Kel 4 Laporan Percobaan 2 Unedo Pardamean Simanjuntak 2115031066

2023

LEMBAR ASISTENSI PRAKTIKUM MESIN-MESIN LISTRIK Judul Percobaan : Generator AC

Nama Asisten : Altika Zulfa Kurniawan 2015031037

Kenya Excellentia Kines 2015031059

Alfin Fitrohul Huda 2015031053

Nama Praktikan : Unedo Pardamean Simanjuntak 2115031066

Kelompok : 4

Bandar Lampung, 2023 Asisten,

NPM.

I. JUDUL PERCOBAAN

GENERATOR AC

II. TUJUAN PERCOBAAN

Adapun tujuan dari percobaan ini ada sebagai berikut : 1. Mengetahui kurva karakteristik tanpa beban.

2. Mengetahui kurva karakteristik beban penuh.

III. DASAR TEORI

Generator listrik AC bekerja dengan prinsip induksi elektromagnetik. Secara komponen, generator listrik ini memiliki dua bagian utama, yaitu stator dan rotor.

Stator terdiri dari kumparan kawat yang dililitkan pada besi yang membentuk medan magnet tetap. Sementara itu, rotor dihubungkan ke sumber mekanik dan diputar sehingga menghasilkan medan magnet. Medan magnet pada stator dan rotor ini akan saling memengaruhi dan menghasilkan arus listrik bolak-balik. [1]

Sebelum menghasilkan arus listrik, generator listrik akan melalui beberapa tahapan kerja. Pertama, penggerakan rotor dalam stator. Generator listrik AC biasanya digerakkan oleh sumber energi mekanik, seperti turbin air, turbin angin, atau mesin pembakaran dalam. Ketika rotor berputar dalam stator, medan magnet akan dihasilkan. Setelah medan magnet dihasilkan, medan tersebut akan memotong

kumparan stator dan menghasilkan arus listrik pada kumparan. Saat inilah arus listrik AC dihasilkan dengan nilai yang berubah-ubah sesuai dengan perubahan arah medan magnet. Ketika arus listrik telah dihasilkan, daya listrik pun bisa dialirkan melalui rangkaian listrik ke beban listrik di luar generator listrik.

Generator listrik AC ini banyak digunakan dalam alat listrik atau alat elektronik di kehidupan sehari-hari. Contoh alat-alat yang menggunakan generator listrik AC adalah lampu, pendingin ruangan, mesin cuci, televisi, radio, komputer, lift dan eskalator, hingga mesin pabrik dan pompa air.

Jika melihat dari singkatannya AC adalah Alternating Current atau arus listrik AC ini merupakan arus dengan arah bolak-balik yang ada pada rangkaian listrik. Dan sebenarnya di arus listrik juga terdapat generator DC yang mana mengalir dari kutub positif ke negatif saja. Bisa dibedakan bahwa untuk rangkaian listrik AC ini arusnya bergerak periodik bolak-balik dan tidak hanya satu arah. Karena arus bolak-balik tersebut maka nilai arus yang dihasilkan bisa saja positif dan negatif. [2]

Gambar 3.1 Gelombang Sinusoidal

Terdapat gambar grafiknya sendiri yang bisa dinilai sehingga membentuk sebuah gelombang sinusoidal dengan nilai frekuensi tertentu, seperti di atas tadi.

Arus ini memiliki sebuah ciri-ciri yang unik dan sifatnya sangat berbeda dengan generator DC, seperti:

 Arus yang ditransfer oleh generator AC ini sangat aman dilakukan untuk jarak jauh tanpa harus kehilangan dayanya.

 Frekuensi yang dimiliki oleh arus AC berkisar pada 50hz sampai dengan 60hz yang mana bisa membentuk gelombang sempurna.

 Pada konduktor, arus AC bisa bergerak berbalik arah dari selatan ke utara dan sebaliknya berbeda dengan arus DC.

 Sangat cocok digunakan pada instalasi listrik dengan skala yang sangat luas.

 Tidak jarang bisa ditemukan arus AC ini untuk listrik yang sangat besar dan skala luas. Contohnya saja seperti penggunaan PLN, dan lainnya. [3]

Komponen-Komponen Generator AC

Untuk mendukung prinsip kerja generator AC ini terdapat dua komponen utama yang digunakan, yaitu:

1. Stator (Permanent Magnet)

Pertama adalah stator yang merupakan komponen dengan tugas menghasilkan sebuah medan magnet. Dan untuk prinsip kerjanya sendiri sifatnya diam atau statis dan memiliki sebuah celah udara seperti medan magnet. Stator memiliki peran yang

cukup penting yaitu sebagai penerima pergerakan dari elektron yang diciptakan oleh komponen lainnya.

Gambar 3.2 Stator (Permanen Magnet) 2. Rotor (Coil Copper Wire)

Gambar 3.3 Rotor (Coil Copper Wire)

Selanjutnya adalah rotor yang merupakan komponen dengan sifatnya berputar atau rotating pada dalam dan tengah medan magnet. Rotor sendiri merupakan kumparan yang terlilit di core dengan letak pada celah udara yang ada di stator. Rotor akan menciptakan sebuah medan magnet yang nantinya berputar pada kumparan listrik.

Untuk medan magnet juga bisa diciptakan dengan permanent magnet yang mana generator bisa menghasilkan arus AC. [1]

Generator listrik AC bisa dikatakan bahwa memiliki prinsip kerja yang sama dengan generator DC. Yaitu, prinsipnya dengan menggunakan elektromagnetik sehingga komponennya bisa membuat arus listrik yang dibangkitkan berupa arus bolak-balik. Di dalam kumparan generator sederhana tersebut ada dua kabel yang memiliki fungsi positif dan negatif. Dimana untuk generator AC ini memiliki sebuah dua buah slip ring yang dapat dihubungkan kapa masing-masing ujung kumparan tersebut. Pada desain ini terdapat kedua ujung kumparan yang tidak akan saling bersentuhan. Karena hanya akan terhubung dengan satu slip ring saja.

