LAPORAN PRAKTIKUM INDIVIDU

Judul Praktikum : Operasi Generator AC 3 fasa (Alternator)

Mata kuliah / kode : Praktikum Mesin Listrik Lanjut ( DTE 202 )

Semester / SKS : Empat (4) / (2) SKS

Nama mahasiswa : Muhammad Yusuf

NIM : 5311310002

Kelompok : 1 (satu)

Tanggal Praktikum : Kamis, 24 Mei 2012

Tanggal Penyerahan : Jum’at, 01 Juni 2012

Dosen Pengampu : SUTARNO

Nilai :……………………………………………………...

LABORATORIUM TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM STUDI DIPLOMA TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2011 - 2012

FAKULTAS TEKNIK UNNES SEMARANG

Laboratorium Elektro E8 Operasi Generator AC

3 fasa (Alternator)

Smstr 4 Praktikum ke-3

Jurusan : Teknik Elektro Waktu : 2 SKS

A. TUJUAN PRAKTIKUM

a. Mengetahui prinsip kerja generator ac 3 fasa (alternator).

b. Dapat mengoperasikan alternator, baik tanpa beban maupun dalam keadaan

berbeban.

c. Mengetahui perbedaan antara karakteristik hubungan Y/Δ pada stator.

d. Mengerti dampak pembebanan, baik seimbang maupun tidak seimbang

terhadap operasi (tegangan / arus) alternator.

e. Dapat membuat analisis serta kesimpulan tentang operasi generator ac 3 fasa

tersebut.

B. TEORI DASAR

Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi

tenaga listrik arus bolak-balik. Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga

seabagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron.

Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

i. Generator arus bolak-balik 1 fasa

ii. Generator arus bolak-balik 3 fasa

Gambar 1. Konstruksi generator arus bolak-balik.

Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday

yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang

berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik.

Prinsip kerja generator arus bolak-balik tiga fasa (alternator) pada

dasarnya sama dengan generator arus bolak-balik satu fasa, akan tetapi pada

generator tiga fasa memiliki tiga lilitan yang sama dan tiga tegangan outputnya

berbeda fasa 120o pada masing-masing fasa seperti ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Skema lilitan stator generator tiga fasa.

Besar tegangan yang dibangkitkan generator bergantung pada :

* kecepatan putaran (N)

* jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluks (Z)

* banyaknya fluks magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet

Hubungan antara frekuensi, jumlah kutub dan kecepatan putar, dirumuskan

sebagai berikut :

Dimana,

f = frekuensi (Hz)

P = jumlah pasang kutub pada stator

n = kecepatan putar rotor (rpm)

Gambar 3. Hubungan dan karakteristik generator tanpa beban.

Gambar 4. Karakteristik berbeban.

Prinsip hubungan Y adalah ujung-ujung yang sejenis dihubungkan, sedangkan

prinsip hubungan Δ adalah ujung-ujung yang tidak sejenis dihubungkan.

Gambar 5. Konfigurasi pengawatan Y dan Δ.

Gambar 6. Hubungan bintang pada stator.

Persamaan tegangan dan arus beban : ;

Tujuan dihubung bintang adalah untuk mendapat dua besaran tegangan yang

berbeda dimana tegangan line lebih besar dari pada fasa, namun arus line sama

dengan arus fasa.

Gambar 7. Hubungan segitiga pada stator.

Persamaan tegangan dan arus beban : ;

Tujuan dihubung bintang adalah untuk mendapat dua besaran tegangan yang

berbeda dimana tegangan line lebih besar dari pada fasa, namun arus line sama

dengan arus fasa.

Definisi,

Beban seimbang : beban yang memiliki nilai/besar dan sifat yang sama persis.

Beban tidak seimbang : beban yang nilai/besar maupun sifatnya tidak sama.

Sifat-sifat beban : (murni / pure)

1. Resistif (contoh : lampu)

* se-fasa (faktor daya = 1)

* pertambahannya menyebabkan drop tegangan (relatif kecil)

2. Induktif (contoh : balast dan motor listrik)

* bersifat lagging (arus terhadap tegangan)

* menyimpan energi dalam bentuk beda potensial (dengan menarik arus besar)

* melepas energi, terjadi pertambahan “arus” dalam sistem

3. Kapasitif (contoh : kapasitor)

* bersifat leading (arus terhadap tegangan)

* menyimpan energi dalam bentuk charge / muatan

* melepas energi, terjadi pertambahan “potensial” dalam sistem

C. RANGKAIAN PERCOBAAN

Rangkaian 1. Perubahan arus tiba-tiba dengan beban seimbang.

