BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam peraturan akademik Institut Teknologi Nasional sekarang ini, salah satu syarat kelulusan untuk mata kuliah yang memiliki praktikum seperti Dasar Energi Elektrik adalah lulus praktikum, karena apabila kuliahnya lulus tetapi praktikumnya tidak lulus, maka mata kuliah tersebut dianggap tidak lulus. Sebagai salah satu syarat lulus praktikum adalah menyelesaikan laporan dari setiap praktikum. Berdasarkan hal tersebut, penulis menulis sebuah laporan praktikum Dasar Energi Elektrik tentang modul 4 yang berjudul Generator Sinkron. Praktikum ini bertujuan agar mahasiswa dapat mengetahui apa itu generator sinkron, prinsip kerja generator sinkron, dan cara pengendalian operasinya. Hasil dari praktikum ini diharapkan mahasiswa mengetahui apa itu generator
sinkron,
prinsip
kerja
generator
sinkron,
dan
cara
pengendaliannya, sehingga dapat menambah pengetahuan mahasiswa dalam energi elektrik. 1.2 Tujuan
1. Mempelajari cara kerja generator sinkron. 2. Mempelajari cara pengendalian generator sinkron.
1.3 Pembatasan Masalah
1. Cara kerja generator sinkron 2. Cara pengendalian generator sinkron
1
1.4 Teknis Pengumpulan Data
Penyusunan laporan ini menggunakan beberapa metode pengumpulan data sebagai berikut : 1. Metode literatur Penulis membaca literatur tentang generator sinkron, prinsip kerjanya, dan hal lain yang akan berguna bagi laporan ini. 2. Metode pengujian di laboratorium Agar mendapatkan data yang valid, maka penulis melakukan pengujian di laboratorium Teknik Tenaga Listrik ITENAS tentang generator sinkron.
1.5 Sistematika Penulisan Untuk memberikan gambaran tentang isi laporan ini, penulis menguraikan
sistematika laporan ini sebagai berikut:
BAB 1 : PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang pembuatan laporan ini, tujuan, pembatasan masalah, teknik pengumpulan data, dan sistematika penulisan laporan ini.
BAB 2 : TEORI DASAR Bab ini berisi penjelasan tentang generator sinkron dan cara kerja generator sinkron.
BAB 3 : LANDASAN PRAKTIKUM Bab ini berisi tentang alat-alat yang digunakan dalam praktikum, prosedur percobaan dalam melakukan praktikum, data yang didapat dari praktikum, dan pengolahan data yang telah didapatkan dari praktikum.
2
BAB 4 : ANALISA Bab ini berisi tentang hasil dari analisa penulis yang didapatkan setelah penulis melakukan peraktikum generator sinkron.
BAB 5 : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran yang didapatkan dari hasil laporan ini, yang bertujuan untuk membuat laporan ini menjadi lebih baik lagi.
3
BAB II TEORI DASAR
2.1 Pengertian Generator Sinkron
Generator sinkron 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 kebutuhan.
2.2 Cara Kerja Generator Sinkron
Cara kerja generator sinkron, dengan mengalirkan arus penguatan pada belitan penguat sehingga pada generator yang sedang berputar akan timbul fluksi elektromagnetik. Kumparan jangkar (N lilitan). Memotong fluksi elektromagnet Ø dengan kecepatan putar dengan kecepatan putar
n
s
rpm.
Jadi tegangan tergantung pada ns dan Ø serta posisi jangkar saat itu. Bentuk tegangan yang terimbas adalah sinusoida, untuk generator sinkron tiga fasa, antar fasa terpisah 120º sehingga tegangan keluaran terdiri dari tiga tegangan sinusoida. Lalu frekuensi tegangan bolak-balik ditentukan oleh :
Keterangan :
p = jumlah kutub generator ns = putaran generator f = frekuensi tegangan keluar
4
a. Karakteristik beban nol, yaitu yang menggambarkan hubungan antara tegangan keluaran generator dan arus penguatan pada putaran konstan (ns).
E Celah uda ra EO
A
If
B
Gambar 2.1 Karakteristik Beban Nol
b. Karakteristik pembebanan. Bila generator sinkron dibebani maka tegangan keluaran generator akan menurun, hal ini disebabkan karena adanya tegangan jatuh pada belitan generator. V
I
Gambar 2.2 Karakteristik Pembebanan
2.3 Aplikasi Generator Sinkron
Generator sinkron banyak digunakan sebagai pembangkit energi listrik berkapasitas besar, seperti yang diterapkan pada PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air), PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap), PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas), PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir), dan pembangkit listrik lainnya. Pada PLTA, generator digerakkan oleh tenaga air.
