Pembuatan generator sinkron rangka akrilik berputaran rendah dan pengukuran impedansi (Zs)-nya.

ABSTRAK

PEMBUATAN GENERATOR SINKRON RANGKA AKRILIK BERPUTARAN RENDAH DAN PENGUKURAN IMPEDANSI (Zs)-NYA

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengukur impedansi generator sinkron rangka akrilik. Putaran rendah yang digunakan dalam pengukuran adalah 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860 rpm. Parameter yang diukur dalam penelitian adalah tegangan listrik, arus listrik dan kecepatan putaran pada generator sinkron. Pengukuran dilakukan menggunakan tahanan dan tidak menggunakan tahanan. Perhitungan dilakukan pada kecepatan 345, 410, 530, 690 dan 860 rpm. Impedansi yang dihasilkan oleh generator sinkron adalah 60,35, 51,96, 31,61, 23,97 dan 19,1 .

ABSTRACT

MAKING LOW SPEED ACRYLIC FRAME SYNCHRONOUS GENERATOR AND MEASURING ITS IMPEDANCE (Zs)

The aim of this research is to measure impedance of acrylic frame synchronous generator. The speed of device are 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 and 860 rpm. Measured parameter in this research are electric voltage, electric current and rotation speed of the synchronous generator. Measurements were performed with or without resistance as the load. The calculation is performed at speeds of 345, 410, 530, 690 and 860 rpm. Impedance generated by the synchronous generator are 60.35, 51.96, 31.61, 23.97 and 19.1 .

PEMBUATAN GENERATOR SINKRON RANGKA AKRILIK BERPUTARAN RENDAH DAN PENGUKURAN IMPEDANSI (Zs)-NYA

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:

FLORIANUS YANDHI SETIAWAN NIM: 101424039

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA 2015

ii

PEMBUATAN GENERATOR SINKRON RANGKA AKRILIK BERPUTARAN RENDAH DAN PENGUKURAN IMPEDANSI (Zs)-NYA

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:

FLORIANUS YANDHI SETIAWAN NIM: 101424039

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA 2015

v

HALAMAN PERSEMBAHAN Skripsi ini penulis persembahkan untuk:

TUHAN YESUS KRISTUS

Jermawansyah dan Limpah M.

(Orang tua penulis)

SAUDARA PEREMPUAN DAN LAKI-LAKI PENULIS KELUARGA BESAR PENULIS

Keluarga Besar Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma

dan semua pihak yang telah mendukung penulis

“Pendidikan adalah senjata paling mematikan di dunia, karena dengan itu anda dapat mengubah dunia” (Nelson Mandela).

viii ABSTRAK

PEMBUATAN GENERATOR SINKRON RANGKA AKRILIK BERPUTARAN RENDAH DAN PENGUKURAN IMPEDANSI (Zs)-NYA

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengukur impedansi generator sinkron rangka akrilik. Putaran rendah yang digunakan dalam pengukuran adalah 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860 rpm. Parameter yang diukur dalam penelitian adalah tegangan listrik, arus listrik dan kecepatan putaran pada generator sinkron. Pengukuran dilakukan menggunakan tahanan dan tidak menggunakan tahanan. Perhitungan dilakukan pada kecepatan 345, 410, 530, 690 dan 860 rpm. Impedansi yang dihasilkan oleh generator sinkron adalah 60,35, 51,96, 31,61, 23,97 dan 19,1 .

ix ABSTRACT

MAKING LOW SPEED ACRYLIC FRAME SYNCHRONOUS GENERATOR AND MEASURING ITS IMPEDANCE (Zs)

The aim of this research is to measure impedance of acrylic frame synchronous generator. The speed of device are 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 and 860 rpm. Measured parameter in this research are electric voltage, electric current and rotation speed of the synchronous generator. Measurements were performed with or without resistance as the load. The calculation is performed at speeds of 345, 410, 530, 690 and 860 rpm. Impedance generated by the synchronous generator are 60.35, 51.96, 31.61, 23.97 and 19.1 .

x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan kasih yang luar biasa. Berkat kasih dan kuasaNya, penyusun skripsi ini dapat terselsaikan dengan baik. Karya ini penulis beri judul “Pembuatan Generator Sinkron Rangka Akrilik Berputaran Rendah Dan Pengukuran Impedansi (Zs)-nya”. Penyusun skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pendidikan pada Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan Dan Ilmu Pendidikan Universitas Sanata Dharma.

Penyusunan skripsi ini penuh dengan tantangan. Maka penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis dalam menangani setiap rintangan yang penulis hadapi. Mereka adalah:

1. Bapak A. Prasetyadi, M.Si. selaku dosen pembimbing dan dosen Program Studi Pendidikan Fisika yang dengan penuh kesabaran telah membimbing, membantu, mendampingi, memotivasi serta meluangkan waktunya kepada penulis selama masa perkuliahan, penelitian dan proses penulisan skripsi ini. 2. Bapak Rohandi, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu pendidikan

Universitas Sanata Dharma dan Dosen Pembimbing Akademik yang telah mendampingi dan membimbing selama perkuliahan.

3. Bapak Intan sebagai laboran yang telah banyak membantu penulis selama masa setudi selama penelitian.

4. Ayahku, Jermawansyah dan ibuku, Limpah M yang selama ini selalu mendoakan, memotivasi, dan membantu penulis dalam banyak hal.

5. Dinas Pendidikan dan Pemerintah Kabupaten Kutai Barat yang telah memberi beasiswa kepada penulis selama perkuliahan.

xi

6. Della Apriani yang selalu mendukung, memotivasi, mendengarkan keluhan penulis dengan sabar, dan telah meminjamkan laptop miliknya untuk penelitian ini.

7. Agus Riadi, Lendi kotipki, dan Dedy Luky yang telah menemani, mendukung dan membantu selama penelitian.

8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu penulis selama menyelsaikan studi dan menyelsaikan skripsi.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini masih belum sempurna. Penulis dengan besar hati mengharapkan kritik dan saran. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan memberikan sedikit sumbangan untuk Ilmu Pengetahuan.

xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ... v

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... vi

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS...vii

ABSTRAK ... viii

ABSTRACT ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang ... 1

B. Rumusan Masalah ... 3

C. Batas Masalah ... 3

D. Tujuan Penelitian ... 3

E. Manfaat Penelitian ... 4

F. Sistematika Penulisan ... 4

BAB II DASAR TEORI ... 6

A. Impedansi ... 6

B. Hukum Faraday ... 7

C. Generator Sinkron ... 10

D. Kontruksi Generator Sinkron ... 11

D.1 Stator ... 12

D.2 Rotor ... 12

xiii

E. Reaktansi Sinkron Magnet Permanen Setara Generator AC... 13

F. Generator Sinkron Tanpa Beban ... 14

G. Generator Sinkron Dengan Beban ... 14

BAB III METODE PENELITIAN... 16

A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan ... 16

B. Desain Penelitian ... 16

C. Parameter Yang Diukur... 22

BAB IV HASIL DAB PEMBAHASAN... 27

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 38

A. Kesimpulan ... 38

B. Saran ... 38

DAFTAR PUSTAKA ... 40

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Tabel tahanan total ZL dari gradien grafik pengaruh tegangan terhadap

arus ... 29

Tabel 4.2. Tabel medan magnetik (B) dari grafik pengaruh kecepatan anguler ( ) terhadap tegangan (V) ... 33

Tabel 4.3. Data perhitungan nilai tegangan reaktansi Ex pada generator sinkron ... 34

Tabel 4.4. Data perhitungan nilai arus I pada generator sinkron ... 35

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Rangkaian generator sinkron ... 14

Gambar 2.2. Rangkaian generator sinkron tanpa beban ... 14

Gambar 2.3. Rangkaian generator sinkron dengan beban... 15

Gambar 3.1. Desain rangka generator sinkron pada coreldraw x5 ... 17

Gambar 3.2. Foto rangka generator sinkron ... 18

Gambar 3.3. Magnet ND-35... 19

Gambar 3.4. (a) Bentuk generator sinkron menggunkan seng luar, (b) Bentuk generator sinkron tidak menggunkan seng luar ... 20

Gambar 3.5. Set alat generator sinkron saat penelitian di laboratorium teknologi mekanik Universitas Sanata Dharma ... 21

