PERCOBAAN 5

Suprobo515120002Maharuli515120012Arvin Gozali515120003Kevin 515120017Agustinus515120007Dimas515120019GENERATOR SINKRON

1. Tujuan PercobaanMempelajari fisik generator sinkron, karakteristik kerja generator sinkron serta cara pengendalian operasinya baik pada kerja sendiri maupun pada kerja paralel.

2. Peralatan Percobaan1.Generator sinkron dan unit pengeraknya.2.Peralatan ukur listrik dan deteksi untuk operasi dengan PLN.3.Catu daya bantu arus searah. 4.Beban-beban listrik resistif / induktif.5.Peralatan bantu laboratorium lainnya.

3. Teori Percobaan3.1.Konstruksi generator sinkronUntuk operasinya, generator sinkron memerlukan arus penguatan pada belitan medannya (field winding). Ditinjau dari segi penguatannya ada 2 macam generator yaitu:-Generator sinkron penguatan terpisah, daya penguatan berasal dari sumber tersendiri diluar generator.-Generator sinkron penguatan sendiri, daya penguatan diambil dari keluaran generator itu sendiri. Jenis generator ini merupakan mayoritas dari generator sinkron yang ada di industri dewasa ini (self exicted synchronous generator). Jenis generator ini tidak memerlukan catu daya khusus untuk penguatannya.Selanjutnya ditinjau dari tempat belitan penguat pada mesin, terdapat 2 macam generator :-Generator sinkron penguatan di rotor.-Generator sinkron penguatan di stator.Sedangkan dari jenis belitan penguatan di rotor, terdapat dua jenis kutub generator:-Jenis kutub generator rata (non salient pole).-Jenis kutub generator menonjol (salient pole).Jenis kutub yang pertama dijumpai pada genertor putaran tinggi seperti pada PLTG, PLTU. Jenis kutub kedua, lazim dipakai pada generator putaran rendah, misal pada PLTA, PLTD.

3.2.Anatomi generator sinkronGambar 1. menunjukkan irisan penampang generator sinkron penguatan di rotor, tipe kutub menonjol. Bagian-bagian generator sinkron ini :1. Stator, terdiri rangka mesin, unit stator dengan belitan jangkar yang terlihat pada alur - slot stator. Pada bagian luar terdapat terminal box generator dan papan nama (name plate).2. Rotor, berupa kutub generator kutub menonjol (4-kutub). Inti rotor berupa susunan laminasi plat-plat tipis yang diberi penguat dengan eksistansi arus searah.3. Belitan medan (excitation winding), yaitu belitan dengan arus penguatan yang menghasilkan fluksi utama, dimana pemotongan fluksi utama pada belitan stator akan mangahasilkan ggl pada belitan jangkar generator sinkron.4. Slip ring dan sikat, keduanya merupakan media penghubung rangkaian luar dengan belitan kutub generator yang berputar. Terdapat 2 pasang slip ring - sikat pada generator ini yaitu, untuk terminal positif dan negatif.

Gambar 1. Penampang irisan generator sinkron3.3.Cara kerja generator sinkron

Dengan mengalirkan arus penguatan (excitation current) pada belitan penguat (field winding - excitation winding) maka pada generator yang sedang berputar tersebut timbul fluksi elektromagnetis. Lintasan fluksi tersebut itu adalah dari kutub Utara (N) - menyeberang ke stator melalui gabungan - udara - melintasi inti stator, memotong belitan jangkar generator - kembali ke rotor ke kutub Selatan (S) dan melintasi ini rotor kembali ke kutub Utara (N). Kumparan jangkar ( lilitan), memotong fluksi elektromagnet dengan kecepatan putaran rpm,

g.g.l pers (5.1)

Terlihat bahwa tegangan g.g.l generator fungsi dari - putaran generator sedang fluksi yang dihasilkan oleh kutub generator, yang sebanding dengan arus penguatan.

pers (5.2)

Pada posisi belitan jangkar tegak lurus bidang kutub maka terlingkup adalah maksimum. Sedangkan pada posisi belitan jangkar rata dengan bidang kutub maka terlingkup = 0

pers (5.3)

dan atau

pers (5.4)