Dengan begitu, pada saat kumparan berputar maka bisa menimbulkan aliran arus bolak-balik yang sesuai dengan kaidah fleming. [4]

Untuk memahami arus listrik ini dengan baik maka bisa melihat dari karakternya yang cukup unik, yaitu:

1. Nilai Arus Fluktuatif

Nilai arus yang dihasilkan oleh generator ini bisa dikatakan cukup fluktuatif yaitu bisa positif dan negatif. Untuk setiap posisi kawat angker tersebut juga memiliki arus dengan nilai yang berbeda-beda. Kemudian, akan memiliki nilai yang sama pada saat kawat angker rotor kembali ke posisi nol. [2]

2. Frekuensi Listrik AC

Kemudian, untuk karakter unik lainnya ada pada frekuensi listrik AC yang dihasilkan. Untuk bentuk grafiknya sendiri adalah arus listrik dengan bentuk gelombang sinusoidal. Pada frekuensinya ini merupakan jumlah gelombang pada setiap satu detik (satuan Hertz). [2]

Gambar di bawah ini diberikan untuk melihat gelombang voltase AC dari hasil satu putaran penuh kawat angker.

Gambar 3.4 Gelombang Voltase AC

Prinsip kerja generator AC menggunakan prinsip elektromagnetik yang dibantu dengan komponen dasar seperti rotor dan stator. Arus listrik yang dihasilkan bisa bolak-balik dan tidak hanya satu arus saja. Nantinya jika sudah bekerja dengan baik bisa membantu keperluan listrik dalam skala besar dan luas. [3]

IV. ALAT DAN BAHAN

Adapun alat dan bahan yang akan digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. DC filtered power supply 2. Shunt dc drive motor 3. Three-phase altenator 4. Speed indicator

5. Optikal elektronik generator 6. Excitation voltage controller 7. Moving-iron ammeter (1000 mA) 8. Moving-iron voltmeter (600V)

V. RANGKAIAN PERCOBAAN

Adapun rangkaian dari percobaan ini adalah sebagai berikut : 5.1 Rangkaian Percobaan No-Lead Test

Gambar 5.1 Rangkaian Percobaan No-Lead Test 5.2 Rangkaian Percobaan Short-Circuit Test

Gambar 5.2 Rangkaian Percobaan Short-Circuit Test

VI. PROSEDUR PERCOBAAN

Adapun prosedur percobaan adalah sebagai berikut :

6.1 Percobaan No-Lead Test

1. Membuat rangkaian seperti pada gambar.

2. Pada permulaannya jangan menghubungkan motor dc dengan altenator : ini berarti bahwa hanya motor dc yang harus bekerja.

3. Memulai dari 0 V, naikan harga sumber tegangan dc untuk menjalankan motor dc dan sesuaikan tegangan sampai kecepatan nominal altenator dicapai.

4. Mengukur arus pembangkit, arus dan tegangan yang diserap oleh motor dc, Ketika motor dc telah dipanaskan

I^EM = …………..A IM = ………A U^M =…………..V

5. Menghitung daya yang diserap oleh motor : PMm = UM (IM – IEM) =

………..W

Berhubungan dengan rugi mesin dari motor dc

1. Menghentikan motor dan hubungkan motor dc dengan alternator tapi jangan bangkitkan generator

2. Memulai lagi dari 0 volt, naikkan harga sumber tegangan dc untuk

menjalankan motor alternator dan sesuaikan tegangan ini sampai kecepatan nominal dari alternator dicapai.

3. Mengukur arus pembangkit , arus dan tegangan yang diserap oleh motor dc.

Iemo = .... A I^mo =....  A Umo=....V

4. Menghitung daya yang diserap oleh motor P^mo = U^mo (I^mo – I^emo)

Maka didapat P^Gm = P^mo – P^Mm

Yang mewakili rugi mesin dari alternator

5. Sekarang dengan motor-alternator diset pada kecepatan nominal generator, bangkitkan juga alternator untuk menghasilkan tegangan nominal UN.

6. Mengukur arus pembangkit arus dan tegangan yang diserap oleh motor dc 7. Menghitung daya yang diserap oleh motor

Pme = Ume (Ime-Ieme) Didapatkan persamaan P^Gfe = P^me – P^mo

Mewakili rugi besi alternator, rugi tanpa beban dari alternator adalah: 

P^Go =  P^Gm + P^Gfe

Akhirnya buat kurva open circuit, mengukur tegangan stator yang berhubungan dengan arus medan ketika alternator bekerja pada kecepatan konstan yang berbeda.

6.2 Percobaan Short Circuit Test

1. Membuat rangkaian seperti gambar

2. Menghubung singkat lilitan stator pada alternator

3. Memulai dari 0 volt, naikkan harga sumber tegangan dc untuk menjalankan set motor-alternator dan sesuaikan tegangan sampai kecepatan nominal alternator dicapai

4. Sekarang suplay medan alternator untuk menghasilkan arus nominal, ketika set motor alternator telah dipanaskan , pada suhu ambien δa= ....⁰C

Kemudian ukur Arus pembangkit, arus dan tegangan yang diserap oleh motor dc.

