plagiat merupakan tindakan tidak terpuji - core.ac.uk filepembuatan generator sinkron rangka akrilik...

PEMBUATAN GENERATOR SINKRON RANGKA AKRILIK

BERPUTARAN RENDAH DAN PENGUKURAN IMPEDANSI (Zs)-NYA

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:

FLORIANUS YANDHI SETIAWAN

NIM: 101424039

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2015

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii



SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika

Oleh:

FLORIANUS YANDHI SETIAWAN

NIM: 101424039

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2015


iii


iv


v

HALAMAN PERSEMBAHAN

Skripsi ini penulis persembahkan untuk:

TUHAN YESUS KRISTUS

Jermawansyah dan Limpah M.

(Orang tua penulis)

SAUDARA PEREMPUAN DAN LAKI-LAKI PENULIS

KELUARGA BESAR PENULIS

Keluarga Besar Program Studi Pendidikan Fisika

Universitas Sanata Dharma

dan semua pihak yang telah mendukung penulis

“Pendidikan adalah senjata paling mematikan di dunia, karena dengan itu anda

dapat mengubah dunia” (Nelson Mandela).


vi


vii


viii

ABSTRAK



Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengukur impedansi generator

sinkron rangka akrilik. Putaran rendah yang digunakan dalam pengukuran adalah

125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860 rpm. Parameter yang diukur dalam

penelitian adalah tegangan listrik, arus listrik dan kecepatan putaran pada

generator sinkron. Pengukuran dilakukan menggunakan tahanan dan tidak

menggunakan tahanan. Perhitungan dilakukan pada kecepatan 345, 410, 530, 690

dan 860 rpm. Impedansi yang dihasilkan oleh generator sinkron adalah 60,35,

51,96, 31,61, 23,97 dan 19,1 .

Kata Kunci: Impedansi, Generator sinkron, Putaran rendah


ix

ABSTRACT

MAKING LOW SPEED ACRYLIC FRAME SYNCHRONOUS

GENERATOR AND MEASURING ITS IMPEDANCE (Zs)

The aim of this research is to measure impedance of acrylic frame

synchronous generator. The speed of device are 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690

and 860 rpm. Measured parameter in this research are electric voltage, electric

current and rotation speed of the synchronous generator. Measurements were

performed with or without resistance as the load. The calculation is performed at

speeds of 345, 410, 530, 690 and 860 rpm. Impedance generated by the

synchronous generator are 60.35, 51.96, 31.61, 23.97 and 19.1 .

Keywords: Impedance, Generator synchronous, Low speed


x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus yang telah

memberikan kasih yang luar biasa. Berkat kasih dan kuasaNya, penyusun skripsi

ini dapat terselsaikan dengan baik. Karya ini penulis beri judul “Pembuatan

Generator Sinkron Rangka Akrilik Berputaran Rendah Dan Pengukuran

Impedansi (Zs)-nya”. Penyusun skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk

memperoleh gelar sarjana pendidikan pada Program Studi Pendidikan Fisika

Fakultas Keguruan Dan Ilmu Pendidikan Universitas Sanata Dharma.

Penyusunan skripsi ini penuh dengan tantangan. Maka penulis ingin

mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis

dalam menangani setiap rintangan yang penulis hadapi. Mereka adalah:

1. Bapak A. Prasetyadi, M.Si. selaku dosen pembimbing dan dosen Program

Studi Pendidikan Fisika yang dengan penuh kesabaran telah membimbing,

membantu, mendampingi, memotivasi serta meluangkan waktunya kepada

penulis selama masa perkuliahan, penelitian dan proses penulisan skripsi ini.

2. Bapak Rohandi, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu pendidikan

Universitas Sanata Dharma dan Dosen Pembimbing Akademik yang telah

mendampingi dan membimbing selama perkuliahan.

3. Bapak Intan sebagai laboran yang telah banyak membantu penulis selama

masa setudi selama penelitian.

4. Ayahku, Jermawansyah dan ibuku, Limpah M yang selama ini selalu

mendoakan, memotivasi, dan membantu penulis dalam banyak hal.

5. Dinas Pendidikan dan Pemerintah Kabupaten Kutai Barat yang telah memberi

beasiswa kepada penulis selama perkuliahan.


xi

6. Della Apriani yang selalu mendukung, memotivasi, mendengarkan keluhan

penulis dengan sabar, dan telah meminjamkan laptop miliknya untuk

penelitian ini.

7. Agus Riadi, Lendi kotipki, dan Dedy Luky yang telah menemani, mendukung

dan membantu selama penelitian.

8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah

membantu penulis selama menyelsaikan studi dan menyelsaikan skripsi.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini masih

belum sempurna. Penulis dengan besar hati mengharapkan kritik dan saran.

Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan memberikan sedikit

sumbangan untuk Ilmu Pengetahuan.

Penulis


xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ........................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................... v

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .................................. vi

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS.....................................................vii

ABSTRAK .................................................................................................. viii

ABSTRACT .................................................................................................. ix

KATA PENGANTAR ................................................................................... x

DAFTAR ISI ................................................................................................ xii

DAFTAR TABEL ....................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN .............................................................................. 1

A. Latar Belakang ................................................................................... 1

B. Rumusan Masalah .............................................................................. 3

C. Batas Masalah .................................................................................... 3

D. Tujuan Penelitian ............................................................................... 3

E. Manfaat Penelitian ............................................................................. 4

F. Sistematika Penulisan ........................................................................ 4

BAB II DASAR TEORI ................................................................................ 6

A. Impedansi ........................................................................................... 6

B. Hukum Faraday .................................................................................. 7

C. Generator Sinkron ............................................................................ 10

D. Kontruksi Generator Sinkron ........................................................... 11

D.1 Stator ......................................................................................... 12

D.2 Rotor .......................................................................................... 12

D.3 Jumlah Kutub ............................................................................ 12


xiii

E. Reaktansi Sinkron Magnet Permanen Setara Generator AC............ 13

F. Generator Sinkron Tanpa Beban ...................................................... 14

G. Generator Sinkron Dengan Beban ................................................... 14

BAB III METODE PENELITIAN............................................................... 16

A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan ...................................................... 16

B. Desain Penelitian .............................................................................. 16

C. Parameter Yang Diukur.................................................................... 22

BAB IV HASIL DAB PEMBAHASAN...................................................... 27

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 38

A. Kesimpulan ...................................................................................... 38

B. Saran ................................................................................................. 38

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 40

LAMPIRAN ................................................................................................. 41


xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Tabel tahanan total ZL dari gradien grafik pengaruh tegangan terhadap

arus ............................................................................................................................. 29

Tabel 4.2. Tabel medan magnetik (B) dari grafik pengaruh kecepatan anguler

( ) terhadap tegangan (V) ........................................................................................ 33

Tabel 4.3. Data perhitungan nilai tegangan reaktansi Ex pada generator sinkron ..... 34

Tabel 4.4. Data perhitungan nilai arus I pada generator sinkron ............................... 35

Tabel 4.5. Data perhitungan nilai impedansi pada generator sinkron ........................ 36


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Rangkaian generator sinkron ................................................................. 14

Gambar 2.2. Rangkaian generator sinkron tanpa beban ............................................ 14

Gambar 2.3. Rangkaian generator sinkron dengan beban.......................................... 15

Gambar 3.1. Desain rangka generator sinkron pada coreldraw x5 ............................ 17

Gambar 3.2. Foto rangka generator sinkron .............................................................. 18

Gambar 3.3. Magnet ND-35....................................................................................... 19

Gambar 3.4. (a) Bentuk generator sinkron menggunkan seng luar, (b)

Bentuk generator sinkron tidak menggunkan seng luar ............................................. 20

Gambar 3.5. Set alat generator sinkron saat penelitian di laboratorium

teknologi mekanik Universitas Sanata Dharma ......................................................... 21

