N-8 Motor Generator Sinkron No Load and Load Test_wisnu Wijanarko_lt2d_23

LAPORAN PRAKTIKUM MESIN LISTRIK (GENERATOR (GENERATOR SINKRON NO LOAD AND LOAD TEST)

Dosen Pembimbing: Djodi Antono

Disusun Oleh: Wisnu Wijanarko 3.39.12.0.23 LT 2D – 23 23

[email protected]

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2014

LAPORAN PRAKTIKUM MESIN LISTRIK

LT 2D

MOTOR SINKRON NO LOAD DAN LOAD ( EXPERIMENT N.8 ) 1. PENDAHULUAN

Praktikum ini dapat dikatakan sebagai simulasi persiapan pengopersian generator. Generator akan diputar dwngan bantuan motor dc dengan kecepatan putar tertentu. Kutub terminal generator tidak dihubungkan ke beban. Arus eksitasi diset mula2 0 kemudian dinaikan dengan selisih kenaikan tertentu sampai tegangan keluaran generator bernilai 380 V. Dari percobaan tanpa beban arus jangkar adalah nol (Ia = 0) sehingga V sama dengan Ea. Sehingga dari pengujian ini diperoleh kurva Ea sebagai fungsi arus medan (If). Dari kurva ini harga yang akan dipakai adalah harga liniernya (unsaturated). Pemakaian harga linier yang merupakan garis lurus cukup beralasan mengingat kelebihan arus medan pada keadaan jenuh sebenarnya dikompensasi oleh adanya reaksi jangkar. 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.

(1.1)

yang mana: c = konstanta mesin n = putaran sinkron  = 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). Apabila arus medan (IF) diubah-ubah harganya, akan diperoleh harga Ea seperti yang terlihat pada kurva sebagai berikut.

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2014


LT 2D

gambar 1.1 Karakteristik tanpa beban generator sinkron 2. DASAR TEORI GENERATOR SINKRON

Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron. Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron yangdigunakan untuk mengubah daya mekanik menjadi daya listrik. Generator sinkrondapat berupa generator sinkron tiga fasa atau generator sinkron AC satu fasatergantung dari kebutuhan.

1.1 Konstruksi Generator Sinkron

Pada generator sinkron, arus DC diterapkan pada lilitan rotor untuk mengahasilkan mdan magnet rotor. Rotor generator diputar oleh prime mover menghasilkan medan magnet berputar pada mesin. Medan magnet putar ini menginduksi tegangan tiga fasa pada kumparan stator generator. Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient (kutub sepatu) dan dan non salient (rotor silinder). Gambaran bentuk kutup sepatu generator sinkron diperlihatkan pada gambar di bawah ini.


2014


LT 2D

Gambar 1.1 Rotor salient (kutub sepatu) pada generator sinkron Pada kutub salient, kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor sedangkan pada kutub non salient, konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan rotor. Rotor silinder umumnya digunakan untuk rotor dua kutub dan empat kutub, sedangkan rotor kutub sepatu digunakan untuk rotor dengan empat atau lebih kutub. Pemilihan konstruksi rotor tergantung dari kecepatan putar prime mover, frekuensi dan rating daya generator. Generator dengan kecepatan 1500 rpm ke atas pada frekuensi 50 Hz dan rating daya sekitar 10MVA menggunakan rotor silinder. Sementara untuk daya dibawah 10 MVA dan kecepatan rendah maka digunakan rotor kutub sepatu. Gambaran bentuk kutup silinder generator sinkron diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

(a) Gambar 1.2

(b)

Gambaran bentuk (a) rotor Non-salient (rotor silinder), (b) penampang rotor pada generator sinkron


2014


LT 2D

Arus DC disuplai ke rangkaian medan rotor dengan dua cara: 1.

Menyuplai daya DC ke rangkaian dari sumber DC eksternal dengan sarana

slip ring dan sikat. 2.

