboratorium P4TK (Pusat Pengembangan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan) Medan pada hari Senin sampai dengan Rabu, tanggal 26-28 Agustus 2013, pukul 09.00 WIB – 16.00 WIB.

3.1.3 Alat dan Bahan

Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian pengaruh pengaturan arus eksitasi terhadap perubahan faktor daya pada generator baik pada generator sinkron yang bekerja sendiri dan generator sinkron yang bekerja paralel ini dilakukan di Laboratorium P4TK (Pusat pengembangan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan) Medan adalah sebagai berikut :

1. Motor sebagai generator sinkron 3 fasa sebanyak 2 buah. Dimana memliki spesifikasi yang sama yaitu:

 Tegangan : 220 V

 Arus nominal jangkar : 2,8 Ampere

 Daya generator : 0,8 kW

 Putaran nominal : 1500 rpm

 Faktor daya : 0,8 Laging

2. Motor DC sebagai penggerak mula sebanyak 2 buah. Dimana memiliki spesifikasi yang sama diantaranya:

 Tegangan : 220 V


(48)

 Putaran Nominal : 2040 / 4650 / 1870 rpm 3. Power Supply DC, 0 - 230 V sebanyak 4 buah.

4. Voltmeter AC, 0 – 300 V sebanyak 4 buah. 5. Amperemeter AC, 0 – 10 A sebanyak 3 buah. 6. Amperemeter DC, 0 – 10 A sebanyak 2 buah. 7. Cos φ meter sebanyak 2 buah.

8. Lampu sinkronisasi.

9. Saklar Utama (SM) sebanyak 2 buah. 10.Saklar Sinkronisasi (SS) sebanyak 2 buah. 11.Saklar Pilih (SP) sebanyak 1.

12.Saklar Beban sebanyak 1 buah.

13.Dekoder induktor dan dekoder kapasitor (Sebagai beban generator). 14.Kotak sambung secukupnya.

15.Kabel sambung secukupnya. 3.2 Proses pengukuran

Dalam proses pengukuran ini, dilakukan beberapa percobaan untuk melihat perubahan faktor daya pada generator dengan pengaturan arus eksitasi pada generator sinkron.

3.2.1 Pengaturan Arus Eksitasi Pada Generator Sinkron Pada Beban R-L Dalam melakukan percobaan ini, digunakan beban R-L, adapun daftar pembebanan yang dilakukan dapat ditunjukkan pada tabel berikut:

Tabel 3.1 Pembebanan pada generator dengan beban resistif induktif (R-L) Beban Watt (W) Tahanan (R) Induktansi (H) Arus (I)


(49)

3.2.1.1Rangkaian Percobaan

Rangkaian generator sinkron ditunjukkan pada gambar 3.2.

A

M

V

A V

A

PF

GENERATOR 0 - 230

220 V +

-+

-REGULATOR

E2

F2 F1

A2

E1 A1 U

W V

SM1 T S R

SL RBEBANL

Gambar 3.2 Rangkaian generator sinkron dengan Beban R-L 3.2.1.2Prosedur Pengukuran

Pengukuran arus eksitasi dilakukan pada generator sinkron yang bekerja paralel dalam penentuan nilai faktor daya pada masing-masing generator tersebut. Adapun prosedur kerjanya adalah sebagai berikut:

1. Lengkapi semua peralatan yang diperlukan, dan atur penempatan pada meja kerja sehinggu lebih mudah untuk merangkai .

2. Hubungkan semua peralatan sesuai dengan gambar rangkaian 3.2 (perhatikan dengan jelas urutan fasanya pada saat merangkai).

3. Jalankan generator dengan mengatur kecepatan nominal.

4. Atur tegangan nominal dengan mengatur arus eksitasinya sambil perhatikan frekuensinya (50 Hz).

5. Masukkan saklar utamanya (SM1) dan saklar beban (SL) dimana beban sesuai pada tabel 3.1.

6. Kemudian atur arus ekisitasi pada generator tersebut dan lihat perubahan faktor daya pada generator dengan menggunakan Cos φ meter.


(50)

8. Matikan/ putuskan (off-kan) saklar beban, saklar sinkronisasi dan saklar utama. Kemudian turunkan putaran dan arus eksitasi kedua generator sampai dengan 0.