Gambar 3.6. Rangkaian alat generator sinkron yang disusun secara vertikal pada mesin driling ... 21

Gambar 3.7. Rangkaian ekuivalen pengukuran pada generator ... 22

Gambar 3.8. Pengukuran arus listrik menggunakan clampmeter pada generator sinkron ... 23

Gambar 3.9. Lampu yang digunakan dalam pengukuran ... 24

Gambar 3.10. Menentukan jari-jari (r) pada generator sinkron ... 24

Gambar 3.11. Menentukan panjang penampang lilitan (l) pada generator sinkron ... 25

Gambar 4.1. Grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari generator sinkron tanpa menggunakan seng luar ... 28

xvi

Gambar 4.2. Grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari generator sinkron

menggunakan seng luar ... 28 Gambar 4.3. Grafik pengaruh jumlah lampu terhadap tahanan ... 30 Gambar 4.4. Grafik pengaruh putaran terhadap tegangan dari generator

sinkron tidak menggunakan seng luar ... 30 Gambar 4.5. Grafik pengaruh putaran terhadap tegangan dari generator

sinkron menggunkan seng luar... 31 Gambar 4.6. Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan dari

generator sinkron tanpa menggunakan seng luar ... 32 Gambar 4.7. Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan dari

generator sinkron menggunakan seng luar ... 32 Gambar 4.8. Grafik pengaruh kecepatan putar terhadap impedansi dari

1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang

Impedansi dari suatu rangkaian merupakan rasio dari tegangan yang melintasi elemen rangkaian terhadap arus yang mengalir pada rangkaian. Pada keping kapasitor impedansi berperan sebagai penghalang suatu medan listrik yang diberikan oleh keping. Impedansi pada rangkaian keping kapasitor dipengaruhi oleh frekuensi, resistansi, dan reaktansi total. Frekuensi yang sangat rendah reaktansi kapasitif menjadi lebih besar daripada reaktansi induktif, jadi impedansinya akan besar dan arus maksimum kecil. Ketika frekuensinya naik reaktansi induktif akan meningkat dan reaktansi kapasitif menjadi turun [Tipler, 2001].

Impedansi dapat didefinisikan sebagai karakteristik listrik yang menjadi penghambat suatu daya listrik. Impedansi dipengaruhi oleh frekuensi sehingga sifatnya berubah-ubah. Satuannya adalah ohm. Istilah impedansi sering kita temui dalam perangkat-perangkat audio seperti speaker, earphone, dan lain-lain.

Generator Sinkron merupakan mesin listrik yang mengubah energi mekanis berupa putaran menjadi energi listrik [Hasibuan, Hasibuan, 2013]. Sebagian besar energi listrik yang digunakan sekarang dihasilkan oleh generator listrik dalam bentuk arus bolak-balik (AC). Generator sederhana untuk arus bolak-balik merupakan kumparan yang berputar dalam medan magnetik [Tipler, 2001].

Generator arus bolak-balik (AC) atau disebut dengan alternator adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mengkonversi energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik (elektrik) dengan perantara induksi magnetik. Perubahan energi ini terjadi karena adanya perubahan medan magnet B pada kumparan (tempat terbangkitnya tegangan pada generator) [Wildi, 1981].

Pengembangan pembangkit skala kecil yang efisien untuk sistem mini biasanya menggunakan magnet permanen yang mempunyai rapat fluks magnetik tinggi untuk memperkecil volume. Magnet permanen dari bahan Neodymium biasanya dipilih karena memiliki karakteristik magnetik yang baik sekalipun memiliki kekurangan pada ketahanan pada temperatur tinggi dan korosi [Prasetyadi, 2012].

Generator dengan menggunakan magnet permanen sangat efisien untuk digunakan keperluan kincir angin/air karena mampu bekerja baik pada kecepatan putar yang rendah. Kemudahan dalam pembuatan dan juga peningkatkan daya generator ini sangat memudahkan dalam mendisain suatu generator dengan kapasitas daya tertentu, tegangan tertentu dan juga kecepatan kerja tertentu hanya dengan merubah - rubah parameter seperti kekuatan fluks magnet, jumlah kumparan dan lilitannya, jumlah magnet serta ukuran diameter kawat [Hariyotejo P, 2009]. Pada penelitian ini akan dilakukan pengukuran impedansi pada generator sinkron yang memiliki jumlah kumparan, lilitan, magnet dan diameter kawat tetap.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut dapat dirumuskan masalah 1. Bagaimana membuat generator sinkron dengan rangka akrilik? 2. Bagaimana menentukan nilai rapat medan magnetik B generator

sinkron dengan rangka akrilik?

3. Bagaimana menentukan nilai impedansi generator sinkron dengan rangka akrilik?

C. Batasan Masalah

Pada penelitian ini masalah yang dibatasi pada

1. Putaran rendah yang digunakan terdiri dari 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860 rpm,

2. Generator sinkron yang digunakan prisma segi delapan dengan 8 kumparan, delapan buah magnet dan 800 lilitan,

3. Kawat email yang digunakan berdiameter 0.5 mm dan 4 buah lampu, 4. Akrilik yang digunakan memiliki tebal 0.5 mm,

5. Sofware yang digunakan untuk mendesain generator sinkron adalah Corel Draw X5.

D. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk

1. Membuat generator sinkron dengan bahan akrilik,

2. Menentukan nilai B generator sinkron dengan rangka akrilik,

E. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian adalah

1. Mengetahui cara pembuatan generator sinkron,

2. Mengetahui cara menentukan nilai B generator sinkron,

3. Mengetahui cara menentukan nilai impedansi generator sinkron. F. Sistematika Penulisan

BAB I Pendahuluan

Bab I menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, batas masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II Dasar Teori

Bab II menguraikan tentang dasar-dasar teori pendukung dalam penelitian.

BAB III Eksperimen

Bab III menguraikan tentang tempat pelaksanaan penelitian, alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, dan langkah-langkah penelitian.

BAB IV Hasil dan Pembahasan

Bab IV menguraikan tentang hasil penelitian dan pembahasan hasil penelitian.

BAB V Penutup

6 BAB II

LANDASAN TEORI A. Impedansi

Impedansi adalah sebuah kuantitas kompleks yang memiliki dimensi ohm. Impedansi menyatakan perbandingan tegangan terhadap arus pada elemen-elemen pasif yang dialiri arus AC. Hubungan antara tegangan, arus dan impedansi dinyatakan sebagai

(2.1)

dengan Z adalah impedansi, V adalah tegangan di antara terminal elemen pasif dan I adalah arus yang mengalir. Perbandingan-perbandingan ini merupakan fungsi sederhana dari harga elemen , dan juga frekuensi. Misalnya, sebuah induktor L akan dinyatakan di dalam daerah waktu oleh induktansi L dan di dalam daerah frekuensi oleh impedansi jωL. Sebuah kapasitor di dalam daerah waktu adalah C dan 1/ jωC di dalam daerah frekwensi. Dengan demikian impedansi induktor adalah

(2.2)

dan impedansi kapasitor adalah

(2.3) dengan L adalah induktor, C adalah kapasitor, dan adalah frekuensi anguler. Misalnya, pada = 104 rad/s, induktor 5 mH yang diseri dengan kapasitor 100 µ F dapat diganti dengan satu impedansi yang merupakan jumlah impedansi individu. Dengan mengikuti persamaan (2.2) dan (2.3) impedansi induktor tersebut adalah

dan impedansi kapasitor tersebut adalah

Impedansi ekivalen dari kombinasi seri dari kedua elemen ini adalah

Sedangkan untuk menghitung sebuah kombinasi paralel digunakan cara yang persis sama sebagaimana cara menghitung tahanan-tahanan paralel, yaitu

Berlakunya kedua hukum kirchhoff di dalam daerah frekwensi memungkinkan dengan mudah bahwa impedansi dapat dikombinasikan secara seri dan paralel dengan aturan-aturan yang sama seperti untuk tahanan listrik [Kemmerly, 2005] B. Hukum Faraday

Hukum induksi faraday menyatakan bahwa ggl (gaya gerak listrik) induksi dipengaruhi oleh fluks . GGL yang timbul antara ujung-ujung suatu loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut [Tipler, 2001]. Secara matematis fluks magnetik tersebut dinyatakan sebagai berikut:

(2.4)

Besarnya fluks magnetik dinyatakan dalam satuan weber (Wb) yang setara dengan tesla.meter2 (1Wb=1T.m2). Dari definisi fluks tersebut, dapat dinyatakan bahwa fluks yang melalui loop kawat penghatar dengan N lilitan lebih dari satu sehingga berubah sebesar dalam waktu Δt, maka besarnya ggl induksi:

(2.5) Tanda negatif pada persamaan (2.5) sesuai dengan hukum Lenz. Dengan bahasa yang sederhana hukum Lenz dirumuskan : Ggl induksi dan arus induksi memiliki arah sedemikian rupa sehingga melawan muatan yang menghasilkan ggl dan arus induksi tersebut [Tipler, 2001]. Apabila perubahan fluks ( terjadi dalam waktu singkat (Δt=0), maka ggl induksi menjadi:

(2.6)

dengan adalah ggl induksi (volt), N adalah banyaknya lilitan, adalah perubahan fluks magnetik (Wb), dan adalah selang waktu (s).

