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 : Daniel Ferdinan 2115031116
Kelompok : 7
Bandar Lampung, 2023 Asisten,
NPM.
I. JUDUL PERCOBAAN
GENERATOR AC
II. TUJUAN PERCOBAAN
Adapun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui kurva karakteristik tanpa beban.
2. Mengetahui kurva karakteristik beban penuh.
III. DASAR TEORI
Generator adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik menjadi energi listrik. Tenaga mekanik bisa berasal dari panas, air, uap, dll. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa Listrik AC (listrik bolak-balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tegantung dari konstruksi generator yang dipakai oleh pembangkit tenaga listrik. Generator berhubungan erat dengan hukum faraday.[3]
Berikut hasil dari hukum faraday “bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet berubahubah, maka dalam kawat tersebut akan terbentuk Gaya Gerak Listrik” Disebut mesin sinkron, karena bekerja pada kecepatan dan frekuensi konstan di bawah kondisi ”Steady state”. Mesin sinkron bisa dioperasikan baik sebagai generator maupun motor. Mesin sinkron bila
difungsikan sebagai motor berputar dalam kecepatan konstan. Apabila dikehendaki kecepatan yang bersifat variabel, maka motor sinkron dilengkapi dengan pengubah frekuensi seperti Inverter atau Cyclo-converter.
Tegangan yang dihasilkan pada generator sinkron berdasarkan prinsip kerja induksi elektromangnetik. Putaran rotor pada generator dalam medan magnet listrik akan menimbulkan fluks magnet yang berputar.putaran ada rotor akan menimbulkan tegangan imbas pada kawat gulungan stator. Pada saat rotor digerakkan dengan penggerakutama, kutub- kutub pada rotor akan berputar. Jika kumpulan kutub diberi arus searah maka pada permukaaan kutub akan timbul medan magnet searah yang berputar dan kecepatannya sama dengan kecepatan kecepatan kutub yang menginduksi lilitan stator.[1]
Gambar 3.1 Pembangkitan tegangan induksi generator.
Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat rotornya. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi yang paling besar terjadi saat rotor menepati (a) dan (c)
yaitu saat mengalami perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Dan ketika berada pada posisi gambar (b) yaitu posisi jangkar akan menghasilkan tegangan nol karena tidak terjadi perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar.
Gambar 3.2 tegangan rotor yang dihasilkan
Ketika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip ring seperti pada gambar, maka dihasilkan listrik arus bolak- balik berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komulator satu cincin dengan dua belahan, maka dihaslkan listrik DC dengan gelombang posistif.[2]
Konstruksi Generator AC
Generator AC umunya dirancang sedemikian rupa agar lilitan tempat terjadinya GGL induksi tidak bergerak. Sedangkan kutub- kutub yang terdapat pada generator
AC akan menimbulakan medan magnet yang berputar. Kontruksi generator AC seperti pada gambar berikut.
Gambar 3.3 Konstruksi generator
Bagian utama dari generator AC adalah stator dan rotor. Pada stator terdapat inti stator dan lilitan statornya, sedangkan pada rotor terdapat kutub- kutub, lilitan penguat, slip ring, dan sumbu. Berikut penjelasan mengenai bagian – bagian dari generator arus bolak-balik (AC), sebagai berikut :
Rotor: Rotor merupakan bagian dari generator yang berputar. Terdapat kutubkutub magnet dengan lilitan yang menghasilkan medan magnet serta pada rotor ini dapat menginduksikan kepada bagian statornya melalui celahyang terdapat diantara stator dan rotor.
Stator: Stator merupakan bagian generator yang diam atau tidak berputar.
Bagianbagian dari stator tersusun dari plat- plat stator yang memiliki alur-
alur yang dipergunakan sebagai tempat lilita dari stator tersebut. Fungsi lilitan pada stator ini yaitu tempat terjadinya proses induksi (GGL) dari proses kerja generator.
Rangka Stator Rangka stator biasanya terbuat dari besi. Rangka stator merupakan wadah atau rumah utama dari bagian- bagian generator lainnya.
Slip Ring Slip Ring terpasang pada poros dengan memakai bahan isolasi, slip ring ini biasanya terbuat dari bahan tembaga atau kuningan. Slip ring bekerja secara berputar bersamaan dengan putaran poros utama dari rotor.