5
2.4 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron
Rangkaian ekivalen per fasa dari suatu generator sinkron dapat dilihat seperti pada Gambar berikut :
Gambar 2.3 Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron
Keterangan : Ea
: Tegangan induksi (Volt)
Vt
: Tegangan terminal generator (Volt)
Vf
: Tegangan Eksitasi (Volt)
Rf
: Tahanan belitan medan (ohm)
Lf
: Induktansi belitan medan (H)
Radj : Tahanan variabel (ohm) Ra
: Tahanan jangkar (ohm)
Xar : Reaktansi reaksi jangkar (ohm) Xla : Reaktansi bocor belitan jangkar (ohm) Ia
: Arus jangkar (Ampere)
6
BAB III LANDASAN PRAKTIKUM
3.1 Alat-Alat Yang Digunakan
1. Generator Sinkron
1 unit
2. Motor DC
1 unit
3. Catu Daya
1 unit
4. Jala-jala listrik PLN
1 unit
5. MCB
2 unit
6. Voltmeter
1 unit
7. Ampermeter
1 unit
8. Tachometer
1 unit
9. Jumper
secukupnya
3.2 Prosedur Percobaan
1.
Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dalam praktikum.
2.
Merangkai rangkaian seperti rangkaian dibawah ini. R S
M
jangkar
G
A
A
Eksitasi
Eksitasi
T N
V
A
Gambar 3.1 Rangkaian percobaan beban nol
3.
Meminta asisten untuk mengecek kembali rangkaian apakah sudah benar atau masih salah. 7
4.
Memastikan eksitasi motor, eksitasi generator, dan jangkar motor berada pada posisi nol.
5.
Memastikan catu daya berada pada posisi off (DC).
6.
Menghidupkan amperemeter, voltmeter dan tachometer..
7.
Menaikkan Many Current Bios (MCB) pada panel jala-jala listrik PLN.
8.
Menaikkan MCB pada catu daya.
9.
Menambah eksitasi motor sampai tegangan mencapai 200 volt.
10. Menambah jangkar motor sampai kecepatan putar rotor mencapai 1500 rpm (diukur dengan tachometer). 11. Mengukur tegangan line to netral (V LN) pada generator dengan menggunakan voltmeter. 12. Mengukur tegangan lini to line (VLL) pada generator dengan menggunakan voltmeter. 13. Mencatat hasil pengukuran pada arus (If), kecepatan rotor (n), tegangan line to netral (V LN), tegangan lini to line (V LL). 14. Menaikkan eksitasi generator sampai arus naik 0,5 ampere. 15. Mengulangi langkah 11 sampai 14 hingga arus mencapai 3 ampere. 16. Mengurangi eksitasi generator sampai nol. 17. Mengurangi jangkar motor sampai nol. 18. Mengurangi eksitasi motor sampai nol. 19. Menurunkan MCB pada catu daya. 20. Menurunkan MCB pada jala-jala listrik PLN. 21. Mematikan voltmeter, amperemeter, dan tachometer. 22. Menggambar wiring percobaan. 23. Merapikan kembali alat-alat yang telah digunakan.
8
3.3 Data Hasil Percobaan
3.3.1 Name Plate Generator Sinkron Tabel 3.1 Name Plate Generator Sinkron
Daya
3 HP
Tegangan / If
220 / 380 . 14 / 8
Phase
3
Frekuensi
50 Hz
Exitasi / If
30 V / 6 A
RPM
1500 RPM
Cos
0,8
3.3.2 Data Percobaan Beban Nol (
)
Tabel 3.2 Percobaan Beban Nol
If (Ampere)
n (RPM)
VLN (Volt)
VLL (Volt)
0
1512
17
28
0,5
1507
160
270
1
1493
268
447
1,5
1470
320
540
2
1461
353
594
2,5
1423
363
614
3
1392
375
634
9
3.4 Pengolahan Data
3.4.1 Daya Pada Line To Netral P = VLN x If x cos 1. P(I=f 0)
= 17 x 0 x 0,8
=
0
Watt
2. P(If= 0,5)
= 160 x 0,5 x 0,8
= 64 Watt
3. P(I= f 1)
= 268 x 1 x 0,8
= 214,4 Watt
4. P(If= 1,5)
= 320 x 1,5 x 0,8
= 384 Watt
5. P(I= f 2)
= 348 x 2 x 0,8
= 556,8 Watt
6. P(If= 2,5)
= 363 x 2,5 x 0,8
= 726
7. P(I= f 3)
= 375 x 3 x 0,8
= 900 Watt
Watt
3.4.2 Daya Pada Line To Line P= x If x cos √
x 0 x 0,8 √ x 0,5 x 0,8 √ x 1 x 0,8 √
1. P(I =f 0)
=
=
0
Watt
2. P(I=f 0,5)
=
3. P(I =f 1)
=
4. P(I=f 1,5)
=
x 1,5 x 0,8 √
= 374,12 Watt
5. P(I =f 2)
=
x 2 x 0,8 √
= 543,17 Watt
6. P(I=f 2,5)
=
x 2,5 x 0,8 √
= 708,99 Watt
7. P(I =f 3)
=
x 3 x 0,8 √
= 878,5 Watt
=
= 0
