Analisa Perbandingan Pengaruh Pembebanan Resistif, Induktif, Kapasitif Dan Kombinasi Beban R L C Terhadap Regulasi Tegangan Dan Efisiensi Pada Generator Sinkron Tiga Phasa ( Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT- USU)

ANALISA PERBANDINGAN PENGARUH PEMBEBANAN RESISTIF, INDUKTIF, KAPASITIF DAN KOMBINASI BEBAN R L C

TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA GENERATOR SINKRON TIGA PHASA

( APLIKASI PADA LABORATORIUM KONVERSI ENERGI LISTRIK FT- USU)

Oleh :

NAMA : AHMAD FAISAL N I M : 060402010

Tugas Akhir ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada

Departemen Teknik Elektro

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ANALISA PERBANDINGAN PENGARUH PEMBEBANAN RESISTIF, INDUKTIF, KAPASITIF DAN KOMBINASI BEBAN R L C

TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA GENERATOR SINKRON TIGA PHASA

( APLIKASI PADA LABORATORIUM KONVERSI ENERGI LISTRIK FT- USU)

Oleh :

NAMA : AHMAD FAISAL N I M : 060402010

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 16 Juli tahun 2011 didepan penguji : 1. H. Ir. Satria Ginting, MT : Ketua Penguji

2. Ir. Syarifuddin Siregar : Anggota Penguji 3. Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si : Anggota Penguji

Diketahui oleh : Disetujui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro Pembimbing Tugas Akhir

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si Ir. A. RACHMAN HASIBUAN NIP. 195405311986011002 Nip. 1949 1212 19820 3 1003

ABSTRAK

Generator sinkron merupakan mesin listrik yang merubah energi mekanis

berupa putaran menjadi energi listrik bolak balik (AC), Energi mekanis diberikan

oleh penggerak mulanya. Sedangkan energi listrik bolak balik (AC) akan

dihasilkan pada rangkaian jangkarnya. Dengan ditemukannya Generator Sinkron,

telah memberikan hubungan yang penting dalam usaha pemanfaatan energi yang

terkandung dalam batu bara, gas, minyak, air uranium kedalam bentuk yang

bermanfaat yaitu listrik dalam rumah tangga dan industri.

Dalam kondisi berbeban generator sinkron akan bervariasi tergantung pada

faktor daya beban. Perubahan beban dapat terjadi sewaktu-waktu pada system.

Akibat perubahan beban yang dilayani oleh generator sinkron akan

mempengaruhi tegangan dan daya keluaran dari generator tersebut. Sehingga

menyebabkan perubahan regulasi tegangan dan efisiensi. Dalam Tugas Akhir ini

akan dibahas perbandingan pengaruh pembebanan resistif, induktif, kapasitif dan

kombinasi beban R L C terhadap regulasi tegangan dan efisiensi generator sinkron

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT atas rahmat dan

karunia yang dilimpahkan sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Adapun Tugas Akhir ini dibuat untuk memenuhi syarat kesarjanaan di

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu

Ayahanda, dan Ibunda. Serta Kakak, Abang, dan Adik tercinta yang merupakan

bagian hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak

penulis lahir hingga sekarang. Dan juga kepada keluarga besar di Siabu.

Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian tugas akhir ini, penulis

banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu,

dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. A. Rachman Hasibuan, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir,

yang telah banyak meluangkan waktu dan ilmu yang beliau miliki demi

penyelesaian tugas akhir ini.

2. Bapak H. Ir. Satria Ginting, MT, Bapak Ir. Syarifuddin Siregar, dan Bapak

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, Selaku Dosen Pembanding Tugas Akhir.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik

Elektro FT-USU dan Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris

Departemen Teknik Elektro FT-USU.

4. Bapak Ir. Syamsul Amin, M.Si, selaku Kepala Laboratorium Konversi

5. Bapak Isroy, ST, selaku Pegawai di Laboratorium Konversi Energi Listrik

Fakultas Teknik Elektro USU.

6. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh

Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU.

7. Teman-teman Asisten, Taufiq, Martua, Iqbal, Fahdi, Veri, Syawali,

Ardiansyah, Syarif, dan Aji di Laboratorium Konversi Energil Listrik

Fakultas Teknik Elektro USU.

8. Teman-teman angkatan ’06, Azhary Siregar, Fauzi, Fahmi, Hendra,

Habibi, Alfi, Ijonk, Mitro, Nasir, Teguh, Qibar, Ibenk, Teku, Rozi,

Supenson, Salman, Zaimi, Agung, Randy, dan lain-lain yang tidak dapat

penulis sebutkan satu persatu.

9. Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Akhir kata, tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, masih banyak

kesalahan dan kekurangan, namun penulis tetap berharap semoga tugas akhir ini

bisa bermanfaat dan memberikan inspirasi untuk pengembangan selanjutnya

Medan, 25 Juni 2011 Penulis

AHMAD FAISAL NIM: 060402010

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAK ... ( i )

KATA PENGANTAR ... ( iii )

DAFTAR ISI ... ( iv )

DAFTAR GAMBAR... ( vii )

DAFTAR TABEL ... ( ix )

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Tujuan Penulisan ... 2

1.3 Manfaat Penulisan ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Metode Penulisan... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II GENERATOR SINKRON TIGA PHASA 2.1 Umum ... 6

2.2 Konstruksi Generator Sinkron ... 6

2.3 Rangkaian Belitan Stator dan Rotor ... 13

2.3.1 Belitan Stator...13

2.3.2 Belitan Rotor...15

2.4 Metode Eksitasi Pada Generator Sinkron ... 15

2.5 Prinsip Kerja Generator Sinkron ... 22

2.6 Reaksi Jangkar ... 24

2.8 Karakteristik dan Penentuan Parameter-parameter Generator Sinkron Tiga Phasa ... 28 2.8.1 Karakteristik dan Penentuan Parameter Generator

Sinkron Tanpa Beban... 28 2.8.2 Karakteristik dan Penentuan Parameter Generator

Sinkron Hubung Singkat... ...30 2.8.3 Karakteristik dan Penentuan Parameter

Generator Sinkron Berbeban ... 33 2.8.4 Karakteristik Luar Generator ... 34 2.8.5 Karakteristik Pengaturan Generator Sinkron... 36

BAB III PENGARUH BEBAN RESISTIF, KAPASITIF, DAN INDUKTIF TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA GENERATOR SINKRON TIGA PHASA

3.1 Faktor Daya ... 39

3.2 Regulasi Tegangan Generator Sinkron Dengan Metode

Impedansi Sinkron ... 41

3.3 Efisiensi Generator Sinkron ... 49

BAB IV ANALISA PERBANDINGAN PENGARUH PEMBEBANAN RESISTIF, INDUKTIF, KAPASITIF, DAN KOMBINASI BEBAN R L C TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI GENERATOR SINKRON TIGA PHASA

4.1 Umum ... 47

4.2 Peralatan Yang Digunakan ... 48 v

4.3 Percobaan Menentukan Parameter Generator Sinkron Tiga

Phasa ... 49

4.3.1. Percobaan Beban Nol ... 49

4.3.2. Percobaan Hubung Singkat ... 51

4.3.3 . Penentuan parameter Generator Sinkron... 54

4.4 Percobaan Berbeban ... 55

4.5 Analisa Data Perbandingan Pengaruh Pembebanan Resistif, Induktif, Kapasitif, dan Kombinasi Beban R L C Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Generator Sinkron Tiga Phasa Pada Faktor Daya Tertentu ... 59

4.5.1 Regulasi Tegangan ... 59

4.5.2 Efisiensi ... 63

4.5.3 Tabel Analisa Data Percobaan ... 65

4.5.4 Kurva Pengaruh Perubahan Beban Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Generator Sinkron Tiga Phasa ... 67

BAB V KESIMPULAN ... 69 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konstruksi Generator Sinkron Secara Umum ... 7

Gambar 2.2 Rotor Generator Sinkron ... 8

Gambar 2.3 Rotor Kutub Menonjol Generator Sinkron ... 9

Gambar 2.4 Rotor Kutub Silinder Generator Sinkron ... 10

Gambar 2.5 Stator Generator Sinkron ... 11

Gambar 2.6 Bentuk-bentuk Alur ... 12

Gambar 2.7 Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Phasa ... 13

Gambar 2.8 Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Phasa ... 14

Gambar 2.9 Sistem Eksitasi Menggunakan Generator Arus Searah ... 16

Gambar 2.10 Sistem Eksitasi Statis ... 18

Gambar 2.11 Sistem Eksitasi Dengan Menggunakan Baterai... 19

Gambar 2.12 Sistem Eksitasi Dengan Suplai Tiga Phasa ... 20

Gambar 2.13 Sistem Eksitasi Dengan Menggunakan Permanen Magnet Generator ... 21

Gambar 2.14 Model Reaksi Jangkar ...24

Gambar 2.15 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Perphasa Tanpa Beban.26 Gambar 2.16 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron... 26

Gambar 2.17 Penyederhanaan Rangkaian Generator Sinkron ... 27

Gambar 2.18 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tiga Phasa ... 28

Gambar 2.19 Rangkaian Test Tanpa Beban ... 29

Gambar 2.20 Karakteristik Hubung Terbuka ... 30

Gambar 2.21 Gambar Rangkaian Hubung Singkat ... 31

Gambar 2.22 Karakteristik Hubung Singkat ... 32

Gambar 2.23 Diagram Phasor dan Medan Magnet Saat Hubung Singkat ... 33

Gambar 2.24 Rangkaian Generator Sinkron Berbeban ... 34

Gambar 2.26 Karakteristik Luar Generator Beban Induktif ... 36

Gambar 2.27 Karakteristik Pengaturan Generator ... 38

Gambar 3.1 Diagram Phasor ... 40

Gambar 3.1(a) Beban Resistif... 40

Gambar 3.1(b) Beban Induktig ... 40

Gambar 3.1(c) Beban Kapasitif ... 40

Gambar 3.2 Diagram Karakteristik Metode Impedansi Sinkron ... 42

Gambar 3.3 Diagram Phasor Generator Sinkron Untuk Menggambarkan Regulasi Tegangan...42

