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

TUGAS AKHIR
STUDI PERBANDINGAN BEBAN LINEAR DAN NONLINEAR
TERHADAP KINERJA GENERATOR SINKRON TIGA PHASA
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan
pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh

DIKY IKHSAN NASUTION
NIM : 100402022

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Generator sinkron merupakan mesin listrik yang mengubah energi mekanis
berupa putaran menjadi energi listrik. Generator sinkron dapan melayani beban linear
dan nonlinear. Adapun beban linear dan non linear tersebut mempengaruhi kinerja
generator sinkron yang berkapasitas 2,67 KW yang digunakan sebagai peralatan
penelitian tersebut yaitu, pada beban linear semakin diperbesar beban akan mengalami
penurunan efisiensi dari 54,17% (75 W) menjadi 48,76% (375 W), sedangkan pada
beban nonlinear dari 50,23% (75 W) menjadi 37,70% (375 W). Untuk voltage regulasi
pada beban linear 375 watt sebesar 0,48%, sedangkan pada beban nonlinear 375 watt
mencapai 10,46%.

Kata kunci: Generator sinkron, Efisiensi, Voltage regulasi. Beban linear, Beban nonlinear.

i
Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat
rahmat dan ridho-Nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan, serta shalawat beriring
salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW.

Tugas Akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk
memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik
Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:
”STUDI PERBANDINGAN BEBAN LINEAR DAN NONLINEAR TERHADAP
KINERJA GENERATOR SINKRON TIGA PHASA.”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Ali
musa Nasution) dan Ibunda (Rosmanidar), Kakak tersayang (Des Afliana ) yang selalu
memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam penyelesaian studi hingga
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis juga banyak
mendapat dukungan, bimbingan, maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis
ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Syamsul Amien, MS., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhiryang
telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan,
bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga
penyusunan Tugas Akhir ini.
2. Ibu Ir. Surya Tarmizi Kasim M.Si., selaku Dosen Wali penulis serta selaku Ketua
Departemen Teknik Elektro FT USU serta Bapak Rachmad Fauzi S.T., M.T.
selaku sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah banyak

ii
Universitas Sumatera Utara

memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir inidan senantiasa memberikan
bimbingan selama perkuliahan.
3. Bapak Ir. Edy Warman, MT. Dan Ir. Raja Harahap,MT., selaku Dosen Penguji
Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas
Akhir ini.
4. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik penulis menuju jenjang
Sarjana.
5. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu
penulis dalam pengurusan administrasi.
6. Alhusnalia Ramadhni dan seluruh teman-teman stambuk 2010 yang selalu saling
memberi semangat, bantuan dan cerita selama mengerjakan tugas akhir.
7. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah memberi
dukungan dan bantuan.
8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini belum sempurna karena masih banyak
terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari
pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini

sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini
dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua dan hanya kepada Allah SWTlah penulis menyerahkan diri.
Medan, Januari 2015
Penulis

Diky Ikhsan Nasution
NIM. 100402022

iii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN
ABSTRAK ......................................................................................................... ( i )
KATA PENGANTAR ........................................................................................ ( ii )
DAFTAR ISI ..................................................................................................... ( iv )
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ ( vii )
DAFTAR TABEL ............................................................................................. ( ix )

BAB I

BAB II

PENDAHULUAN
1.1

Latar Belakang ............................................................................... 1

1.2

Perumusan Masalah ....................................................................... 2

1.3

Tujuan .......................................................................................... 2

1.4

Batasan Masalah ............................................................................ 2

1.5

Manfaat.......................................................................................... 3

TINJAUAN PUSTAKA
2.1

Generator Sinkron .......................................................................... 4
2.1.1

Konstruksi Generator Sinkron ............................................ 5

2.1.2

Metode Eksitasi Pada Generator Sinkron .......................... 12

2.1.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron........................................18
2.1.4 Reaksi Jangkar....................................................................20
2.1.5 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron.............................23
2.1.6 Jenis beban..........................................................................25

2.2

Karakteristik dan Parameter-parameter Generator Sinkron tiga
phasa ..............................................................................................28

iv
Universitas Sumatera Utara

2.2.1 Karakteristik dan Penentuan parameter Tanpa beban : E0=
E0(If) ............................................................................... 28
2.2.2 Karakteristik dan Penentuan parameter Generator Sinkron
Hubung Singkat : Isc = Isc(If) ............................................. 30
2.2.3 Karakteristik dan Penentuan Parameter Generator Sinkron
Berbeban : V = V(If)......................................................... 32
2.2.4 Karakteristik Luar Generator Sinkron : Vt = f(Ia) ............... 33
2.2.5 Karakteristik Pengaturan Generator Sinkron : If = f(Ia) . 34
2.3

Faktor Daya................................ .............................................. ...36

2.4

Regulasi Tegangan Generator Sinkron Dengan Metode Impedansi
Sinkron ........................................................................................ 37

BAB III

2.5

Rugi-rugi Generator Sinkron ....................................................... 41

2.6

Efisiensi Generator Sinkron ........................................................ 42

METODE PENELITIAN
3.1

Tempat dan Waktu ....................................................................... 44

3.2

Bahan dan Peralatan ..................................................................... 44