3.2.2 Pengaturan Arus Eksitasi Pada Generator Sinkron Pada Beban R-C Dalam melakukan percobaan ini, digunakan beban R-C, adapun daftar pembebanan yang dilakukan dapat ditunjukkan pada tabel berikut:

Tabel 3.2 Pembebanan pada generator pada beban resistif kapasitif ( R-C)

Beban Watt (W) Tahanan (R) Kapasitor (C) Tegangan (V)

R-C 250 W

100 W

220 Ω 680 Ω

3µf 3µf

460 V 460 V

3.2.2.1Rangkaian Percobaan

Rangkaian generator sinkron ditunjukkan pada gambar 3.3.

A

M

V

A V

A

PF

GENERATOR 0 - 230

220 V +

-+

-REGULATOR

E2

F2 F1

A2

E1 A1 U

W V

SM1 T S R

SL RBEBANC

Gambar 3.3 Rangkaian generator sinkron dengan Beban R-C 3.2.2.2Prosedur Pengukuran

Pengukuran arus eksitasi dilakukan pada generator sinkron yang bekerja paralel dalam penentuan nilai faktor daya pada masing-masing generator tersebut. Adapun prosedur kerjanya adalah sebagai berikut:


(51)

1. Lengkapi semua peralatan yang diperlukan, dan atur penempatan pada meja kerja sehinggu lebih mudah untuk merangkai dan membaca penunjukan meter.

2. Hubungkan semua peralatan sesuai dengan gambar rangkaian 3.3 (perhatikan dengan jelas urutan fasanya pada saat merangkai).

3. Jalankan generator dengan mengatur kecepatan nominal.

4. Atur tegangan nominal dengan mengatur arus eksitasinya sambil perhatikan frekuensinya (50 Hz)

5. Masukkan saklar utamanya (SM1) dan saklar beban (SL) dimana beban sesuai pada tabel 3.2.

6. Kemudian atur arus ekisitasi pada generator tersebut dan lihat perubahan faktor daya pada generator dengan menggunakan Cos φ meter.

7. Catat data hasil pengukuran pada tabel yang telah tersedia.

8. Matikan/ putuskan (off-kan) saklar beban, saklar sinkronisasi dan saklar utama. Kemudian turunkan putaran dan arus eksitasi kedua generator sampai dengan 0.

3.2.3. Percobaan Paralel Generator Sinkron Dalam menentukan Faktor Daya Generator Dengan Menggunakan Beban R-L

Dalam melakukan percobaan ini, digunakan beban R-L yang bersifat resistif induktif, adapun daftar pembebanan yang dilakukan dapat ditunjukkan pada tabel berikut:


(52)

Tabel 3.3 Pembebanan generator paralel pada beban resistif induktif ( R-L) Beban Watt (W) Tahanan (R) Induktansi (H) Arus (I)

R-L 250 W 220 Ω 0,4 H 1,2 A

3.2.3.1. Rangkaian percobaan

Rangkaian paralel generator sinkron dalam mengukur arus eksitasi untuk menentukan perubahan faktor daya pada masing-masing generator ditunjukkan pada gambar berikut.

A

M

V

A V

A

Hz

M A

A

PF PF

V GENERATOR II GENERATOR I

220 V

0 - 230 0 - 230 220 V +

-+

-+ -+

REGULATOR REGULATOR

E2

F2 F1 A2

E1 A1 U

W V

SM1 T S R

SL BEBAN SS1

L1

L3 L2

SS2

SM2

BUSBAR W

V U

F1 F2

E1 A1

E2 A2

S

R L

Gambar 3.4 Rangkaian paralel generator sinkron dengan Beban R-L 3.2.3.2. Prosedur Percobaan

Pengukuran arus eksitasi dilakukan pada generator sinkron yang bekerja paralel dalam penentuan nilai faktor daya pada masing-masing generator tersebut. Adapun prosedur kerjanya adalah sebagai berikut:


(53)

1 Lengkapi semua peralatan yang diperlukan, dan atur penempatan pada meja kerja sehinggu lebih mudah untuk merangkai dan membaca penunjukan meter.

2 Hubungkan semua peralatan sesuai dengan gambar rangkaian 3.4 (perhatikan dengan jelas urutan fasanya pada saat merangkai).

3 Jalankan generator pertama dengan mengatur kecepatan nominal.

4 Atur tegangan nominal dengan mengatur arus eksitasinya sambil perhatikan frekuensinya (50 Hz), bila belum sesuai maka atur kembali kecepatan putarannya.