Gambar 3.6. Rangkaian alat generator sinkron yang disusun secara vertikal

pada mesin driling ...................................................................................................... 21

Gambar 3.7. Rangkaian ekuivalen pengukuran pada generator ................................. 22

Gambar 3.8. Pengukuran arus listrik menggunakan clampmeter pada

generator sinkron ........................................................................................................ 23

Gambar 3.9. Lampu yang digunakan dalam pengukuran .......................................... 24

Gambar 3.10. Menentukan jari-jari (r) pada generator sinkron ................................. 24

Gambar 3.11. Menentukan panjang penampang lilitan (l) pada generator

sinkron ........................................................................................................................ 25

Gambar 4.1. Grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari generator sinkron

tanpa menggunakan seng luar .................................................................................... 28


xvi

Gambar 4.2. Grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari generator sinkron

menggunakan seng luar .............................................................................................. 28

Gambar 4.3. Grafik pengaruh jumlah lampu terhadap tahanan ................................. 30

Gambar 4.4. Grafik pengaruh putaran terhadap tegangan dari generator

sinkron tidak menggunakan seng luar ........................................................................ 30


sinkron menggunkan seng luar................................................................................... 31

Gambar 4.6. Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan dari

generator sinkron tanpa menggunakan seng luar ....................................................... 32

Gambar 4.7. Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan dari

generator sinkron menggunakan seng luar ................................................................. 32

Gambar 4.8. Grafik pengaruh kecepatan putar terhadap impedansi dari

generator sinkron ........................................................................................................ 36


1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Impedansi dari suatu rangkaian merupakan rasio dari tegangan yang

melintasi elemen rangkaian terhadap arus yang mengalir pada rangkaian. Pada

keping kapasitor impedansi berperan sebagai penghalang suatu medan listrik yang

diberikan oleh keping. Impedansi pada rangkaian keping kapasitor dipengaruhi

oleh frekuensi, resistansi, dan reaktansi total. Frekuensi yang sangat rendah

reaktansi kapasitif menjadi lebih besar daripada reaktansi induktif, jadi

impedansinya akan besar dan arus maksimum kecil. Ketika frekuensinya naik

reaktansi induktif akan meningkat dan reaktansi kapasitif menjadi turun [Tipler,

2001].

Impedansi dapat didefinisikan sebagai karakteristik listrik yang menjadi

penghambat suatu daya listrik. Impedansi dipengaruhi oleh frekuensi sehingga

sifatnya berubah-ubah. Satuannya adalah ohm. Istilah impedansi sering kita temui

dalam perangkat-perangkat audio seperti speaker, earphone, dan lain-lain.

Generator Sinkron merupakan mesin listrik yang mengubah energi mekanis

berupa putaran menjadi energi listrik [Hasibuan, Hasibuan, 2013]. Sebagian besar

energi listrik yang digunakan sekarang dihasilkan oleh generator listrik dalam

bentuk arus bolak-balik (AC). Generator sederhana untuk arus bolak-balik

merupakan kumparan yang berputar dalam medan magnetik [Tipler, 2001].


2

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 magnetik. Perubahan energi ini

terjadi karena adanya perubahan medan magnet B pada kumparan (tempat

terbangkitnya tegangan pada generator) [Wildi, 1981].

Pengembangan pembangkit skala kecil yang efisien untuk sistem mini

biasanya menggunakan magnet permanen yang mempunyai rapat fluks magnetik

tinggi untuk memperkecil volume. Magnet permanen dari bahan Neodymium

biasanya dipilih karena memiliki karakteristik magnetik yang baik sekalipun

memiliki kekurangan pada ketahanan pada temperatur tinggi dan korosi

[Prasetyadi, 2012].

Generator dengan menggunakan magnet permanen sangat efisien untuk

digunakan keperluan kincir angin/air karena mampu bekerja baik pada kecepatan

putar yang rendah. Kemudahan dalam pembuatan dan juga peningkatkan daya

generator ini sangat memudahkan dalam mendisain suatu generator dengan

kapasitas daya tertentu, tegangan tertentu dan juga kecepatan kerja tertentu hanya

dengan merubah - rubah parameter seperti kekuatan fluks magnet, jumlah

kumparan dan lilitannya, jumlah magnet serta ukuran diameter kawat [Hariyotejo

P, 2009]. Pada penelitian ini akan dilakukan pengukuran impedansi pada

generator sinkron yang memiliki jumlah kumparan, lilitan, magnet dan diameter

kawat tetap.


3

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut dapat dirumuskan masalah

1. Bagaimana membuat generator sinkron dengan rangka akrilik?

2. Bagaimana menentukan nilai rapat medan magnetik B generator

sinkron dengan rangka akrilik?

3. Bagaimana menentukan nilai impedansi generator sinkron dengan

rangka akrilik?

C. Batasan Masalah

Pada penelitian ini masalah yang dibatasi pada

1. Putaran rendah yang digunakan terdiri dari 125, 205, 250, 345, 410,

530, 690 dan 860 rpm,

2. Generator sinkron yang digunakan prisma segi delapan dengan 8

kumparan, delapan buah magnet dan 800 lilitan,

3. Kawat email yang digunakan berdiameter 0.5 mm dan 4 buah lampu,

4. Akrilik yang digunakan memiliki tebal 0.5 mm,

5. Sofware yang digunakan untuk mendesain generator sinkron adalah

Corel Draw X5.

D. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk

1. Membuat generator sinkron dengan bahan akrilik,

2. Menentukan nilai B generator sinkron dengan rangka akrilik,

3. Menentukan nilai impedansi generator sinkron dengan rangka akrilik.


4

E. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian adalah

1. Mengetahui cara pembuatan generator sinkron,

2. Mengetahui cara menentukan nilai B generator sinkron,

3. Mengetahui cara menentukan nilai impedansi generator sinkron.

F. Sistematika Penulisan

BAB I Pendahuluan

Bab I menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan

masalah, batas masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan

sistematika penulisan.

BAB II Dasar Teori

Bab II menguraikan tentang dasar-dasar teori pendukung dalam

penelitian.

BAB III Eksperimen

Bab III menguraikan tentang tempat pelaksanaan penelitian, alat

dan bahan yang digunakan dalam penelitian, dan langkah-langkah

penelitian.

BAB IV Hasil dan Pembahasan

Bab IV menguraikan tentang hasil penelitian dan pembahasan hasil

penelitian.


5

BAB V Penutup

Bab V menguraikan tentang kesimpulan dan saran


6

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Impedansi

Impedansi adalah sebuah kuantitas kompleks yang memiliki dimensi ohm.

Impedansi menyatakan perbandingan tegangan terhadap arus pada elemen-

elemen pasif yang dialiri arus AC. Hubungan antara tegangan, arus dan impedansi

dinyatakan sebagai

(2.1)

dengan Z adalah impedansi, V adalah tegangan di antara terminal elemen pasif

dan I adalah arus yang mengalir. Perbandingan-perbandingan ini merupakan

fungsi sederhana dari harga elemen , dan juga frekuensi. Misalnya, sebuah

induktor L akan dinyatakan di dalam daerah waktu oleh induktansi L dan di dalam

daerah frekuensi oleh impedansi jωL. Sebuah kapasitor di dalam daerah waktu

adalah C dan 1/ jωC di dalam daerah frekwensi. Dengan demikian impedansi

induktor adalah

(2.2)

dan impedansi kapasitor adalah

(2.3)

dengan L adalah induktor, C adalah kapasitor, dan adalah frekuensi anguler.

