Analisis Pengaruh Beban Terhadap Karakteristik dan Efisiensi Generator Arus Searah Penguatan Kompon Kumulatif dan Kompon Diferensial (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

(1)

ANALISIS PENGA

GARUH BEBAN TERHADAP KARAKTER NERATOR ARUS SEARAH PENGUATAN MULATIF DAN KOMPON DIFERENSIAL ada Laboratorium Konversi Energi Listrik F

uk memenuhi salah satu persyaratan dalam men a (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub J

(2)

(3)

1. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing dan mengarahkan penulis baik semasa kuliah maupun saat proses penulisan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Ketua Departemen Teknik

Elektro FT-USU, dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.

3. Om Isroi Tanjung, ST (Om Roy) selaku Pegawai di Lab. Konversi Energi Listrik FT-USU yang banyak membantu penulis selama proses pengambilan data.

4. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

5. Leily Handayani Utama, seorang teman, sahabat dan penyemangat yang luar biasa. Terima kasih atas dukungan dan doanya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

(4)

iii 7. Senior–seniorku yang baik hatinya (Bang Azhari, Bang Habibi, Bang Azir, Bang Kukuh, Bang Indra) yang telah bersedia berbagi pengalaman kepada penulis selama masa perkuliahan.

8. Adik–adik junior (Rimbo, Endra, Yoga, Angga, Rais, Aspar, dan lain-lain) yang selalu siap sedia menolong penulis kapanpun dibutuhkan.

9. Asisten Lab. Konversi Energi Listrik FT-USU (Djaka, Diky, Dhuha, Bembeng) yang secara ikhlas membantu penulis selama proses pengambilan data.

10. Bg Arief (makasih buat printernya) dan semua sepupuku yang telah berpartisipasi mengkritik dan membantu penyelesaian tugas akhir ini.

11. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung selama menjalani masa perkuliahan di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyemepurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis pribadi dan juga semua pihak yang membutuhkannya.

Medan, Juni 2014 Penulis

Syahrizal Lubis

(5)

ABSTRAK

Salah satu jenis generator DC yang cukup banyak digunakan adalah generator DC kompon panjang dan generator DC kompon pendek. Berdasarkan sifat penguatnya terhadap jangkar generator kompon dibagi menjadi dua yaitu generator DC kompon diferensial dan generator DC kompon kumulatif.

Pada karakteristik berbeban sebuah generator DC menunjukkan bagaimana hubungan antara tegangan terminal Vt dan arus medan If ketika generator

dibebani. Pada generator DC penguatan kompon, peningkatan beban pada generator akan meningkatkan arus beban (IL) yang secara langsung akan berakibat

meningkat pula arus jangkar (Ia). Peningkatan arus jangkar akan berakibat

meningkatnya jatuh tegangan ( Ia.(Ra +Rse) ) dan arus medan (If) pada mesin ikut

turun. Oleh karena itu tegangan terminal generator (Vt) dan efisiensi pada

generator juga akan turun.

(6)

v DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR... i

ABSTRAK... iv

DAFTAR ISI... v

DAFTAR GAMBAR... viii

DAFTAR TABEL... xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penulisan... 2

1.4 Manfaat Penulisan ... 2

1.5 Batasan Masalah... 3

1.6 Metode Penulisan ... 3

1.7 Sistematika Penulisan... 4

BAB II DASAR TEORI 2.1 Umum... 6

2.2 Konstruksi Generator Arus Searah... 6

2.3 Prinsip Kerja Generator Arus Searah ... 13

2.4 Prinsip Penyearah... 16

2.5 Reaksi Jangkar ... 19

2.6 Jenis-Jenis Generator Arus Searah... 22

2.6.1 Generator Arus Searah Berpenguatan Bebas ... 23

2.6.2 Generator Arus Searah Berpenguatan Sendiri ... 23

(7)

2.6.2.1 Generator Arus Searah Penguatan Shunt... 24

2.6.2.2 Generator Arus Searah Penguatan Seri ... 24

2.6.2.3 Generator Arus Searah Penguatan Kompon ... 25

2.6.2.3.1 Generator Arus Searah Penguatan Kompon Panjang Kumulatif... 25

2.6.2.3.2 Generator Arus Searah Penguatan Kompon Pendek Kumulatif... 26

2.6.2.3.3 Generator Arus Searah Penguatan Kompon Panjang Diferensial ... 26

2.6.2.3.4 Generator Arus Searah Penguatan Kompon Pendek Diferensial ... 27

2.7 Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Kompon ... 27

2.8 Efisiensi Generator Arus Searah ... 28

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 30

3.2 Metode Pengumpulan Data ... 30

3.3 Langkah-Langkah Penelitian ... 31

3.4 Analisa Data ... 32

3.5 Peralatan Yang Digunakan... 32

3.6 Rangkaian Pengujian... 33

(8)

vii 3.6.3 Rangkaian Pengujian Generator DC Penguatan Kompon

Panjang Diferensial... 34

3.6.4 Rangkaian Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Pendek Diferensial ... 35

3.7 Prosedur Pengujian ... 35

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum... 37

4.2 Hasil Penelitian ... 37

4.3 Analisa Data ... 42

4.4 Grafik Pengujian ... 58

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 63

5.2 Saran... 64 DAFTAR PUSTAKA

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konstruksi generator arus searah ... 7