I^emk =... A I^mk =... A Umk=... V

Dan hitung daya yang diserap oleh motor Pme= Umk (Imk-IEmk)

Arus pembangkit generator nominal arus stator hubung singkat IEk =... A

Altenator beban penuh menyerap daya:

PGk =  Pmk - PMm =EEE watt

Dimana  P^Mm adalah rugi-rugi mesin motor dc (lihat percobaan 2) Persamaan:

Pcu =  PGk – PGm =... watt

Dimana P^Gm adalah rugi mesinalternator (lihat percobaan 2)

Mewakili rugi tembaga alternator

Karena pada suhu ambien rugi hambatan stator adalah Ps^cu = 3 R^sI^2N =... N

Kita dapat hitung penyimpangan adalah:

P^ad =  P^Gcu – P^scu =... watt Dan dihubungkan tahanan ekivalen

Rad = Pad/I²N =... U

Untuk menghitung rugi tembaga pada suhu konvensional 75⁰C tahanan ekivalen total stator:

R⁷⁵ =  3R^s75 – R^ad =... ohm Dan juga

Pcu75 =  R75 *I²N =... watt

Akhirnya buat kurva hubung singkat yang mengukur arus beban penuh yang berhubungan dengan harga arus pembangkit alternator ketika alternator bekerja pada kecepatan konstan yang berbeda.

VII. DATA HASIL PERCOBAAN

Adapun data hasil dari percobaan ini adalah sebagai berikut.

7.1 Data Hasil Percobaan 7.1.1 DC Test

Tabel 7.1.1 Data Hasil Percobaan DC Test

DC Voltage (Vdc) 4.916 10.02 18.3

DC Current (Idc) 0.11 0.225 0.411

Ra (Ω) 22.345 22.26 26.262

Ra-avg (Ω) 22.287

7.1.2 Uji Tanpa Beban

Tabel 7.1.2 Data Hasil Percobaan Uji Tanpa Beban Field Voltage

(V)

Field Current (A)

Induced EMF (V/ph)

Rotational Losses (W)

0 0 0 0

5.1 0.022 36.4 0.1122

10 0.047 80.1 0.47

15.1 0.073 123.4 1.1023

20.5 0.1 161.9 2.05

25.21 0.124 190.6 3.126

30.25 0.15 215 4.5375

35.08 0.174 237 6.1039

40.23 0.2 255 8.046

45.36 0.225 267 10.206

51 0.25 280 12.75

55.27 0.27 287 14.9148

61.67 0.3 293 18.501

66.2 0.32 300 21.184

70.9 0.34 302 24.106

75.4 0.36 307 27.144

80 0.38 310 30.4

85.6 0.4 313 34.24

90.5 0.42 315 38.01

96 0.45 314 43.2

100.3 0.466 316 46.7398

105.7 0.458 318 48.4106

110.1 0.503 319 55.3803

115 0.51 321 58.65

120 0.53 320 63.3

126 0.55 322 85.8

131.1 0.57 323 74.727

7.1.3 Uji Hubung Singkat

Tabel 7.1.3 Data Hasil Percobaan Uji Hubung Singkat Field voltage

(V)

Field Current (A)

Armature Current (A/ph)

Copper losses (W)

0 0 0 0

20.6 0.101 0.173 0.682

40.3 0.2 0.342 2.674

60.4 0.3 0.51 6.018

84.5 0.412 0.7 11.350

103.9 0.5 0.842 16.716

VIII. ANALISA DAN PEMBAHASAN

Adapun analisa dan pembahasan pada percobaan ini adalah sebagai berikut.

8.1 Perhitungan

8.1.1 Perhitungan Arus Jangkar Ra dan Arus Jangkat Rata-Rata Ra-avg 8.1.1.a Saat Vdc = 4.916 V

Diketahui:

I dc = 0.11 A Ditanya:

Ra-1 = … Ω Penyelesaian:

R_a−1= Vdc 2Idc R_a−1= 4.916

2(0.11) R_a−1=¿22.345 Ohm

8.1.1.b Saat Vdc = 10.02 V Diketahui:

I dc = 0.225 A

Ditanya:

Ra-1 = … Ω Penyelesaian:

R_a−1= Vdc 2Idc R_a−1= 10.02

2(0.225) R_a−1=¿22.26 Ohm

8.1.1.c Saat Vdc = 18.3 V Diketahui:

I dc =0.411 A Ditanya:

Ra-1 = … Ω Penyelesaian:

R_a−1= Vdc 2Idc R_a−1= 18.3

2(0.411) R_a−1=¿22.262 Ohm

8.1.1.d Perhitungan Ra-avg

Diketahui

Ra-1 = 22.345 Ohm Ra-2 = 22.26 Ohm Ra-3 = 22.262 Ohm Ditanya:

Ra-avg = …?

Penyelesaian:

R_a−avg=R_a−1+R_a−2+R_a−3 3

R_a−avg=22.345+22.26+22.262

3 Ra-avg = 22.289 Ohm

8.1.2 Perhitungan Rotational Losses 8.1.2.a Saat Ea = 0 V/ph

P_rot=Vf× I_f=0×0=0W

8.1.2.b. Saat Ea = 36,4 V/ph

P_rot=V_f× I_f=5,1×0,022=0,1122W

8.1.2.c. Saat Ea = 80,1 V/ph P_rot=V_f× I_f=10×0,047=0,47W

8.1.2.d. Saat Ea = 123,4 V/ph

P_rot=Vf× I_f=15.1×0.073=1.1023W

8.1.2.e. Saat Ea = 161.9 V/ph P_rot=V_f× I_f=20.5×0.1=2.05W

8.1.2.f. Saat Ea = 190.6 V/ph

P_rot=V_f× I_f=25.21×0,124=3.126W

8.1.2.g. Saat Ea = 215 V/ph

P_rot=Vf× I_f=30.25×0,15=4.5375W

8.1.2.h. Saat Ea = 237 V/ph

P_rot=Vf× I_f=35.08×0,174=6,1039W

8.1.2.i. Saat Ea = 255 V/ph

P_rot=V_f× I_f=40,23×0,2=8,046W

8.1.2.j. Saat Ea = 267 V/ph

P_rot=V_f× I_f=45,36×0,225=10,206W

8.1.2.k. Saat Ea = 250 V/ph

P_rot=Vf× I_f=51×0,25=12,75W

8.1.2.l. Saat Ea = 287 V/ph

P_rot=V_f× I_f=55,27×0,27=14,9148W

8.1.2.m. Saat Ea = 293 V/ph

P_rot=Vf× I_f=61,67×0,3=18,501W

8.1.2.n. Saat Ea = 300 V/ph

P_rot=Vf× I_f=66.2×0,32=21,184W

8.1.2.o. Saat Ea = 302 V/ph

P_rot=V_f× I_f=70,9×0,34=24,106W

8.1.2.p. Saat Ea = 307 V/ph

P_rot=V_f× I_f=75,4×0,36=27,144W

8.1.2.q. Saat Ea = 310 V/ph P_rot=Vf× I_f=80×0,38=30,4W

8.1.2.r. Saat Ea = 313 V/ph

P_rot=V_f× I_f=85,6×0,4=34,24W

8.1.2.s. Saat Ea = 315 V/ph

P_rot=Vf× I_f=90,5×0,42=38.01W

8.1.2.t. Saat Ea = 314 V/ph P_rot=Vf× I_f=96×0,45=43,2W

8.1.2.u. Saat Ea = 316 V/ph

P_rot=V_f× I_f=100,3×0,466=46,7398W

8.1.2.v. Saat Ea = 318 V/ph

P_rot=V_f× I_f=105,7×0,458=48,4106W

8.1.2.w. Saat Ea = 319 V/ph

P_rot=Vf× I_f=110,1×0,503=55,3803W

8.1.2.x. Saat Ea = 321 V/ph

P_rot=V_f× I_f=115×0,51=58,65W

8.1.2.y. Saat Ea = 320 V/ph

P_rot=Vf× I_f=120×0,53=63,3W

8.1.2.z. Saat Ea = 322 V/ph

P_rot=Vf× I_f=126×0,55=85,8W

8.1.2.a. Saat Ea = 323 V/ph

P_rot=V_f× I_f=131,1×0,57=74,727W

8.1.3 Perhitungan Copper Losses 8.1.3.a. Saat Ia = 0 A

P_sc=3× I_a²× R_a−avg P_sc=3×0²×22,289 Psc = 0 W

8.1.3.b. Saat Ia = 0,101 A

P_sc=3× I_a²× R_a−avg P_sc=3×0,101²×22,289 Psc = 0,682 W

8.1.3.c. Saat Ia = 0,2 A

P_sc=3× I_a²× R_a−avg P_sc=3×0,2²×22,289 Psc = 2,674 W

8.1.3.d. Saat Ia = 0,3 A

P_sc=3× I_a²× R_a−avg P_sc=3×0,3²×22,289 Psc = 6,018 W

8.1.3.e. Saat Ia = 0,412 A

P_sc=3× I_a²× R_a−avg P_sc=3×0,412²×22,289 Psc = 11,350 W

8.1.3.f. Saat Ia = 0,5 A

P_sc=3× I_a²× R_a−avg P_sc=3×0,5²×22,289 Psc = 16,716 W

8.2 Grafik dan Analisa

8.2.1 Hubungan antara If dan Ea pada uji tanpa beban (karakteristik tanpa beban)

Gambar 8.2.1 Hubungan antara If dan Ea pada uji tanpa beban (karakteristik tanpa beban)

Berdasarkan grafik 8.2.1 diatas yang menunjukkan hubungan antara Field Current (If) dan Induced EMF (Ea) pada uji tanpa beban (karakteristik tanpa beban). Pada saat nilai dari If = 0 Ampere, maka diperoleh nilai Ea sebesar 0 V/ph. Pada saat nilai dari If = 0,222 Ampere, maka diperoleh nilai Ea = 36,4 V/ph. Pada saat nilai dari If

= 0,047 Ampere, maka diperoleh nilai Ea = 80,1 V/ph. Pada saat nilai If = 0,073 Amper, maka diperoleh nilai Ea = 123,4 V/ph. Pada saat nilai If = 0,1 Ampere, maka diperoleh nilai Ea = 161,9 V/ph. Pada saat nilai dari If = 0,124 Ampere, maka diperoleh nilai Ea = 190,6 V/ph. Pada saat nilai dari If = 0,15 Ampere, maka diperoleh nilai Ea = 215 V/ph. Pada saat nilai If = 0,174 Ampere, maka diperoleh

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0 50 100 150 200 250 300 350

0 36.4

80.1 123.4

161.9190.6215237255267280287 293300302307310313315 314316318 319321320322323

Hubungan antara If dan Ea pada uji tanpa beban (karakteristik tanpa

beban)

Field Current (A)

Induced EMF (V)

nilai Ea = 237 V/ph. Pada saat nilai dari If = 0,2 Ampere, maka diperoleh nilai Ea = 255 V/ph. Pada saat nilai dari If = 0,225 Ampere, maka diperoleh nilai Ea = 267 V/ph. Pada saat nilai dari If = 0,25 Ampere, maka diperoleh nilai Ea = 280 V/ph.