5 Masukkan saklar utamanya (SM1) dan saklar beban (SL) dimana beban sesuai pada tabel 3.3. Kemudian perhatikan kembali tegangan dan frekuensinya. Bila terjadi perubahan maka atur kembali sampai nominal. 6 Kemudian jalankan generator kedua yang akan diparalel dengan generator

pertama yang sedang beroperasi.

7 Atur penggerak mula dan arus eksitasi pada generator kedua agar frekuensi dan tegangannya sama dengan busbar.

8 Periksa frekuensi kedua generator dengan menggunakan saklar pilih (SP). Bila frekuensi kedua generator belum sama (50 Hz), maka atur penggerak mula pada masing-masing generator hingga mencapai nilai yang sama. 9. Masukkan saklar sinkronisasi (SS2) generator kedua dan perhatikan

keadaan sinkron tegangan generator kedua dengan busbar dari kedipan lampu sinkronisasi.

10.Jika posisi lampu dalam pergerakan kedipan lampunya cepat, berarti kondisi belum sinkron, maka atur frekuensi dan tegangan generator kedua


(54)

dengan busbar agar kondisi sama. Jika kondisi pergerakan kedipan lampu lambat dengan kondisi gelap terang (2 lampu terang dan 1 redup) bararti menunjukkan kondisi telah sinkron.

11.Pada saat kondisi telah sinkron maka masukkan saklar utama (SM2) generator kedua sehingga tegangannya terhubung langsung pada busbar, kemudian lepaskan saklar sinkronisasi generator kedua.

12.Perhatikan penunjukan amperemeter kedua generator, bila belum sama maka naikkan sedikit kecepatan generator kedua dan kecepatan generator pertama sedikit diturunkan sampai penunjukan kedua ampere sama. Keadaan ini dikatakan bahwa kedua generator telah bekerja paralel melayani beban.

13.Kemudian atur arus eksitasi pada generator pertama dan arus eksitasi generator kedua tetap pada beban dan lihat perubahan faktor daya pada masing-masing generator dengan menggunakan Cos φ meter.

14.Catat data hasil pengukuran pada tabel yang telah tersedia.

15.Matikan/ putuskan (off-kan) saklar beban, saklar sinkronisasi dan saklar utama. Kemudian turunkan putaran dan arus eksitasi kedua generator sampai dengan 0.

3.2.4. Percobaan Paralel Generator Sinkron Dalam Menentukan Faktor Daya Generator Dengan Menggunakan Beban R-C

Dalam melakukan percobaan ini, digunakan beban R-C yang bersifat resistif induktif, adapun daftar pembebanan yang dilakukan dapat ditunjukkan pada tabel berikut:


(55)

Tabel 3.4 Pembebanan generator paralel pada beban resistif kapasitif ( R-C) Beban Watt (W) Tahanan (R) Kapasitor (C) Tegangan (V)

R-C 250 W

100 W

220 Ω 680 Ω

3µf 3µf

460 V 460 V

3.2.4.1. Rangkaian percobaan

Rangkaian paralel generator sinkron dalam mengukur arus eksitasi untuk menentukan perubahan faktor daya pada masing-masing generator ditunjukkan pada gambar berikut.

A

M

V

A V

A

Hz

M A

A

PF PF

V GENERATOR II GENERATOR I

220 V

0 - 230 0 - 230 220 V +

-+

-+ -+

REGULATOR REGULATOR

E2

F2 F1

A2

E1 A1 U

W V

SM1

T S R

SL BEBAN SS1

L1

L3

L2

SS2

SM2

BUSBAR W

V U

F1 F2

E1 A1

E2 A2

S

R C

Gambar 3.5 Rangkaian paralel generator sinkron dengan Beban R-C 3.2.4.2. Prosedur Percobaan

Pengukuran arus eksitasi dilakukan pada generator sinkron yang bekerja paralel dalam penentuan nilai faktor daya pada masing-masing generator tersebut. Adapun prosedur kerjanya adalah sebagai berikut:


(56)

1. Lengkapi semua peralatan yang diperlukan, dan atur penempatan pada meja kerja sehinggu lebih mudah untuk merangkai dan membaca penunjukan meter.

2. Hubungkan semua peralatan sesuai dengan gambar rangkaian 3.5 (perhatikan dengan jelas urutan fasanya pada saat merangkai).