Menyuplai daya DC dari sumber DC khusus yang ditempelkan langsung pada

batang rotor generator sinkron. 1.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Jika sebuah kumparan diputar pada kecepatan konstan pada medan magnethomogen, maka akan terinduksi tegangan sinusoidal pada kumparan tersebut. Medan magnet bisa dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus DC atau oleh magnet tetap. Pada mesin tipe ini medan magnet diletakkan pada stator (disebut generator kutub eksternal / external pole generator) yang mana energi listrik dibangkitkan pada kumparan rotor. Hal ini dapat menimbulkan kerusakan pada slip ring dan karbon sikat, sehingga menimbulkan permasalahan pada pembangkitan daya tinggi. Untuk mengatasi permasalahan ini, digunakan tipe generator dengan kutub internal (internal pole generator), yang mana medan magnet dibangkitkan oleh kutub rotor dan tegangan AC dibangkitkan pada rangkaian stator. Tegangan yang dihasilkan akan sinusoidal jika rapat fluks magnet pada celah udara terdistribusi sinusoidal dan rotor diputar pada kecepatan konstan. Tegangan AC tiga fasa dibangkitan pada mesin sinkron kutub internal pada tiga kumparan stator yang diset sedemikian rupa sehingga membentuk beda fasa dengan sudut 120°. Bentuk gambaran sederhana hubungan kumparan 3-fasa dengan tegangan yang dibangkitkan diperlilhatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 1.3

Gambaran sederhana kumparan 3-fasa dan tegangan yang dibangkitkan


2014


LT 2D

Pada rotor kutub sepatu, fluks terdistribusi sinusoidal didapatkan dengan mendesain bentuk sepatu kutub. Sedangkan pada rotor silinder, kumparan rotor disusun secara khusus untuk mendapatkan fluks terdistribusi secara sinusoidal. Untuk tipe generator dengan kutub internal (internal pole generator), suplai DC yang dihubungkan ke kumparan rotor melalui slip ring dan sikat untuk menghasilkan medan magnet merupakan eksitasi daya rendah. Jika rotor menggunakan magnet permanen, maka tidak slip ring dan sikat karbon tidak begitu diperlukan. 1.3 Kecepatan Putar Generator Sinkron

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 e



nr . p 120

(1.1)

yang mana: fe = 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 tetapdengan 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. 1.4 Alternator tanpa beban

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.


2014

LAPORAN PRAKTIKUM MESIN LISTRIK Ea = c.n. 

LT 2D

(1.2)

yang mana: c

= konstanta mesin

n

= putaran sinkron



= 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). Apabila arus medan (IF) diubah-ubah harganya, akan diperoleh harga Ea seperti yang terlihat pada kurva sebagai berikut.

gambar 1.4 Karakteristik tanpa beban generator sinkron

1.5 Alternator Berbeban

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) . Persamaan tegangan pada generator adalah: Ea = V + I.Ra + j I.Xs

(1.3)

Xs = Xm + Xa

(1.4)

yang mana:


2014


Ea

= tegangan induksi pada jangkar

V

= tegangan terminal output

Ra

= resistansi jangkar

Xs

= reaktansi sinkron

LT 2D

Karakteristik pembebanan dan diagram vektor dari alternator berbeban induktif (faktor kerja terbelakang) dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 1.5 Karakteristik alternator berbeban induktif 1.6 Rangkaian Ekuivalen Generator Sinkron

Tegangan induksi Ea dibangkitkan pada fasa generator sinkron. Tegangan ini biasanya tidak sama dengan tegangan yang muncul pada terminal generator. Tegangan induksi sama dengan tegangan output terminal hanya ketika tidak ada arus jangkar yang mengalir pada mesin. Beberapa faktor yang menyebabkan perbedaan antara tegangan induksi dengan tegangan terminal adalah: 1.

Distorsi medan magnet pada celah udara oleh mengalirnya arus pada stator,

disebut reaksi jangkar. 2.

Induktansi sendiri kumparan jangkar.