Rangkaian 2. Perubahan arus tiba-tiba dengan beban tidak seimbang.

D. ALAT & BAHAN

Alat

Digital Chronograph 1 buah

Multimeter analog 1 buah

Obeng plus (+) 1 buah

Obeng minus (-) 1 buah

Tang kombinasi 1 buah

Bahan

Generator set 3 fasa 1 set

Modul instrumen ukur & kendali 1 set

- Unit penguat magnet

- Amperemeter non- linier (logaritmis) 3 buah

- Amperemeter linier BU 3 1 buah

- Voltmeter linier BU 300 volt 1 buah

- RPM meter linier BU 1800 rpm 1 buah

- SPST switch 3 buah

- TPDT 2 buah

Unit uji beban R dan C 1 set

- Lampu Bohlam 150 watt (Rlampu = ? Ω)

- Kapasitor tabung 3,25 µF 250 VA

Motor induksi 3 fasa 1 PK (L) 3 buah

E. LANGKAH KERJA

1. Perubahan arus beban berubah tiba-tiba dengan beban seimbang.

a. Tanpa beban : S1 off dan S0 On dan Mengatur If hinga tegangan sistem

mencapai 220 V 50 Hz.

b. Perubahan tegangan tiba-tiba (Suddenly Load) : (variabel pada tabel 1)

1) S1 = ON–OFF–ON 5x dengan durasi waktu cepat dan mencatat

perubahan tegangan dan arus pada pada tabel.

2) S1 = ON–OFF 5x dengan durasi waktu agak lambat, mencatat

perubahan arus dan tegangan pada tabel.

3) S1 = ON–OFF 5x dengan durasi waktu lambat, mencatat perubahan

pada tabel.

4) Proses 1, 2, 3 di ulangi 3x dan memasukan datanya dalam tabel 1.

2. Perubahan arus beban berubah tiba-tiba dengan beban tidak seimbang.

a. Tanpa beban S01, S1, S2, S3, OFF dan S0 ON, mengatur If sehingga tegangan

sistem mencapai 220 V 50 Hz.

b. Variabel 1 : S01 ON, S2, S3, OFF dan S1 ON – OFF – ON.

c. Variabel 2 : S01 ON, S3 OFF, S1 ON dan S2 ON – OFF – ON.

d. Variabel 3 : S01 ON dan S1, S2 ON – OFF – ON, S3 ON – OFF – ON.

e. Variabel 4 : S01 ON – OFF – ON dan S3, S1, S2 ON.

f. Variabel 5 : S01 ON, S2, S3, OFF dan S1 ON – OFF 5x dengan perubahan

waktu 2, 10, 15 detik.

g. Variabel 6 : S01 ON, S3 OFF, S1 ON dan S2 ON – OFF 5x dengan

perubahan waktu 2, 10, 15 detik.

h. Variabel 7 : S01 ON dan S1, S2 ON – OFF – ON, S3 ON – OFF – ON. 5x

dengan perubahan waktu 2, 10, 15 detik.

i. Variabel 8 : S01 ON – OFF – ON dan S3, S1, S2 ON – OFF 5x dengan

perubahan waktu 2, 10 dan 15 detik.

j. Mencatat perubahan arus, tegangan dan kecepatan generator pada tabel 2.

F. DATA PENGUKURAN

Operasi tanpa beban :

Stator terhubung “ Y “

Ephase = 220 volt f = 50 Hz I = 0 ampere

tercapai pada kondisi :

kecepatan rotor + 1500 rpm If = 1,5 Ampere.

Operasi dengan berbeban :

Tabel 1. Beban seimbang suddenly load.

Variabel Tegangan (volt) Arus (ampere) RPM

1 2 3 1 2 3 1 2

1 220 220 220 0 0 0 1500 1500

2 205 205 205 3,5 3,8 3,5 1500 1425

3 205 205 205 3,6 3,8 3,5 1500 1425

4 205 205 205 3,6 3,8 3,4 1500 1425

Tabel 2. Beban tidak seimbang suddenly load.