Karena fluks adalah fungsi luas dan rapat medan atau A.B= maka

d = d (B.A) (2.7)

jika, B tetap,

B

(perubahan luas) sehingga

, (2.8)

jika A tetap

A

(perubahan magnetik) sehingga

(2.9)

Dari persamaan (2.8) dapat ditentukan besarnya rapat medan magnetik B pada generator sinkron. Diketahui A adalah fungsi luas (A = Panjang (p) x Lebar ( )), t adalah waktu dan N masuk kepersamaan fungsi luas. Sehingga persamaan dapat ditulis sebagai berikut :

(2.11)

Pada persamaan (2.11) diketahui bahwa,

= kecepatan linier. Persamaan kecepatan linier adalah v = r.ω sehingga persamaan dapat ditulis menjadi :

(2.12)

dengan adalah ggl induksi (volt), B adalah rapat medan magnetik , adalah lebar (dalam generator sinkron = panjang penampang lilitan (l) x 2 x jumlah lilitan total (N)), adalah kecepatan anguler dan r adalah jari-jari.

Ggl induksi memiliki satuan volt sehingga dengan demikian persamaan (2.12) dapat ditulis :

(2.13)

(2.14)

Jika sehingga dapat dibuat grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan V sebagai berikut :

Gambar 2.1 Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan

dari gambar 2.1 diketahui sehingga persamaan (2.14) dapat ditulis menjadi:

Dari persamaan (2.15) dapat ditentukan besarnya nilai rapat medan magnetik dangan persaman sebagai berikut :

(2.16)

dengan adalah gradien dari grafik hubungan kecepatan anguler terhadap tegangan.

C. Generator Sinkron

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

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

Frekuensi dalam hertz adalah sama seperti laju rotor dalam putaran perdetik, yakni, frekuensi listrik tersebut disinkronisasikan dengan laju mekanis. Inilah alasannya mengapa mesin ini sering dinamakan mesin sinkron. Misalnya sebuah mesin sinkron berkutub dua harus berputar pada 3600 r/min untuk menghasilkan sebuah tegangan 60 Hz.

Bila sebuah mesin mempunyai lebih dari dua kutub, maka seringkali akan memudahkan dengan memusatkan perhatian pada sepasang kutub tunggal dan dengan mengenal kondisi listrik, kondisi magnetik, dan kondisi mekanis yang

diasosiasikan dengan tiap-tiap pasangan kutub lainnya adalah pengulangan kodisi-kondisi untuk pasangan yang ditinjau.

Satu pasangan kutub dalam sebuah mesin berkutub p atau siklus distribusi fluks menyamai 360 derajat listrik atau 2π radian listrik. Karena ada p/2 panjang gelombang lengkap atau siklus satu putaran lengkap, maka diperoleh

(2.17)

dengan θ adalah sudut dalam satuan listrik dan adalah sudut mekanis. Maka frekuensi gelombang tegangan adalah

(2.18)

dengan n adalah laju mekanis dalam putaran per menit dan n/60 adalah laju dalam putaran per detik. Frekuensi radian dari gelombang tegangan adalah

(2.19)

dengan adalah laju mekanis dalam radian per detik [Fitzgerald, 1985]. D. Kontruksi Generator Sinkron

Secara umum kontruksi generator sinkron terdiri dari stator (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang bergerak). Generator sinkron memiliki celah antara stator dan rotor yang berfungsi sebagai tempat terjadinya fluks atau induksi energi listrik dari rotor ke stator.

Adapun kontruksi generator AC adalah sebagai berikut:

1. Rangka stator terbuat dari akrilik, yang merupakan rumah stator tersebut.

2. Stator memiliki alur-alur sebagai tempat meletakan lilitan. Lilitan berfungsi sebagai tempat ggl induksi.

3. Rotor, pada bagian ini terdapat kutub-kutub magnet. D.1 Stator

Stator merupakan bagian yang diam dan merupakan gulungan kawat penghantar yang disusun sedemikian rupa dan ditempatkan pada alur-alur akrilik. Pada penghantar tersebut adalah tempat terbentuknya ggl induksi yang diakibatkan dari medan magnet putar dari rotor.

D.2 Rotor

Rotor merupakan bagian yang bergerak. Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet sehingga menghasilkan tegangan kemudian akan diinduksikan ke stator. Rotor pada generator juga berfungsi sebagai tempat magnet yang disusun pada alur-alur akrilik.

D.3 Jumlah Kutub

Jumlah kutub pada generator sinkron mempengaruh kecepatan rotasi dan frekuensi. Pada generator sinkron jumlah kutub mempengaruhi besarnya frekuensi kerja putaran rotor. Semakin banyak kutub maka semakin kecil putaran yang diperlukan rotor untuk menghasilkan tegangan tertentu. Bahwa hubungan antara kecepatan putar medan magnet pada mesin dengan frekuensi elektrik :

(2.20)

dengan f adalah frekuensi tegangan induksi [Hz], p adalah jumlah kutub pada rotor dan n adalah kecepatan rotor [r/min].

Misalnya, diinginkan generator berputar pada kecepatan putar 200 rpm dan dihasilkan listrik dengan frekuensi 60 Hz, dapat ditentukan jumlah kutub sebagai berikut

=120x60/200

=36 kutub, atau 18 pasang kutub utara dan selatan

E. Reaktansi Sinkron Magnet Permanen Setara Generator AC

Sebuah generator dengan kutub yang berupa magnet permanen berperilaku seperti halnya generator sinkron. Pada generator sinkron, setiap fase belitan stator memiliki resistansi R dan induktansi tertentu L. Karena ini mesin arus bolak-balik, induktansi memanifestasikan sebagai reaktansi Xs, diberikan oleh

π (2.21)

dengan Xs adalah reaktansi sinkron, per fase [Ώ], f adalah frekuensi generator [Hz] dan L adalah induktansi jelas dari belitan stator, per fase [H]. Reaktansi sinkron generator adalah impedansi internal seperti Zs. Jika kita mengabaikan hambatan dari gulungan, kita memperoleh sirkuit yang sangat sederhana yang ditunjukkan oleh Gambar 2.1. Dengan demikian sebuah generator sinkron dapat diwakili oleh rangkaian setara terdiri dari E₀ tegangan induksi dalam seri dengan impedansi Zs. Dengan fluks yang menginduksi E₀ tegangan internal. Untuk reaktansi sinkron diberikan, tegangan E pada terminal generator tergantung pada E₀ dan beban ZL. Bahwa E₀ dan E adalah garis netral tegangan dan I adalah arah arus.

