LAPORAN PRAKTIKUMPENGUJIAN KONDISI TANPA BEBAN DAN KONDISI
BERBEBAN PADA GENERATOR SINKRON(NO LOAD AND LOAD TEST ON
SYNCHRONOUS GENERATOR)
EXPERIMENT 2DOSEN PEMBIMBING:Bp. DJODI ANTONO, B.Tech.
NAMA : ARIS SETYAWANKELAS : LT 2DNIM: 3.39.13.0.02
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIKJURUSAN TEKNIK ELEKTROPOLITEKNIK
NEGERI SEMARANG2015
PENGUJIAN KONDISI TANPA BEBAN DAN KONDISI BERBEBAN PADA
GENERATOR SINKRON(NO LOAD AND LOAD TEST ON SYNCHRONOUS
GENERATOR)
EXPERIMENT 2I. Waktu PercobaanHari : JumatTanggal : 8 Mei
2015Pukul : 08.00 s/d 11.00 WIBTempat : Laboraturium Listrik Barat
Ruang Khusus Politeknik Negeri Semarang
II. PendahuluanGenerator 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 sinkron
(alternator) merupakan generator yang digunakan untuk mengubah daya
mekanik menjadi daya listrik. Generator sinkron dapat berupa
generator sinkron tiga fasa atau generator sinkron AC satu fasa
tergantung dari kebutuhan. 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.Pada generator sinkron, arus
DC diterapkan pada lilitan rotor untuk mengahasilkan mdan magnet
rotor. Rotor generator diputar oleh prime mover menghasilkan medan
magnet berputar pada mesin. Medan magnet putar ini menginduksi
tegangan tiga fasa pada kumparan stator generator. Rotor pada
generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang
besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient (kutub sepatu)
dan dan non salient (rotor silinder).Pada kutub salient, kutub
magnet menonjol keluar dari permukaan rotor sedangkan pada kutub
non salient, konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan rotor.
Rotor silinder umumnya digunakan untuk rotor dua kutub dan empat
kutub, sedangkan rotor kutub sepatu digunakan untuk rotor dengan
empat atau lebih kutub. Pemilihan konstruksi rotor tergantung dari
kecepatan putar prime mover, frekuensi dan rating daya generator.
Generator dengan kecepatan 1500 rpm ke atas pada frekuensi 50 Hz
dan rating daya sekitar 10MVA menggunakan rotor silinder. .
Sementara untuk daya dibawah 10 MVA dan kecepatan rendah maka
digunakan rotor kutub sepatu. Gambaran bentuk kutup silinder
generator sinkron diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.1 Bentuk Kutub Silinder Generator Sinkron
Jika sebuah kumparan diputar pada kecepatan konstan pada medan
magnet homogen, maka akan terinduksi tegangan sinusoidal pada
kumparan tersebut. Medan magnet bisa dihasilkan oleh kumparan yang
dialiri arus DC atau oleh magnet tetap. Pada mesin tipe ini medan
magnet diletakkan pada stator (disebut generator kutub eksternal /
external pole generator) yang mana energi listrik dibangkitkan pada
kumparan rotor. Hal ini dapat menimbulkan kerusakan pada slip ring
dan karbon sikat, sehingga menimbulkan permasalahan pada
pembangkitan daya tinggi. Untuk mengatasi permasalahan ini,
digunakan tipe generator dengan kutub internal (internal pole
generator), yang mana medan magnet dibangkitkan oleh kutub rotor
dan tegangan AC dibangkitkan pada rangkaian stator. Tegangan yang
dihasilkan akan sinusoidal jika rapat fluks magnet pada celah udara
terdistribusi sinusoidal dan rotor diputar pada kecepatan konstan.
