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

DAFTAR PUSTAKA
[1} Ahmad,Faisal. 2011. Analisa Perbandinga Pengaruh Pembebanan Resistif,
Induktif, Kapasitif dan Kombinasi Beban R L C Terhadap Regilati
Tegangan dan Efisiensi pada Generator Sinkron tiga phasa.
[2] Zuhal. 1990. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Gramedia.
Jakrta.
[3] http://id.M.Wikipedia.Org/Wiki/Harmonisa
[4] http://citizenimages.Kompas.com/blog/view/144150-beban-linear.
[5] Stratford, Ray P.,”Rectifier Harmonics in Power System”. IEEE Trans. Ind.
Appl. 29, 28-535 (1980)
[6] http://Konversi.wordpress.com/2014/04/13/Pengaruh-Harmonisa-pada-sistemtenaga-Listrik
[7] Chapan, Stephen J.,”Elctric Machinery Fundamental”, Singapore: Mc GrawHill. Inc, 1985
[8] Gupta,J. B.,”Theory and Performance of Electrical Machines”, S. K. Kataria &
Sons., 2004
[9] Drs. Yon Rijono. 1997. Dasar Teknik Tenaga Listik. Penerbit ANDI.
Yogyakarta.
[10] Bimbra,P.S,”Generalized Circuit Theory of Electrical Machines”, Khanna
Publisher, India, 1975

67
Universitas Sumatera Utara

BABBIIIB
METODEBPENELITIANB
3.1BB

TempatBdanBWaktuB
Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik,

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Penelitian dilaksanakan selama dua bulan pada bulan oktober sampai November
2014.B
3.2B

BahanBdanBPeralatanB
Peralatan yang akan digunakan untuk penelitian sebagai berikut
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

b. Motor arus searah penguatan bebas
 Tegangan

: 220 VB

 Arus jangkar

: 22,7 AmperB

 Daya

: 5 kWB

 Tegangan medan

: 220 VB

 Arus medan

: 0,17 AmperB

c. 3 PTDC

44
Universitas Sumatera Utara

d. B eban-beban
 Beban linear (Lampu Pijar 75 W, 150 W, 225 W, 300 W, 375 W)
 Beban nonlinear (Lampu hemat nergi, 75 W, 150 W, 225 W, 300 W,
375 W)
e. Alat-alat
 Cos  meterB
 Volt meter AC dan DCB
 Amper meter AC dan DCB
 Watt meterB
 Torsi meterB
 Tacho meterB
3.3BB

VariabelByangBDiamatiB

Variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah:
1. Tegangan Terminal (Vt).
2. Daya keluaran (Pout)
3. Torsi.
4. Arus beban (Ia).

45
Universitas Sumatera Utara

3.4.1 RangkaianBPercobaanB
a. Rangkaian beban nol

P
T
D
C
1

A1

n

M

V1

V2

G

A
B
C

S1
A2

If

S2

S3
PTDC 2

PTDC 3

GambarB3.1 Rangkaian Percobaan Beban Nol
b. Rangkaian hbung singkat

B
GambarB3.2 Rangkaian Percobaan hubung singkat

46
Universitas Sumatera Utara

c. Rangkaian Berbeban

GambarB3.3 Rangkaian Percobaan Berbeban
3.5BBB
B

ProsedurBPenelitianB
a. Beban nol
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.
47
Universitas Sumatera Utara

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.
b. Hubung singkat
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.
7. Percobaan selesai.

48
Universitas Sumatera Utara

c. Berbeban
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 0,15 A.
4. Beban linear/nonlinear dipasang dengan menutup saklar S4. Beban
dinaikkan secara bertahap dengan menjaga If konstan.
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.
3.6BBB

PelaksanaanBPenelitianB
Penelitian yang akan dilaksanakan adalah dengan melakukan percobaan

rangkaian generator sinkron yang dikopel dengan motor arus searah (DC) dengan
menghubungkan terminal keluaran generator sinkron tersebut ke beban yang
linear dan non linear sehingga dapat dilihat seberapa besar pengaruh pembebanan
linear dan non linear tersebut terhadap kinerja generator sinkron tersebut.

49
Universitas Sumatera Utara

Diagram blok pelaksanaan penilitian pada Tugas Akhir ini diperlihatkan
pada Gambar 3.1.

GambarB3.B4 Diagram Blok Pelaksanaan Penelitian
B

B

50
Universitas Sumatera Utara

BABBIVB
HASILBPENELITIANBDANBPEMBAHASANB
4.1BUmumB
Untuk dapat melihat bagaimana pengaruh perubahan beban terhadap
kinerja generator sinkron tiga phasa maka diperlukan beberapa percobaan yaitu :
1. Percobaan Generator berbeban linear.
2. Percobaan Generator berbeban nonlinear.
Dengan memutar altenator pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus
medan (If); tegangan (E0) akan terinduksi pada kumparan jangkar stator.
E0 = cnØ..........(4.1)
C = Konstanta mesin
n = putaran sinkron
Ø = fluks yang dihasilkan oleh If.