Jumlah slip ring tedapat dua buah yang masing- masing menggeseer carbon brush atau sikat arang yang merupakan sikat negatif dan sikat positif, fungsi dari sikat- sikat ini yaitu untuk mengalirkan arus penguat magnet kepada lilitan magnet yang terdapat pada poros utama rotor.[4]
Hubungan Wye atau Delta, Fungsi Menentukan konfigurasi hubungan antara lilitan stator, memengaruhi tegangan fase dan linier yang dihasilkan. Hubungan Wye (Bintang):
Konfigurasi Fisik: Tiga ujung lilitan stator dihubungkan ke titik pusat yang disebut titik netral.
Tegangan Fase (Line-to-Neutral): Tegangan antara satu ujung lilitan dan titik netral.
Tegangan Linier (Line-to-Line): Tegangan antara dua ujung lilitan (tidak melalui titik netral) dalam konfigurasi ini.
Kelebihan: Mudah untuk distribusi daya, memiliki tegangan fase yang stabil, dan lebih mudah dilindungi.
Kekurangan: Tegangan linier lebih tinggi daripada hubungan Delta.
Hubungan Delta:
Konfigurasi Fisik: Tiga ujung lilitan stator dihubungkan secara seri membentuk bentuk segitiga tertutup.
Tegangan Fase (Line-to-Neutral): Tegangan antara satu ujung lilitan dan titik netral tidak relevan dalam konfigurasi Delta.
Tegangan Linier (Line-to-Line): Tegangan antara dua ujung lilitan dalam konfigurasi ini.
Kelebihan: Tegangan linier lebih rendah dibandingkan dengan hubungan Wye.
Kekurangan: Tegangan fase bisa lebih sulit untuk diukur, dan distribusi daya mungkin memerlukan transformator tambahan
Generator Tanpa Beban, Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai generator dengan diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (If), maka pada kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban (Eo), yaitu : Eo = 4,44 · Kd · Kp · f · φm · T Volt Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluk
hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan output juga akan naik sampai titik saturasi (jenuh).[4]
Gambar 3.4 kurva dan rangkaian ekuivalen generator tanpa beban
Bila Generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah pula. Hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada:
Resistansi jangkar Ra
Reaktansi bocor jangkar XL
Reaksi Jangkar Xa
Resistansi Jangkar Resistansi jangkar/phasa Ra menyebabkan terjadinya tegangan jatuh (Kerugian tegangan) / phasa I · Ra yang sephasa dengan arus jangkar.
Reaktansi Bocor Jangkar Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluk yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut fluk bocor.
Reaksi Jangkar Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar (φA) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada kumparan medan rotor (φF), sehingga akan dihasilkan suatu fluksi resultan sebesar : φR = φF + φA Interaksi antara kedua fluksi ini disebut sebagai reaksi jangkar.[3]
Gambar 3.5 kondisi reaksi jangkar
Berdasarkan Gambar 3.5 yang mengilustrasikan kondisi reaksi jangkar untuk jenis beban yang berbeda-beda.
Gambar (a), memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani tahanan (resistif) sehingga arus jangkar Ia sephasa dengan ggl Eb dan φA akan tegak lurus terhadap φF.
Gambar (b), memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani kapasitif, sehingga arus jangkar Ia mendahului ggl Eb sebesar θ dan φA terbelakang terhadap φF dengan sudut (90 – θ).
Gambar (c), memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani kapasitif murni yang mengakibatkan arus jangkar Ia mendahului ggl Eb sebesar 90° dan φA akan memperkuat φF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.
Gambar (d), memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat arus diberi beban induktif murni sehingga mengakibatkan arus jangkar Ia terbelakang dari ggl Eb sebesar 90°
dan φA akan memperlemah φF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.
Generator AC menghasilkan tegangan dan arus bolak-balik yang disebut dengan frekuensi. Kecepatan rotor generator terkait langsung dengan frekuensi keluaran.
Hubungan antara kecepatan (N), jumlah kutub (P), dan frekuensi (f) dinyatakan oleh rumus:N = (120 * f) / P. Faktor 120 dalam rumus berasal dari pengonversi satuan. Konstan ini memastikan bahwa hasil perhitungan sesuai dengan satuan putaran per menit (rpm) saat frekuensi dinyatakan dalam hertz. Jumlah kutub (P)
memainkan peran kunci; semakin banyak kutub, semakin rendah kecepatan rotor yang diperlukan untuk mencapai frekuensi tertentu.
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
IEM = …………..A IM = ………A UM =…………..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 Imo =.... A Umo=....V
4. Menghitung daya yang diserap oleh motor Pmo = Umo (Imo – Iemo)
Maka didapat PGm = Pmo – PMm
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 PGfe = Pme – Pmo
Mewakili rugi besi alternator, rugi tanpa beban dari alternator adalah:
PGo = PGm + PGfe
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.
