Studi Analisa Daya Keluaran Generator Sinkron Tiga Phasa Dengan Rotor Silinder

(1)

STUDI ANALISA DAYA KELUARAN

GENERATOR SINKRON TIGA PHASA

DENGAN ROTOR SILINDER

O

L

E

H

EDUWARD ALIANSYAH

Nim. 990422014

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

STUDI ANALISA DAYA KELUARAN

GENERATOR SINKRON TIGA PHASA

DENGAN ROTOR SILINDER

Oleh:

EDUWARD ALIANSYAH Nim. 990422014

Disetujui oleh: Pembimbing

Ir. Mustafrind Lubis Nip. 130 353 117

Diketahui oleh:

Ketua. Departemen Teknik Elektro FT. USU

Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Nip. 130 365 322

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(3)

A B S T R A K

Kemampuan daya keluaran generator sinkron tidak lepas dari proses timbulnya panas yang disebabkan oleh rugi – rugi stator maksimum, rugi – rugi rotor maksimum, dan rugi – rugi inti. Sedangkan faktor – faktor yang mempengaruhi kenaikan temperatur pada generator sinkron yang beroperasi adalah faktor yang menimbulkan panas yaitu rugi – rugi tembaga, rugi – rugi inti besi dan rugi – rugi gesek atau angin. Dan dipengaruhi oleh faktor pendingin yaitu volume udara melalui lobang pendingin. Juga faktor perpindahan panas yaitu ketebalan isolasi belitan. Perpindahan panas juga dilakukan secara konveksi paksa yaitu secara radial dan secara aksial.

Studi ini mengkhususkan menganalisa pada generator sinkron tiga phasa dengan rotor silinder, dengan membandingkan antara daya yang terdapat pada name plate generator dengan percobaan yang dilakukan pada laboratorium mesin mesin listrik. Apakah daya yang terdapat pada name plate tersebut sesuai dengan kemampuan sebenarnya dari generator tersebut. Dengan membandingkan daya keluaran tersebut kita dapat mengatahui kemampuan sebenarnya dari generator tersebut sehingga kita dapat mengatur pemakaian dari generator tersebut sehingga lebih efisien dan usia pemakaian dari generator tersebut menjadi lama.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Dalam hal ini penulis mengambil judul “Studi Analisa Daya Keluaran Generator Sinkron Tiga

Phasa Dengan Rotor Silinder”. Sholawat serta salam selalu terlimpahkan

kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW serta kepada para pengikutnya. Penulisan tugas sarjana ini ditujukan sebagai salah syarat untuk mengikuti sidang tugas sarjana di Departemen Teknik Elektro, Program Pendidikan sarjana Ekstensi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.

Penulis menyadari bahwa dalam Penulisan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan ataupun kesalahan, untuk itu penulis berharap adanya kritik dan saran yang sifatnya membangun dari para pembaca untuk memberi wawasan pengetahuan bagi penulis, dan untuk kesempurnaanTugas akhir ini.

Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dan bimbingan baik materi maupun moril dari berbagai pihak. Oleh karenanya dalam kesempatan ini izinkan penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada:

− Bapak Prof Dr. Chairudin P Lubis, selaku Rektor Universitas Sumatera Utara. − Bapak Prof DR. Ir. Usman Baafai, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro. − Bapak Ir. Mustafrind Lubis, selaku pembimbing Tugas Akhir Jurusan Teknik

Elektro.

− Ibu, Dek Is, Nana, seluruh keluarga Bunda di lampineung dan Kp. Pineung, Herita yang memberi motifasi, dan seluruh korban gempa dan tsunami di Banda Aceh tahun 2004.

(5)

− Staf Pengajar dan Administrasi jurusan Teknik Elektro yang telah banyak membantu penulis.

− Seluruh teman teman di Departemen Teknik Elektro dan di PT Group 4 Securicor, koe-jack, ismat, sayed, udin, dan lain-lain. Yang banyak membantu dalam pengambilan data yang diperlukan penulis.

Demikianlah pembuatan tugas sarjana ini . Kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan. Semoga laporan ini berguna bagi pembaca dan penulis.

Medan, Januari 2008 Penulis,

(6)

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ii

ABSTRAK iii KATA PENGANTAR iii DAFTAR ISI vi

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ………. 1

I.2 Tujuan Penelitian ………. 2

I.3 Pembatasan Masalah ………. 2

I.4 Sumber Data ………. 3

I.5 Sistematika Penulisan ………. 3

BAB II MESIN SINKRON II.1 Umum ………. 4

II.2 Konstruksi Generator Sinkron ………. 4

II.3 Kecepatan Putar Generator Sinkron ………. 7

II.4 Medan Putar ………. 8

II.5 Belitan Terbagi pada Generator Sinkron ………. 10

II.6 Gaya Gerak pada Belitan Magnet Terbagi ………. 13

II.7 Tegangan Internal Yang Dibangkitkan Pada Generator Sinkron ………. 16

II.8 Faktor Kisar ………. 19

II.9 Faktor Distribusi ………. 20

II.10 Daya Keluaran Generator Sinkron ………. 21

BAB III PEMANASAN PADA GENERATOR SINKRON III.1 Prinsip Kerja Generator Sinkron ………. 23

III.2 Diagram Fasor Generator Sinkron ………. 24

III.3 Torsi dan Daya Generator Sinkron ………. 35

(7)

III.5 Batas Rugi – rugi Penyebab Pemanasan ………. 29

III.6. Rugi – Rugi Total ………. 29

III.6.1. Rugi Listrik ………. 29

III.6.2. Rugi Besi ………. 30

III.6.3. Rugi Mekanik ………. 32

III.6.4. Rugi – rugi Beban Tersebar ………. 32

III.7. Arus Stator ………. 32

III.8. Arus Rotor ………. 33

III.9. Efisiensi ………. 33

III.10. Sistim Ventilasi ………. 34

BAB IV STUDI ANALISA DAYA KELUARAN GENERATOR SINKRON TIGA FASA DENGAN ROTOR SILINDER IV.1 Data Hasil Percobaan ……… 36

IV.1.1 Data Umum ……… 36

IV.1.2 Data Percobaan Beban Nol ……… 36

IV.1.3. Data Percobaan Hubung Singkat ……… 38

IV.1.4. Data Percobaan Berbeban ……… 39

IV.1.5. Data Percobaan Resistansi Belitan Jangkar …… 41

IV.1.6. Data Percobaan Resistansi Belitan Medan …… 41

IV.2 Perhitungan Rugi – Rugi Pada Percobaan Beban Nol …… 41

IV.3 Perhitungan Rugi – Rugi Pada Percobaan Hubung Singkat .. 43

IV.4 Perhitungan Rugi – Rugi Pada Percobaan Berbeban …… 44

IV.5 Perhitungan Rugi – Rugi Total ……… 46

IV.6 Perhitungan Daya Keluaran Generator Sinkron ……… 46

BAB V PENUTUP V.1 Kesimpulan ……… 48

V.2 Saran – saran ……… 48

(8)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Energi listrik merupakan kebutuhan primer pada perkembangan teknologi sekarang ini. Manusia sangat bergantung pada energi listrik dan supaya energi listrik dapat digunakan dengan baik, dibutuhkan suatu sistem pembangkit energi listrik yang handal.

Generator sinkron tiga phasa adalah sumber utama pembangkit daya listrik yang sudah tidak asing lagi dalam dunia kelistrikan. Hampir seluruh sistem pembangkit tenaga listrik di dunia ini menggunakan generator sinkron sebagai sumber daya listrik, kecuali pada pembangkit dengan tujuan dan kondisi tertentu. Generator sinkron bekerja dengan mengubah energi mekanis yang dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik tiga fasa.

Generator sinkron tiga phasa adalah suatu peralatan listrik yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Energi mekanik dapat diperoleh dari motor diesel, air, gas, uap, panas bumi, nuklir dan lain lain.

Sistem pengoperasian generator sinkron tiga phasa ini adalah secara kontinu dan dengan beban tertentu, yang perlu diperhatikan adalah kemampuan generator tersebut dalam catu daya. Besar daya yang di catu tentunya harus selalu berada dibawah kemampuan catu daya generator tersebut, bila pengoperasian berada diatas kemampuan generator atau kapasitas beban melebihi kemampuan daya generator maka akan mengakibatkan pemanasan yang berlebihan pada generator tersebut. Pemanasan yang berlebihan ini dapat mengakibatkan kerusakan isolasi pada belitan – belitan rotor dan stator generator tersebut. Oleh karena itu banyak faktor yang menentukan kemampuan mencatu daya suatu generator sinkron, diantaranya adalah faktor sumber panas, faktor pendingin dan faktor pemindahan panas. Sedangkan sumber panas adalah berupa rugi – rugi belitan stator, rugi – rugi belitan rotor dan rugi – rugi gesek atau angin. Untuk pendingin ditentukan oleh lobang angin, luas permukaan, bentuk permukaan dan lain – lainnya.

(9)

Untuk menentukan daya keluaran generator sinkron tiga phasa terlebih dulu dilakukan percobaan beban nol, hubung singkat, dan berbeban. Kemudian dianalisa kerugian Belitan rotor, kerugian beltan stator dan inti besi,kerugian inti besi terdiri dari rugi histerisis dan arus pusar yang menyebabkan kenaikan suhu pada inti besi, sedangkan panas adalah secara konveksi paksa.

I.2. Tujuan Penelitian

Pembuatan Tugas Akhir ini mempunyai tujuan sebagai berikut :

 Untuk mengetahui kemampuan daya yang keluar dari generator sinkron tiga phasa, sehingga bila kapasitas beban melebihi kapasitas generator maka akan merusak isolasi kawat – kawat kumparan generator.

 Dengan menganalisa daya keluaran generator sinkron tiga phasa ini diharapkan dapat mengaplikasi ilmu pengetahuan yang telah didapat dibangku perkuliahan dengan kenyataan di industri.

 Untuk dapat memperluas ilmu pengetahuan dan wawasan penulis khususnya dalam bidang mesin-mesin listrik.