F. Generator Sinkron Tanpa Beban

Rangkaian generator sinkron yang tidak diberi beban dapat dilihat pada gambar 2.2 sebagai berikut :

Gambar 2.2. Rangkaian generator sinkron tanpa beban

G. Generator Sinkron Dengan Beban

Rangkaian generator sinkron yang diberi beban ZL dengan fluks yang menginduksi E₀ tegangan internal dari sumber dengan tegangan terminal keluaran E pada generator. E₀ terinduksi seri dengan tegangan reaktansi Ex dan impedansi Zs. Bahwa I adalah arus yang melewati beban ZL. Sehingga didapat persamaan :

(2.22)

Dari persamaan 2.15 diketahui bahwa E = I ZL dan Ex = I Zs sehingga persamaan menjadi :

(2.23)

sehingga,

Gamabar 2.1. Rangkaian generator sinkron

(2.24)

(2.25)

Pada generator sinkron pada magnet tetap berlaku ini:

Untuk menentukan impedansi Zs dari gambar 2.3, dapat menggunakan persamaan sebagai berikut :

(2.26)

(2.27)

Sehingga,

(2.28)

Gambar 2.3 Rangkaian generator sinkron dengan beban

16 BAB III

METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Penelitian dilaksanakan pada Januari-Juni 2015 di Lab Teknologi Mekanik Kapus III Paingan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

B. Desain Penelitian

Penelitian ini adalah penelitian eksperimen untuk mengukur impedansi (Zs)generator dengan kerangka akrilik.

Langkah-langkah dalam penelitian ini meliputi : 1. Desain ukuran rangka

Generator sinkron didesain menggunakan coreldraw X5. Jumlah dan ukuran magnet sebagai tolak ukur awal perancangan generator sinkron. Penggunaan coreldraw X5 karena program ini sesuai dengan program pemotong akrilik. Desain rangka generator sinkron dinyatakan pada gambar 3.1.

Bagian rancangan generator sinkron adalah

a. Rangka rotor adalah tempat magnet menempel dengan diameter 2,65 cm dan tebal 0,5 cm yang terdiri dari 4 rangka sehingga tebalnya menjadi 2 cm. Sedangkan lubang pada bagian tengah berdiameter 0,48 cm yang berfungsi sebagai tempat masuknya as.

b. Pada no 2 rangka stator adalah tempat lilitan kawat email dengan diameter total 5,65 cm, tebal 0,5 cm dan lubang pada bagian tengah berdimeter 055 cm . Rangka ini berjumlah satu pasang .

c. Rangka stator adalah bagian yang berfungsi sebagai tempat laker. Rangka ini memimiliki diameter 3,25 cm, tebal 0,5 cm, lubang pada bagian tengah berdiameter 0,95 cm dan rangka ini berjumlah satu pasang. d. Rangka stator adalah bagian yang berfungsi untuk penghubung rangka no 2. Memiliki panjang 2,5 cm, tebal 0,5 cm, tinggi 2,5 cm dan berjumlah delapan buah rangka.

Rangkaian alat pada coreldraw X5 yang dipakai saat penelitian ditunjukan pada gambar 3.1.

Gambar 3.1. Desain rangka generator sinkron pada coreldraw x5. (1) Rotor, (2) Stator, (3) Stator, (4) Stator.

Foto rangaka generator yang dipakai pada saat penelitian ditunjukan pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. Foto rangaka generator sinkron.

2. Menggunakan seng galvanis a. Seng dalam

Seng digunakan sebgai pelapis rangka no 1, setelah dilapisi baru dipasang magnet di atas seng yang menempel pada rangka no 1. Seng yang digunakan memiliki ketebalan 0,4 mm. Seng memiliki permeabilitas µ yang tinggi karena bahan tersebut dilapisi oleh baja yang termasuk benda-benda ferromagnetik sehingga arus yang dihasilkan bertambah besar.

b. Seng luar

Seng dipasang pada jalur lilitan pada rangka no 2, dengan mengikuti bentuk rangka. Fungsinya sama sebagai penguat arus listrik.

3. Jenis, ukuran dan jumlah magnet yang digunakan

Jenis magnet yang digunakan pada generator sinkron ini adalah magnet ND-35 berbentuk koin dengan diameter 2 cm dan tebal 2 mm. Mangnet yang

digunakan berjumlah 8 buah. Magnet ND-35 digunakan dalam perancangan generator sinkron karena magnet ND-35 bersifat permanen dan kuat.

Magnet ND-35 memiliki beberapa unsur yaitu Br dan Hcb. Br adalah densitas fluks magnet sebesar 12,1 KGs/ 1,21 T dan Hcb adalah resistensi bahan untuk mengalami kerusakan magnetik sebesar 11,4 KOe/ 0,1432 KA/m [Magcraft, 2007].

Gambar 3.3. Magnet ND-35.

4. Lilitan kawat email

Dalam melilit kawat email pada generator sinkron harus diperhatikan arah lilitan kawat email. Dalam melakukan lilita pilih arah awal lilitan bisa searah jarum jam atau sebaliknya, lakukan lilitan searah jarum jam sampai jumlah tertantu lalu sisi berikutnya berlawanan dengan arah jarum jam sampai kembali ke lilitan pertama lakukan seperti itu sampai ke kumparan awal.

Jumlah kumparan generator sinkron terdiri dari 5 buah kumparan dalam satu sisi. Masing-masing kumparan memiliki 20 lilitan. Kumparan tersebut menggunakan kawat email berdiameter 0,5 mm. Generator sinkron memiliki 8 sisi dengan demikian jumlah total lilitan sebanyak 800 lilitan. Gambar penampang generator ditunjukan pada gambar 3.4.

a b

Gambar 3.4. (a)Bentuk generator sinkron menggunakan seng luar,(b) Bentuk generator sinkron tidak menggunakan seng luar.

Foto set alat dan ragkaian alat yang dipakai saat penelitian ditunjukan pada gambar 3.5 dan 3.6.

Gambar 3.5. Set alat generator sinkron saat penelitian di laboratorium teknologi mekanik Universitas Sanata Dharma.

Gambar 3.6. Rangakaian alat generator sinkron yang disusun secara vertikal pada mesin driling.

Keterangan alat: 1. Mesin driling 2. Generator sinkron 3. Lampu

4. Alat ukur

C. Parameter Yang Diukur

Parameter yang diukur dalam eksperimen ini adalah sebagai berikut: 1. Tegangan terminal keluaran (E)

Pengukuran tegangan terminal keluaran yang dihasilkan oleh generator sinkron menggunakan multimeter. Pengukuran tegangan dilakukan dengan variasi beban dan kecepatan anguler. Cara pengukuran ditunjukan dalam gambar 3.7. E adalah tempat mengukur tegangan terminal keluaran.

Gambar 3.7. Rangkaian ekuivalen pengukuran pada generator.

2. Kecepatan anguler (ω)

Kecepatan anguler (putar) dari perancangan generator sinkron dapat diukur dengan tachometer . Secara umum persamaan yang dapat digunakan untuk memperoleh hasil pengukuran kecepatan anguler adalah . Dimana 2π adalah satu putaran penuh sudut yang ditempuh 3600, dan f adalah frekuensi.

Hasil pengukuran tachometer adalah putaran per menit (nr) sehingga persamaan yang dapat digunakan untuk memperoleh

Zs A

kecepatan anguler dari hasil pengukuran adalah

s s

T

f

n

r

n

r

30 60

2 1 2

2   

    (3.1)

dengan

nr adalah jumlah rotasi atau putaran permenit 3. Arus ( I )

Arus listrik yang mengalir pada rangkaian diukur menggunakan clamp meter. Cara menempatkan clampmeter pada rangkaian dapat dilihat pada gambar 3.7. Pengukuran arus I pada rangkaian dilakukan setiap melakukan variasi putaran atau beban. Pengukuran menggunakan clampmeter pada gambar 3.8 sebagai berikut :

Gambar 3.8 Pengukuran arus listrik menggunakan clampmeter pada generator sinkron.

4. Beban ( ZL )

Beban divariasi pada pada setiap kecepatan anguler. Beban dibuat dari lampu dengan watt yang berbeda-beda. Beban yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.9 berikut :

Gambar 3.9 Lampu yang digunakan dalam pengkuran.

6. Menentukan jari-jari (r) dan panjang (l) pada generator sinkron Untuk menentukan jari-jari pada generator, diukur dari pusat sampai tengah kumparan dan menentukan panjang penampang lilitan (l) dapat dilihat pada gambar 3.11 pengukuran mewakili ketujuh sisi lainnya, hasil pengukuran dikali dua karena ada dua penampang dalam satu kumparan. Seperti pada gambar 3.10 dan 3.11 berikut:

Gambar 3.11. Menentukan panjang penampang lilitan (l) pada generator sinkron.

