PRAKTIKUM TEKNIK TENAGA LISTRIK
Disusun oleh :
NAMA
: AGUS BEKTI ROHMADI
KELAS
: TEKNIK LISTRIK 2A
NIM
: 3.31.11.0.02
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2013
JUDUL
: NO LOAD AND LOAD TEST
NOMOR
: EXPERIMENT N.2 dan EXPERIMENT N.4
I.
TUJUAN Tujuan dari percobaan no load test alternator adalah : 1. Menentukan rugi mekanis dan rugi besi pada generator 2. Merekam kurva rangkaian terbuka pada berbagai kecepatan. Tujuan dari percobaan load test alternator adalah : 1. Merekam respon dari operasi alternator dengan eksitasi dan kecepatan terus konstan di bawah berbagai jenis beban.
II. DASAR TEORI Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron. Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron 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. Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron dengan kecepatan putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian elektromagnet dengan suplai arus DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah putaran rotor. Hubungan antara kecepatan putar medan magnet pada mesin dengan frekuensi elektrik pada stator adalah: f = frekuensi listrik (Hz) nr = kecepatan putar rotor = kecepatan medan magnet (rpm) p = jumlah kutub magnet Oleh karena rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan medan magnet, persamaan diatas juga menunjukkan hubungan antara kecepatan putar rotor dengan frekuensi listrik yang dihasilkan. Agar daya listrik dibangkitkan tetap pada frekuensi 50Hz atau 60 Hz, maka generator harus berputar pada kecepatan tetap dengan jumlah kutub mesin yang telah ditentukan. Sebagai contoh untuk membangkitkan 60 Hz pada mesin dua kutub, rotor arus berputar dengan kecepatan 3600 rpm. Untuk membangkitkan daya 50 Hz pada mesin empat kutub, rotor harus berputar pada 1500 rpm.
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.fluks yang mana: c = konstanta mesin n = putaran sinkron f = fluks yang dihasilkan oleh If Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, karenanya tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (If). 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). Bila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adan ya kerugian tegangan pada:
Resistansi jangkar Ra
Reaktansi bocor jangkar X
Reaksi Jangkar Xa
a) Resistansi Jangkar Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegang/fasa (tegangan jatuh/fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar. b) Reaktansi Bocor Jangkar Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut Fluks Bocor. c) 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. Persamaan tegangan pada generator adalah: Ea = V + I.Ra + j I.Xs Xs = Xm + Xa yang mana:
Ea = tegangan induksi pada jangkar V = tegangan terminal output Ra = resistansi jangkar Xs = reaktansi sinkron
III. GAMBAR RANGKAIAN 1. Rangkaian pada no load test
2. Rangkaian pada load test
IV. ALAT DAN BAHAN
V.
a. DL 1013T2 DC filtered power supply
1 buah
b. DL 1023PS Shunt DC drive motor
1 buah
c. DL 1026A Three phase alternator
1 buah
d. DL 2025DT Speed Indicator
1 buah
e. DL 2031 Optical electronic generator
1 buah
f. DL 2108TAL Three phase power supply unit
1 buah
g. DL 2108T01 Excitation voltage controller
1 buah
h. DL 2108T02 Power circuit breaker
1 buah
i. DL 2109T1A Moving-iron ammeter (1000mA)
2 buah
j. DL 2109T2A5 Moving-iron ammeter (2,5 A)
2 buah
k. DL 2109T1PV Moving-iron voltmeter (600 V)
1 buah
l. DL 2109T1T Phase-sequence indicator
1 buah
m. DL 2109T17/2 Double voltmeter (250-500 V)
1 buah
n. DL 2109T26 Power meter
1 buah
o. DL2109T27 Power factor meter
1 buah
p. DL 2109T32 Synchronoscope
1 buah
q. Kabel Penguhubung ( 2 meter )
20 buah
r. Frekuensi meter analog 220 V
2 buah
s. Saklar ELCB 3 phase
2 buah
t. Kabel Hubung Pendek
10 buah
u. Multimeter Analog
1 buah
Langkah Kerja 1. Siapkan semua alat yang akan digunakan 2. Rangkan alat dan bahan sesuai gambar rangkaian yang telah disediakan. 3. Pastikan rangkain telah dirangkai sesuai dengan gambar dan siap dinyalakan untuk disinkronkan 4. Saat proses sinkronisasi tegangan PLN dicek sampai 380 V minimal 350 antar line nya, Cek frekuensi ( 50 Hz ) dengan toleransi 48 Hz 5. Jalankan Motor DC untuk memutarkan generator sinkron 6. Apabila generator sinkron menghasilkan tegangan eksitasi, tegangan eksitasi dinaikan sampai 380 disamakan.