I.3. Pembatasan Masalah

Untuk menghindari meluasnya pembahasan, penulis membatasi penulisan sebagai berikut :

 Pembahasan ini dikhususkan pada generator sinkron tiga phasa dengan rotor silinder yang dioperasikan secara kontinu.

 Menentukan daya keluaran generator dengan menganalisa kerugian belitan rotor atau kehilangan energi dalam kumparan medan.

 Menganalisa belitan dalam stator dan inti besi, kerugian inti besi ini terdiri dari rugi histerisis dan arus pusar yang menyebabkan kenaikan suhu pada inti besi.

(10)

I.4. Sumber Data

Dalam pengumpulan data - data yang diperlukan sebagai masukan untuk tugas akhir ini, maka penulis telah melaksanakan kegiatan yang menunjang antara lain :

1. Studi pendahuluan, yaitu mengadakan bimbingan dengan dosen pembimbing mengenai judul dan topik pembahasan yang diarahkan untuk dapat menganalisa daya keluaran generator sinkron tiga phasa dengan rotor selinder. 2. Data kepustakaan, yaitu mengumpulkan data melalui buku – buku, katalog

dan brosur - brosur serta literatur – literatur lainnya yang berhubungan dengan Tugas Akhir ini.

3. Data percobaan dilaboratorium, yaitu mengambil data perhitungan di– laboratorium dengan cara melakukan percobaan pada generator sinkron tiga phasa rotor silinder.

I.5. Sistematika Penulisan

Susunan penulisan Tugas Akhir ini dengan judul Studi Analisa Daya Keluaran Generator Sinkron Tiga Phasa dengan Rotor Silinder adalah sebagai berikut :

BAB I : Pendahuluan, latar belakang masalah, tujuan penulisan, pembatasan masalah dan sumber data.

BAB II : konstruksi generator sinkron, kecepatan putar generator sinkron, medan putar, belitan terbagi pada generator sinkron, gaya gerak pada belitan magnet terbagi, tegangan internal yang dibangkitkan pada generator sinkron, fator kisar, factor distribusi, daya keluaran pada generator tersebut.

BAB III : Prinsip kerja generator sinkron, diagram fasor, torsi dan daya, faktor – faktor yang mempengaruhi dan batasan rugi – rugi penyebab pemanasanarus staor, arus rotor, efisiensi, system ventilasi.

BAB IV : Menentukan daya keluaran pada generator sinkron tiga phasa dengan rotor silinder.

(11)

BAB II

GENERATOR SINKRON

II.1. Umum

Generator sinkron adalah suatu peralatan listrik dinamis yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik arus bolak balik. Energi mekanik (putaran) dapat diperoleh dari energi listrik potensial air (PLTA), motor diesel (PLTD), dan lain – lain.

II.2. Konstruksi Generator Sinkron

Pada generator sinkron, arus DC yang dipasang ke belitan rotor akan menghasilkan medan magnet rotor. Kemudian rotor akan diputar dengan suatu kecepatan tertentu oleh sebuah pengerak mula, memutarkan medan magnet didalam mesin dan menginduksikan tegangan pada belitan stator.

Rotor dari generator ini, pada dasarnya merupakan elektro magnet yang besar, dimana konstruksi kutub-kutubnya dapat berupa kutub menonjol dan kutub tidak menonjol. Kutub menonjol maksudnya kutub-kutubnya menonjol dari permukaan rotor, dan bentuknya seperti tapak sepatu sehingga sering juga disebut dangan rotor bentuk kutub sepatu. Bentuk kutub tidak menonjol adalah kontruksi kutub-kutubnya sama tinggi dengan permukaan rotor yang berbentuk selinder, sehingga bentuk ini sering juga disebut dengan rotor silinder. Bentuk kutub silinder ini di gambarkan pada Gambar 2.1.

Rotor dengan kutub silinder biasanya digunakan untuk rotor dua kutub atau empat kutub, sedangkan kutub menonjol biasanya digunakan untuk mesin lebih dari empat kutub. Rotor rotor ini sifatnya untuk menghasilkan medan magnet, maka laminasinya perlu dibuat sedemikian rupa untuk menghasilkan rugi-rugi eddy sekecil mungkin.

Dalam hal ini, arus searah harus disuplai ke rangkaian medan dirotor, yang pada dasarnya dapat dilakukan dengan dua metode yaitu :

1. suplai arus searah berasal dari sumber tegangan external dengan cara menghubungkannya ke terminal belitan medan melalui slipring dan sikat.

(12)

2. suplai arus searah berasal dari sumber daya khusus yang terpasang langsung pada poros generator tersebut.

Slipring ini terbuat dari metal, yang biasanya telah terpasang pada poros mesin tapi terisolasi dari poros tersebut dimana kedua ujung belitan medan pada rotor dihubungkan keslipring tersebut untuk dapat dihubungkan kerangkaian luar.dengan menghubungkan terminal positif dan negatif dari sumber arus searah ke slipring melalui sikat, maka belitan medan akan mendapatkan suplai energi listrik arus searah dari sumber luar.

Pengunaan slipring adan sikat biasanya menimbulkan beberapa masalah, ketika digunakan untuk mensuplai arus searah ke belitan medan. Ini disebabkan karena slipring dan sikat membutuhkan perawatan berkala dan menimbulkan rugi rugi daya serta drop tegangan pada terminal sikat, terutama pada mesin yang arus medan nya cukup besar.

Untuk generator sinkron yang kapasitas besar, penguat tanpa sikat digunakan untuk mensuplai arus searah ke belitan medan yang ada pada rotor mesin. Penguat tanpa sikat ini merupakan sebuah generator kecil dimana rangkaian medannya berada di stator, sedangkan jangkarnya berada di rotor. Output tiga fasa dari generator peguat ini disearahkan oleh penyearah untuk mendapatkan sumber arus searah untuk mensuplai arus medan ke generator sinkron. Dengan mengatur besar arus penguat ini, memungkinkan untuk menyetel arus medan pada generator sinkron tanpa slip dan sikat, seperti pada Gambar 2.2, dan rotor mesin sinkron dengan penguatan tanpa sikat yang terpasang pada poros yang sama. Karena tak adanya kontak mekanis langsung maka penguatan tanpa sikat ini membutuhkan perawatan yang lebih kecil dibandingkan dengan yang mengunakan slipring dan sikat.

Dalam mendapatkan penguatan generator secara komplit dan tidak tergantung dari sumber daya external, maka pada sistim biasanya dilengkapi dengan pengendali penguat yang kecil. Pengendali penguat yang kecil ini merupakan sebuah generator arus bolak balik yang kecil dengan magnet permanent pada rotornya dan belitan tiga pasa pada statornya. Alat ini menghasilkan daya untuk rangkaian medan sebagai penguat yang akan mengontrol arus medan pada generator sinkron. Dan bila polit exiter ini

(13)

dilengkapi pada poros generator sinkron, maka tidak diperlukan lagi sumber daya external pada saat generator beroperasi seperti pada Gambar 2.3

Beberapa generator sinkron yang dilengkapi dengan penguat tanpa sikat ini, juga dilengkapi dengan slipring dan sikat. Ini dimaksudkan bahwa slipring dan sikat tersebut sebagai cadangan ketika penguatannya mengalami gangguan, sehingga generator membutuhkan arus penguat dari sumber daya external. Atau dengan kata lain bahwa sikat dan slipring berfungsi sebagai cadangan pada kondisi darurat.

II.3. Kecepatan Putar Generator Sinkron

Generator sinkron dibangkitkan oleh frekuensi listrik yang disinkronkan dengan pengerak mula generator tersebut. Rotor generator sinkron yang terdiri elektromagnetik dengan suplai sumber DC, akan menghasilkan medan magnet yang berputar denganarah putar rotor. Persamaan yang menyatakan hubungan antara medan magnet pada mesin dengan frewnsi listrik pada stator dinyatakan oleh persamaan :

120 P . n e= m

f (2.1)

Dimana :

fe = frekwensi jala jala (Hz) nm = kecepatan putar (rpm)

P = jumlah kutub

Saat rotor berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan magnet persamaan diatas menyatakan hubungan antara kecepatan putaran rotor dengan frewensi yang dibangkitkan pada stator. Frekwensi yang dibangkitkan ini 50 Hz atau 60 Hz, sehingga putaran generator disesuaikan bila jumlah kutubnya tetap.

II.4. Medan Putar

Seperti yang terlihat pada Gambar 2.4.(a). dibawah ini adalah sebuah generator sinkron tiga phasa, dimana belitan Y dari masing – masing phasa terpisah dengan jarak 1200 listrik atau 2π/3 derajad listrik dalam ruang sekeliling celah udara sebagai mana terlihat pada Gambar dibawah ini:

(14)

Pada Gambar diatas terlihat bahwa: Belitan (UX) pada phasa u

Belitan (VY) pada phasa v Belitan (WZ) pada phasa w

Dengan arus membentuk sistim simetris pada kumparan – kumparan phasanya, dengan adanya arus tersebut, maka masing – masing kumparan akan menimbulkan fluks yang berturut – turut yaitu (φu, φv, φw), menurut sumbu kumparan masing – masing. Karena arus phasa itu bolak – balik maka fluks magnetnyapun bolak – balik, dan karena arus – arus phasa membentuk sistem simetris, maka harga maksimum ketiga fluks itupun sama, hanya antara satu dengan yang lainnya terdapat perbedaan phasa 2π/3.

Keadaan medan yang dihasilkan oleh ketiga buah komponen dapat dikuti perubahan setiap komponen. Seperti yang terlihat pada Gambar 2.4.(b) yang memberikan nilai- nilai φu, φv, dan φw, sebagai fungsi waktu.

Misalnya diambil saat ωt = π/6 sesuai pada Gambar 2.4.(b), maka pada saat tersebut:

φu = φm/2 φv = -φm φw = φm/2

Dimana φm adalah harga maksimum masing – masing fluksi. Dengan demikian diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

a. Diruang mesin akan terbentuk medan magnet yang berputar dengan kecepatan tetap, dengan harga maksimum yang tetap pula.

b. Bagi mesin berkutub dua satu periode medam putar satu kali, jadi dalam satu menit berputar 60 f kali (frekwensi arus). Kalau mesin – mesin mempunyai P buah kutub, maka kecepatan medan menjadi:

rpm P

f . 120

n= (2.2)

Dimana :

(15)

f = Frekwensi (Hz) P = Jumlah kutub

Jadi inilah asal sebutan mesin serempak atau sinkron, karena kecepatannya medan adalah sama dengan kecepatan rotor mesin.