3.3

Variabel yang Diamati ................................................................. 45

3.4

Rangkaian percobaan ................................................................... 46

3.5

Prosedur Penelitian ...................................................................... 47

3.6

Pelaksanaan Penelitian ................................................................. 49

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1

Umum.......................................................................................... 51

4.2

Percobaan Menentukan Parameter Generator Sinkron tiga phasa .. 52
v
Universitas Sumatera Utara

4.2.1. Percobaan Beban Nol ........................................................ 52
4.2.2. Percobaan Hubung singkat ................................................ 54
4.2.3. Penentuan Parameter Generator sinkron ............................ 55

4.3

Percobaan Berbeban..................................................................... 57

4.4

Analisa Data Perbandingan beban linear dan nonlinear
Terhadap Kinerja Generator Sinkron Tiga Phasa .......................... 58
4.4.1 Regulasi Tegangan .............................................................. 58
4.4.2 Efisiensi .............................................................................. 60
4.4.3 Tabel Analisa Data ............................................................. 62
4.4.4 Kurva Pengaruh Perubahan Beban Terhadap Regulasi
Tegangan dan Efisiensi Generator Sinkron Tiga Phasa ........ 64

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1

Kesimpulan ................................................................................. 65

5.2

Saran...............................................................................................65

DAFTAR PUSTAKA...............................................................................................67

vi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Konstruksi Generator Sinkron Secara Umum ............................. 6

Gambar 2.2

Rotor Generator Sinkron ............................................................ 7

Gambar 2.3

Rotor Kutub Menonjol Generator Sinkron ................................. 8

Gambar 2.4

Rotor Kutub Silinder Generator Sinkron .................................... 9

Gambar 2.5

Stator Generator Sinkron ......................................................... 10

Gambar 2.6

Bentuk-bentuk Alur ................................................................. 11

Gambar 2.7

Sistem Eksitasi Menggunakan Generator Arus Searah ............. 13

Gambar 2.8

Sistem Eksitasi Statis ............................................................... 14

Gambar 2.9

Sistem Eksitasi Dengan Menggunakan Baterai......................... 15

Gambar 2.10

Sistem Eksitasi Dengan Suplai Tiga Phasa ............................... 16

Gambar 2.11

Sistem Eksitasi Dengan Menggunakan Permanen Magnet
Generator ................................................................................. 18

Gambar 2.12

Model Reaksi Jangkar .............................................................. 20

Gambar 2.13

Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Perphasa Tanpa
Beban ...................................................................................... 22

Gambar 2.14

Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron. .....................................23

Gambar 2.15

Penyederhanaan Rangkaian Generator Sinkron..........................24

Gambar 2.16

Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tiga Phasa .................. 24

Gambar 2.17

Bentuk gelombang arus dan tegangan bban non linear ............. 25

Gambar 2.18

Bentuk gelombang harmonisa pada beban LHE ....................... 26

Gambar 2.19

Rangkaian test tanpa beban ...................................................... 29

Gambar 2.20

Rangkaian hubung singkat ....................................................... 30

Gambar 2.21

Karakteristik Hubung Singkat .................................................. 31

Gambar 2.22

Rangkaian Generator Sinkron Berbeban .................................. 33

Gambar 2.23

Diagram Phasor Generator Sinkron. ......................................... 37

Gambar 2.24

Diagram Karakteristik Metode Impedansi Sinkron ................... 39

vii
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.25

Diagram Phasor Generator Sinkron Untuk
MenggambarkanRegulasi Tegangan........ ................................40

Gambar 2.26

Diagram Aliran Daya Generator Sinkron ................................. 43

Gambar 3.1

Rangkaian Percobaan Beban Nol ............................................. 46

Gambar 3.2

Rangkaian Hubung Singkat...................................................... 46

Gambar 3.3

Rangkaian berbeban................................................................. 47

Gambar 3.4

Diagram blok Pelaksanaan Penelitian....................................... 50

Gambar 4.1

Karakteristik beban nol ............................................................ 53

Gambar 4.2

Karakteristik Hubung singkat................................................... 55

Gambar 4.3(a) Karakteristik percobaan hubung singkat ................................... 55
Gambar 4.3(b) Karakteristik percobaan beban nol ........................................... 56
Gambar 4.4

Grafik beban vs Voltage Regulation (VR) ................................ 64

Gambar 4.5

Grafik beban vs Efisiensi ......................................................... 64

viii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1

Tegangan Induksi Sebagai Fungsi Arus Medan............................................52

Tabel 4.2

Arus Hubung Singkat Sebagai Fungsi Arus Medan......................................54

Tabel 4.3(a)

Data Percobaan beban linear.........................................................................57

Tabel 4.3(b)

Data Percobaan beban nonlinera...................................................................58

Tabel 4.4

Hasil Analisa Data pengaruh pembebanan linear terhadap tegangan
terminal, regulasi tegangan, dan efisiensi generator sinkron tiga
Phasa...........................................................................................................63

Tabel 4.5

Hasil Analisa Data pengaruh pembebanan nonlinear terhadap
tegangan terminal, regulasi tegangan, dan efisiensi generator
sinkron tiga phasa.......................................................................................63

ix
Universitas Sumatera Utara