Tegangan AC tiga fasa dibangkitan pada mesin sinkron kutub internal
pada tiga kumparan stator yang diset sedemikian rupa sehingga
membentuk beda fasa dengan sudut 120. Bentuk gambaran sederhana
hubungan kumparan 3-fasa dengan tegangan yang dibangkitkan
diperlilhatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.2.Hubungan Kumparan 3 Fasa dengan Tegangan yang
DibangkitkanPada rotor kutub sepatu, fluks terdistribusi sinusoidal
didapatkan dengan mendesain bentuk sepatu kutub. Sedangkan pada
rotor silinder, kumparan rotor disusun secara khusus untuk
mendapatkan fluks terdistribusi secara sinusoidal. Untuk tipe
generator dengan kutub internal (internal pole generator), suplai
DC yang dihubungkan ke kumparan rotor melalui slip ring dan sikat
untuk menghasilkan medan magnet merupakan eksitasi daya rendah.
Jika rotor menggunakan magnet permanen, maka tidak slip ring dan
sikat karbon tidak begitu diperlukan.
III. Dasar Teoria) Generator Tanpa BebanApabila 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 fm T VoltDalam 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) seperti diperlihatkan pada Gambar 3.1.a.
Kondisi Generator tanpa beban bisa digambarkan sebagai berikut.
(a)(b)Gambar 3.1.Kurva dan Rangkaian Ekuivalen Tanpa Beban
b) Generator BerbebanBila 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)Resistansi jangkar/phasa Ra menyebabkan terjadinya
tegangan jatuh (Kerugian tegangan) / phasa I Ra yang sephasa dengan
arus jangkar. Reaktansi bocor jangkar (XL)Saat arus mengalir
melalui penghantar jangkar, sebagian fluk yang terjadi tidak
mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut
fluks bocor. Reaksi Jangkar (Xa)Adanya arus yang mengalir pada
kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluksi
jangkar (fA) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada
kumparan medan rotor (fF), sehingga akan dihasilkan suatu fluksi
resultan sebesarfR = fF + fA
Interaksi antara kedua fluksi ini disebut sebagai reaksi
jangkar, seperti diperlihatkan pada gambar 3.2. yang
mengilustrasikan kondisi reaksi jangkar untuk jenis beban yang
berbeda-beda.Gambar 3.2.a. memperlihatkan kondisi reaksi jangkar
saat generator dibebani tahanan (resistif) sehingga arus jangkar Ia
sephasa dengan ggl Eb dan fA akan tegak lurus terhadap fF.Gambar
3.2.b. memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator
dibebani kapasitif, sehingga arus jangkar Ia mendahului ggl Eb
sebesar dan fA terbelakang terhadap fF dengan sudut (90 ).Gambar
3.2.c. memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani
kapasitif murni yang mengakibatkan arus jangkar Ia mendahului ggl
Eb sebesar 90 dan fA akan memperkuat fF yang berpengaruh terhadap
pemagnetan.Gambar 3.2.d. memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat
arus diberi beban induktif murni sehingga mengakibatkan arus
jangkar Ia terbelakang dari ggl Eb sebesar 90 dan fA akan
memperlemah fF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.
(a) (b) (c) (d)
Gambar 3.2. Kondisi Reaksi Jangkar
IV. Peralatan dan Bahan1. DL 1013T2 DC filtered power supply1
buah2. DL 1023PS Shunt DC drive motor 1 buah3. DL 1026A Three phase
alternator 1 buah4. DL 2025DT Speed Indicator 1 buah5. DL 2108TAL
Three phase power supply unit 1 buah6. DL 2108T01 Excitation
voltage controller 1 buah7. DL 2108T02 Power circuit breaker 1
buah8. DL 2109T1A Moving-iron ammeter (1000mA) 2 buah9. DL 2109T2A5
Moving-iron ammeter (2,5 A) 2 buah10. DL 2109T1T Phase-sequence
indicator 1 buah11. DL 2109T17/2 Double voltmeter (250-500 V) 1
buah12. Kabel Penguhubung 20 buah13. Saklar ELCB 3 phase 2 buah14.
Ampere meter panel 1 buah15. Pengatur beban
(1)(2)(3)
(4)(6)(9)
(11)(12)(13)(15)
V. Rangkaian Percobaan
Gambar 5.1 Rangkaian Pengujian Generator Sinkron dalam kondisi
Tanpa Beban
Gambar 5.2 Rangkaian Pengujian Generator Sinkron dalam kondisi
berbeban
VI. Langkah Percobaana) Pengujian Generator Sinkron dalam
kondisi tanpa beban1. Menyiapkan alat dan bahan2. Merangkai
rangkaian sesuai gambar 5.13. Menaikkan tegangan DC dan mengatur
kecepatan dari motor DC hingga 3000 rpm.4. Mengukur arus eksitasi,
arus dan tegangan yang diserap oleh motor DC5. Menyalakan saklar
pengatur arus eksitasi, 6. Mengatur arus eksitasi sampai tegangan
yang dihasilkan 380 V.7. Mengukur arus eksitasi, arus dan tegangan
yang diserap oleh motor DC.8. Mengatur arus eksitasi secara
bertahap sesuai pada tabel hingga tegangan maksimal sampai 380 V.9.
Mengamati tegangan pada setiap kenaikan arus dan mencatat pada
tabel10. Menurunkan arus eksitasi sampai 0.11. Menurunkan kecepatan
motor DC hingga 2500 rpm12. Mengulangi langkah 8 s/d 913.
Menurunkan arus eksitasi sampai 014. Menurunkan kecepatan motor
sampai 200 rpm15. Mengulangi langkah 8 s/d 916. Menurunkan arus
eksitasi sampai 017. Menurunkan kecepatan motor dengan menurunkan
tegangan DC sampai 0
b) Pengujian Generator Sinkron dalam kondisi berbeban1.
Menyiapkan alat dan bahan2. Merangkai ranngakaian sesuai gambar 5.2
dengan beban pertama yaitu R yang dihubung bintang kemudian
induktor dan selanjutnya kapasitor 3. Memasang ELCB pada
beban,kemudian mengaturnya dalam posisi OFF4. Menaikkan tegangan DC
dan mengatur kecepatan motor DC sampai 3000 rpm5. Menyalakan saklar
pengatur arus eksitasi6. Mengatur arus eksitasi sampai tegangan
yang dihasilkan 380 V7. Mengatur R sesuai tabel8. Meng-ONkan ELCB,
kemudian mencatat besarnya arus dan tegangan di beban9. Meng-OFFkan
ELCB, kemudian mengatur R sesuai tabel 10. Meng-ONkan ELCB,
kemudian mencatat besarnya arus dan tegangan di beban.11.
Mengulangi langkah 9 s/d 10 secara bertahap sesuai dengan tabel12.
Meng-OFFkan ELCB, kemudian mengganti beban R dengan induktor
kemudian kapasitor secara bertahap13. Mengulangi langkah 9 s/d
1014. Meng-OFFkan ELCB, kemudian menurunkan arus eksitasi sampai
015. Menurunkan kecepatan motor DC sampai 0 .
VII. Hasil Data1. Tabel Hasil Percobaan Pengujian Tanpa
BebanSpeed (min-1)300025002000
Ig (mA)Us (V)Us (V)Us (V)
100220160125
150310245200
200380310255
250-350290
300--310
350--330
400--350
450--365
500--375
2. Tabel Hasil Percobaan Pengujian Berbebann = 3000 min-1 IE0 =
200 mA
RIs (A)Us (V)LIs (A)Us (V)CIs (A)Us (V)
R10,18370L10,13330C10,15410
R20,26360L20,18315C20,21425
R30,42330L30,27280C30,41475
R40,53290L40,34245
R50,63245L50,41210
R60,71180
VIII. Pembahasan
Saat pengujian tanpa beban, generator diputar perlahan
menggunakan filter power supply sampai pada kecepatan nominalnya
yaitu 3000 rpm dan terminal generator tidak dihubungkan ke beban.
Arus eksitasi medan mula adalah nol. Motor DC dipanaskan akan
menghasilkan arus eksitasi serta arus dan tegangan yang diserap
pada motor DC. Saat pengujian tanpa adanya eksitasi maka tidak
terjadi selisih daya. Sedangkan saat diberikan eksitasi terjadi
selisih serta terdapat rugi rugi mekanis pada generator.Berdasarkan
pada tabel hasil pengujian tanpa beban dapat diketahui bahwa
semakin tinggi putaran generator maka arus eksitasi yang digunakan
semakin kecil yaitu pada 3000 rpm arus eksitasi maksimal 200 mA,
pada 2500 rpm arus eksitasi maksimalnya 300 mA dan pada kecepatan
2000 rpm arus eksitasi maksimalnya adalah 500 mA.Saat pengujian
berbeban terdapat tiga jenis pembebanan pada pengujian ini , yaitu
resitif , induktif dan kapasitif. Ketika beban resistif diputar ke
tingkat yang lebih tinggi maka hambatannya semakin kecil
(pengukuran dengan multimeter) hal tersebut mengakibatkan arus yang
menuju ke beban resistif (Is) menjadi semakin besar dan tegangan
pada beban resistif (Us) menjadi semakin kecil.Pembebanan Induktif
sama seperti beban resistif yaitu ketika beban induktif diputar ke
tingkat yang lebih tinggi maka hambatannya semakin kecil
(pengukuran dengan multimeter) hal tersebut mengakibatkan arus yang
menuju ke beban induktif (Is) menjadi semakin besar dan tegangan
pada beban induktif (Us) menjadi semakin kecil.
Pembebanan capasitif hambatannya tidak dapat diukur dengan
multimeter, ketika beban capasitif diputar ke tingkat yang lebih
tinggi maka arus (Is) dan tegangan (Us) semakin besar hal tersebut
diakibatkan karena nilai kapasitansi yang semakin besar.
IX. Pertanyaan dan Jawaban1. Pengukuran arus eksitasi, arus dan
tegangan pada motor DC sebelum dinaikkanData: IEM0 = 0,3 A IM0 =
1,7 A UM0 = 210 VDiminta: PM0 ?Solusi: PM0 = UM0 (IM0-IEM0) = 210
(1,7-0,3) = 294 W2. Pengukuran arus eksitasi, arus dan tegangan
pada motor DC setelah dinaikkanData: IEME = 0,3 A IME = 1,9 A UME =
210 VDiminta: PME ?Solusi: PME = UME (IME-IEME) = 210 (1,9-0,3) =
336 W3. Perbedaan Daya Sebelum dan Sesudah EksitasiData: PM0 = 294
W PME = 336 ADiminta: PGFE ?Solusi: PGFE = PME - PM0 = 336 - 294 =
42 W
4. Grafik Percobaan Pengujian Generator Sinkron Tanpa Beban
5. Grafik Percobaan Pengujian Generator Sinkron BerbebanBeban
R
Beban L
Beban C
X. Kesimpulana) Pengujian Tanpa Beban Nilai tegangan yang
dibangkitkan generator berbanding lurus dengan kenaikan arus dan
kecepatan motor. Pada nilai tegangan keluaran yang sama, nilai arus
berbanding terbalik dengan kecepatan putaran motor dc.b) Pengujian
Bebeban Saat generator berbeban mengalir arus pada jangkar, maka
besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah, hal ini disebabkan
adanya kerugian tegangan pada: resistansi jangkar Ra; reaktansi
bocor jangkar; reaksi jangkar. Besarnya nilai arus dan besarnya
nilai tegangan pada beban resistif dan induktif berbanding
terbalik, semakin besar nilai arus, maka akan semakin kecil pula
tegangan outputnya. Pada beban kapasitor, nilai arus dan nilai
tegangan keluaran berbanding lurus, semakin besar nilai arus, maka
akan semakin besar pula nilai tegangan keluaran. Beban Resistif
adalah beban yang paling stabil dibandingkan dengan 3 beban yang
lain, karena penurunan besar arus dan tegangan yang perlahan.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Delorenzo, Electrical Power Enginering (Alternator and
parallel operation DL GTU101.1)
[2]
http://insyaansori.blogspot.com/2014/02/generator-sinkron.html
[3]
http://kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/13020-13-599349935825.pdf
[4]
http://usmanlakkase.blogspot.com/2014/02/prinsip-kerja-generator-sinkron.html
[5]
https://www.academia.edu/6441467/PRINSIP_KERJA_GENERATOR_SINKRON