II.5. Belitan Terbagi pada Generator Sinkron

Belitan pada generator sinkron yang perlu diperhatikan adalah: a. Tingkat kelas isolasi.

b. Isolasi kawat.

c. Besar tegangan kerja pada belitan tersebut. d. Bentuk belitan.

Dalam hal ini hanya dibicarakan belitan stator bagi generator sinkron berkapasitas besar. Belitan stator menurut bentuk dan jenisnya pada dasarnya ada dua macam yaitu antara lain:

1. Belitan yang dipusatkan 2. Belitan yang terbagi

Belitan yang dipusatkan dipakai pada stator untuk kelompok generator sinkron yang berkapasitas kecil dan berkutub banyak, sedangkan belitan terbagiuntuk mesin yang berkapasitas besar dan berkutub relatif sedikit,

Pada contoh ini, belitan terbagi pada generator sinkron, yang membutuhkan banyak alur pada besi stator, tetapi yang lebih penting ialah bagaimana membagi alur – alur sedemikian rupa sehingga dapat merupakan satuan mesin pembangkit listrik yang sesuai seperti yang direncanakan. Untuk mendapatkan tegangan yang maksimum maka terlebih dahulu diketahui langkah sebagai berikut:

Jumlah alur (S) Jumlah kutub (P) Jumlah phasa (F)

Jumlah alur tiap kutub (m)

Kisar kutub/ jarak kutub utara selatan yang terdekat (Kk) Maka untuk generator yang mempunyai:

S = 36 P = 4

(16)

F = 3φ

Jadi pertama – tama yang harus dihitung adalah: 1. Jumlah alur/kutub/phasa yaitu:

S = F.P.m

/phasa alur/kutub 3 4 . 3 36 m P . F S m = = =

2. Langkah dengan alur jarak kutub (Q) diperhitungkan sebagai berikut: a. Jarak kutub utara selatan yang terdekat

Kk = 1800 listrik

Oleh karena generator mempunyai P = 4 maka jarak kutub utara selatan yang terdekat dalam derajad biasa (K’k) yaitu :

0 0 0 k 90 4 360 P 360

K' = = =

b. Jarak alur yang terdekat diperhitungkan dalam derajat biasa : biasa 10 36 360 S 360 B 0 0 0 = = =

Maka langkah alur dengan jarak kutub yaitu: 9 10 90 B ' Q ₀ 0 = = = Kk

Jadi jarak alur yang terdekat adalah:  Kutub utara (U) berada pada alur 1  Kutub utara (S) berada pada alur 10

Jarak phasa satu dengan lainnya 1200 listrik maka jarak alur juga dihitung dalam derajat listrik yaitu:

listrik 20 2 36 360 2 S 360 Be 0 0 0 = × = × =

(17)

alur 6 20 120 Be Ph

Ph ₀

2 = = =

Maka pada phasa kedua tujuh alur dari permukaan phasa satu. Dan begitu juga halnya dengan phasa ketiga, tujuh alur jaraknya dari phasa kedua.

Selanjutnya dapat dilihat pada Gambar 2.6. langkah – langkah belitan yang terbagi pada generator.

Untuk mendapatkan tegangan maksimum, kumparan harus dibuat langkah penuh. Hal ini berarti jika tiga sisi dimulai dari alur satu, dua dan tiga maka tiga sisi yang lainnya berada pada alur sepuluh, sebelas, dan duabelas. Dan inilah yang disebut langkah kutub yang besarnya adalah sebesar 180 derajat listrik.

II.6. Gaya Gerak pada Belitan Magnet Terbagi

Gaya gerak magnet adalah perkalian antara jumlah perkalian belitan stator dengan besar arus yang mengalir padanya. Dengan adanya ampere lilitan inilah yang menyebabkan timbulnya medan magnet dan garis gaya magnet.

Persamaan tersebut dapat dinyatakan dari persamaan yang lalu sebagai berikut: F = I . N ampere – turn

Dimana:

GGM = F = gaya gerak magnet (ampere-turn) I = Besaran arus yang mengalir (ampere) N = Banyaknya kumparan kawat

Atau menurut hukum ampere :

∫

= H .dl

F (2.3)

Dimana:

H = Kuat medan magnet

(18)

Apa bila didalam suatu rangkaian magnetik terdapat dua macam lintasan yaitu:

a. Lintasan inti besi b. Lintasan udara

Maka persamaan dapat ditulis sebagai berikut:

1 1 1

A o

L R

= (2.4)

0 0 0

A o

L R

= (2.5)

Maka persamaannya menjadi:

(

R1 R0

)

i .

N =φ + (2.6)

Dimana:

φ = Fluks (webber) R1 = Reluktansi inti besi

R0 = Reluktansi celah udara

µ1 = Permeabilitas celah udara

µ0 = Permeabilitas inti besi

L1 = Panjang inti besi

L0 = Panjang celah udara

Dari persamaan diatas dapat ditulis kembali seperti berikut oleh karena pada umumnya µ1 jauh lebih besar dari µ0 atau permeabilitas inti besi lebih besar

dari permeabilitas celah udara maka persamaan dapat dibuat:

(

R1 R0

)

(19)

0 0 0 0 0 0 L A . o . F A . / Lo F R F µ φ µ φ = = = o weber L A . o i . N 0 0 0 µ

φ = (2.8)

Dimana:

φ0 = Fluks didalam celah udara

Untuk rapat fluks dalam celah udara dapat juga dihitung sebagai berikut : tesla A B 0 0 0 φ = (2.9) Dimana:

B0 = Rapat fluks dalam celah udara (tesla)

Seperti yang terlihat pada Gambar 2.7. menyatakan bahwa bentuk gelombang gaya gerak magnetnya. Gelombang gaya gerak magnet frekwensi dasar yang timbul akibat adanya arus stator. Maka harga puncak dari GGM nya adalah: lm . kr . P Nph . 4 Fa₁ π = (2.10) Dimana:

Fa1 = Harga puncak komponen frekwensi dasar GGM

Nph = Jumlah belitan perphasa P = Jumlah phasa

Im = Arus puncak

Sama juga halnya belitan terbagi pada rotornya yang jumlah kutub (p) dapat dinyatakan dalam jumlah keseluruhan:

lr . P Nph Kr . 4 Fa₁ π

= (2.11)

(20)

Nr = Jumlah belitan rotor Kr = Faktor belitan Ir = Arus belitan P = Jumlah kutub

F = Gelombang frekwensi dasar

II.7. Tegangan Internal Yang Dibangkitkan Pada Generator Sinkron.

Besarnya tegangan induksi yang dibangkitkan pada stator, dinyatakan pada persamaan :

(volt) f . . Kd . Kp . Nph . . 2

E= π Φ (2.12)

Persamaan tersebut diturunkan dari Hukum Faraday yang menyatakan bahwa gaya gerak listrik induksi:

dt d N

-e= φ (2.13)

Dimana :

e = Gaya gerak listrik induksi N = Jumlah kumparan kawat Ke = Faktor langkah (faktor kisar) Kd = Faktor distribusi

F = Frekwensi (Hz) m

φ = Fluks (weber)

dt dφ

= Laju fluks magnet (weber/detik)

Persamaan (2.8) dapat diturunkan menjadi : θ φ

φ _m_._cos

dt d N

-e= ⇒ =

(

)

_jika _t

dt cos . m d N

-e= φ θ ⇒ θ =ω

( )

dt t cos d m N e=− φ Derivatif: cos = - sin

(21)

( ) ( )

sin t m

e=− φ − (2.14)

t sin m N

e= φ

Bila kumparan berputar 900 maka: ωt = 900

sin = sin 900 = 1 ω = 2πf

Em = ω . N . φm

Em = 2π . f . N . φm (2.15)

Untuk mendapatkan harga rms maka: 2

E m

rms =

Harga rms adalah diperoleh dengan integrasi kuadrat kemudian diambil akarnya, maka diperoleh sebagai berikut:

∫

= 2ヾ 0

2 2.

m sin d e

1 E

∫

= 2ヾ 0 2. m d 2 2 cos -1

ヾ

2 e E

(

)

∫

= 2ヾ

0 2. m d 2 cos -1

ヾ

1 2 1

ヾ

2 e E

∫

= 2ヾ 0 2 0 2. m d 2 cos -d

ヾ

1 4 e E π π 2 0 m 2 sin 2 1

-ヾ

1 4 e E         =       −       = sin 2 1 4ヾ

sin 2 1 -2ヾ

ヾ

1 2 e

E m

(

2ヾ-

)

ヾ

1 2 e E= m

2 2 e E= m

(22)

2 2 1 e E= _m

m e . 2 1 E= m e . 0.707 E= Maka harga dari Erms:

N f 2

ヾ

. 2 E_rms =

rms .e

2 1 E = 2 e E m rms = 2 N f

ヾ

. 2

E_rms = φ

φ N f 4,44 Erms =

Besarnya tegangan yang dibangkitkan, tergantung pada besarnya fluksi pada mesin, kecepatan putaran dan konstruksi mesin. Dalam hal menyelasaikan masalah pada mesin sinkron, adakalanya persamaan diatas disedaerhanakan dimana semua konstantanya digabung, menjadi :

EA = K . φ . ω (2.16)

Dimana K menyatakan konstruksi mesin, sedangkan ω menyatakan dalam satuan elektrikal radian perdetik. Yang dinyatakan dalam :

K 2 k . k . N_P _P _P

= (2.17)

Dan bila ω dinyatakan dalam satuan mekanikal radian per detik, maka persamaannya akan menjadi :

K 2 k . k . P .

