RHANA SADHIKA ADY 20501241032 PTE A 2020 PRAKTIK MESIN LISTRIK ALTENATOR 2021

(1)

RHANA SADHIKA ADY/20501241032/PTE A 2020

PRAKTIKUM MESIN LISTRIK ALTENATOR

Oleh :

RHANA SADHIKA ADY 20501241032

PTE A 2020

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO PRODI S1 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2021

(2)

A. TUJUAN

Setelah melakukan praktik, diharapkan mahasiswa dapat:

1. Merencanakan rangkaian dan merangkai percobaan dan dapat melakukan percobaan mesin arus bolak-balik meliputi motor induksi tiga fasa, motor induksi satu fasa, altenator dan motor serempak.

2. Menghitung daya masukkan, daya keluaran, efisiensi motor dan generator (alternator) pada pembebanan yang berubah-ubah.

3. Memprediksi torsi maksimum pada suatu motor.

4. Menggambarkan karakteristik T = f(s) untuk motor induksi 3 fasa maupun 1 fasa, n = f(T) pada motor induksi maupun motor serempak dan V = f(IL) pada alternator.

5. Memaralelkan 2 atau lebih alternator dengan langkah yang benar.

6. Mengetahui pengaruh besar arus penguat magnet terhadap sifat motor serempak.

B. ALAT DAN BAHAN

1. Alternator 1,2 KW 1500 rpm 1 buah

2. Unit Torsimeter dan Catu Daya 1 unit

3. Rheostat 1 buah

4. Tachometer atau Tachogenerator 1 buah

5. Ampermeter arus bolak-balik 1 buah

6. Ampermeter arus searah 1 buah

7. Voltmeter arus bolak-balik atau multimeter 1 buah

8. Saklar beban 1 buah

9. Beban resistor, inductor, dan kapasitor masing-masing 1 unit

10. Wattmeter 1 fasa 1 buah

11. Tes fasa meter 1 buah

12. Sinkronoskop 1 unit

13. KabelPenghubung Secukupnya

C. TEORI SINGKAT

Disebut mesin serempak karena pada mesin tersebut antara putaran medan magnet stator dengan putaran rotor sama (ns = nr). Terdapat ciri yang lain pada mesin serempak yaitu mempunyai dua macam belitan utama yaitu belitan jangkar (belitan stator) dan belitan penguat magnet (belitan rotor). Belitan stator adalah belitan tempat menghasilkan tegangan

(3)

(ggl) induksi untuk alternator dan tempat menghasilkan medan magnet putar untuk motor.

Sedangkan belitan rotor adalah belitan untuk menghasilkan garis-garis gaya magnet baik untuk motor maupun untuk alternator. Berikut ini akan diuraikan tentang alternator.

(4)

1. Prinsip dasar

Alternator adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah daya mekanik menjadi daya listrik arus bolak-balik. Prinsip dasar alternator adalah hukum Faraday.

2. Jumlah kutub, frekuensi dan putaran alternator Terdapat hubungan antara frekuensi, jumlah kutub dan jumlah putaran alternator

Terdapat hubungan antara frekuensi, jumlah kutub dan jumlah putaran alternator seperti persamaan sebagai berikut:

f = pn/60 f : Frekuensi yang dihasilkan (Hz)

p : Jumlah pasang kutub

n : Jumlah putaran alternator rpm

3. Gaya gerak listrik (ggl) induksi pada lilitan stator

Besarnya ggl induksi pada lilitan stator tiap fasa adalah sebagai berikut:

E = 4,44 fp fd f Nf Φ volt E : Ggl induksi lilitan stator perfasa (volt)

fp : faktor langkah fd : faktor distribusi

f : frekuensi yang dihasilkan (Hz) N : Jumlah penghantar lilitan perfasa Φ : Jumlah garis-garis gaya magnet (Wb) 4. Daya alternator