Langkah penentuan impedansi (Zs) tanpa menggunakan seng dan menggunakan seng adalah:

1. Alat dirangkai seperti pada gambar 3.4.(b)

2. Multimeter digunakan untuk mengukur tegangan saat rotor berputar konstan.

3. Kecepatan berputar rotor diatur menggunakan mesin drilling dengan variasi kecepatan 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860 rpm.

4. Langkah 2-3 dilakukan sebanyak 2 kali.

Langkah penetuan impedansi (Zs) menggunakan lampu, tanpa menggunakan seng dan menggunakan seng adalah:

1. Alat dirangkai seperti pada gambar 3.4. (b)

2. Papan lampu dihubungkan dengan generator. Tiap lampu memiliki saklar sehingga dapat diatur jumlah lampu yang digunakan.

3. Multimeter digunakan untuk mengukur tegangan saat rotor berputar konstan.

4. Arus yang mengalir melalui kabel diukur dengan Clampmeter (AC). 5. Kecepatan berputar rotor diatur menggunakan mesin drilling dengan

variasi kecepatan 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860 rpm. 6. Langkah 2-5 dilakukan sebanyak 2 kali.

27 BAB. IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian dilaksanakan pada Januari 2015 hingga Juni 2015 di Laboratorium Teknologi Mekanik III Paingan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penelitian dilakukan dengan melakukan pengukuran arus, tegangan dan kecepatan putar pada generator sinkron tanpa seng dan menggunakan seng. Multimeter yang digunakan dalam pengukuran ini adalah multimeter digital A-830 dengan batas ukur 200 V~, untuk mengukur tegangan yang dihasilkan generator. Clamp meter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan generator dengan batas ukur 20 A. Kecepatan putar rotor pada generator yang dipakai dalam penelitian ini adalah 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860. A. Hasil Pengukuran Arus dan Tegangan Pada Generator Sinkron

Data hasil pengukuran pada generator sinkron tanpa menggunakan seng luar dan menggunakan seng luar dapat dilihat pada tabel pada lampiran IV. Data dari tabel 4.1 dapat dianalisa dalam bentuk grafik pengaruh tegangan terhadap arus listrik yang ditampilkan pada gambar 4.1 dan 4.2.

Gambar 4.1. Grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari generator sinkron tanpa menggunakan seng luar.

Gambar 4.2. Grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari generator sinkron menggunakan seng luar.

Gambar 4.1 dan 4.2 menunjukan bahwa arus tidak semua terukur saat rangkaian terhubung dengan lampu. Arus bernilai nol bila rangkaian generator tidak dihubungkan dengan lampu. Bila terhubung dengan lampu nilai arus dan

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12

0 0,5 1 1,5

A ru s (I) Tegangan (V) Tanpa lampu 1 Lampu

y = 0,0157x - 0,0056 y = 0,0493x - 0,0071 y = 0,1033x - 0,0036 y = 0,1517x - 0,0004

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14

0 1 2 3 4

A ru s (A) Tegangan (V) Tanpa Lampu 1 Lampu 2 Lampu 3 Lampu 4 Lampu

tegangan berbanding lurus. Semakin banyak jumlah lampu maka semakin besar pula arus yang dihasilkan. Gambar 4.1 dan 4.2 menunjukan bahwa generator menggunakan seng dan tidak menggunakan seng yang tidak terhubung dengan lampu tidak menghasilkan arus. Bila rangkaian generator dihubungkan dengan lampu, arus akan terlihat pada tegangan tertentu tergantung jumlah lampu dan kecepatan putar yang diberikan. Nilai gradien grafik 4.1 dan 4.2 ditunjukan pada tabel 4.1.

Tabel 4.1. Tabel tahanan total ZL dari gradien grafik pengaruh tegangan

terhadap arus

Keterangan Gradien/

(Ω) ZL (Ω) 1/Jumlah lampu

Seng Lampu

tidak tidak 0 0 0

tidak 1 0,1579 6,33 1

Pakai tidak 0 0

Pakai 1 0,0157 63,69 1

Pakai 2 0,0493 20,28 0,5

Pakai 3 0,1033 9,68 0,33

Pakai 4 0,1517 6,59 0,25

Tabel 4.1 menunjukan bahwa semakin banyak lampu yang digunakan, semakin kecil tahanan total yang dihasilkan. Untuk menentukan nilai tahanan total dapat dilihat pada lampiran I.

Data yang diambil adalah data yang menggunakan seng karena data yang tidak menggunakan seng terlalu sedikit sehingga data tersebut kurang baik untuk menentukan nilai B dan impedansi. Data tabel 4.1 dianalisa dalam bentuk grafik pengaruh jumlah lampu terhadap ZL(Ω) pada gambar 4.3.

Gambar 4.3 Grafik pengaruh 1/jumlah lampu terhadap tahanan Grafik 4.3 menunjukan bahwa semakin banyak jumlah lampu yang dipasang maka semakin kecil tahanan lampu yang dihasilkan.

B. Hasil Pengukuran Putaran (n) dan Tegangan (volt) Pada Generator Sinkron

Penelitian dilakukan pada generator sinkron. Data yang diperoleh untuk putaran (n) yaitu , kecepatan putaran (rpm) pada mesin driling. Data yang diperoleh dilampirkan pada lampiran IV. Data dari lampiran IV dianalisa dalam bentuk grafik pengaruh putaran terhadap tegangan pada gambar 4.4 dan 4.5

Gambar 4.4. Grafik pengaruh putaran terhadap tegangan dari generator sinkron tidak menggunakan seng luar.

0 10 20 30 40 50 60 70

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Tah an an ( Ω ) 1/Jumlah lampu

y = 0,0016x - 0,2356

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

0 200 400 600 800 1000

Tegan g an ( V) n (rpm) 1 Lampu Tanpa lampu

Gambar 4.5. Grafik pengaruh putaran terhadap tegangan dari generator sinkron menggunakan seng luar.

Gambar 4.4 dan 4.5 menunjukan bahwa semakin besar putaran (rpm) tegangan yang dihasilkan semakin besar. Pada setiap pertambahan lampu tegangan semakin kecil pada setiap putaran. Dari grafik 4.3 dan 4.4 pengaruh mengunakan seng dan tidak menggunakan seng yaitu, gradien dengan menggunakan seng 0,0037 dan tanpa seng 0,0016.

C. Hasil Pengukuran Tegangan (V) dan Perhitungan Kecepatan Anguler (ω) Pada Generator Sinkron

Data yang diperoleh untuk tegangan (V) pada generator sinkron dan kecepatan anguler dari perhitungan. Untuk data kecepatan anguler (ω) menggunakan persamaan (3.1) data yang diperoleh dilampirkan pada lampiran IV. Data dari tabel (lampiran IV) dianalisa dalam bentuk grafik pengaruh putaran terhadap tegangan pada gambar 4.6 dan 4.7

y = 0,0037x - 0,2562

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

0 200 400 600 800 1000

Tegan g an ( V) n (rpm) Tanpa Lampu 1 Lampu 2 Lampu 3 Lampu 4 Lampu

Gambar 4.6. Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan dari generator sinkron tanpa menggunakan seng luar.

Gambar 4.7. Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan dari generator sinkron menggunakan seng luar.

Gambar 4.6 dan 4.7 menunjukan bahwa semakin besar kecepatan anguler (ω) tagangan (V) yang dihasilkan semakin besar. Sebaliknya semakin banyak lampu yang digunakan semakin kecil tegangan dengan kecepatan anguler yang sama. Gradien dari grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan dari

y = 0,0156x - 0,2355

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

0 20 40 60 80 100

Te

gan

gan

(

V)

Anguler (ω)

Tanpa Lampu 1 Lampu

y = 0,0351x - 0,256

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

0 20 40 60 80 100

Tegan

g

an

(

V)

Anguler (ω)

Tanpa Lampu 1 Lampu 2 Lampu 3 Lampu 4 Lampu

generator sinkron digunakan untuk menentukan rapat rapat medan magnetik (B). Perbandingan tegangan yang dihasilkan antara memakai seng dan tidak memakai seng 0,0351 Wb : 0,0156 Wb. Pengaruh seng sebesar 2,25 Wb. Data perhitungan rapat rapat medan magnetik ditunjukan pada tabel 4.2.