Gambar 2.2 Rangka generator arus searah... 8

Gambar 2.3 Konstruksi kutub dan penempatannya ... 9

Gambar 2.4 Konstruksi sikat... 9

Gambar 2.5 Konstruksi komutator... 10

Gambar 2.6 Konstruksi jangkar generator arus searah ... 11

Gambar 2.7 Bentuk umum belitan jangkar ... 11

Gambar 2.8 Kumparan progresif dan kumparan retrogresif ... 13

Gambar 2.9 Suatu penghantar yang diputar dalam medan magnet... 14

Gambar 2.10 Bentuk gelombang yang dihasilkan ... 14

Gambar 2.11 Suatu penghantar yang ditembus fluksi ... 17

Gambar 2.12 Ilustrasi proses penyearahan ... 18

Gambar 2.13 Bentuk gelombang tegangan hasil dari prose penyearahan ... 19

Gambar 2.14 Proses terjadinya reaksi jangkar... 20

Gambar 2.15 Proses pergeseran bidang netral ... 21

Gambar 2.16 Kurva pemagnetan ketika terjadi reaksi jangkar ... 22

Gambar 2.17Rangkaian generator DC penguatan bebas ... 23

Gambar 2.18Rangkaian generator DC shunt ... 24

Gambar 2.19 Rangkaian generator DC seri ... 25

(10)

ix Gambar 2.23Rangkaian generator DC kompon pendek diferensial ... 27 Gambar 2.24 Karakteristik berbeban generator kompon secara teoritis ... 28 Gambar 2.25Diagram aliran daya generator DC ... 28 Gambar 3.1 Rangkaian pengujian generator DC penguatan kompon panjang kumulatif ... 32 Gambar 3.2 Rangkaian pengujian generator DC penguatan kompon pendek kumulatif ... 33 Gambar 3.3 Rangkaian pengujian generator DC penguatan kompon panjang diferensial ... 33 Gambar 3.4 Rangkaian pengujian generator DC penguatan kompon pendek diferensial ... 34 Gambar 4.1 Grafik arus medan dan tegangan terminal generator DC penguatan kompon panjang kumulatif ... 57 Gambar 4.2 Grafik arus medan dan tegangan terminal generator DC penguatan kompon pendek kumulatif... 57 Gambar 4.3 Grafik arus medan dan tegangan terminal generator DC penguatan kompon panjang diferensial ... 58 Gambar 4.4 Grafik arus medan dan tegangan terminal generator DC penguatan kompon pendek diferensial ... 59 Gambar 4.5 Grafik arus medan dan efisiensi generator DC penguatan kompon panjang kumulatif... 59 Gambar 4.6 Grafik arus medan dan efisiensi generator DC penguatan kompon pendek kumulatif... 60

(11)

(12)

xi DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil pengujian generator arus searah penguatan kompon panjang kumulatif ... 37 Tabel 4.2 Data hasil pengujian generator arus searah penguatan kompon pendek kumulatif ... 38 Tabel 4.3 Data hasil pengujian generator arus serah penguatan kompon panjang diferensial ... 39 Tabel 4.4 Data hasil pengujian generator arus searah penguatan kompon pendek diferensial ... 40 Tabel 4.5 Data hasil analisa pengujian generator arus searah penguatan kompon panajang kumulatif... 44 Tabel 4.6 Data hasil analisa pengujian generator arus searah penguatan kompon pendek kumulatif... 48 Tabel 4.7 Data hasil analisa pengujian generator arus searah penguatan kompon panjang diferensial ... 52 Tabel 4.8 Data hasil analisa pengujian generator arus searah penguatan kompon pendek diferensial ... 56

(13)

ABSTRAK

Salah satu jenis generator DC yang cukup banyak digunakan adalah generator DC kompon panjang dan generator DC kompon pendek. Berdasarkan sifat penguatnya terhadap jangkar generator kompon dibagi menjadi dua yaitu generator DC kompon diferensial dan generator DC kompon kumulatif.

dibebani. Pada generator DC penguatan kompon, peningkatan beban pada generator akan meningkatkan arus beban (IL) yang secara langsung akan berakibat

meningkatnya jatuh tegangan ( Ia.(Ra +Rse) ) dan arus medan (If) pada mesin ikut

turun. Oleh karena itu tegangan terminal generator (Vt) dan efisiensi pada

generator juga akan turun.

(14)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Generator DC merupakan mesin DC yang digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Secara umum generator DC adalah tidak berbeda dengan motor DC kecuali pada arah aliran daya. Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator arus searah (DC) dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu generator berpenguatan bebas dan generator berpenguatan sendiri.