3.

Resistansi kumparan jangkar.

4.

Efek permukaan rotor kutub sepatu.

Rangkaian ekuivalen generator sinkron perfasa ditunjukkan pada gambar di bawah ini.


2014


LT 2D

Gambar 1.6 Rangkaian ekuivalen generator sinkron perfasa

1.7 Menentukan Parameter Generator Sinkron

Harga s X diperoleh dari dua macam percobaan yaitu percobaan tanpa beban dan percobaan hubungan singkat. Pada pengujian tanpa beban, generator diputar pada kecepatan ratingnya dan terminal generator tidak dihubungkan ke beban. Arus eksitasi medan mula adalah nol. Kemudian arus eksitasi medan dinaikan bertahap dan tegangan terminal generator diukur pada tiap tahapan. Dari percobaan tanpa beban arus jangkar adalah nol (Ia = 0) sehingga V sama dengan Ea. Sehingga dari pengujian ini diperoleh kurva Ea sebagai fungsi arus medan (If). Dari kurva ini harga yang akan dipakai adalah harga liniernya (unsaturated). Pemakaian harga linier yang merupakan garis lurus cukup beralasan mengingat kelebihan arus medan pada keadaan jenuh sebenarnya dikompensasi oleh adanya reaksi jangkar.

Gambar 1.7 Karakteristik tanpa beban Pengujian yang kedua yaitu pengujian hubung singkat. Pada pengujian ini mula -mula arus eksitasi medan dibuat nol, dan terminal generator dihubung singkat melalui ampere


2014


LT 2D

meter. Kemudian arus jangkar Ia (= arus saluran) diukur dengan mengubah arus eksitasi medan. Dari pengujian hubung singkat akan menghasilkan hubungan antara arus jangkar (Ia ) sebagai fungsi arus medan (IF), dan ini merupakan garis lurus. Gambaran karakteristik hubung singkat alternator diberikan di bawah ini.

Gambar 1.8 Karakteristik hubung singkat alternator Ketika terminal generator dihubung singkat maka tegangan terminal adalah nol. Impedansi internal mesin adalah:

Zs  Ra 2



Xs 2



Ea Ia

(1.5)

Oleh karena Xs >> Ra, maka persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi:

Xs 

Ea Ia



V OC Iahs

(1.6)

Jika Ia dan Ea diketahui untuk kondisi tertentu, maka nilai reaktansi sinkron dapat diketahui. Tahanan jangkar dapat diukur dengan menerapkan tegangan DC pada kumparan jangkar pada kondisi generator diam saat hubungan bintang (Y), kemudian arus yang mengalir diukur. Selanjutnya tahanan jangkar perfasa pada kumparan dapat diperoleh dengan menggunakan hukum ohm sebagai berikut.

Ra 

V DC 2. I DC

(1.7)

Penggunaan tegangan DC ini adalah supaya reaktansi kumparan sama dengan nol pada saat pengukuran.


2014


LT 2D

3. ALAT DAN BAHAN

1. Power supply DC 2. Rpm 3. Kabel jumper 4. Mesin DC 5. Generator sinkron 6. Amperemeter 7. Voltmeter 8. Pengatur beban 9. Pengatur arus eksitasi