N_P _P _P

= (2.18)

Tegangan internal yang dibangkitkan Ea sebanding dengan fluksi dan

putaran. Sedangkan fluksi itu sendiri sebanding dengan arus medan pada rangkaian rotor. Hubungan antara arus medan If dengan fluksi ditunjukkan seperti

(23)

Gambar 2.8.a, dan hubungan antara tegangan induksi Ea dengan arus medan If

seperti Gambar 2.8.b plot dari karakteristik ini disebut juga dengan kurva magnetisasi atau karakteristik beban nol.

ϕ EA ω = ωsync (konstan)

IF IF

(a) (b)

Gambar 2.8 a. karakteristik fluksi dengan arus medan b. kurva magnetisasi.

II.8. Faktor Kisar

Faktor kisar atau langkah kumparan dalam keadaan langkah penuh maka besar langkah tersebut sama dengan langkah kutub atau sama dengan 1800 listrik, dapat dilihat pada Gambar 2.9. dibawah ini :

α α

(c)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

2 Ea

0 _Ea _Ea’

(a)

(b)

a a'

Langkah penuh Langkah diperpendek

Ec Ea’

(24)

Gambar 2.9. (a). Penampang Kumparan langkah Penuh dan Diperpendek, (b).Vector Tegangan dalam Kumparan Langkah Penuh,

(c). Vector Kumparan yang Diperpendek

Jika kumparan ditempatkan pada alur 1 dan alur 9 kumparan tersebut disebut langkah penuh, tetapi jika diempatkan pada alur 1 dan 9 maka langkah kumparannya sudah diperpendek atau sama dengan 8/9 langkah penuh seperti terlihat pada Gambar 2.9.

Jika kumparan diperpendek sebesar α0 Listrik seperti yang terlihat pada Gambar maka:

Ec = Ea + Ea’ = 2Ea

Ec = 2 Ea cos α/2

penuh langkah kumparan pendek langkah kumparan Kc =

Maka: a a c E 2 2 g cos E 2 K = 2 g cos Kc = Dimana :

α = Sudut perpendekan

II.9. Faktor Distribusi

Setiap belitan phasa, sisi kumparan tidak ditempatkan dalam satu alur tetapi didistribusikan dalam sejumlah alur dibawah kutub membentuk grup kutub seperti yang terlihat pada Gambar 2.10 dibawah ini:

Oleh karena kumparan didistribusikan masing kumparan berbeda phasa sebesar γ. Dari Gambar diatas, OAa dan Oab, berturut-turut adalah:

    =     =     =     = 2 m sin 2 AD 2 m sin AD OA 2 sin AB 2 sin Aa OA

(25)

Dengan menyamakan kedua harga OA tersebut didapat:

    

 

 =

2 sin

2 m sin AB AD

Jika (m) adalah jumlah alur /kutub/phasa maka:

( )

    

 

 =

2 sin m

2 m sin AB

m AD Kd

Dimana :

M = Jumlah alur /kutub/phasa γ = Perbedaan sudut antara alur

Sehingga didapat persamaan yaitu tegangan induksi yang dihasilkan oleh generator:

E = 4,44 . Kc . Kd . Nph . f . φm (volt) (2.19)

II.10. Daya Keluaran Generator Sinkron

Bila ketiga kumparan armatur tidak dihubungkan atau saling terpisah maka tiap phasa atau rangkaian membutuhkan dua konduktor sehingga jumlah konduktor enam, artinya setiap kabel transmisi enam konduktor. Sistem ini menjadi rumit dan mahal tidak sesuai dengan keadaan untuk penghematan konduktor. Metode hubungan kumparan ini meliputi antara lain:

a. Hubungan Bintang (Y)

Pada hubungan ini ujung coil dihubungkan bersama ke titik netral. Tegangan yang diinduksikan tiap belitan disebut tegangan phasa dan arusnya arus phasa. Sedangkan antara dua terminal disebut tegangan line (VL) dan arus

mengalir adalah arus line (IL), maka daya keluar generator adalah:

Daya total (Pt) = 3 x daya phasa

P phasa = V ph x IL cos φ

Pt = 3 x V ph x IL cos φ

(26)

3 V

V L

ph = Maka daya total menjadi:

cos I

3 V 3.

P L

t = × ×

cos I V 3

Pt = × L × L

b. Hubungan Delta (∆)

Daya Total (Pt) = 3 x VL x Iph cos φ

Daya perphasa (Pph) = VL x Iph cos φ

Dimana :

3 I

I L

ph =

cos V 3 I 3.

P L _L

t = × ×

cos V I 3

(27)

BAB III

PEMANASAN PADA GENERATOR SINKRON

III.1. Prinsip Kerja Generator Sinkron

Generator sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan pada rotor, kumparan jangkarnya berbentuk sama dengan mesin induksi, sedangkan kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk sepatu (saliet) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).

Arus searah untuk menghasilkan fluks pada kumparan medan dialirkan ke rotor melalui cincin.

Bila kumparan medan diberi arus penguat DC dan diputar dengan kecepatan n maka akan timbul emf induksi pada stator sebesar:

Eo = C n ∅ (3.1)

Dimana :

Eo = Tegangan induksi (volt) C = konstanta mesin

n = putaran mesin

∅ = fluks yang dihasilkan oleh If

Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, karenanya tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar, fluks hanya dihasilkan arus medan (If). Apabila arus medan diubah – ubah harganya, maka akan diperoleh

harga Eo seperti yang terlihat pada Gambar 3.1. Pada celah udara kurva pemagnetan merupakan garis lurus.

R X

a b

Eo (V)

If (amp)

(b) Rangkaian Ekivalen Generator (a) Kurva Pemagnetan

(28)

Dimana :

a-b = tegangan arus medan yang diperlukan untuk daerah jenuh Ra = tahanan stator

Xs = fluks bocor

Eo = tegangan (tanpa beban)

III.2. Diagram Fasor Generator Sinkron

Tegangan yang dibangkitkan pada generator sinkron adalah tegangan arus bolak balik, maka dinyatakan dalam bentuk fasor yang digambarkan pada gambar 3.2. Menunjukkan bahwa generator melayani beban dengan faktor daya satu, semua tegangan dan arus direferensikan terhadap Vφ ( Vφ =  Vφ∠ 0 ).

Diagram fasor ini dapat diperbandingkan dengan diagram fasor untuk generator yang melayani beban Induktif atau Kapasitif (Lagging PF atau Leading PF). Dimana diagram fasor untuk kedua beban yang terakhir ini masing-masing diperlihatkan pada gambar 3.3 a dan b. untuk arus jangkar dan tegangan fasa yang diberikan, EA yang dibutuhkan untuk beban lagging lebih besar dibandingkan

dengan EA yang dibutuhkan beban Kapasitif. Oleh karena itu arus medan yang

besar dibutuhkan untuk beban lagging untuk mendapatkan tegangan terminal yang sama.

Pada kenyataannya dalam kondisi normal, pada generator sinkron yang sebenarnya reaktansi sinkron jauh lebih besar bila dibandingkan dengan resistan jangkar RA, sehingga harga resistan ini seringkali diabaikan.

III.3. Torsi dan Daya Generator Sinkron

Generator sinkron adalah mesin sinkron yang bekerja dengan mengkonversikan daya mekanis ke daya listrik tiga fasa. Sumber daya mekanis ini disebut dengan pengerak mula yang mempunyai putaran konstan. Bila hal ini tidak dipenuhi dapat menyababkan frekwensi yang dihasilkan generator tidak sesuai dengan yang diinginkan.

Secara teori, bahwa semua daya mekanis yang dihasilkan oleh pengerak mula oleh generator sinkron diubah menjadi daya elektrik. Perbedaan antara daya output dengan daya input mesin sinkron dinyatakan sebagai rugi-rugi mesin.

(29)

Rugi-rugi ini di perlihatkan pada gambar 3.4. daya input melkanis pada poros generator (Pin) :

Pin = τapp . ωm (3.2)

Dan daya yang dikonversikan dari mekanikal menjadi elektrikal yang prosesnya terjadi dalam mesin:

Pconv = τind . ωm (3.3)

Pconv = 3. EA IA Cos ϕ (3.4)

Dimana γ adalah sudut antara EA dengan IA. Perbedaan antara daya input

ke generator dan daya yang dikonversikan dalam generator dinyatakan sebagai rugi-rugi mekanis dan rugi-rugi inti dan rugi sasar (stray) pada generator.

Daya mekanik (Pin)

Pin mekanis pada poros generator Pout

Rugi Tembaga Rugi Inti

Rugi gesek dan Angin Rugi sasar

(Stray)

Pconv

Gambar. 3.4. Diagram Aliran Daya Generator Sinkron

Dan besar daya output yang sebenarnya dapat ditulis dalam bentuk persamaan :

Untuk tegangan jala-jala Pout = √3 . VT. IL. Cos ϕ (3.5)

Untuk tegangan pasa Pout = 3 . Vφ . IA. Cos ϕ (3.6)

Output daya reaktif Qout = √3 . VT. IL. Sin ϕ (3.7)

Atau Qout = 3 . Vφ . IA. Sin ϕ (3.8)

Bila tahanan jangkar RA diabaikan (RA << XS), maka diagram fasornya

diperlihatkan pada gambar 3.5. dalam gambar garis vertical bc diekspersikan sebagai EA Sin δ, atau XS . IA Cos δ dengan demikian :

(30)

A X

Sinh E I

S A A=

dan bila disubtitusikan kepersamaan 3.6. akan diperoleh :

S A l

X sin E V . 3

P= δ (3.9)

Dalam hal tahanan jangkar dianggap nol pada persamaan 3.9, maka tak ada rugi-rugi elektrikal pada generator.

Persamaan 3.9 menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan oleh generator sinkron tergantung pada ∠δ. Dan δ dikenal sebagai sudut beban pada mesin. Jadi daya maksimum yang dapat disuplai generator terjadi pada saat δ = 90, atau saat sin δ = 1 dan pada saat ini :

S A l max

X E V . 3

P = (3.10)

Daya maksimum yang diindikasikan oleh persamaan diatas disebut juga sebagai batas stabilitas statis pada generator. Dalam kondisi normal, generator tidak akan pernah mencapai harga batas tersebut., biasanya sudut torsi ini antara 15 sampai 20 derajat.