3. Jalankan generator pertama dengan mengatur kecepatan nominal.

4. Atur tegangan nominal dengan mengatur arus eksitasinya sambil perhatikan frekuensinya (50 Hz), bila belum sesuai maka atur kembali kecepatan putarannya.

5. Masukkan saklar utamanya (SM1) dan saklar beban (SL) dimana beban sesuai pada tabel 3.4. Kemudian perhatikan kembali tegangan dan frekuensinya. Bila terjadi perubahan maka atur kembali sampai nominal. 6. Kemudian jalankan generator kedua yang akan diparalel dengan generator

pertama yang sedang beroperasi.

7. Atur penggerak mula dan arus eksitasi pada generator kedua agar frekuensi dan tegangannya sama dengan busbar.

8. Periksa frekuensi kedua generator dengan menggunakan saklar pilih (SP). Bila frekuensi kedua generator belum sama (50 Hz), maka atur penggerak mula pada masing-masing generator hingga mencapai nilai yang sama. 9. Masukkan saklar sinkronisasi (SS2) generator kedua dan perhatikan

keadaan sinkron tegangan generator kedua dengan busbar dari kedipan lampu sinkronisasi.

10.Jika posisi lampu dalam pergerakan kedipan lampunya cepat, berarti kondisi belum sinkron, maka atur frekuensi dan tegangan generator kedua


(57)

dengan busbar agar kondisi sama. Jika kondisi pergerakan kedipan lampu lambat dengan kondisi gelap terang (2 lampu terang dan 1 redup) bararti menunjukkan kondisi telah sinkron.

11.Pada saat kondisi telah sinkron maka masukkan saklar utama (SM2) generator kedua sehingga tegangannya terhubung langsung pada busbar, kemudian lepaskan saklar sinkronisasi generator kedua.

12.Perhatikan penunjukan amperemeter kedua generator, bila belum sama maka naikkan sedikit kecepatan generator kedua dan kecepatan generator pertama sedikit diturunkan sampai penunjukan kedua ampere sama. Keadaan ini dikatakan bahwa kedua generator telah bekerja paralel melayani beban.

13.Kemudian atur arus eksitasi pada generator pertama dan arus eksitasi generator kedua tetap pada beban, lihat perubahan faktor daya pada masing-masing generator dengan menggunakan Cos φ meter.

14.Catat data hasil pengukuran pada tabel yang telah tersedia.

15.Matikan/ putuskan (off-kan) saklar beban, saklar sinkronisasi dan saklar utama. Kemudian turunkan putaran dan arus eksitasi kedua generator sampai dengan 0.

3.3. Tahapan Percobaan Dengan Menggunakan Diagram Alir

Dalam percobaan ini, penulis juga membuat prosedur percobaan dalam bentuk Diagram alir sebagai berikut :


(58)

TIDAK

YA

Generator pertama diputar dengan mengatur kecepatan nominal hingga mencapai frekuensi 50

Hz

Atur arus eksitasi pada generator hingga mencapai tegangan nominal 220 V

Apakah frekuensi generator tetap 50 Hz

jika diberi tegangan?

Hubungkan ke sakelar utama (SM1) atau disebut sakelar jala-jala

Hubungkan ke sakelar beban (SL) sehingga beban telah dipasok oleh generator

Atur kembali putaran hingga mencapai frekuensi 50 Hz dan atur arus eksitasi hingga mencapai tegangan nominal

220 V

A

Rangkailah urutan fasanya dimana fasa antar generator dengan sistem jaringan harus sama


(59)

TIDAK

YA

TIDAK

YA

Kemudian generator kedua dijalankan dengan mengatur kecepatan nominal hingga mencapai

frekuensi 50 Hz

Kemudian atur arus eksitasi hingga mencapai tegangan nominal 220 V

Periksa frekuensi generator kedua dengan sakelar pilih (SP)

Hubungkan ke sakelar sinkronisasi (SS2) dan lihat keadaan lampu sinkronisasi

Apakah keadaan lampu sinkronisasi telah berputar

lambat?

B

Apakah frekuensi dan tegangan generator tidak berubah jika dihubungkan

ke beban?


