LAPORAN PRAKTIKUM INDIVIDU
Judul Praktikum
: Operasi Generator AC 3 fasa (Alternator)
Mata kuliah / kode
: Praktikum Mesin Listrik Lanjut ( DTE 202 )
Semester / SKS
: Empat (4) / (2) SKS
Nama mahasiswa
: Muhammad Yusuf
NIM
: 5311310002
Kelompok
: 1 (satu)
Tanggal Praktikum
: Kamis, 24 Mei 2012
Tanggal Penyerahan
: Jum’at, 01 Juni 2012
Dosen Pengampu
: SUTARNO
Nilai
:……………………………………………………...
LABORATORIUM TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI DIPLOMA TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2011 - 2012
FAKULTAS TEKNIK UNNES SEMARANG Laboratorium Elektro E8 Operasi Generator AC Smstr 4 Praktikum ke-3 3 fasa (Alternator) Jurusan : Teknik Elektro Waktu : 2 SKS A. TUJUAN PRAKTIKUM a. Mengetahui prinsip kerja generator ac 3 fasa (alternator). b. Dapat mengoperasikan alternator, baik tanpa beban maupun dalam keadaan berbeban. c. Mengetahui perbedaan antara karakteristik hubungan Y/Δ pada stator. d. Mengerti dampak pembebanan, baik seimbang maupun tidak seimbang terhadap operasi (tegangan / arus) alternator. e. Dapat membuat analisis serta kesimpulan tentang operasi generator ac 3 fasa tersebut. B. TEORI DASAR Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga seabagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu: i.
Generator arus bolak-balik 1 fasa
ii.
Generator arus bolak-balik 3 fasa
Gambar 1. Konstruksi generator arus bolak-balik.
Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik. Prinsip kerja generator arus bolak-balik tiga fasa (alternator) pada dasarnya sama dengan generator arus bolak-balik satu fasa, akan tetapi pada generator tiga fasa memiliki tiga lilitan yang sama dan tiga tegangan outputnya berbeda fasa 120o pada masing- masing fasa seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Skema lilitan stator generator tiga fasa. Besar tegangan yang dibangkitkan generator bergantung pada : * kecepatan putaran (N) * jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluks (Z) * banyaknya fluks magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet Hubungan antara frekuensi, jumlah kutub dan kecepatan putar, dirumuskan sebagai berikut :
Dimana, f = frekuensi (Hz) P = jumlah pasang kutub pada stator n = kecepatan putar rotor (rpm)
Gambar 3. Hubungan dan karakteristik generator tanpa beban.
Gambar 4. Karakteristik berbeban. Prinsip hubungan Y adalah ujung-ujung yang sejenis dihubungkan, sedangkan prinsip hubungan Δ adalah ujung-ujung yang tidak sejenis dihubungkan.
Gambar 5. Konfigurasi pengawatan Y dan Δ.
Gambar 6. Hubungan bintang pada stator. Persamaan tegangan dan arus beban :
;
Tujuan dihubung bintang adalah untuk mendapat dua besaran tegangan yang berbeda dimana tegangan line lebih besar dari pada fasa, namun arus line sama dengan arus fasa.
Gambar 7. Hubungan segitiga pada stator. Persamaan tegangan dan arus beban :
;
Tujuan dihubung bintang adalah untuk mendapat dua besaran tegangan yang berbeda dimana tegangan line lebih besar dari pada fasa, namun arus line sama dengan arus fasa.
Definisi, Beban seimbang : beban yang memiliki nilai/besar dan sifat yang sama persis. Beban tidak seimbang : beban yang nilai/besar maupun sifatnya tidak sama. Sifat-sifat beban : (murni / pure) 1. Resistif (contoh : lampu) * se-fasa (faktor daya = 1) * pertambahannya menyebabkan drop tegangan (relatif kecil) 2. Induktif (contoh : balast dan motor listrik) * bersifat lagging (arus terhadap tegangan) * menyimpan energi dalam bentuk beda potensial (dengan menarik arus besar) * melepas energi, terjadi pertambahan “arus” dalam sistem 3. Kapasitif (contoh : kapasitor) * bersifat leading (arus terhadap tegangan) * menyimpan energi dalam bentuk charge / muatan * melepas energi, terjadi pertambahan “potensial” dalam sistem
C. RANGKAIAN PERCOBAAN
Rangkaian 1. Perubahan arus tiba-tiba dengan beban seimbang.