2014


LT 2D

4. GAMBAR RANGKAIAN


2014


LT 2D

5. LANGKAH KERJA

4.1 Menyiapkan alat dan bahan. 4.2 Merangkai peralatan sesuai gambar percobaan. 4.3 Percobaan No Load (tanpa Eksitasi) 4.3.1 Menyalakan power supply. 4.3.2 Mengatur motor pada tegangan 220V dan kecepatan 3000 rpm. 4.3.3 Mencatat besarnya arus dan tegangan pada I 2 dan V2. 4.3.4 Menurunkan tegangan ke 0V. 4.4 Percobaan No Load (dengan Eksitasi) 4.4.1 Menaikkan tegangan sampai dengan 220V,dan kecepatan motor menjadi 3000 rpm. 4.4.2 Menyalakan saklar pengatur arus eksitasi. 4.4.3 Mengatur arus eksitasi sampai tegangan pada V 1 menjadi 380V, kemudian mengukur arus dan tegangan pada I 2 dan dan V 2. 4.4.4 Kemudian menurunkan arus eksitasi dan tegangan pengatur kecepatan motor menjadi 0. 4.4.5 Selanjutnya mengatur kecepatan motor menjadi 2000 rpm. 4.4.6 Menaikkan arus eksitasi secara bertahap sampai tegangan pada V1 menjadi 380V, dimulai dari 100mA, 150mA, 200mA, 250mA, 300mA, 350mA dan catat I2 dan V2. 4.4.7 Kemudian menurunkan arus eksitasi dan kecepatan motor menjadi 0. 4.4.8 Mengulangi langkah 4.4.6 untuk kecepatan motor 2500 rpm dan 3000 rpm. 4.4.9 Menurunkan arus eksitasi dan tegangan pengatur kecepatan motor menjadi 0. 4.5 Percobaan Load 4.5.1 Menaikkan tegangan sampai dengan 220V,dan kecepatan motor menjadi 3000 rpm. 4.5.2 Menyalakan saklar pengatur arus eksitasi. 4.5.3 Mengatur arus eksitasi sampai tegangan pada V1 menjadi 380V. 4.5.4 Mengatur saklar beban R dari 1 sampai 7, kemudian menyalakan saklar ELCB. 4.5.5 Mengukur besarnya I1, I2, I3, I4, V1 dan V2. 4.5.6 Mengulangi langkah 4.5.4 untuk beban L dan C, menghitung besarnya I 1, I2, I3, I4, V1 dan V2. 4.5.7 Menurunkan arus eksitasi dan tegangan pengatur kecepatan motor menjadi 0. 4.5.8 Mematikan saklar pengatur arus eksitasi, dan mematikan power supply.


2014


LT 2D

6. DATA 6.1. Load Test

Speed (min-1) IE (Ma)

3000

2500

2000

US (V) US (V) US (V)

100

100

80

60

150

150

120

100

200

200

130

130

250

250

200

165

300

295

240

195

350

320

270

220

6.2. No load Test

Jenis

R

Beban

R

XL

XC

V1

I3

I1

I2

Rpm

I4

V2

1-1-1

2,1 k 

350

0,2

175 2,8 3000 290 208

2-2-2

1,5 k 

350

0,3

175

2,8 3000 290 208

3-3-3 0,88 k  310 0,45 175

2,8 3000 290 208

4-4-4

280 0,55 175

2,8 3000 290 208

5-5-5 0,43 k  230 0,65 175

2,8 3000 290 208

6-6-6

175

2,8 3000 290 208

7-7-7 0,25 k  150 0,75 175

2,8 3000 290 208

1-1-1 70,3 k  340

0,15

175

1,7 3000 290 208

2-2-2

320

0,2

175 1,7 3000 290 208

3-3-3 33,3 k  290

0,3

175 1,7 3000 290 208

4-4-4 21,7 k  250

0,4

175 1,7 3000 290 208

1-1-1

-

420

0,2

175

1,7 3000 290 208

2-2-2

-

440 0,25

175

1,7 3000 290 208

0,6 k 

0,3 k 

54 k 

180

0,7


2014


LT 2D

Grafik tegangan terhadap arus pada beban R 0.8 0.7 0.6 0.5 grafik tegangan terhadap arus pada beban R

