LAPORAN PRAKTIKUM LOAD AND NO-LOAD CHARACTERISTIC TEST EXPERIMENT N.2 DAN N.4 DOSEN PEMBIMBING: DJODI ANTONO, B.Tech, M.Eng,
Diss Dissn n O!eh O!eh " RI#$I CAH%A NINGGAR &.&'.().(.(* LT-2E
PROGRAM ST+DI D& TE$NI$ LISTRI$ J+R+SAN TE$NI$ ELE$TRO POLITE$NI$ NEGERI SEMARANG 2(*
I.
PENDAH+L+AN
Praktikum ini dapat dikatakan sebagai simulasi persiapan pengopersian generator. Generator akan diputar dngan bantuan motor d! dengan ke!epatan putar tertentu. Kutub terminal generator tidak di"ubungkan ke beban. Arus eksitasi diset mula# $ kemudian dinaikan dengan selisi" kenaikan tertentu sampai tegangan keluaran generator bernilai %&$ '. (ari per!obaan tanpa beban arus )angkar ) angkar adala" nol *Ia + $, se"ingga ' sama dengan -a. e"ingga dari pengu)ian ini diperole" kur/a -a sebagai 0ungsi arus medan *I0,. (ari kur/a ini "arga 1ang akan dipakai adala" "arga liniern1a *unsaturated,. Pema Pemakai kaian an "arg "argaa linie linierr 1ang 1ang meru merupa paka kan n gari gariss luru luruss !uku !ukup p bera beralas lasan an meng mengin inga gatt kelebi"an arus medan pada keadaan )enu" sebenarn1a dikompensasi ole" adan1a reaksi )angkar. (engan memutar alternator pada ke!epatan sinkron dan rotor diberi arus medan *I2,3 *I2,3 maka maka tegang tegangan an *-a , akan akan terind terinduks uksii pada pada kumpara kumparan n )angka )angkarr stator stator.. 4entuk 4entuk "ubungann1a diperli"atkan pada persamaan berikut. E c.n.
1ang mana: ! + konstanta mesin n + putaran sinkron φ + 0luks 1ang di"asilkan ole" I2 (alam keadaan tanpa beban arus )angkar tidak mengalir pada stator3 karenan1a tidak terdapat pengaru" reaksi )angkar. 2luks "an1a di"asilkan ole" arus medan *I2,. Apabila arus medan *I2, diuba"5uba" "argan1a3 akan diperole" "arga -a seperti 1ang terli"at pada kur/a sebagai berikut.
gambar 6.6 Karakteristik tanpa beban generator sinkron II.
DASAR TEORI GENERATOR SIN$RON
7ampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron. Generator sinkron *sering disebut alternator, adala" mesin sinkron 1angdigunakan untuk menguba" da1a mekanik men)adi da1a listrik. Generator sinkrondapat berupa generator sinkron tiga 0asa atau generator sinkron A8 satu 0asatergantung dari kebutu"an.
(.( $/ns01si Gene10/1 Sin1/n
Pada generator sinkron3 arus (8 diterapkan pada lilitan rotor untuk menga"asilkan mdan magnet rotor. Rotor generator diputar ole" prime mo/er meng"asilkan medan magnet berputar pada mesin. Medan magnet putar ini menginduksi tegangan tiga 0asa pada kumparan stator generator. Rotor pada generator sinkron pada dasarn1a adala" sebua" elektromagnet 1ang besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient *kutub sepatu, dan dan non salient *rotor silinder,. Gambaran bentuk kutup sepatu generator sinkron diperli"atkan pada gambar di baa" ini.
Gambar 6.6 Rotor salient *kutub sepatu, pada generator sinkron
Pada kutub salient3 kutub magnet menon)ol keluar dari permukaan rotor sedangkan pada kutub non salient3 konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan rotor.
Rotor silinder umumn1a digunakan untuk rotor dua kutub dan empat kutub3 sedangkan rotor kutub sepatu digunakan untuk rotor dengan empat atau lebi" kutub. Pemili"an konstruksi rotor tergantung dari ke!epatan putar prime mo/er3 0rekuensi dan rating da1a generator. Generator dengan ke!epatan 69$$ rpm ke atas pada 0rekuensi 9$ 7 dan rating da1a sekitar 6$M'A menggunakan rotor silinder. ementara untuk da1a dibaa" 6$ M'A dan ke!epatan renda" maka digunakan rotor kutub sepatu. Gambaran bentuk kutup silinder generator sinkron diperli"atkan pada gambar di baa" ini.