Besamya daya keluaran alternator adalah Pout = 3 × daya /fasa

= 3 × Vf × If x cos φ 5. Reaksi Jangkar

Jika altenator telah memikul beban, maka pada lilitan jangkar akan mengalir arus dan akan menghasilkan garis-garis gaya magnet jangkar (ΦA). Dengan adanya garis-garis gaya magnet (flux) jangkar ini berarti di dalam jangkar terdapat dua macam flux yaitu flux utama (ΦU) dan flux jangkar (ΦA). Kedua flux ini akan menyatu menjadi flux resultante (ΦR). Terdapat tiga sifat beban listrik yaitu sifat induktif, resistif dan kapasitif. Dengan sifat beban yang berbeda, akan diperoleh flux paduan yang berbeda pula yaitu sebagai berikut:

a. Sifat beban resistif, sifat beban ini mengakibatkan urus jangkar I sefasa dengan ggl induksi E, dan flux jangkar (ΦA) tegak lurus flux utama (ΦU).

b. Sifat beban kapasitif, sifat beban ini mengakibatkan arus jangkar I mendahului ggl

(5)

induksi E dengan sudut ϴ dan flux jangkar (ΦA) ketinggalan dengan sudul (90-ϴ) terhadap flux utama (ΦU).

c. Sifat beban kapasitif murni, sifat beban ini mengakibatkan arus jangkar I mendahului ggl induksi E dengan sudut 90 dan flux jangkar (ΦA) sefasa dengan flux utama (ΦU).

(6)

d. Sifat beban induksif murni, sifat beban ini mengakibatkan arus jangkar I ketinggalan terhadap ggl induksi E dengan sudu 90 dan flux jangkar (ΦA) berlawanan dengan flux utama (ΦU).

Dengan sifat beban yang berbeda, akan diperolch arah dan besar flux resultante (ΦA) vang berbeda pula dan hal ini akan mempengaruhi ggl induksi E yang dibangkitkan oleh lilitan jangkar.

6. Regulasi Tegangan

Regulasi tegangan adalah perbandingan antara tegangan tanpa beban dengan tegangan pada beban penuh dan dapat ditentukan dengan rumus:

Regulasi Tegangan (VR) = (Eo – V)/V VR : Regulasi tegangan

Eo : Tegangan perfasa tanpa beban V : Tegangan perfasa beban penuh Perbedaan tegangan terjadi karena beberapa hal antara lain:

a. Adanya penurunan tegangan pada lilitan jangkar akibat adanya impedansi lilitan jangkar baik dalam bentuk hambatan murni R maupun reaktansi (X).

b. Reaksi jangkar yang timbul karena terbentuknya flux jangkar akibat pembebanan.

c. Pengaruh kemagnetan bagi alternator dengan penguat sendiri karena perubahan tegangan.

Untuk menentukan besarnya regulasi tegangan, terdapat banyak cara yang salah satu cara tersebut adalah dengan metode EMF (EMF method). Untuk mencari besamya ggl induksi tanpa beban dapat dilakukan dengan pengujian (tes) yaitu tes hubung terbuka (open circuit tes atau OCT) dan tes hubung singkat (short circuit tes atau SCT).

a. Tes hubung terbuka (OCT)

Pada tes ini akan dilihat karakteristik E = f(lm) untuk putaran dan frekuensi konstan. Penggambaran grafik tersebut diperoleh dengan melakukan pengujian.

Arus penguat magnet diatur dari nol sampai dengan harga tertentu Dalam daerah tertentu hubungan antara arus penguat magnet Im dengan ggl induksi E merupakan garis lurus, tetapi mulai suatu harga Im tertentu ternyata penambahan ggl induksi E pada lilitan jangkar tidak sebanding Jika hubungan ini digambarkanakan merupakan garis lengkung. kemudia pada suatu saat tertentu harga ggl induksi E tidak mengalami perubahan walaupun terjadi penambahan arus penguat magnet Im Hal ini terjadi setelah kemagnetannya mengalami kejenuhan.