Generator penguatan sendiri terdiri atas generator penguatan shunt, generator penguatan seri, dan generator penguatan kompon. Generator kompon merupakan gabungan dari generator penguatan seri dan generator penguatan shunt sehingga memiliki sifat dari generator seri ataupun shunt tergantung yang mana yang lebih kuat medannya. Generator DC penguatan kompon merupakan jenis generator DC yang lebih luas pemakaiannya dibandingkan jenis generator yang lain dan lebih efisien.

dibebani. Pada generator DC penguatan kompon peningkatan beban pada generator akan meningkatnya arus beban (IL) yang secara langsung akan berakibat

meningkatnya jatuh tegangan ( Ia. (Ra+Rse) ) dan arus medan (If) pada mesin ikut

turun. Oleh karena itu tegangan terminal generator (Vt) juga akan berkurang.

(15)

Dengan demikian, perlu dilakukan pengujian generator DC penguatan kompon berupa analisis data–data yang di ambil dari laboratorium. Pengujian ini dilakukan untuk membandingkan pengaruh beban terhadap karakteristik dan efisiensi generator DC tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan permasalahan dalam Tugas Akhir ini yaitu bagaimana pengaruh beban terhadap karakteristik dan efisiensi generator DC tersebut.

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh perubahan beban terhadap karakteristik dan efisiensi generator DC penguatan kompon kumulatif dan kompon diferensial.

1.4 Manfaat Penulisan

(16)

3 1.5 Batasan Masalah

Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada tugas akhir ini, maka penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini diperbuat supaya isi dan pembahasan dari tugas akhir ini menjadi lebih terarah dan dapat mencapai hasil yang diharapkan. Adapun batasan masalah pada penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Jenis generator yang digunakan dalam percobaan ini adalah generator DC penguatan kompon kumulatif dan kompon diferensial.

2. Tidak membahas motor arus searah (DC).

3. Beban yang digunakan hanya berupa beban resistif. 4. Hanya membahas karakteristik berbeban.

5. Tidak membahas karakteristik beban nol, karakteristik luar, karakteristik hubung singkat dan karakteristik pengaturan dari generator DC.

6. Tidak memperhitungkan rugi-rugi dan torsi.

7. Spesifikasi generator DC yang digunakan untuk percobaan adalah generator DC pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU.

1.6 Metode Penulisan

Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi diantaranya :

1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang

(17)

dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain.

2. Studi lapangan yaitu dengan melaksanakan percobaan di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU.

3. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak departemen Teknik Elektro USU, dengan dosen-dosen bidang Konversi Energi Listrik, asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik dan teman-teman sesama mahasiswa.

1.7 Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode dan sistematika penulisan.

BAB II DASAR TEORI

(18)

5 BAB III METODE PENELITIAN

Bab ini membahas tentang cara yang harus ditempuh dalam kegiatan penelitian agar pengetahuan yang akan dicapai dari suatu penelitian dapat memenuhi harga ilmiah.

BAB IV ANALISA PENGARUH BEBAN TERHADAP

KARAKTERISTIK DAN EFISIENSI GENERATOR DC PENGUATAN KOMPON KUMULATIF DAN KOMPON DIFERENSIAL

Bab ini membahas tentang pengaruh beban terhadap karakteristik dan efisiensi generator DC penguatan kompon kumulatif dan kompon diferensial yaitu dengan melaksanakan percobaan pada generator DC di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini membahas tentang hal-hal yang dianggap penting didalam tulisan yang dirangkum sebagai kesimpulan dan saran dari hasil analisa data-data yang telah diperoleh.

(19)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Umum

Generator arus searah mempunyai komponen dasar yang hampir sama dengan komponen mesin-mesin lainnya. Secara garis besar generator arus searah adalah alat konversi energi mekanis berupa putaran menjadi energi listrik arus searah. Energi mekanik dipergunakan untuk memutar kumparan kawat penghantar didalam medan magnet. Berdasarkan hukum Faraday, maka pada kawat penghantar akan timbul GGL induksi yang besarnya sebanding dengan laju perubahan fluksi yang dilingkupi oleh kawat penghantar. Bila kumparan kawat tersebut merupakan rangkaian tertutup, maka akan timbul arus induksi. Yang membedakannya dengan generator lain yaitu terletak pada komponen penyearah yang terdapat didalamnya yang disebut komutator dan sikat.

2.2 Konstruksi Generator Arus Searah

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

Dimana : C = jumlah belitan pada rotor atau segmen komutator pada rotor N = jumlah lilitan setiap belitan

Normalnya bentangan belitan 1800listrik, yang berarti ketika sisi belitan yang satu berada di tengah suatu kutub, sisi lainnya berada di tengah kutub yang berbeda polaritasnya. Sedangkan secara fisik kutub yang ada tidak saling terletak 1800mekanis. Adapun untuk menentukan hubungan sudut dalam derajat mekanis dan derajat listrik, dapat digunakan formula berikut :

θlistrik= θmekanis………..(6.8)

Di mana : θlistrik = sudut dalam derajat listrik P = jumlah kutub

θmekanis = sudut dalam derajat mekanis

Belitan yang membentang 1800 listrik memiliki tegangan yang sama antar sisi-sisinya dan berlawanan arah setiap waktu. Belitan ini disebut sebagai kumparan kisar penuh (full-pitch coil).

Sedangkan belitan yang bentangannya kurang dari kisaran kutubnya (1800 listrik) disebut sebagai belitan kisar fraksi (fractional-pitch coil) atau kumparan tali busur (chorded winding).