Gambar 3.3(a) Beban Resistif... 43

Gambar 3.3(b) Beban Induktif ... 43

Gambar 3.3(c) Beban Kapasitif ... 43

Gambar 3.4 Diagram Aliran Daya Generator Sinkron ... 44

Gambar 4.1 Rangkaian Percobaan Beban Nol ... 49

Gambar 4.2 Karakteristik Beban Nol ... 51

Gambar 4.3 Rangkaian Hubung Singkat... 52

Gambar 4.4 Karakteristik Hubung Singkat ... 53

Gambar 4.5 Karakteristik Percobaan ... 54

Gambar 4.5(a) Karakteristik Percobaan Hubung Singkat ... 54

Gambar 4.5(a) Karakteristik Percobaan Hubung Beban Nol ... 54

Gambar 4.6(a) Rangkaian Percobaan Berbeban ... 56

Gambar 4.6(b) Rangkaian Beban Resistif ... 56

Gambar 4.6(c) Rangkaian Bbeban Kapasitif ... 56

Gambar 4.6(d) Rangkaian Beban Resistif ... 56

Gambar 4.6(e) Rangkaian Beban R L C ... 56

Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Perubahan Beban Terhadap Regulasi Tegangan ... 67

Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Perubahan Beban Terhadap efisiensi ... 68 viii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Tegangan Induksi Sebagai Fungsi Arus Medan ... 50

Tabel 4.2 Arus Hubung Singkat Sebagai Fungsi Arus Medan ... 53

Tabel 4.3(a) Data Percobaan Pada Beban Resistif ... 58

Tabel 4.3(b) Data Percobaan Pada Beban Induktif ... 58

Tabel 4.3(c) Data Percobaan Pada Beban Kapasitif... 59

Tabel 4.3(d) Data Percobaan Pada Beban Kombinasi R L C ... 59

Tabel 4.4 Hasil Analisa Data Pengaruh Pembebanan Resistif Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Generator Sinkron ... 65

Tabel 4.5 Hasil Analisa Data Pengaruh Pembebanan Induktif Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Generator Sinkron ... 65

Tabel 4.6 Hasil Analisa Data Pengaruh Pembebanan Kapasitif Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Generator Sinkron ... 65

Tabel 4.7 Hasil Analisa Data Pengaruh Pembebanan Kombinasi R L C Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Generator Sinkron ... 65

ABSTRAK

Generator sinkron merupakan mesin listrik yang merubah energi mekanis

berupa putaran menjadi energi listrik bolak balik (AC), Energi mekanis diberikan

oleh penggerak mulanya. Sedangkan energi listrik bolak balik (AC) akan

dihasilkan pada rangkaian jangkarnya. Dengan ditemukannya Generator Sinkron,

telah memberikan hubungan yang penting dalam usaha pemanfaatan energi yang

terkandung dalam batu bara, gas, minyak, air uranium kedalam bentuk yang

bermanfaat yaitu listrik dalam rumah tangga dan industri.

Dalam kondisi berbeban generator sinkron akan bervariasi tergantung pada

faktor daya beban. Perubahan beban dapat terjadi sewaktu-waktu pada system.

Akibat perubahan beban yang dilayani oleh generator sinkron akan

mempengaruhi tegangan dan daya keluaran dari generator tersebut. Sehingga

menyebabkan perubahan regulasi tegangan dan efisiensi. Dalam Tugas Akhir ini

akan dibahas perbandingan pengaruh pembebanan resistif, induktif, kapasitif dan

kombinasi beban R L C terhadap regulasi tegangan dan efisiensi generator sinkron

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Generator Sinkron merupakan mesin listrik yang mengubah energi mekanis

berupa putaran menjadi energi listrik. Energi mekanis diberikan oleh penggerak

mulanya. Sedangkan energi listrik akan dihasilkan pada rangkaian jangkarnya.

Dengan ditemukannya Generator Sinkron atau Alternator, telah memberikan

hubungan yang penting dalam usaha pemanfaatan energi yang terkandung pada

batu bara, air, minyak, gas uranium ke dalam bentuk yang bermanfaat dan mudah

digunakan yaitu listrik dalam rumah tangga dan industri.

Konstruksi umum dari suatu Generator Sinkron adalah Penggerak Mula,

Rotor atau bagian yang berputar, Stator atau bagian yang diam, dan celah udara

antara Stator dan Rotor. Konstruksi Rotor sendiri terdiri atas Rotor Silinder dan

Rotor Kutub Sepatu yang masing-masingnya memiliki fungsi yang berbeda.

Disamping itu juga perlu rangkaian eksitasi sebagai penghasil tegangan induksi

pada terminal jangkar. Untuk Generator Sinkron yang besar, Rangkaian Jangkar

diletakkan pada Stator untuk menghindari timbulnya bunga api jika Rangkaian

Jangkar pada bagian Rotor. Untuk Rangkaian Eksitasi dapat dibagi atas eksitasi

dengan sikat dan tanpa sikat.

Generator tiga fasa dituntut untuk bekerja stabil dalam tegangan yang

dihasilkan, dan frekuensi. Ketidak stabilan kedua hal tersebut sangat berpengaruh

terhadap beban terutama beban-beban elektronik. Salah satu penyebab alternator

bekerja tidak stabil adalah factor daya dari beban yang dipikul yang mana hal itu

induktif, dan kapasitif, yang ketiga beban tersebut memiliki factor daya yang

berbeda.

Untuk itu perlu dilakukan pengujian baik berupa analisa perbandingan

untuk ketiga beban tersebut terhadap regulasi tegangan dan efisiensi sebuah

generator sinkron.

1.2.Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk mengetahui

hubungan antara perubahan arus beban dengan factor daya tertentu (beban resistif,

induktif, kapasitif dan kombinasi R L C) pada generator sinkron 3 phasa terhadap

regulasi tegangan dan efisiensinya, kecepatan rotor dan arus medan dijaga

konstan.

1.3.Manfaat Penulisan

Manfaat penulisan tugas akhir ini adalah:

1. Untuk lebih memahami generator sinkron, kususnya tentang regulasi

tegangan generator sinkron dengan beban resistif, induktif, kapasitif dan

kombinasi R L C.

2. Menambah wawasan dan pengetahuan bagi penulis maupun pembaca

mengenai pengaruh pembebanan resitif, induktif, kapasitif dan kombinasi

1.4.Batasan Masalah

Untuk menghindari pembahasan yang meluas, dan untuk menjaga

pembahasan materi dalam Tugas Akhir ini lebih terarah, maka penulis

menetapkan suatu batasan masalah sebagai berikut :

a. Generaotor Sinkron yg digunakan sebagai aplikasi adalah Generator

Sinkron 3 phasa pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT. USU.

b. Keadaan yg dipakai adalah keadaan mantap.

c. Beban yang digunakan pada percobaan pembebanan generator sinkron

3 phasa ini adalah resistif, induktif, dan kapasitif.

d. Tidak membahas rugi-rugi generator sinkron 3 phasa.

e. Metode yang dipakai dalam perhitungan adalah metode impedansi

sinkron.

1.5.Metode Penulisan

Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Studi Literatur

Berupa studi kepustakaan dan kajian dari berbagai sumber pustaka

yang relevan mendukung dalam penulisan tugas akhir ini

2. Studi Laboratorium

Melakukan percobaan di laboratorium untuk mendapatkan data-data

yang diperlukan

3. Studi Bimbingan

Dalam hal ini penulis melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini

Teknik Elektro USU, dengan dosen-dosen bidang Konversi Energi

Listrik, asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik dan teman-teman

sesama mahasiswa.

1.6.Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini, maka penulis

menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan gambaran menyeluruh tentang apa yang

diuraikan dalam Tugas Akhir ini, yaitu pembahasan tentang latar

belakang penulisan, maksud dan tujuan penulisan, batasan

masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II GENERATOR SINKRON TIGA PHASA

Bab ini menjelaskan teori umum mengenai generator sinkron,

konstruksi generator sinkron tiga phasa, rangkaian ekivalen,

prinsip kerja, diagram fasor, reaksi jangkar, penentuan parameter

generator sinkron.

BAB III PENGARUH BEBAN RESISTIF, KAPASITIF, DAN INDUKTIF TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA GENERATOR SINKRON

Bab ini membahas tentang faktor daya, regulasi tegangan, efisiensi,

BAB IV ANALISA PERBANDINGAN PENGARUH PEMBEBANAN RESISTIF, INDUKTIF, KAPASITIF, DAN KOMBINASI BEBAN R L C TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI GENERATOR SINKRON TIGA PHASA

Bab ini berisikan tentang jenis komponen dan spesipikasi peralatan

percobaan, rangkaian percoban, prosedur percobaaan, data

percobaan, analisis dan grafik hasil percobaan.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Dalam bab ini dituliskan tentang hal-hal yang dianggap penting

BAB II

GENERATOR SINKRON 2.1Umum

Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan generator

sinkron. Oleh sebab itu generator sinkron memegang peranan penting dalam

sebuah pusat pembankit listrik. Generator sinkron (sering disebut alternator)

merupakan sebuah mesin sinkron yang berfungsi mengubah energi mekanik

berupa putaran menjadi energi listrik bolak-balik (AC).

Generator AC (alternating current), atau generator sinkron. 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. Mesin sinkron tidak dapat start sendiri karena

kutub-kutub tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu

sakelar terhubung dengan jala-jala. Generator sinkron dapat berupa generator

sinkron tiga phasa atau generator sinkron satu phasa.

2.2Konstruksi Generator Sinkron

Pada prinsipnya, konstruksi Generator sinkron sama dengan motor

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

memiliki celah udara ruang antara stator dan rotor yang berfungsi sebagai tempat

Pada Gambar 2.1 dapat dilihat konstruksi sederhana dari sebuah generator sinkron

secara umum :

Gambar 2.1 Konstruksi Generator Sinkron Secara Umum

a. Rotor

Rotor terdiri dari beberapa komponen utama yaitu :

1. Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi

dipisahkan oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasangkan

ke-slip ring ini kemudian dihubungkan kesumber arus searah melalui

sikat (brush) yang letaknya menempel pada slip ring.

2. Sikat

Sebagaian dari generator sinkron ada yang memiliki sikat ada juga

yang tidak memiliki sikat. Sikat pada generator sinkron berfungsi

sebagai saklar putar untuk mengalirkan arus DC ke-kumparan medan

3. Kumpara rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama

dalam menghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat arus

searah dari sumber eksitasi tertentu.

4. Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan, dimana

pada poros tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap

poros rotor.