b. Tes hubung singkat (SCT)

Dalam tes hubung singkat akan diketahui pengaruh perubahan arus penguat magnet

(7)

terhadap arus hubung singkat Isc. Harga penambahan arus Im selalu sebanding dengan perubahan arus hubung singkat Isc. Hubungan kedua komponen tersehut merupakan bentuk garis lurus. Dengan OCT dan SCT diperoleh harga:

a. Impedansi serempak (Zs) = Eoc/Isc

(8)

b. Reaktansi serempak (Xs) = √ ² − ² Eoc : Tegangan fasa tes hubung terbuka Isc : Arus hubung singkat per fasa Ra : Hambatan lilitan jangkar per fasa

XA : Reaktansi karena pengaruh reaksi jangkar

Besarnya tegangan tanpa beban Eo dapat ditentukan dengan rumus:

Eo = √{( cos + . )² + ( sin + . )² } Sedangkan untuk beban kapasitif besarnya Eo adalah:

Eo = √{( cos + . )² + ( sin − . )² } 7.

7. Karakteristik luar alternator

Karakteristik luar alternator merupakan penggambaran hubungan antara tegangan terminal alternator dengan arus beban IL atau V = f(IL) Beban pada altemator memiliki beberapa sifat yaitu: resistif, induktif dan kapasitif.

8. Paralel dua alternator atau lebih

Pada kondisi beban puncak alternator yang telah beroperasi kadang-kadang tidak mampu melayaninya. Untuk itu agar pelayanan kepada konsumen tidak terganggu, maka dilakukan pemaralelan dua atau lebih alternator. Terdapat beberapa syarat agar dua atau lebih alternator dapat kerja paralel yaitu:

(a). Tegangan efektif alternator harus sama (b). Frekuensi harus sama, (c). Urutan fasa harus sama dan (d). Fasa harus sama.

Peralatan yang digunakan dalam memaralel dua atau lebih alternator yaitu:

a. Frekuensi meter, yaitu untuk mengetahui frekuensi masing-masing alternator b. Volt meter, yaitu untuk mengetahui tegangan masing-masing alternator c. Tes fasa meter untuk mengetahui unuran fasa masing-masing alternator

d. Sinkronouskop, yaitu alat untuk menetapkan kapan setelah persyaratan terpenuhi kedua alternator dapat diparalel.

Untuk mengatur frekuensi dilakukan dengan mengatur putaran tenaga penggerak dan untuk mengatur tegangan dilakukan dengan mengatur arus penguat medan magnet.

(9)

RHANA SADHIKA ADY/20501241032/PTE A 2020 D. GAMBAR RANGKAIAN

Rangkaian Percobaan Alternator

(10)

Rangkaian Percobaan Memaralel Dua Alternator

E. KESELAMATAN KERJA

a. Jangan dihubungkan dengan catu daya sebelum diperiksa oleh instruktur.

b. Ikuti langkah-langkah yang ada pada labsheet ini.

c. Mintalah petunjuk instruktur/dosen jika terdapat hal-hal yang meragukan.

F. LANGKAH KERJA

(11)

a. Percobaan untuk menggambarkan karakteristik elternator

1. Merangkai seperti gambar, saklar beban (S) dalam keadaan terbuka, dan batas ukur masing-masing alat ukur seperti tertera pada gambar, dan Im = 0.

2. Memeriksakan rangkaian kepara instruktur untuk mendapatkan persetujuan.

3. Jika telah disetujui, menutup saklar tegangan tetap pada unit catu daya, mengatur Rheostat pada unit torsi meter hingga arus pada lilitan penguat magnet = 0,5 A.

(12)

4. Menutup saklar tegangan variabel pada unit catu daya dan mengatur tegangannya hingga 220 V, dan mengatur kembali arus penguat magnet sehingga diperoleh putaran motor penggerak = 1500 rpm (harus selalu konstan).