Pada saat nilai dari If = 0,27 Ampere, maka diperoleh nilai Ea = 287 V/ph. Pada saat If = 0,3 Ampere, maka diperoleh Ea = 287 V/ph. Pada saat If = 0,32 Ampere, maka diperoleh Ea = 293 V/ph. Pada saat If = 0,34 Ampere, maka diperoleh Ea = 300 V/ph. Pada saat If = 0,36 Ampere, maka diperoleh Ea = 307 V/ph. Pada saat If = 0,38 Ampere, maka diperoleh Ea = 310 V/ph. Pada saat If = 0,4 Ampere, maka diperoleh Ea =313 V/ph. Pada saat If = 0,42 Ampere, maka diperoleh Ea = 315 V/ph. Pada saat If = 0,45Ampere, maka diperoleh Ea = 314 V/ph. Pada saat If = 0,466 Ampere, maka diperoleh Ea = 316 V/ph. Pada saat If = 0,458 Ampere, maka diperoleh Ea = 318 V/ph. Pada saat If = 0,503 Ampere, maka diperoleh Ea = 319 V/ph. Pada saat If = 0,51 Ampere, maka diperoleh Ea = 321 V/ph. Pada saat If = 0,53 Ampere, maka diperoleh Ea = 320 V/ph. Pada saat If = 0,55 Ampere, maka diperoleh Ea = 322 V/ph. Dan pada saat nilai dari If = 0,57 Ampere, maka diperoleh Ea = 323 V/ph. Dari data hasil yang didapatkan, dapat disimpulkan bahwa terdapat hubungan yang bersifat berbanding lurus antara arus medan (If) dan gaya elektromagnetik induksi (Ea) dalam uji tanpa beban (karakteristik tanpa beban).

Artinya, ketika nilai If meningkat, nilai Ea yang dihasilkan juga mengalami peningkatan.

8.2.2 Hubungan antara If dan Ia pada uji hubung singkat (karakteristik hubung singkat)

Gambar 8.2.2 Hubungan antara If dan Ia pada uji hubung singkat (karakteristik hubung singkat)

Berdasarkan gambar 8.2.2 diatas yang menunjukkan hubungan antara Field Current (If) dan Armature Current (Ia) pada uji hubung singkat (karakteristik hubung singkat). Pada saat nilai dari If = 0 Ampere, maka didapatkan nilai Ia = 0 Ampere. Pada saat nilai If = 0,101 Ampere, maka didapatkan nilai Ia = 0,173 Ampere. Pada saat nilai If = 0,2 Ampere, maka didapatkan nilai Ia = 0,342 Ampere.

Pada saat nilai If = 0,3 Ampere, maka didapatkan nilai Ia = 0,51 Ampere. Pada saat nilai dariIf = 0,412 Ampere, maka didapatkan nilai Ia = 0,7 Ampere. Pada saat nilai dari If = 0,5 Ampere, maka didapatkan nilai Ia = 0,842 Ampere. Dari data tersebut, dapat disimpulkan bahwa terdapat hubungan berbanding lurus antara Arus Medan (If) dan Arus Armatur (Ia) dalam uji hubung singkat (karakteristik hubung singkat).

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0

0.173

0.342

0.51

0.7

0.842

Hubungan antara If dan Ia pada uji hubung singkat (karakteristik hubung singkat)

Field Current (A)

Armature Current (A)

Artinya, ketika nilai Ia mengalami peningkatan, nilai If yang terukur juga mengalami peningkatan.

8.2.3 Hubungan antara OCC dan SCC

Gambar 8.2.3 Hubungan antara OCC dan SCC

Berdasarkan data yang didapatkan pada gambar 8.2.3 diatas yang menunjukkan hubungan antara Karakteristik Karakteristik Operasi Terbuka (OCC) dan Karakteristik Hubung Singkat (SCC), analisis data yang telah disajikan melibatkan tiga variabel utama, yaitu Elektromotor Force (EMF), arus armatur, dan arus medan. Data yang tercatat menunjukkan variasi nilai EMF dalam rentang 36,4 hingga 323. Ditemukan variasi yang signifikan, dimana nilai EMF cenderung meningkat seiring dengan peningkatan arus medan. Pada sumbu Y kedua, data arus armatur berkisar antara 0,101 hingga 0,5. Dapat diamati bahwa arus armatur juga mengalami peningkatan sejalan dengan peningkatan nilai arus medan. Pola ini menunjukkan respons sistem terhadap perubahan arus medan yang diterapkan. Di sepanjang sumbu X, nilai-nilai arus medan berfluktuasi dari 0,022 hingga 0,57.

Analisis menunjukkan bahwa peningkatan arus medan berbanding lurus dengan peningkatan nilai EMF dan arus armatur. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa terdapat hubungan yang signifikan antara nilai arus medan dengan nilai EMF dan arus armatur dalam kerangka sistem yang diamati. Sejalan dengan peningkatan arus medan, respons sistem secara konsisten menunjukkan peningkatan nilai EMF dan arus armatur.

8.3 Pembahasan

Generator sinkron adalah suatu alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan memanfaatkan medan magnet. Ada berbagai macam sumber dari energi mekanik generator (Prime Mover) diantaranya adalah mesin diesel, turbin uap / air / gas / angin / dan perangkat sejenis lainnya. Dikatakatan generator sinkron karena jumlah putaran pada rotor dan jumlah putaran medan magnet pada stator sama.