Tabel 4.2. Tabel rapat rapat medan magnetik (B) dari grafik pengaruh kecepatan anguler ( ) terhadap tegangan (V).

No Tanpa Seng (gradien) Vs

B (T)

Lampu Pakai Seng (gradien) (Vs)

B (T)

1 0,0156 4,8631x10-3 - 0,0351 20x10-3 2 0,0097 3,0238x10-3 1 0,0269 8,3858x10-3

3 2 0,0201 6,2659x10-3

4 3 0,0144 4,4890x10-3

5 4 0,0107 3,3356x10-3

Tabel 4.2 menunjukan bahwa semakin banyak lampu yang digunakan, semakin kecil rapat medan magnetik (B) yang dihasilkan. Rapat medan magnetik berpengaruh terhadap banyaknya lampu yang dihubungkan dapat dilahat dari tabel 4.2 semakin banyak lampu maka semakin kecil nilai rapat medan magnetik. Pengukuran untuk menentukan nilai rapat medan magnetik (B) dapat dilihat pada lampiran II.

D. Nilai tegangan reaktansi Ex

Nilai tegangan reaktansi berdasarkan persamaan (2.12) untuk putaran 345-860 disajikan pada tabel 4.3. Dari tabel 4.3 terlihat bahwa semakin besar putaran yang dihasilakan generator nilai tegangan reaktansi semakin besar pada setiap lampu. Data perhitungan diambil dari kecepatan 345-860 rpm disebabkan pada kecepatan tersebut nilai arus yang dihasilkan cukup besar sedangkan pada

kecepatan 125-250 rpm nilai arus yang dihasilkan sangat kecil. Untuk menentukan tegangan reaktansi dapat dilihat pada lampiran III A.

Tabel 4.3. Data perhitungan nilai tegangan reaktansi Ex pada generator sinkron No n (rpm) Jumlah Lampu E (volt) E0 (volt) Ex (volt)

1

345

1 0,6 1 0,4

2 2 0,3 0,7

3 3 0,1 0,9

4 4 0,1 0,9

5 410

1 0,7 1.2 0,5

6 2 0,4 0,8

7 3 0,2 1

8 4 0,1 1,1

9 530

1 1,1 1.7 0,6

10 2 0,7 1

11 3 0,4 1,3

12 4 0,3 1,4

13 690

1 1,6 2.3 0,7

14 2 1,1 1,2

15 3 0,7 1,6

16 4 0,5 1,8

17 860

1 2,1 2.9 0,8

18 2 1,5 1,4

19 3 1,1 1,8

20 4 0,8 2,1

E. Nilai arus I

Pada saat pengukuran arus, alat yang digunakan adalah clampmeter. Arus yang dapat dilihat minimal 0,01 A sehingga untuk menentukan nilai arus yang lebih kecil menggunakan persamaan (2.14) hasil perhitungan dan hasil pengukuran disajikan pada tabel 4.4. Dari tabel 4.4 nilai arus yang digunakan untuk menentukan nilai impedansi adalah nilai arus perhitungan karena nilainya lebih detail. Perhitungan dapat dilihat pada lampiran III B.

Tabel 4.4. Data perhitungan nilai arus I pada generator sinkron

No

n (rpm) Jumlah

Lampu E (V) ZL (A) (A) 1

345

1 0,6 63,69 0 0,009 2 2 0,3 20,28 0 0,014 3 3 0,1 9,68 0,01 0,0103 4 4 0,1 6,59 0,01 0,0151 5

410

1 0,7 63,69 0 0,0109 6 2 0,4 20,28 0,01 0,0197 7 3 0,2 9,68 0,01 0,0206 8 4 0,1 6,59 0,02 0,0151 9

530

1 1,1 63,69 0,01 0,0172 10 2 0,7 20,28 0,02 0,0345 11 3 0,4 9,68 0,04 0,0413 12 4 0,3 6,59 0,04 0,045 13

690

1 1,6 63,69 0,02 0,0251 14 2 1,1 20,28 0,05 0,0542 15 3 0,7 9,68 0,07 0,0723 16 4 0,5 6,59 0,08 0,0758 17

860

1 2,1 63,69 0,03 0,0329 18 2 1,5 20,28 0,07 0,0739 19 3 1,1 9,68 0,11 0,1136 20 4 0,8 6,59 0,12 0,1213

F. Impedansi dari generator sinkron

Untuk menentukan impedansi dari generator sinkron yang telah dibuat mengikuti persamaan (2.15). Impedansi didapat melalui perhitungan dapat dilihat pada lampiran IIIC. Impedansi pada generator disajikan pada tabel 4.5. Dari pengukuran nilai impedansi dari generator sinkron pada kecepatan 345-860 menunjukkan bahwa dalam proses putaran impedansi mengalami penurunan setiap penambahan kecepatan putaran. Seperti yang sudah dijelakan pada teori bahwa impedansi sebagai penghalang arus listrik yang mengalir melalui kawat

penghantar, sehingga dapat dilihat semakin tinggi kecepatan generator maka impedansinya semakin kecil sesuai dengan persamaan (2.3).

Tabel 4.5. Data perhitungan nilai impedansi pada generator sinkron No

n (rpm) Jumlah

Lampu I (A) Ex (volt) Zs 1

345

1 0,009 0,4 44,44

60,35 2 2 0,014 0,7 50

3 3 0,0103 0,9 87,37 4 4 0,0151 0,9 59,60 5

410

1 0,0109 0,5 45,87

51,96 6 2 0,0197 0,8 40,609

7 3 0,0206 1 48,54 8 4 0,0151 1,1 72,84 9

530

1 0,0172 0,6 34,88

31,61 10 2 0,0345 1 28,98

11 3 0,0413 1,3 31,47 12 4 0,045 1,4 31,11 13

690

1 0,0251 0,7 27,88

23,97 14 2 0,0542 1,2 22,14

15 3 0,0723 1,6 22,13 16 4 0,0758 1,8 23,74 17

860

1 0,0329 0,8 24,31

19,1 18 2 0,0739 1,4 18,94

19 3 0,1136 1,8 15,84 20 4 0,1213 2,1 17,31

Gambar 4.8. Grafik pengaruh kecepatan putar terhadap impedansi dari generator sinkron. 60,35 51,96 31,61 23,97 19,1 0 10 20 30 40 50 60 70

0 105 210 315 420 525 630 735 840 945

Im p e d an si ( Ω) n (rpm)

Dari grafik 4.8, penurunan nilai impedansi yang dihasilkan oleh generator sinkron tidak linier atau penurunan nilai impedansi tidak sama pada setiap kecepatan generator. Contoh pada kecepatan 410 rpm, penurunan impedansi sebesar 8,39 (60,35 -51,96 ) dari kecepatan 345 rpm, pada kecepatan 530 rpm penurunan impedansi sebesar 20,35 (51,96 -31,61 ) dari kecepatan 410 rpm, pada kecepatan 690 rpm penurunan impedansi sebesar 7,64 (31,61 -23,97 ) dari kecepatan 530 rpm, dan pada kecepatan 860 rpm penurunan impedansi sebesar 4 (23,97 -19,1 ) dari kecepatan 690 rpm. Hal ini menunjukkan proses penurunan nilai impedansi semakin kecil dibandingkan penurunan pada kecepatan sebelumnya. Pada kecepatan 410 rpm sampai 530 rpm terjadi penurunan nilai impedansi sangat besar dikarenakan penambahan kecepatan sebesar 120 rpm sedangkan pada kecepatan 345 rpm sampai 410 rpm

38 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan dapat di simpulkan bahwa :

1. Generator sinkron berbahan akrilik, didesain menggunakan coreldraw x5 telah berhasil dibuat, bentuk prisma segi delapan dengan 8 kumparan, delapan buah magnet dan 800 lilitan.

2. Dalam proses pengukuran rapat mendan magnetik B menggunakan 4 lampu menunjukan bahwa semakin banyak lampu yang digunakan adalah

8,3858x10-3, 6,2659x10-3, 4,4890x10-3, 3,3356x10-3 tesla. Nilai B pada generator sinkron tanpa menggunakan lampu adalah 20x10-3 tesla.