5. Mengatur Im1 dengan memutar Rm1 dari nol hingga harga tertentu dengan interval 0,1 A dan mencatat harga V setiap perubahan Im1. Catatan: Im1, diambil = maksimum setelah V mencapai 220 volt antar fasa (V). Kemudian mengembalikan harga Rm1 seperti semula hingga Im1 = 0.

6. Dengan tidak mematikan mesin, menghubung singkat pada bebannya (tes hubung singkat: SCT).

7. Setelah disetujui oleh instruktur, menutup saklar beban S, mengatur Im1 dari nol hingga harga tertentu seperti data Im1 tabel 1 dan mencatat harga arus hubung singkat Isc setiap perubahan Im1 serta memasukkan datanya pada tabel 2.

8. Menurunkan Im1 hingga nol, membuka saklar beban S, melepas semua penghantar penghubung singkat dan mengatur kembali Im1 hingga V = 220 volt fasa-fasa.

9. Menutup saklar beban S dan atur RL hingga diperoleh seperti dalam tabel 3, dan mencatat harga-harga V, P, dan T setiap perubahan beban.

10. Setelah selesai, mengembalikan RL seperti semula, membuka saklar beban S dan mengganti beban RL dengan beban induktor L (sambungan beban dalam segitiga).

11. Setelah disetujui oleh instruktur, menutup saklar beban S dan mengatur beban L dari step 1 sampai dengan step 11, mencatat IL, V, P dan T setiap perubahan harga L dan memasukkan datanya ke dalam tabel 4.

12. Mengembalikan posisi beban L seperti semula, membuka saklar tegangan variabel DC hingga nol, dan melepas rangkaian watt meter nya. Mengganti beban L dengan beban C dalam sambungan bintang. Memindahkan batas ukur volt meter dari 300 volt ke 1200 volt.

13. Setelah disetujui oleh instruktur, mengatur kembali tegangan veriabel DC hingga diperoleh putaran motor penggerak 1500 rpm.

14. Menutup saklar beban S, mengatur posisi beban C dari 0 hingga 5, dan mencatat harga I, V, P dan T setiap perubahan beban C serta memasukkan datanya ke dalam tabel 5.

15. Mengembalikan posisi C seperti semula, membuka saklar beban S, Menurunkan Im1 hingga nol, menurunkan Im2 hingga nol, membuka saklar tegangan tetap DC, membuka saklar tegangan variabel DC dan melepas semua rangkaian.

(13)

RHANA SADHIKA ADY/20501241032/PTE A 2020 b. Memaralel dua alternator

1. Merangkai seperti gambar 2 (Alternator 1 diasumsikan telah beroperasi dalam hal ini disimulasikan dengan jaringan PLN).

2. Setelah disetujui, menutup saklar tegangan tetap dan tegangan variabel DC 220 volt. Mengatur Im2 hingga maksimum dan mengatur tegangan variabel DC hingga 220 volt.

(14)

3. Mengatur kembali Im2 hingga diperoleh putaran 1500 rpm.

4. Mengatur Im1 hingga diperoleh harga V = 220 volt fasa-fasa. Kemudian melakukan tes fasa. Urutan fasa teg. alternator harus sama dengan urutan fasa teg. PLN.

5. Menutup saklar tegangan tetap AC 3 fasa dan atur putaran alternator (mengatur Im2) hingga lampu cahaya putar bergerak (berputar) sangat lambat.

6. Pada saat Vo = 0, segera menutup saklar pada sinkronouskop S2.

7. Untuk mematikan mesin cukup dengan membuka saklar tegangan DC variabel (tegangan motor penggerak) pada unit catu daya.

