NO LOAD AND LOAD TEST OF SYNCHRON GENERATOR Sely Kusuma Anggraeni Pembimbing : Djodi Antono
[email protected]
Jurusan Teknik Elektro Polines Jln. Prof. Sudarto Tembalang Semarang INDONESIA
Intisari Generator sinkron adalah generator serempak/generator arus bolak-balik/alternator yang banyak digunakan pada pembangkit tenaga listrik. Jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Konstruksi generator sinkron terdiridari rangka stator, stator, rotor, cincin eser, generator penguat Generator dengan diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (If), maka pada kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban (Eo), yaitu : Eo = 4,44 Kd Kp f fm T Volt Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluk hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan output juga akan naik sampai titik saturasi (jenuh). Bila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah. Kenaikan beban resisti dan induktif mengakibatkan penurunan tegganan terminal, sedangkan kenaikan beban capasitif menggakibatkan kenaikan tegangan terminal. Kata kunci —No load test, load test, generator, resistif, ·
·
·
·
·
indukti, kapasitif
I. PENDAHULUAN Sebagaimana pada mesin arus searah dan mesin asinkron (tak serempak) maka mesin sinkron (serempak) dibagi menjadi dua jenis : 1. Generator sinkron (generator serempak/generator arus bolak-balik/alternator yang banyak digunakan pada pembangkit tenaga listrik). 2. Motor Sinkron (motor serempak) dapat digunakan untuk menggerakan mesin-mesin produksi di Industri yang menghendaki putaran tetap. Kontruksi dari mesin sinkron baik sebagai generator maupun sebagai motor adalah sama, perbedaannya hanya pada prinsip kerjanya.
Sebagaimana pada generator arus searah, belitan (kumparan) jangkar ditempatkan pada rotor sedangkan belitan medan ditempatkan pada stator, demikian pula untuk generator sinkron untuk kapasitas kecil. II.
DASAR TEORI
A. Pengertian Generator Sinkron Generator arus bolak-balik (AC) atau disebut dengan alternator adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mengkonversi energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik (elektrik) dengan perantara induksi medan magnet. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. B. Konstruksi Generator Sinkron Adapun konstruksi generator sinkron adalah sebagai berikut: 1. Rangka stator terbuat dari besi tuang, yang merupakan rumah stator tersebut. 2. Stator, Stator adalah bagian yang diam. Memiliki alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai tempat GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi. 3. Rotor, Rotor adalah bagian yang berputar, pada bagian ini terdapat kutub-kutub magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan sikat-sikat. 4. Cincin geser, terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor. 5. Generator penguat, Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus.
D. Generator Sinkron Tanpa Beban Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai generator dengan diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (If), maka pada kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban (Eo), yaitu : Eo = 4,44 · Kd · Kp · f · fm · T Volt Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator, sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluk hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan output juga akan naik sampai titik saturasi (jenuh) seperti diperlihatkan pada Gambar 2 Kondisi Generator tanpa beban bisa digambarkan sebagai berikut.
Gambar 1 Konstruksi Generator Sinkron
C. Prinsip Kerja Generator Sinkron Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi yang akan disuplai oleh arus searah sehingga menimbulkan fluks yang besarnya tetap terhadap waktu. Kemudian penggerak mula ( Prime Mover ) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya sesuai dengan persamaan: Gambar 2 Kurva dan Rangkaian Ekuivalen Tanpa Beban
E.
Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan menginduksikan tegangan tiga fasa pada kumparan jangkar sehingga akan menimbulkan medan putar pada stator. Perputaran tersebut menghasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujungujung kumparan tersebut. GGL induksi (Ea) pada alternator akan terinduksi pada kumparan jangkar alternator bila rotor diputar di sekitar stator. Besarnya kuat medan pada rotor dapat diatur dengan cara mengatur arus medan (If) yang diberikan pada rotor. Besarnya GGL induksi (Ea)
Generator Sinkron Berbeban Bila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada: • Resistansi jangkar Ra • Reaktansi bocor jangkar Xl • Reaksi Jangkar Xa 1. Resistansi Jangkar Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegang/fasa (tegangan jatuh/fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar. 2. 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. 3. 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),
Gambar 3a, 3b, 3c dan 3d. Kondisi Reaksi Jangkar.