*b, Gambar 6.#
*a, rotor Non5salient *rotor silinder,3
*b, penampang rotor pada generator sinkron
Arus (8 disuplai ke rangkaian medan rotor dengan dua !ara: 6.
Men1uplai da1a (8 ke rangkaian dari sumber (8 eksternal dengan sarana slip ring dan sikat.
#.
Men1uplai da1a (8 dari sumber (8 k"usus 1ang ditempelkan langsung pada batang rotor generator sinkron.
(.2 P1insi3 $e1 Gene10/1 Sin1/n
;ika sebua" kumparan diputar pada ke!epatan konstan pada medan magnet"omogen3 maka akan terinduksi tegangan sinusoidal pada kumparan tersebut. Medan magnet bisa di"asilkan ole" kumparan 1ang dialiri arus (8 atau ole" magnet tetap. Pada mesin tipe ini medan magnet diletakkan pada stator *disebut generator kutub eksternal < e=ternal pole generator, 1ang mana energi listrik dibangkitkan pada kumparan rotor. 7al ini
dapat menimbulkan kerusakan pada slip ring dan karbon sikat3 se"ingga menimbulkan permasala"an pada pembangkitan da1a tinggi. Untuk mengatasi permasala"an ini3 digunakan tipe generator dengan kutub internal *internal pole generator,3 1ang mana medan magnet dibangkitkan ole" kutub rotor dan tegangan A8 dibangkitkan pada rangkaian stator. Tegangan 1ang di"asilkan akan sinusoidal )ika rapat 0luks magnet pada !ela" udara terdistribusi sinusoidal dan rotor diputar pada ke!epatan konstan. Tegangan A8 tiga 0asa dibangkitan pada mesin sinkron kutub internal pada tiga kumparan stator 1ang diset sedemikian rupa se"ingga membentuk beda 0asa dengan sudut 6#$>. 4entuk gambaran seder"ana "ubungan kumparan %50asa dengan tegangan 1ang dibangkitkan diperlil"atkan pada gambar di baa" ini.
Gambar 6.%
Gambaran seder"ana kumparan %50asa dan tegangan 1ang dibangkitkan
Pada rotor kutub sepatu3 0luks terdistribusi sinusoidal didapatkan dengan mendesain bentuk sepatu kutub. edangkan pada rotor silinder3 kumparan rotor disusun se!ara k"usus untuk mendapatkan 0luks terdistribusi se!ara sinusoidal. Untuk tipe generator dengan kutub internal *internal pole generator,3 suplai (8 1ang di"ubungkan ke kumparan rotor melalui slip ring dan sikat untuk meng"asilkan medan magnet merupakan eksitasi da1a renda". ;ika rotor menggunakan magnet permanen3 maka tidak slip ring dan sikat karbon tidak begitu diperlukan. (.& $ece30n P01 Gene10/1 Sin1/n
2rekuensi elektris 1ang di"asilkan generator sinkron adala" sinkron dengan ke!epatan putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian elektromagnet dengan
suplai arus (8. Medan magnet rotor bergerak pada ara" putaran rotor. 7ubungan antara ke!epatan putar medan magnet pada mesin dengan 0rekuensi elektrik pada stator adala":
F e=
nr . P 120
1ang mana: 0e + 0rekuensi listrik *7, nr + ke!epatan putar rotor + ke!epatan medan magnet *rpm, p + )umla" kutub magnet Ole" karena rotor berputar pada ke!epatan 1ang sama dengan medan magnet3 persamaan diatas )uga menun)ukkan "ubungan antara ke!epatan putar rotor dengan 0rekuensi listrik 1ang di"asilkan. Agar da1a listrik dibangkitkan tetap pada 0rekuensi 9$7 atau ?$ 73 maka generator "arus berputar pada ke!epatan tetapdengan )umla" kutub mesin 1ang tela" ditentukan. ebagai !onto" untuk membangkitkan ?$ 7 pada mesin dua kutub3 rotor arus berputar dengan ke!epatan %?$$ rpm. Untuk membangkitkan da1a 9$ 7 pada mesin empat kutub3 rotor "arus berputar pada 69$$ rpm. (.4 A!0e1n0/1 0n3 5e5n
(engan memutar alternator pada ke!epatan sinkron dan rotor diberi arus medan *I2,3 maka tegangan *-a , akan terinduksi pada kumparan )angkar stator. 4entuk "ubungann1a diperli"atkan pada persamaan berikut. E c.n.φ
1ang mana: !