Pada generator sinkron keadaan jalan tanpa beban mengandung arti bahwa
arus armatur (Ia) = 0. Dengan demikian besar tegangan terminal adalah:
Vt = Ea = E0..........(4.2)
Oleh karena besar ggl armatur adalah merupakan fungsi dari fluks magnit,
maka ggl armatur dapat juga ditulis:
Ea = f(Ø)..........(4.3)
Dari persamaan di atas, jika rus penguat medan diatur besarnya maka akan
diikuti kenaikan fluks dan akhirnya juga pada ggl armatur. Pengaturan arus

51
Universitas Sumatera Utara

penguat medan pada keadaan tertentu besarnya, akan didapatkn besar ggl armatur
tanpa beban dalam keadaan saturasi.
Dengan adanya beban yang terpasang pada output generator sinkron, maka
segera mengalir arus armatur (Ia); dengan adanya arus armatur ini, pada kumparan
armatur atau kumparan jangkar timbul fliks putar jangkar. Fluks putar jankar ini
bersifat mengurangi atau menambah fluks putar yang dihasilkan oleh kumparan
rotor. Hal ini tergantung pada faktor daya beban.
Dengan adanya fluks putar armatur akibat timbulnya arus armatur, maka
pada kumparan timbul reaktans pemagnit Xm. Reaktans pemagnit bersama-sama
dengan reaktans bocor dikenal dengan nama reaktans sinkron (Xs) dan secara
matematis ditulis, [9]
Xs = XL = Xm. ..........(4.4)
4.2
4.2.1

BBBBBPercobaanBMenentukanBParameterBGeneratorBSinkronBTigaBPhasaB
PercobaanBBebanBNolB
a. DataBPercobaanB
TabelB4.1 Tegangan induksi sebagai fungsi arus medan
Putaran : 1500 rpm
NoB

IfB(mA)B

VB(Volt)B

1B

0B

12B

2B

20B

40B

3B

40B

63B

4B

60B

89B

5B

80B

117B

52
Universitas Sumatera Utara

6B

100B

138B

7B

120B

156B

8B

140B

177B

9B

160B

195B

10B

180B

209B

11B

200B

220B

12B

220B

229B

13B

240B

236B

14B

260B

240B

15B

280B

249B

16B

300B

253B

17B

320B

257B

18B

340B

261B

B
b.

KurvaBKarakteristikBBebanBNolB

B
GambarB4.1BKarakteristik Beban Nol

53
Universitas Sumatera Utara

4.2.2

PercobaanBHubungBSingkatB
a. Data Percobaan
Data percobaan hubung singkat dapat di lihat pada Tabel 4.2
dibawah ini.
TabelB4.2 Arus hubung singkat sebagai fungsi arus medan
Putaran : 1500 rpm
ArusBmedanBIfB

ArusBhubungBsingkatB

(mA)B

IscB(A)B

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

NoB

B
B
B
B
B
54
Universitas Sumatera Utara

b.

KurvaBKarakteristikBHubungBSingkatB

B
GambarB4.2 Karekteristik Hubung Singkat
4.2.3

BBPenentuanBParameterBGeneratorBSinkronB
Untuk menghitung parameter generator sinkron, maka dapat diketahui

dari karakteristik hubung singkat dan beban nol seperti gambar di bawah ini.

(a)

55
Universitas Sumatera Utara

B
(b)
GambarB4.3 Karakteristik Percobaan (a) Hubung Singkat (b) Beban Nol
a.

ImpedansiBSinkronB

Besar nilai impedansi Zs dapat ditentukan seperti Persamaan 3.1 Z S 

E
I

(Ohm). Maka nilai impedansi sinkron untuk kondisi saturasi seperti pada
gambar 4.5 dapat dirumuskan sebagai berikut :B

ZS 

Enl
(Ohm). Dari gambar 4.5 nilai Enl adalah 249 Volt dengan arus
I SC

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

ZS 

249
16,4 Ohm
15,2

56
Universitas Sumatera Utara

b.