G. DATA PERCOBAAN

Tabel 1. Data Tes beban Kosong (OCT)

Im1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,53

VL 0 V 40 V 88 V 134 V 186 V 210 V 220 V

Tabel 2. Data Tes Hubung Singkat (SCT)

Im1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,73

Isc 0 A 0,5 A 1 A 1,5 A 1,8 A 2,4 A 2,7 A 3,5 A

Tabel 3. Tes Pembebanan Alternator Beban Resistif

Harga Pengkuran Harga Perhitungan

IL V P T Pin Pout Cos φ Ƞ

0,5 220 240 1,4 219,8

Watt

240 0,4583 1,09

1 220 260 1,9 298,3

Watt

260 0,846 0,87

1,5 216 365 2,4 376,8

Watt

365 0,888 0,97

2 208 450 2,8 439,6

Watt

450 0,924 1,02

2,5 196 520 3,1 486,7

Watt

520 0,942 1,07

(15)

3 180 560 3,2 502.4

Watt

560 0,964 1,115

(16)

Tabel 4. Tes Pembebanan Alternator Beban Induktor Harga Pengukuran

Step IL V P T

1 0,5 190 0 0,6

2 0,6 164 0 0,6

3 1 148 0 0,6

4 1,25 130 0 0,6

5 1,3 118 0 0,6

6 1,4 106 0 0,6

7 1,5 100 0 0,6

8 1,6 88 0 0,6

9 1,7 84 0 0,6

10 1,8 80 0 0,6

11 1,85 72 0 0,6

Tabel 5. Data Tes Pembebanan Alternator Beban Kapasitor Harga Pengukuran

Step IL V P

1 0,5 225 0

2 0,6 230 0

3 0,8 240 0

4 1,1 245 0

5 1,3 150 0

Hambatan lilitan stator perfasa (R-0 atau S-0 atau T-0) = 3,75 Ω

(17)

RHANA SADHIKA ADY/20501241032/PTE A 2020 H. ANALISIS DATA

Tabel 3

1. Pin = T × 2πn / 60

= 1,4 × 2 × 3,14 × 1500 / 60

= 219,8 Watt Cos φ = V × IL / Pout

= 220 × 0,5 / 240

= 0,4583 Ƞ = = ²⁴⁰ = 1,09

219,8

2. Pin = T × 2πn / 60

= 1,9 × 2 × 3,14 × 1500 / 60

= 220 × 1 / 260

= 0,846

Ƞ = = ²⁶⁰ = 0,87

298,3

3. Pin = T × 2πn / 60

= 2,4 × 2 × 3,14 × 1500 / 60

= 216 × 1,5 / 365

= 0,888

Ƞ = = ³⁶⁵ = 0,97

376,8

4. Pin = T × 2πn / 60

= 2,8 × 2 × 3,14 × 1500 / 60

= 208 × 2 / 450

= 0,924

Ƞ = = ⁴⁵⁰ = 1,02

439,6

5. Pin = T × 2πn / 60

= 3,1 × 2 × 3,14 × 1500 / 60

(18)

= 196 × 2,5 / 520

= 0,94

Ƞ = = ⁵²⁰ = 1,068

486,7

(19)

RHANA SADHIKA ADY/20501241032/PTE A 2020 6. Pin = T × 2πn / 60

= 3,2 × 2 × 3,14 × 1500 / 60

= 502.4 Watt Cos φ = V × IL / Pout

= 180 × 3 / 560

= 0,964

Ƞ = = ⁵⁶⁰ = 1,115

502,4

I. JAWABAN PERTANYAAN

1. Gambarkan ke dalam satu salib sumbu V = f(Im) dan Isc = f(Im) alternator!

2. Perkirakan harga impedansi serempak dan reaktansi serempak alternator!

Jawab:

Berdasarkan data pada OCT dan SCT, diperoleh:

Voc = 220 V Isc = 3,5 A

Zs = = ²²⁰= 62,857 Ω

3,5

(20)

3. Gambarkan karakteristik luar alternator dari berbagai sifat beban ke dalam satu salib sumbu!

4. Mengapa pada pembebanan kapasitif, semakin besar arus beban semakin besar pula tegangan terminal generator?

Jawab: Karena sifat dari beban kapasitif yaitu arus mendahului tegangan, sehingga jika alternator dibebani kapasitif, maka arus jangkar akan mendahului GGL induksi yang dibangkitkan. Dengan arus jangkar yang mendahului tersebut akan menghasilkan dan memperkuat fluks jangkar (ΦA), sehingga fluks total (ΦR) semakin besar. Dengan fluks total yang semakin besar maka GGL induksi yang dihasilkan generator semakin besar pula.