Adapun hubungan antara kumparan dengan segmen komutatornya terbagi atas 2 macam :

(26)

(27)

(28)

15

Posisi 2 : fluksi yang menembus belitan minimum tapi perubahan fluksi adalah maksimum akibatnya EMF tidak terinduksi juga maksimum.

Untuk posisi putaran berikutnya sama dengan posisi di atas yaitu untuk posisi I EMF induksi maksimum, posisi F maksimum. Apabila terminal-terminal dari generator dihubungkan ke beban maka akan terbentuk atau mengalir arus. Karena tegangan induksi adalah bolak-balik maka arus induksinya juga bolak-balik. Tegangan bolak-balik inilah yang akan disearahkan dengan komutator yang akan diuraikan berikutnya. Persamaan tegangan bolak-balik yang dihasilkan dalam hal ini dapat diturunkan dari hukum Faraday, yaitu :

e = ………..……… (6.1) Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa fluksi yang dihasilkan adalah fluksi yang berubah terhadap waktu dan berbentuk sinusoidal, maka persamaan fluks dalam rangkaian kumparan adalah :

Φ = Φm cos ωt……….. ………(6.2)

dΦ = Φm sin ωt dt

Maka Persamaan (6.1) di atas dapat diturunkan menjadi :

=

e = N ω Φm Sin ωt……….(6.3)

Tegangan induksi akan mencapai maksimum pada saatwt = rad, maka tegangan

induksi maksimum :

Emax= NΦm ω………...(6.4)

Persamaan (6.3) di atas dapat ditulis menjadi :

e = EmaxSin ωt………(6.5)

(29)

Untuk harga efektif dari tegangan yang dihasilkan adalah :

=

2 = 2

= 2 2

Eeff =4,44 N Φ f(volt)………...………(6.6)

Emf yang dihasilkan berupa siklus sinusoidal tegangan bolak-balik. Dengan cincin komutasi yang segmen-segmennya terhubung dengan ujung konduktor jangkar, menyebabkan perubahan pada tegangan keluarannya menjadi tegangan yang searah. Proses ini dinamakan proseskomutasi.

2.4 Prinsip Penyearah

(30)

17

Gambar 2.11Suatu penghantar yang ditembus fluksi

Jika kumparan ABCD berputar, maka sikat-sikat akan bergesekan dengan komutator-komutator secara bergantian. Peristiwa bergesekan / perpindahan sikat-sikat dari satu komutator ke komutator berikutnya disebut komutasi. Peristiwa komutasi inilah yang menyebabkan terjadinya penyearahan yang prinsipnya adalah sebagai berikut :

1. Mula-mula sisi AB berada pada kedudukan 0 dan posisi CD berada pada kedudukan yang berlawanan yaitu 6. Pada saat itu tentu saja pada sisi AB dan CD tidak berbentuk GGL. Pada saat ini pula sikat-sikat berhubungan dengan bagian isolator kedua komutator. Ini berarti sikat-sikat berpotensial nol.

2. Kumparan berputar terus, sekarang sisi AB bergerak di daerah utara (dari kedudukan 0 menuju 3) dan sisi CD bergerak di daerah selatan. Sesuai dengan hukum tangan kanan maka GGL yang terbentuk pada sisi AB arahnya menjauhi kita, sedangkan pada sisi CD terbentuk GGL yang arahnya mendekati kita. Jika arus listrik di dalam sumber mengalir dari negatif (-) ke positif (+), maka pada saat itu komutator I dan sikat E berpotensial negatif, sedangkan komutator II dan sikat F berpotensial positif.

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

mana ggm rotor mengeleminir ggm kutub, terdapat penurunan kerapatan fluks (Δ Φt) yang lebih besar, sehingga penjumlahan rata-rata kerapatan fluks yang terjadi adalah kerapatan fluks kutub yang semakin berkurang.

Kurva Kemagnetan

k garis gaya magnet kutub j garis gaya magnet jangkar

∆Φn penguatan fluks

∆Φt pelemahan fluks

∆Φn

Gambar 2.16Kurva pemagnetan ketika terjadi reaksi jangkar

(36)

(37)

(38)

(39)

IA = IL+ IF ………..….(6.18)

VT= EA–IA( RA+ RS)………....…… ...(6.19)

IF = ……….…(6.20)

2.6.2.3.2. Generator DC kompon pendek kumulatif

Gambar 2.21Rangkaian generator DC kompon pendek kumulatif

IA = IL+ IF………(6.21)

VT= EA–( IARA+ ILRS)………..(6.22)

IF = ...………...(6.23)

(40)

27

IA = IL+ IF ………..….(6.24)

VT= EA–IA( RA+ RS)………....…… ...(6.25)

IF = ……….…(6.26)

2.6.2.3.4. Generator DC kompon pendek diferensial

Gambar 2.23Rangkaian generator DC kompon pendek diferensial

IA = IL+ IF………(6.27)

VT= EA–( IARA+ ILRS)………..(6.28)

IF = ...………...(6.29)

2.7 Karakterisktik Berbeban Generator DC Penguatan Kompon

Karakteristik berbeban sebuah generator DC kompon menunjukkan bagaimana hubungan antara tegangan terminal Vt dan arus medan If ketika

generator dibebani. Bentuk karakteristik berbeban generator DC kompon adalah mirip karakteristik generator DC shunt, tetapi letaknya agak lebih tinggi karena generator ini mempunyai lilitan penguat magnet seri.