Bila V_φ dianggap konstan, maka output daya nyata berbanding langsung dengan IA Cos ϕ, dan EA Sin δ, dan daya reaktif output berbanding langsung

dengan besaran IA Sin φ. Kondisi ini perlu saat memplot diagram fasor generator

untuk beban yang berubah.

Besarnya torsi induksi pada generator ini dinyatakan oleh persamaan :

τind = k . BR× BS (3.11)

atau sebagai:

τind = k . BR× Bnet (3.12)

sedangkan besarannya:

τind = k . BR Bnet . Sin δ (3.13)

Dimana δ sudut magnetik antara rotor dengan medan magnet net (sudut torsi). Bila BR menghasilkan tegangan EA, dan Bnet menghasilkan Vφ, maka ∠δ

(31)

Cara lain untuk torsi induktif pada generator sinkron dapat dikembangkan dari persamaan 3.9 karena Pconv = τind . ωm, maka torsi induksi ini dapat juga

dinyatakan dalam bentuk:

S m

A l ind

X sin E V . 3

τ = (3.14)

Peryataan persamaan ini menyatakan torsi induksi dalam bentuk besaran listrik, sedangkan persamaan τind = k . BR × Bnet. dinyatakan dalam bentuk

besaran mekanik

III.4. Faktor yang Mempengaruhi Pemanasan

Suhu kerja dari suatu generator sangat erat hubungannya dengan usia, karena keausan dari isolasinya merupakan fungsi waktu dan suhu. Keausan merupakan gejala kimiawi yang melibatkan adanya oksidasi lambat dan pengerapuhan yang menyebabkan terjadinya penyusutan mekanis dan kekuatan listrik. Kenaikan suhu juga disebabkan oleh rugi – rugi yang merupakan faktor utama dalam menentukan usia pada generator. Oleh sebab itu pemanasan pada generator harus dibatasi, dan tidak boleh melampaui batas – batas yang telah ditentukan agar usia generator menjadi panjang.

Secara garis besar faktor yang mempengaruhi pemanasan atau kenaikan temperatur pada generator sinkron yang sedang beroperasi dapat dipisahkan menjadi tiga bagian adalah:

a. Faktor yang menimbulkan panas, diantaranya rugi – rugi tembaga, rugi – rugi besi dan rugi – rugi gesek (angin)

b. Faktor pendingin antara lain, volume udara dari lubang pendingin dan ruang atau celah melalui pada belitan.

c. Faktor perpindahan panas antara lain ketebalan isolasi belitan terselubung dan belitan akhir serta konduktifitasnya.

III.5. Batas Rugi – rugi Penyebab Pemanasan

Pertimbangan terhadap rugi – rugi mesin merupakan hal yang sangat penting, karena rugi – rugi dapat menentukan :

(32)

a. Rugi – rugi dapat menentukan efisiensi mesin dan cukup berpengaruh terhadap biaya pemakaiannya.

b. Rugi – rugi menentukan pemanasan mesin sehingga menentukan keluaran daya atau ukuran yang dapat diperoleh tanpa mempercepat keausan isolasi. c. Jatuhnya tegangan atau komponen arus yang bersangkutan dengan

rugi-rugi yang dihasilkan harus diperhitungkan dengan semetinya dalam penampilan mesin.

Dengan mengetahui batas temperatur maksimum suatu isolasi yang digunakan dalam sebuah generator sinkron akhirnya dapat diketahui daya keluaran yang dapat dicatu oleh generator sinkron secara kontinu.

III.6. Rugi – Rugi Total

Rugi – rugi total yang terjadi pada generator sinkron terdiri dari rugi – rugi tembaga, rugi besi dan rugi mekanik.

Rugi total = rugi variabel + rugi konstan

Pt = rugi tembaga armatur + Pc (3.15)

III.6.1. Rugi Listrik

Rugi listrik dikenal juga dengan rugi tembaga yang terdiri dari kumparan armatur, kumparan medan.

Rugi – rugi tembaga ditemukan pada semua belitan pada mesin, dihitung berdasarkan pada tahanan dc dari lilitan pada suhu 750 C dan tergantung pada tahanan efektif dari lilitan pada fluks dan frekuensi kerjanya.

Rugi kumparan armatur ( Par = Ia2 . Ra ) sebesar sekitar 30 sampai 40%

dari rugi total pada beban penuh. Sedangkan rugi kumparan medan shunt ( Psh =

Ish2 . Rsh ) bersama – sama dengan kumparan medan seri ( Psr = Isr ) sebesar sekitar

20 sampai 30% dari rugi beban penuh.

Sangat berkaitan dengan rugi I2 R adalah rugi – rugi kontak sikat pada cincin slip dan komutator, rugi ini biasanya diabaikan pada mesin induksi dan mesin serempak, dan pada mesin dc jenis industri tegangan jatuh pada sikat

(33)

dianggap tetap sebesar 2V keseluruhannya jika dipergunakan sikat arang dan grafit dengan shunt.

III.6.2. Rugi Besi

Rugi besi disebut juga rugi magnetik yang terdiri dari histerisis dan rugi arus pusar atau arus eddy yang timbul dari perubahan kerapatan fluks pada besi mesin dengan hanya lilitan peneral utama yang diberi tenaga pada generator sinkron rugi ini dialami oleh besi armatur, meskipun pembentukan pulsa fluks yang berasal dari mulut celah akan menyebabkan rugi pada besi medan juga, terutama pada sepatu kutub atau permukaan besi medan. Rugi ini biasanya data diambil untuk suatu kurva rugi – rugi besi sebagai fungsi dari tegangan armatur disekitar tegangan ukuran. Maka rugi besi dalam keadaan terbebani ditentukan sebagai harga pada suatu tegangan yang besarnya sama dengan tegangan ukuran yang merupakan perbedaan dari jatuhnya tahanan ohm armatur pada saat terbebani.

Rugi histerisis (Ph) dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan empiris

yang besarnya adalah :

Ph = ηh. Bmax1.6 . f . v (watt) (3.16)

Dimana :

ηh = koefisien steinmetz histerisis. Perhatikan tabel 3.1 tentang nilai ηh

dari bermacam – macam bahan baja . B = kerapatan flux (Wb/m2),

v = volume inti (m3) f = frekuensi

Tabel 3.1 Nilai Koefisien Steinmentz Histerisis

Bahan ηh (joule / m3)

Sheet steel 502 Silicon steel 191 Hard Cast steel 7040 Cast steel 750 – 3000 Cast iron 2700 – 4000

(34)

Dari persamaan 3.1, besar koefisien steinmentz histerisis, kerapatan flux dan volume inti adalah konstan sehingga nilai rugi histerisis adalah merupakan fungsi dari frekuensi atau ditulis ;

Ph = F (f) (3.17)

Jadi makin besar frekuensi sinyal tegangan output makin besar rugi histerisis yang diperoleh.

Adapun rugi arus pusar atau rugi arus eddy tergantung kuadrat dari kerapatan fluks, frekuensi dan ketebalan dari lapisan pada kedaan mesin normal besarnya adalah:

Pe = k . Bmax2 . f2 . t2 . V (3.18)

Dimana : k = konstanta arus pusar yang tergantung pada ketebalan laminasi masing-masing lempengan dan volume inti armatur. Oleh karena nilai k dan b adalah konstan, maka besar kecilnya rugi arus pusar adalah tergantung pada nilai frekuensi kuadrat atau ditulis :

Pe = F (f)2 (3.19)

Besar rugi besi adalah sekitar 20 sampai 30% dari rugi total pada beban penuh.

III.6.3. Rugi Mekanik

Rugi mekanik terdiri dari :

a. Rugi gesek yang terjadi pada pergesekan sikat dan sumbu. Rugi ini dapat diukur dengan menentukan masukan pada mesin yang bekerja pada kecepatan yang semestinya tetapi tidak diberi beban dan tidak diteral. b. Rugi angin (windageloss) atau disebut juga rugi buta (stray loss) akibat

adanya celah udara antara bagian rotor dan bagian stator.

Besar rugi mekanik sekitar 10 sampai 20% dari rugi total pada beban penuh.

III.6.4. Rugi – rugi Beban Tersebar

Rugi – rugi ini terdiri atas rugi – rugi yang timbul karena pembagian arus tak seragam pada tembaga dan rugi – rugi inti besi tambahan yang dihasilkan pada besi karena gangguan pada fluks magnet oleh arus beban. Rugi – rugi ini sulit

(35)

ditentukan secara tepat. Untuk mesin dc rugi – rugi ini dapat diambil 1% dari keluarannya, sedangkan untuk mesin sinkron dan induksi rugi – rugi ini dapat dicari dengan percobaan. Meskipun rugi – rugi beban tersebar hanya mempunyai persentase kurang dari satu dari keluarannya tetapi sangat penting dalam perencanaan mesin.

III.7. Arus Stator

Rugi – rugi belitan akhir dan belitan terselubung maksimum per satuan volume didapatkan besaran rugi – rugi maksimum tembaga :

s s 2 S

CU, 3I R

P = × (3.20)

s S CU, s 2 R . 3 P

I = (3.21)

s S CU, s R . 3 P

I = (3.22)

Dimana :

PCU,S = Rugi – rugi tembaga stator (watt)

Is = Arus stator maksimum (ampere)

RS = Resistansi belitan stator (ohm)

III.8. Arus Rotor

Oleh karena pemanasan rotor sama dengan pemanasan stator maka persamaan pembatasnya pun mempunyai bentuk yang sama dimana:

r 2 r

CU, I R

P = r× (3.23)

r r CU, r 2 R P

I = (3.24)

r r CU, r R P

I = (3.25)

Dimana :

PCU,r = Rugi – rugi belitan maksimum belitan rotor (watt)

Ir = Arus rotor maksimum (ampere)

(36)

III.9. Efisiensi

Pada umumnya yang disebut efisiensi adalah perbandingan antara daya output dengan daya input.