Gambar 3a , memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani tahanan (resistif) sehingga arus jangkar Ia sefasa dengan GGL Eb dan Φ A akan tegak lurus terhadap ΦF. Gambar 3b, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani kapasitif , sehingga arus jangkar Ia mendahului ggl Eb sebesar θ dan ΦA terbelakang terhadap ΦF dengan sudut (90 -θ).
Gambar 4. Vektor Diagram dari Beban Generator
Berdasarkan gambar diatas, maka bisa ditentukan besarnya tegangan jatuh yang terjadi, yaitu : Total Tegangan Jatuh pada Beban: = I.Ra + j (I.Xa + I.XL) = I {Ra + j (Xs + XL)} = I {Ra + j (Xs)} = I.Zs III.
PEMBAHASAN
Gambar 3c, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani kapasitif murni yang mengakibatkan arus jangkar Ia mendahului GGL Eb sebesar 90° dan ΦA akan memperkuat ΦF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.
A. Generator Sinkron Generator sinkron adalah generator serempak/generator arus bolak-balik/alternator yang banyak digunakan pada pembangkit tenaga listrik. Pada percobaan ini dilakukan pengujian generator bebeban dan tanpa beban.
Gambar 3d, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat arus diberi beban induktif murni sehingga mengakibatkan arus jangkar Ia terbelakang dari GGL Eb sebesar 90° dan ΦA akan memperlemah ΦF yang berpengaruh terhadap pemagnetan. Jumlah dari reaktansi bocor XL dan reaktansi jangkar Xa biasa disebut reaktansi Sinkron Xs.
B. Peralatan dan Komponen Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah : 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 2108TAL Three phase power supply unit (1 buah) 6. DL 2108T01 Excitation voltage controller (1 buah) 7. DL 2108T02 Power circuit breaker (1 buah) 8. DL 2109T1A Moving-iron ammeter (1000mA) (2 buah) 9. DL 2109T2A5 Moving-iron ammeter (2,5 A) (2 buah) 10. DL 2109T1T Phase-sequence indicator (1 buah) 11. DL 2109T17/2 Double voltmeter (250-500V) (1 buah) 12. Kabel Hubung 13. Saklar ELCB 3 Phase (1buah) 14. Multimeter Analog (1buah) 15. Pengatur beban
C. Gambar Rangkaian
D. Hasil Percobaan Tabel 1 data percobaan generator sinkron tanpa beban
Gambar 5. Rangkaian Loadtest
Speed (min-1)
3000
2500
2000
IE mA
Us (V)
Us (V)
Us (V)
100
200
170
115
150
300
250
200
200
380
300
255
250
-
350
285
300
-
380
305
350
-
-
330
400
-
-
340
450
-
-
360
500
-
-
370
550
-
-
-
Grafik Us=f(Ie) 400
380 380 360370 350 330340 300300285305 250255 200200 170 115
300
) V ( 200 s U
100
3000 rpm 2500 rpm 2000 rpm
0 100150200250300350400450500 Ie(mA)
Gambar 6. Gambar Rangkaian Noload Test
Gambar 8. GafikUs=f(Ie) generator tanpa beban
Tabel 2 data percobaan generator sinkro berbeban n=3000(min -1)
IE0=0,3(mA)
R
Is (A)
Us (V)
L
Is (A)
Us (V)
C
Is (A)
Us (V)
R1
0,2
370
L1
0,15
340
C1
0,15
420
R2
0,28
360
L2
0,18
320
C2
0,2
430
R3
0,45
330
L3
0,25
280
C3
-
-
R4
0,57
290
L4
0,35
250
C4
-
-
R5
0,65
250
L5
0,43
210
C5
-
-
Gambar 7 Rangkaian Loadtest
Grafik V=f(Z) Beban R
Beban L
Beban C
500 400 300
420 370 340
) V ( s 200 U
430 360 320
330 280
290 250
250 210
100 0 1
2
3
4
5 Z(Ohm)
Gambar 9. GafikV=f(Z) generator berbeban
0,65
0,7 0,45
0,5 ) A0,4 m ( e I 0,3
0,2
I=f(Z)
0,57
0,6
0,43