(41)

(42)

29

Pada mesin dc (generator dan motor), ada tiga jenis efisiensi yang diperhitungkan, antara lain :

1. Efisiensi Mekanik

=

……...(6.30)

2. Efisiensi Elektrik

=

...(6.31)

3. Efisiensi Komersial Keseluruhan

=

...(6.32)

=

...(6.33)

Dimana : Pout= VT . IL……….(6.34)

(43)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Pengambilan data dalam penelitian tugas Akhir ini dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU, pada tanggal 21 Februari 2014 pukul 15.00 s/d 18.00 WIB.

3.2 Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data dalam suatu penelitian akan sangat menentukan keberhasilan penelitian, oleh karena itu perlu direncanakan dengan tepat dalam memilih metode untuk pengumpulan data. Sedangkan metode-metode tersebut adalah sebagai berikut :

1. Metode Dokumentasi

Yang dimaksud metode dokumentasi adalah cara memperoleh data melalui hal-hal atau variabel yang berupa catatan, transkrip, buku, surat kabar, majalah dan lain-lain. Adapun dokumentasi yang akan peneliti gunakan adalah data-data yang berhubungan dengan arus, dan tegangan.

2. Metode Observasi

(44)

31

3.3 Langkah- Langkah Penelitian

Langkah-langkah penelitian yang ditempuh dalam penelitian ini meliputi :

1. Tahap Persiapan

Tujuan dari tahap persiapan penelitian adalah untuk mengkoordinasikan agar saat penelitian dapat berjalan dengan lancar. Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut :

a) Mempersiapkan alat dan bahan untuk penelitian, semua alat dan bahan yang akan

digunakan harus dipersiapkan terlebih dahulu.

b) Mengkondisikan obyek penelitian.

Obyek penelitian yang dimaksudkan disini adalah Generator DC kompon, karakteristik dan efisiensi. Adapun langkah mengkondisikan obyek penelitian ini meliputi:

1) Memastikan bahwa generator DC kompon dapat beroperasi dan melihat

pengaruh beban terhadap karakteristik dan efisiensi.

2) Memeriksa Power Supply dan Multimeter apakah sudah disetting dengan

benar.

c) Mengkondisikan alat ukur.

Alat ukur sebagai alat pengambil data harus memiliki validitas yang baik. Untuk mendapatkan validitas yang baik alat ukur harus disetting sesuai dengan keadaan seperti skala operasi.

2. Tahap Pengambilan Data

Tujuan dari tahap ini untuk memperoleh data penelitian yang meliputi tegangan dan arus medan.

(45)

3.4 Analisa Data

Analisa data merupakan bagian penting dalam penelitian, karena dengan analisis data yang diperoleh mampu memberikan arti dan makna untuk memecahkan masalah dan mengambil kesimpulan penelitian. Dalam penelitian ini teknik analisis data yang digunakan adalah analisis matematis untuk mendapatkan hasil penelitian. Analisis ini adalah mengadakan perhitungan-perhitungan berdasarkan rumus yang berlaku di dalam perhitungan karakteristik dan efisiensi generator.

Persamaan umum generator arus searah penguatan kompon:

= ( + )

=

Untuk menghitung efisiensi digunakan rumus sebagai berikut :

= 100%

= .

3.5 Peralatan Yang Digunakan

(46)

33

2. Motor DC (sebagai prime mover) Type GD 110/140, 220 V / 9,1 A (Armature), 220 V / 0,64 A (Field), 2 kW / 1500 rpm.

3. PTDC.

4. Digital LCR Multimeter TES 2712. 5. Feedback Power Suplay PS 189. 6. Feedback Tacho Meter.

7. Kabel.

3.6 Rangkaian Pengujian

Rangkaian Pengujian dari tugas akhir ini adalah :

3.6.1 Rangkaian Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Panjang Kumulatif



Gambar 3.1 Rangkaian Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Panjang Kumulatif

(47)

3.6.2 Rangkaian Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Pendek Kumulatif



Gambar 3.2 Rangkaian Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Pendek Kumulatif

3.6.3 Rangkaian Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Panjang Diferensial

(48)

35

3.6.4 Rangkaian Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Pendek Diferensial



Gambar 3.4 Rangkaian Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Pendek Diferensial

3.7 Prosedur Pengujian

1. Rangkaian dibuat seperti gambar diatas.

2. Semua pengatur tegangan pada posisi minimum dan tutup S2 sampai arus medan motor nominal. Kemudian tutp S1, naikkan tegangan input motor sampai tegangan motor nominal.

