TUGAS AKHIR
ANALISIS PENENTUAN TEGANGAN TERMINAL, REGULASI, DAN
EFISIENSI GENERATOR SINKRON 3 FASA ROTOR
SALIENT POLE
DENGAN METODE BLONDEL (
TWO REACTION THEORY
)
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalammenyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Oleh
NIM : 100402023
SELAMAT ARYADI
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ANALISIS PENENTUAN TEGANGAN TERMINAL, REGULASI, DAN
EFISIENSI GENERATOR SINKRON 3 FASA ROTOR
SALIENT POLE
DENGAN METODE
BLONDEL
(
TWO REACTION THEORY
)
Oleh:
NIM: 100402023 SELAMAT ARYADI
Disetujui oleh:
Pembimbing,
NIP : 1953.0622.198103.1002 Ir. Syamsul Amien,M.S
Diketahui oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
NIP. 19540531 198601 1 002 Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i KATA PENGANTAR
Dengan Nama Allah Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang
Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul :
ANALISIS PENENTUAN TEGANGAN TERMINAL, REGULASI, DAN EFISIENSI GENERATOR SINKRON 3 FASA ROTOR SALIENT POLE DENGAN
MENGGUNAKAN METODE BLONDEL ( TWO REACTION THEORY )
Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib dipenuhi untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda Muhammad Yakub dan Ibunda tercinta Etty Aryani yang senantiasa mencurahkan kasih sayang dan doa yang tiada terhitung kepada penulis serta tiada bosan-bosannya mengasuh, mendidik, dan membimbing penulis dari sejak lahir hingga sekarang.
Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir.Syamsul Amien , MS. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis yang telah meluangkan waktunya untuk membimbing, membantu, dan mengarahkan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
ii Elektro FT-USU, dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, M.T. selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.
3. Bapak Ir. Syamsul Amien, MS. selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU yang telah memberi izin riset di PPPPTK.
4. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU.
5. Kepada staff-staff PPPPTK Bapak Hefri Yuliadi S.pd, dan Bapak Boas Aritonang S.pd. Terima kasih telah membantu dalam pengambilan data.
6. Kepada adik-adikku tersayang Apriyana Pratiwi, Alwi Rahmanda, Siti Nurul Azahra terimakasih telah mendukung abangda selama ini.
7. Kepada temenku yang baik hati Diky Ikhsan, Riky Ananda, Zulfahmi Dhuha, Bambang Hidayat, dan Cahya Ramadani terimakasih banyak atas bantuannya dalam penyelesaian dan pengambilan data tugas akhir ini.
8. Kepada temen anggota pencari sinyal terima kasih atas semua bantuannya sukses selalu buat kita semua.
9. Kepada Anggota RJ dan Ardayaza yang telah memberikan pengalaman yang luar biasa semoga kelak impian-impiannya terwujud.
10. Sahabat-sahabat terbaikku Cahya Ramadani , Satria Yudha, Riki Ananda, Suhendri, fransisko, Hadratul Hendra, Kevin Girsang, Nur Adilah, Dewi Riska Sari, Dwi Purnama Sari, tari, mayang, angel, Sylvester, Andika, dan banyak lagi yang tak bisa disebutkan satu persatu terimakasih atas semuanya.
11. Adetya Rahma Nst, terima kasih banyak atas semua bantuannya, motivasi dan dukungan yang luar biasa serta doanya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
iii 13. 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 sebab itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis pribadi dan juga semua pihak yang membutuhkannya.
Medan, 18 April 2015
Penulis
iv
ABSTRAK
Dalam suatu sistem perubahan beban dapat terjadi sewaktu-waktu seiring meningkatnya kebutuhan energi yang akibatnya beban yang dilayani oleh generator sinkron berubah-ubah yang dapat mempengaruhi tegangan dan daya keluaran dari generator sinkron tersebut. Sehingga menyebabkan perubahan tegangan terminal yang akan berpengaruh pada efisiensi serta keandalan suatu sistem. Dalam Tugas Akhir ini dibahas mengenai analisa menentukan tegangan terminal generator sinkron 3 fasa rotor salient pole menggunakan metode Blondel (two reaction theory) , sebelumnya dilakukan perbaikan faktor daya untuk pembebanan induktif dan kapasitif lalu dilakukan perhitungan regulasi tegangan dan efisiensi.
Didapat untuk mengatur perubahan tegangan terminal agar tetap konstan dapat dilakukan dengan pengaturan tegangan induksi (Ea) yang diakibatkan karena adanya perubahan arus beban (Ia) yang mengalir pada tahanan jangkar (Ra) dan reaktansi sinkron (Xs) sehingga terjadi perubahan tegangan terminal. Untuk nilai pembebanan yang sama, semakin baik faktor daya dari beban yang dilayani oleh generator sinkron semakin baik regulasi yang dihasilkan. Hal ini disebabkan lebih baik faktor dayanya maka semakin kecil tegangan beban nol (Ef), semakin besar tegangan yang diterima oleh beban (Vt). Semakin baik faktor daya semakin baik pula efisiensi sedangkan rugi-rugi daya (Pcl) dan arus beban (Ia) akan semakin kecil. Penentuan tegangan dapat dilakukan dengan metode Blondel (two reaction theory) sehingga didapat hasil yg optimal.