Iemk =... A Imk =... 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 PMm adalah rugi-rugi mesin motor dc (lihat percobaan 2) Persamaan:
Pcu = PGk – PGm =... watt
Dimana PGm adalah rugi mesinalternator (lihat percobaan 2) Mewakili rugi tembaga alternator
Karena pada suhu ambien rugi hambatan stator adalah Pscu = 3 RsI2N =... N
Kita dapat hitung penyimpangan adalah:
Pad = PGcu – Pscu =... watt Dan dihubungkan tahanan ekivalen
Rad = Pad/I2N =... U
Untuk menghitung rugi tembaga pada suhu konvensional 750C tahanan ekivalen total stator:
R75 = 3Rs75 – Rad =... 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:
Ra−1= Vdc 2Idc Ra−1= 4.916
2(0.11) Ra−1=¿22.345 Ohm
8.1.1.b Saat Vdc = 10.02 V Diketahui:
I dc = 0.225 A
Ditanya:
Ra-1 = … Ω Penyelesaian:
Ra−1= Vdc 2Idc Ra−1= 10.02
2(0.225) Ra−1=¿22.26 Ohm
8.1.1.c Saat Vdc = 18.3 V Diketahui:
I dc =0.411 A Ditanya:
Ra-1 = … Ω Penyelesaian:
Ra−1= Vdc 2Idc Ra−1= 18.3
2(0.411) Ra−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:
Ra−avg=Ra−1+Ra−2+Ra−3 3
Ra−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
Prot=Vf× If=0×0=0W
8.1.2.b. Saat Ea = 36,4 V/ph
Prot=Vf× If=5,1×0,022=0,1122W
8.1.2.c. Saat Ea = 80,1 V/ph Prot=Vf× If=10×0,047=0,47W
8.1.2.d. Saat Ea = 123,4 V/ph
Prot=Vf× If=15.1×0.073=1.1023W
8.1.2.e. Saat Ea = 161.9 V/ph Prot=Vf× If=20.5×0.1=2.05W
8.1.2.f. Saat Ea = 190.6 V/ph
Prot=Vf× If=25.21×0,124=3.126W
8.1.2.g. Saat Ea = 215 V/ph
Prot=Vf× If=30.25×0,15=4.5375W
8.1.2.h. Saat Ea = 237 V/ph
Prot=Vf× If=35.08×0,174=6,1039W
8.1.2.i. Saat Ea = 255 V/ph
Prot=Vf× If=40,23×0,2=8,046W
8.1.2.j. Saat Ea = 267 V/ph
Prot=Vf× If=45,36×0,225=10,206W
8.1.2.k. Saat Ea = 250 V/ph
Prot=Vf× If=51×0,25=12,75W
8.1.2.l. Saat Ea = 287 V/ph
Prot=Vf× If=55,27×0,27=14,9148W
8.1.2.m. Saat Ea = 293 V/ph
Prot=Vf× If=61,67×0,3=18,501W
8.1.2.n. Saat Ea = 300 V/ph
Prot=Vf× If=66.2×0,32=21,184W
8.1.2.o. Saat Ea = 302 V/ph
Prot=Vf× If=70,9×0,34=24,106W
8.1.2.p. Saat Ea = 307 V/ph
Prot=Vf× If=75,4×0,36=27,144W
8.1.2.q. Saat Ea = 310 V/ph Prot=Vf× If=80×0,38=30,4W
8.1.2.r. Saat Ea = 313 V/ph
Prot=Vf× If=85,6×0,4=34,24W
8.1.2.s. Saat Ea = 315 V/ph
Prot=Vf× If=90,5×0,42=38.01W
8.1.2.t. Saat Ea = 314 V/ph Prot=Vf× If=96×0,45=43,2W
8.1.2.u. Saat Ea = 316 V/ph
Prot=Vf× If=100,3×0,466=46,7398W
8.1.2.v. Saat Ea = 318 V/ph
Prot=Vf× If=105,7×0,458=48,4106W
8.1.2.w. Saat Ea = 319 V/ph
Prot=Vf× If=110,1×0,503=55,3803W
8.1.2.x. Saat Ea = 321 V/ph
Prot=Vf× If=115×0,51=58,65W
8.1.2.y. Saat Ea = 320 V/ph
Prot=Vf× If=120×0,53=63,3W
8.1.2.z. Saat Ea = 322 V/ph
Prot=Vf× If=126×0,55=85,8W
8.1.2.a. Saat Ea = 323 V/ph
Prot=Vf× If=131,1×0,57=74,727W
8.1.3 Perhitungan Copper Losses 8.1.3.a. Saat Ia = 0 A
Psc=3× Ia2× Ra−avg Psc=3×02×22,289 Psc = 0 W
8.1.3.b. Saat Ia = 0,101 A
Psc=3× Ia2× Ra−avg Psc=3×0,1012×22,289 Psc = 0,682 W
8.1.3.c. Saat Ia = 0,2 A
Psc=3× Ia2× Ra−avg Psc=3×0,22×22,289 Psc = 2,674 W
8.1.3.d. Saat Ia = 0,3 A
Psc=3× Ia2× Ra−avg Psc=3×0,32×22,289 Psc = 6,018 W
8.1.3.e. Saat Ia = 0,412 A
Psc=3× Ia2× Ra−avg Psc=3×0,4122×22,289 Psc = 11,350 W
8.1.3.f. Saat Ia = 0,5 A
Psc=3× Ia2× Ra−avg Psc=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 diatas dapat dilihat 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
161.9