Bentuk suatu rotor dari generator sinkron dapat dilihat pada Gambar

2.2 berikut:

Gambar 2.2 Rotor Generator Sinkron

Rotor pada generator sinkron pada dasarnya sebuah elektromagnet

yang besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub

1. Rotor kutub menonjol (Salient Pole Rotor)

Rotor tipe ini mempunyai kutub yang jumlahnya banyak.

Kumparan dibelitkan pada tangkai kutub, dimana kutub-kutub diberi

laminasi untuk mengurangi panas yang ditimbulkan oleh arus Eddy,

kumparan-kumparan medannya terdiri dari bilah tembaga persegi. Kutub

menonjol ditandai dengan rotor berdiameter besar dan panjang sumbunya

pendek.

Selain itu jenis kutub salient pole, kutub magnetnya menonjol

keluar dari permukaan rotor. Belitan-belitan medan dihubung seri. Ketika

belitan medan ini disuplai oleh eksiter, maka kutub yang berdekatan akan

membentuk kutub yang berlawanan. Bentuk kutub menonjol generator

sinkron tampak seperti Gambar 2.3 berikut :

Gambar 2.3 Rotor Kutub Menonjol Generator Sinkron

Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron

dengan kecepatan putaran rendah dan sedang (120-400 rpm). Generator

pada sistem pembangkit listrik. Rotor kutub menonjol baik digunakan

untuk putaran rendah dan sedang karena :

• Konstruksi kutub menonjol tidak terlalu kuat untuk menahan tekanan mekanis apabila diputar dengan kecepatan tinggi.

• Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi yang besar dan bersuara

bising jika diputar dengan kecepatan tinggi.

2. Rotor kutub tak menonjol (Rotor Silinder)

Rotor tipe ini dibuat dari plat baja berbentuk silinder yang

mempunyai sejumlah slot sebagai tempat kumparan. Karena adanya

slot-slot dan juga kumparan medan yang terletak pada rotor maka jumlah kutub

pun sedikit yang dapat dibuat. Belitan-belitan medan dipasang pada

alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang di enerjais oleh eksiter.

Rotor ini biasanya berdiameter kecil dan sumbunya sangat

panjang. Konstruksi ini memberikan keseimbangan mekanis yang lebih

baik karena rugi-rugi anginnya lebih kecil dibandingkan rotor kutub

menonjol (salient pole rotor). Gambar bentuk kutub silinder generator

sinkron tampak seperti pada Gambar 2.4 berikut:

Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron degan

kecepatan putaran tinggi (1500 atau 3000 rpm) biasanya digunakan untuk

pembangkit listrik berkapasitas besar misalnya pembangkit listrik tenaga

uap dan gas. Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan tinggi karena:

• Distribusi disekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus

sehinggu lebih baik dari kutub menonjol.

• Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik pada kecepatan putar

tinggi.

b. Stator

Stator atau armatur adalah bagian generator yang berfungsi sebagai tempat

untuk menerima induksi magnet dari rotor. Arus AC yang menuju ke beban

disalurkan melalui armatur, komponen ini berbentuk sebuah rangka silinder

dengan lilitan kawat konduktor yang sangat banyak. Armatur selalu diam (tidak

bergerak). Oleh sebab itu komponen ini juga disebut sebagai stator.

Bentuk suatu stator dari generator sinkron dapat dilihat pada Gambar 2.5

berikut:

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu:

1. Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang merupakan inti jangkar

generator sinkron.

2. Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik

khusus yang terpasang kerangka stator.

3. Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator yaitu

kumparan jangkar. Ada 3 (tiga) bentuk alur stator yaitu, terbuka, setengah

terbuka, dan tertutup. Ketiga bentuk alur (slot) tersebut tampak seperti

Gambar 2.6 berikut

Gambar 2.6 Bentuk-bentuk Alur

4. Kumparan Stator (Kuparan Jangkar)

Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan ini

2.3Rangkaian Belitan Stator dan Rotor 2.3.1 Belitan stator

Ada dua jenis belitan stator yang banyak digunakan untuk

generator sinkron 3 phasa, yaitu:

a. Belitan Satu Lapis (Single Layar Winding)

Dari Gambar 2.7 memperlihatkan belitan satu lapis karena hanya

ada satu sisi lapisan didalam masing-masing alur. Bila kumparan tiga

phasa dimulai pada Sa, Sb, dan Sc dan berakhir di Fa, Fb, dan Fc bisa

disatukan dalam dua cara, yaitu hubungan bintang dan segitiga. Antara

kumparan phasa dipisahkan sebesar 120 derajat listrik atau 60 derajat

mekanik, satu siklus ggl penuh akan dihasilkan bila rotor dengan 4 kutub

berputar 180 derajat mekanis. Satu siklus ggl penuh akan menunjukkan

360 derajat listrik, adapun hubungan antara sudut rotor mekanis αmek, dan sudut listrik αlis, adalah : α_lis Pα_mek

2 =

b. Belitan Berlapis Ganda (Double Layar Winding)

Kumparan jangkar hanya mempunyai satu lilitan per kutub per

phasa, akibatnya masing-masing kumparan hanya dua lilitan secara seri.

Bila alur-alur tidak terlalu lebar, masing-masing penghantar yang berada

dalam alur akan membangkitkan tegangan yang sama , masing-masing

tegangan phasa akan sama untuk menghasilkan tegangan per penghantar

dan jumlah total dari penghantar per phasa.

Dalam kenyataannya cara seperti ini tidak menghasilkan cara yang

efektif dalam penggunaan inti setator, karena variasi kerapatan fluks dalam

inti dan juga melokalisir pengaruh panas dalam daerah alur dan

menimbulkan harmonik. Untuk mengatasi masalah ini, generator

praktisnya mempunyai kumparan terdistribusi dalam beberapa alur per

kutub per phasa.

Gambar 2.8 Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron 3 Phasa

Gambar 2.8 memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan jagkar

yang secara umum banyak digunakan. Pada masing-masing alur ada dua

terletak ke dalam alur biasanya disebut winding overhang, sehingga tidak

ada tegangan dalam winding overhang.

2.3.2 Belitan rotor

Belitan rotor pada generator sinkron biasanya terbuat dari kawat

yang halus dan diisolasi untuk tegangan yang rendah pada rotor silinder,

belitan rotor ditempatkan pada alur rotor dan kedua ujungnya dihubungkan

dengan sumber tegangan atau arus searah untuk memberikan eksitasi pada

rotor.

2.4Metode Eksitasi Pada Generator Sinkron

Berdasarkan cara penyaluran arus searah pada rotor generator sinkron,

sistem eksitasi terdiri dari dua jenis yaitu sistem eksitasi dengan menggunakan

sikat (brushless excitation) dan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat

(brushless). Ada dua jenis sistem eksitasi dengan menggunakan sikat yaitu :

1. Sistem eksitasi konvensional (menggunakan generator arus searah).

2. Sistem eksitasi statis.

Sedangkan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat terdiri dari :

1. Sistem eksitasi dengan menggunakan baterai.

2. Sistem eksitasi dengan menggunakan Permanen Magnet Generator (PMG).

a. Sistem Eksitasi Konvensional (Menggunakan Generator Arus Searah)

Untuk sistem eksitasi yang konvensional, arus searah diperoleh dari

sinkron dan generator arus serah tersebut terkopel dalam satu poros, sehingga

putaran generator arus searah sama dengan putaran generator sinkron.

Tegangan yang dihasilkan oleh generator arus searah ini diberikan

kebelitan rotor generator sinkron melalui sikat karbon dan slip ring. Akibatnya

arus searah mengalir ke dalam rotor atau kumparan medan dan menimbulkan

medan magnet yang diperlukan untuk dapat menghasilkan tegangan arus

bolak-balik pada kumparan utama yang terletak distator generator sinkron.

Pada generator konvensional ini ada beberapa kerugian yaitu generator

arus searah merupakan beban tambahan untuk penggerak mula. Penggunaan slip

ring dan sikat menimbulkan masalah ketika digunakan untuk mensuplai sumber

arus searah padabelitan medan generator sinkron. Terdapat sikat arang yang

menekan slip ring sehingga timbul rugi gesekan pada generator utamanya. Selain

itu pada generator arus searah juga terdapat sikat karbon yang menekan

komutator. Selama pemakaian slip ring dan sikat harus diperiksa secara teratur,

generator arus searah juga memiliki keandalan yang rendah. Karena hal-hal

seperti diatas dipikirkan hubungan lain dan dikenal apa yang dikenal sebagai

generator sinkron static exciter (penguat statis). Gambar 2.9 adalah sistem eksitasi

yang menggunakan generator arus searah.

Generator Arus Searah Generator

Sinkron

b. Sistem Eksitasi Statis

Sistem eksitasi statis menggunakan peralatan eksitasi yang tidak

bergerak (static), artinya peralatan eksitasi tidak ikut berputar bersama dengan

rotor generator sinkron. Sistem eksitasi statis (static excitation sistem) atau

disebut juga dengan self excitation merupakan sistem eksitasi yang tidak

memerlukan generator tambahan sebagai sumber eksitasi generator sinkron.

Sumber eksitasi pada sistem eksitasi statis berasal dari tegangan output

generator itu sendiri yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan

penyearah thyristor.

Pada mulanya pada rotor ada sedikit magnet sisa, manet 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.

Bersama dengan penyearah, blok tersebut sering disebut AVR.