ReaktansiBSinkronB

B BB Karena tahanan jangkarnya besarnya sangat kecil maka tahanan
jangkar diabaikan (Ra≈0) sehingga diperoleh reaktansi sinkron Zs = Xs =
16,4 ohm.
4.3

PercobaanBBerbebanB
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.
B

DataBPercobaanB
TabelB4.3.aB Data percobaan pada beban linearB
Arus Medan

: 0,15 Amper

Faktor Daya

:1

NoB

BebanB

IaBB

VtB

nsBB

(Watt)B

(A)B

(volt)B

(Rpm)B

PoutB

TB

(Watt)B (kg-m)B

1B

75B

0,21B

231B

1500B

50B

0,063B

2B

150B

0,43B

229B

1450B

100B

0,129B

3B

225B

0,66B

227B

1450B

150B

0,198B

4B

300B

0,9B

221B

1400B

200B

0,27B

5B

375B

1,3B

218B

1400B

330B

0,39B

B
TabelB4.3.b Data percobaan pada beban nonlinear
Arus Medan

: 0,15 Amper

57
Universitas Sumatera Utara

NoB

BebanB

IaB(A)B

(Watt)B

VtB

nsBB

PoutB

CosB

TB

(Volt)B

(Rpm)B

(W)B

phiB

(kg-m)B

1

75

0,29

219

1450

50

1

0,087

2

150

0,57

215

1400

100

0,93

0,183

3

225

0,93

210

1350

150

0,81

0,297

4

300

1,27

205

1300

200

0,7

0,381

5

375

1,64

200

1250

330

0,67

0,492

4.4 AnalisaB DataB PerbandinganB bebanB LinearB danB NonB linearB TerhadapB
KinerjaBGenberatorBSinkronBTigaBPhasaB
4.4.1BRegulasiBTeganganB(VR)B
Regulasi tegangan dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan
berikut:[10]
VR =

100%..........(4.5)

Sebelum mendapatkan berapa besar voltage regulation (VR) maka
terlebih dahulu kita menghitung berapa besar tegangan induksi, dengan persamaan
berikut:
E0 = (V  ) 2  ( X S I A ) 2

..........(4.6)

a. Beban linearB
 75 wattB
E0 = (231) 2  (16,4 x0,21) 2 = 231,026
VRB=B
 150 wattB

,

x 100%

E0 = (229) 2  (16,4 x0,43) 2

= 0.01 %

= 229,11

58
Universitas Sumatera Utara

,

VRB=B

x 100%

= 0,05%

 225 wattB
E0 = (227) 2  (16,4 x0,66) 2
,

VRB=B

x 100%

= 227,26
= 0,11 %

 300 wattB
E0 = (221) 2  (16,4 x0,9) 2 = 221,49
VRB=B



,

x 100%

= 0,22 %

375 wattB
E0 = (218) 2  (16,4 x0,1,3) 2 = 219,04
VRB=B

,

x 100%

= 0,48 %
B

b. Beban nonlinearB
E0 = (Vt . cos  ) 2  (Vt . sin   X S xIa ) 2
B


75 wattB
E0 = (219) 2  (16,4 x0,29) 2
VR =B

,

x 100%

= 219,05
= 0,02 %

59
Universitas Sumatera Utara



150 wattB
E0 = (215.0,93) 2  (215.0,37  16,4 x0,61) 2 = 219,09
VRB=B



,

= 1,9 %

x 100%

225 wattB
E0 = (210.0,81) 2  (210.0,59  16,4 x0,0,93) 2 = 219,7
VRB=B



,

=4,6 %

x 100%

300 wattB
E0 = (205.0,7) 2  (205.0,71  16,4 x1,27) 2
VR =B



,

x 100%

= 220,36
= 7,49 %

375 wattB
E0 = (198.0,67) 2  (198.0,74  16,4 x1,64) 2 = 218,71
VRB=B

,

x 100%

B

= 10,46%

4.4.2 EfisiensiB(Ƞ)B
Efisiensi dapat diperoleh dengan persamaan:
Pin =
ȠB=B

. .

x 100%
60
Universitas Sumatera Utara

a. Beban linear
• 75 watt
. ,

Pin =
ȠB=B

.

= 92,30

x 100%

,

= 54,17%

• 150 watt
. ,

Pin =
ȠB=B
• 225 watt

,

Pin =
ȠB=B

,

.

= 191,85

x 100%

= 52,12%

. ,

= 294,46

.

x 100%

= 50,94%

. ,

.

= 398,77

x 100%

= 50,15%

. ,

= 564

• 300 watt
Pin =
ȠB=B

,

• 375 watt
Pin =
ȠB=B

.

x 100%

= 48,76%

b. Beban nonlinear
• 75 watt
61
Universitas Sumatera Utara

. ,

Pin =
ȠB=B
• 150 watt

,

Pin =
ȠB=B
• 225 watt

,

Pin =
ȠB=B
• 300 watt

,

Pin =
ȠB=B
• 375 watt

,

Pin =
ȠB=B

,

.

= 129,38

x 100%

= 50,23%

. ,

= 262,76

.

x 100%

= 46,81 %

. ,

= 386,31

.

x 100%

= 41,42 %

. ,

= 498,23

.

x 100%

= 38,13%

. ,

= 628,21

.

x 100%

= 37,70 %

4.4.3 TabelBAnalisaBDataB
a. BebanBlinearB
TabelB 4.4B Hasil analisa data pengaruh pembebanan linear terhadap
tegangan terminal, regulasi tegangan, dan efisiensi generator sinkron 3
phasa.
Arus medan : 0,15
Pin

:

. .