7. Kemudian tegangan PLN dimasukan, saat dimasukan maka akan terlihat unit sinkronisasi kekanan/kekiri ( kekiri semakin kencang ), Cek frekuensi yang dihasilkan generator ( 50 ), Cek frekuensi yang dihasilkan PLN ( 50 ), Cek sequence dari generator dan menambahkan kecepatan motor dan mengurangi sampai putaran pelan. 8. Tunggu sampai nyala LED menjadi hijau. 9. Tekan tombol generator PLN untuk mensinkronkan ( Geenerator sudah sinkron ). Catat dan analisis.
VI. DATA PERCOBAAN Berikut adalah rekam data dari tegangan stator saat no load test pada nilai exciter ditentukan sesuai pada tabel dan alternator berjalan pada kecepatan konstan yang berbeda. Speed (min)
3000
2500
2000
Ig mA
Us (V)
Us (V)
Us (V)
100
200
160
130
150
300
240
190
200
360
300
240
250
340
280
300
380
300
350
320
400
340
450
350
500
360
550 370 Di bawah ini adahal data hasil pengamatan pada test loat alternator dengan menggunakan beban resistif, induktif dan kapasitif. R
Is (A)
Us (V)
L
Is (A)
Us (V)
C
Is (A)
Us (V)
R1
0,4
360
L1
0,3
340
C1
0,35
410
R2
0,55
350
L2
0,35
320
C2
0,5
440
R3
0,85
340
L3
0,55
280
C3
0,9
460
R4
1,1
300
L4
0,7
250
C4
R5
1,3
240
L5
0,8
210
C5
VII. PEMBAHASAN Berdasarkan tabel data percobaab no load test diatas dapat dibuat grafik sebagai berikut : 600 500 400 Speed (min) Ig mA 3000 Us (V)
300
2500 Us (V) 200
2000 Us (V)
100 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa pada kecepatan yang naik secara konstan sebesar 500 rpm dan juga pada arus eksitasi dengan kenaikan konstan 50 ma diketahuai beberapa akibat sebagai berikut : 1. Pada saat kecepatan putar 3000 rpm, tegangan yang dihasilkan alternator akan naik dengan rata-rata sebesar 50 volt tiap kenaikan arus eksitasi 50 ma. Dan akan mencapai tegangan maksimal yang dihasilkan alternator sebesar 380 V pada saat arus eksitasi sebesar 200 ma. 2. Saat kecepatan putar 2500 rpm, tegangan alternator akan naik dengan rata-rata sebesar 60 volt tiap kenaikan arus eksitasi sebesar 50 ma. Dan mencapai tegangan maksimal yang dihasilkan alternator sebesar 380 V pada saat arus eksitasi sebesar 300 ma. 3. Pada kecepatan putar 2000 rpm, tegangan yang dihasilkan alternator akan naik dengan rata-rata sebesar 55 volt mulai dari arus eksitasi sebesar 100 ma hingga 250 ma. Dan pada saat arus eksitasi sebesar 300 ma hingga 550 ma, tegangan yang dihasilkan akan naik dengan rata-rata tegangan 10 volt hingga hampir mencapai tegangan maksimal yang dihasilkan sebesar 380 volt pada saat arus eksitasi sebesar 550 ma.