+ konstanta mesin
n
+ putaran sinkron
φ
+ 0luks 1ang di"asilkan ole" I2
(alam keadaan tanpa beban arus )angkar tidak mengalir pada stator3 karenan1a tidak terdapat pengaru" reaksi )angkar. 2luks "an1a di"asilkan ole" arus medan *I2,. Apabila arus medan *I2, diuba"5uba" "argan1a3 akan diperole" "arga -a seperti 1ang terli"at pada kur/a sebagai berikut.
gambar 6.@ Karakteristik tanpa beban generator sinkron
(.) A!0e1n0/1 Be15e5n
(alam keadaan berbeban arus )angkar akan mengalir dan mengakibatkan ter)adin1a reaksi )angkar. Reaksi )angkar besi0at reakti0 karena itu din1atakan sebagai reaktansi3 dan disebut reaktansi magnetisasi *m ,. Reaktansi pemagnet *m , ini bersama5sama dengan reaktansi 0luks bo!or *a , dikenal sebagai reaktansi sinkron *s, . Persamaan tegangan pada generator adala": E 6 7 I.R 7 I.Xs Xs X8 7 X
1ang mana: -a
+ tegangan induksi pada )angkar
'
+ tegangan terminal output
Ra
+ resistansi )angkar
s
+ reaktansi sinkron
Karakteristik pembebanan dan diagram /ektor dari alternator berbeban indukti0 *0aktor ker)a terbelakang, dapat dili"at pada gambar di baa" ini :
Gambar 6.9 Karakteristik alternator berbeban indukti0
(.9 Rngin Ei:!en Gene10/1 Sin1/n
Tegangan induksi -a dibangkitkan pada 0asa generator sinkron. Tegangan ini biasan1a tidak sama dengan tegangan 1ang mun!ul pada terminal generator. Tegangan induksi sama dengan tegangan output terminal "an1a ketika tidak ada arus )angkar 1ang mengalir pada mesin. 4eberapa 0aktor 1ang men1ebabkan perbedaan antara tegangan induksi dengan tegangan terminal adala": 6.
(istorsi medan magnet pada !ela" udara ole" mengalirn1a arus pada stator3 disebut reaksi )angkar. #.
Induktansi sendiri kumparan )angkar.
%.
Resistansi kumparan )angkar.
@.
-0ek permukaan rotor kutub sepatu.
Rangkaian ekui/alen generator sinkron per0asa ditun)ukkan pada gambar di baa" ini.
Gambar 6.? Rangkaian ekui/alen generator sinkron per0asa
(.* Menen0n P18e0e1 Gene10/1 Sin1/n
7arga s diperole" dari dua ma!am per!obaan 1aitu per!obaan tanpa beban dan per!obaan "ubungan singkat. Pada pengu)ian tanpa beban3 generator diputar pada ke!epatan ratingn1a dan terminal generator tidak di"ubungkan ke beban. Arus eksitasi medan mula adala" nol. Kemudian arus eksitasi medan dinaikan berta"ap dan tegangan terminal generator diukur pada tiap ta"apan. (ari per!obaan tanpa beban arus )angkar adala" nol *Ia + $, se"ingga ' sama dengan -a. e"ingga dari pengu)ian ini diperole" kur/a -a sebagai 0ungsi arus medan *I0,. (ari kur/a ini "arga 1ang akan dipakai adala" "arga liniern1a *unsaturated,. Pemakaian "arga linier 1ang merupakan garis lurus !ukup beralasan
mengingat
kelebi"an
arus
medan
pada
keadaan
)enu"
sebenarn1a
dikompensasi ole" adan1a reaksi )angkar.
ambar 6.B Karakteristik tanpa beban Pengu)ian 1ang kedua 1aitu pengu)ian "ubung singkat. Pada pengu)ian ini mula5mula arus eksitasi medan dibuat nol3 dan terminal generator di"ubung singkat melalui ampere meter. Kemudian arus )angkar Ia *+ arus saluran, diukur dengan menguba" arus eksitasi medan. (ari pengu)ian "ubung singkat akan meng"asilkan "ubungan antara arus )angkar *Ia , sebagai 0ungsi arus medan *I2,3 dan ini merupakan garis lurus. Gambaran karakteristik "ubung singkat alternator diberikan di baa" ini.