3. Atur beban pada posisi maksimum dan naikkan tegangan terminal generator sampai mendekati nominal.

4. Naikkan arus beban pada harga tertentu dibawah harga nominal. 5. Atur PTDC 1 untuk mendapatkan putaran yang konstan.

6. Catat penunjukan V2, A3, dan A4pada keadaan diatas.

(49)

7. Tutunkan arus medan secara bertahap dan atur tahanan bebab supaya arus jangkar konstan. Untuk setiap penurunan cata penunjukan V2, A3, dan A4

juga putaran dijaga konstan dengan mengatur PTDC 1

8. Percobaan dilakukan sampai batas dimana Iamasih dapat dijaga konstan.

(50)

37

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

Karakteristik berbeban dari sebuah generator menunjukkan hubungan antara tegangan terminal dengan arus medan, untuk putaran dan arus jangkar yang konstan. Generator dijalankan dengan kecepatan nominal dan arus medan diatur hingga diperoleh arus jangkar mencapai harga nominal. Tujuan dilakukannya pengujian karakteristik pada Tugas Akhir ini untuk menentukan hubungan antara tegangan terminal dengan arus penguat bila arus jangkar dan putaran konstan. Dari persamaan tegangan diperoleh hubungan antara tegangan terminal dengan arus medan sebagai berikut :

Ea= Vt+ (IaRa+ILRs)

Kemudian mengitung efisiensi dari generator tanpa memperhitungkan rugi-rugi dan torsi.

= 100%

= .

4.2 Hasil Penelitian

Penelitian pada tanggal 21 Februari 2014 di Laboratorium Konversi Energi Listrik, diperoleh data pengujian sebagai berikut :

(51)

Tabel 4.1Hasil Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Panjang Kumulatif

n = 1500 rpm I = 5,0 A R = 3,8 Ώ R = 0,6 Ώ R = 1,25 KΏ

(amp) (volt) (amp) (ohm)

0.17 122 4.83 30.0

0.16 118 4.84 27.9

0.15 116 4.85 25.4

0.14 113 4.86 24.2

0.13 104 4.87 20.6

0.12 102 4.88 19.7

(52)

39

Tabel 4.2Hasil Pengujian Genrator DC Penguatan Kompon Pendek Kumulatif

n = 1500 rpm I = 5,0 A R = 3,8 Ώ R = 0,6 Ώ R = 1,25 KΏ

(amp) (volt) (amp) (ohm)

0.17 124 4.83 31.0

0.16 120 4.84 28.7

0.15 117 4.85 25.9

0.14 113 4.86 24.3

0.13 106 4.87 21.4

0.12 103 4.88 20.2

(53)

Tabel 4.3Hasil Pengujian Genrator DC Penguatan Kompon Panjang Diferensial

n = 1500 rpm I = 5,0 A R = 3,8 Ώ R = 0,6 Ώ R = 1,25 KΏ

(amp) (volt) (amp) (ohm)

0.17 155 4.83 32.3

0.16 149 4.84 30.7

0.15 145 4.85 28.8

0.14 140 4.86 27.0

0.13 127 4.87 25.6

0.12 124 4.88 24.8

0.11 115 4.89 23.7

(54)

41

Tabel 4.4Hasil Pengujian Genrator DC Penguatan Kompon Pendek Diferensial

n = 1500 rpm I = 5,0 A R = 3,8 Ώ R = 0,6 Ώ R = 1,25 KΏ

(amp) (volt) (amp) (ohm)

0.17 157 4.83 33.4

0.16 151 4.84 31.2

0.15 147 4.85 29.4

0.14 140 4.86 27.2

0.13 129 4.87 26.5

0.12 125 4.88 26.0

0.11 118 4.89 25.1

0.10 106 4.9 24.2

0.09 101 4.91 23.4

(55)

4.3 Analisa Data

Berdasarkan data-data yang diperoleh dari hasil pengujian, maka dilakukan perhitungan untuk mendapatkan efisiensi generator arus searah penguatan kompon kumulatif dan kompon diferensial.

a. Untuk Generator DC Penguatan Kompon Panjang Kumulatif

(56)

(57)

(58)

45

Dengan melakukan perhitungan seperti di atas pada berbagai besar tegangan, maka akan diperoleh nilai Ea, Pin, Poutdan efisiensi lainnya seperti pada

tabel 4.5.

Tabel 4.5 Data Hasil Analisa Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Panjang Kumulatif

(amp) (volt) (amp) (ohm) (volt) (watt) (watt) η (%)

0.17 122 4.83 30.0 143.898 589.26 719.49 81.899

0.16 118 4.84 27.9 139.904 571.12 699.52 81.644

0.15 116 4.85 25.4 137.91 562.6 689.55 81.589

0.14 113 4.86 24.2 134.916 549.18 674.58 81.410

0.13 104 4.87 20.6 125,922 506.48 629.61 80.443

0.12 102 4.88 19.7 123.928 497.76 619.64 80.330

0.11 97 4.89 18.2 118.934 474.33 594.67 79.763

0.10 87 4.9 16.8 108.94 426.3 544.7 78.263

0.09 84 4.91 16.0 105.946 412.44 529.73 77.858

0.08 78 4.92 14.4 99.952 383.76 499.76 76.788

0.07 64 4.93 11.3 85.958 315.52 429.79 73.412

0.06 `57 4.94 9.6 _78.964 281.58 394.82 71.318

0.05 43 4.95 7.9 _64.97 212.85 324.85 65.522

0.04 32 4.96 6.8 _53.976 158.72 269.88 58.811

0.03 24 4.97 5.0 _45.982 119.28 229.91 51.881

0.02 15 4.98 3.7 _36.988 74.7 184.94 40.391

0.01 9 4.99 2.9 _30.994 44.91 154.97 28.979

(59)

(60)

(61)

η =81,700 %

4. Arus medan (I) = 0.14 A, Tegangan terminal (V) = 113 Volt

P = Vtx IL P = 113 x 4,86

P = 549,18 watt

Ea= Vt+ (IaRa+ ILRs)

= 113 + (5 x 3,8 + 4,86 x 0,6) = 134,916 Volt

P = Eax Ia P = 134,916 x 5

P = 674,58 watt

η =P

P x 100 %

η = V I

E I x 100 %

η =549,18

674,58 x 100 %

(62)

49

tabel 4.6.

Tabel 4.6 Data Hasil Analisa Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Pendek Kumulatif

0.17 124 4.83 31.0 145.898 598.92 729.49 82.101

0.16 120 4.84 28.7 141.904 580.8 709.52 81.858

0.15 117 4.85 25.9 138.91 567.45 694.55 81.700

0.14 113 4.86 24.3 134.916 549.18 674.58 81.410

0.13 106 4.87 21.4 127.922 516.22 639.61 80.708

0.12 103 4.88 20.2 124.928 502.64 624.64 80.473

0.11 99 4.89 19.5 120.934 484.11 604.67 80.061

0.10 89 4.9 17.8 110.94 436.1 554.7 78.619

0.09 86 4.91 16.4 107.946 422.26 539.73 78.235

0.08 78 4.92 14.6 99.952 383.76 499.76 76.788

0.07 66 4.93 11.8 87.958 325.38 439.79 73.985

0.06 58 4.94 10.3 _79.904 286.52 399.52 71.716

0.05 45 4.95 8.4 _66.97 222.75 334.85 66.522

0.04 35 4.96 7.6 _56.976 173.6 284.88 60.937

0.03 27 4.97 5.5 _48.982 134.19 244.91 54.791

0.02 18 4.98 4.1 _39.988 89.64 199.94 44.833

0.01 10 4.99 3.3 _31.994 49.9 159.97 31.193

(63)

(64)

(65)

η =84,266 %

P = Vtx IL P = 140 x 4,86

P = 680,4 watt

= 140 + (5 x 3,8 + 4,86 x 0,6) = 161,916 Volt

P = Eax Ia P = 161,916 x 5

P = 809,58 watt

η =P

P x 100 %

η = V I

E I x 100 %

η = 680,4

809,58 x 100 %

(66)

53

tabel 4.7.

Tabel 4.7 Data Hasil Analisa Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Panjang Diferensial

(amp) (volt) (amp) (ohm) (volt) (watt) (watt) η(%)

0.17 155 4.83 32.3 176.898 748.65 884.49 84.641

0.16 149 4.84 30.7 170.904 721.16 854.52 84.393

0.15 145 4.85 28.8 166.91 703.25 834.55 84.266

0.14 140 4.86 27.0 161.916 680.4 809.58 84.043

0.13 127 4.87 25.6 148.922 618.49 744.61 83.062

0.12 124 4.88 24.8 145.928 605.12 729.64 82.934

0.11 115 4.89 23.7 136.934 562.35 684.67 82.134

0.10 104 4.9 22.5 125.94 509.6 629.7 80.927

0.09 96 4.91 20.7 117.946 471.36 589.73 79.928

0.08 84 4.92 19.4 105.952 413.28 529.76 78.012

0.07 77 4.93 18.3 98.958 379.61 494.79 76.721

0.06 61 4.94 15.8 _82.964 301.34 414.82 72.643

0.05 49 4.95 13.5 _70.97 242.55 354.85 68.352

0.04 37 4.96 10.6 _58.976 183.52 294.88 62.235

0.03 26 4.97 8.7 _47.982 129.22 239.91 53.861

0.02 15 4.98 6.3 _36.988 74.7 184.94 40.391

0.01 10 4.99 4.8 31.994 49.9 159.97 31.193

(67)

(68)

(69)

η =84,417 %

P = Vtx IL P = 140 x 4,86

P = 680,4 watt

= 140 + (5 x 3,8 + 4,86 x 0,6) = 161,916 Volt

P = Eax Ia P = 161,916 x 5

P = 809,58 watt

η =P

P x 100 %

η = V I

E I x 100 %

η = 680,4

809,58 x 100 %

(70)

57

tabel 4.8.