Misalnya, pada = 104 rad/s, induktor 5 mH yang diseri dengan kapasitor 100 µ

F dapat diganti dengan satu impedansi yang merupakan jumlah impedansi

individu. Dengan mengikuti persamaan (2.2) dan (2.3) impedansi induktor

tersebut adalah


7

dan impedansi kapasitor tersebut adalah

Impedansi ekivalen dari kombinasi seri dari kedua elemen ini adalah

Sedangkan untuk menghitung sebuah kombinasi paralel digunakan cara yang

persis sama sebagaimana cara menghitung tahanan-tahanan paralel, yaitu

Berlakunya kedua hukum kirchhoff di dalam daerah frekwensi memungkinkan

dengan mudah bahwa impedansi dapat dikombinasikan secara seri dan paralel

dengan aturan-aturan yang sama seperti untuk tahanan listrik [Kemmerly, 2005]

B. Hukum Faraday

Hukum induksi faraday menyatakan bahwa ggl (gaya gerak listrik) induksi

dipengaruhi oleh fluks . GGL yang timbul antara ujung-ujung suatu loop

penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang

dilingkupi oleh loop penghantar tersebut [Tipler, 2001]. Secara matematis fluks

magnetik tersebut dinyatakan sebagai berikut:

(2.4)

Besarnya fluks magnetik dinyatakan dalam satuan weber (Wb) yang setara

dengan tesla.meter2 (1Wb=1T.m

2). Dari definisi fluks tersebut, dapat dinyatakan

bahwa fluks yang melalui loop kawat penghatar dengan N lilitan lebih dari satu

sehingga berubah sebesar dalam waktu Δt, maka besarnya ggl induksi:


8

(2.5)

Tanda negatif pada persamaan (2.5) sesuai dengan hukum Lenz. Dengan

bahasa yang sederhana hukum Lenz dirumuskan : Ggl induksi dan arus induksi

memiliki arah sedemikian rupa sehingga melawan muatan yang menghasilkan ggl

dan arus induksi tersebut [Tipler, 2001]. Apabila perubahan fluks ( terjadi

dalam waktu singkat (Δt=0), maka ggl induksi menjadi:

(2.6)

dengan adalah ggl induksi (volt), N adalah banyaknya lilitan, adalah

perubahan fluks magnetik (Wb), dan adalah selang waktu (s).

Karena fluks adalah fungsi luas dan rapat medan atau A.B= maka

d = d (B.A) (2.7)

jika, B tetap,

B

(perubahan luas) sehingga

, (2.8)

jika A tetap

A

(perubahan magnetik) sehingga

(2.9)

Dari persamaan (2.8) dapat ditentukan besarnya rapat medan magnetik B pada

generator sinkron. Diketahui A adalah fungsi luas (A = Panjang (p) x Lebar ( )), t

adalah waktu dan N masuk kepersamaan fungsi luas. Sehingga persamaan dapat

ditulis sebagai berikut :

(2.10)


9

(2.11)

Pada persamaan (2.11) diketahui bahwa,

= kecepatan linier. Persamaan

kecepatan linier adalah v = r.ω sehingga persamaan dapat ditulis menjadi :

(2.12)

dengan adalah ggl induksi (volt), B adalah rapat medan magnetik , adalah lebar

(dalam generator sinkron = panjang penampang lilitan (l) x 2 x jumlah lilitan

total (N)), adalah kecepatan anguler dan r adalah jari-jari.

Ggl induksi memiliki satuan volt sehingga dengan demikian persamaan

(2.12) dapat ditulis :

(2.13)

(2.14)

Jika sehingga dapat dibuat grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap

tegangan V sebagai berikut :

Gambar 2.1 Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan

dari gambar 2.1 diketahui sehingga persamaan (2.14) dapat ditulis

menjadi:

(2.15)


10

Dari persamaan (2.15) dapat ditentukan besarnya nilai rapat medan magnetik

dangan persaman sebagai berikut :

(2.16)

dengan

adalah gradien dari grafik hubungan kecepatan anguler terhadap

tegangan.

C. Generator Sinkron

Generator arus bolak-balik (AC) atau disebut dengan alternator adalah suatu

peralatan yang berfungsi untuk mengkonversi enegi mekanik (gerak) menjadi

enrgi listrik (elektrik) dengan perantara induksi magnetik. Perubahan energi ini

terjadi karena adanya perubahan medan magnet B pada kumparan (tempat

terbangkitnya tegangan pada generator).

Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan

jumlah putaran medan magnet pada lilitan. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari

kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan

kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator.

Frekuensi dalam hertz adalah sama seperti laju rotor dalam putaran

perdetik, yakni, frekuensi listrik tersebut disinkronisasikan dengan laju mekanis.

Inilah alasannya mengapa mesin ini sering dinamakan mesin sinkron. Misalnya

sebuah mesin sinkron berkutub dua harus berputar pada 3600 r/min untuk

menghasilkan sebuah tegangan 60 Hz.

Bila sebuah mesin mempunyai lebih dari dua kutub, maka seringkali akan

memudahkan dengan memusatkan perhatian pada sepasang kutub tunggal dan

dengan mengenal kondisi listrik, kondisi magnetik, dan kondisi mekanis yang


11

diasosiasikan dengan tiap-tiap pasangan kutub lainnya adalah pengulangan kodisi-

kondisi untuk pasangan yang ditinjau.

Satu pasangan kutub dalam sebuah mesin berkutub p atau siklus distribusi

fluks menyamai 360 derajat listrik atau 2π radian listrik. Karena ada p/2 panjang

gelombang lengkap atau siklus satu putaran lengkap, maka diperoleh

(2.17)

dengan θ adalah sudut dalam satuan listrik dan adalah sudut mekanis. Maka

frekuensi gelombang tegangan adalah

(2.18)

dengan n adalah laju mekanis dalam putaran per menit dan n/60 adalah laju

dalam putaran per detik. Frekuensi radian dari gelombang tegangan adalah

(2.19)

dengan adalah laju mekanis dalam radian per detik [Fitzgerald, 1985].

D. Kontruksi Generator Sinkron

Secara umum kontruksi generator sinkron terdiri dari stator (bagian yang

diam) dan rotor (bagian yang bergerak). Generator sinkron memiliki celah antara

stator dan rotor yang berfungsi sebagai tempat terjadinya fluks atau induksi energi

listrik dari rotor ke stator.

Adapun kontruksi generator AC adalah sebagai berikut:

1. Rangka stator terbuat dari akrilik, yang merupakan rumah stator

tersebut.

2. Stator memiliki alur-alur sebagai tempat meletakan lilitan. Lilitan

berfungsi sebagai tempat ggl induksi.


12

3. Rotor, pada bagian ini terdapat kutub-kutub magnet.

D.1 Stator

Stator merupakan bagian yang diam dan merupakan gulungan kawat

penghantar yang disusun sedemikian rupa dan ditempatkan pada alur-alur akrilik.

Pada penghantar tersebut adalah tempat terbentuknya ggl induksi yang

diakibatkan dari medan magnet putar dari rotor.

D.2 Rotor

Rotor merupakan bagian yang bergerak. Rotor berfungsi untuk

membangkitkan medan magnet sehingga menghasilkan tegangan kemudian akan

diinduksikan ke stator. Rotor pada generator juga berfungsi sebagai tempat

magnet yang disusun pada alur-alur akrilik.

D.3 Jumlah Kutub

Jumlah kutub pada generator sinkron mempengaruh kecepatan rotasi dan

frekuensi. Pada generator sinkron jumlah kutub mempengaruhi besarnya frekuensi

kerja putaran rotor. Semakin banyak kutub maka semakin kecil putaran yang

diperlukan rotor untuk menghasilkan tegangan tertentu. Bahwa hubungan antara

kecepatan putar medan magnet pada mesin dengan frekuensi elektrik :

(2.20)

dengan f adalah frekuensi tegangan induksi [Hz], p adalah jumlah kutub pada

rotor dan n adalah kecepatan rotor [r/min].