Data percobaan load test dengan berbagai macam hambatan yaitu hambatan resistif, induktif, dan kapasitis juga dapat dibuat grafik sebagai berikut : 500 450 400 350 300
Induktif
250
Resistif
200
Kapasitif
150 100 50 0 0
0.5
1
1.5
Pada grafik diatas dapat diketahui bahwa pada hambatan seimbang resistif , induktif dan kapasitif tiap keaikan konstan satu angka akan mengakibatkan hal berikut : 1. Pada hambatan resistif, tiap kenaikan satu angka akan mengakibatkan kenaikan arus rata-rata sebesar 0,25 A dan juga mengakibatkan penurunan tegangan yang relatif konstan yaitu sebesar 10 volt, namun pada saat arus turun sebesar 1,1 A ke 1,3 A terjadi penurunan tegangan yang cukup besar yaitu 60 volt. 2. Pada hambatan induktif, tiap kenaikan satu angka akan mengakibatkan kenaikan arus sebesar rata-rata 0,15 A dan juga mengakibatkan penurunan tegangan ratarata sebesar 30 volt. 3. Pada hambatan kapasitif, tiap kenaikan satu angka akan mengakibatkan kenaikan arus rata-rata sebesar 0,3 A dan juga mengakibatkan kenaikan tegangan yang cukup besar yaitu rata-rata sebesar 30 volt.
VIII. MENJAWAB SOAL Setelah merakit rangkaian no load test sesuai pada gambar rangkaian, Mulailah dari 0 V untuk meningkatkan nilai dc tegangan suplai untuk memulai motor dc dan menyesuaikan tegangan ini hingga kecepatan nominal alternator tercapai. Ketika motor dc telah menghangat, ukur arus exciter dan arus dan tegangan diserap oleh motor dc: IEM = 300 mA IM = 1,6 A UM = 210 V
Hitung daya yang diserap oleh dinamo motor (sesuai dengan kerugian mekanis dari motor dc) : PMM = UM (IM – IEM) = 210(1,6-0,3) = 210(1,3) = 273 watt Setelah itu, hentikan motor dan pasangan motor dc dengan dengan mengosongkan nilai tegangan eksitasi agar alternator berhenti. Mulai lagi dari 0 V, meningkatkan dc tegangan suplai untuk memulai set motor alternator dan menyesuaikan tegangan ini hingga kecepatan nominal alternator tercapai. Ukur exciter saat ini, arus dan tegangan diserap oleh motor dc: IEM0 = 300 mA IM0 = 1,6 A UM0 = 208 V dan menghitung daya yang diserap oleh dinamo motor PM0 = UM0 (IM0 – IEM0) = 208(1,6-0,3) = 208(1,3) = 263,9 watt Perbedaan PGM = PM0 – PMM = 263,9-273 = 9,1 merupakan kerugian mekanis dari alternator. Sekarang, dengan set motor alternator pada kecepatan nominal generator, alternator mengeksitasi sehingga untuk menghasilkan tegangan nominal UN. Ukur exciter saat ini, arus dan tegangan diserap ol eh motor dc: Ième = 300 mA Ime = 1,8 A Ume = 209 watt dan menghitung daya yang diserap oleh dinamo motor: PME = Ume (Ime -Iième) = 209(1,8-0,3) = 209(1,5)
= 313,5 watt perbedaan PGFe = PME – PM0 = 313,5-263,9 = 49,6 watt merupakan kerugian besi alternator. Tanpa beban kerugian alternator adalah PG0 = PGM + PGfe = -9,1+49,6 = 40,5 watt
IX. KESIMPULAN Dari pembahasan dan pertanyaaan diatas dapat disimpulkan bahwa : 1. Melalui tes no load pada alternator dapat diketahui besarnya rugi besi dan juga rugi mekanis dari alternator. 2. Semakin besar kecepatan putar yang diberikan pada alternator, maka akan semakin cepat mendapatkan hasil keluaran tegangan maksimal dari alternator tersebut. 3. Pada hambatan resistif yang seimbang, arus dan tegangan pada alternator akan mengalami kenaikan yang cenderung konstan. 4. Pada hambatan induktif yang seimbang, arus pada alternator akan mengalami kenaikan nilai yang cenderung konstan namun pada tegangannya akan mengalami penurunan tegangan yang cukup besar. 5. Pada hambatan kapasitif yang seimbang, arus dan tegangannya pada alternator akan mengalami kenaikan yang cukup besar.
X.
REFERENSI Politeknik UNDIP. 1984. Machine Laboratory Jurusan Teknik Listrik . Bandung:PEDC Bandung. De Lorenzo. Alternator and Paralel DL GTU101.1 for Electrical Power Engineering. Italy. Dewangga, A. (2011). Generator Sinkron. [Online]. Tersedia : http://anggadewangga.wordpress.com/2011/03/28/generator-sinkron/. Html [18 Mei 2013].