3. Dalam proses pengukuran, impedansi pada generator sinkron nilai impedansi dari generator sinkron pada kecepatan 345 rpm (60,35 ), kecepatan 410 rpm (51,96 ), kecepatan 530 rpm (31,61 ), kecepatan 690 rpm (23,97 ), kecepatan 860 rpm (19,1 ). Nilai impedansi menunjukkan bahwa dalam proses putaran impedansi mengalami penurunan setiap penambahan kecepatan putaran. Penurunan impedansi tersebut sesuai dengan persamaan (2.3).

B. Saran

Untuk penelitian lebih lanjut mengenai pengukuran impedansi pada generator sinkron atau melakukan penelitian sejenis dengan penelitian ini, penulis menyarankan untuk memperhatikan jenis tahanan, jenis kawat email,

jenis magnet dan rangka generator. Peneliti menggunakan lampu sebagai tahanan untuk penelitian lebih lanjut bisa menggunakan kapasitor.

40

DAFTAR PUSTAKA

Fitzgerald, A.E., dkk. 1985. Dasar-Dasar Elektroteknik (edisi 5 jilid 2). Jakarta: Erlangga.

Hariyotejo, P., dkk. 2009. Pengembangan Generator Mini dengan Menggunakan Magnet Permanen. Universitas Indonesia: Teknik Mesin Pasca Sarjanan. Hasibuan, Hanri.A.M dan Hasibuan, A.R. 2013. “Analisa Perbandingan Metode

Impedansi Sinkron, Amper Lilit Dan Segitiga Potier Dalam Menentukan Regulasi Tegangan Generator Sinkron Dengan Pembebanan Resistif, Induktif Dan Kapasitif”, DTE FT USU, VOL.1NO.3/Maret2013.

Kemmerly, J.E., dkk. 2005. Rangkaian Listrik (edisi ke 6 jilid 1). Jakarta: Erlangga.

Magcraft. 2007. Permanen Magnet Selection And Design Handbook: Advanced Magnetic Materials. U.S.A: National Imports LLC.

Prasetyadi, A. 2012. Generator Axsial Magnet Permannen ND-35. Universitas Sanata Dharma : SAINTEK.

Tipler, Paul A. 2001. Fisika untuk sains dan teknik (edisi 3 jilid 2). Jakarta : Erlangga.

Wildi, Theodore. 1981. Electrical machines, drives and power systems (sixth edition). Laval University: Pearson education internasional.

LAMPIRAN

I. Perhitungan Tahanan Total dan Kecepatan Anguler II. Perhitungan Rapat Medan Magnetik

III. Perhitungan Tegangan Reaktansi, Arus dan Impedansi IV. Hasil Pengukuran Generator Sinkron

Lampiran I

Perhitungan Tahanan Total dan Kecepatan Anguler Menentukan nilai tahanan total (ZL):

Keterangan Gradien/

(Ω) ZL (Ω)

Seng Lampu

tidak tidak 0 0

tidak 1 0,1579 6,33

Pakai tidak 0

Pakai 1 0,0157 63,69

Pakai 2 0,0493 20,28

Pakai 3 0,1033 9,68

Pakai 4 0,1517 6,59

Menentukan kecepatan anguler ( ):

No n (rpm)

1 125 13,08

2 205 21,45

3 250 26,16

4 345 36,11

5 410 42,91

6 530 55,47

7 690 72,22

8 860 90,01

s s

T

f

n

r

n

r

30 60

2 1 2

2











   

Mencari R pakai seng: Mencari R tidak pakai seng:

Lampiran II

Perhitungan Rapat Medan Magnetik Menentukan Nilai B :

No Tanpa Seng (gradien) Vs

B (T)

Lampu Pakai Seng (gradien) (Vs)

B (T)

1 0,0156 4,8631x10-3 0,0351 20x10-3 2 0,0097 3,0238x10-3 1 0,0269 8,3858x10-3

3 2 0,0201 6,2659x10-3

4 3 0,0144 4,4890x10-3

5 4 0,0107 3,3356x10-3

n =

= 0,0489 m x 2 x 100 x 8

=0,0978 m x 800

= 78,24 m

r = 0,041 m

C =

Tanpa mengunakan seng luar:

Menggunakan seng :

Lampiran III

Perhitungan Tegangan Reaktansi, Arus dan Impedansi A. Mentukan nilai Ex:

No N (rpm) E (Volt) E0 (volt) Ex

1 345

0,6 1 0,4

2 0,3 0,7

3 0,1 0,9

4 0,1 0,9

5 410

0,7 1,2 0,5

6 0,4 0,8

7 0,2 1

8 0,1 1,1

9 530

1,1 1,7 0,6

10 0,7 1

11 0,4 1,3

12 0,3 1,4

13 690

1,6 2,3 0,7

14 1,1 1,2

15 0,7 1,6

16 0,5 1,8

17 860

2,1 2,9 0,8

18 1,5 1,4

19 1,1 1,8

20 0,8 2,1

Persamaan yang digunakan:

Contoh perhitungan tegangan raktansi pada kecepatan 345 rpm :

= 1-0,6 = 0,4 = 1-0,3 = 0,7 = 1-0,1 = 0,9 = 1-0,1 = 0,9

B. Menentukan nilai arus melalui perhitungan:

No

n (rpm) E (volt) ZL ( )

I (Perhitungan) 1 345

0,6 63,69 0,009 2 0,3 20,28 0,014 3 0,1 9,68 0,0103 4 0,1 6,59 0,0151 5

410

0,7 63,69 0,0109 6 0,4 20,28 0,0197 7 0,2 9,68 0,0206 8 0,1 6,59 0,0151 9

530

1,1 63,69 0,0172 10 0,7 20,28 0,0345 11 0,4 9,68 0,0413 12 0,3 6,59 0,045 13

690

1,6 63,69 0,0251 14 1,1 20,28 0,0542 15 0,7 9,68 0,0723 16 0,5 6,59 0,0758 17

860

2,1 63,69 0,0329 18 1,5 20,28 0,0739 19 1,1 9,68 0,1136 20 0,8 6,59 0,1213

Persamaan yang digunakan:

Contoh perhitungan arus pada kecepatan 345 rpm :

=

= 0,009 A

=

= 0,014 A

=

= 0,0103 A

=

C. Menentukan nilai impedansi :

No n (rpm) I (A) Ex Zs 1

345

0,009 0,4 44,44

60,35 2 0,014 0,7 50

3 0,0103 0,9 87,37 4 0,0151 0,9 59,60 5

410

0,0109 0,5 45,87

51,96 6 0,0197 0,8 40,609

7 0,0206 1 48,54 8 0,0151 1,1 72,84 9

530

0,0172 0,6 34,88

31,61 10 0,0345 1 28,98

11 0,0413 1,3 31,47 12 0,045 1,4 31,11 13

690

0,0251 0,7 27,88

23,97 14 0,0542 1,2 22,14

15 0,0723 1,6 22,13 16 0,0758 1,8 23,74 17

860

0,0329 0,8 24,31

19,1 18 0,0739 1,4 18,94

19 0,1136 1,8 15,84 20 0,1213 2,1 17,31

Menggunakan persamaan:

Conroh perhitungan pada kecepatan 345 rpm : =44,44

=50

=87,37

Lampiran IV

Hasil Pengukuran Generator Sinkron Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 08:00-10:00

Keterangan : Tanpa Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,4 125 0 13,08 0

2 215 205 0,1 21,45 0

3 266,5 250 0,2 26,16 0

4 360 345 0,3 36,11 0

5 429,7 410 0,4 42,91 0

6 555,1 530 0,6 55,47 0

7 719,3 690 0.9 72,22 0

8 894,2 860 1,2 90,01 0

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 08:00-10:00

Keterangan : Tanpa Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,1 125 0 13,08 0 1

2 214,9 205 0 21,45 0 1

3 266,9 250 0 26,16 0 1

4 360,1 345 0,1 36,11 0 1

5 429,3 410 0,2 42,91 0 1

6 555,7 530 0,3 55,47 0 1

7 719,2 690 0,5 72,22 0,1 1

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 10:00-14:00

Keterangan : Pakai Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,7 125 0,2 13,08 0