Misalnya, diinginkan generator berputar pada kecepatan putar 200 rpm dan

dihasilkan listrik dengan frekuensi 60 Hz, dapat ditentukan jumlah kutub sebagai

berikut


13

=120x60/200

=36 kutub, atau 18 pasang kutub utara dan selatan

E. Reaktansi Sinkron Magnet Permanen Setara Generator AC

Sebuah generator dengan kutub yang berupa magnet permanen berperilaku

seperti halnya generator sinkron. Pada generator sinkron, setiap fase belitan stator

memiliki resistansi R dan induktansi tertentu L. Karena ini mesin arus bolak-

balik, induktansi memanifestasikan sebagai reaktansi Xs, diberikan oleh

π (2.21)

dengan Xs adalah reaktansi sinkron, per fase [Ώ], f adalah frekuensi generator

[Hz] dan L adalah induktansi jelas dari belitan stator, per fase [H]. Reaktansi

sinkron generator adalah impedansi internal seperti Zs. Jika kita mengabaikan

hambatan dari gulungan, kita memperoleh sirkuit yang sangat sederhana yang

ditunjukkan oleh Gambar 2.1. Dengan demikian sebuah generator sinkron dapat

diwakili oleh rangkaian setara terdiri dari E₀ tegangan induksi dalam seri dengan

impedansi Zs. Dengan fluks yang menginduksi E₀ tegangan internal. Untuk

reaktansi sinkron diberikan, tegangan E pada terminal generator tergantung pada

E₀ dan beban ZL. Bahwa E₀ dan E adalah garis netral tegangan dan I adalah arah

arus.


14

F. Generator Sinkron Tanpa Beban

Rangkaian generator sinkron yang tidak diberi beban dapat dilihat pada

gambar 2.2 sebagai berikut :

Gambar 2.2. Rangkaian generator sinkron tanpa beban

G. Generator Sinkron Dengan Beban

Rangkaian generator sinkron yang diberi beban ZL dengan fluks yang

menginduksi E₀ tegangan internal dari sumber dengan tegangan terminal keluaran

E pada generator. E₀ terinduksi seri dengan tegangan reaktansi Ex dan impedansi

Zs. Bahwa I adalah arus yang melewati beban ZL. Sehingga didapat persamaan :

(2.22)

Dari persamaan 2.15 diketahui bahwa E = I ZL dan Ex = I Zs sehingga persamaan

menjadi :

(2.23)

sehingga,

Gamabar 2.1. Rangkaian generator sinkron

Zs


15

(2.24)

(2.25)

Pada generator sinkron pada magnet tetap berlaku ini:

Untuk menentukan impedansi Zs dari gambar 2.3, dapat menggunakan persamaan

sebagai berikut :

(2.26)

(2.27)

Sehingga,

(2.28)

Gambar 2.3 Rangkaian generator sinkron dengan beban

Zs


16

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Penelitian dilaksanakan pada Januari-Juni 2015 di Lab Teknologi Mekanik

Kapus III Paingan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

B. Desain Penelitian

Penelitian ini adalah penelitian eksperimen untuk mengukur impedansi

(Zs) generator dengan kerangka akrilik.

Langkah-langkah dalam penelitian ini meliputi :

1. Desain ukuran rangka

Generator sinkron didesain menggunakan coreldraw X5. Jumlah dan

ukuran magnet sebagai tolak ukur awal perancangan generator sinkron.

Penggunaan coreldraw X5 karena program ini sesuai dengan program

pemotong akrilik. Desain rangka generator sinkron dinyatakan pada gambar

3.1.

Bagian rancangan generator sinkron adalah

a. Rangka rotor adalah tempat magnet menempel dengan diameter 2,65 cm

dan tebal 0,5 cm yang terdiri dari 4 rangka sehingga tebalnya menjadi 2

cm. Sedangkan lubang pada bagian tengah berdiameter 0,48 cm yang

berfungsi sebagai tempat masuknya as.

b. Pada no 2 rangka stator adalah tempat lilitan kawat email dengan

diameter total 5,65 cm, tebal 0,5 cm dan lubang pada bagian tengah

berdimeter 055 cm . Rangka ini berjumlah satu pasang .


17

c. Rangka stator adalah bagian yang berfungsi sebagai tempat laker.

Rangka ini memimiliki diameter 3,25 cm, tebal 0,5 cm, lubang pada

bagian tengah berdiameter 0,95 cm dan rangka ini berjumlah satu pasang.

d. Rangka stator adalah bagian yang berfungsi untuk penghubung rangka no

2. Memiliki panjang 2,5 cm, tebal 0,5 cm, tinggi 2,5 cm dan berjumlah

delapan buah rangka.

Rangkaian alat pada coreldraw X5 yang dipakai saat penelitian

ditunjukan pada gambar 3.1.

Gambar 3.1. Desain rangka generator sinkron pada coreldraw x5.

(1) Rotor, (2) Stator, (3) Stator, (4) Stator.

Foto rangaka generator yang dipakai pada saat penelitian ditunjukan pada

gambar 3.2.


18

Gambar 3.2. Foto rangaka generator sinkron.

2. Menggunakan seng galvanis

a. Seng dalam

Seng digunakan sebgai pelapis rangka no 1, setelah dilapisi baru

dipasang magnet di atas seng yang menempel pada rangka no 1. Seng

yang digunakan memiliki ketebalan 0,4 mm. Seng memiliki

permeabilitas µ yang tinggi karena bahan tersebut dilapisi oleh baja

yang termasuk benda-benda ferromagnetik sehingga arus yang

dihasilkan bertambah besar.

b. Seng luar

Seng dipasang pada jalur lilitan pada rangka no 2, dengan mengikuti

bentuk rangka. Fungsinya sama sebagai penguat arus listrik.

3. Jenis, ukuran dan jumlah magnet yang digunakan

Jenis magnet yang digunakan pada generator sinkron ini adalah magnet ND-

35 berbentuk koin dengan diameter 2 cm dan tebal 2 mm. Mangnet yang


19

digunakan berjumlah 8 buah. Magnet ND-35 digunakan dalam perancangan

generator sinkron karena magnet ND-35 bersifat permanen dan kuat.

Magnet ND-35 memiliki beberapa unsur yaitu Br dan Hcb. Br adalah

densitas fluks magnet sebesar 12,1 KGs/ 1,21 T dan Hcb adalah resistensi bahan

untuk mengalami kerusakan magnetik sebesar 11,4 KOe/ 0,1432 KA/m

[Magcraft, 2007].

Gambar 3.3. Magnet ND-35.

4. Lilitan kawat email

Dalam melilit kawat email pada generator sinkron harus diperhatikan arah

lilitan kawat email. Dalam melakukan lilita pilih arah awal lilitan bisa searah

jarum jam atau sebaliknya, lakukan lilitan searah jarum jam sampai jumlah

tertantu lalu sisi berikutnya berlawanan dengan arah jarum jam sampai kembali ke

lilitan pertama lakukan seperti itu sampai ke kumparan awal.


20

Jumlah kumparan generator sinkron terdiri dari 5 buah kumparan dalam satu

sisi. Masing-masing kumparan memiliki 20 lilitan. Kumparan tersebut

menggunakan kawat email berdiameter 0,5 mm. Generator sinkron memiliki 8 sisi

dengan demikian jumlah total lilitan sebanyak 800 lilitan. Gambar penampang

generator ditunjukan pada gambar 3.4.

a b

Gambar 3.4. (a)Bentuk generator sinkron menggunakan seng luar,(b) Bentuk

generator sinkron tidak menggunakan seng luar.

Foto set alat dan ragkaian alat yang dipakai saat penelitian ditunjukan pada

gambar 3.5 dan 3.6.