62
Universitas Sumatera Utara

Ia

Vt

E0

Pin

Pout

Torsi

VR

Ƞ

(A)

(V)

(V)

(W)

(W)

(Kg.m)

(%)

(%)

75

0,21

231

231,026

92,30

50

0,063

0,01

54,17

2

150

0,43

229

229,11

191,85

100

0,129

0,05

52,12

3

225

0,66

227

227,26

294,46

150

0,198

0,11

50,94

4

300

0,9

221

221,49

398,77

200

0,27

0,22

50,15

5

375

1,3

218

219,04

564

275

0,39

0,48

48,76

No

Beban

1

b. BebanBnonlinearB
TabelB 4.5B Hasil analisa data pengaruh pembebanan nonlinear terhadap
tegangan terminal, regulasi tegangan, dan efisiensi generator sinkron 3
phasa.
Arus medan : 0,15
Pin

:

. .

E0

Pin

Pout

Torsi

VR

Ƞ

(V)

(V)

(W)

(W)

(Kg.m)

(%)

(%)

0,29

219

219,05

129,38

65

0,087

0,02

50,23

150

0,61

215

219,09

262,76

123

0,183

1,9

46,81

3

225

0,93

210

217,09

386,31

160

0,279

4,6

41,42

4

300

1,27

205

220,77

498,23

190

0,381

7,49

38,13

5

375

1,64

198

218,71

628,21

218

0,492

10,46

37,70

Ia

Vt

(A)

75

2

No

Beban

1

B
B
B
B
B
B

63
Universitas Sumatera Utara

KurvaBPengaruhBPerubahanBBebanBTerhadapBRegulasiBTeganganBdanB
EfisiensiBGeneratorBSinkronBTigaBPhasaB
Beban vs VR
12
10

VR (%)

8
6

LINEAR

4

NONLINEAR

2
0
0

100

200

300

400

Beban (Watt)

B

GambarB4.4BGrafik beban vs Voltage Regulation (VR)B
BebanBvsBEfisiensiB
60
50
Efisiensi (%)

4.4.4

40
30

LINEAR

20

NONLINEAR

10
0
0

100

200

300

400

Beban (Watt)

B

GambarB4.5BGrafik beban vs Efisiensi B

64
Universitas Sumatera Utara

BABBVB
KESIMPULANBDANBSARANB
5.1BKesimpulanB
Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh
kesimpulan sebagai berikut:
1. Pada pembebanan linear didapatkan efisiensi tertinggi 54,17%
dengan beban 75 watt, sedangkan pembebanan nonlinear efisiensi
tertinggi 50,23% dengan beban 75 watt.
2. Efisiensi terendah pada pembebanan linear sebesar 48,76% dengan
beban 375 watt, sedangkan pada pembebanan nonlinear sebesar
37,70% dengan beban 375 watt
3. Voltage regulasi terbesar pada beban linear yaitu sebesar 0,48%
dengan beban 375 watt, sedangkan beban nonlinear sebesar
10,46% dengan beban375 watt.
5.2BSaranB
Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari Tugas Akhir ini
adalah sebagai berikut:
1. Melakukan Studi dengan jumlah beban yang lebih besar, agar
terlihat lebih jelas pengaruhnya.
2. Sebaiknya dilihat seberapa besar pengaruh pembebanan linear dan
nonlinear ini terhadap paralel generator sinkron tiga phasa.
3. Dalam penelitian selanjutnya sebaiknya dilakukan proteksi
generator sinkron.

65
Universitas Sumatera Utara

4. Dalam Penelitian selanjutnya sebaiknya menggunakan alat ukur
True RMS, karena hasil pengukuran yang didapat dengan
menggunakan alat ukur RMS lebih kecil dari pada menggunakan
alat ukur True RMS. Hal ini dikarenakan alat ukur RMS dirancang
untuk mengukur besaran sinusoidal murni.

66
Universitas Sumatera Utara

BABBIIB

TINJAUANBPUSTAKAB
2.1BB

GeneratorBSinkronB
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.
Generator sinkron atau Generator AC (alternating current). 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 sendirii karena
kutub-kutub tidak dapat tiba-tiba mengikutii kecepatan medan putar pada waktu
sakelar teerhubung dengan jala-jala. Generator sinkron dapat berupa generator
sinkron tiga phasa atau generator sinkron tiga phasa.[1]
Generator sinkron dengan definisi sinkronnya, mempunyai makna bahwa
frekuensi listrik yang dihasilkannya sinkron dengan putaran mekanis generator
tersebut. Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime
mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan
menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama
4
Universitas Sumatera Utara

dengan putaran rotor tersebut. Hubungan antara medan magnet pada mesin
dengan frekuensi listrik pada stator ditunjukkan pada persamaan 2.1 dibawah ini:

f=
dimana :

.