2 214,6 205 0,5 21,45 0

3 266,5 250 0,7 26,16 0

4 359,7 345 1 36,11 0

5 428,7 410 1,2 42,91 0

6 554,9 530 1,7 55,47 0

7 717,3 690 2,3 72,22 0

8 892,5 860 2,9 90,01 0

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 10:00-14:00

Keterangan : Pakai Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,1 125 0,1 13,08 0 1

2 214,3 205 0,2 21,45 0 1

3 266,3 250 0,3 26,16 0 1

4 359,3 345 0,6 36,11 0 1

5 428,2 410 0,7 42,91 0 1

6 554,3 530 1,1 55,47 0,01 1

7 716,8 690 1,6 72,22 0,02 1

8 892,4 860 2,1 90,01 0,03 1

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 10:00-14:00

Keterangan : Pakai Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,3 125 0 13,08 0 2

2 213,7 205 0,1 21,45 0 2

3 266,2 250 0,1 26,16 0 2

4 358,8 345 0,3 36,11 0 2

5 428,2 410 0,4 42,91 0,01 2

6 554,6 530 0,7 55,47 0,02 2

7 718 690 1,1 72,22 0,05 2

8 852,3 860 1,5 90,01 0,07 2

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 10:00-14:00

Keterangan : Pakai Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,2 125 0 13,08 0 3

2 214,5 205 0 21,45 0 3

3 266,6 250 0,1 26,16 0 3

4 359,1 345 0,1 36,11 0,01 3

5 428,1 410 0,2 42,91 0,01 3

6 555 530 0,4 55,47 0,04 3

7 717,5 690 0,7 72,22 0,07 3

8 891,6 860 1,1 90,01 0,11 3

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 10:00-14:00

Keterangan : Pakai Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,2 125 0 13,08 0 4

2 214,1 205 0 21,45 0 4

3 266,1 250 0 26,16 0 4

4 358,8 345 0,1 36,11 0,01 4

5 427,8 410 0,1 42,91 0,02 4

6 553,8 530 0,3 55,47 0,04 4

7 716,8 690 0,5 72,22 0,08 4

8 890,6 860 0,8 90,01 0,12 4

Lampiran III

Perhitungan Tegangan Reaktansi, Arus dan Impedansi

A. Mentukan nilai Ex:

No N (rpm) E (Volt) E0 (volt) Ex

1 345

0,6 1 0,4

2 0,3 0,7

3 0,1 0,9

4 0,1 0,9

5 410

0,7 1,2 0,5

6 0,4 0,8

7 0,2 1

8 0,1 1,1

9 530

1,1 1,7 0,6

10 0,7 1

11 0,4 1,3

12 0,3 1,4

13 690

1,6 2,3 0,7

14 1,1 1,2

15 0,7 1,6

16 0,5 1,8

17 860

2,1 2,9 0,8

18 1,5 1,4

19 1,1 1,8

20 0,8 2,1

Persamaan yang digunakan:

Contoh perhitungan tegangan raktansi pada kecepatan 345 rpm :

= 1-0,6 = 0,4 = 1-0,3 = 0,7 = 1-0,1 = 0,9 = 1-0,1 = 0,9

B. Menentukan nilai arus melalui perhitungan:

No

n (rpm) E (volt) ZL ( )

I (Perhitungan) 1

345

0,6 63,69 0,009 2 0,3 20,28 0,014 3 0,1 9,68 0,0103 4 0,1 6,59 0,0151 5

410

0,7 63,69 0,0109 6 0,4 20,28 0,0197 7 0,2 9,68 0,0206 8 0,1 6,59 0,0151 9

530

1,1 63,69 0,0172 10 0,7 20,28 0,0345 11 0,4 9,68 0,0413 12 0,3 6,59 0,045 13

690

1,6 63,69 0,0251 14 1,1 20,28 0,0542 15 0,7 9,68 0,0723 16 0,5 6,59 0,0758 17

860

2,1 63,69 0,0329 18 1,5 20,28 0,0739 19 1,1 9,68 0,1136 20 0,8 6,59 0,1213

Persamaan yang digunakan:

Contoh perhitungan arus pada kecepatan 345 rpm :

=

= 0,009 A =

= 0,014 A =

= 0,0103 A =

C. Menentukan nilai impedansi :

No n (rpm) I (A) Ex Zs 1

345

0,009 0,4 44,44

60,35 2 0,014 0,7 50

3 0,0103 0,9 87,37 4 0,0151 0,9 59,60 5

410

0,0109 0,5 45,87

51,96 6 0,0197 0,8 40,609

7 0,0206 1 48,54 8 0,0151 1,1 72,84 9

530

0,0172 0,6 34,88

31,61 10 0,0345 1 28,98

11 0,0413 1,3 31,47 12 0,045 1,4 31,11 13

690

0,0251 0,7 27,88

23,97 14 0,0542 1,2 22,14

15 0,0723 1,6 22,13 16 0,0758 1,8 23,74 17

860

0,0329 0,8 24,31

19,1 18 0,0739 1,4 18,94

19 0,1136 1,8 15,84 20 0,1213 2,1 17,31

Menggunakan persamaan:

Conroh perhitungan pada kecepatan 345 rpm :

=44,44 =50 =87,37 =59,6

Lampiran IV

Hasil Pengukuran Generator Sinkron

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 08:00-10:00

Keterangan : Tanpa Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,4 125 0 13,08 0

2 215 205 0,1 21,45 0

3 266,5 250 0,2 26,16 0

4 360 345 0,3 36,11 0

5 429,7 410 0,4 42,91 0

6 555,1 530 0,6 55,47 0

7 719,3 690 0.9 72,22 0

8 894,2 860 1,2 90,01 0

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 08:00-10:00

Keterangan : Tanpa Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,1 125 0 13,08 0 1

2 214,9 205 0 21,45 0 1

3 266,9 250 0 26,16 0 1

4 360,1 345 0,1 36,11 0 1

5 429,3 410 0,2 42,91 0 1

6 555,7 530 0,3 55,47 0 1

7 719,2 690 0,5 72,22 0,1 1

Lembar Pengamatan Generator Sinkron

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 10:00-14:00

Keterangan : Pakai Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,7 125 0,2 13,08 0

2 214,6 205 0,5 21,45 0

3 266,5 250 0,7 26,16 0

4 359,7 345 1 36,11 0

5 428,7 410 1,2 42,91 0

6 554,9 530 1,7 55,47 0

7 717,3 690 2,3 72,22 0

8 892,5 860 2,9 90,01 0

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 10:00-14:00

Keterangan : Pakai Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,1 125 0,1 13,08 0 1

2 214,3 205 0,2 21,45 0 1

3 266,3 250 0,3 26,16 0 1

4 359,3 345 0,6 36,11 0 1

5 428,2 410 0,7 42,91 0 1

6 554,3 530 1,1 55,47 0,01 1

7 716,8 690 1,6 72,22 0,02 1

8 892,4 860 2,1 90,01 0,03 1

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 10:00-14:00

Keterangan : Pakai Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,3 125 0 13,08 0 2

2 213,7 205 0,1 21,45 0 2

3 266,2 250 0,1 26,16 0 2

4 358,8 345 0,3 36,11 0 2

5 428,2 410 0,4 42,91 0,01 2

6 554,6 530 0,7 55,47 0,02 2

7 718 690 1,1 72,22 0,05 2

8 852,3 860 1,5 90,01 0,07 2

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 10:00-14:00

Keterangan : Pakai Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,2 125 0 13,08 0 3

2 214,5 205 0 21,45 0 3

3 266,6 250 0,1 26,16 0 3

4 359,1 345 0,1 36,11 0,01 3

5 428,1 410 0,2 42,91 0,01 3

6 555 530 0,4 55,47 0,04 3

7 717,5 690 0,7 72,22 0,07 3

8 891,6 860 1,1 90,01 0,11 3

Pngambilan data : 22 April 2015 Waktu : 10:00-14:00

Keterangan : Pakai Seng Tempat :

No (rpm) V (Volt) I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,2 125 0 13,08 0 4

2 214,1 205 0 21,45 0 4

3 266,1 250 0 26,16 0 4

4 358,8 345 0,1 36,11 0,01 4

5 427,8 410 0,1 42,91 0,02 4

6 553,8 530 0,3 55,47 0,04 4

7 716,8 690 0,5 72,22 0,08 4

8 890,6 860 0,8 90,01 0,12 4