= 62,35 Watt = 206,46 Watt
3.4.3 Torsi T=
1. T(I =f 0)
N meter
10
2. T(I=f 0,5)
=
= 0,41 N meter
3. T(I =f 1)
=
= 1,37 N meter
4. T(I=f 1,5)
=
= 2,50 N meter
5. T(I =f 2)
=
= 3,68 N meter
6. T(I=f 2,5)
=
= 4,87 N meter
=f 3) 7. T(I
=
= 6,18 N meter
11
BAB IV TUGAS AKHIR DAN ANALISA
4.1 Tugas Akhir 1. Apa yang dimaksud dengan motor dan generator ? 2. Jelaskan
prinsip kerja generator sinkron ( sehingga diketahui
perbedaannya dengan jenis mesin induksi atau mesin DC ) dan cara pengendalian oprasinya ? 3. Jelaskan prosedur percobaan praktikum Generator beban nol ? 4. Gambarkan rangkaian diagram pengawatan
praktikum generator
sinkron! 5. Gambarkan kurva karakteristik antara If dengan V generator dan If
dengan ns. 6. Gambarkan kurva karakteristik antara
- Gambarkan kurva karakteristik antara - If generator dengan V generator - If generator dengan V beban - If generator dengan n generator - If generator dengan P generator - V generator dengan V beban - V generator dengan n generator - n generator dengan V beban - n generator dengan P generator 7. Sebutkan aplikasi dan jelaskan dari percobaan praktikun generator
sinkron?
12
JAWABAN TUGAS AKHIR
1. Motor adalah alat unutk mengubah energi listrik menjadi mekanik. Generator adalah alat untuk mengubah mekanik menjadi energi listrik.
2. Pada mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator adan kumparan medan pada rotor. Kumparan jangkarnya berbentuk sama dengan mesin induksi, sedangkan kumparan pada mesin sinkron dapat berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder). Arus searah (dc) untuk menghasilkan fluks pada kumparan medan dialirkan ke rotor melalui . Apabila kumparan jangkar dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa akan timbul medan putar pada stator. Kutub medan rotor yang diberi penguat arus searah mendapatkan tarikan dari kutub medan putar stator hingga turut berputar dengan kecepatan sama (sinkron).
3. Prosedur percobaan beban nol 1.
Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dalam praktikum.
2.
Merangkai rangkaian seperti rangkaian dibawah ini.
M
jangkar
R S T N
G V
A
A
Eksitasi
Eksitasi
A
Gambar 4.1 Rangkaian percobaan beban nol
13
3.
Meminta asisten untuk mengecek kembali rangkaian apakah sudah benar atau masih salah.
4.
Memastikan eksitasi motor, eksitasi generator, dan jangkar motor berada pada posisi nol.
5.
Memastikan catu daya berada pada posisi off (DC).
6.
Menghidupkan amperemeter, voltmeter dan tachometer..
7.
Menaikkan Many Current Bios (MCB) pada panel jala-jala listrik PLN.
8.
Menaikkan MCB pada catu daya.
9.
Menambah eksitasi motor sampai tegangan mencapai 200 volt.
10. Menambah jangkar motor sampai kecepatan putar rotor mencapai 1500 rpm (diukur dengan tachometer). 11. Mengukur tegangan line to netral (V LN) pada generator dengan menggunakan voltmeter. 12. Mengukur tegangan lini to line (V LL) pada generator dengan menggunakan voltmeter. 13. Mencatat hasil pengukuran pada arus (I f), kecepatan rotor (n), tegangan line to netral (V LN), tegangan lini to line (V LL). 14. Menaikkan eksitasi generator sampai arus naik 0,5 ampere. 15. Mengulangi langkah 11 sampai 14 hingga arus mencapai 3 ampere. 16. Mengurangi eksitasi generator sampai nol. 17. Mengurangi jangkar motor sampai nol. 18. Mengurangi eksitasi motor sampai nol. 19. Menurunkan MCB pada catu daya. 20. Menurunkan MCB pada jala-jala listrik PLN. 21. Mematikan voltmeter, amperemeter, dan tachometer. 22. Menggambar wiring percobaan. 23. Merapikan kembali alat-alat yang telah digunakan.