...............................(2.1)

f = Frekuensi listrik (Hz)
ns = Kecepatan sinkron
p = Jumlah kutub

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga
listrik (dengan kapasitas yang relatif besar). Misalnya, pada PLATA, PLTU,
PLTD dan lain-lain. Selain generator dengan kapasitas besar, kita mengenal juga
generator dengan kapasitas yang relatif kecil, misalnya generator yang digunakan
untuk penerangan darurat yang sering disebut generator set atau generator
cadangan.[2]
2.1.1BB KontruksiBgeneratorBsinkronB
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
terjadinya fluksi atau induksi energi listrik dari rotor ke-stator.
Pada Gambar 2.1 dapat dilihat konstruksi sederhana dari sebuah generator sinkron
secara umum :

5
Universitas Sumatera Utara

B
B
GambarB2.1BKonstruksi Generator Sinkron Secara UmumB

a. RotorB
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
pada rotor generator sikron. Sikat terbuat dari bahan karbon tertentu.

6
Universitas Sumatera Utara

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:

B
B
GambarB2.2BRotor Generator SinkronB
Rotor pada generator sinkron pada dasarnya sebuah elektromagnet
yang besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub
menonjol) dan non salient pole (kutub silinder atau tak menonjol).
1. Rotor kutub menonjol (Salient Pole Rotor)

7
Universitas Sumatera Utara

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 :

GambarB2.3BRotor Kutub Menonjol Generator SinkronB
Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron
dengan kecepatan putaran rendah dan sedang (120-400 rpm). Generator
sinkron tipe seperti ini biasanya dikopel oleh mesin diesel atau turbin air
pada sistem pembangkit listrik. Rotor kutub menonjol baik digunakan
untuk putaran rendah dan sedang karena :

8
Universitas Sumatera Utara



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 slotslot dan juga kumparan medan yang terletak pada rotor maka jumlah kutub
pun sedikit yang dapat dibuat. Belitan-belitan medan dipasang pada aluralur 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:

B
B
B
B
GambarB2.4BRotor Kutub Silinder Generator SinkronB

9
Universitas Sumatera Utara

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. StatorB
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:

B
GambarB2.5BGambar Stator Generator SinkronB

10
Universitas Sumatera Utara

Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu:B
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

GambarB2.6BBentuk-bentuk Alur
4. Kumparan Stator (Kuparan Jangkar)
Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan ini
merupakan timbulnya ggl induksi.[1]

11
Universitas Sumatera Utara

2.1.2

MetodeBEksitasiBPadaBGeneratorBSinkronB
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. SistemBEksitasiBKonvensionalB(MenggunakanBGeneratorBArusBSearah)B
Untuk sistem eksitasi yang konvensional, arus searah diperoleh dari
sebuah generator arus searah berkapasitas kecil yang disebut eksiter. Generator
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 bolakbalik 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

12
Universitas Sumatera Utara

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 sebagai generator sinkron
static exciter (penguat statis). Gambar 2.7

adalah sistem eksitasi yang

menggunakan generator arus searah.

GambarB2.7BSistem Eksitasi Meggunakan Generator Arus SearahB
b. SistemBEksitasiBStatisB
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.

13
Universitas Sumatera Utara

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.
System Tiga Phasa

Transformator
eksitasi

PT
AVR

Konverter

CT

GambarB2.8 Gambar eksitasi statis
Untuk keperluan eksitasi awal pada generator sinkron, maka sistem
eksitasi statis dilengkapi dengan field flashing. Hal ini dibutuhkan karena

14
Universitas Sumatera Utara

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. SistemBEksitasiBMenggunakanBBateraiB
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
rectifier, yang diletakkan pada bagian poros ataupun pada bagian dalam dari
rotor generator sinkron, sehingga rotating rectifier tersebut ikut berputar sesuai
dengan putaran rotor, seperti pada Gambar 2.9 berikut:

GambarB2.9BSistem Eksitasi Dengan Menggunakan BateraiB
15
Universitas Sumatera Utara

Dari Gambar 2.9 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 bersamasama oleh rotor generator utama dan penguat medannya. Arus medan pada
generator utama dikontrol oleh arus yang mengalir pada kumparan medan penguat
(eksiter).
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

2.10

menggambarkan

sistem

eksitasi

tanpa

sikat.