Dalam hal ini ada tiga macam efisiensi yaitu :

% 100 × =

in o

P P

η (3.26)

Dimana:

Pin = Po + Σ Ploss

Σ Ploss = untuk generator adalah :

(If2 . Rf + Ia2 . Ra + IL2 . Rsr + rugi gesek + rugi inti)

If2 . Rf = rugi kumparan medan

Ia2 . Ra = rugi kumparan jangkar

IL2 . Rsr = rugi kumparan medan

Rugi gesek = rugi sikat + rugi angin + rugi sumbu Rugi sikat = Ia . Vsi

Rugi angin yaitu rugi – rugi karena adanya celah antara bagian rotor dan stator ( ± 1% )

Rugi sumbu = rugi rugi yang timbul pada benda berputar Rugi inti = rugi histerisis + rugi arus pusar

Maka :

Pin = Ts x ϖm

% 100 ) sikat Rugi C

Rugi ( P

P listrik

u o

o ×

+ Σ

+ =

η (3.27)

Dimana:

Po = Vt . IL (watt) = daya output generator

(37)

III.10. Sistim Ventilasi

Banyak masalah dalam teknologi tenaga listrik, yang dihubungkan dengan alat dan mesin pendingin. Ini membutuhkan pengetahuan mekanik dengan cara panas dialirkan dari satu benda ke benda yang lain. Disini dapat dijelaskan cara perpindahan panas pada generator sinkron.

Sistem pendingin pada generator sinkron tergantung dari ukuran mesin sebab semakin besar mesin semakin sulit masalah penginginannya. Luas permukaan dari panas yang dibuang bertambah besar menurut kuadrat dari dimensinya, sedangkan panas yang dihasilkan oleh rugi – rugi berbanding lurus dengan volumenya. Karenanya kira – kira bertambah besar menurut pangkat tiga dari dimensinya.

Pendingin dilakukan dalam dua cara yaitu : a. Pendingin secara Radial

Pendingin secara radial yaitu dilakukan dengan memasukkan udara atau gas melalui saluran celah udara yang ada didalam inti stator dan keluar melalui celah udara yang ada disekitar poros.

b. Pendingin secara Aksial

Pendingin secara aksial yaitu udara mengalir dari satu ujung mesin keujung lainnya melalui celah udara yang ada didalam inti stator. Seperti yang terlihat pada Gambar 3.6. dibawah ini.

Udara keluar _{Udara masuk}

(38)

III. 11. Percobaan Beban Nol

Percobaan beban nol dilakukan untuk menentukan dan mengambarkan hubungan tegangan induksi sebagai fungsi arus penguat (If) dari generator sinkron

yang berputar pada putaran nominal dalam keadaan tidak berbeban, dan mengambarkan karakteristik V = f (If), n = konstan If = 0.

Pada percobaan ini mesin sinkron akan bekerja sebagai generator dan sebagai pengerak mulanya digunakan motor DC. Dengan memberikan putaran pada rotor generator sinkron serta diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus If, maka tegangan akan terinduksi dengan kumparan jangkar yang terdapat di

stator. Bila generator dalam keadaan tanpa beban maka arus tidak akan mengalir pada Belitan jangkarnya. Oleh karena itu pada beban nol pengaruh reaksi jangkar tidak ada.

Dalam teori seharusnya kurva dimulai dari titik nol, namun dalam kenyataan kurva bukan dimulai dari titik nol hal ini akibat pengaruh remanensi, sebelum generator diberikan tegangan, telah ada tegangan pada generator itu. Tegangan ini harganya kecil seperti yang terdapat pada gambar 3.7 dibawah ini.

praktek teori

If V

Gambar 3.6 kurva perbandingan karakteristik beban nol antara teori dan praktik

Daya masukan generator sinkron terdiri dari daya masukan elektrik dan daya masukan mekanis. Daya masuk elektrik adalah daya untuk menghasilkan fluks. Sedangkan daya masuk mekanik adalah daya yang diberikan oleh pengerak mula sehingga terjadi kopel pengerak pada poros mesin

III.12. Percobaan Hubung Singkat

Percobaan hubung singkat bertujuan untuk menentukan dan menggambarkan arus hubung singkat sebagai fungsi arus medan dari generator

(39)

sinkron yang berputar pada putaran nominal dalam keadaan terminal generator dihubung singkat.

Grafik dari percobaan hubung singkat merupakan fungsi linier, dan seharusnya dimulai dari titik nol, namun dalam kenyataannya kurva karakteristik ini dimulai dari suatu harga tertentu, bukan dari nol, hal ini diakibatkan karena adanya tegangan remanensi pada generator sinkron sebelum arus medan diberikan dari tegangan ini mengalirlah arus yang kecil yang disebut arus remanensi, sehingga kurva karakteristik tidak dimulai dari nol, sehingga harga yang didapat diteori dengan praktek berbeda karena adanya pengaruh remanensi.

III.13. Percobaan Berbeban

Percobaan berbeban dilakukan untuk mempelajari karakteristik perbebanan dari generator sinkron antar tegangan terminal sebagai fungsi arus medan If dimana Ia, n, dan cos θ konstan. Karakteistik V = f (If) adalah linear

tetapi pada prakteknya tidak, karena pengaruh kejenuhan inti, pada saat ini grafik akan melengkung. Untuk cos θ lagging, leading dan unity dapat digambarkan pada gambar 3.9 dibawah ini.

V leading

unity lagging

Gambar 3.7. kurva karakteristik berbeban untuk cos θ lagging, leading dan unity.

Pada gambar 3.9 digambarkan pembebanan generator sinkron dapat dibandingkan bahwa tegangan terminal untuk jenis beban induktif (cos θ lagging) lebih kecil dari pada tegangan terminal untuk beban resistif (cos θ leading) pada arus medan yang sama.

(40)

BAB IV

STUDI ANALISA DAYA KELUARAN GENERATOR SINKRON TIGA FASA DENGAN ROTOR SILINDER

IV.1. Data Hasil Percobaan

Didalam bab ini akan menguraikan tentang perhitungan daya generator sinkron 3 phasa dengan rotor silinder, dengan data – data yang didapat dari percobaan pada laboratorium mesin – mesin listrik. Datanya adalah sebagai berikut :

IV.1.1. Data Umum

Tegangan jepit : 220 V Kapasitas daya : 5 kW Arus jangkar (Ia) : 9 A

Arus medan (If) : 5.7 A

Factor daya : 0.8 Frekwensi : 50 Hz Kecepatan putar (n) : 1500 rpm

Phasa : 3

IV.1.2. Data Percobaan Beban Nol ( E = f(If), n konstan, Ia = 0 )

Dengan melakukan percobaan sesuai dengan prosedur yang digambarkan pada Gambar 4.1 dibawah ini. Sehingga didapat data hasil percobaan dan karakteristik percobaan beban nol didapat seperti pada Tabel 4.1 dan Gambar 4.2.

Gambar 4.1 Rangkaian Percobaan Beban Nol.

Tabel 4.1. Data Percobaan Beban Nol

P T D C 1

M G

A2 If

PTDC 2 PTDC 3

If n

(41)

Dik : n = 1500 rpm Ia = 0

f = 50 Hz Cos φ = 0.8

No. If (A) V T (N.m) Pin (W)

1 0.2 38 0.12 184.91 2 0.3 58 0.13 200.32 3 0.5 102 0.15 231.14

4 1 194 0.21 323.59

5 1.5 284 0.26 400.64

6 2 350 0.31 477.69

7 2.5 397 0.36 554.74

8 3 437 0.41 631.78

9 3.5 465 0.46 708.83 10 4 487 0.51 785.88

Maka didapat karakteristik beban nol yang ditampilkan pada Gambar 4.2 dibawah ini.

karakteristik Beban Nol

0 100 200 300 400 500 600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

If (amp)

(42)

IV.1.3. Data Percobaan Hubung Singkat ( Ia hs = f(If), n konstan, V = 0 )

Dengan melakukan percobaan sesuai dengan prosedur yang digambarkan pada Gambar 4.3 dibawah ini. Sehingga didapat data hasil percobaan dan karakteristik percobaan hubung singkat didapat seperti pada Tabel 4.2 dan Gambar 4.4.

P T D C 1

M G

A2 If

PTDC 2 PTDC 3

Ia V

Gambar 4.3. Rangkaian Percobaan Hubung Singkat.

Tabel 4.2. Data Percobaan Hubung Singkat Dik : n = 1500 rpm

f = 50 Hz Cos φ = 0.8

No. Ia (A) If (A) T(N.m) Pin (W)

1 0,0 0,20 0.12 184.91 2 0,2 0,78 0.14 215.733 3 0,4 1,33 0.16 246.55 4 0,6 1,90 0.18 277.37 5 0,8 2,51 0.2 308.19 6 1,0 3,02 0.23 354.41 7 1,2 3,58 0.3 462.28 8 1,4 4,20 0.31 477.69 9 1,6 4,80 0.38 585.56 10 1,8 5,36 0.45 693.42 11 2,0 5,85 0.53 816.70

(43)

Maka didapat karakteristik hubung singkat yang ditampilkan pada Gambar 4.4 dibawah ini.

Karakteristik Hubung Singkat

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

If (Amp)

(

Gambar 4.4. Grafik Karakteristik Hubung Singkat

IV.1.4. Data Percobaan Berbeban ( V = f(If), n konstan, Ia = konstan )

Dengan melakukan percobaan sesuai dengan prosedur yang digambarkan pada Gambar 4.5 dibawah ini. Sehingga di dapat data hasil percobaan dan karakteristik percobaan berbeban didapat seperti pada Tabel 4.3 dan Gambar 4.6.

P T D C 1

M G

A2 If

PTDC 2 PTDC 3

If n

(44)

Tabel 4.3. Data Percobaan Berbeban Dik : n = 1500 rpm

Ia = 9 Amp

f = 50 Hz Cos φ = 0.8

No. If (A) V (V) T (N.m) Pin (W)

1 0,30 105 0.16 246.55 2 0,53 199 0.22 339.01 3 0,80 277 0.3 462.28 4 1,00 339 0.45 693.42 5 1,15 391 0.61 939.97 6 1,25 422 0.82 1263.57 7 1,34 452 0.89 1371.44 8 1,40 475 0.94 1448.49

Maka didapat karakteristik berbeban yang ditampilkan pada Gambar 4.6 dibawah ini.