Dibandingkan dengan generator yang konvensional generator dengan

sistem eksitasi statis memang sudah jauh lebih baik yaitu tidak ada generator

arus searah (yang keandalannya rendah) dan beban generator arus searah pada

penggerak mula hilang. Eksiter diganti dengan eksiter yang tidak berputar yaitu

penyearah karena itu disebut eksiter statis. Gambar 2.10 berikut adalah sistem

PT

CT

AVR

Transformator eksitasi System Tiga Phasa

Konverter

Gambar 2.10 Sistem Esitasi Statis

Untuk keperluan eksitasi awal pada generator sinkron, maka sistem

eksitasi statis dilengkapi dengan field flashing. Hal ini dibutuhkan karena

generator sinkron tidak memiliki sumber arus dan tegangan sendiri untuk

mensuplai kumparan medan. Penggunaan slip ring dan sikat pada eksitasi ini

menyebabkan system eksitasi ini tidak efisien dan efektif.

c. Sistem Eksitasi Menggunakan Baterai

Sistem eksitasi tanpa sikat diaplikasikan pada generator sinkron, dimana

suplai arus searah kebelitan medan dilakukan tanpa melalui sikat. Arus searah

untuk suplai eksitasi untuk awal start generator digunakan suplai dari baterai,

yang sering dinamakan penguat mula, dimana arus ini selanjutnya disalurkan ke

belitan medan AC exiter. Tegangan keluaran dari generator sinkron ini

disearahkan oleh penyearah yang menggunakan dioda, yang disebut rotating

rotor generator sinkron, sehingga rotating rectifier tersebut ikut berputar sesuai

dengan putaran rotor, seperti pada Gambar 2.11 berikut:

Gambar 2.11 Sistem Eksitasi Dengan Menggunakan Baterai

Dari Gambar 2.11 diatas, untuk menghindari adanya kontak geser pada

bagian rotor generator sinkron, maka penguat medan generator dirancang

sedemikian sehingga arus searah yang dihasilkan dari penyearah langsung

disalurkan kebagian belitan medan dari generator utama. Hal ini dimungkinkan

karena dioda penyearah ditempatkan pada bagian poros yang dimiliki

bersama-sama oleh rotor generator utama dan penguat medannya. Arus medan pada

generator utama dikontrol oleh arus yang mengalir pada kumparan medan

Setelah tegangan generator mencapai tegangan nominalnya maka catu

daya DC (baterai) biasanya dilepasdan digantikan oleh penyearah. Penguatan

yang dipakai adalah sistem self exitation system yaitu sistem dimana sumber

daya untuk penguatannya diperoleh dari keluaran tiga phasa generator itu

sendiri. Gambar 2.12 menggambarkan sistem eksitasi tanpa sikat dengan suplai

tiga phasa.

Gambar 2.12 Sistem Eksitasi Dengan Suplai Tiga Phasa

Pada Gambar 2.12, untuk membangkitkan arus medan digunakan

penyearah, dimana arus yang disearahkan diperoleh dari keluaran tiga phasa

generator itu sendiri melalui transformator atau sering disebut Eksitasi

Transformator, berfungsi menurunkan tegangan keluaran generator untuk

d. Sisten Eksitasi Menggunakan Pemanen Magnet Generator

Suatu generator sinkron harus memiliki sebuah medan magnet yang

berputar agar generator tersebut menghasilkan tegangan pada statornya. Medan

magnet ini dapat dihasilkan dari belitan rotor yang disuplai dengan sumber

listrik arus searah. Cara lain untuk menghasilkan medan magnet pada rotor

adalah dengan menggunakan magnet permanen sebagai sumber eksitasinya ini

disebut dengan permanen magnet generator (PMG).

Generator sinkron yang berkapasitas besar biasanya menggunakan

sistem eksitasi brushless yang dilengkapi dengan permanen magnet generator.

Hal ini dimaksudkan agar sistem eksitasi dari generator sama sekali tidak

tergantung pada sumber daya listrik dari luar mesin itu. Pada Gambar 2.13 dapat

dilihat bentuk skematik dari sistem eksitasi dengan menggunakan Permanen

Magnet Generator.

Dari Gambar 2.13, bahwa pada bagian mesin yang berputar (rotor) terdapat

magnet permanen, kumparan jangkar generator eksitasi, kumparan medan generator

utama. Hal ini memungkinkan generator tersebut tidak menggunakan slip ring dan sikat

dalam pengoperasiannya sehingga lebih efektif dan efisiensi.

2.5Prinsi Kerja Generator Sinkron

Adapun prinsip kerja dari suatu generator sinkron adalah

1. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber

eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan

medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan

medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu

adalah tetap.

2. Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera

dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya.

p f

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

p = Jumlah kutub rotor

f = frekuensi (Hz)

3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang

dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada

rotor, akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada

kumparan jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik

yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks

induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut, hal tersebut sesuai dengan

persamaan :

dt d N

e=− ϕ

dt t Sin d

N ϕmaks ω

− =

t Cos

Nωϕmaks ω

− = dimana : ω=2πf

( )

f Cos t

N 2π ϕmaks ω

− = dimana : 120 np f = t Cos np

N π ϕmaks ω

     − = 120 2 maks maks np N

E ϕ

     = 120 . 14 , 3 . 2 2 120 . 14 , 3 . 2 ( 2 maks maks eff np N e E ϕ = = , 120 44 ,

4 Npnϕ

=

dimana : )

120 44 , 4

( Np =C

ϕ Cn

= ………..(2.2)

dimana : E = ggl induksi (Volt) N = Jumlah belitan

C = Konstanta P = Jumlah kutub

n = Putaran (rpm) f = Frequensi )Hz)

Untuk generator sinkron tiga phasa, digunakan tiga kumparan jangkar

yang ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan

kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada

ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama

lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk menghasilkan energi listrik.

2.6Reaksi jangkar

Bila beban terhubung ke terminal generator maka pada belitan stator akan

mengalir arus, sehigga timbul medan magnet pada belitan stator. Medan magnet

ini akan mendistorsi medan magnet yang dihasilkan belitan rotor. Seperti yang

dijelaskan pada Gambar 2.14.

BR

EAmax

IAmax

ω

BR

ω

EAmax

m

EAmax

BR

IAmax

stat BS

E

EAmax

BR

IAmax

stat BS

E Bnet

Vф

(a) (b)

(c) (d)

Pada Gambar 2.14.a. Medan magnet yang berputar akan menghasilkan

tegangan induksi EA. Bila generator melayani beban dengan induktif, maka arus

pada stator akan tertinggal seperti pada Gambar 2.14.b. Arus stator tadi akan

meghasilkan medan magnet sendiri Bs dan tegangan stator Estat, seperti pada

Gambar 2.14.c. Vektor penjumlahan antara Bs dan BR menghasilkan Bnet, dan

penjumlahan Estat dan EA akan menghasilkan V_φ pada terminal jangkar.

Saat beban terhubung ke beban induktif, arus jangkar akan tertinggal

terhadap tegangan jangkar. Arus pada belitan stator akan menghasilkan medan

magnet Bs, yang kemudian kan menghasilkan tegangan stator Estat. Dua tegangan

yaitu tegangan jangkar EA dan tegangan reaksi jangkar Estat akan menghasilkan

Vt, dimana:

Vt = EA + Estat ……….(2.3)

Tegangan Reaksi Jangkar Estat = -jXIa

Sehingga Persaman (2.3) dapat ditulis kembali sebagai :

Vt = EA -jXIa...(2.4)

Selain pengaruh reaksi jangkar ini, pengurangan tegangan induksi generator

sinkron juga karena adanya tahanan Ra dan Induktansi belitan stator Xa, ,dan

penjumlahan X dan Xa sering disebut Reaktansi Sinkron Xs, sehingga Persamaan

(2.4) dapat ditulis kembali sebagai:

Vt = EA-jXIa-jXaIa-IaRa ………..(2.5)

Vt = EA-jXsIa-IaRa ………..(2.6)

dimana : Vt = Tegangan terminal generator (Volt)

EA = GGL pada jangkar (Volt)

Xs = Impedansi Sinkron (Ohm)

Ia = Arus Jangkar (Amper)

Ra = Tahanan Jangkar (Ohm)

Xar = Impedansi armature (Ohm)

Dari Persamaan (2.6) dapat dibuat model rangkaian ekivalen generator sinkron

per fasa seperti pada Gambar 2.15 berikut:

If Ia

Rf

Lf

Ra XS

j

V Vf

t EA

Gambar 2.15 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Perfasa Tanpa Beban

2.7Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron

Stator terdiri dari belitan-belitan. Suatu belitan konduktor akan terdiri dari

tahanan Ra dan induktansi Xla maka rangkaian ekivalen suatu generator sinkron

dapat dibuat seperti Gambar 2.16.

X X R

E R

V V

L

I

Radj _{ar la a}

a

a f

f f

Dengan melihat Gambar 2.16 maka dapat ditulis Persamaan tegangan generator

sinkron sebagai berikut :

Ea = V + jXarIa + jXlaIa + Ra Ia………(2.7)

Dan persamaan terminal generator sinkron dapat ditulis

V = Ea – jXarIa – jXlaIa – Ra Ia...(2.8)

Dengan menyatakan reaktansi reaksi jangkar dan reaktansi fluks bocor

sebagai reaktansi sinkron, atau Xs = Xar + Xla dapat dilihat pada Gambar 2.16

maka persamaan menjadi:

V = EA – jXsIa – RaIa (Volt)……….(2.9)

X R

E R

V V

L

I

Rf _{S a}

t a

f f f

j a

Gambar 2.17 Penyederhanaan Rangkaian Generator Sinkron

Karena tegangan yang dibangkitkan oleh generator sinkron adalah

tegangan bolak-balik, maka biasanya diekspresikan dalam bentuk fasor. Diagram

fasor yang menunjukkan antara tegangan induksi perfasa dengan tegangan

X R

E R

V V

L

I I

S

f

a

t a

f f f

j a

2

2

2

X R

E V

I

S a

t a

j a

3

3

3

X R

E V

I

S a

t a

j a

1

1

1

Gambar 2.18 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tiga Phasa

2.8 Karakteristik dan Penentuan Parameter-parameter Generator Sinkron Tiga Phasa

2.8.1 Karakteristik dan Penentuan Parameter Tanpa Beban : E0 = E0 (If) Karakteristik tanpa beban (beban nol) pada generator sinkron dapat

ditentukan dengan melakukan test beban nol (open circuit) yang memiliki

langkah-langkah sebagai berikut :

a.) Generator diputar pada kecepatan nominal (n)

b.) Tidak ada beban yang terhubung pada terminal

c.) Arus medan (If) dinaikkan dari nol hingga maksimum secara bertahap

X

R

E

R

V

V

L

S adj

Φ

0 f

f f

R

a

Gambar 2.19 Rangkaian Test Tanpa Beban

Dari Gambar dapat diperoleh Persamaan umum generator :

E0 = VΦ + Ia (Ra + jXs)……….(2.10)

Pada hubungan generator terbuka (beban nol), Ia = 0. Maka,

E0 = V_Φ= cnΦ ………..(2.11)

Karena tidak ada beban yang terpasang, maka Φ yang dihasilkan hanya Φf. Sehingga :

E0 =

cn

Φf ………...(2.12)

E0 =

cnI

f

.