Rangkaian 2. Perubahan arus tiba-tiba dengan beban tidak seimbang.
D. ALAT & BAHAN Alat Digital Chronograph
1 buah
Multimeter analog
1 buah
Obeng plus (+)
1 buah
Obeng minus (-)
1 buah
Tang kombinasi
1 buah Bahan
Generator set 3 fasa
1 set
Modul instrumen ukur & kendali
1 set
- Unit penguat magnet - Amperemeter non- linier (logaritmis)
3 buah
- Amperemeter linier BU 3
1 buah
- Voltmeter linier BU 300 volt
1 buah
- RPM meter linier BU 1800 rpm
1 buah
- SPST switch
3 buah
- TPDT
2 buah
Unit uji beban R dan C
1 set
- Lampu Bohlam 150 watt (Rlampu = ? Ω) - Kapasitor tabung 3,25 µF 250 VA Motor induksi 3 fasa 1 PK (L)
3 buah
E. LANGKAH KERJA 1. Perubahan arus beban berubah tiba-tiba dengan beban seimbang. a. Tanpa beban : S1 off dan S0 On dan Mengatur If hinga tegangan sistem mencapai 220 V 50 Hz. b. Perubahan tegangan tiba-tiba (Suddenly Load) : (variabel pada tabel 1) 1) S1 = ON–OFF–ON 5x dengan durasi waktu cepat dan mencatat perubahan tegangan dan arus pada pada tabel. 2) S1 = ON–OFF 5x dengan durasi waktu agak lambat, mencatat perubahan arus dan tegangan pada tabel. 3) S1 = ON–OFF 5x dengan durasi waktu lambat, mencatat perubahan pada tabel. 4) Proses 1, 2, 3 di ulangi 3x dan memasukan datanya dalam tabel 1.
2. Perubahan arus beban berubah tiba-tiba dengan beban tidak seimbang. a. Tanpa beban S01 , S1, S2, S3, OFF dan S0 ON , mengatur If sehingga tegangan sistem mencapai 220 V 50 Hz. b. Variabel 1 : S01 ON, S2, S3 , OFF dan S1 ON – OFF – ON. c. Variabel 2 : S01 ON, S3 OFF, S1 ON dan S2 ON – OFF – ON. d. Variabel 3 : S01 ON dan S1 , S2 ON – OFF – ON, S3 ON – OFF – ON. e. Variabel 4 : S01 ON – OFF – ON dan S3 , S1 , S2 ON. f.
Variabel 5 : S01 ON, S2, S3 , OFF dan S1 ON – OFF 5x dengan perubahan waktu 2, 10, 15 detik.
g. Variabel 6 : S01 ON, S3 OFF, S1 ON dan S2 ON – OFF 5x dengan perubahan waktu 2, 10, 15 detik. h. Variabel 7 : S01 ON dan S1 , S2 ON – OFF – ON, S3 ON – OFF – ON. 5x dengan perubahan waktu 2, 10, 15 detik. i.
Variabel 8 : S01 ON – OFF – ON dan S3 , S1 , S2 ON – OFF 5x dengan perubahan waktu 2, 10 dan 15 detik.
j.
Mencatat perubahan arus, tegangan dan kecepatan generator pada tabel 2.
F. DATA PENGUKURAN Operasi tanpa beban : Stator terhubung “ Y “ Ephase = 220 volt
f = 50 Hz
I = 0 ampere
tercapai pada kondisi : kecepatan rotor + 1500 rpm
If = 1,5 Ampere.