Karakteristik Berbeban

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

If (Amp)

V (Vo

lt)

(45)

IV.1.5. Data Percobaan Resistansi Belitan Jangkar (Ra)

Begitu pula pada percobaan resistansi belitan jangkar dengan melakukan percobaan sesuai dengan prosedur. Maka data hasil percobaan resistansi belitan jangkar didapat seperti pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4. Data Percobaan Resistansi Belitan Jangkar

No. Idc (A) Vdc (V) Rdc (ohm)

1 8.0 16.0 1.0 2 8.5 17.2 1.01 3 9.0 18.0 1.0 4 9.5 19.2 1.01 5 10.0 20.0 1.0

Rata-rata 9.0 18.08 1.004

IV.1.6. Data Percobaan Resistansi Belitan Medan (Rf)

Begitu pula pada percobaan resistansi belitan medan dengan melakukan percobaan sesuai dengan prosedur. Maka data hasil percobaan resistansi belitan medan didapat seperti pada Tabel 4.5.

Tabel 4.5. Data Percobaan Resistansi Belitan Medan

No. Idc (A) Vdc (V) Rdc (ohm)

1 5.0 29.90 2.99 2 5.5 32.87 2.98 3 5.7 34.10 2.99 4 6.0 35.89 2.98 5 6.5 38.90 2.99

Rata-rata 5.74 34.33 2.98

IV.4. Perhitungan Rugi –Rugi Pada Percobaan Beban Nol

Dari data yang ada maka dapat dihitung daya keluaran generator sinkron 3 phasa dengan rotor silinder, dengan mengetahui rugi – rugi yang dihasilkan dari generator tersebut. Rugi – rugi pada generator tersebut dapat dihitung dengan cara sebagai berikut.

(46)

Pada percobaan beban nol. Rotor dari generator diputar dengan kecepatan tetap oleh mesin pengerak. Kumparan medan diberi penguatan arus searah, sedangkan terminal generator tidak dihubungkan sehingga Ia = 0 dan N = konstan. Dengan tidak adanya arus jangkar maka rugi – rugi tembaga pada stator tidak dapat dihitung karena slip nya kecil.

Pcu stator = If2 Rf

= 5,72 A . 2,99 ohm = 97,145 watt

Rugi inti besi dapat diperoleh pada percobaan ini pada tegangan terminal (terbuka) sama dengan tegangan nominal. Daya mekanis yang disalurkan melalui poros untuk menjalankan generator sinkron pada putaran nominal adalah untuk menutupi rugi beban nol. Rugi ini terdiri dari rugi gesekan bantalan dan rugi gesekan angin dan rugi besi yang terkait pada fluks beban nol. Rugi gesekan dan angin adalah konstan sedangkan rugi besi merupakan fungsi dari fluks yang berbanding lurus dengan tegangan rangkaian terbuka.

Tanpa penguatan fluks daya poros hanya diperlukan untuk menutupi rugi besi, gesekan dan angin. Dengan mengurangkan rugi – rugi ini dari rugi beban nol maka diperoleh rugi besi pada rangkaian terbuka. Lengkungan rugi besi rangkaian terbuka sebagai fungsi dari tegangan rangkaian terbuka diperlihatkan pada Gambar 4.7. dibawah ini.

Jadi dari grafik perbandingan tegangan terbuka 220 V dengan rugi rugi pada percobaan beban nol didapat ; rugi rugi 1,2 kW atau 1200 watt.

Rugi gesek dan angin (Pfw) didapat dari rumus:

Pin = Pinti + Pfw + If2Rf (4.1)

IV.5. Perhitungan Rugi – Rugi Pada Percobaan Hubung Singkat

Percobaan hubung singkat generator sinkron dilakukan pada putaran nominal dengan terminal dihubung pendek dengan arus hubung pendek sebesar arus nominal. Daya yang dimasukkan melalui poros adalah jumlah rugi gesekan

(47)

bantaran, rugi gesekan angin, rugi tembaga karena adanya arus hubung singkat dan rugi besi yang kecil jumlah rugi – rugi ini disebut rugi beban hubung singkat rugi tembaga dapat diperoleh dengan mengurangi rugi hubung singkat dengan rugi gesek bantalan dan angin.

Dengan mengurangkan rugi tahanan arus searah dari rugi tahanan arus tukar diperoleh selisihnya yaitu rugi karena gejala kulit (skin effect) rugi arus putar dalam penghantar jangkar dan rugi besi karena medan fluks bocor. Selisih antara rugi beban hubung pendek dan rugi tahanan tembaga as adalah rugi beban tambahan (stay load loss ).

Besarnya rugi percobaan berbeban ini diperhitungkan sama besar pada setiap keadaan beban seperti pada hubung singkat. Jalannya rugi hubung singkat dan rugi beban tambahan sebagai fungsi dari arus armatur diperlihatkan pada gambar 4.3 pada umummya tahanan jangkar dapat dihitung dari

2 a

pendek) hubung

jangkar (arus

pendek hubung

beban rugi

r = (4.2)

Dalam persamaan tersebut diatas telah dimisalkan bahwa rugi beban tambahan hanya tergantung pada arus jangkar saja. Dengan diketahuinya rugi beban hubung singkat dalam watt perphasa dan arus dalam ampere perphasa diperoleh tahanan efektif dalam ohm per phasa.

Rugi – rugi tembaga pada medan atau rugi tembaga pada rotor: Pcu = 3 If2 . Rf

= 3. 5,72 A . 2,98 ohm = 290,46 watt

Rugi – rugi hubung singkat adalah: Ia = Phs/Ia2

Ia2 = Ra. (Phs)

Phs = Ia2/Ra = 92 A / 1,004 ohm = 80,677 watt

Pbesi pada percobaan hubung singkat dengan Ia = 9 A didapat angka yang

sangat kecil atau mendekati nol dari grafik perbandingan arus jangkar dengan rugi rugi inti.

(48)

Rugi gesek dan angin didapat dengan pengurangan rugi hubung singkat dengan rugi tembaga jangkar

Pcu = Phs – Pfw

Pfw = Phs – Pcu

Pfw = 80,67 watt – 290,46 watt = 209,78 watt

IV.6. Perhitungan Rugi-rugi pada Percobaan Berbeban

Pada saat generator diberi beban pembagian ruang dari kerapatan fluks sangat berubah oleh agm dari arus beban. Rugi – rugi inti yang sebenarnya dapat bertambah besar. Misalnya harmonisa agm akan menyebabkan rugi – rugi yang cukup besar pada besi didekat permukaan celah udara. Perbedaan rugi –rugi inti keseluruhan dimasukkan sebagai bagian dari rugi – rugi beban tersebar.

Dari data percobaan berbeban maka didapat perhitungan rugi tahanan medan pada tembaga rotor yaitu:

Pcu rotor = If2 . Rf

= 5,72 x 2,98 = 96,82 watt

Rugi tahanan jangkar pada stator yaitu: Pcu stator = 3 Ia2 . Ra

= 3 . (9)2 x 1,004 = 243,97 watt Arus nominalnya dapat dihitung dengan:

A I

I I

5 . 6

84 , 304

1980

8 , 0 . ) 220 ( . 3

1980

= = =

Maka:

Vt – IaRa =

3 220

(49)

= 127,61 – (6.5 ∠ 36,87) = 70,51V

= 70,51 V/phasa = 122,12 V

Dari grafik pada Gambar 4.2 perbandingan percobaan berbeban dengan rugi – rugi inti didapat Pinti = 0,34 kW = 340 watt

IV.7. Perhitungan Rugi – Rugi Total

yang disalurkan melalui poros untuk menjalankan generator sinkron pada putaran nominal. Rugi – rugi gesek dan angin juga disebut rugi – rugi mekanis.

Untuk perhitungan rugi – rugi total dipakai rugi – rugi pada percobaan berbeban karena pada percobaan hubung singkat generator berjalan pada putaran nominal dengan terminal dihubung pendek dengan arus hubung pendek sebesar arus nominal, arus hubung pendek dan rugi besi relatif kecil. Percobaan berbeban mempunyai nilai yang besar sehingga dapat dihitung rugi total dan akhirnya dapat dicari keluaran daya dari generator tersebut. Data yang diperlukan untuk perhitungan rugi – rugi total adalah :

Pcu stator = 243,97 watt

Pcu rotor = 96,82 watt

Pinti = 340 watt

Dari data di atas maka didapat rugi total dengan menjumlahkan semua rugi – rugi tersebut :

Ptotal = Pcu stator + Pcu rotor + Pinti

Ptotal = 243,97 watt + 96,82 watt + 340 watt = 680,79 watt

IV.8. Perhitungan Daya Keluaran Generator Sinkron

Daya masuk merupakan jumlah dari masukan ac pada jangkar dan masukan dc pada medan sehingga didapat daya masukan total :

(50)

Pin total = 4583.62 watt

Daya keluaran merupakan daya masukan total dikurangi jumlah rugi – rugi total :

Pout = Pin – (Pcu stator + Pcu rotor + Pinti)

Pout = 4583.62 watt – (680.79 watt)

= 3902.83 watt

Maka dari perbandingan daya keluaran dan daya masukan didapat efisiensi dari generator sinkron tiga phasa rotor silinder sebesar :

% 100 P

P Efisiensi

in out × =

% 100 62 , 4583

83 , 3902

× =

Efisiensi

% 14 . 85 =

(51)

BAB V

PENUTUP

V.1. Kesimpulan

1. Setelah dilakukan perhitungan dengan memasukan data yang diambil dari percobaan mesin sinkron ini didapat output nya adalah 3902.83 watt dan efisiensi mesin sinkron tiga fasa ini adalah 85,14 %

2. Dari perbandingan antara data umum (name plate) dengan hasil percobaan didapat perbedaan daya keluaran yang sangat jauh ini disebabkan karena factor usia dari generator tersebut sehingga dengan usia tersebut membuat kemampuan komponen dari generator seperti isolasi dari belitan kumparan itu tidak mampu lagi menghasilkan daya maksimal

3. Pada daya keluaran dibawah atau maksimal 3,9 kW, mesin sinkron rotor silinder ini berjalan dengan normal dengan panas yang di hasilkan mesin masih dengan batas wajar dan perpindahan panas dialirkan keluar mesin melalui celah udara pada mesin tersebut.

