LAPORAN PRAKTIKUM

NO LOAD AND LOAD TEST OF SYNCHRON GENERATOR

EXPERIMENT N 2 & 4

DOSEN PEMBIMBING :

Bp. DJODI ANTONO, B.Tech.

NAMA : NURUL MAGHFIROH MUCHAROMAH

KELAS : LT 2D

NIM: 3.39.13.3.17

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2015

NO LOAD AND LOAD TEST OF SYNCHRON GENERATOR

EXPERIMENT N 2 & 4

Jumat, 13 Maret 2015

1. Pendahuluan

Generator adalah suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik (gerak) menjadi energi listrik. Tenaga mekanik bisa berasal dari panas, air, uap, dll. 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. Sedangkan generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin listrik yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik dengan perantara induksi medan magnet. Perubahan energi ini terjadi karena adanya pergerakan relatif antara medan magnet dengan kumparan generator. Pergerakan relatif adalah terjadinya perubahan medan magnet pada kumparan jangkar (tempat terbangkitnya tegangan pada generator) karena pergerakan medan magnet terhadap kumparan jangkar atau sebaliknya. Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron.

Pada praktikum kali ini kita akan belajar mengenai generator sinkron dengan beban dan tanpa beban. Pada saat awal di beri tegangan maka arus yang mengalir menyebabkan berputarnya motor DC yang kemudian akan menggerakan generator sinkron. Namun generator tersebut belum memiliki tegangan, generator akan bertegangan ketika generator tersebut telah diberi penguat atau eksitasi.

Pada saat motor sinkron diberi beban, maka motor akan membangkitkan torsi yang cukup untuk menjaga motor dan bebannya berputar pada kecepatan sinkron. Misal mula-mula motor sinkron beroperasi pada faktor daya mendahului (leading). Jika beban pada motor dinaikkan, putaran rotor pada asalnya akan melambat. Ketika hal ini terjadi, maka sudut torsi menjadi lebih besar dan torsi induksi akan naik. Kenaikan torsi induksi akan menambah kecepatan rotor, dan motor akan kembali berputar pada kecepatan sinkron tapi dengan sudut torsi yang lebih besar. Berikutgambaran bentuk pengaruh perubahan beban pada motor sinkron. Jika beban dihubungkan pada motor sinkron

Gambar 1. Pengaruh perubahan beban pada motor sinkron

Praktikum kali ini yaitu load test merupakan simulasi persiapan dari paralel generator sampai pengujian berbeban. Hal ini dilakukan untuk mempersiapkan generator hingga siap mendukung kerja sumber yang ada kemudian siap dibebani.

2. Dasar Teori

2.1 Generator Sinkron

Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin listrik yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik dengan perantara induksi medan magnet. Perubahan energi ini terjadi karena adanya pergerakan relatif antara medan magnet dengan kumparan generator. Pergerakan relatif adalah terjadinya perubahan medan magnet pada kumparan jangkar (tempat terbangkitnya tegangan pada generator) karena pergerakan medan magnet terhadap kumparan jangkar atau sebaliknya. Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron. Disebut mesin sinkron, karena bekerja pada kecepatan dan frekuensi konstan di bawah kondisi Steady state. Mesin sinkron bisa dioperasikan baik sebagai generator maupun motor. Mesin sinkron bila difungsikan sebagai motor berputar dalam kecepatan konstan. Apabila dikehendaki kecepatan yang bersifat variabel, maka motor sinkron dilengkapi dengan pengubah frekuensi seperti Inverter atau Cyclo-converter. Sebagai generator, beberapa mesin sinkron sering dioperasikan secara paralel, seperti dipusatpusat pembangkit.

2.2 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.

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.

2.3 Generator Sinkron 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.

Ea = c.n.

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 2. Kurva Generator Tanpa Beban

2.4 Generator Sinkron 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

Xs= Xm + Xa

yang mana:

Ea = tegangan induksi pada jangkar

V = tegangan terminal output

Ra = resistansi jangkar

Xs = reaktansi sinkron

Gambar 3. Kurva Generator berbeban

3. Gambar Rangkaian Percobaan

Rangkaian No Load Test

Rangkaian Load Test

4. Alat dan Bahan

1.

2.

3.

4.

4.1 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah :

4.1.1 DL 1013T2 DC filtered power supply (1 buah)

4.1.2 DL 1023PS Shunt DC drive motor (1 buah)

4.1.3 DL 1026A Three phase alternator (1 buah)

4.1.4 DL 2025DT Speed Indicator (1 buah)

4.1.5 DL 2108TAL Three phase power supply unit (1 buah)

4.1.6 DL 2108T01 Excitation voltage controller (1 buah)

4.1.7 DL 2108T02 Power circuit breaker (1 buah)

4.1.8 DL 2109T1A Moving-iron ammeter (1000mA) (2 buah)

4.1.9 DL 2109T2A5 Moving-iron ammeter (2,5 A) (2 buah)

4.1.10 DL 2109T1T Phase-sequence indicator (1 buah)

4.1.11 DL 2109T17/2 Double voltmeter (250-500 V) (1 buah)

4.1.12 Kabel Hubung

4.1.13 Saklar ELCB 3 Phase (1buah)

4.1.14 Multimeter Digital

4.1.15 Pengatur beban

5. Langkah Kerja

1.

2.

3.

4.

5.

5.1 Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dalam percobaan.

5.2 Merangkai rangkaian sesuai dengan gambar percobaan.

5.3 Percobaan No Load

5.3.1 Mengatur kecepatan dari motor DC dilihat dari speed indicator hingga mencapai nilai 3000 rpm

5.3.2 Menyalakan saklar pengatur arus eksitasi dan mengatur prosentase arus eksitasi dengan skala 10%

5.3.3 Mengatur arus eksitasi sampai tegangan pada V1 menjadi 380V, kemudian mengukur arus dan tegangan pada I2 dan dan V2.

5.3.4 Kemudian menurunkan arus eksitasi dan tegangan pengatur kecepatan motor menjadi 0.

5.3.5 Selanjutnya mengatur kecepatan motor menjadi 2000 rpm.

5.3.6 Menaikkan arus eksitasi secara bertahap sampai tegangan pada V1 menjadi 380V,

5.3.7 Kemudian menurunkan arus eksitasi dan kecepatan motor menjadi 0.

5.3.8 Mengulangi langkah i-iv untuk kecepatan motor 2500 rpm.

5.3.9 Menurunkan arus eksitasi dan tegangan pengatur kecepatan motor menjadi 0.

5.4 Percobaan Load

5.4.1 Menaikkan kecepatan motor menjadi 3000 rpm.

5.4.2 Menyalakan saklar pengatur arus eksitasi.

5.4.3 Mengatur arus eksitasi sampai tegangan pada V1 menjadi 380V.

5.4.4 Mengatur saklar beban R dari 1 sampai 7, kemudian menyalakan saklar ELCB.

5.4.5 Mengukur besarnya I1, I2, I3, I4, V1 dan V2.

5.4.6 Mengulangi langkah i-v untuk beban L dan C, menghitung besarnya I1, I2, I3, I4, V1 dan V2.

5.4.7 Menurunkan arus eksitasi dan tegangan pengatur kecepatan motor menjadi 0.

5.4.8 Mematikan saklar pengatur arus eksitasi, dan mematikan power supply.

5.5 Mencatat dan menganalisis hasil percobaan.

6. Data dan Hasil Percobaan

1. Tabel Hasil Percobaan No Load Test

Speed (min-1)

3000

2500

2000

IE mA

Us (V)

Us (V)

Us (V)

100

220

180

140

150

300

250

200

200

380

310

250

250

350

280

300

380

300

350

320

400

340

450

350

500

360

550

2. Tabel Hasil Percobaan Load Test

R

Is (A)

Us (V)

L

Is (A)

Us (V)

C

Is (A)

Us (V)

R1

0,2

380

L1

0,15

340

C1

0,15

420

R2

0,25

350

L2

0,18

320

C2

0,23

440

R3

0,44

320

L3

0,27

280

C3

0,45

460

R4

0,6

290

L4

0,35

250

C4

R5

0,66

245

L5

0,4

220

C5

R6

0,74

180

L6

0,5

180

C6

R7

0,75

160

L7

C7

6. Pembahasan Hasil Percobaan

Dalam merangkai rangkaian perlu diperhatikan kemampuan maksimum generator, pada percobaan kali ini maksimum kemampuan generator yaitu 380 Volt. Jika lebih maka generator tersebut bisa menjadi rusak.

1. Pembahasan 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 maka tidak terjadi selisih daya. Sedangkan saat diberikan eksitasi terjadi eksitasi selisih serta terdapat rugi rugi mekanis pada generator

Berdasarkan percobaan yang dilakukan menjelaskan bahwa semakin tinggi putaran generator maka arus eksitasi yang digunakan semakin kecil yaitu pada 3000 rpm arus eksitasi maksimal 200 mA, pada 2500 rpm arus eksitasi maksimalnya 300 mA dan pada kecepatan 2000 rpm arus eksitasi maksimalnya adalah 500 mA.

2. Pembahasan percobaan Load test

Terdapat tiga jenis pembebanan pada percobaan ini , yaitu resitif , induktif dan kapasitif.

Ketika beban resistif diputar ke tingkat yang lebih tinggi maka hambatannya semakin kecil (pengukuran dengan multimeter) hal tersebut mengakibatkan arus yang menuju ke beban resistif (Is) menjadi semakin besar dan tegangan pada beban resistif (Us) menjadi semakin kecil.

Pembebanan Induktif sama seperti beban resistif yaitu ketika beban induktif diputar ke tingkat yang lebih tinggi maka hambatannya semakin kecil (pengukuran dengan multimeter) hal tersebut mengakibatkan arus yang menuju ke beban induktif (Is) menjadi semakin besar dan tegangan pada beban induktif (Us) menjadi semakin kecil.

Pembebanan capasitif hambatannya tidak dapat diukur dengan multimeter, ketika beban capasitif diputar ke tingkat yang lebih tinggi maka arus (Is) dan tegangan (Us) semakin besar hal tersebut diakibatkan karena nilai kapasitansi yang semakin besar.

Untuk lebih jelasnya kita dapat melihat grafik dibawah ini.

7. PERTANYAAN DAN JAWABAN

1. Perhitungan motor DC dengan generator tanpa eksitasi

Menghitung arus eksitasi, arus dan tegangan yang diserap oleh motor DC :

IEM0 = 0,3 (A)

IM0 = 1,62 (A)

UM0 = 208 (V)

Menghitung daya yang diserap oleh armatur

PM0 = UM0 ( IM0 IEM0 ) = 208 ( 1,62 0,3 ) = 208 (1,59) = 330,72 (W)

2. Perhitungan motor DC dengan penaikan eksitasi generator

Menghitung arus eksitasi, arus dan tegangan yang diserap oleh motor DC :

IEMe = 0,3 (A)

IMe = 1,85 (A)

UMe = 208 (V)

Menghitung daya yang diserap oleh armatur

PMe = UMe ( IMe IEMe ) = 208 ( 1,85 0,3 ) = 208 (1,82) = 378,56 (W)

Perbedaan :

PGFe = PMe - PM0 = 378,56 330,72 = 47,83 (W)

1. Grafik No Load test

2. Grafik Percobaan Tegangan Load Test

3. Grafik Percobaan Arus Load Test

a. Hambatan berupa Resistor

b. Hambatan berupa Induktor

c. Hambatan berupa Kapasitor

8. Kesimpulan

1. Motor dc dapat digunakan sebagai penggerak generator.

2. Generator sinkron sering disebut sebagai alternator yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik dengan perantara induksi medan magnet.

3. No Load Test

i. Besarnya nilai kecepatan dengan besarnya nilai tegangan berbanding lurus. Semakin kecil besar kecepatan, semakin kecil pula nilai tegangannya.

ii. Besarnya nilai arus berbanding lurus dengan besarnya nilai tegangan, semakin besar nilai arus, maka akan semakin besar pula tegangannya.

iii. Besarnya tegangan maksimun motor adalah 380 V, apabila melebihi 380 V, maka akan berbahaya bagi motor.

4. Load Test

i. Saat generator berbeban mengalir arus pada jangkar, maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada: resistansi jangkar Ra; reaktansi bocor jangkar; reaksi jangkar.

ii. Besarnya nilai arus dan besarnya nilai tegangan pada beban resistif dan induktif berbanding terbalik, semakin besar nilai arus, maka akan semakin kecil pula tegangan outputnya.

iii. Pada beban kapasitor, nilai arus dan nilai tegangan keluaran berbanding lurus, semakin besar nilai arus, maka akan semakin besar pula nilai tegangan keluaran.

iv. Beban Resistif adalah beban yang paling stabil dibandingkan dengan 3 beban yang lain, karena penurunan besar arus dan tegangan yang perlahan.

Daftar Pustaka

Delorenzo,Electrical Power Enginering (Alternator and parallel operation DL GTU101.1)

http://kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/13020-13-599349935825.pdf

http://kurniawanpramana.wordpress.com/2011/09/25/generator-sinkron-1/

http://rgpnd.blogspot.com/2013/02/pengertian-generator-sinkron.html#.Uyi6gs7TqYk

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/prinsip-kerja-generator-sinkron.html

Us 1100150200250300350220300380440480Us2100150200250300350180250310350380Us 3100150200250300350140200250280300R380350320290245180160L340320280250220180C420440460R0.20.250.440.60.660.740.75L0.150.180.270.350.40.5C0.150.230.45Is (mA)R1R2R3R4R5R6R7200253430600660740750Us (V)R1R2R3R4R5R6R7380350320280245190160#REF!L1L2L3L4L5L61Is (mA)L1L2L3L4L5L6150180260330400500Us (V)L1L2L3L4L5L6340320280250220180Is (mA)C1C2C3150230450Us (V)C1C2C3420440460