Gambar 6.& Karakteristik "ubung singkat alternator Ketika terminal generator di"ubung singkat maka tegangan terminal adala" nol. Impedansi internal mesin adala":
#s
√ Ra
2
2
+ Xs =
Ea Ia
Ole" karena s CC Ra3 maka persamaan diatas dapat diseder"anakan men)adi:
Xs =
Ea Ia
=
Voc Iahs
;ika Ia dan -a diketa"ui untuk kondisi tertentu3 maka nilai reaktansi sinkron dapat diketa"ui. Ta"anan )angkar dapat diukur dengan menerapkan tegangan (8 pada kumparan )angkar pada kondisi generator diam saat "ubungan bintang *D,3 kemudian arus 1ang mengalir diukur. elan)utn1a ta"anan )angkar per0asa pada kumparan dapat diperole" dengan menggunakan "ukum o"m sebagai berikut. R
Vdc 2. Idc
Penggunaan tegangan (8 ini adala" supa1a reaktansi kumparan sama dengan nol pada saat pengukuran.
III.
ALAT DAN BAHAN
a. Poer suppl1 (8 b. Rpm !. Kabel )umper d. Mesin (8 e. Generator sinkron 0.
Amperemeter
g. 'oltmeter ". Pengatur beban i.
Pengatur arus eksitasi
I6. GAMBAR RANG$AIAN 4.( G851 1ngin N/-L/;
4.2 G851 1ngin L/;
6.
LANG$AH $ERJA
@.6 Men1iapkan alat dan ba"an. @.# Merangkai peralatan sesuai gambar per!obaan. @.% Per!obaan No Load *tanpa -ksitasi, @.%.6 Men1alakan poer suppl1. @.%.# Mengatur motor pada tegangan ##$' dan ke!epatan %$$$ rpm. @.%.% Men!atat besarn1a arus dan tegangan pada I# dan '#. @.%.@ Menurunkan tegangan ke $'. @.@ Per!obaan No Load *dengan -ksitasi, @
[email protected] Menaikkan tegangan sampai dengan ##$'3dan ke!epatan motor men)adi %$$$ rpm. @.@.# Men1alakan saklar pengatur arus eksitasi. @.@.% Mengatur arus eksitasi sampai tegangan pada '6 men)adi %&$'3 kemudian mengukur arus dan tegangan pada I # dan dan '#. @.@.@ Kemudian menurunkan arus eksitasi dan tegangan pengatur ke!epatan motor men)adi $. @
[email protected] elan)utn1a mengatur ke!epatan motor men)adi #$$$ rpm. @.@.? Menaikkan arus eksitasi se!ara berta"ap sampai tegangan pada '6 men)adi %&$'3 dimulai dari 6$$mA3 69$mA3 #$$mA3 #9$mA3 %$$mA3 %9$mA dan !atat I # dan '#. @
[email protected] Kemudian menurunkan arus eksitasi dan ke!epatan motor men)adi $. @.@.& Mengulangi langka" @.@.? untuk ke!epatan motor #9$$ rpm dan %$$$ rpm. @
[email protected] Menurunkan arus eksitasi dan tegangan pengatur ke!epatan motor men)adi $. @.9 Per!obaan Load @.9.6 Menaikkan tegangan sampai dengan ##$'3dan ke!epatan motor men)adi %$$$ rpm. @.9.# Men1alakan saklar pengatur arus eksitasi. @.9.% Mengatur arus eksitasi sampai tegangan pada '6 men)adi %&$'. @.9.@ Mengatur saklar beban R dari 6 sampai B3 kemudian men1alakan saklar -L84. @.9.9 Mengukur besarn1a I63 I#3 I%3 I@3 '6 dan '#. @.9.? Mengulangi langka" @.9.@ untuk beban L dan 83 meng"itung besarn1a I63 I#3 I%3 I@3 '6 dan '#. @.9.B Menurunkan arus eksitasi dan tegangan pengatur ke!epatan motor men)adi $. @.9.& Mematikan saklar pengatur arus eksitasi3 dan mematikan poer suppl1.
6I.