Kata kunci : Generator Sinkron, Metode Two Reaction Theory, Penentuan Tegangan Terminal,
v
2.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron ... 13
2.4 Reaksi Jangkar ... 15
2.5 Sistem Eksitasi ... 17
2.6 Rangkaian Ekivalen ... 23
2.7 Rangkaian Belitan ... 27
vi
2.7.2 Belitan Rotor ... 29
2.8 Karakteristik Generator Sinkron 3 Fasa ... 30
2.8.1 Karakteristik Beban nol ... 30
2.8.2 Karakteristik Hubung singkat ... 32
2.8.3 Karakteristik Berbeban ... 34
2.9 Pengaturan Tegangan Terminal ... 35
2.10 Rugi-Rugi Generator Sinkron ... 37
2.11 Pengaruh Faktor daya terhadap regulasi tegangan dan efisiensi …….. .. 38
2.12 Faktor daya ……….. 39
2.13 Regulasi Tegangan ………. . 43
2.14 Penentuan Parameter Generator Sinkron 3 Fasa ………. .... 45
2.15 Metode Penentuan Tegangan Terminal Generator Sinkron ………….... 46
2.15.1 Metode Blondel (Two Reaction Theory) ……….. ... 46
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu ... 53
3.2 Metode pengumpulan data ... 53
3.3 Langkah-Langkah Penilitian ... 54
3.4 Peralatan yang digunakan ... 55
3.5 Rangkaian Pengambilan Data ... 56
3.5.1Percobaan Menentukan Tahanan Generator Sinkron ... 56
3.5.2 Reaktansi d-axis (Xd) ... 57
3.5.2.1 Percobaan Menentukan Tegangan dengan test beban nol ... 57
3.5.2.2 Percobaan Menentukan Arus dengan test hubung singkat .. 57
vii
3.5.3.1 Percobaan Arus dan Tegangan dengan Test Slip ……. ... 58
3.5.4 Percobaan Berbeban ... … 58
3.6 Prosedur Percobaan ... 59
3.6.1Percobaan Menentukan Tahanan Generator Sinkron ... 59
3.6.2 Reaktansi d-axis (Xd) ... 59
3.6.2.1 Percobaan Menentukan Tegangan dengan test beban nol ... 59
3.6.2.2 Percobaan Menentukan Arus dengan test hubung singkat .. 60
3.6.3 Reaktansi q-axis (Xd) ………. .. 60
3.6.3.1 Percobaan Arus dan Tegangan dengan Test Slip ……. ... 60
3.6.4 Percobaan Berbeban………. ... 61
3.7 Metode Pengolahan Data ... 62
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ... 66
4.2 Hasil Penelitian ... 66
4.2.1 Data Pengujian ... 66
4.3 Analisis Data Pengujian ... 71
4.4 Grafik Hasil Pengujian ... 84
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 98
5.2 Saran ... .. 90
viii DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konstruksi generator sinkron secara umum Gambar 2.2 Rotor kutub menonjol generator sinkron Gambar 2.3 Rotor kutub tak menonjol generator sinkron Gambar 2.4 Inti dalam stator dan alur pada stator
Gambar 2.5 Bentuk-bentuk alur Gambar 2.6 Model reaksi jangkar
Gambar 2.7 Sistem eksitasi menggunakan generator arus searah Gambar 2.8 Sistem eksitasi statis
Gambar 2.9 Sistem eksitasi dengan menggunakan baterai
Gambar 2.10 sistem eksitasi dengan menggunakan permanen magnet generator Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen generator sinkron
Gambar 2.12 Penyederhanaan rangkaian ekivalen generator sinkron Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen generator sinkron 3 fasa
Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen belitan stator generator sinkron 3 fasa (a). Belitan-Y, (b). Belitan-∆
Gambar 2.15 Belitan satu lapis (single layer winding) Gambar 2.16 Belitan berlapis ganda (double layer winding) Gambar 2.17 Bentuk rotor
Gambar 2.18 Rangkaian test tanpa beban
ix Gambar 2.21 Karakteristik hubung singkat (SCC)
Gambar 2.22 Rangkaian generator sinkron berbeban Gambar 2.23 Karakteristik generator sinkron berbeban Gambar 2.24 Prinsip Kerja Generator Sinkron 3 fasa Gambar 2.25 Diagram aliran daya generator sinkron Gambar 2.26 Segitiga daya
Gambar 2.27 Perbaikan faktor daya
Gambar 2.28 Perubahan fasor untuk berbagai beban yang berubah (a) Induktif, (b) Resistif, (c) Kapasitif
Gambar 2.29 Pengaruh perubahan beban terhadap tegangan terminal
Gambar 2.30 Diagram phasor teori dua reaksi dari mesin sinkron salient pole Gambar 2.31 Diagram phasor dua reaksi generator sinkron yang disederhanakan Gambar 2.32 Osilograph Test Slip
Gambar 3.1 Rangkaian percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar
Gambar 3.2 Rangkaian percobaan menentukan tegangan untuk menghitung reaktansi sinkron d-axis (Xd) dengan test beban nol dan If tertentu.
Gambar 3.3 Rangkaian percobaan menentukan arus untuk menghitung reaktansi sinkron d-axis (Xd) dengan test hubung singkat dan If tertentu.
Gambar 3.4 Rangkaian percobaan menentukan arus dan tegangan untuk menghitung reaktansi sinkron q-axis (Xq) dengan test slip.
Gambar 3.5 Rangkaian Percobaan Berbeban
x Gambar 4.2 Grafik If vs Ea
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data pengujian tahanan generator sinkron (R). Tabel 4.2 Data pengujian test beban nol dan If tertentu Tabel 4.3 Data pengujian test hubung singkat dan If tertentu Tabel 4.4 Data pengujian test slip