Variabel Tegangan (volt) Arus (ampere) RPM

1 2 3 1 2 3 1 2

1 225 225 225 1 1 1 1500 1475

2 225 225 225 1 1 1 1500 1475

3 210 210 210 1 1 1 1500 1400

4 210 210 215 1 1 1 1500 1400

5 220 220 220 1 1 1 1500 1475

6 230 230 230 1.2 1.2 1.2 1500 1500

7 220 220 220 1 1 1 1500 1425

8 215 215 215 1.2 1.2 1.2 1500 1400

G. PEMBAHASAN

Langkah paling awal yang perlu dilakukan adalah membuat hubungan

pada stator, ingin dihubung bintang atau segitiga. Dan praktikum yang dilakukan

adalah dengan mengkonfigurasikan belitan stator menjadi hubungan bintang

dengan sistem 4 saluran/kawat/kabel (fasa R, S, T, dan saluran netral). Itu

dimaksudkan untuk mendapat tegangan yang besar dimana Vline adalah Vphase .

Pada daya yang sama arus akan sedikit lebih kecil, dan itu re latif cukup

menguntungkan, terutama untuk mensuplai daya pada motor sebagai beban

induktif.

Kemudian harus mengatur tegangan serta frekuensi output standar yang

dianut di seluruh wilayah Indonesia. Tegangan standar harus mencapai + 220 volt

dengan toleransi 200 – 240 volt dan frekuensi standar harus 50 Hz. Perubahan

tegangan terhadap tegangan standar akan berakibat tidak optimalnya fungsi beban

(< 220 volt) atau bahkan terjadi kerusakan (> 220 volt), sedangkan perubahan

frekuensi output akan berakibat secara nyata dan langsung terhadap nilai

impedansi (reaktansi induktif maupun reaktansi kapasitif).

Sesuai dengan data yang telah diperoleh bahwa syarat tegangan 220 volt

dan frekuensi 50 Hz tercapai ketika kecepatan rotor 1500 rpm dengan penguatan

magnet sebesar 1,5 ampere. Tegangan 220 volt adalah besar tegangan setiap fasa

pada generator. Ketika itu belum ada arus terukur atau mengalir karena belum

menjadi loop tertutup atau belum diberi beban.

Langkah berikutnya adalah merangkai beban yang sifatnya seimbang.

Beban yang dipakai ialah tiga buah motor induksi 3 fasa berdaya 1 PK yang

terhubung segitiga pada terminal-terminalnya.

Sesuai dengan data yang diperoleh dalam tabel 1, beban berubah tiba-tiba

namun kondisi akhir merupakan beban seimbang, diketahui bahwa tegangan fasa

yang terukur saat itu adalah sama, dilain pihak justru arus pada setiap fasa

besarnya sedikit berbeda dan putaran generator menurun sebesar 75 rpm dari 1500

rpm menjadi 1425 rpm yang berarti frekuensi output sebesar 47,5 Hz.

Data pada tabel 1 memberi informasi bahwa tegangan setiap fasa turun

dari 220 volt menjadi 205 volt dan arus rata-rata sebesar 3,61 ampere. Hal itu

menunjukkan bahwa beban yang cukup besar dapat mengakibatkan drop tegangan

pada sistem yang dalam hal ini adalah stator generator. Sedangkan walaupun

sifatnya seimbang, arus terukur relatif sedikit berbeda besarnya, itu mungkin

dikarenakan antara beban satu dengan yang lain tidak memiliki s ifat dan

karakteristik yang persis sama. Akibat dari drop tegangan adalah menurunnya

kecepatan rotor hingga menjadi 1425 rpm.

Langkah selanjutnya adalah merangkai beban yang sifatnya tidak

seimbang. Beban yang dipakai ialah tiga buah lampu bohlam 150 watt dan

kapasitor 3,25 µF 250 VA serta motor induksi 3 fasa.

Sesuai dengan data yang diperoleh dalam tabel 2, beban tidak seimbang

dan berubah tiba-tiba, diketahui bahwa tegangan fasa yang terukur saat itu adalah

relatif sama, namun justru arus pada setiap fasa besarnya sama dan putaran

generator menurun secara bervariasi dari 1500 rpm menjadi 1475 rpm, 1425 rpm

bahkan hingga 1400 rpm.