Gambar 8.3.1 Generator Sinkron

Gambar 8.3.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Prinsip operasi generator sinkron adalah induksi elektromagnetik. Jika ada gerakan relatif antara fluks dan konduktor, maka ggl diinduksi dalam konduktor. Untuk

memahami prinsip kerja generator sinkron, mari kita perhatikan dua kutub magnet yang berlawanan di antara mereka coil persegi panjang atau putaran ditempatkan seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.

Jika putaran persegi panjang berputar searah jarum jam terhadap sumbu a-b seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah, maka setelah menyelesaikan rotasi 90 derajat sisi konduktor AB dan CD masing-masing berada di depan sudut-S dan sudut-N. Jadi, sekarang kita dapat mengatakan bahwa gerakan tangensial konduktor tegak lurus terhadap garis fluks magnetik dari kutub utara ke selatan.

Gambar 8.3.3 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Jadi, di sini laju pemotongan fluks oleh konduktor maksimum dan menginduksi arus dalam konduktor, arah arus induksi dapat ditentukan menggunakan kaidah tangan kanan Fleming. Jadi, kita dapat mengatakan bahwa arus akan beralih dari A ke B dan dari C ke D. Jika konduktor diputar searah jarum jam untuk 90 derajat lainnya, maka ia akan sampai pada posisi vertikal seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 8.3.4 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Sekarang, posisi konduktor dan garis fluks magnetik sejajar satu sama lain dan dengan demikian, tidak ada fluks yang memotong dan tidak ada arus yang akan diinduksi dalam konduktor. Kemudian, sementara konduktor berputar dari searah jarum jam untuk 90 derajat lagi, maka putaran persegi panjang datang ke posisi horizontal seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Sehingga, konduktor AB dan CD masing-masing berada di bawah kutub N dan kutub S. Dengan menerapkan kaidah tangan kanan Fleming, arus menginduksi dalam konduktor AB dari titik B ke A dan arus menginduksi dalam CD konduktor dari titik D ke C.

Jadi, arah arus dapat diindikasikan sebagai A - D - C - B dan arah arus untuk posisi horizontal sebelumnya dari putaran persegi panjang adalah A - B - C - D. Jika belokan diputar lagi ke arah posisi vertikal, maka arus yang diinduksi kembali berkurang menjadi nol. Dengan demikian, untuk satu revolusi penuh putaran persegi panjang, arus dalam konduktor mencapai maksimum dan berkurang menjadi nol dan kemudian ke arah yang berlawanan, mencapai maksimum dan kembali mencapai nol.

Oleh karena itu, satu putaran penuh putaran persegi menghasilkan satu gelombang sinus penuh dari arus yang diinduksi dalam konduktor yang dapat disebut sebagai pembangkit arus bolak-balik dengan memutar putaran di dalam medan magnet.

Sekarang, jika kita menganggap generator sinkron praktis, maka medan magnet berputar di antara konduktor angker stasioner. Rotor generator poros dan poros atau bilah turbin secara mekanis digabungkan satu sama lain dan berputar dengan kecepatan sinkron. Jadi, pemotongan fluks magnetik menghasilkan ggl terinduksi yang menyebabkan aliran arus dalam konduktor angker. Jadi, untuk setiap gulungan, arus mengalir dalam satu arah untuk siklus setengah pertama dan arus mengalir ke arah lain untuk siklus babak kedua dengan jeda waktu 120 derajat (karena bergeser oleh 120 derajat). Oleh karena itu, daya output generator sinkron dapat ditunjukkan seperti gambar di bawah ini.

Gambar 8.3.5 Output Generator Sinkron

Komponen/konstruksi generator sinkron mirip dengan konstruksi motor sinkron, yaitu generator sinkron memiliki konstruksi dua bagian utama, yaitu Rotor (bagian yang berputar) dan Stator (bagian yang tidak bergerak / diam).

 Rotor

Gambar 8.3.6 Rotor

Rotor geneartor merupakan bagian geneator yang berputar. Terdiri dari beberapa kutub magnet dengan lilitan kawatnya yang nantinya akan dialirkan arus searah (DC). Berdasarkan bentuknya, Rotor pada generator dibagi menjadi dua, yaitu bentuk kutub menonjol (Sailent) dan bentuk silinder halus (non-silent).

1. Rotor Bentuk Kutub Menonjol

Gambar 8.3.6 Rotor Bentuk Kutub Menonjol

Digunakan untuk generator yang memiliki kecepatan rendah dan sedang, memiliki diameter yang besar, mempunyai poros yang pendek, kutub dan sepatu kutub terdiri dari lapisan lempengan besi (untuk memperkecil pemanasan dari arus pusar).

2. Rotor Bentuk Silinder Halus

Gambar 8.3.7 Rotor Bentuk Silinder Halus

Digunakan untuk generator yang memiliki kecepatan tinggi, memiliki diamter yang kecil, mempunyai poros yang panajang, terbuat dari besi yang keras dan halus yang berbentuk silinder, kutubnya tidak menonjol melebihi rotor.

 Stator

Gambar 8.3.8 Stator

Stator geneartor merupakan bagian generator yang tidak berputar (diam). Terdiri dari inti stator, kumparan medan, gabungan kawat pada inti stator dan rangka stator.

Inti stator dibuat alur-alur dengan arah aksial. Inti stator dibuat dari bahan lempengan baja tipis yang diisolasi satu sama lain. Sedangkan Kumparan stator dibuat dari bahan tembaga yang dibalut isolasi.