…………. ……….(2.13)

Nilai cn adalah konstan sehingga Persamaan menjadi :

E0 =

k

₁

.I

_f

.

……….…. (2.14)

dimana : E0 = Tegangan beban nol (Volt)

If = Arus medan (Amper)

k = Konstanta

Berikut diperlihatkan gambar grafik hubungan VΦvs If yang disebut juga

dengan karakteristik hubung terbuka dari generator atau OCC (Open-Circuit

OCC Air gap line

I

O f(A)

(V) VΦ

Gambar 2.20 Karakteristik Hubung Terbuka (OCC)

Dari Gambar 2.20 di atas terlihat bahwa pada awalnya kurva berbentuk hampir

benar-benar linear. Hingga pada harga-harga arus medan yang tinggi, bentuk

kurva mulai terlihat saturasi. Inti besi yang tidak jenuh dalam bingkai mesin

sinkron memiliki reluktansi beberapa ratus kali lebih rendah daripada reluktansi

air gap. Sehingga pertama-tama hampir seluruh MMF melewati celah udara dan peningkatan fluksi yang terjadi linear. Ketika inti besi mengalami saturasi,

reluktansi besi meningkat secara drastis dan fluksi meningkat lebih lambat dengan

peningkatan nilai MMF. Bentuk linear dari grafik OCC disebut karakteristik air

gap line.

2.8.2 Karakteristik dan Penentuan Parameter Generator Sinkron Hubung Singkat : Isc = Isc (If)

Untuk menentukan karakteristik dan parameter generator sinkron yang

dihubung singkat terdapat beberapa langkah yang harus dilakukan antara lain :

a.) Generator diputar pada kecepatan nominal

c.) Hubung singkat terminal

d.) Ukur arus armatur (Ia) pada setiap peningkatan arus medan (If)

Dimana, rangkaian test hubung singkat pada generator sinkron akan diperlihatkan

pada Gambar 2.21 berikut.

R

a

Xs

Radj

R

V

f

f

L

f

Ia

V

Φ

=0

E

a

Gambar 2.21 Gambar Rangkaian Hubung Singkat

Dari gambar, Persamaan umum generator sinkron dihubung singkat adalah :

E = VΦ + Ia (Ra + jXs)………..(2.15)

Pada saat generator sinkron dihubung singkat, VΦ = 0 dan Ia = Isc . Maka :

E = Isc (Ra + jXs) ………. (2.16)

cnΦ = Isc (Ra + jXs) …………. (2.17)

Karena cn dan (Ra + jXs) bernilai konstan, maka :

cn = k1 ……….. (2.18)

(Ra + jXs) = k2 ………. (2.19)

Sehingga Persamaan menjadi :

k1.If = Isc. k2 ………. (2.20)

Isc = If

k k 2 1

Pada karakteristik generator hubung singkat bentuk kurva adalah linear. Hal ini

disebabkan oleh medan magnet yang terjadi sangat kecil sehingga inti besi tidak

mengalami saturasi. Gambar 2.22 berikut ini akan memperlihatkan karakteristik

hubung singkat pada generator sinkron.

SCC

I (A)a

If(A)

o

Gambar 2.22 Karakteristik Hubung Singkat

Ketika generator dihubung singkat, arus armatur :

(Ia) = Isc =

s a

a

jX R

E

+ ……….(2.22)

Harga Mutlaknya adalah :

Ia = Isc =

2 2

s a

a

jX R

E

+ ……….(2.23)

dimana : E0 = Tegangan beban nol (Volt)

Ia = Arus Jangkar (Amper)

Isc = Arus Hubung singkat (Amper)

Ra = Tahanan jangkar (Ohm)

Gambar 2.23 berikut menunjukkan diagram phasor dan medan magnet yang

dihasilkan pada generator yang dihubung singkat.

E _B

B B

R

stat net

R a

a

Ia

Ia _jX

sIa

V = 0Φ

(i) Diagram Phasor (ii) Medan Magnet

Gambar 2.23 Diagram Phasor dan Medan Magnet saat Hubung Singkat

Karena Bstat hampir meniadakan BR, medan magnet Bnet sangat kecil. Oleh

karena itu, mesin tidak saturasi dan SCC berbentuk linear.

Dari kedua test tersebut di atas diperoleh :

- Ea dari test beban nol (Open Circuit)

- Ia dari test hubung singkat (Short Circuit)

Diperoleh impedansi sinkron :

Zs =

a a s a

I E jX

R 2+ 2 = ………(2.24)

Karena Ra << XS, maka impedansi sinkron menjadi : Zs≈ Xs ≈ a

a

I E

2.8.3 Karakteristik dan Penentuan Parameter Generator Sinkron Berbeban : V = V(If)

Beberapa langkah untuk menentukan parameter generator sinkron

berbeban antara lain sebagai berikut :

c.) Arus medan (If) dinaikkan dari nol hingga maksimum secara bertahap

d.) Catat tegangan terminal (Vt) pada setiap peningkatan arus medan (If)

R

Radj _{a Xs}

R L

V V

f

f

f Φ

L O A D Ia

Ea

Gambar 2.24 Rangkaian Generator Sinkron Berbeban

Dari Gambar 2.24 diperoleh persamaan umum generator sinkron berbeban :

Ea = VΦ + Ia (Ra + jXs)…………..(2.27)

V_Φ = Ea - Ia (Ra + jXs) …………. (2.28)

Pada generator berbeban, Ia = IL bernilai konstan karena beban (ZL) tetap. Ia(A)

If (A) k2/k2

k2

0

CosΦ = 0 lagging CosΦ = 0 leading

CosΦ = 0,8 lagging

Gambar 2.25 Karakteristik Generator Sinkron Berbeban

2.8.4 Karakteristik Luar Generator Sinkron : V_Φ = f (IL)

Karakteristik ini akan memperlihatkan pengaruh dari perubahan arus

karakteristik luar generator sinkron, beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah

sebagai berikut :

a.) Kecepatan putar generator sinkron (n) tetap

b.) Arus medan (If ) konstan

c.) Faktor daya (cosφ) tetap

Dari gambar rangkaian generator sinkron berbeban yang telah

diperlihatkan pada Gambar 2.24 sebelumnya, diperoleh persamaan :

Ea = VΦ + Ia (Ra + jXs)………….(2.29)

Sehingga Persamaan tegangan terminal VΦ generator sinkron dalam keadaan berbeban :

VΦ = Ea - Ia (Ra + jXs) …………. (2.30)

Dalam hal ini, arus yang mengalir pada stator sama dengan arus yang mengalir

pada beban atau:

Ia = IL

maka :

VΦ = Ea – IL (Ra + jXs) …………. (2.31)

VΦ = cnΦ – ILZs ………..….. (2.32)

VΦ = cnIf – ILZs ……….... (2.33)

Karena c, n dan If konstan :

VΦ = k1 – ILZS ………... (2.34)

Nilai Zs tetap, sehingga :

Jika arus beban (IL) = 0 (beban nol), maka :

VΦ = k1

Jika tegangan terminal (V_Φ) = 0 (hubung singkat), maka :

cn Z I cn V

I l s

f +

Φ

= If =………. (2.36)

Berikut ini merupakan gambar karakteristik luar generator sinkron dengan beban

induktif pada berbagai harga cosφ.

PF = 1

PF = 0,8 PF = 0,6

IL (A) VΦ (V)

0

Gambar 2.26 Karakteristik Luar Generator Beban Induktif

2.8.5 Karakteristik Pengaturan Generator Sinkron : If = f (IL)

Karakteristik ini menunjukkan hubungan antara perubahan arus beban (IL)

dengan terhadap arus medan (If) generator sinkron. Dimana, dalam karakteristik

ini perlu diperhatikan hal-hal berikut :

a.) Tegangan terminal V_Φ dijaga konstan

b.) putaran tetap

c.) Faktor daya (cosφ) tetap

Persamaan untuk generator berbeban (Gambar 2.24) :

Pada generator berbeban :

IL = Ia

sehingga :

Ea = VΦ + IL(Ra + jXS ) …………. (2.38)

cnΦ = VΦ + ILZS

cnIf = VΦ + ILZS

If =

cn Z I cn

V _{L S}

−

φ

………..…. (2.39)

karena nilai c, n, VΦ, dan Zs konstan, maka :

cn = k1

VΦ = k2

Zs = k3

sehingga diperoleh :

If = IL

k k k k

1 3 1 2 −

………..…. (2.40)

jika,

4 1 2

k k k

=

5 1 3

k k k

= maka,

If = k4 – k5IL……….……. (2.41)

Gambar 2.27 berikut menunjukkan karakteristik pengaturan generator sinkron

BAB III

PENGARUH BEBAN RESISTIF, KAPASITIF, DAN INDUKTIF TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA

GENERATOR SINKRON 3 PHASA

3.1 Faktor Daya

Tegangan yang dibangkitkan pada generator sinkron adalah arus bolak-balik, maka biasanya digambarkan dalam bentuk phasor. phasor ini mempunyai dua besaran yaitu besaran saklar (magnitude) dan besaran sudut, dimana

hubungan keduanya harus digambarkan dalam dua dimensi. Bila EΦ Vt, jXSIa dan

IaRa digambar dalam satu gambar yang menunjukkan hubungan antara

besaran-besaran tersebut, maka hasil dari gambar ini dinamakan Diagram Phasor.

Gambar 3.1.a menunjukkan hubungan, dimana generator melayani beban

dengan faktor daya satu (beban resistif murni). Gambar 3.1, total tegangan Ea

berbeda dengan tegangan Phasa Vb ini disebabkan tegangan drop pada elemen

resistif dan induktif pada mesin. Semua tegangan dan arus dari Gambar 3.1.a ini

direferensikan terhadap Vt, (Vt sebagai referensi, Vt =Vt∠00 .