(60)

Gambar 3.6 Diagram Alir Prosedur Percobaan Masukkan sakelar utama (SM2) generator kedua

sehingga tegangannya terhubung langsung ke busbas sehinnga dikatakan telah sinkron dan

lepaskan sakelar sinkronisasi (SS2)

Perhatikan ampermeter kedua generator, jika belum sama maka tambahkan kecepatan generator

pertama dan kurangi kecepatan generator kedua

Generator telah paralel melayani pembagian beban yang sama

Kemudia atur arus eksitasi generator pertama tapi arus eksitasi generator kedua tetap. Lihat perubahan yang terjadi pada masing-masing

generator Catat hasil percobaan

Buka semua sakelar, turunkan tegangan dan putaran pada masing-masing generator

B


(61)

BAB IV

HASIL DAN ANALISIS

Pada bab ini akan dibahas dan dianalisis mengenai hasil percobaan pengaruh arus eksitasi pada generator sinkron yang bekerja paralel terhadap perubahan faktor daya pada masing-masing generator. Percobaan pengaruh arus eksitasi pada generator sinkron yang bekerja paralel ini dilakukan pada hari Senin sampai dengan Rabu, tanggal 26-28 Agustus 2013 di Laboratorium P4TK (Pusat pengembangan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan) Medan. 4.1. Percobaan Pengaturan Arus Eksitasi Pada generator Sinkron Yang

Bekerja Sendiri Terhadap Faktor Daya

Pada percobaan ini, akan dilihat pengaruh arus eksitasi pada generator sinkron yang bekerja paralel terhadap perubahan faktor daya pada masing-masing generator dalam beberapa percobaan.

4.1.1. Percobaan Dengan Beban Resistif Induktif (R-L)

Dalam menggunakan beban R-L ini, memiliki beberapa nilai dari beban tersebut diantaranya:

o Beban R = 220 Ω / 250 W o Beban L = 0,4 H / 1,2 A

Sehingga untuk mencari Cos θ beban adalah:

 

     

6 , 125

4 , 0 50 14 , 3 2 2 fL

L XL

 


(62)

Lag Z

R Cos

868 , 0

33 , 257

220

6 , 125 220

220

2 2

 

 

 

4.1.1.1Data Percobaan

Pada percobaan ini akan diatur arus eksitasi pada generator sehingga diperoleh data sebagai berikut:

Tabel 4.1 Data dimana arus eksitasi pada generator sama pada beban R-L

IF N IG V Cosθ

0,16 A 1513 rpm 0,42 A 92 V 0,86 Lag

0,18 A 1506 rpm 0,38 A 110 V 0,86 Lag

0,20 A 1500 rpm 0,35 A 118 V 0,86 Lag

0,22 A 1495 rpm 0,32 A 132 V 0,86 Lag

0,24 A 1489 rpm 0,28 A 144 V 0,86 Lag

0,26 A 1485 rpm 0,24 A 154 V 0,86 Lag

4.1.1.2`Kurva Hasil Percobaan

Dalam merubah besarnya arus eksitasi pada generator, maka akan berdampak pada perubahan tegangan keluaran generator seperti terlihat pada kurva berikut:


(63)

Gambar 4.1 Kurva perbandingan IF VS Vout pada beban R-L

4.1.2 Percobaan Dengan Beban Resistif Kapasitif (R-C)

Dalam menggunakan beban R-C ini, memiliki beberapa nilai dari beban tersebut diantaranya:

o Beban R = 220 Ω / 250 W dan 680 Ω / 100 W o Beban C = 3µF / 460 V

Sehingga untuk mencari Cos θ beban adalah:

 

      

1 , 1061

10 3 50 14 , 3 2

1 2

1 1

6 fC

C XC

 

 

 

 

  

22 , 166

900 149600

220 680

220 680

2 1

2 1

R R

R R RP

Sehingga Z = (166,22 – 1061,6 j)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26

P

er

u

b

ah

an

T

egan

agn

Perubahan Arus Eksitasi

IF VS Vout


(64)

3 2 1 Z Z

Z

Z   

j j Z

Z Z

Z Z Z

Z Z Z

87 , 353 41 , 55

) 6 , 1061 22 , 166 ( 3 1 3 1 3 '

2

3 2 1

2 1

 

 

 

 

 

0 1 , 81

3864 , 6

41 , 55

87 , 353

  

tg arc

tg arc

Maka Cosθ beban ialah

Lead Cos

Cos

155 , 0

   

4.1.2.1 Data Percobaan

Pada percobaan ini akan diatur arus eksitasi pada generator sehingga diperoleh data sebagai berikut:

Tabel 4.2 Data dimana arus eksitasi pada generator sama pada beban R-C

IF N IG V Cosθ

0,16 A 1511 rpm 0,52 A 55 V 0,155 Lead

0,18 A 1505 rpm 0,47 A 70 V 0,155 Lead

0,20 A 1500 rpm 0,42 A 90 V 0,155 Lead

0,22 A 1496 rpm 0,37 A 103 V 0,155 Lead

0,24 A 1491 rpm 0,34 A 121 V 0,155 Lead


(65)

4.1.2.2Kurva Hasil Percobaan

Dalam merubah besarnya arus eksitasi pada generator, maka akan berdampak pada perubahan tegangan keluaran generator seperti terlihat pada kurva berikut:

Gambar 4.2 Kurva perbandingan IF VS Vout pada beban R-C

4.2 Percobaan Memparalelkan Generator Sinkron

Dalam percobaan memparalelkan generator sinkron, untuk melakukan sinkronisasi harus memenuhi 3 syarat, yaitu:

a) Urutan fasa antar generator dengan sistem (busbar) harus sama. Tabel 4.3 Data urutan fasa generator dengan sistem( busbar)

Fasa Generator Fasa Sistem (Busbar)

U , V, W R, S, T

b) Tegangan antar generator harus sama.

Tabel 4.4 Data pengukuran tegangan dengan mengatur arus eksitasi

Vnominal If ( Arus penguatan)

220 0,2 Ampere

0 20 40 60 80 100 120 140

0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26

P

er

ub

ahan

T

egangan

Perubahan Arus Eksitasi

IF VS Vout


(66)

Keterangan:

Hal ini didapat dengan cara mengatur masing-masing arus penguatannya. c) Frekuensi antar generator harus sama.

Tabel 4.5 Data pengukuran frekuensi dengan mengatur putaran generator

Nnominal Frekuensi

1500 Rpm 50 Hz

Keterangan:

Hal ini didapat dengan cara mengatur putaran pada masing-masing generator. 4.3 Percobaan Pengaruh Arus Eksitasi Pada Generator Sinkron Yang

Bekerja Paralel Terhadap Perubahan Faktor Daya

Pada percobaan ini, akan dilihat pengaruh arus eksitasi pada generator sinkron yang bekerja paralel terhadap perubahan faktor daya pada masing-masing generator dalam beberapa percobaan.

4.3.1 Percobaan Dengan Beban Resistif Induktif (R-L)

Dalam menggunakan beban R-L ini, memiliki beberapa nilai dari beban tersebut diantaranya:

o Beban R = 220 Ω / 250 W o Beban L = 0,4 H / 1,2 A

4.3.1.1Data Percobaan

Bila arus eksitasi pada masing-masing generator sama maka data yang diperoleh adalah:

Tabel 4.6 Data pada saat awal penyinkronan dengan menggunakan beban R-L

IF1 IF2 IG1 IG2 Cosθ1 Cosθ2 VBUS IB CosθBeban


(67)

Untuk menentukan besar nilai Kw dan Kvar pada masing-masing generator, maka:

2 1 I

I

IB  

Jadi arus yang mengalir pada masing-masing generator adalah:

A I

I B

G

175 , 0

2 35 , 0

2

12

  

Dengan adanya arus beban, dapat dibagi menjadi arus komponen aktif dan reaktif maka:

Komponen aktif:

A Cos I IAktif B

303 , 0

868 , 0 35 , 0

  

 

A generator IAktif

151 , 0

2 303 , 0 /

Komponen reaktif:

A Sin I I Aktif B

171 , 0

49 , 0 35 , 0

Re

  

 

A generator I aktif

085 , 0

2 171 , 0 /

Re


(1)

b) Kurva perubahan arus eksitasi pada generator kedua terhadap cos θ masing-masing generator.

Gambar 4.21 Kurva perbandingan Cos θ VS IF2 Pada beban R-C

c) Kurva perubahan arus eksitasi pada generator pertama terhadap cos θ masing -masing generator.