Gambar 8.3.9 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron

Gambar 8.3.10 Reaksi Jangkar Generator Sinkron

Reaksi jangkar terjadi saat generator sinkron bekerja pada beban nol tidak ada arus yang mengalir melalui kumparan jangkar (stator), sehingga yang ada pada celah udara hanya fluks arus medan rotor. Namun jika generator sinkron diberi beban, arus jangkar akan mengalir dan membentuk fluksi jangkar. Fluksi jangkar ini kemudian mempengaruhi fluksi arus medan dan akhirnya menyebabkan berubahnya harga tegangan terminal generator sinkron. Reaksi ini kemudian dikenal sebagai reaksi jangkar. Fluks jangkar yang timbul dapat berpengaruh,

biasanya berupa distorsi, penguatan, atau pelemahan. Perbedaan yang ditimbulkan tergantung beban dan faktor daya. Untuk beban resistif (cosϕ = 1), pengaruh fluks jangka hanya sebatas mendistorsinya. Untuk beban induktif (cosϕ = 0 lag), arus akan tertinggal 90

°

dari tegangan dan akan melemahkan fluks arus medan. Untuk beban kapasitif (cosϕ = 0 lead), arus mendahului tegangan 90

°

dan akan menguatkan fluks medan.

Gambar 8.3.11 Kurva Karakteristik Tanpa Beban dan Hubung Singkat Generator Sinkron

Tes tanpa beban pada generator sinkron merupakan uji penting yang dilakukan untuk memahami karakteristik dan kinerja generator ketika tidak ada beban yang terhubung ke terminalnya. Fokus utama dari tes tanpa beban adalah mengumpulkan informasi tentang sifat-sifat dasar generator pada kondisi tanpa beban, yang memiliki relevansi penting dalam perancangan, pengoperasian, dan pemeliharaan sistem tenaga listrik yang efisien. Selama tes tanpa beban, generator dijalankan tanpa beban eksternal yang terhubung ke terminalnya, memungkinkan pengukuran

parameter kunci seperti tegangan tanpa beban (no-load voltage), arus tanpa beban (no-load current), dan daya tanpa beban (no-load power). Tegangan tanpa beban memberikan gambaran tentang kemampuan generator untuk menghasilkan tegangan saat beban nol, sedangkan arus tanpa beban mencerminkan jumlah arus yang mengalir melalui stator pada kondisi tanpa beban. Daya tanpa beban memberikan informasi tentang daya yang dikonsumsi oleh inti besi dan rugi-rugi lainnya pada generator tanpa beban. Hasil dari tes tanpa beban memberikan pemahaman yang mendalam tentang karakteristik dasar dari generator sinkron.

Informasi ini sangat berharga untuk menyesuaikan dan memperbaiki parameter generator, serta memastikan bahwa generator mampu menghasilkan tegangan yang stabil dan sesuai dengan spesifikasi desainnya saat beroperasi pada kondisi tanpa beban. Oleh karena itu, tes tanpa beban memiliki peran kunci dalam memastikan keandalan dan efisiensi operasional generator sinkron.

Gambar 8.3.12 Kurva Karakteristik Tanpa Beban

Tes hubung singkat pada generator sinkron merupakan uji yang dilakukan untuk memahami respons generator ketika terjadi hubung singkat pada terminalnya.

Tujuannya adalah mengumpulkan informasi tentang parameter kritis seperti arus hubung singkat (short-circuit current), tegangan hubung singkat (short-circuit voltage), dan daya hubung singkat (short-circuit power). Selama tes hubung singkat, generator disambungkan dengan beban singkat pada terminalnya, menciptakan kondisi di mana tegangan turun drastis dan arus meningkat secara signifikan. Data yang diperoleh dari tes hubung singkat membantu menentukan impedansi hubung singkat generator, yang merupakan parameter penting dalam perancangan dan analisis sistem tenaga listrik. Tes ini juga memberikan wawasan tentang respons generator terhadap beban singkat, membantu dalam menilai keandalan dan keamanan operasionalnya. Parameter hasil tes hubung singkat juga digunakan untuk menghitung rugi-rugi daya dan menentukan kemampuan generator untuk menangani kondisi darurat, seperti hubung singkat.

Kesimpulannya, tujuan utama dari tes hubung singkat pada generator sinkron adalah memperoleh data yang diperlukan untuk memahami kinerja generator dalam kondisi beban singkat dan untuk mendukung perancangan dan pengoperasian generator sinkron.

Gambar 8.3.13 Kurva Karakteristik Hubung Singkat

Pengukuran resistansi jangkar arus searah (rdc) umumnya dilakukan dengan menggunakan metode voltmeter-amperemeter. Dalam metode ini, kumparan jangkar dihubungkan ke sumber tegangan arus searah (dc) ketika mesin berada dalam keadaan diam, dan kemudian diukur besar arus yang mengalir pada kumparan jangkar. Pengukuran menggunakan sumber tegangan dc bertujuan agar reaktansi kumparan jangkar menjadi nol selama proses pengukuran. Besar arus yang mengalir pada kumparan jangkar diatur pada nilai nominalnya untuk menjaga kumparan pada suhu operasi normal.

(1)

(2)

Jika kumparan jangkar terhubung bintang dan netral tidak tersedia, maka besar resistansi jangkar arus searah (rdc) per fasa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (1). Sebaliknya, jika kumparan jangkar terhubung delta, resistansi jangkar arus searah (rdc) per fasa dapat dihitung dengan persamaan (2).