Diagram phasor ini dapat dibandingkan dengan diagram phasor untuk

generator yang melayani beban induktif dan kapasitif (lagging dan leading),

dimana diagram phasor untuk kedua beban ini masing-masing diperlihatkan pada

Gambar 3.1.b dan Gambar 3.1.c. Perlu dicatat bahwa arus jangkar dan tegangan

phasa yang diberikan, bahwa Ea yang dibutuhkan untuk beban langging (beban

kapasitif. Oleh karena itu, untuk beban lagging membutuhkan arus medan yang

besar untuk mendapatkan tegangan terminal yang sama, karena:

Ea = KΦω

Dimana dalam hal ini ω dijaga konstan untuk mendapatkan frekuensi konstan.

jXs.Ia

IaRa

Vt

Ia

EA

(a)

(b)

EA

Ia

IaRa

Vt

jXsIa

(c)

EA

jXsIa

IaRa

Vt

Ia

Gambar 3.1 Diagram Phasor Generator Sinkron. (a) Berbeban Resistif, (b) Berbeban Induktif, (c) Berbeban Kapasitif

3.2 Regulasi Tegangan Generatos Sinkron Dengan Metode Impedansi Sinkron

Dalam metode ini akan diperoleh nilai impedansi sinkron Zs (kemudian

reaktansi sinkron Xs) sebuah generator sinkron dari karakteristik beban nol (OCC)

dan hubung singkat (SCC). Oleh karena itu disebut metode impedansi sinkron.

Metode ini memiliki langkah-langkah sebagai berikut.

- Gambar karakteristik beban nol (OCC) dari data yang diberikan test beban nol

(gambar 3.2)

- Gambar karakteristik hubung singkat (SCC) dari data yang diberikan oleh test

hubung singkat (gambar 3.2). kedua kurva tersebut digambarkan pada dasar

nilai arus medan yang sama.

Arus medan dilambangkan dengan (If). Tegangan beban nol (hubung terbuka)

yang berpotongan dengan arus medan If dilambangkan dengan (E1). Ketika

terminal-terminal jangkar dihubung singkat, tegangan terminal (VΦ) bernilai

nol. Oleh karena itu, dapat diasumsikan bahwa seluruh tegangan E1 digunakan

untuk menggerakkan (sirkulasi) arus hubung singkat yang disimbolkan dengan

I1 melawan impedansi sinkron (Zs) .

Maka, E1 = I1Zs

) (

) (

1 1

circuit short I

circuit open E

Zs= ...(3.1)

OCC

SCC

Ihs

E0

Zs

If (A)

If

Arus Hubung Singkat

Tegangan Tanpa Beban

Gambar 3.2 Diagram Karakteristik Metode Impedansi Sinkron

- Karena Ra diabaikan, maka Zs = Xs

- Dari vektor diagram seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.3 dapat dibuat

persamaan Ea untuk beban Resistif, induktif, dan kapasitif dan faktor dayanya.

Untuk beban resistif dari Gambar 3.3a diperoleh :

( )

2

(

)

2

A S

A V X I

E = _ϕ + ...(3.3)

Untuk beban Induktif dari Gambar 3.3b diperoleh :

(

)

2

(

)

2

cos

sinθ θ

ϕ S A s A

A V X I X I

E = + + ...(3.4)

Untuk beban Kapasitif dari Gambar 3.3c diperoleh :

(

)

2

(

)

2

cos

sinθ θ

ϕ S A s A

A V X I X I

E = − + ...(3.5)

Maka regulasi tegangan adalah :

% regulasi tegangan 0 x100%

V V

E −

jXs Ia δ

Ia

EA

(a)

(b)

EA

Ia

XsIa Sin θ Vt

jXsIa

(c)

EA _jX s_I

a Ia

δ

XsIa Cos

θ

θ

θ

XsIa Sin θ

XsIa Cos

θ

θ

δ

θ

V

V

Gambar 3.3 Diagram Phasor Generator Sinkron Untuk Menggambarkan Regulasi

Tegangan, (a) Beban Resistif, (b) Beban Induktif, (c) Beban Kapasitif

3.3 Efisiensi Generator Sinkron

Secara teori bahwa semua daya mekanis yang dihasilkan oleh penggerak

mula (daya output penggerak mula juga sebagai daya input generator sinkron)

sebagai rugi-rugi (losses) mesin. Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.4. Daya input

mekanis pada poros generator (Pin) : Pin = τappωm. Dan daya yang dikonversikan dari mekanikal menjadi elektrikal yang prosesnya terjadi dalam mesin.

PCONV= τind.ωm

PCONV = 3EAIAcosγ

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

generator dan daya yang dikonversikan dalam generator dipresentasikan sebagai

rugi-rugi mekanis dan rugi-rugi inti pada mesin.

Gambar 3.4 Diagram Aliran Daya Generator Sinkron

Seperti halnya dengan mesin-mesin listrik lainnya, maupun transformator, maka

efisiensi generator sinkron dapat dituliskan sebagai berikut :

% 100 x P P

in out

=

η ...(3.7) dimana :

Pout = daya keluaran

Pin = daya masukan

Rugi-rugi yang terdapat pada generator sinkron terurai menjadi beberapa bagian

diantaranya :

1. Rugi-rugi tembaga rotor dan stator (copper losses)

2. Rugi-rugi inti (core losses)

3. Rugi-rugi mekanik (mechanical losses)

4. Rugi-rugi nyasar (stray losses)

Rugi-rugi angin dan gesekan dipengaruhi oleh ukuran dan bentuk dari

bagian yang berputar, rancangan sudu kipas rotor, desain bantalan (bearing) dan

susunan rumah (housing) mesin. Rugi yang hilang tersebut berupa daya yang

diperlukan untuk memutar kipas guna mensirkulasi udara pendingin dan gesekan

bantalan dan sikat.

Rugi-rugi inti dan besi (Pi) disebabkan oleh fluksi utama mesin yang

terjadi terutama pada gigi-gigi stator (jangkar), pada bagian inti jangkar dekat

gigi-gigi stator dan pada permukaan kutub rotor. Inti stator umumnya dibentuk

dari laminasi tipis baja silikon yang terisolasi satu sama lain untuk membatasi

rugi-rugi histeresis dan arus eddy pada baja.

Rugi-rugi mekanik dan inti sering digabung bersama yang disebut dengan

rugi-rugi beban nol pada mesin. Pada keadaan beban nol, daya input mesin

digunakan untuk mengatasi rugi-rugi ini. Oleh karena itu pengukuran daya input

Rugi-rugi tembaga rotor (PRCL = If2.Rf) dihitung dari arus medan dan

tahanan arus searah dari kumparan penguat pada suhu 750 C. Jatuh tegangan pada

cincin kolektor sikat umumnya diabaikan, tapi bisa juga disertakan dalam

rugi-rugi penguat. Rugi-rugi-rugi tembaga kumparan jangkar (PSCL = 3IA2.RA) pada

BAB IV

ANALISA PERBANDINGAN PENGARUH PEMBEBANAN RESISTIF, INDUKTIF, KAPASITIF, DAN KOMBINASI BEBAN R L C

TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI GENERATOR SINKRON TIGA PHASA

4.1 Umum

Untuk dapat melihat bagaimana pengaruh perubahan beban terhadap

regulasi tegangan dan efisiensi generator sinkron tiga phasa maka diperlukan

beberapa percobaan yaitu :

1. Percobaan beban nol

2. Percobaan hubung singkat

3. Percobaan berbeban

Parameter generator sinkron yang diperlukan adalah XS dan ZS yang

diperoleh dari percobaan beban nol dan hubung singkat, sedangkan tahanan

jangkar Ra diabaikan. Parameter ini diperlukan untuk mendapatkan tegangan

beban nol untuk perhitungan regulasi tegangan.

Percobaan berbeban dilakukan untuk mendapatkan variabel daya masukan

dan keluaran, disamping itu juga untuk mendapatkan jatuh tegangan Vt ketika

dihubungkan dengan beban. Kondisi beban yang dipakai adalah resisitif, induktif

dan kapasitif yang dirangkai sedemikian rupa untuk dapat menghasilkan besar

arus jangkar dan faktor daya yang diinginkan. Percobaan dilakukan dengan arus

4.2 Peralatan yang digunakan a. Generator Sinkron

 Tegangan : 220 V

 Hubungan belitan jangkar : Delta (∆)

 Arus nominal jangkar : 7 Amper

 Daya generator : 2,67 kW

 Putaran nominal : 1500 rpm

 Faktor daya : 0,8 tertinggal

 Kelas isolasi : B

b. Motor arus searah penguatan bebas

 Tegangan : 220 V

 Arue jangkar : 22,7 Amper

 Daya : 5 kW

 Tegangan medan : 220 V

 Arus medan : 0,17 Amper

 Kelas isolasi : F

c. 3 PTDC d. B eban-beban

 Beban resistif (tahanan variabel dan tahanan geser)  Beban kapasitif (Kapasitor 16 µF 450 Volt 3 buah)

e. Alat-alat

 Cos ϕ meter

 Volt meter AC dan DC

 Amper meter AC dan DC

 Watt meter

 Torsi meter

 Tacho meter

4.3 Percobaan Menentukan Parameter Generator Sinkron Tiga Phasa 4.3.1 Percobaan Beban Nol

a. Rangkaian Percobaan

Rangkaikan percobaan beban nol yang digunakan seperti

Gambar 4.1 dibawah ini :

P

T

D

C

1

M

V1

S1

G

n A

B C

PTDC 2 PTDC 3

S3

A2 If

S2 A1

V2

b. Prosedur Percobaan

1. Alat-alat dirangkai seperti Gambar 4.1, PTDC pada posisi

minimum.

2. Tutup S2 dan atur arus penguat motor dengan mengatur

PTDC2 hingga harga nominal.

3. Tutup S1 dan atur tegangan motor (V1) dengan mengatur

PTDC1 hingga diperoleh harga nominal.

4. Catat tegangan terminal saat arus penguat generator belum

dinaikkan (If = 0).

5. Tutup S3 dan naikkan arus penguat generator secara bertahap

dengan mengatur PTDC3. Dimana, putaran dijaga konstan

pada setiap kenaikkan arus penguat generator, kemudian catat

tegangan terminal.

6. Turunkan arus penguat generator (PTDC3 minimum) lalu

buka S3. Minimumkan PTDC1 dan PTDC2 hingga nol, lalu

buka S1 dan S2.

7. Percobaan selesai.

c. Data Percobaan

Data percobaan beban nol dapat di lihat pada tabel 4.1 dibawah ini.

Tabel 4.1 Tegangan induksi sebagai fungsi arus medan

Putaran : 1500 rpm

No If (mA) V (Volt)

1 0 12

2 20 40

3 40 63

4 60 89

d. Kurva Karakteristik Beban Nol

Gambar 4.2 Karakteristik Beban Nol

4.3.2 Percobaan Hubung Singkat a. Rangkaian Percobaan

Rangkaikan percobaan beban nol yang digunakan seperti Gambar

4.3 dibawah ini.