21

Gambar 3.5. Set alat generator sinkron saat penelitian di laboratorium

teknologi mekanik Universitas Sanata Dharma.

Gambar 3.6. Rangakaian alat generator sinkron yang disusun secara vertikal

pada mesin driling.

Keterangan alat:

1. Mesin driling

2. Generator sinkron

3. Lampu

4. Alat ukur

5. Kabel penghubung


22

C. Parameter Yang Diukur

Parameter yang diukur dalam eksperimen ini adalah sebagai berikut:

1. Tegangan terminal keluaran (E)

Pengukuran tegangan terminal keluaran yang dihasilkan oleh

generator sinkron menggunakan multimeter. Pengukuran tegangan

dilakukan dengan variasi beban dan kecepatan anguler. Cara

pengukuran ditunjukan dalam gambar 3.7. E adalah tempat mengukur

tegangan terminal keluaran.

Gambar 3.7. Rangkaian ekuivalen pengukuran pada generator.

2. Kecepatan anguler (ω)

Kecepatan anguler (putar) dari perancangan generator sinkron

dapat diukur dengan tachometer . Secara umum persamaan yang dapat

digunakan untuk memperoleh hasil pengukuran kecepatan anguler

adalah . Dimana 2π adalah satu putaran penuh sudut yang

ditempuh 3600, dan f adalah frekuensi.

Hasil pengukuran tachometer adalah putaran per menit (nr)

sehingga persamaan yang dapat digunakan untuk memperoleh

Zs

A


23

kecepatan anguler dari hasil pengukuran adalah

ssTf

nn rr

30602

122 (3.1)

dengan

nr adalah jumlah rotasi atau putaran permenit

3. Arus ( I )

Arus listrik yang mengalir pada rangkaian diukur menggunakan

clamp meter. Cara menempatkan clampmeter pada rangkaian dapat

dilihat pada gambar 3.7. Pengukuran arus I pada rangkaian dilakukan

setiap melakukan variasi putaran atau beban. Pengukuran menggunakan

clampmeter pada gambar 3.8 sebagai berikut :

Gambar 3.8 Pengukuran arus listrik menggunakan clampmeter

pada generator sinkron.

4. Beban ( ZL )

Beban divariasi pada pada setiap kecepatan anguler. Beban dibuat

dari lampu dengan watt yang berbeda-beda. Beban yang digunakan

dapat dilihat pada gambar 3.9 berikut :


24

Gambar 3.9 Lampu yang digunakan dalam pengkuran.

6. Menentukan jari-jari (r) dan panjang (l) pada generator sinkron

Untuk menentukan jari-jari pada generator, diukur dari pusat

sampai tengah kumparan dan menentukan panjang penampang lilitan (l)

dapat dilihat pada gambar 3.11 pengukuran mewakili ketujuh sisi

lainnya, hasil pengukuran dikali dua karena ada dua penampang dalam

satu kumparan. Seperti pada gambar 3.10 dan 3.11 berikut:

Gambar 3.10. Menentukan jari-jari (r) pada generator sinkron.


25

Gambar 3.11. Menentukan panjang penampang lilitan (l) pada

generator sinkron.

Langkah penentuan impedansi (Zs) tanpa menggunakan seng dan menggunakan

seng adalah:

1. Alat dirangkai seperti pada gambar 3.4.(b)

2. Multimeter digunakan untuk mengukur tegangan saat rotor berputar

konstan.

3. Kecepatan berputar rotor diatur menggunakan mesin drilling dengan

variasi kecepatan 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860 rpm.

4. Langkah 2-3 dilakukan sebanyak 2 kali.

Langkah penetuan impedansi (Zs) menggunakan lampu, tanpa menggunakan seng

dan menggunakan seng adalah:

1. Alat dirangkai seperti pada gambar 3.4. (b)

2. Papan lampu dihubungkan dengan generator. Tiap lampu memiliki saklar

sehingga dapat diatur jumlah lampu yang digunakan.


26

3. Multimeter digunakan untuk mengukur tegangan saat rotor berputar

konstan.

4. Arus yang mengalir melalui kabel diukur dengan Clampmeter (AC).

5. Kecepatan berputar rotor diatur menggunakan mesin drilling dengan

variasi kecepatan 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860 rpm.

6. Langkah 2-5 dilakukan sebanyak 2 kali.

7. Langkah 1-6 diulangi untuk jumlah lampu yang berbeda.


27

BAB. IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian dilaksanakan pada Januari 2015 hingga Juni 2015 di

Laboratorium Teknologi Mekanik III Paingan Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta. Penelitian dilakukan dengan melakukan pengukuran arus, tegangan

dan kecepatan putar pada generator sinkron tanpa seng dan menggunakan seng.

Multimeter yang digunakan dalam pengukuran ini adalah multimeter digital A-

830 dengan batas ukur 200 V~, untuk mengukur tegangan yang dihasilkan

generator. Clamp meter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan

generator dengan batas ukur 20 A. Kecepatan putar rotor pada generator yang

dipakai dalam penelitian ini adalah 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860.

A. Hasil Pengukuran Arus dan Tegangan Pada Generator Sinkron

Data hasil pengukuran pada generator sinkron tanpa menggunakan seng luar

dan menggunakan seng luar dapat dilihat pada tabel pada lampiran IV. Data dari

tabel 4.1 dapat dianalisa dalam bentuk grafik pengaruh tegangan terhadap arus

listrik yang ditampilkan pada gambar 4.1 dan 4.2.


28

Gambar 4.1. Grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari

generator sinkron tanpa menggunakan seng luar.

Gambar 4.2. Grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari

generator sinkron menggunakan seng luar.

Gambar 4.1 dan 4.2 menunjukan bahwa arus tidak semua terukur saat

rangkaian terhubung dengan lampu. Arus bernilai nol bila rangkaian generator

tidak dihubungkan dengan lampu. Bila terhubung dengan lampu nilai arus dan

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0 0,5 1 1,5

Aru

s (I

)

Tegangan (V)

Tanpa lampu

1 Lampu

y = 0,0157x - 0,0056

y = 0,0493x - 0,0071

y = 0,1033x - 0,0036

y = 0,1517x - 0,0004

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 1 2 3 4

Aru

s (A

)

Tegangan (V)

Tanpa Lampu

1 Lampu

2 Lampu

3 Lampu

4 Lampu


29

tegangan berbanding lurus. Semakin banyak jumlah lampu maka semakin besar

pula arus yang dihasilkan. Gambar 4.1 dan 4.2 menunjukan bahwa generator

menggunakan seng dan tidak menggunakan seng yang tidak terhubung dengan

lampu tidak menghasilkan arus. Bila rangkaian generator dihubungkan dengan

lampu, arus akan terlihat pada tegangan tertentu tergantung jumlah lampu dan

kecepatan putar yang diberikan. Nilai gradien grafik 4.1 dan 4.2 ditunjukan pada

tabel 4.1.

Tabel 4.1. Tabel tahanan total ZL dari gradien grafik pengaruh tegangan

terhadap arus

Keterangan Gradien/

(Ω) ZL (Ω)

1/Jumlah

lampu Seng Lampu

tidak tidak 0 0 0

tidak 1 0,1579 6,33 1

Pakai tidak 0 0

Pakai 1 0,0157 63,69 1

Pakai 2 0,0493 20,28 0,5

Pakai 3 0,1033 9,68 0,33

Pakai 4 0,1517 6,59 0,25

Tabel 4.1 menunjukan bahwa semakin banyak lampu yang digunakan,

semakin kecil tahanan total yang dihasilkan. Untuk menentukan nilai tahanan total

dapat dilihat pada lampiran I.

