Generator AC sinkron

A. Tujuan

Dalam praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat :

Mengetahui nilai hambatan kumparan jangkar dan medan.

Mengetahui panjang kumparan jangkar dan medan.

Mengetahui massa dan volume kumparan jangkar dan medan.

Menggambarkan diagram pengawatan kumparan jangkar dan medan..

B. Dasar Teori

Generator adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik menjadi energi

listrik. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa Listrik AC (listrik bolak-

balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tegantung dari konstruksi generator yang dipakai

oleh pembangkit tenaga listrik.

Pada percobaan ini menggunakan generator AC sinkron, Generator Arus bolak-balik

menghasilkan arus listrik AC, hal ini disebabkan karena konstruksi pada generator yaitu

pada slip ring menyebabkan arah arus akan berbentuk bolak-balik.

Frekuensi generator AC sinkron yang dihasilkan sebanding dengan dengan jumlah

kutub dan putaran, listrik yang dihasilkan adalah AC, mesin penggeraknya diesel, turbin dan

lainnya.Generator AC sinkron digunakan di PPTL berkapasitas besar ( PLTA, PLTU, PLTD, )

karena 1. Tidak ada masalah komutasi, 2. Tidak ada masalah menaikan atau menurunkan

tegangan, 3. Mudah diubah ke DC. 4. Efisiensi tinggi Generator sinkron dapat berupa generator

sinkron tiga fasa atau generator sinkron AC satu fasa tergantung dari kebutuhan. Hampir semua

energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron.

Bentuk Penguatan untuk membangkitkan flux magnetik diperlukan penguatan DC.

1. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari generator DC penguatan sendiri yang

seporos dengan rotor mesin sinkron.

2. penguatan eksitasi adalah menggunakan Diode silikon dan Thyristor. Dua tipe

sistem penguatan ”Solid state” sebagai berikut.

• Sistem statis yang menggunakan Diode atau Thyristor statis, dan arus dialirkan ke

rotor melalui Slipring.

• Brushless system, pada sistem ini penyearah dipasangkan di poros yang berputar

dengan rotor, sehingga tidak dibutuhkan sikat arang dan slipring.

Rotor

Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin, mesin dengan

kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk silinder Rotor kutub menonjol

( Gambar a ), sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti hydroelectric atau generator

listrik diesel mempunyai rotor kutub silinder ( Gambar b ).

(a) Rotor kutub menonjol ( b ) Rotor kutub silinder

Stator

Stator dari mesin sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik yang berbentuk laminasi

untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang bagus berarti

permebilitas dan resistivitas dari bahan tinggi.

Gambar Inti stator dan alur pada stator

Belitan jangkar (stator) yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga phasa, ada dua

tipe yaitu:

a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).

b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).

Rumus yang digunakan

1. Menghitung Panjang kawat

R = ρLA

Dimana :

R = Tahanan Lilitan Kawat ( Ώ )

ρ = tahanan jenis bahan kawat ( ohm m )

L : panjang kawat ( m )

A : luasan penampang kawat ( m2 )

2. Menghitung Volume kawat

V = L x A

Dimana :

V = Volume ( m3 )

L = Panjang kawat ( m )

A : Luasan penampang kawat ( m2 )

3.Menghitung Masa Kawat

M = ρ x V

Dimana :

M = Masa ( Kg )

ρ = tahanan jenis bahan kawat ( ohm m )

V = Volume ( m3 )

C. ALAT DAN BAHAN

1. Generator AC sinkron

2. Tool box

3. Multimeter digital

4. Jangka sorong

E. LANGKAH PERCOBAAN

1. Menyiapkan semua alat diperlukan.

2. Melepaskan cashing generator sinkron.

3. Melepaskan rotor dari body.

4. Megukur tahanan kumparan medan, jangkar, dan kumparan eksitasi.

5. Mencatat besarnya nilai tahanan dan menggambarkan belitan jangkar dan stator.

6. Menggambar rangkaian pengawatan generayor sinkron.

7. Memperbaiki dan merangkai kembali generator seperti semula.

8. Mengembalikan alat.

F. DATA PERCOBAAN

Spesifikasi generator ac sinkron :