190.6215237255267280287 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. Berdasarkan data tersebut dapat kita ketahui bahwa hubungan antar Field Current (If) dan Induced EMF (Ea) pada uji tanpa beban (karakteristrik tanpa beban) ialah berbanding lurus, dimana semakin besar nilai dari If maka nilai dari Ea yang didapatkan juga akan semakin besar.
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 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. Berdasarkan data tersebut maka dapat kita ketahui bahwa hubungan antara Field Current (If) dan Armature Current (Ia) pada
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)
uji hubung singkat (karakteristik hubung singkat) ialah berbanding lurus, dimana semakin besar nilai dari Ia maka nilai If yang didapatkan juga akan semakin besar.
8.2.3 Hubungan antara OCC dan SCC
Gambar 8.2.3 Hubungan antara OCC dan SCC
Berdasarkan gambar 8.2.3 yang menunjukkan hubungan antara OCC dan SCC, analisis data yang tersedia melibatkan tiga variabel utama, yaitu nilai EMF (elektromotor force), arus armature, dan nilai arus medan. Data yang tercatat menunjukkan variasi nilai EMF antara 36,4 hingga 323. Terdapat variasi yang signifikan, dengan nilai EMF cenderung meningkat sejalan dengan peningkatan nilai arus medan. Pada sumbu Y kedua, data arus armature berkisar antara 0,101 hingga 0,5. Terlihat bahwa arus armature juga mengalami peningkatan seiring dengan pertambahan nilai arus medan. Pola ini mencerminkan 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
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
161.9 190.6
215
237255267280287 293300302307310313315 314316318 319321320322323
Chart Title
SCC OCC
kenaikan nilai arus medan berhubungan dengan peningkatan nilai EMF dan arus armature. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa hubungan yang signifikan terdapat antara nilai arus medan dengan nilai EMF dan arus armature dalam sistem yang diamati. Seiring dengan peningkatan arus medan, respons sistem secara konsisten menunjukkan peningkatan nilai EMF dan arus armature. Temuan ini memberikan wawasan penting dalam memahami karakteristik sistem elektromagnetik yang diamati, dan dapat dianggap sebagai informasi yang relevan dalam penyusunan laporan praktikum.
8.3 Pembahasan
Generator sinkron adalah mesin sinkron yang mengkonversikan energy mekanik menjadi energy listrik. Dikatakan mesin sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Generator bekerja berdasarkan prinsip kerja induksi elektromagnetik atau fluksi yang kemudian mengubah energi listrik. Azas generator yang bekerja berdasarkan: Hukum Induksi Faraday: “Apabila jumlah garis gaya yang melalui kumparan diubah, maka gaya gerak listrik dinduksikan dalam kumparan itu. Besarnya gaya gerak listrik yang dinduksikan berbanding lurus dengan laju perubahan jumlah garis gaya melalui kumparan”. Rotor generator sinkron yang diputar dengan penggerak mula (prime mover) yang terdiri dari belitan medan dengan suplai arus searah akan menghasilkan medan magnet putar dengan kecepatan dan arah putar yang sama dengan putaran rotor tersebut. Medan putar yang dihasilkan pada rotor, akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut.
Prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap. Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan
nominalnya. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor, akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut.