Data pada tabel 2 memberi informasi bahwa tegangan setiap fasa berubah

secara variatif dari 220 volt menjadi 225 volt, 230 volt saat beban mengandung

unsur bersifat kapasitif (kapasitor), 250 volt hingga 210 volt saat beban

mengandung unsur resistif serta induktif namun arus cenderung sama. Hal itu

menunjukkan bahwa beban kapasitor sebenarnya dapat mengkompensasi

(kompensator) terjadinya drop tegangan dengan cara menyimpan energi dalam

waktu tertentu dan melepasnya kemudian dalam bentuk muatan, pada nilai

impedansi yang sama, tegangan akan sedikit naik/bertambah (tentu saja

bergantung pada kapasitasnya sendiri dan frekuensi sistem). Sedangkan walaupun

sifatnya tidak seimbang, arus terukur cenderung besarnya. Sebenarnya itu terjadi

akibat ampere meter yang digunakan adalah non- linier sehingga sulit untuk

membaca penunjukan instrumen ukur tersebut.

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

H. KESIMPULAN HASIL PRAKTIKUM

1. Tegangan output bergantung pada kecepatan rotor dan besar arus penguat

magnet. Tegangan tercapai 220 volt pada saat If = 1,5 ampere dan kecepatan

rotor 1500 rpm.

2. Frekuensi output harus diatur sedemikian rupa agar sesuai dengan frekuensi

standar yang dipakai di Indonesia, yakni 50 Hz, dengan mengatur kecepatan

rotor hingga sebesar 1500 rpm karena terdapat 4 pasang kutub pada rotor.

3. Saat beban seimbang dan beban tidak berubah tiba-tiba, tegangan maupun arus

pada setiap fasa adalah sama.

4. Pertambahan beban akan menyebabkan pertambahan drop tegangan pada

sistem (stator alternator).

5. Drop tegangan yang semakin bertambah dapat berpengaruh menurunnya

kecepatan putaran. Dan perubahan kecepatan rotor akan berpengaruh pada

frekuensi output.

6. Berbeda dengan beban R maupun L yang menyebabkan drop tegangan, beban

C justru sebaliknya. Pada waktu tertentu (tergantung frekuensi sumber yang

dikenakan padanya, beda potensial antara kedua ujungnya serta kapasitasnya

sendiri) ia menyimpan energi listrik (dalam bentuk charge / muatan) kemudian

muatan listrik tersebut dilepas (discharge). Karena impedansi dalam loop

tertutup tetap/sama/tidak berubah maka akan terjadi “penambahan potensial”

sebesar beberapa volt.

7. Pada prinsipnya, tujuan stator dihubung “Y” adalah untuk mendapat tegangan

yang lebih besar (Eline > Ephase) sedangkan dihubung “Δ” bertujuan untuk

mendapat suplai arus yang lebih besar (Iline > Iphase).

8. Namun pada umumnya pada stator (alternator) dihubungkan “Y”, karena pada

daya yang sama, arusnya sedikit lebih kecil dari pada saat dihubung “Δ”, itu

mengakibatkan lebih aman bagi sistem pada KHA (kemampuan hantar arus)

kawat lilitan yang sama.

I. KESELAMATAN KERJA

1. Menggunakan peralatan sesuai dengan fungsinya.

2. Bekerja dengan posisi yang aman serta nyaman.

3. Mengisolasi atau setidaknya menjauhkan bagian bertegangan maupun bagian

bergerak (poros motor) terhadap bahaya sentuhan.

4. Menjauhkan peralatan maupun barang-barang lain yang tidak dipakai dalam

praktikum.

5. Tidak bercanda saat praktikum dan selalu bersikap waspada / hati-hati.

J. TUGAS

1. Berapa regulasi untuk masing-masing beban ?

2. Gambarkan diagram vektor untuk masing-masing beban !

3. Mengapa alternator pada umumnya di stator dihubung bintang ?

Jawab : karena untuk mendapatkan tegangan yang besar (Vline > Vphase) serta

titik netral dari sistem tersebut dapat dibumikan sehingga sistem lebih aman

dan tegangan sistem relatif jauh lebih stabil.

K. DOKUMENTASI

Gambar 8.1. Generator AC 3 fasa dengan motor induksi 3 fasa sebagai prime

mover yang dikopel menggunakan belt.

Gambar 8.2. Output tercapai, 220 volt ac dengan frekuensi 50 Hz pada 1500 rpm

dan If = 1,5 ampere

Gambar 8.3. Instrumen kendali dan instrumen ukur.

Gambar 8.4. lampu bohlam sebagai “R” dan motor induksi 3 fasa sebagai “L”.