Tabel 4.8 Data Hasil Analisa Pengujian Generator DC Penguatan Kompon Pendek Diferensial

0.17 157 4.83 33.4 178.898 758.31 894.49 84.775

0.16 151 4.84 31.2 172.904 730.84 864.52 84.537

0.15 147 4.85 29.4 168.91 712.95 844.55 84.417

0.14 140 4.86 27.2 161.916 680.4 809.58 84.043

0.13 129 4.87 26.5 150.922 628.23 754.61 83.252

0.12 125 4.88 26.0 146.928 610 734.64 83.033

0.11 118 4.89 25.1 139.934 577.02 699.67 82.470

0.10 106 4.9 24.2 127.94 519.4 639.7 81.194

0.09 101 4.91 23.4 122.946 495.91 614.73 80.671

0.08 93 4.92 20.3 114.952 457.56 574.76 79.608

0.07 78 4.93 18.7 99.958 384.54 499.79 76.940

0.06 68 4.94 16.6 _89.964 335.92 449.82 74.678

0.05 52 4.95 14.3 _73.97 257.4 369.85 69.595

0.04 40 4.96 11.4 _61.976 198.4 309.88 64.024

0.03 29 4.97 9.1 _50.982 144.13 254.91 56.541

0.02 18 4.98 6.8 _39.988 89.4 199.94 44.833

0.01 10 4.99 5.3 _31.994 49.9 159.97 31.193

(71)

4.4 Grafik Pengu Grafik yang m terminal generator D Gambar 4.1.

Gambar 4.1Grafik

Grafik yang m terminal generator D Gambar 4.2.

menunjukkan hubungan antara arus medan de DC penguatan kompon panjang kumulatif di

ik arus medan dan tegangan terminal generator kompon panjang kumulatif

menunjukkan hubungan antara arus medan de DC penguatan kompon pendek kumulatif di

Arus Medan If (ampere)

Grafik If vs Vt

n dengan tegangan f ditunjukan pada

or DC penguatan

(72)

0

ik arus medan dan tegangan terminal generator kompon pendek kumulatif

menunjukkan hubungan antara arus medan de DC penguatan kompon panjang diferensial di

ik arus medan dan tegangan terminal generator kompon panjang diferensial

Grafik If vs Vt

59

or DC penguatan

n dengan tegangan l ditunjukan pada

or DC penguatan

(73)

Grafik yang m

ik arus medan dan tegangan terminal generator kompon pendek diferensial

menunjukkan hubungan antara arus medan de uatan kompon panjang kumulatif ditunjukan pada

Grafik If vs Vt

Grafik If vs

n dengan tegangan l ditunjukan pada

or DC penguatan

(74)

Grafik yang m generator DC penguat

Grafik yang m generator DC pengua 4.7.

menunjukkan hubungan antara arus medan de uatan kompon pendek kumulatif ditunjukan pada

fik arus medan dan efisiensi generator DC peng pendek kumulatif

menunjukkan hubungan antara arus medan de guatan kompon panjang diferensial ditunjukan

Arus medan If (ampere)

Grafik If vs

61

n dengan efisiensi n pada Gambar 4.6.

nguatan kompon

n dengan efisiensi ukan pada Gambar

(75)

Grafik yang m generator DC penguat

0

fik arus medan dan efisiensi generator DC peng panjang diferensial

menunjukkan hubungan antara arus medan de uatan kompon pendek diferensial ditunjukan pa

fik arus medan dan efisiensi generator DC peng pendek diferensial

Grafik If vs

nguatan kompon

n dengan efisiensi n pada Gambar 4.8.

(76)

63

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan uraian dan penelitian yang dilakukan, maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Penurunan tegangan terminal akan semakin besar bila terus-menerus dibebani, dan arus medan If pada mesin ikut turun. Ini menyebabkan

fluks pada mesin turun sehingga nilai Ea turun yang menyebabkan penurunan tegangan terminal lebih besar.

2. Tegangan yang dibangkitkan pada generator DC penguatan kompon diferensial lebih besar dibandingkan dengan generator DC penguatan kompon kumulatif, ini terlihat dengan arus medan yang sama.

3. Efisiensi yang dihasilkan generator DC penguatan kompon pendek kumulatif lebih besar dibandingkan generator DC penguatan kompon panjang kumulatif.

4. Efisiensi yang dihasilkan generator DC penguatan kompon pendek diferensial lebih besar dibandingkan generator DC penguatan kompon panjang diferensial.

5. Efisiensi yang dihasilkan generator DC penguatan kompon diferensial lebih besar dibandingkan generator DC penguatan kompon kumulatif.

(77)

5.2 Saran

Adapun beberapa saran yang bisa diberikan dari hasil tugas akhir ini adalah;

1. Dalam melakukan pengujian di laboratorium hendaknya dilakukan beberapa kali percobaan, agar data yang diperoleh lebih akurat.

2. Disarankan agar melakukan pengujian pada karakteristik beban nol, karakteristik hubung singkat, karakteristik luar dan karakteristik pengaturan serta membandingkannya.

(78)

DAFTAR PUSTAKA

1. Lister, Eugene C. 1988.Mesin dan Rangkaian Listrik. Edisi Keenam. Jakarta: Erlangga.

2. Mehta, V.K. and Rohit Mehta. 2002.Principles of Electrical Machines. New Delhi: S. Chand & Company Ltd.

3. Sumanto. 1991.Mesin Arus Searah. Yogyakarta: Andi Offset.

4. Niko ardian, Randy, Analisa Perbandingan Pengaruh Karakteristik Berbeban Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguatan Shunt, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan : 2010.

5. Wijaya, Mochtar. 2001.Dasar-Dasar Mesin Listrik. Jakarta: Djambatan. 6. Zuhal. 2000. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta:

Gramedia Pustaka Utama.