Data yang diambil adalah data yang menggunakan seng karena data yang

tidak menggunakan seng terlalu sedikit sehingga data tersebut kurang baik untuk

menentukan nilai B dan impedansi. Data tabel 4.1 dianalisa dalam bentuk grafik

pengaruh jumlah lampu terhadap ZL (Ω) pada gambar 4.3.


30

Gambar 4.3 Grafik pengaruh 1/jumlah lampu terhadap tahanan

Grafik 4.3 menunjukan bahwa semakin banyak jumlah lampu yang

dipasang maka semakin kecil tahanan lampu yang dihasilkan.

B. Hasil Pengukuran Putaran (n) dan Tegangan (volt) Pada Generator

Sinkron

Penelitian dilakukan pada generator sinkron. Data yang diperoleh untuk

putaran (n) yaitu , kecepatan putaran (rpm) pada mesin driling. Data yang

diperoleh dilampirkan pada lampiran IV. Data dari lampiran IV dianalisa dalam

bentuk grafik pengaruh putaran terhadap tegangan pada gambar 4.4 dan 4.5


sinkron tidak menggunakan seng luar.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Tah

anan

(Ω

)

1/Jumlah lampu

y = 0,0016x - 0,2356

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 200 400 600 800 1000

Tega

nga

n (

V)

n (rpm)

1 Lampu

Tanpa lampu


31


sinkron menggunakan seng luar.

Gambar 4.4 dan 4.5 menunjukan bahwa semakin besar putaran (rpm)

tegangan yang dihasilkan semakin besar. Pada setiap pertambahan lampu

tegangan semakin kecil pada setiap putaran. Dari grafik 4.3 dan 4.4 pengaruh

mengunakan seng dan tidak menggunakan seng yaitu, gradien dengan

menggunakan seng 0,0037 dan tanpa seng 0,0016.

C. Hasil Pengukuran Tegangan (V) dan Perhitungan Kecepatan Anguler

(ω) Pada Generator Sinkron

Data yang diperoleh untuk tegangan (V) pada generator sinkron dan

kecepatan anguler dari perhitungan. Untuk data kecepatan anguler (ω)

menggunakan persamaan (3.1) data yang diperoleh dilampirkan pada lampiran IV.

Data dari tabel (lampiran IV) dianalisa dalam bentuk grafik pengaruh putaran

terhadap tegangan pada gambar 4.6 dan 4.7

y = 0,0037x - 0,2562

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 200 400 600 800 1000

Tega

nga

n (

V)

n (rpm)

Tanpa Lampu

1 Lampu

2 Lampu

3 Lampu

4 Lampu


32

Gambar 4.6. Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan

dari generator sinkron tanpa menggunakan seng luar.

Gambar 4.7. Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan

dari generator sinkron menggunakan seng luar.

Gambar 4.6 dan 4.7 menunjukan bahwa semakin besar kecepatan anguler

(ω) tagangan (V) yang dihasilkan semakin besar. Sebaliknya semakin banyak

lampu yang digunakan semakin kecil tegangan dengan kecepatan anguler yang

sama. Gradien dari grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan dari

y = 0,0156x - 0,2355

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 20 40 60 80 100

Tega

nga

n (

V)

Anguler (ω)

Tanpa Lampu

1 Lampu

y = 0,0351x - 0,256

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 20 40 60 80 100

Tega

nga

n (

V)

Anguler (ω)

Tanpa Lampu

1 Lampu

2 Lampu

3 Lampu

4 Lampu


33

generator sinkron digunakan untuk menentukan rapat rapat medan magnetik (B).

Perbandingan tegangan yang dihasilkan antara memakai seng dan tidak memakai

seng 0,0351 Wb : 0,0156 Wb. Pengaruh seng sebesar 2,25 Wb. Data perhitungan

rapat rapat medan magnetik ditunjukan pada tabel 4.2.

Tabel 4.2. Tabel rapat rapat medan magnetik (B) dari grafik pengaruh kecepatan

anguler ( ) terhadap tegangan (V).

No Tanpa Seng

(gradien) Vs

B (T) Lampu

Pakai Seng

(gradien) (Vs)

B (T)

1 0,0156 4,8631x10-3

- 0,0351 20x10-3

2 0,0097 3,0238x10-3

1 0,0269 8,3858x10-3

3 2 0,0201 6,2659x10-3

4 3 0,0144 4,4890x10-3

5 4 0,0107 3,3356x10-3

Tabel 4.2 menunjukan bahwa semakin banyak lampu yang digunakan,

semakin kecil rapat medan magnetik (B) yang dihasilkan. Rapat medan magnetik

berpengaruh terhadap banyaknya lampu yang dihubungkan dapat dilahat dari

tabel 4.2 semakin banyak lampu maka semakin kecil nilai rapat medan magnetik.

Pengukuran untuk menentukan nilai rapat medan magnetik (B) dapat dilihat pada

lampiran II.

D. Nilai tegangan reaktansi Ex

Nilai tegangan reaktansi berdasarkan persamaan (2.12) untuk putaran 345-

860 disajikan pada tabel 4.3. Dari tabel 4.3 terlihat bahwa semakin besar putaran

yang dihasilakan generator nilai tegangan reaktansi semakin besar pada setiap

lampu. Data perhitungan diambil dari kecepatan 345-860 rpm disebabkan pada

kecepatan tersebut nilai arus yang dihasilkan cukup besar sedangkan pada


34

kecepatan 125-250 rpm nilai arus yang dihasilkan sangat kecil. Untuk

menentukan tegangan reaktansi dapat dilihat pada lampiran III A.

Tabel 4.3. Data perhitungan nilai tegangan reaktansi Ex pada generator sinkron

No n (rpm) Jumlah Lampu E (volt) E0 (volt) Ex (volt)

1

345

1 0,6 1 0,4

2 2 0,3 0,7

3 3 0,1 0,9

4 4 0,1 0,9

5

410

1 0,7 1.2 0,5

6 2 0,4 0,8

7 3 0,2 1

8 4 0,1 1,1

9

530

1 1,1 1.7 0,6

10 2 0,7 1

11 3 0,4 1,3

12 4 0,3 1,4

13

690

1 1,6 2.3 0,7

14 2 1,1 1,2

15 3 0,7 1,6

16 4 0,5 1,8

17

860

1 2,1 2.9 0,8

18 2 1,5 1,4

19 3 1,1 1,8

20 4 0,8 2,1

E. Nilai arus I

Pada saat pengukuran arus, alat yang digunakan adalah clampmeter. Arus

yang dapat dilihat minimal 0,01 A sehingga untuk menentukan nilai arus yang

lebih kecil menggunakan persamaan (2.14) hasil perhitungan dan hasil

pengukuran disajikan pada tabel 4.4. Dari tabel 4.4 nilai arus yang digunakan

untuk menentukan nilai impedansi adalah nilai arus perhitungan karena nilainya

lebih detail. Perhitungan dapat dilihat pada lampiran III B.


35

Tabel 4.4. Data perhitungan nilai arus I pada generator sinkron

No n (rpm)

Jumlah

Lampu E (V) ZL (A) (A)

1

345

1 0,6 63,69 0 0,009

2 2 0,3 20,28 0 0,014

3 3 0,1 9,68 0,01 0,0103

4 4 0,1 6,59 0,01 0,0151

5

410

1 0,7 63,69 0 0,0109

6 2 0,4 20,28 0,01 0,0197

7 3 0,2 9,68 0,01 0,0206

8 4 0,1 6,59 0,02 0,0151

9

530

1 1,1 63,69 0,01 0,0172

10 2 0,7 20,28 0,02 0,0345

11 3 0,4 9,68 0,04 0,0413

12 4 0,3 6,59 0,04 0,045

13

690

1 1,6 63,69 0,02 0,0251

14 2 1,1 20,28 0,05 0,0542

15 3 0,7 9,68 0,07 0,0723

16 4 0,5 6,59 0,08 0,0758

17

860

1 2,1 63,69 0,03 0,0329

18 2 1,5 20,28 0,07 0,0739

19 3 1,1 9,68 0,11 0,1136

20 4 0,8 6,59 0,12 0,1213

F. Impedansi dari generator sinkron

Untuk menentukan impedansi dari generator sinkron yang telah dibuat

mengikuti persamaan (2.15). Impedansi didapat melalui perhitungan dapat dilihat

pada lampiran IIIC. Impedansi pada generator disajikan pada tabel 4.5. Dari

pengukuran nilai impedansi dari generator sinkron pada kecepatan 345-860

menunjukkan bahwa dalam proses putaran impedansi mengalami penurunan

setiap penambahan kecepatan putaran. Seperti yang sudah dijelakan pada teori

bahwa impedansi sebagai penghalang arus listrik yang mengalir melalui kawat


36

penghantar, sehingga dapat dilihat semakin tinggi kecepatan generator maka

impedansinya semakin kecil sesuai dengan persamaan (2.3).