Gambar 4.22 Kurva perbandingan KVar VS IF1 pada beban R-C

0.11 Lead 0.13 Lead 0.155 Lead 0.205 Lead 0.29 Lead 0,48 Lead 0.28 Lead 0.199 Lead 0.155 Lead 0.12 Lead 0.10 Lead 0,08 Lead 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24

P er ub ahan F aktor D aya (C os θ )

Perubahan Arus Eksitasi Pada Generator Kedua (Ampere)

Cos

θ

VS IF

2

Cosθ1 Cosθ2 0.3 0.26 0.205 0.15 0.11 0.061 0.11 0.15 0.205 0.26 0.3 0.348 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26

Per u b a h a n Da y a Re a k tif (K V a r)

Perubahan Arus Eksitasi Pada Generator Pertama (Ampere)

KVar VS IF1

KVar1 KVar2


(2)

d) Kurva perubahan arus eksitasi pada generator kedua terhadap cos θ masing -masing generator.

Gambar 4.23 Kurva perbandingan KVar VS IF2 pada beban R-C

0.061

0.11

0.15

0.205

0.26

0.3 0.348

0.3

0.26

0.205

0.15

0.11

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24

P

er

ub

a

ha

n

Da

y

a

Rea

k

tif

(K

Va

r)

Perubahan Arus Eksitasi Pada Generator Kedua(Ampere)

KVar VS IF2

KVar1 KVar2


(3)

BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan

1. Jika arus eksitasi pada generator sendiri dirubah maka faktor daya generator tidak akan berubah namun tegangan akan berubah sedangkan pada generator yang bekerja paralel jika diatur arus eksitasinya akan merubah faktor daya generator dan tegangan akan tetap.

2. Beban induktif

 Jika arus eksitasi pada generator diperbesar maka faktor daya generator akan mengecil menjauhi nilai 1 dengan faktor daya

lagging, sedangkan jika dikurangi hingga mencapai batas

pengaturan maka faktor daya generator akan mendekati nilai 1 dan dapat bersifat leading.

 Jika arus eksitasi pada generator diperbesar maka generator tersebut menyuplai daya reaktif lebih besar daripada generator yang lain.

 Bila arus eksitasi dikurangi hingga batas pengaturan (under

excited) maka generator tersebut bersifat mengkonsumsi daya

reaktif. 3. Beban kapasitif

 Jika arus eksitasi pada generator diperbesar maka faktor daya generator akan semakin meningkat mendekati nilai 1 dengan faktor daya leading, sedangkan jika dikurangi hingga maka faktor daya generator akan menjauhi nilai 1 dan bersifat leading.


(4)

 Jika arus eksitasi pada generator diperbesar maka generator tersebut menyerap daya reaktif lebih sedikit daripada generator yang lain.

5.2. Saran

1. Dalam percobaan ini diharapkan data yang diperoleh dapat menjadi dasar untuk perhitungan aplikasi paralel generator sinkron.

2. Dalam pengaturan arus eksitasi disarankan tidak melebihi batas pengaturan, dikarenakan akan membuat rugi-rugi terhadap mesin. 3. Membandingkan pengaturan arus eksitasi dengan menggunakan lebih


(5)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Wijaya, Mochtar, “Dasar-Dasar Mesin Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta,2001.

[2] Theraja, B.L. & Theraja, A.K., “A Text Book of Electrical Technology”, New Delhi, S.Chand and Company Ltd., 2001.

[3] Generator_AliefRakhman.htm Di posting pada 6 Februari 2013 .

[4] Metha, V.K, Metha, Rohit, “Principle of Electrical Machine”, S. Chand & Company Ltd., New Dehli 2002

[5] GeneratorSinkron_WawanBlog.htm

[6] ParallelOperationofTwoAlternators_yourelectricalhome.htm

[7] Chapman, Stephen J, ”Electric Machinery Fundamentals”, 4rd Edition, Mc Graw – Hill Book Company, Australia, 2004.


(6)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Wijaya, Mochtar, “Dasar-Dasar Mesin Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta,2001.

[2] Theraja, B.L. & Theraja, A.K., “A Text Book of Electrical Technology”, New Delhi, S.Chand and Company Ltd., 2001.

[3] Generator_AliefRakhman.htm Di posting pada 6 Februari 2013 .

[4] Metha, V.K, Metha, Rohit, “Principle of Electrical Machine”, S. Chand & Company Ltd., New Dehli 2002

[5] GeneratorSinkron_WawanBlog.htm

[6] ParallelOperationofTwoAlternators_yourelectricalhome.htm

[7] Chapman, Stephen J, ”Electric Machinery Fundamentals”, 4rd Edition, Mc Graw – Hill Book Company, Australia, 2004.