5. Mengapa pada pembebanan induktif, semakin besar arus beban semakin besar pula penurunan tegangan pada alternator?

Jawab: Karena sifat dari beban induktif yaitu arus tertinggal terhadap tegangan, sehingga jika alternator dibebani induktif, maka arus jangkar tertinggal terhadap GGL induksi yang dibangkitkan. Dengan arus jangkar yang tertinggal tersebut, maka akan dihasilkan fluks jangkar (ΦA) yang semakin turun, sehingga fluks total (ΦR) semakin kecil. Dengan fluks total yang semakin kecil maka GGL induksi yang dihasilkan generator semakin kecil juga.

6. Hitung efisiensi alternator pada setiap perubahan beban pada sifat beban resistif!

Jawab:

1. Ƞ = = ²⁴⁰ = 1,09

219,8

2. Ƞ = = ²⁶⁰ = 0,87

298,3

(21)

RHANA SADHIKA ADY/20501241032/PTE A 2020 3. Ƞ = = ³⁶⁵ = 0,97

376,8

4. Ƞ = = ⁴⁵⁰ = 1,02

439,6

5. Ƞ = = ⁵²⁰ = 1,068

486,7

(22)

6. Ƞ = = ⁵⁶⁰ = 1,115

502,4

(23)

RHANA SADHIKA ADY/20501241032/PTE A 2020 7. Ceritakan proses pemaralelan

alternator! Jawab:

 Memastikan apakah kedua atau lebih alternator yang akan diparalelkan memiliki besar tegangan efektif yang sama. Caranya yaitu mengukur tegangan pada setiap alternator menggunakan voltmeter.

 Memastikan apakah besar frekuensi yang dihasilkan alternator besarnya sama.

Caranya megukur frekuensi yang dihasikan masing-masing alternator menggunakan frekunsi meter.

 Memastikan urutan fase pada tiap alternator apakah sudah sama, untuk mengetahui urutan fasa meggunakan tes urutan fasa.

 Untuk mengetahui kapan kedua alternator diparalelkan (tegangan kedua alternator sefasa) dapat menggunakan sinkronoskop.

8. Mengapa pada pembebanan induktif dan kapasitif murni, daya beban = nol?

Jawab: Karena sifat alami dari beban kapasitif dan induktif sendiri, yaitu beda fase antara tegangan dan arus adalah 90⁰, sehingga besar cos = 0.

J. SIMPULAN

Alternator akan menghasilkan reaksi yang berbeda pada tiap jenis beban, yaitu resistif, kapasitif dan induktif. Jenis beban tersebut mempengaruhi fluks total pada alternator. Jika alternator dibebani induktif, semakin besar induktansi berarti semakin besar arus yang mengalir pada beban. Dengan arus beban yang semakin besar, maka akan semakin besar juga pengurangan fluks total pada motor. Karena fluks total semakin kecil, tegangan yang dihasilkan generator akan semakin kecil. Jika alternator dibebani kapasitif, semakin besar induktansi berarti semakin besar arus yang mengalir pada beban. Dengan arus beban yang semakin besar, maka akan semakin besar juga penambahan fluks total pada motor. Karena fluks total semakin besar, tegangan yang dihasilkan generator akan semakin besar. Jika alternator dibebani resistif, fluks motor tidak akan terpengaruh. Sehingga tegangan yang dihasilkan generator relatif tetap. Pada pembebanan induktif dan kapasitif murni daya beban = 0 karena sifat alami dari beban kapasitif dan induktif sendiri, yaitu beda fase antara tegangan dan arus adalah 90⁰, sehingga besar cos = 0