P = 3 KW

V = 230 / 115 Volt

I = 13/26 A

N = 1500 RPM

F = 50 Hz

Cos φ = 1

EXCIT.VOLT. = 42 Volt

EXCIT.CURRR. = 2 A

Data pengukuran lilitan kawat

Kumparan Kawat Stator Kumparan Kawat Rotor

Hubung

Seri Hubung Paralel

Medan Stator Kumparan Eksitasi Lilitan Medan Magnet

D ( m) 1 x10 -3 1 x10 -3 1 x10 -3 0.75 x 10-3 1.6 x 10 -3

R ( Ώ ) 3.6 2.55 9.6 0.7 11.6

Perhitungan Data Pengukuran

1. Lilitan kawat stator hubung parallel

R = 2,55

d = 1 mm = 1x10-3 m

A = 7,85398x10-7 m2

ρ ( Tahanan jenis tembaga ) = 1,68x10-8 m

Penyelesaian :

L = R . Aρ

= 2,55x 7,85398 x10−7

1,68 x10−8

= 119,212 m

V = L.A

= 119,212 x 7,85398 x 10-7

= 9,36288x10-5 m3

ρ (Massa jenis tembaga) = 8,94 x 103 kg/m

ρ = mV

m = ρ x V

m = 8,94x103x9,36288x10-5

= 0,83704 kg

2. Lilitan kawat stator hubung seri

R = 3,6

d = 1 x 10-3 m

A = 7,85398x10-7 m2

ρ ( Tahanan jenis tembaga ) = 1,68x10-8 m

Penyelesaian :

L = R . Aρ

= 3,6 x7,85398 x10−7

1,68 x10−8

=168,299 m

V = A.L

= 7,85398x10-7x168,299

= 1,32181x10-4 m3

m = ρxV

= 8,94x103x1,32181x10-4

= 1,18704 kg

3. Lilitan medan magnet pada stator

R = 9,6

d = 1x10-3 m

A = 7,85398x10-7 m2

ρ = 1,68x10-8 m

Penyelesaian :

L = R . Aρ

= 9,6 x7,85398 x10−7

1,68 x10−8

= 448,798 m

V = A.L

= 7,85398x10-7x448,798

= 3,52485x10-4 m3

m = ρxV

= 8,94x103x3,52485x10-4

= 3,1512 kg

4. Lilitan kawat eksitasi pada stator

R = 0,7

d = 0,75x10-3 m

A = 4,41562x10-7 m2

ρ = 1,68x10-8 m

Penyelesaian :

L = R . Aρ

= 9,6 x 4,41562x 10−7

1,68 x10−8

= 18,398 m

V = A.L

= 4,41562x10-7x18,398

= 8,12385x10-6 m3

m = ρxV

= 8,94x103x8,12385x10-6

= 0,0726 kg

5. Lilitan medan magnet pada rotor

R = 11,6

d = 1,6x10-3 m

A = 2,010619x10-6 m2

ρ = 1,68x10-8 m

Penyelesaian :

L = R . Aρ

= 11,6 x2,010619 x 10−6

1,68 x 10−8

= 1388,284 m

V = A.L

= 2,010619x10-6x1388,284

= 2,79131x10-3 m3

m = ρxV

= 8,94x103x2,79131x10-3

= 24,954 kg

Tabel Perhitungan

Kumparan Kawat Stator Kumparan Kawat Rotor

NIlaiHubung

Seri Hubung Paralel

Medan Stator

Kumparan Eksitasi Lilitan Medan Magnet

D ( m) 1 x10 -3 1 x10 -3 1 x10 -3 0.75 x 10-3 1.6 x 10 -3

R ( Ώ ) 3.6 2.55 9.6 0.7 11.6L (m) 168,299 119,212 448,798 18,398 13882.,4

m (kg) 1,187 0,83704 31,512 0,07 24,954Rangkaian Ekivalen Generator AC Sinkron

dimana :

Ea = Tegangan induksi (Volt)

Vo = Tegangan terminal generator (Volt)

Vf = Tegangan Eksitasi (Volt)

Rf = Tahanan belitan medan (ohm)

Lf = Induktansi belitan medan (H)