0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

100

200

300

400

Grafik tegangan terhadap arus pada beban XL 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25

grafik tegangan terhadap arus pada beban XL

0.2 0.15 0.1 0.05 0 0

100

200

300

400

Grafik tegangan terhadap arus pada beban Xc 500 400 300

Grafik tegangan terhadap arus pada beban Xc

200 100 0 0

100

200

300

400

500


2014


LT 2D

7. ANALISA PERCOBAAN Tabel 6.1. No load test

Pada tabel 6.1.3. percobaan tanpa beban menunjukkan data tegangan pada arus dan kecepatan tertentu. Pada saat kecepatan 3000 rpm dan arus sebesar 100 mA, tegangan (Us) menunjukkan angka 100 volt sedangkan pada kecepatan yang sama ketika arus 150 Ma tegangan menunjukkan angka 150 volt. Pada kecepatan 2500 rpm dan arus sebesar 100 mA, tegangan (Us) menunjukkan angka 80 volt sedangkan pada kecepatan yang sama ketika arus 150 mA tegangan menunjukkan 120 volt. Pada kecepatan 2000 rpm dan arus sebesar 100 mA, tegangan menunjukkan angka 60 volt sedangkan pada kecepatan yang sama ketika arus 150 mA tegangan menunjukkan angka 100 volt. Pada data diatas dapat dilihat bahwa tegangan akan naik seiring dinaikkannya arus maupun kecepatan putar motor dc. Pada percobaan ini kecepatan maksimal yang digunakan adalah 3000 rpm. Hal ini menyesuaikan dengan spesifikasi motor dc penggerak generator. Arus dinaikkan perlahan sampai tegangan mencapai nilai tertentu dalam hal ini adalah 380 v atau bisa juga lebih tetapi harus tetap menyesuaikan dengan batas kemampuan ukur voltmeter yang digunakan. Tabel 6.2. Load Test

Pada percobaan dengan beban resistif, diberikan tegangan awal (V 2) 208 V dengan kecepatan 3000 rpm, kemudian diberikan arus eksitasi dengan tegangan hingga 380 Volt. Diperoleh data ketika beban R 1-1-1 tegangan eksitasi menunjukkan angka 350 Volt dan arus beban menunjukkan angka 0,2 Ampere. Ketika beban R 3-3-3 diperoleh data tegangan eksitasi 310 Volt dan arus beban 0,45 Ampere. Pada percobaan dengan beban induktif, diberikan tegangan awal (V 2) 208 V dengan kecepatan 3000 rpm, kemudian diberikan arus eksitasi dengan tegangan hingga 380 Volt. Diperoleh data ketika beban XL1-1-1 tegangan eksitasi menunjukkan angka 340 Volt dan arus beban menunjukkan angka 0,15 Ampere. Ketika beban X L 3-3-3 diperoleh data tegangan eksitasi 290 Volt dan arus beban 0,3 Ampere. Pada percobaan dengan beban kapasitif, diberikan tegangan awal (V 2) 208 V dengan kecepatan 3000 rpm, kemudian diberikan arus eksitasi dengan tegangan hingga 380 Volt. Diperoleh data ketika beban Xc 1-1-1 tegangan eksitasi menunjukkan angka 420 Volt dan arus beban menunjukkan angka 0,2 Ampere. Ketika beban Xc 2-2-2 diperoleh data tegangan eksitasi 440 Volt dan arus beban 0,25 Ampere.


2014


LT 2D

Berdasarkan data diatas, dapat dilihat bahwa tegangan akan turun dan arus akan naik seiring dinaikkannya beban dan kecepatan motor konstan. 8. KESIMPULAN

1. Pembebanan pada motor sinkron harus memperhatikan nilai beban dan arus eksitasi. 2. Semakin besar beban, maka semakin besar pula arus eksitasi yang dibutuhkan. 3. Semakin besar nilai beban maka semakin kecil arus yang mengalir.


2014


LT 2D

Daftar Pustaka

1. http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/generator-sinkron.html 2. http://affrins.blogspot.com/2012/05/motor-sinkron.html 3. http://faizalnizbah.blogspot.com/2013/08/pengertian-dan-prinsip-kerja-motor.html


2014

N-8 Motor Generator Sinkron No Load and Load Test_wisnu Wijanarko_lt2d_23

Recommend Documents