putarannya untuk memperoleh tegangan 380 V maka diperlukan arus eksitasi yang semakin tinggi. B. Percobaan Load test Dalam percobaan ini terdapat 3 jenis beban yang digunakan yaitu beban resistif, beban kapasitif dan beban induktif. Untuk jenis beban resistif ketika knopnya diputar ke tingkat yang lebih tinggi maka nilai resistansinya semakin kecil sehingga arus yang menuju ke beban (Is) semakin besar dan tegangan pada beban resistif (Us) semakin kecil. Untuk jenis beban induktif hampir sama dengan beban resistif ketika knopnya diputar ke tingkat yang lebih tinggi maka nilai resistansinya semakin kecil sehingga arus yang menuju ke beban (Is) semakin besar dan tegangan pada beban (Us) semakin kecil,. Sedangkan untuk beban kapasitif ketika knopnya diputar ke tingkatan yang lebih tinggi maka arus (Is) dan tegangan (Us) semakin besar hal tersebut diakibatkan karena nilai kapasitansi yang semakin besar.
0,35 0,2 0,15
0,2 0,18
Beban R
0,25
IV.
Beban L Beban C
0,1
1) Generator sinkron atau alternator digunakan untuk
0 1
2
3
4
5
2)
Z(ohm)
3) Gambar 10. GafikI=f(Z) generator berbeban
4) E.
Generator Sinkron Dalam percoban ini harus diperhatikan spesifikasi kemampuan maksimum generator yaitu sebesar 380 Volt. Jika lebih maka generator bisa menjadi rusak.. A. Percobaan No load Test 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 beban maka tidak terjadi selisih daya. Sedangkan saat diberikan eksitasi terjadi eksitasi selisih serta terdapat rugi rugi mekanis pada generator. Berdasarkan data yang diperoleh dari percobaaan dapat dilihat untuk arus (I E) yang sam ketika putarannya attau rpmnya diperkecil maka tegangan yang dihasilkan juga akan semakin kecil , sedangkan untuk putaran yang sama, semakin besar arus eksitasinya (IE) maka tegangan yang dihasilkan akan semakin besar hingga mencapai tegangan maksimum yaitu sebesar 380 V.Semakain kecil
KESIMPULAN (PENUTUP)
5) 6)
mengubah energy mekanik menjadi energy listrik dengan perantara induksi medan magnet. Motor dc dapat digunakan sebagai penggerak generator. Pada percobaan no load test besarnya tegangan berbanding lurus dengan kecepatan. Pada percobaan no load test besarnya tegangan berbanding lurus dengan besarnya arus eksitasi. Pada percobaan load test beban resistif dan induktif besarnya tegangan berbanding terbalik dengan besarnya arus. Pada percobaan load test beban kapasitif besarnya tegangan berbanding lurus dengan besarnya arus .
REFERENSI [1] Delorenzo,Electrical Power Enginering (Alternator and parallel operation DL GTU101.1) [2] [Online] Available http://rgpnd.blogspot.com/2013/02/pengertiangenerator-sinkron.html#.Uyi6gs7TqYk [3] [Online] Available [4] [Online] Available http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/prinsipkerja-generator-sinkron.html [5] [Online] Available
http://kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/1 3020-13-599349935825.pdf
[6] [Online] Available http://kurniawanpramana.wordpress.com/2011/09/25/ generator-sinkron-1/ [7] [Online] Available http://artikel-teknologi.com/prinsip-kerja-generatorac/ [8] [Online] Available http://artikel-teknologi.com/prinsip-kerja-generatorac/2/ [9] [Online] Available http://mrratkey.blogspot.co.id/ [10] [Online] Available http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/4113 4/3/Chapter%20II.pdf