Tabel 4.5. Data perhitungan nilai impedansi pada generator sinkron

No n (rpm)

Jumlah

Lampu I (A) Ex (volt) Zs

1

345

1 0,009 0,4 44,44

60,35 2 2 0,014 0,7 50

3 3 0,0103 0,9 87,37

4 4 0,0151 0,9 59,60

5

410

1 0,0109 0,5 45,87

51,96 6 2 0,0197 0,8 40,609

7 3 0,0206 1 48,54

8 4 0,0151 1,1 72,84

9

530

1 0,0172 0,6 34,88

31,61 10 2 0,0345 1 28,98

11 3 0,0413 1,3 31,47

12 4 0,045 1,4 31,11

13

690

1 0,0251 0,7 27,88

23,97 14 2 0,0542 1,2 22,14

15 3 0,0723 1,6 22,13

16 4 0,0758 1,8 23,74

17

860

1 0,0329 0,8 24,31

19,1 18 2 0,0739 1,4 18,94

19 3 0,1136 1,8 15,84

20 4 0,1213 2,1 17,31

Gambar 4.8. Grafik pengaruh kecepatan putar terhadap impedansi dari

generator sinkron.

60,35 51,96

31,61 23,97

19,1

0

10

20

30

40

50

60

70

0 105 210 315 420 525 630 735 840 945

Imp

ed

ansi

(Ω)

n (rpm)


37

Dari grafik 4.8, penurunan nilai impedansi yang dihasilkan oleh generator

sinkron tidak linier atau penurunan nilai impedansi tidak sama pada setiap

kecepatan generator. Contoh pada kecepatan 410 rpm, penurunan impedansi

sebesar 8,39 (60,35 -51,96 ) dari kecepatan 345 rpm, pada kecepatan 530

rpm penurunan impedansi sebesar 20,35 (51,96 -31,61 ) dari kecepatan 410

rpm, pada kecepatan 690 rpm penurunan impedansi sebesar 7,64 (31,61 -

23,97 ) dari kecepatan 530 rpm, dan pada kecepatan 860 rpm penurunan

impedansi sebesar 4 (23,97 -19,1 ) dari kecepatan 690 rpm. Hal ini

menunjukkan proses penurunan nilai impedansi semakin kecil dibandingkan

penurunan pada kecepatan sebelumnya. Pada kecepatan 410 rpm sampai 530 rpm

terjadi penurunan nilai impedansi sangat besar dikarenakan penambahan

kecepatan sebesar 120 rpm sedangkan pada kecepatan 345 rpm sampai 410 rpm

penam bahan kecepatan sebesar 65 rpm.


38

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan dapat di simpulkan bahwa :

1. Generator sinkron berbahan akrilik, didesain menggunakan coreldraw x5

telah berhasil dibuat, bentuk prisma segi delapan dengan 8 kumparan,

delapan buah magnet dan 800 lilitan.

2. Dalam proses pengukuran rapat mendan magnetik B menggunakan 4

lampu menunjukan bahwa semakin banyak lampu yang digunakan adalah

8,3858x10-3, 6,2659x10

-3, 4,4890x10-3

, 3,3356x10-3

tesla. Nilai B pada

generator sinkron tanpa menggunakan lampu adalah 20x10-3

tesla.

3. Dalam proses pengukuran, impedansi pada generator sinkron nilai

impedansi dari generator sinkron pada kecepatan 345 rpm (60,35 ),

kecepatan 410 rpm (51,96 ), kecepatan 530 rpm (31,61 ), kecepatan 690 rpm

(23,97 ), kecepatan 860 rpm (19,1 ). Nilai impedansi menunjukkan bahwa

dalam proses putaran impedansi mengalami penurunan setiap penambahan

kecepatan putaran. Penurunan impedansi tersebut sesuai dengan

persamaan (2.3).

B. Saran

Untuk penelitian lebih lanjut mengenai pengukuran impedansi pada

generator sinkron atau melakukan penelitian sejenis dengan penelitian ini,

penulis menyarankan untuk memperhatikan jenis tahanan, jenis kawat email,


39

jenis magnet dan rangka generator. Peneliti menggunakan lampu sebagai

tahanan untuk penelitian lebih lanjut bisa menggunakan kapasitor.


40

DAFTAR PUSTAKA

Fitzgerald, A.E., dkk. 1985. Dasar-Dasar Elektroteknik (edisi 5 jilid 2). Jakarta:

Erlangga.

Hariyotejo, P., dkk. 2009. Pengembangan Generator Mini dengan Menggunakan

Magnet Permanen. Universitas Indonesia: Teknik Mesin Pasca Sarjanan.

Hasibuan, Hanri.A.M dan Hasibuan, A.R. 2013. “Analisa Perbandingan Metode

Impedansi Sinkron, Amper Lilit Dan Segitiga Potier Dalam Menentukan

Regulasi Tegangan Generator Sinkron Dengan Pembebanan Resistif,

Induktif Dan Kapasitif”, DTE FT USU, VOL.1NO.3/Maret2013.

Kemmerly, J.E., dkk. 2005. Rangkaian Listrik (edisi ke 6 jilid 1). Jakarta:

Erlangga.

Magcraft. 2007. Permanen Magnet Selection And Design Handbook: Advanced

Magnetic Materials. U.S.A: National Imports LLC.

Prasetyadi, A. 2012. Generator Axsial Magnet Permannen ND-35. Universitas

Sanata Dharma : SAINTEK.

Tipler, Paul A. 2001. Fisika untuk sains dan teknik (edisi 3 jilid 2). Jakarta :

Erlangga.

Wildi, Theodore. 1981. Electrical machines, drives and power systems (sixth

edition). Laval University: Pearson education internasional.