Operasi dengan berbeban : Tabel 1. Beban seimbang suddenly load. Variabel
Tegangan (volt)
Arus (ampere)
RPM
1
2
3
1
2
3
1
2
1
220
220
220
0
0
0
1500
1500
2
205
205
205
3,5
3,8
3,5
1500
1425
3
205
205
205
3,6
3,8
3,5
1500
1425
4
205
205
205
3,6
3,8
3,4
1500
1425
Tabel 2. Beban tidak seimbang suddenly load. Variabel
Tegangan (volt)
Arus (ampere)
RPM
1
2
3
1
2
3
1
2
1
225
225
225
1
1
1
1500
1475
2
225
225
225
1
1
1
1500
1475
3
210
210
210
1
1
1
1500
1400
4
210
210
215
1
1
1
1500
1400
5
220
220
220
1
1
1
1500
1475
6
230
230
230
1.2
1.2
1.2
1500
1500
7
220
220
220
1
1
1
1500
1425
8
215
215
215
1.2
1.2
1.2
1500
1400
G. PEMBAHASAN Langkah paling awal yang perlu dilakukan adalah membuat hubungan pada stator, ingin dihubung bintang atau segitiga. Dan praktikum yang dilakukan adalah dengan mengkonfigurasikan belitan stator menjadi hubungan bintang dengan sistem 4 saluran/kawat/kabel (fasa R, S, T, dan saluran netral). Itu dimaksudkan untuk mendapat tegangan yang besar dimana Vline adalah
Vphase .
Pada daya yang sama arus akan sedikit lebih kecil, dan itu re latif cukup menguntungkan, terutama untuk mensuplai daya pada motor sebagai beban induktif. Kemudian harus mengatur tegangan serta frekuensi output standar yang dianut di seluruh wilayah Indonesia. Tegangan standar harus mencapai + 220 volt dengan toleransi 200 – 240 volt dan frekuensi standar harus 50 Hz. Perubahan tegangan terhadap tegangan standar akan berakibat tidak optimalnya fungsi beban (< 220 volt) atau bahkan terjadi kerusakan (> 220 volt), sedangkan perubahan frekuensi output akan berakibat secara nyata dan langsung terhadap nilai impedansi (reaktansi induktif maupun reaktansi kapasitif). Sesuai dengan data yang telah diperoleh bahwa syarat tegangan 220 volt dan frekuensi 50 Hz tercapai ketika kecepatan rotor 1500 rpm dengan penguatan magnet sebesar 1,5 ampere. Tegangan 220 volt adalah besar tegangan setiap fasa pada generator. Ketika itu belum ada arus terukur atau mengalir karena belum menjadi loop tertutup atau belum diberi beban. Langkah berikutnya adalah merangkai beban yang sifatnya seimbang. Beban yang dipakai ialah tiga buah motor induksi 3 fasa berdaya 1 PK yang terhubung segitiga pada terminal-terminalnya. Sesuai dengan data yang diperoleh dalam tabel 1, beban berubah tiba-tiba namun kondisi akhir merupakan beban seimbang, diketahui bahwa tegangan fasa yang terukur saat itu adalah sama, dilain pihak justru arus pada setiap fasa besarnya sedikit berbeda dan putaran generator menurun sebesar 75 rpm dari 1500 rpm menjadi 1425 rpm yang berarti frekuensi output sebesar 47,5 Hz. Data pada tabel 1 memberi informasi bahwa tegangan setiap fasa turun dari 220 volt menjadi 205 volt dan arus rata-rata sebesar 3,61 ampere. Hal itu
menunjukkan bahwa beban yang cukup besar dapat mengakibatkan drop tegangan pada sistem yang dalam hal ini adalah stator generator. Sedangkan walaupun sifatnya seimbang, arus terukur relatif sedikit berbeda besarnya, itu mungkin dikarenakan antara beban satu dengan yang lain tidak memiliki s ifat dan karakteristik yang persis sama. Akibat dari drop tegangan adalah menurunnya kecepatan rotor hingga menjadi 1425 rpm. Langkah selanjutnya adalah merangkai beban yang sifatnya tidak seimbang. Beban yang dipakai ialah tiga buah lampu bohlam 150 watt dan kapasitor 3,25 µF 250 VA serta motor induksi 3 fasa. Sesuai dengan data yang diperoleh dalam tabel 2, beban tidak seimbang dan berubah tiba-tiba, diketahui bahwa tegangan fasa yang terukur saat itu adalah relatif sama, namun justru arus pada setiap fasa besarnya sama dan putaran generator menurun secara bervariasi dari 1500 rpm menjadi 1475 rpm, 1425 rpm bahkan hingga 1400 rpm. Data pada tabel 2 memberi informasi bahwa