Stator terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu; Rangka Stator Rangka stator adalah penyangga inti jangkar generator; Inti Stator Inti stator terdiri dari laminasi- laminasi yang terpasang pada rangka stator; Alur (slot) dan Gigi Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator; Kumparan Stator (Kumparan Jangkar) Merupakan tempat terjadi ggl induksi.
Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu; Slip Ring Slip ring adalah cincin dari logam yang melingkari poros rotor yang saling terpisah (diisolasi). Pada slip ring inilah dipasang terminal kumparan rotor yang kemudian melalui sikat dihubungkan ke sumber arus dc; Kumparan Rotor (kumparan medan) Kumparan medan rotor inilah yang berperan utama dalam menghasilkan medan magnet; Poros Rotor Kumparan medan diletakkan pada poros rotor yang berbentuk slot-slot Pada dasarnya, rotor pada generator sinkron merupakan suatu elektromanet. Kutub medan magnet rotor terbagi menjadi salient (kutub sepatu) dan dan non salient (rotor silinder).
Gambar 8.3.1 Rangkaian eqivalen generator sinkron.
Reaksi jangkar adalah kondisi dimana arus mengalir pada jangkar yang berada pada medan magnet. Pada celah udara generator hanya akan terjadi arus medan rotor apabila generator sinkron yang ada bekerja pada beban nol sehingga tidak ada arus yang mengalir dan melalui kumparan jangkar (stator). Saat kondisi generator sinkron diberi beban maka yang terjadi adalah arus jangkar (Ia) akan mengalir dan membentuk fluks jangkar. Fluks inilah yang akan mengubah nilai terminal pada generator sinkron karena mempengaruhi fluksi arus medan yang ada. Reaksi jangkar ini dapat dilihat dari gambar berikut:
Gambar 8.3.2 Model Reaksi Jangkar.
Gambar 8.3.3 Karakterstik tanpa beban dan hubung singkat sebuah generator.
Tes tanpa beban pada generator sinkron adalah uji penting yang dilakukan untuk memahami karakteristik dan kinerja generator ketika tidak ada beban yang terhubung ke terminalnya. Tujuan utama dari tes tanpa beban adalah untuk mengumpulkan informasi tentang sifat-sifat dasar generator pada kondisi tanpa beban, yang penting untuk merancang, mengoperasikan, dan memelihara sistem tenaga listrik dengan efisiensi tinggi. Selama tes tanpa beban, generator dijalankan tanpa beban eksternal yang terhubung ke terminalnya. Hal ini 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, sementara 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 ini memberikan
pemahaman yang mendalam tentang karakteristik dasar dari generator sinkron.
Informasi ini dapat digunakan untuk menyesuaikan dan memperbaiki parameter generator, serta untuk memastikan bahwa generator dapat menghasilkan tegangan yang stabil dan sesuai dengan spesifikasi desainnya saat beroperasi pada kondisi tanpa beban. Dengan demikian, tes tanpa beban berperan kunci dalam memastikan keandalan dan efisiensi operasional generator sinkron dalam sistem tenaga listrik.
Tes hubung singkat pada generator sinkron adalah uji yang dilakukan untuk memahami respons generator ketika terjadi hubung singkat pada terminalnya.
Tujuan utama dari tes ini adalah mengumpulkan informasi mengenai 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 sistem tenaga listrik dengan aman dan efisien.
Pengukuran tahanan jangkar arus searah (rdc) biasanya menggunakan metode voltmeter-amperemeter. Dimana kumparan jangkar dihubungkan kepada sumber tegangan arus searah (dc) ketika mesin dalam keadaan diam lalu diukur besar arus yang mengalir pada kumparan jangkar. Pengukuran dengan menggunakan sumber tegangan dc dimaksudkan bahwa reaktansi kumparan jangkar akan menjadi nol selama proses pengukuran. Arus yang mengalir pada kumparan jangkar diatur pada nilai nominalnya supaya kumparan berada pada temperatur operasi normal. Jika kumparan jangkar terhubung bintang dan netral tidak tersedia maka besar tahanan jangkar arus searah (rdc) per fasa dapat dihitung dengan persamaan (a). Sedangkan jika kumparan jangkar terhubung delta maka tahanan jangkar arus searah (rdc) per fasa dapat dihitung dengan persamaan (b).