Ra = Tahanan jangkar (ohm)

jXs = Reaktansi reaksi jangkar (ohm)

Ia = Arus jangkar (Ampere)

G. ANALISIS DATA

Dalam praktikum perawatan dan perbaikan ini dilakukan pengukuran terhadap

generator AC sinkron terhadap kumparan kawat stator (bagian yang diam) dan kumparan

rotor (bagian yang bergerak) untuk mengetahui panjang kawat kumparan dan nilai massa

kawat kumparan stator dan rotor. Untuk mengetahui nilai tersebut maka dilakukan

pengukuran tahanan dan diameter kawat pada kumparan stator maupun rotor.Dalam hal

ini stator merupakan rumah atau kerangka yang menyangga inti jangkar generator ,

dimana inti stator terbuat dari laminasi laminasi baja campuran atau besi magnetic khusus

yang terpasang ke rangka stator.Alur atau slot kumparan stator pada generator ini

menggunakan alur tertutup ,kemudian kumparan jangkarnya terbuat dari tembaga yang

menimbulkan ggl induksi.Sedangkan untuk kumparan rotor terdiri dari tiga komponen

yaitu slip ring , kumparan rotor dan poros rotor. Dimana slip ring merupakan cincin

logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan oleh isolasi tertentu dan terminal

kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini kemudian ditempelkan ke sumber melalui

sikat yang menempel pada slip ring.Untuk kumparan rotor nerupakan bagian yang

mendapat arus dari sumber untuk memutar rotor.Untuk poros rotor sendiri merupakan

bagian melekatnya kumparan medan dengan slot slot secara parallel terhadap poros

rotor.Pada poros rotor ini menggunakan jenis kutub silinder atau non salient pole dimana

konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan rotor. Rotornya terbuat dari baja tempa

halus yang berbentuk silinder yang mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya.Untuk

belitan belitan medan dipasang pada alur alur di luarnya dan terhubung seri.Penggunaan

jenis kutub ini berdasarkan spesifikasi generator tersebut untuk putarannya 1500

rpm ,karena rotor kutub silinder baik digunakan untuk kecepatan putaran yang

tinggi.Kecepatan putaran yang tinggi tersebut di dukung oleh konstruksi generator yang

memeiliki kekuatan mekanik yang baik pada putaran yang tinggi dan ditribusi di

sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinud sehingga lebih baik menggunakan

kutub menonjol.

Dari hasil pengukuran untuk diameter dan tahanan kumparan kawat ststor dan

rotor dapat dilihat bahwa kumparan rotor memiliki nilai diameter dan tahanan yang

besar .Ini menunjukan bahwa kumparan rotor karena untuk menghasilkan medan magnet

rotor yang dapat berputar untuk menginduksikan tegangan dan rotor pada generator

sinkron pada dasarnya adalah sebuah electromagnet yang besar.Untuk hasil pengukuran

panjang kawat rotor memiliki panjang 13882,4 m lebih panjang disbanding kumparan

stator.Namun untuk massa kumparan medan stator lebih besar daripada kumparan rotor

yaitu 31,512 kg ,hal ini dikarenakan untuk menghasilkan induksi magnet sehinggga rotor

berputar ,massa kawat kumparan rotor harus lebih ringan disbanding kumparan kawat

medan.

Kumparan Kawat Stator Kumparan Kawat Rotor

NIlaiHubung

Seri Hubung Paralel

Medan Stator

Kumparan Eksitasi Lilitan Medan Magnet

D ( m) 1 x10 -3 1 x10 -3 1 x10 -3 0.75 x 10-3 1.6 x 10 -3

R ( Ώ ) 3.6 2.55 9.6 0.7 11.6L (m) 168,299 119,212 448,798 18,398 13882.,4

m (kg) 1,187 0,83704 31,512 0,07 24,954

H. KESIMPULAN

Dari hasil pengukuran generator AC sinkron dapat disimpulkan bahwa :

1.Prinsip kerja generator sinkron adalah dimana kumparan medan yang terdapat pada

rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah

terhadap kumparan medan.Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan

medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah

sama.Penggerak mula yang sudah di kopel dengan rotor segera di operasikan sehingga

rotor akan berputar pada kecepatan maksimumnya.