tegangan setiap fasa berubah secara variatif dari 220 volt menjadi 225 volt, 230 volt saat beban mengandung unsur bersifat kapasitif (kapasitor), 250 volt hingga 210 volt saat beban mengandung unsur resistif serta induktif namun arus cenderung sama. Hal itu menunjukkan bahwa beban kapasitor sebenarnya dapat mengkompensasi (kompensator) terjadinya drop tegangan dengan cara menyimpan energi dalam waktu tertentu dan melepasnya kemudian dalam bentuk muatan, pada nilai impedansi yang sama, tegangan akan sedikit naik/bertambah (tentu saja bergantung pada kapasitasnya sendiri dan frekuensi sistem). Sedangkan walaupun sifatnya tidak seimbang, arus terukur cenderung besarnya. Sebenarnya itu terjadi akibat ampere meter yang digunakan adalah non- linier sehingga sulit untuk membaca penunjukan instrumen ukur tersebut. __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
H. KESIMPULAN HASIL PRAKTIKUM 1. Tegangan output bergantung pada kecepatan rotor dan besar arus penguat magnet. Tegangan tercapai 220 volt pada saat If = 1,5 ampere dan kecepatan rotor 1500 rpm. 2. Frekuensi output harus diatur sedemikian rupa agar sesuai dengan frekuensi standar yang dipakai di Indonesia, yakni 50 Hz, dengan mengatur kecepatan rotor hingga sebesar 1500 rpm karena terdapat 4 pasang kutub pada rotor. 3. Saat beban seimbang dan beban tidak berubah tiba-tiba, tegangan maupun arus pada setiap fasa adalah sama. 4. Pertambahan beban akan menyebabkan pertambahan drop tegangan pada sistem (stator alternator). 5. Drop tegangan yang semakin bertambah dapat berpengaruh menurunnya kecepatan putaran. Dan perubahan kecepatan rotor akan berpengaruh pada frekuensi output. 6. Berbeda dengan beban R maupun L yang menyebabkan drop tegangan, beban C justru sebaliknya. Pada waktu tertentu (tergantung frekuensi sumber yang dikenakan padanya, beda potensial antara kedua ujungnya serta kapasitasnya sendiri) ia menyimpan energi listrik (dalam bentuk charge / muatan) kemudian muatan listrik tersebut dilepas (discharge). Karena impedansi dalam loop tertutup tetap/sama/tidak berubah maka akan terjadi “penambahan potensial” sebesar beberapa volt. 7. Pada prinsipnya, tujuan stator dihubung “Y” adalah untuk mendapat tegangan yang lebih besar (Eline > Ephase) sedangkan dihubung “Δ” bertujuan untuk mendapat suplai arus yang lebih besar (Iline > Iphase). 8. Namun pada umumnya pada stator (alternator) dihubungkan “Y”, karena pada daya yang sama, arusnya sedikit lebih kecil dari pada saat dihubung “Δ”, itu mengakibatkan lebih aman bagi sistem pada KHA (kemampuan hantar arus) kawat lilitan yang sama.
I. KESELAMATAN KERJA 1. Menggunakan peralatan sesuai dengan fungsinya. 2. Bekerja dengan posisi yang aman serta nyaman. 3. Mengisolasi atau setidaknya menjauhkan bagian bertegangan maupun bagian bergerak (poros motor) terhadap bahaya sentuhan. 4. Menjauhkan peralatan maupun barang-barang lain yang tidak dipakai dalam praktikum. 5. Tidak bercanda saat praktikum dan selalu bersikap waspada / hati-hati. J. TUGAS 1. Berapa regulasi untuk masing- masing beban ? 2. Gambarkan diagram vektor untuk masing- masing beban ! 3. Mengapa alternator pada umumnya di stator dihubung bintang ? Jawab : karena untuk mendapatkan tegangan yang besar (Vline > Vphase) serta titik netral dari sistem tersebut dapat dibumikan sehingga sistem lebih aman dan tegangan sistem relatif jauh lebih stabil. K. DOKUMENTASI
Gambar 8.1. Generator AC 3 fasa dengan motor induksi 3 fasa sebagai prime mover yang dikopel menggunakan belt.
Gambar 8.2. Output tercapai, 220 volt ac dengan frekuensi 50 Hz pada 1500 rpm dan If = 1,5 ampere
Gambar 8.3. Instrumen kendali dan instrumen ukur.
Gambar 8.4. lampu bohlam sebagai “R” dan motor induksi 3 fasa sebagai “L”.