(a) (b)
Perubahan dalam arus eksitasi memiliki dampak yang signifikan terhadap arus jangkar dalam generator sinkron. Arus eksitasi, yang mengalir ke medan magnet stator, mengendalikan kekuatan medan magnet yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan pada rotor generator. Ketika terjadi perubahan dalam arus eksitasi, tegangan jangkar yang dihasilkan juga mengalami perubahan sejalan dengan intensitas medan magnet. Dampak ini terlihat dalam variasi faktor power angle, yang menentukan sudut antara medan magnet rotor dan medan magnet stator, yang mempengaruhi sinkronisasi generator dengan jaringan listrik. Pengendalian arus eksitasi juga berdampak pada karakteristik tegangan generator terhadap fluktuasi beban, memungkinkan penyesuaian respons generator terhadap perubahan permintaan daya. Selain itu, arus eksitasi memainkan peran penting dalam meningkatkan regulasi tegangan, di mana pengaturan arus eksitasi dapat menjaga tegangan generator pada tingkat yang diinginkan tanpa memperhatikan variasi beban. Dengan demikian, kendali arus eksitasi menjadi kritis dalam memastikan kinerja stabil dan optimal dari generator sinkron dalam berbagai kondisi operasional, menjadikannya unsur utama dalam sistem regulasi generator sinkron.
Adapun jurnal yang berjudul “Analisis Pengaruh Perubahan Beban Terhadap Karakteristik Generator Sinkron” yang dibuat oleh Annisa, Winarso2, Wakhyu Dwiono.
Perubahan dalam arus eksitasi memiliki dampak yang signifikan terhadap arus jangkar dalam generator sinkron. Arus eksitasi, yang mengalir ke medan magnet stator, mengendalikan kekuatan medan magnet yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan pada rotor generator. Ketika terjadi perubahan dalam arus
eksitasi, tegangan jangkar yang dihasilkan juga mengalami perubahan sejalan dengan intensitas medan magnet. Dampak ini terlihat dalam variasi faktor power angle, yang menentukan sudut antara medan magnet rotor dan medan magnet stator, yang mempengaruhi sinkronisasi generator dengan jaringan listrik. Pengendalian arus eksitasi juga berdampak pada karakteristik tegangan generator terhadap fluktuasi beban, memungkinkan penyesuaian respons generator terhadap perubahan permintaan daya. Selain itu, arus eksitasi memainkan peran penting dalam meningkatkan regulasi tegangan, di mana pengaturan arus eksitasi dapat menjaga tegangan generator pada tingkat yang diinginkan tanpa memperhatikan variasi beban. Dengan demikian, kendali arus eksitasi menjadi kritis dalam memastikan kinerja stabil dan optimal dari generator sinkron dalam berbagai kondisi operasional, menjadikannya unsur utama dalam sistem regulasi generator sinkron.
Gambar 8.3.4 Pemodelan Generator Sinkron
IX. KESIMPULAN
Adapun kesimpulan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:
1. Analisis grafik menunjukkan bahwa keterhubungan antara Kurva Karakteristik Operasi Tanpa Beban (OCC) dan Kurva Karakteristik Singkat Hubung (SCC) memiliki hubungan positif, dimana semakin tinggi nilai OCC, semakin besar pula nilai SCC.
2. Berdasarkan Percobaan pengukuran beban Hubungan antara If dengan Ea adalah berbanding lurus, dimana semakin besar nilai If maka akan semakin besar pula nilai Ea
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 arus eksitasi pada generator sinkron dapat mengakibatkan perubahan pada arus jangkar dan faktor daya motor sinkron tiga fasa. Saat arus eksitasi rotor mencukupi untuk menghasilkan fluks yang dibutuhkan oleh motor, stator tidak memerlukan arus magnetisasi atau daya reaktif tambahan, sehingga motor beroperasi pada faktor daya satu. Namun, jika arus eksitasi kurang, stator akan menarik arus magnetisasi dari sumber daya, menyebabkan motor bekerja pada faktor daya tertinggal.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Baskoro, Farid, et al. "Kajian kemiringan blade dan head turbin archimedes screw terhadap daya keluaran generator AC 1 phase 3 kW." Jurnal Teknik Elektro 10.1 (2021): 219-228.
[2] 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.
[3] M. I. Fauzan, “Kinerja Teknis dan Biaya Pembangkit Listrik Mikrohidro,” J.
Tek. Pertan. Lampung, vol. 2, no. 1, pp. 51–58, 2013.
[4] Hendra, Hendra, et al. "Pembuatan dan Uji Kerja Generator AC Gerak Translasi dan Rotasi untuk Pembangkit Listrik Energi Terbarukan." Prosiding Simposium Nasional Rekayasa Aplikasi Perancangan dan Industri (2021):
229-234.