4. jika generator dipaksa mengeluarkan daya melebihi 3,9 kW maka mesin menjadi panas dan tegangan menjadi turun secara tiba-tiba (drop tegangan).

5. Rugi – rugi total yang terjadi pada generator sinkron ini adalah 680.79 watt yang terdiri dari rugi – rugi tembaga, rugi besi dan rugi mekanik.

V.2. Saran – saran

Diusahakan beban harus dibawah kemampuan daya keluaran generator atau rata rata 3,9 kW, karena factor usia generator ini yang sudah tua tidak mampu lagi menghasilkan daya maksimal 5 kW. jika beban melebihi kapasitas keluaran daya generator, akan terjadi kenaikan suhu yang disebabkan oleh rugi – rugi yang semakin besar sehingga generator menjadi drop.

(52)

DAFTAR PUSTAKA

1. Chapman, Stephen J, Electric Machinery Fundamentals, McGraw-Hill Book Company, New York, 1985.

2. D. William, Stevenson, Ir., Analisa Sistim Tenaga Listrik, Edisi IV, Erlangga, Jakarta, 1984.

3. Fitzgerald,A.E., Charles Kingsley,Jr. and Alexander Kusko, Electric

Machinery, McGraw-Hill Kogakusha, Ltd. Tokyo, 1971.

4. Hayt jr, Wiliam H., Liong, The Houw., Elektromagnetik Teknologi, Edisi VI, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1982.

5. Kadir, Abdul, Mesin Serempak, Djembatan, Jakarta, 1983. 6. Lister, Mesin dan Rangkaian Listrik, Edisi VI, Erlangga, 1988.

7. Marappung, Muslimin, Teori Soal Penyelesaian Teknik Tenaga listrik, Armico, Bandung 1979.

8. Rijono, Yon, Dasar Teknik Tenaga Listrik, Edisi Revisi, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2004.

9. Theraja, B.L., A Text Book of Electrical Technology, S. Chandand Company Ltd, New Delhi, 1977.

10. Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektonika Daya, Gramedia, Jakarta, 1990.

(1)

2 a

pendek) hubung

jangkar (arus

pendek hubung

beban rugi

r = (4.2)

Rugi – rugi tembaga pada medan atau rugi tembaga pada rotor: Pcu = 3 If2 . Rf

= 3. 5,72 A . 2,98 ohm = 290,46 watt

Rugi – rugi hubung singkat adalah: Ia = Phs/Ia2

Ia2 = Ra. (Phs)

Phs = Ia2/Ra = 92 A / 1,004 ohm = 80,677 watt

Pbesi pada percobaan hubung singkat dengan Ia = 9 A didapat angka yang sangat kecil atau mendekati nol dari grafik perbandingan arus jangkar dengan rugi rugi inti.

(2)

Rugi gesek dan angin didapat dengan pengurangan rugi hubung singkat dengan rugi tembaga jangkar

Pcu = Phs – Pfw Pfw = Phs – Pcu

Pfw = 80,67 watt – 290,46 watt = 209,78 watt

IV.6. Perhitungan Rugi-rugi pada Percobaan Berbeban

Dari data percobaan berbeban maka didapat perhitungan rugi tahanan medan pada tembaga rotor yaitu:

Pcu rotor = If2 . Rf = 5,72 x 2,98 = 96,82 watt

Rugi tahanan jangkar pada stator yaitu: Pcu stator = 3 Ia2 . Ra

= 3 . (9)2 x 1,004 = 243,97 watt

Arus nominalnya dapat dihitung dengan:

A I

I I

5 . 6

84 , 304

1980

8 , 0 . ) 220 ( . 3

1980

= = =

Maka:

Vt – IaRa = 3 220

(3)

= 127,61 – (6.5 ∠ 36,87) = 70,51V

= 70,51 V/phasa = 122,12 V

Dari grafik pada Gambar 4.2 perbandingan percobaan berbeban dengan rugi – rugi inti didapat Pinti = 0,34 kW = 340 watt

IV.7. Perhitungan Rugi – Rugi Total

Pada percobaan beban nol daya keluaran dari generator tidak ada atau nol, semua daya masukan ke generator menjadi rugi – rugi. Sehingga data dari percobaan beban nol yang diperlukan untuk perhitungan daya keluaran generator adalah rugi – rugi angin dan gesek (Pfw) karena ditimbulkan dari daya mekanis yang disalurkan melalui poros untuk menjalankan generator sinkron pada putaran nominal. Rugi – rugi gesek dan angin juga disebut rugi – rugi mekanis.

Pcu stator = 243,97 watt Pcu rotor = 96,82 watt Pinti = 340 watt

Dari data di atas maka didapat rugi total dengan menjumlahkan semua rugi – rugi tersebut :

Ptotal = Pcu stator + Pcu rotor + Pinti

Ptotal = 243,97 watt + 96,82 watt + 340 watt = 680,79 watt

IV.8. Perhitungan Daya Keluaran Generator Sinkron

Daya masuk merupakan jumlah dari masukan ac pada jangkar dan masukan dc pada medan sehingga didapat daya masukan total :

(4)

Pin total = 4583.62 watt

Daya keluaran merupakan daya masukan total dikurangi jumlah rugi – rugi total :

Pout = Pin – (Pcu stator + Pcu rotor + Pinti) Pout = 4583.62 watt – (680.79 watt)

= 3902.83 watt

Maka dari perbandingan daya keluaran dan daya masukan didapat efisiensi dari generator sinkron tiga phasa rotor silinder sebesar :

% 100 P

P Efisiensi

in out ×

% 100 62 , 4583

83 , 3902

× =

Efisiensi

% 14 . 85 = Efisiensi

(5)

BAB V

PENUTUP

V.1. Kesimpulan

1. Setelah dilakukan perhitungan dengan memasukan data yang diambil dari percobaan mesin sinkron ini didapat output nya adalah 3902.83 watt dan efisiensi mesin sinkron tiga fasa ini adalah 85,14 %

4. jika generator dipaksa mengeluarkan daya melebihi 3,9 kW maka mesin menjadi panas dan tegangan menjadi turun secara tiba-tiba (drop tegangan).

5. Rugi – rugi total yang terjadi pada generator sinkron ini adalah 680.79 watt yang terdiri dari rugi – rugi tembaga, rugi besi dan rugi mekanik.

V.2. Saran – saran

(6)

DAFTAR PUSTAKA

1. Chapman, Stephen J, Electric Machinery Fundamentals, McGraw-Hill Book Company, New York, 1985.

2. D. William, Stevenson, Ir., Analisa Sistim Tenaga Listrik, Edisi IV, Erlangga, Jakarta, 1984.

3. Fitzgerald,A.E., Charles Kingsley,Jr. and Alexander Kusko, Electric Machinery, McGraw-Hill Kogakusha, Ltd. Tokyo, 1971.

4. Hayt jr, Wiliam H., Liong, The Houw., Elektromagnetik Teknologi, Edisi VI, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1982.

5. Kadir, Abdul, Mesin Serempak, Djembatan, Jakarta, 1983. 6. Lister, Mesin dan Rangkaian Listrik, Edisi VI, Erlangga, 1988.

7. Marappung, Muslimin, Teori Soal Penyelesaian Teknik Tenaga listrik, Armico, Bandung 1979.

8. Rijono, Yon, Dasar Teknik Tenaga Listrik, Edisi Revisi, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2004.

9. Theraja, B.L., A Text Book of Electrical Technology, S. Chandand Company Ltd, New Delhi, 1977.

10.Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektonika Daya, Gramedia, Jakarta, 1990.

Studi Analisa Daya Keluaran Generator Sinkron Tiga Phasa Dengan Rotor Silinder

STUDI ANALISA DAYA KELUARAN

GENERATOR SINKRON TIGA PHASA

DENGAN ROTOR SILINDER

O

L

E

H

EDUWARD ALIANSYAH

Nim. 990422014

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

STUDI ANALISA DAYA KELUARAN

GENERATOR SINKRON TIGA PHASA

DENGAN ROTOR SILINDER

A B S T R A K

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

BAB I

PENDAHULUAN

BAB II

GENERATOR SINKRON

∫

(

)

(

)

(

)

( )

( ) ( )

∫

∫

(

)

∫

∫

∫

(

)

( )

BAB III

PEMANASAN PADA GENERATOR SINKRON

BAB IV

BAB V

PENUTUP

DAFTAR PUSTAKA

BAB V

PENUTUP

DAFTAR PUSTAKA

Parts

Dokumen yang terkait

Studi Mengenai Penetapan Titik Jenuh Pada Sebuah Generator Sinkron

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

Analisa Penentuan Tegangan Terminal Generator Sinkron 3 Fasa Dan Perbaikan Faktor Daya Beban Menggunakan Metode Pottier

Analisis Performa Generator Induksi Penguatan Sendiri Tiga Phasa Pada Kondisi Steady State (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

Analisis Perbandingan Karakteristik Pengaturan Tegangan Generator Sinkron Tanpa Sikat Dengan Metode Impedansi Sinkron Dan Ampere Lilit

Analisis Karakteristik Torsi-Putaran Pada Motor Sinkron Tiga Phasa

Analisis Perbandingan Penentuan Regulasi Tegangan Generator Sinkron 3 Fasa dengan Menggunakan Metode Potier dan Metode New ASA

Studi Perbandingan Beban Linear Dan Nonlinear Terhadap Kinerja Generator Sinkron Tiga Phasa

Studi Perbandingan Beban Linear Dan Nonlinear Terhadap Kinerja Generator Sinkron Tiga Phasa

Studi Perbandingan Beban Linear Dan Nonlinear Terhadap Kinerja Generator Sinkron Tiga Phasa

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan