LAPORAN PRAKTIKUM TEKNIK TENAGA LISTRIK NO LOAD AND LOAD TEST GENERATOR SINKRON EXPERIMENT N.2 & N.4 DOSEN PEMBIMBING : Bp. DJODI ANTONO, B.Tech. Oleh: Hanif Khorul Fahmy LT-2D 3.39.13.3.09 PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2015
JUDUL : NO LOAD AND LOAD TEST GENERATOR SINKRON EXPERIMENT N. : N.2 & N.4 TANGGAL : 8 Mei 2015 1. PENDAHULUAN Pada praktikum ini kita akan melakukan percobaan mengenai generator sinkron tanpa beban dan menggunakan beban. Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin listrik yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energy listrik dengan perantara induksi medan magnet. Perubahan energy ini terjadi karena adanya pergerakan relatif antara medan magnet dengan kumparan generator. Pergerakan relatif adalah terjadinya perubahan medan magnet pada kumparan jangkar (tempat terbangkitnya tegangan pada generator) karena pergerakan medan magnet terhadap kumparan jangkar atau sebaliknya. Generator sinkron merupakan komponen yang sangat penting dalam sistem tenaga listrik karena berperan dalam penyediaan energy listrik yang sangat dibutuhkan oleh masyarakat secara umum baik industri, perkantoran, maupun konsumen rumahtangga. Energi listrik sudah menjadi kebutuhan yang vital bagi masyarakat secara umum. Hampir selama 24 jam setiap harinya konsumen membutuhkan dan memakai energy listrik untuk berbagai macam penggunaan. Generator dan motor memilki konstruksi yang sama, yang membedakanhanya adalah bagaimana menggunakannya. Saat mesin diputar maka ia akan bertindak sebagai generator yang menghasilkan tegangan. Saat mesin diberi tegangan maka ia bertindak sebagai motor sehinggaia berputar. Pada praktikum ini, saat rangkaian diberi tegangan maka arus yang mengalir menyebabkan berputarnya motor DC yang kemudian akan menggerakan generator sinkron. Namun generator tersebut belum memiliki tegangan, generator akan bertegangan ketika generator tersebut telah diberi penguat atau eksitasi. Pada saat motor sinkron diberi beban, maka motor akan membangkitkan torsi yang cukup untuk menjaga motor dan bebannya berputar pada kecepatan sinkron. Misal mula-mula motor sinkron beroperasi pada faktor daya mendahului (leading). Jika beban pada motor dinaikkan, putaran rotor pada asalnya akan melambat. Ketika hal ini terjadi, maka sudut torsi menjadi lebih besar dan torsi induksi akan naik. Kenaikan torsi induksi akan menambah
kecepatan rotor, dan motor akan kembali berputar pada kecepatan sinkron tapi dengan sudut torsi yang lebih besar.berikutgambaran bentuk pengaruh perubahan beban pada motor sinkron. Gambar 1. Pengaruh Perubahan Beban pada Motor Sinkron Praktikum kali ini merupakan simulasi persiapan dari paralel generator sampai pengujian berbeban. Hal ini dilakukan untuk mempersiapkan generator dari awal hingga siap mendukung kerja sumber yang ada, kemudian siap diberi beban. 2. DASAR TEORI 2.1. Generator Sinkron Generator sinkron adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah daya mekanik menjadi daya listrik bolak-balik (ac). Pada dasarnya, generator sinkron terdiri dari stator, rotor, dan celah udara 2.2. Generator SinkronTanpaBeban Dengan memutar alternator pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (IF), maka tegangan (Ea ) akan terinduksi pada kumparan jangkar stator. Bentuk hubungannya diperlihatkan pada persamaan berikut. Ea = c.n. Dimana : c = konstanta mesin = fluks yang dihasilkan oleh IF n = putaran sinkron
Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, karenanya tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (IF). Apabila arus medan (If) diubah-ubah harganya, akan diperoleh harga Ea seperti yang terlihat pada kurva sebagai berikut. Gambar 2.Kurva dan Rangkaian Ekuivalen Generator Tanpa Beban 2.3. Generator Sinkron Berbeban Dalam keadaan berbeban arus jangkar akan mengalir dan mengakibatkan terjadinya reaksi jangkar. Reaksi jangkar besifat reaktif karena itu dinyatakan sebagai reaktansi, dan disebut reaktansi magnetisasi (Xm ). Reaktansi pemagnet (Xm ) ini bersama-sama dengan reaktansi fluks bocor (Xa )dikenal sebagai reaktansi sinkron (Xs). Persamaan tegangan pada generator adalah: Ea = V + I.Ra + j I.Xs Xs = Xm + Xa dimana: Ea = tegangan induksi pada jangkar V = tegangan terminal output Ra = resistansi jangkar Xs = reaktansi sinkron
Gambar 3.Vektor Diagram dari Beban Generator 3. ALAT DAN BAHAN 1) DL 1013T2 DC filtered power supply 1 buah 2) DL 1023PS Shunt DC drive motor 1 buah
3) DL 1026A Three phase alternator 1 buah 4) DL 2025DT Speed Indicator 1 buah 5) DL 2108T01 Excitation voltage controller 1 buah 6) DL 2109T1A Moving-iron ammeter (1000mA) 2 buah
7) DL 2109T2A5 Moving-iron ammeter (2,5 A) 2 buah 8) Kabel Penguhubung 20 buah 9) Saklar ELCB 3 phase 1 buah 10) Amperemeter panel 1 buah 11) Pengatur beban 1 buah 4. RANGKAIAN PERCOBAAN 4.1. Rangkaian No Load Test Generator Sinkron
4.2. Rangkaian Load Test Generator Sinkron 5. LANGKAH KERJA 5.1. Untuk percobaan No Load Test Generator Sinkron a. Menyiapkan peralatan dan bahan.
b. Merangkai peralatan sesuai gambar rangkaian no. 4.1. c. Mulanya, tidak diperbolehkan menyambung arus searah dengan alternator, karena hanya motor sesarah yang akan bekerja. d. Berawal dari 0 Volt, naikkan nilai tegangan masukan dari DC Power Supply dan atur tegangan hingga kecepatan nominal pada alternator tercapai. e. Apabila motor arus searah sudah panas, ukur arus eksitasi, arus pada motor tersebut, dan tegangan pada motor arus searah. f. Hitung daya yang diserap oleh motor. g. Hentikan kerja motor dan sambungan motor arus searah dengan alternator. h. Mulai dari 0 Volt, naikkan tegangan suplai untuk memulai pengaturan motor-alternator dan atur tegangan hingga kecepatan nominal pada alternator tercapai. i. Ukur arus eksitasi, arus, dan tegangan yang diserap oleh motor arus searah. j. Mengatur kecepatan dari motor searah hingga mencapai nilai 3000 rpm. k. Menyalakansaklarpengaturaruseksitasi dan mengaturaruseksitasisecara bertahap sesuai yang tertera pada tabel 6.1. hingga tegangan 380 Volt. l. Mengamati tegangan pada setiap arus eksitasi dan mencatat pada tabel 6.1. pada kolom U S. m. Menurunkanaruseksitasidanteganganpengaturkecepatan motor menjadi 0 Volt. n. Mengaturkecepatan motor menjadi 2500 rpm. o. Mengulangi langkah 11 s/d 13. p. Mengatur kecepatan motor menjadi 2000 rpm. q. Mengulangi langkah 11 s/d 13. r. Menurunkanaruseksitasidanteganganpengaturkecepatan motor menjadi 0 Volt. 5.2. Untuk percobaan Load Test Generator Sinkron
a. Merangkai peralatan sesuai pada gambar 4.2. dengan resistoryang dihubung bintang sebagai hambatan pertama pada percobaan ini, selanjutnya induktor, dan yang terakhir kapasitor. b. Sebelum mengawali percobaan, atur tegangan hambatan pada 0 Volt. c. Menaikkankecepatan motor menjadi 3000 rpm dan arus eksitasi 200 ma. d. Menyalakansaklarpengaturaruseksitasi. e. Mengaturaruseksitasisampaiteganganpada V 1 menjadi 380V. f. Mengatursaklarbeban R dari 1 sampai 7, kemudianmenyalakansaklar ELCB. g. Mengukurbesarnya I S dan U S. h. Mengulangilangkaha-guntukbeban L dan C, kemudian menghitungbesarnyai S dan U S. i. Menurunkanaruseksitasidanteganganpengaturkecepatan motor menjadi 0. j. Mematikansaklarpengaturaruseksitasi, danmematikan power supply. 5.3. Mencatat serta menganalisa hasil percobaan 6. TABULASI DATA 1. Tabel hasil percobaan No Load Test Generator Speed (min -1 ) 3000 2500 2000 I E ma Us (V) Us (V) Us (V) 100 220 160 125 150 310 245 200 200 310 255 250 350 290 300 310 350 330 400 350 450 365 500 375 550 2. Tabel hasil percobaan Load Test Generator R Is (A) Us (V) L Is (A) Us (V) C Is (A) Us (V) R1 0,18 380 L1 0,13 330 C1 0,15 410 R2 0,26 360 L2 0,18 315 C2 0,21 425 R3 0,42 330 L3 0,27 280 C3 0,41 475 R4 0,53 290 L4 0,34 245 C4
R5 0,63 245 L5 0,41 210 C5 R6 0,71 180 L6 C6 R7 L7 C7 7. PEMBAHASAN HASIL PERCOBAAN Dalam merangkai rangkaian perlu diperhatikan kemampuan maksimum generator, pada percobaan kali ini maksimum kemampuan generator yaitu 380 Volt. Jika lebih maka generator tersebut bisa menjadi rusak. 1. Pembahasan Percobaan No load Test Generator Saat pengujian tanpa beban, generator diputar perlahan menggunakan filter power supply sampai pada kecepatan nominalnya 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 percobaan yang dilakukan menjelaskan bahwa semakin tinggi putaran generator maka arus eksitasi yang digunakan semakin kecil yaitu pada 3000 rpm arus eksitasi maksimal 150 ma, pada 2500 rpm arus eksitasi maksimalnya 250 ma dan pada kecepatan 2000 rpm arus eksitasi maksimalnya adalah 500 ma. 2. Pembahasan percobaan Load Test Generator Terdapat tiga jenis pembebanan pada percobaan 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. Untuk lebih jelasnya kita dapat melihat grafik dibawah ini. 1. Kurva No Load Test Generator Kurva No Load Test Generator U (V) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 IE (ma) Us 3000 rpm Us 2500 rpm Us 2000 rpm 2. Kurva Tegangan Load Test Generator
Kurva Tegangan Load Test Generator Us V) 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 R L C 3. Kurva Arus Load Test Generator Kurva Arus Load Test Generator 0.8 0.7 Is (A) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1 2 3 4 5 6 R S T
8. JAWABAN PERTANYAAN Ketika dc supply pada posisi awal yaitu 0 V, kita menaikkan tegangan dc supply untuk menggerakkan motor alternator set kemudian mengatur tegangan dc ini sampai kecepatan nominal dari alternator tercapai. Hasil dari penghitungan arus eksiter, dan juga arus dan tegangan yang diserap oleh motor dc adalah I EM0 = 0,3 A I M0 = 1,62 A U M0 = 208 V Sehingga daya yang diserap oleh armatur motor sebesar : P M0 = U M0 ( I M0 - I EM0 ) = 208 ( 1,62 0,3 ) = 274,56 W Setelah itu, dengan motor alternator set dikondisikan pada kecepatan nominal generator, eksitasikan alternatornya sehingga membangkitkan tegangan nominal U N. Hasil dari penghitungan arus eksiter, dan juga arus dan tegangan yang diserap oleh motor dc adalah I EMe = 0,3 A I Me = 1,85 A U Me = 208 V Sehingga daya yang diserap oleh armatur motor sebesar : P Me = U Me ( I Me - I EMe ) = 208 ( 1,85 0,3 ) = 322,4 W Perbedaan nilai dayanya yaitu : PGFe = P Me - P M0 = 322,4-274,56 = 47,84 W
9. KESIMPULAN 1. Motor dc dapat digunakan sebagai penggerak generator. 2. Generator sinkron sering disebut sebagai alternator yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik dengan perantara induksi medan magnet. 3. No Load Test i. Besarnya nilai kecepatan dengan besarnya nilai tegangan berbanding lurus. Semakin kecil tegangan maka semakin kecil pula kecepatannya, begitu pula sebaliknya. ii. Besarnya nilai arus berbanding lurus dengan besarnya nilai tegangan, semakin besar nilai arus, maka akan semakin besar pula tegangannya. iii. Besarnya tegangan maksimun motor adalah 380 V, apabila melebihi 380 V, maka akan berbahaya bagi motor. 4. Load Test i. 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. ii. 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. iii. Pada beban kapasitor, nilai arus dan nilai tegangan keluaran berbanding lurus, semakin besar nilai arus, maka akan semakin besar pula nilai tegangan keluaran. iv. Beban Resistif adalah beban yang paling stabil dibandingkan dengan 3 beban yang lain, karena penurunan besar arus dan tegangan yang perlahan.
Daftar Pustaka Delorenzo,Electrical Power Enginering (Alternator and parallel operation DL GTU101.1) http://kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/13020-13- 599349935825.pdf http://kurniawanpramana.wordpress.com/2011/09/25/generator-sinkron-1/ http://rgpnd.blogspot.com/2013/02/pengertian-generator-sinkron.html#.uyi6gs7tqyk http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/prinsip-kerja-generator-sinkron.html