DATA 9.(. N/ L/; Tes0 56
peed *min , I- *Ma,
%$$$
#9$$
U *', U *',
#$$$ U *',
6$$
##$
6&$
6%$
69$
%6$
#?$
#$$
#$$
%&$
%6&
#9$
#9$
5
%?$
#E$
#E$
5
%&$
%$$
%9$
5
5
%%$
@$$
5
5
%9$
@9$
5
5
%?$
9$$
5
5
%B$
99$
5
5
%&$
9.2. L/; Tes0 R R
n........<8in-(= Is
L L(
Is
+s<6= &4
( R
,2)
&9
L2
,(>
2 R
,4
&2)
L&
& R
,)&
2'
4 R
,9&
) R
,*
9
C C(
IE........<8A= Is
+s<6= 42
&2
C2
,22
4&)
,2)
2>
C&
,4&
4>
L4
,&4
24)
-
-
-
24&
L)
,4
22
-
-
-
(>)
L9
,4>
(>
-
-
-
G1?i +S 0e1h;3 I E 400
350
300
250 2000 RPM 200
2500 RPM 3000 RPM
150
100
50
0 0
100
200
300
400
500
600
G1?i +S Te1h;3 I A 600
500
400
R 300
L C
200
100
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
6II.
ANALISA PERCOBAAN T5e! 9.(. N/ !/; 0es0
Pada tabel ?.6.%. per!obaan tanpa beban menun)ukkan data tegangan pada arus dan ke!epatan tertentu. Pada saat ke!epatan %$$$ rpm dan arus sebesar 6$$ mA3 tegangan *Us, menun)ukkan angka ##$ /olt sedangkan pada ke!epatan 1ang sama ketika arus 69$ mA tegangan menun)ukkan angka %6$ /olt. Pada ke!epatan #9$$ rpm dan arus sebesar 6$$ mA3 tegangan *Us, menun)ukkan angka 6&$ /olt sedangkan pada ke!epatan 1ang sama ketika arus 69$ mA tegangan menun)ukkan #?$ /olt. Pada ke!epatan #$$$ rpm dan arus sebesar 6$$ mA3 tegangan menun)ukkan angka 6%$ /olt sedangkan pada ke!epatan 1ang sama ketika arus 69$ mA tegangan menun)ukkan angka #$$ /olt. Pada data diatas dapat dili"at ba"a tegangan akan naik seiring dinaikkann1a arus maupun ke!epatan putar motor d!. Pada per!obaan ini ke!epatan maksimal 1ang digunakan adala" %$$$ rpm. 7al ini men1esuaikan dengan spesi0ikasi motor d! penggerak generator. Arus dinaikkan perla"an sampai tegangan men!apai nilai tertentu dalam "al ini adala" %&$ / atau bisa )uga lebi" tetapi "arus tetap men1esuaikan dengan batas kemampuan ukur /oltmeter 1ang digunakan. T5e! 9.2. L/; Tes0
Pada per!obaan dengan beban resisti03 diberikan tegangan aal *' #, #$& ' dengan ke!epatan %$$$ rpm3 kemudian diberikan arus eksitasi dengan tegangan "ingga %&$ 'olt. (iperole" data ketika beban R 65656 tegangan eksitasi menun)ukkan angka %B$ 'olt dan arus beban menun)ukkan angka $3# Ampere. Ketika beban R %5%5% diperole" data tegangan eksitasi %#9 'olt dan arus beban $3@ Ampere. Pada per!obaan dengan beban indukti03 diberikan tegangan aal *' #, #$& ' dengan ke!epatan %$$$ rpm3 kemudian diberikan arus eksitasi dengan tegangan "ingga %&$ 'olt. (iperole" data ketika beban L65656 tegangan eksitasi menun)ukkan angka
%@$ 'olt dan arus beban menun)ukkan angka $36% Ampere. Ketika beban L %5%5% diperole" data tegangan eksitasi #&$ 'olt dan arus beban $3#9 Ampere. Pada per!obaan dengan beban kapasiti03 diberikan tegangan aal *'#, #$& ' dengan ke!epatan %$$$ rpm3 kemudian diberikan arus eksitasi dengan tegangan "ingga %&$ 'olt. (iperole" data ketika beban ! 65656 tegangan eksitasi menun)ukkan angka @#$ 'olt dan arus beban menun)ukkan angka $369 Ampere. Ketika beban ! #5#5# diperole" data tegangan eksitasi @%9 'olt dan arus beban $3## Ampere. 4erdasarkan data diatas3 dapat dili"at ba"a tegangan akan turun dan arus akan naik seiring dinaikkann1a beban dan ke!epatan motor konstan.
6III. $ESIMP+LAN
a. Pembebanan pada motor sinkron "arus memper"atikan nilai beban dan arus eksitasi. b. emakin besar beban3 maka semakin besar pula arus eksitasi 1ang dibutu"kan. !. emakin besar nilai beban maka semakin ke!il arus 1ang mengalir.
D?01 Ps0
6. #. %. @.
"ttp:<