41

LAMPIRAN

I. Perhitungan Tahanan Total dan Kecepatan Anguler

II. Perhitungan Rapat Medan Magnetik

III. Perhitungan Tegangan Reaktansi, Arus dan Impedansi

IV. Hasil Pengukuran Generator Sinkron


42

Lampiran I

Perhitungan Tahanan Total dan Kecepatan Anguler

Menentukan nilai tahanan total (ZL):

Keterangan Gradien/

(Ω) ZL (Ω)

Seng Lampu

tidak tidak 0 0

tidak 1 0,1579 6,33

Pakai tidak 0

Pakai 1 0,0157 63,69

Pakai 2 0,0493 20,28

Pakai 3 0,1033 9,68

Pakai 4 0,1517 6,59

Menentukan kecepatan anguler ( ):

No n (rpm)

1 125 13,08

2 205 21,45

3 250 26,16

4 345 36,11

5 410 42,91

6 530 55,47

7 690 72,22

8 860 90,01

ssT

fnn rr

30602

122

Mencari R pakai seng: Mencari R tidak pakai seng:


43

Lampiran II

Perhitungan Rapat Medan Magnetik

Menentukan Nilai B :

No Tanpa Seng

(gradien) Vs

B (T) Lampu

Pakai Seng (gradien)

(Vs)

B (T)

1 0,0156 4,8631x10-3

0,0351 20x10-3

2 0,0097 3,0238x10-3

1 0,0269 8,3858x10-3

3 2 0,0201 6,2659x10-3

4 3 0,0144 4,4890x10-3

5 4 0,0107 3,3356x10-3

n =

= 0,0489 m x 2 x 100 x 8

=0,0978 m x 800

= 78,24 m

r = 0,041 m

C =

Tanpa mengunakan seng luar:

Menggunakan seng :


44

Lampiran III

Perhitungan Tegangan Reaktansi, Arus dan Impedansi

A. Mentukan nilai Ex:

No N (rpm) E (Volt) E0 (volt) Ex

1

345

0,6 1 0,4

2 0,3 0,7

3 0,1 0,9

4 0,1 0,9

5

410

0,7 1,2 0,5

6 0,4 0,8

7 0,2 1

8 0,1 1,1

9

530

1,1 1,7 0,6

10 0,7 1

11 0,4 1,3

12 0,3 1,4

13

690

1,6 2,3 0,7

14 1,1 1,2

15 0,7 1,6

16 0,5 1,8

17

860

2,1 2,9 0,8

18 1,5 1,4

19 1,1 1,8

20 0,8 2,1

Persamaan yang digunakan:

Contoh perhitungan tegangan raktansi pada kecepatan 345 rpm :

= 1-0,6 = 0,4

= 1-0,3 = 0,7

= 1-0,1 = 0,9

= 1-0,1 = 0,9


45

B. Menentukan nilai arus melalui perhitungan:

No n (rpm) E (volt) ZL ( )

I

(Perhitungan)

1

345

0,6 63,69 0,009

2 0,3 20,28 0,014

3 0,1 9,68 0,0103

4 0,1 6,59 0,0151

5

410

0,7 63,69 0,0109

6 0,4 20,28 0,0197

7 0,2 9,68 0,0206

8 0,1 6,59 0,0151

9

530

1,1 63,69 0,0172

10 0,7 20,28 0,0345

11 0,4 9,68 0,0413

12 0,3 6,59 0,045

13

690

1,6 63,69 0,0251

14 1,1 20,28 0,0542

15 0,7 9,68 0,0723

16 0,5 6,59 0,0758

17

860

2,1 63,69 0,0329

18 1,5 20,28 0,0739

19 1,1 9,68 0,1136

20 0,8 6,59 0,1213

Persamaan yang digunakan:

Contoh perhitungan arus pada kecepatan 345 rpm :

=

= 0,009 A

=

= 0,014 A

=

= 0,0103 A

=

= 0,0151 A


46

C. Menentukan nilai impedansi :

No n (rpm) I (A) Ex Zs

1

345

0,009 0,4 44,44

60,35 2 0,014 0,7 50

3 0,0103 0,9 87,37

4 0,0151 0,9 59,60

5

410

0,0109 0,5 45,87

51,96 6 0,0197 0,8 40,609

7 0,0206 1 48,54

8 0,0151 1,1 72,84

9

530

0,0172 0,6 34,88

31,61 10 0,0345 1 28,98

11 0,0413 1,3 31,47

12 0,045 1,4 31,11

13

690

0,0251 0,7 27,88

23,97 14 0,0542 1,2 22,14

15 0,0723 1,6 22,13

16 0,0758 1,8 23,74

17

860

0,0329 0,8 24,31

19,1 18 0,0739 1,4 18,94

19 0,1136 1,8 15,84

20 0,1213 2,1 17,31

Menggunakan persamaan:

Conroh perhitungan pada kecepatan 345 rpm :

=44,44

=50

=87,37

=59,6


47

Lampiran IV

Hasil Pengukuran Generator Sinkron

Pngambilan data : 22 April 2015

Waktu : 08:00-10:00

Keterangan : Tanpa Seng

Tempat :

No

(rpm) V (Volt)

I

(Ampere)

Lampu

Tachometer M.D Jumlah Keterangan

1 133,4 125 0 13,08 0

2 215 205 0,1 21,45 0

3 266,5 250 0,2 26,16 0

4 360 345 0,3 36,11 0

5 429,7 410 0,4 42,91 0

6 555,1 530 0,6 55,47 0

7 719,3 690 0.9 72,22 0

8 894,2 860 1,2 90,01 0


Waktu : 08:00-10:00

Keterangan : Tanpa Seng

Tempat :

No

(rpm) V (Volt)

I

(Ampere)

Lampu


1 133,1 125 0 13,08 0 1

2 214,9 205 0 21,45 0 1

3 266,9 250 0 26,16 0 1

4 360,1 345 0,1 36,11 0 1

5 429,3 410 0,2 42,91 0 1

6 555,7 530 0,3 55,47 0 1

7 719,2 690 0,5 72,22 0,1 1

8 890 860 0,7 90,01 0,1 1


48

Lembar Pengamatan Generator Sinkron


Waktu : 10:00-14:00

Keterangan : Pakai Seng

Tempat :

No

(rpm) V (Volt)

I

(Ampere)

Lampu


1 133,7 125 0,2 13,08 0

2 214,6 205 0,5 21,45 0

3 266,5 250 0,7 26,16 0

4 359,7 345 1 36,11 0

5 428,7 410 1,2 42,91 0

6 554,9 530 1,7 55,47 0

7 717,3 690 2,3 72,22 0

8 892,5 860 2,9 90,01 0


Waktu : 10:00-14:00


Tempat :

No

(rpm) V (Volt)

I

(Ampere)

Lampu


1 133,1 125 0,1 13,08 0 1

2 214,3 205 0,2 21,45 0 1

3 266,3 250 0,3 26,16 0 1

4 359,3 345 0,6 36,11 0 1

5 428,2 410 0,7 42,91 0 1

6 554,3 530 1,1 55,47 0,01 1

7 716,8 690 1,6 72,22 0,02 1

8 892,4 860 2,1 90,01 0,03 1


Waktu : 10:00-14:00


Tempat :

No

(rpm) V (Volt)

I

(Ampere)

Lampu


1 133,3 125 0 13,08 0 2

2 213,7 205 0,1 21,45 0 2

3 266,2 250 0,1 26,16 0 2

4 358,8 345 0,3 36,11 0 2

5 428,2 410 0,4 42,91 0,01 2

6 554,6 530 0,7 55,47 0,02 2

7 718 690 1,1 72,22 0,05 2

8 852,3 860 1,5 90,01 0,07 2


49


Waktu : 10:00-14:00


Tempat :

No

(rpm) V (Volt)

I

(Ampere)

Lampu


1 133,2 125 0 13,08 0 3

2 214,5 205 0 21,45 0 3

3 266,6 250 0,1 26,16 0 3

4 359,1 345 0,1 36,11 0,01 3

5 428,1 410 0,2 42,91 0,01 3

6 555 530 0,4 55,47 0,04 3

7 717,5 690 0,7 72,22 0,07 3

8 891,6 860 1,1 90,01 0,11 3


Waktu : 10:00-14:00


Tempat :

No

(rpm) V (Volt)

I

(Ampere)

Lampu


1 133,2 125 0 13,08 0 4

2 214,1 205 0 21,45 0 4

3 266,1 250 0 26,16 0 4

4 358,8 345 0,1 36,11 0,01 4

5 427,8 410 0,1 42,91 0,02 4

6 553,8 530 0,3 55,47 0,04 4

7 716,8 690 0,5 72,22 0,08 4

8 890,6 860 0,8 90,01 0,12 4


plagiat merupakan tindakan tidak terpuji - core.ac.uk filepembuatan generator sinkron rangka akrilik...

Documents