Gambar 2. Posisi belitan jangkar

Jadi tegangan generator tergantung pada dan serta posisi jangkar saat itu. Bentuk tegangan yang terimbas adalah sinusoidal.Untuk generator sinkron 3-fasa, antara fasa terpisah 120o listrik sehingga tegangan keluarannya pun berbentuk 3 buah tegangan sinusoidal dengan antara masing masing 120o listrik. Selanjutnya frekuensi tegangan bolak balik tersebut ditentukan oleh hubungan :

pers (5.5)

Dengan : jumlah kutub generator .

: putaran generator

: frekuensi tegangan keluaranUntuk menghasilkan frekuensi 50 Hz, putaran generator adalah :s300015001000750

P2468

3.4.Jenis-jenis Generatora.Generator Tanpa BebanApabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai generator dengan diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (If), maka pada kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban (E0). Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir stator sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus medan (If). Bila besar arus medan dinaikkan, maka tegangan keluaran juga akan naik sampai titik saturasi (jenuh), seperti pada Gambar 3. Kondisi generator tanpa beban bisa digambarkan rangkaian ekuivalennya seperti diperlihatkan pada Gambar 3b.

Gambar 3(a) dan 3(b). Kurva dan rangkaian ekuivalen generator tanpa bebanb. Generator BerbebanBila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan terminal V akan berubah-ubah pula. Hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan pada:a. Resistansi Jangkar RaResistansi jangkar / fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegang / fasa (tegangan jatuh / fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar. b. Reaktansi Bocor Jangkar XlSaat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan. Hal ini disebut fluks bocor.

c. Reaksi jangkar XaAdanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar (A) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada kumparan medan rotor (F).Interaksi antara kedua fulksi ini disebut sebagai reaksi jangkar, seperti diperlihatkan pada Gambar 4 yang mengilustrasikan kondisi reaksi jangkar untuk jenis beban yang berbeda-beda.Gambar 4. (a), (b), (c), dan (d) Kondisi reaksi jangkarGambar 4(a). Memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani tahanan (resistif) sehingga arus jangkar Ia sefasa dengan GGL Eb dan A akan tegak lurus terhadap F.Gambar 4(b). Memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani kapasitif, sehingga arus jangkar Ia mendahului GGL Eb sebesar dan A terbelakang terhadap F dengan sudut (90 ).Gambar 4(c). Memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani kapasitif murni yang mengakibatkan arus jangkar Ia mendahului GGL Eb sebesar 90o dan A akan memperkuat F yang berpengaruh terhadap pemagnetan.Gambar 4(d). Memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani induktif murni sehingga mengakibatkan arus jangkar Ia terbelakang dari GGL Eb sebesar 90o dan A akan memperlemah F yang berpengaruh terhadap pemagnetan.

3.5.Karakteristik generator sinkron bekerja sendiria.Karakteristik beban nol

yaitu karakteristik yang menggambarkan hubungan antara tegangan keluaran generator dan arus penguatannya pada putaran generator konstan =

:

: tegangan remanensi

: daerah inti jenuh

: daerah inti linier

Gambar 5. Karakteristik beban nol generator sinkron

Mula-mula generator diputar hingga , kemudian diamati tegangan keluaran mulai hingga .

b.Karakteristik pembebananTegangan keluar generator akan menurun bila generator mulai dibebani, hal ini terjadi akibat adanya tegangan jatuh dalam belitan generator.

Gambar 5.4 Rangkaian ekivalen generator sinkronGambar 6. Rangkaian ekuivalen generator sinkron

pers (5.6)

Tegangan jatuh pada generator adalah fungsi dari parameter mesin () dan arus serta beban generator.

tetap

tetap

Gambar 7. Karakteristik beban generator sinkron

Karakteristik ini dapat diperoleh dengan pengamatan atas generator, mulai (tanpa beban) hingga - nominal, sementara putaran generator dengan arus penguatnya dijaga konstan.