14
4. Diagram pengawatan beban nol
Gambar 4.2 Wiring diagram percobaan beban nol
5. Kurva karakteristik
Vgenerator 400 350 300 250 200
Vgenerator
150 100 50 0 1234567
Gambar 4.3 Kurva If dengan Vgenerator
15
ns 1540 1520 1500 1480 1460 1440 1420
ns
1400 1380 1360 1340 1320 1234567
Gambar 4.4 Kurva If dengan ns
6. Kurva karakteristik
Vgenerator 400 350 300 250 200
Vgenerator
150 100 50 0 1234567
Gambar 4.5 Kurva If dengan Vgenerator
16
ns 1540 1520 1500 1480 1460 1440 1420
ns
1400 1380 1360 1340 1320 1234567
Gambar 4.6 Kurva If dengan ns
PLL 1000 900 800 700 600 500
PLL
400 300 200 100 0 1234567
Gambar 4.7 Kurva If dengan PLL
17
PLN 1000 900 800 700 600 500
PLN
400 300 200 100 0 1234567
Gambar 4.8 If dengan P LN
Vgenerator dengan ns 1600
1512
1507
1400
1493
1470
1446
1423
1392
1200 1000 800
Vgenerator
600
ns
400 274
200 0
321
353
370
381
173 17 1234567
Gambar 4.9 Vgenerator dengan ns
18
7. Pada percobaan ini generator sinkron digerakan oleh sebuah motor. Pada beban nol generator tidak menghasilkan ggl karena hanya menghasilkan fluksi pada kumparan medan rotor. Pada percobaan berbeban dihasilkan ggl karena terjadi reaksi jangkar antara fluksi medan rotor dan fluksi jangkar stator. Semakin besar beban maka semakin rendah putaran generator dan semakin rendah pula daya yang dihasilkan.
4.2 Analisa
1. Rumus
berarti:
Minus (-) berarti gaya yang terjadi berlawanan dengan gaya yang dialami.
berarti besar fluks berubah terhadap waktu. Waktu disini maksudnya waktu pada sinusoida
2. Pada saat pertama dinaikkan arusnya, perubahan tegangan begitu signifikan. Tetapi semakin naik, kenaikan tegangan semakin kecil. Hal ini disebabkan oleh celah udara atau bisa juga disebut titik jenuh. Bisa juga disebabkan oleh bahan yang digunakan, karena semakin arusnya maka akan semakin panas pula suatu bahan. Kenaikan suhu suatu bahan berpengaruh terhadap pertambahan sifat menghambat dari bahan yang digunakan, sehingga kenaikan tegangan menjadi berkurang. 3. Celah udara adalah titik jenuh dari generator sehingga ketika sudah mencapai celah udara, kenaikan tegangan generator tidak akan signifikan.
19
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Cara kerja generator sinkron, dengan mengalirkan arus penguatan pada belitan penguat sehingga pada generator yang sedang berputar akan timbul
fluksi
elektromagnetik.
Memotong fluksi elektromagnet kecepatan putar
n
s
Kumparan
jangkar
(N
lilitan).
Ø dengan kecepatan putar dengan
rpm.
Jadi tegangan tergantung pada ns dan Ø serta posisi jangkar saat itu. Bentuk tegangan yang terimbas adalah sinusoida, untuk generator sinkron tiga fasa, antar fasa terpisah 120º sehingga tegangan keluaran terdiri dari tiga tegangan sinusoida. Lalu frekuensi tegangan bolak-balik ditentukan oleh :
Keterangan :
p = jumlah kutub generator ns = putaran generator f = frekuensi tegangan keluar
2. Cara pengoprasian : 1. Pastikan semua sudah terpasang dengan benar. 2. Ketika sudah dinyalakan, naikkan eksitasi motor terlebih dahulu. 3. Setelah eksitasi motor barulah jangkar motor.\ 4. Terakhir baru manaikkan eksitasi jangkar. 5. Cara mematikan diawali dengan eksitasi jangkar, jangkar motor,
barulah eksitasi motor terakhir.
20
5.2 Saran
1. Alat-alat mohon diperbarui. 2. Untuk jumper, mohon kebutuhan jumper disesuaikan dengan kebutuhan
praktikan. 3. Jumper mohon diperbaharui karena sudah banyak yang rusak. 4. Pengencang pada panel jala-jala listrik mohon diperbaiki, karena
beberapa sudah kendor.
21
DAFTAR PUSTAKA
Tim Penyusun.2005. “ Modul Praktikum III-A DKEE”,Bandung: Lab. TEE Jurusan
Teknik Elektro Itenas.
Zuhal.1991. “ Dasar Tenaga Listrik”, Bandung: Penerbit ITB.
http://kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/13020-13-599349935825.pdf
22