GambarB2.10BSistem Eksitasi Dengan Suplai Tiga Phasa

16
Universitas Sumatera Utara

Pada Gambar 2.10, 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
disuplai pada penyearah.
d. SistenBEksitasiBMenggunakanBPemanenBMagnetBGeneratorB
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 2.11 dapat
dilihat bentuk skematik dari sistem eksitasi dengan menggunakan Permanen
Magnet Generator.
Dari Gambar 2.11, 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. [1]

17
Universitas Sumatera Utara

B
GambarB2.11BSistem Eksitasi Dengan Menggunakan Permanen Magnet GeneratorB

2.1.3BBB BBBPrinsiBKerjaBGeneratorBSinkronB
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.
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

18
Universitas Sumatera Utara

kumparan jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik
yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks
magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl
induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut, hal tersebut sesuai dengan
persamaan :

e N

 N

d
dt

d maksSint
dt

  NmaksCost
dimana :

  2f

  N 2f maksCost
dimana :

f 

np
120

np 

  N  2
 maks Cost
 120 
np 

E maks  N  2.3,14.
 maks
120 


Eeff 


dimana :

emaks
2



N (2.3,14.

4,44 Npn
120
(

np
 maks
120
2

,

4,44 Np
 C)
120

 Cn  ……………………………..(2.2)

19
Universitas Sumatera Utara

dimana :

E = ggl induksi (Volt)

N = Jumlah belitan

C = Konstanta

P = Jumlah kutub

n = Putaran (rpm)

f = Frequensi )Hz)

 = Fluks magnetik (weber)
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 120 0 satu sama
lain. Setelah itu ketiga terminal kumparan jangkar siap dioperasikan untuk
menghasilkan energi listrik.[2]

2.1.4 ReaksiBjangkarB

GambarB2.12BModel Reaksi Jangkar
20
Universitas Sumatera Utara

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 2.12.
Pada Gambar 2.12.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 2.12.b. Arus stator tadi akan
meghasilkan medan magnet sendiri Bs dan tegangan stator Estat, seperti pada
Gambar 2.12.c. Vektor penjumlahan antara Bs dan BR menghasilkan Bnet, dan
penjumlahan Estat dan EA akan menghasilkan V 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

21
Universitas Sumatera Utara

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)
Estat = Tegangan pada stator (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:

GambarB2.13BRangkaian Ekivalen Generator Sinkron Perfasa Tanpa Beban

22
Universitas Sumatera Utara

B
2.1.5 BRangkaianBEkivalenBGeneratorBSinkronB
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 2.14.

B
GambarB2.14BRangkaian Ekivalen Generator SinkronBB
Dengan melihat Gambar 2.14 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 2.15
maka persamaan menjadi:
V = EA – jXsIa – RaIa (Volt)………………………….(2.9)

23
Universitas Sumatera Utara

GambarB2.15BPenyederhanaan 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
terminal generator akan ditunjukkan pada Gambar 2.15

GambarB2.16BRangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tiga Phasa
24
Universitas Sumatera Utara

2.1.6

JenisBBebanB
Adapun jenis beban yang dilayani generator terbagi dua jenis, yaitu :

a.

BBeban Linear
Beban linear adalah beban yang impedansinya selalu konstan sehingga

arus selalu berbanding lurus dengan tegangan setiap waktu. Beban linear ini
mematuhi Hukum Ohm yang menyatakan bahwa arus berbanding lurus dengan
tegangan. Gelombang arus yang dihasilkan oleh beban linear akan sama dengan
bentuk gelombang tegangan. Apabila diberi tegangan sinusoidal, maka arus yang
mengalir ke beban linear juga merupakan sinusoidal sehingga tidak terjadi distorsi
dan tidak menimbulkan

mharmonisa. Beban ini berupa elemen pasif seperti

resistor, komputer dan kapasitor. Beberapa contoh beban linear adalah lampu
pijar, pemanas, resistor, dan lain-lain.[3]

GambarB2.17BBentuk gelombang arus dan tegangan dengan beban linear
Adapun pengaruh dari beban linear terhadap generator sinkron yaitu :
Kita

ketahui bahwa

beban linear

tersebut tidak mempengaruhi

karakteristik pada tegangan, arus, frekuensi, dan bentuk gelombang, artinya

25
Universitas Sumatera Utara

bentuk tidak berubah (tetap), artinya efek yang ditimbulkan oleh beban linear
tidaklah mempengaruhi bentuk gelombang sinusoidal, melainkan beban linear
hanya mempengaruhi besar arus dan tegangan genrator sinkron seiring kenaikan
beban.[4]
b.

Beban nonlinear
Beban non linear adalah beban yang impedansinya tidak konstan dalam

setiap periode tegangan masukan. Dengan impedansinya yang tidak konstan,
maka arus yang dihasilkan tidaklah berbanding lurus dengan tegangan yang
diberikan, sehingga beban non linear tidaklah mematuhi Hukum Ohm yang
menyatakan arus berbanding lurus dengan tegangan.
Gelombang arus yang dihasilkan oleh beban nonlinear tidak sama dengan
bentuk gelombang tegangan sehingga terjadi cacat (distorsi). Dengan meluasnya
pemakaian beban non linear, gelombang sinusoidal ini dapat mengalami
distorsi.[3]

GambarB2.18BBentuk gelombang harmonisa pada beban lampu hemat energi.
Banyaknya aplikasi beban non linear pada sistem tenaga listrik telah
membuat arus sistem menjadi sangat terdistorsi dengan persentase kandungan