Perubahan dalam arus eksitasi memberikan dampak yang signifikan pada arus jangkar dalam generator sinkron. Arus eksitasi, yang mengalir ke medan magnet stator, mengontrol kekuatan medan magnet yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan pada rotor generator. Perubahan dalam arus eksitasi mengakibatkan perubahan tegangan jangkar sejalan dengan intensitas medan magnet. Dampak ini

tercermin dalam variasi faktor sudut daya, yang menentukan sudut antara medan magnet rotor dan medan magnet stator, yang berpengaruh pada sinkronisasi generator dengan jaringan listrik. Pengendalian arus eksitasi juga memengaruhi karakteristik tegangan generator terhadap fluktuasi beban, memungkinkan penyesuaian respons generator terhadap perubahan permintaan daya. Selain itu, arus eksitasi memiliki peran vital dalam meningkatkan regulasi tegangan, di mana penyesuaian arus eksitasi dapat menjaga tegangan generator pada tingkat yang diinginkan tanpa memperhatikan variasi beban. Oleh karena itu, kendali arus eksitasi menjadi faktor kritis dalam memastikan kinerja stabil dan optimal generator sinkron dalam berbagai kondisi operasional, menjadikannya unsur utama dalam sistem regulasi generator sinkron.

Adapun jurnal yang menjadi referensi adalah jurnal yang berjudul “RANCANG BANGUN GENERATOR SINKRON AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET 1500 WATT” yang ditulis oleh Abdul Fajar. Perkembangan generator dalam memproduksi energi listrik saat ini sudah sangat beragam, energi terbarukan sebagai energi alternatif untuk penggerak mula generator masih sangat sedikit pemanfaatannya. Kebanyakan generator pada pembangkit saat ini menggunakan putaran tinggi, sedangkan energi terbarukan seperti air dan angin hanya dapat menggerakkan generator dengan putaran rendah karena debit air yang rendah dan kecepatan angin yang tidak stabil. Sehingga perlu dirancang bangun serta diuji generator Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) fasa 3 dengan putaran rendah.

Generator ini menggunakan magnet permanen pada rotornya sehingga dapat menghasilkan energi listrik ketika berputar. desain AFPM lebih sederhana dan lebih

mudah pembuatannya dibandingkan dengan generator konvensional. Posisi rotor dan statornya tegak lurus terhadap porosnya sehingga dinamakan generator tipe aksial. Daerah-daerah pelosok di Indonesia memiliki banyak sumber energi terbarukan tetapi tidak dengan kapasitas yang kecil. Saat ini, banyak daerah-daerah terpencil yang kekurangan pasokan listrik. maka menjadi sebuah keharusan memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut. Rancang bangun AFPM Fasa 3 dengan putaran rendah sebesar 375 rpm dimaksudkan agar dapat digunakan sebagai pembangkit listrik rumahan yang menggunakan energi terbarukan secara efisien dan ramah lingkungan. Perancangan AFPM dimulai dengan mengumpulkan dasar teori yang berhubungan dengan generator AFPM putaran rensedah. Kemudian menentukan spesifikasi desainnya dan perhitungan. Setelah sudah didapatkan hasil perhitungannya, dilakukan pembuatan 2 bagian utama generator yaitu rotor dan stator. Kemudian rakit stator dan rotor sehingga generator dapat diuji dan dianalisa.

Gambar 8.3.14 Konstruksi Umum Generator Fluks Aksial

IX. KESIMPULAN

Adapun kesimpulan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Berdasarkan hasil pengukuran beban dalam percobaan, dapat disimpulkan bahwa hubungan antara Arus Medan (If) dan Gaya Elektromagnetik Induksi (Ea) bersifat berbanding lurus. Artinya, semakin tinggi nilai If, maka nilai Ea juga akan meningkat.

2. Dari analisis grafik, dapat disimpulkan bahwa hubungan antara Kurva Karakteristik Operasi Tanpa Beban (OCC) dan Kurva Karakteristik Hubung Singkat (SCC) bersifat berbanding lurus. Artinya, semakin tinggi nilai OCC, semakin besar pula nilai SCC.

3. Pada hasil perhitungan Ra dan Ra mean dapat dilihat menggunakan rumus menghasilkan data perhitungan R =66,6 Ohm ;80 Ohm; 85,7 Ohm; 88,8 Ohm; 90,9 Ohm.

4. Pada hasil perhitungan Ra dan Ra mean dapat dilihat menggunakan rumus menghasilkan data perhitungan 200 Ohm;200 Ohm; 200 Ohm;

200 Ohm; 200 Ohm

5. Fluktuasi dalam arus eksitasi pada generator sinkron memiliki potensi untuk mengubah arus jangkar dan faktor daya motor sinkron tiga fasa. Ketika arus eksitasi rotor mencukupi untuk menghasilkan fluks yang diperlukan oleh motor, stator tidak memerlukan arus magnetisasi atau daya reaktif tambahan, sehingga motor dapat beroperasi pada faktor daya satu. Sebaliknya, jika arus

eksitasi kurang, stator akan menarik arus magnetisasi dari sumber daya, menyebabkan motor beroperasi pada faktor daya yang tertinggal.

DAFTAR PUSTAKA

[1] A. Sugiono, Anindhita, Adiarso, and L. M.A.Wahid, Indonesia Energy Outlook 2016. Jakarta: Pusat Teknologi Sumberdaya Energi dan Industri Kimia BPPT, 2016.

[2] M. I. Fauzan, “Kinerja Teknis dan Biaya Pembangkit Listrik Mikrohidro,” J.

Tek. Pertan. Lampung, vol. 2, no. 1, pp. 51–58, 2013.

[3] S. Trihadi, “Rancangan Teknis Dan Implementasi Sistem Pembangkit Listrik Hibrida Pv-Diesel di Sulawesi,” J. Ilm. Teknol. Energi, vol. 1, no. 2, pp.

22–30, 2006.

[4] M. Effendy, “Rancang Bangun Motor Induksi Sebagai Generator ( Misg ) Pada,” J. Tek. Elektro, vol. 11, no. 2. pp. 71–76, 2009.