6 100 138

7 120 156

8 140 177

9 160 195

10 180 209

11 200 220

12 220 229

13 240 236

14 260 240

15 280 249

16 300 253

17 320 257

P

T

D

C

1

M

V1

S1

G

n A

B C

PTDC 2 PTDC 3

S3

A2 If

S2

A1

Ia

Gambar 4.3 Rangkaian Hubung Singkat

b. Prosedur Percobaan

1. Alat-alat dirangkai seperti Gambar 4.3, PTDC pada posisi

minimum.

2. Tutup S2 dan atur arus medan motor dengan mengatur

PTDC2 hingga harga nominal.

3. Tutup S1 dan atur tegangan motor (V1) dengan mengatur

PTDC1 hingga diperoleh harga nominal.

4. Tutup S3 dan naikkan arus penguat generator (If) secara

bertahap dengan mengatur PTDC3.

5. Catat arus hubung singkat generator generator (Ia) untuk

setiap tahapan arus medan generator (If) dengan putaran

generator dijaga konstan.

6. Turunkan arus medan generator (If) hingga nol, lalu buka S3.

Minimumkan PTDC1 dan PTDC2 hingga nol, lalu buka S1

dan S2.

c. Data Percobaan

Data percobaan hubung singkat dapat di lihat pada Tabel 4.2

dibawah ini.

Tabel 4.2 Arus hubung singkat sebagai fungsi arus medan

Putaran : 1500 rpm

No Arus Medan If (mA) Arus Hubung Singkat Isc (A)

1 0 0,42

2 20 1,42

3 30 1,84

4 40 2,24

5 50 2,62

6 60 3,06

7 70 3,49

8 80 4,05

9 90 4,44

10 100 4,89

d. Kurva Karakteristik Hubung Singkat

4.3.3 Penentuan Parameter Generator Sinkron

Untuk menghitung parameter generator sinkron, maka dapat

diketahui dari karakteristik hubung singkat dan beban nol seperti gambar di

bawah ini.

(a)

(b)

a. Impedansi Sinkron

Besar nilai impedansi Zs dapat ditentukan seperti Persamaan 3.1

I E

ZS = (Ohm). Maka nilai impedansi sinkron untuk kondisi saturasi

seperti pada gambar 4.5 dapat dirumuskan sebagai berikut :

SC nl S

I E

Z = (Ohm). Dari gambar 4.5 nilai Enl adalah 249 Volt dengan arus

medan (If) sebesar 280 mA. Untuk arus medan yang sama maka arus

hubung singkat Isc pada kurva hubung singkat adalah sebesar 15,2 A.

Maka besar impedansi sinkron Zs adalah

Ohm

Z_S 16,4

2 , 15

249 = =

b. Reaktansi Sinkron

Karena tahanan jangkarnya besarnya sangat kecil maka tahanan

jangkar diabaikan (Ra≈0) sehingga diperoleh reaktansi sinkron Zs = Xs = 16,4 ohm.

4.4 Percobaan Berbeban

Percobaan ini untuk melihat hubungan antara arus beban dan faktor daya

tertentu dengan efisiensi dan arus beban dengan regulasi tegangan, dimana arus

medan dan putaran rotor dijaga konstan.

a. Rangkaian Percobaan

Rangkaian percobaan dapat dilihat pada gambar 4.6 dibawah ini.

Beban yang digunakan adalah beban resistif, induktif, kapasitif dan

P T D C 1 M V1 S1 G n

PTDC 2 PTDC 3

S3

A2 If

S2

A1

A4

Cos Φ meter V2

Watt meter K L R S T

R1 S4 t (a) A A4 C B R1 (b) R S4 R1 R S4 C R1 R S4 L R1 R S4 L C

(c) (d) (e)

A A A A

B B B B

C C C C

Gambar 4.6 (a) Rangkaian Percoban Berbeban (b) Rangkaian Beban Resitif,

(c) Rangkain Beban Kapasitif, (d) Rangkaian Beban Induktif,

(e) Rangkaian Kombinasi Beban R L C

b. Peralatan Percobaan

1. PTDC 1 : Sebagai sumber tegangan arus searah bagi belitan jangkar

M1.

2. PTDC 2 : Sebagai sumber tegangan arus searah bagi belitan medan

motor M1.

c. PTDC 3 : Sebagai sumber arus searah bagi belitan medan

generator (G).

e. G : Generator sinkron tiga Phasa.

f. V1 : Voltmeter, mengukur tegangan keluaran PTDC 1.

g. A1 : Amperemeter, mengukur arus hubung singkat belitan

jangkar M1.

h. A4 : Amperemeter, mengukur arus hubung singkat belitan

jangkar generator (G).

i. A2 : Amperemeter, mengukur arus medan bagi M1.

j. A3 : Amperemeter, mengukur arus medan bagi generator (G).

k. n : Tachometer, mengukur putaran Generator.

l. T : torsimeter, mengukur torsi generator (G).

m. Wattmeter dan cosφ meter

n. Beban : Kapasitor (3 buah @16 μF), tahanan geser, induktor (0,4 kVA)

c. Prosedur Percobaan

1. Rangkaian dirangkai seperti Gambar 4.6 di atas. Semua saklar dalam

keadaan terbuka dan PTDC dalam keadaan minimum.

2. Saklar S1, S2 ditutup dan PTDC 1 dan PTDC 2 diatur untuk

memberikan tegangan ke terminal jangkar dan arus medan motor

sampai dicapai putaran nominal generator.

3. Saklar S3 ditutup dan PTDC 3 diatur sampai arus medan yang terbaca

pada A3 sebesar 0,05 A.

4. Beban resistif dipasang dengan menutup saklar S4. Beban dinaikkan

5. Untuk setiap penambahan beban, dicatat nilai yang terbaca pada alat

ukur Wattmeter, A4, V2 dan besar torsinya. V2 adalah besar tegangan

terminal generator.

6. Setelah itu PTDC diturunkan hingga nol dan semua saklar dibuka.

7. Untuk percobaan dengan beban induktif, kapasitif, dan kombinasi RLC

dilakukan dengan cara yang sama seperti dengan beban resistif.

8. Percobaan selesai.

d. Data Percobaan

Tabel 4.3.a Data percobaan pada beban resistif

Putaran Rotor : 1500 rpm

Arus Medan : 0,05 Amper

Faktor Daya : 1

Pin

975 . . 1000 : Tn

No Ia (A) Vt (Volt) Pin (Watt) Pout (Watt)

Torsi Kg-m

1 0,7 83 415,4 95 0,27

2 1,0 80 523 140 0,34

3 1,5 72 646,15 180 0,42

4 2,0 53 661,53 200 0,43

Tabel 4.3.b Data percobaan pada beban induktif

Putaran Rotor : 1500 rpm

Arus Medan : 0,05 Amper

Faktor Daya : 0,8 Lagging

Pin

975 . . 1000 : Tn

No Ia (A) Vt (Volt) Pin (Watt) Pout (Watt)

Torsi Kg-m

1 0,7 66 338,5 65 0,22

2 1,0 61 430,77 95 0,28

3 1,5 50 553,85 140 0,36

Tabel 4.3.c Data percobaan pada beban kapasitif

Putaran Rotor : 1500 rpm

Arus Medan : 0,05 Amper

Faktor Daya : 0,7 Leading

Pin

975 . . 1000 : Tn

No Ia (A) Vt (Volt) Pin (Watt) Pout (Watt) Torsi Kg-m

1 0,7 88 400 90 0,26

2 1,0 86 538,46 140 0,35

3 1,5 81 692,3 195 0,45

4 2,0 61 753,84 200 0,49

Tabel 4.3.d Data percobaan pada beban kombinasi RLC

Putaran Rotor : 1500 rpm

Arus Medan : 0,05 Amper

Faktor Daya : 0,2 Leading

Pin

975 . . 1000 : Tn

No Ia (A) Vt (Volt) Pin (Watt) Pout (Watt) Torsi Kg-m

1 0,7 70 353,85 65 0,23

2 1,0 64 461,54 105 0,30

3 1,5 58 569,23 145 0,37

4 2,0 45 600 155 0,39

4.5 Analisa Data Perbandingan Pengaruh Pembebanan Resistif, Induktif, Kapasitif, dan kombinasi beban R L C Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Generator Sinkron Tiga Phasa Pada Faktor Daya Tertentu

4.5.1 Regulasi Tegangan

Untuk mencari nilai tegangan nol Ea maka dihitung dengan

menggunakan metode impedansi sinkron yaitu persamaan 3.3, 3.4,

a. Beban Resistif, cosφ = 1

E_o = (V_ϕ)2 +(X_SI_A)2  Untuk Ia= 0,7 A

E_o = (83)2 +(16,4×0,7)2 =83,79Volt

100% 0,95%

83 83 79 , 83 = × − = VR

 Untuk Ia = 1,0 A

E_o = (80)2 +(16,4×1)2 =81,66Volt

100% 2,07%

80 80 66 , 81 = × − = VR

 Untuk Ia = 1,5 A

Eo = (72)2 +(16,4×1,5)2 =76,08Volt

100% 5,66%

72 72 08 , 76 = × − = VR

 Untuk Ia = 2,0 A

E_o = (53)2 +(16,4×2)2 =62,32Volt

100% 17,58%

53 53 32 , 62 = × − = VR

b. Beban Induktif, Cosφ = 0,8 Lagging

2 2

) (

)

(V_ϕ X I Sinθ X I Cosθ

Eo = + S A + S A

 Untuk Ia = 0,7 A

2 2 ) 87 , 36 7 , 0 4 , 16 ( ) 87 , 36 7 , 0 4 , 16 66

( Sin Cos

E_o = + × + ×

= 73,46 Volt

% 3 , 11 % 100 66 66 46 , 73 = × − = VR

 Untuk Ia = 1,0 A 2 2 ) 87 , 36 1 4 , 16 ( ) 87 , 36 1 4 , 16 61

( Sin Cos

E_o = + × + ×

= 72,04 Volt

% 1 , 18 % 100 61 61 04 , 72 = × − = VR

 Untuk Ia = 1,5 A

2 2 ) 87 , 36 5 , 1 4 , 16 ( ) 87 , 36 5 , 1 4 , 16 50

( Sin Cos

E_o = + × + ×

= 67,68 Volt

% 36 , 35 % 100 50 50 68 , 67 = × − = VR

 Untuk Ia = 2,0 A

2 2 ) 87 , 36 2 4 , 16 ( ) 87 , 36 2 4 , 16 40

( Sin Cos

E_o = + × + ×

= 65,2 Volt

% 63 % 100 40 40 2 , 65 = × − = VR

c. Beban Capasitif, Cos φ= 0,7 Leading

2 2

) (

)