26
Universitas Sumatera Utara

harmonisa arus, THD (total harmonic distortion) yang sangat tinggi. Umumnya
arus sistem tenaga listrik yang terdistorsi tersebut didominasi oleh arus harmonisa
orde ganjil frekuensi rendah, yakni arus harmonisa orde lima, tujuh, sebelas, dan
seterusnya, yang magnitud arus harmonisanya berbanding terbalik dengan orde
harmonisanya. Tingginya persentase kandungan harmonisa arus (THD) pada suatu
sistem tenaga listrik dapat menyebabkan timbulnya beberapa persoalan harmonisa
yang serius pada sistem tersebut dan lingkungannya, seperti terjadinya resonansi
pada sistem yang merusak kapasitor kompensasi faktor daya, membuat faktor
daya sistem menjadi lebih buruk, menimbulkan berbagai macam kerusakan pada
peralatan listrik yang sensitif, yang kesemuanya menyebabkan penggunaan energi
listrik menjadi tidak efektif.[5]
Adapun contoh-contoh beban linear yaitu:
-

Lampu hemat energi

-

Transformator

-

Charger

-

Motor induksi

-

Laptop, dll.

Dampak arus harmonisa pada generator sinkron yang disebabkan oleh
penggangguan beba-beban non-linear adalah sebagai berikut:
1. Beban non-linear akan menyebabkan rugi-rugi tambahan pada generator
sinkron.
2. Rugi-rugi tambahan akibat beban non-linear disebabkan oleh rugi-rugi
arus urutan nol dan rugi-rugi arus urutan negative.

27
Universitas Sumatera Utara

3. Dalam system pembangkitan energy listrik sendiri yang umumnya
menggunakan konfigurasi tiga-fasa empat-kawat, kontribusi rugi-rugi
tambahan akibat arus urutan nol lebih besar dibandingkan rugi-rugi
tambahan akibat oleh arus urutan negative.
4. Menimbulkan flux balik di stator generator dan belitan medan, [6]
Cara mengurangi harmonisa antara lain :

2.2

-

Menggunakan filter pasif L

-

Menggunakan filter pasif C

-

Menggunakan filter pasif LC (Low pass)

-

kompensasi atau injeksi harmonisa negatif.

KarakteristikBdanBPenentuanBParameter-parameterBGeneratorB
SinkronBTigaBPhasaB

2.2.1

KarakteristikBdanBPenentuanBParameterBTanpaBBebanB:BE0B=BE0B(If)BB
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
d.) Catat harga tegangan terminal (Vt) pada setiap harga arus medan (If)B

28
Universitas Sumatera Utara

GambarB2.19BRangkaian Test Tanpa BebanB
Dari Gambar dapat diperoleh Persamaan umum generator :
E0 = VΦ + Ia (Ra + jXs)…………….(2.10)
Pada hubungan generator terbuka (beban nol), Ia = 0. Maka,
E0 = VΦ = cnΦ ……………………..(2.11)
Karena tidak ada beban yang terpasang, maka Φ yang dihasilkan hanya Φf.
Sehingga :
E0 = cnΦf …………………………...(2.12)
E0 = cnIf .…………. ……………….(2.13)
Nilai cn adalah konstan sehingga Persamaan menjadi :
E0 = k1.If .……………………….…. (2.14)
dimana :

E0 = Tegangan beban nol (Volt)
If = Arus medan (Amper)
k = Konstanta
29
Universitas Sumatera Utara

2.2.2 KarakteristikBdanBPenentuanBParameterBGeneratorBSinkronBHubungB
SingkatB:BIscB=BIscB(If)B
Untuk menentukan karakteristik dan parameter generator sinkron yang
dihubung singkat terdapat beberapa langkah yang harus dilakukan antara lain :
a.) Generator diputar pada kecepatan nominal
b.) Atur arus medan (If) pada nol
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.B

B
GambarB2.20BBGambar Rangkaian Hubung SingkatBB
Dari gambar, Persamaan umum generator sinkron dihubung singkat adalah :
E = VΦ + Ia (Ra + jXs)………..(2.15)B
Pada saat generator sinkron dihubung singkat, VΦ = 0 dan Ia = Isc . Maka :
E = Isc (Ra + jXs) ……………. (2.16)

30
Universitas Sumatera Utara

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 =

k1
I f ………………….... (2.21)
k2

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.
B

I a (A )
SC C

B
B
o

B

I f (A )

GambarB2.21BKarakteristik Hubung SingkatBB
Ketika generator dihubung singkat, arus armatur :

(Ia) = Isc =

Ea
…………………….(2.22)
Ra  jX s
31
Universitas Sumatera Utara

Harga Mutlaknya adalah :

Ia = Isc =

dimana :