(V_ϕ X I Sinθ X I Cosθ

E_o = − _{S A} + _{S A}

 Untuk Ia = 0,7 A

2 2 ) 57 , 45 7 , 0 4 , 16 ( ) 57 , 45 7 , 0 4 , 16 88

( Sin Cos

E_o = + × + ×

= 80,2 Volt

% 86 , 8 % 100 88 88 02 , 80 − = × − = VR

 Untuk Ia = 1,0 A

2 2 ) 57 , 45 1 4 , 16 ( ) 57 , 45 1 4 , 16 86

( Sin Cos

Eo = − × + ×

% 6 , 12 % 100 86 86 17 , 75 − = × − = VR

 Untuk Ia = 1,5 A

2 2 ) 57 , 45 5 , 1 4 , 16 ( ) 57 , 45 5 , 1 4 , 16 81

( Sin Cos

E_o = − × + ×

= 65,73 Volt

% 85 , 18 % 100 81 81 73 , 55 − = × − = VR

 Untuk Ia = 2,0 A

2 2 ) 57 , 45 2 4 , 16 ( ) 57 , 45 2 4 , 16 61

( Sin Cos

E_o = − × + ×

= 44,036 Volt

% 8 , 27 % 100 61 61 036 , 44 − = × − = VR

d. Beban kombinasi R L C, Cos φ= 0,2 Leading

Akibat penambahan beban kapasitif dan induktif akan

terjadi resultan faktor daya dari dua jenis sifat beban yang

berbeda yaitu beban kapasitif yang menghasilkan faktor daya

leading dan beban induktif yang menghasilkan faktor daya

lagging. Dalam kasus kali ini beban yang dipakai penulis

menghasilkan faktor daya 0,2 leading.

2 2

) (

)

(V_ϕ X I Sinθ X I Cosθ

Eo = − S A + S A

 Untuk Ia = 0,7 A

2 2 ) 46 , 78 7 , 0 4 , 16 ( ) 46 , 78 7 , 0 4 , 16 70

( Sin Cos

E_o = − × + ×

= 58,8 Volt

% 16 % 100 70 70 8 , 58 − = × − = VR

 Untuk Ia = 1,0 A 2 2 ) 46 , 78 1 4 , 16 ( ) 46 , 78 1 4 , 16 64

( Sin Cos

E_o = − × + ×

= 48,04 Volt

% 93 , 24 % 100 64 64 04 , 48 − = × − = VR

 Untuk Ia = 1,5 A

2 2 ) 46 , 78 5 , 1 4 , 16 ( ) 46 , 78 5 , 1 4 , 16 58

( Sin Cos

Eo = − × + ×

= 34,25 Volt

% 1 , 40 % 100 58 58 25 , 34 − = × − = VR

 Untuk Ia = 2,0 A

2 2 ) 46 , 78 2 4 , 16 ( ) 46 , 78 2 4 , 16 45

( Sin Cos

Eo = − × + ×

= 14,44 Volt

% 9 , 67 % 100 45 45 44 , 14 − = × − = VR

4.5.2 Efisiensi (η)

Efisiensi dapat diperoleh dengan persamaan :

% 100 × = in out p p η

a. Beban Resistif, Cos φ = 1

 Untuk Ia = 0,7 A

% 87 , 22 % 100 4 , 415 95 = × = η

 Untuk Ia = 1,0 A

% 76 , 26 % 100 523 140 = × = η

 Untuk Ia = 1,5 A % 85 , 27 % 100 15 , 646 180 = × = η

 Untuk Ia = 2,0 A

% 23 , 30 % 100 53 , 661 200 = × = η

b. Beban Induktif, Cos φ = 0,8 Lagging

 Untuk Ia = 0,7 A

% 2 , 19 % 100 5 , 338 65 = × = η

 Untuk Ia = 1,0 A

% 05 , 22 % 100 77 , 430 95 = × = η

 Untuk Ia = 1,5 A

% 27 , 25 % 100 85 , 553 140 = × = η

 Untuk Ia = 2,0 A

% 32 , 27 % 100 6 , 584 160 = × = η

c. Beban Kapasitf, Cos φ = 0,7 Leading

 Untuk Ia = 0,7 A

% 5 , 22 % 100 400 90 = × = η

 Untuk Ia = 1,0 A

% 26 % 100 46 , 538 140 = × = η

 Untuk Ia = 1,5 A

% 16 , 28 % 100 3 , 692 195 = × = η

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

 Regulasi tegangan pada beban induktif adalah lebih positif dari pada beban resistif, kapasitif dan beban kombinasi RLC (VRinduktif > VRresistif > VRkapasitif > VRkombinasi RLC), hal ini disebabkan pada beban induktif semakin besar arus beban yang diberikan maka semakin besar pula jatuh tegangan terminal Vt, begitu juga pada beban resistif namun jatuh tegangannya tidak sebesar pada beban induktif, sedangkan pada beban kapasitif memiliki nilai regulasi tegangan yang negatif dimana kenaikan pada arus beban mengakibatkan kenaikan tegangan terminal Vt.

 Semakin besar beban yang di berikan maka semakin besar pula nilai efisiensinya, untuk beban yang memiliki nilai efisiensi terbesar adalah beban resistif, kemudian diikuti oleh beban induktif, kapasitif dan kombinasi RLC (ηresistif >ηinduktif >ηkapasitif >ηkombinasiRLC).

5.2 Saran

 Untuk penyempurnaan penelitian sebaiknya percobaan dilakukan dengan memberikan arus medan dan arus beban sampai mencapai arus nominalnya guna memberikan gambaran yang lebih jelas lagi tentang pengaruh perubahan beban.

 Untuk penelitian selanjutnya disarankan untuk melakukan percobaan dengan arus beban yang konstan sedangkan faktor daya yang

DAFTAR PUSTAKA

1. Theraja, B.L. & Theraja, A.K., “A Text Book of Electrical Tecnology”, New Delhi, S.Chand and Company.,Ltd., 2001.

2. Lister, Eugene C. & Golding, Michael R., “Electric Circuits and Machines”, First Canadian Edition, Canada, Mc Grauw-Hill Ryerson Limited, 1987. 3. Siburian, Boby Bilyard Hasiholan, “Pengaruh Perubahan Beban Terhadap

Regulasi Tegangan dan Efisiensi Generator Sinkron Tiga Phasa”, Medan, 2009.

4. Wijaya, Mochtar, ”Dasar-Dasar Mesin Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta, 2001.

5. Chapman, Stephen J, ”Electric Machinery Fundamentals”, 3rd Edition, Mc Graw – Hill Book Company, Singapore, 1999.

6. Sumanto, DRS, ” Motor Listrik Arus Bolak-Balik”, Edisi Pertama, Penerbit Andi Offset, Yogyakarta, 1993.

7. Bimbra,P.S,”Generalized Circuit Theory of Electrical Machines”, Khanna Publisher, India, 1975.

8. Richardson, Donal V, Caisse, Arthur J, “Rotating Electric Machinery and Transformer Technologi”, 4rd Edition, Penerbit Prentice Hall, New Jersy, 1997.

LAMPIRAN

DATA HASIL PERCOBAAN

LABORATORIUM KONVERSI ENERGI LISTRIK

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK USU

DATA HASIL PERCOBAAN

I. Data Percobaan Beban Nol.

Tegangan induksi sebagai fungsi arus medan Putaran : 1500 rpm

II. Data Percobaan Hubung Singkat.

Arus hubung singkat sebagai fungsi arus medan Putaran : 1500 rpm

No If (mA) V (Volt)

1 0 12

2 20 40

3 40 63

4 60 89

5 80 117

6 100 138

7 120 156

8 140 177

9 160 195

10 180 209

11 200 220

12 220 229

13 240 236

14 260 240

15 280 249

16 300 253

17 320 257

18 340 261

No Arus Medan If (mA) Arus Hubung Singkat Isc (A)

1 0 0,42

III.Data Percobaan Berbeban

a. Data percobaan pada beban resistif Putaran Rotor : 1500 rpm Arus Medan : 0,05 Amper Faktor Daya : 1

Pin

975 . . 1000

: Tn

No Ia (A) Vt (Volt) Pin (Watt) Pout (Watt) Torsi Kg-m

1 0,7 83 415,4 95 0,27

2 1,0 80 523 140 0,34

3 1,5 72 646,15 180 0,42

4 2,0 53 661,53 200 0,43

b. Data percobaan pada beban induktif Putaran Rotor : 1500 rpm Arus Medan : 0,05 Amper Faktor Daya : 0,8 Lagging Pin

975 . . 1000

: Tn

No Ia (A) Vt (Volt) Pin (Watt) Pout (Watt) Torsi Kg-m

1 0,7 66 338,5 65 0,22

2 1,0 61 430,77 95 0,28

3 1,5 50 553,85 140 0,36

4 2,0 40 584,6 160 0,38

c. Data percobaan pada beban kapasitif Putaran Rotor : 1500 rpm

Arus Medan : 0,05 Amper Faktor Daya : 0,7 Leading Pin

975 . . 1000

: Tn

No Ia (A) Vt (Volt) Pin (Watt) Pout (Watt) Torsi Kg-m

1 0,7 88 400 90 0,26

6 60 3,06

7 70 3,49

8 80 4,05

9 90 4,44

Putaran Rotor : 1500 rpm Arus Medan : 0,05 Amper Faktor Daya : 0,2 Leading Pin

975 . . 1000

: Tn

No Ia (A) Vt (Volt) Pin (Watt) Pout (Watt) Torsi Kg-m

1 0,7 70 353,85 65 0,23

2 1,0 64 461,54 105 0,30

3 1,5 58 569,23 145 0,37

4 2,0 45 600 155 0,39

Medan, Mei 2011 Asisten