Ea
2

Ra  jX s

2

………………….(2.23)

E0 = Tegangan beban nol (Volt)
Ia = Arus Jangkar (Amper)
Isc = Arus Hubung singkat (Amper)
Ra = Tahanan jangkar (Ohm)
Xs = Impedansi sinkron (Ohm)

2.2.3 KarakteristikBdanBPenentuanBParameterBGeneratorBSinkronBBerbebanB
:BVB=BV(If)B
Beberapa langkah untuk menentukan parameter generator sinkron
berbeban antara lain sebagai berikut :
a.) Generator diputar pada kecepatan nominal (n)
b.) Beban (ZL) terpasang pada terminal generator sinkron
c.) Arus medan (If) dinaikkan dari nol hingga maksimum secara bertahap
d.) Catat tegangan terminal (Vt) pada setiap peningkatan arus medan (If)

B
GambarB2.22BBRangkaian Generator Sinkron BerbebanB
32
Universitas Sumatera Utara

Dari Gambar 2.24 diperoleh persamaan umum generator sinkron berbeban :
Ea = VΦ + Ia (Ra + jXs)…………..(2.24)
VΦ = Ea - Ia (Ra + jXs) …………. (2.25)

2.2.4 KarakteristikBLuarBGeneratorBSinkronB:BVΦB=BfB(IL)B
Karakteristik ini akan memperlihatkan pengaruh dari perubahan arus
beban (IL) terhadap tegangan terminal generator sinkron (VΦ). Dalam penentuan
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)………….(2.26)
Sehingga Persamaan tegangan terminal VΦ generator sinkron dalam keadaan
berbeban :
VΦ = Ea - Ia (Ra + jXs) …………. (2.27)
Dalam hal ini, arus yang mengalir pada stator sama dengan arus yang mengalir
pada beban atau:
Ia = IL
maka :
VΦ = Ea – IL (Ra + jXs) …………. (2.28)
33
Universitas Sumatera Utara

VΦ = cnΦ – ILZs ……………..….. (2.29)
VΦ = cnIf – ILZs ……………….... (2.30)

Karena c, n dan If konstan :
VΦ = k1 – ILZS …………………... (2.31)
Nilai Zs tetap, sehingga :
VΦ = k1 – ILk2 …………………. ..(2.32)
Jika arus beban (IL) = 0 (beban nol), maka :
VΦ = k1
Jika tegangan terminal (VΦ) = 0 (hubung singkat), maka :
If 

V I l Z s
………………. (2.33)

cn
cn

2.2.5 KarakteristikBPengaturanBGeneratorBSinkronB:BIfB=BfB(IL)B
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 VΦ dijaga konstan
b.) putaran tetap
c.) Faktor daya (cosφ) tetap
Persamaan untuk generator berbeban (Gambar 2.24) :

Ea = VΦ + Ia ( Ra + jXS )……………..(2.34)
Pada generator berbeban :

34
Universitas Sumatera Utara

IL = Ia
sehingga :
Ea = VΦ + IL(Ra + jXS ) …………. (2.35)
cnΦ = VΦ + ILZS

cnIf = VΦ + ILZS

If =

V

I L ZS
………………..…. (2.36)
cn cn


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

cn = k1
VΦ = k2
Zs = k3
sehingga diperoleh :
If =

k2 k3
 I L ………………..…. (2.37)
k1 k1

jika,

k2
 k4
k1
k3
 k5
k1
maka,

If = k4 – k5IL……………….……. (2.38)

35
Universitas Sumatera Utara

2.2.6

FaktorBDayaB
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 besaranbesaran tersebut, maka hasil dari gambar ini dinamakan Diagram Phasor.
Gambar 2.21.a menunjukkan hubungan, dimana generator melayani beban
dengan faktor daya satu (beban resistif murni). Gambar 2.21, 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 2.21.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 2.21.b dan Gambar 2.21.c. Perlu dicatat bahwa arus jangkar dan tegangan
phasa yang diberikan, bahwa Ea yang dibutuhkan untuk beban langging (beban
induktif) lebih besar dibandingkan dengan Ea yang dibutuhkan untuk 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.

36
Universitas Sumatera Utara

GambarB2.23BDiagram Phasor Generator Sinkron.B
BBBBBBB(a)BBerbeban Resistif,B(b)BBerbeban Induktif,B(c)BBerbeban Kapasitif
2.2.7

RegulasiBTeganganBGeneratosBSinkronBDenganBMetodeBImpedansiB
SinkronB
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.

37
Universitas Sumatera Utara

-

Gambar karakteristik beban nol (OCC) dari data yang diberikan test beban nol
(gambar 2.22)

-

Gambar karakteristik hubung singkat (SCC) dari data yang diberikan oleh test
hubung singkat (gambar 2.22). 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

Zs 

E1 (open circuit )
..............................................(2.39)
I 1 ( short circuit )

Sebagai catatan