3.6.Generator sinkron bekerja paralel jala-jalaPada instalasi pembangkit PLN misalnya, generator-generator PLN dioperasikan secara paralel melayani beban-beban di pulau Jawa. Secara bersama-sama kesemua generator tersebut menanggung beban yang berupa beban nyata kW maupun kVAR.Sebelum menanggung beban, diperlukaan proses pem-parelelan generator ke jala-jala, yaitu saat dimana tegangan generator disatukan dengan tegangan jala-jala (switch paralel di-on kan). Syarat diperkenankannya switch paralel di-on kan adalah : Tegangan keluaran generator dan jala-jala sama Frekuensi keluaran generatro dan jala-jala sama Beda sudut fasa antara tegangan generator jala-jala = 0Pada kondisi itu tercapai, saklar paralel dapat di-on kan tanpa ada aliran arus atau daya antara generator dan jala-jala. Operasi pem paralelan berlangsung halus.Bila terjadi perbedaan atas salah satu syarat sama diatas maka akan timbul arus atau daya penyesuaian yang mengalir antara generator jala-jala. Dalam praktikum, hal ini tidak boleh terjadi karena dapat menimbulkan kerusakan atas peralatan ukur. Lihat gambar 5.6 urutan fasa yang sama dapat dites dengan frekuensi meter atau suatu deteksi dengan sistem lampu terang (L1 gelap, L2 dan L3 terang maksimum). Pada urutan fasa yang sudah sama, terang lampu berjalan teratur L1, L3, L2, L1, L3 dan seterusnya. Bila terang lampu berputar ke kanan, tanda frekuensi generator terlalu tinggi dan sebaliknya, keadaan yang benar tercapai bila terang lampu telah stabil yaitu L1 padam, L2 dan L3 menyala terang. Bila tidak, urutan penyalaan lampu tidak teratur terang lampu tidak berputar.Syarat tegangan sama dites dengan voltmeter. Syarat posisi tepat untuk paralel (switch paralel ON) dilakukan dengan voltmeter nol. Jadi setelah urutan fasa sesuai, tegangan dan frekuensi sama, beda sudut fasa = 0 dapat ditandai dengan penunjukan zero voltmeter = 0 (atau terang lampu yang stabil pada L1 padam, L2 dan L3 menyala sama terang). Setelah paralel, pengiriman daya listrik nyata (kW) dari generator ke jaringan (jala-jala) dapat dilakukan dengan menaikkan energi mekanis input generator yang dilaksanakan dengan mengurangi arus penguat motor arus searah. Hal ini dilakukan secara hati-hati (maksimum 5 A). Jangan sampai terbalik karena berbahaya (daya akan masuk ke generator). Pengiriman daya kVAR dilakukan dengan menaikkan arus penguat generator sinkron.

Gambar 8. Rangkaian deteksi kondisi sinkron

Misal arus generator 3 A, pada tegangan jala-jala 220 V dan = 0,8 maka daya yang dikirim ke jala-jala :

kVA terkirim = 3 x x 220 x 10-3

kW terkirim = 3 x x 220 x 0,8 x 10-3

kVAR terkirim = = 3 x 220 x

4. Percobaan1. Buat rangkaian percobaan sesuai gambar sebagai berikut.2.

Jalankan motor arus searah hingga lalu ukur . Naikkan generator dan catat nilai hingga nominal, pada untuk memperoleh data karakteristik beban nol. 3.

Pada nominal generator, berikan pembebanan mulai dengan beban rendah. Catat nilai generator (tetap), , , untuk memperoleh data karakteristik pembebanan operasi sendiri.4.

Lakukan prosedur 2 lalu persiapkan langkah paralel dengan jala-jala. Periksa , , sudut fasa generator, CB by pass tahanan off. Bila telah memenuhi syarat paralel, ON-kan CB paralel lalu segera ON-kan pula CB by pass tahanan. (Amankan alat ukur atau meter dengan mem-by pass-kan dulu kumparan arusnya sebelum CB paralel ON !).5. Lakukan pengiriman daya dari generator ke jala-jala, secara hati-hati. (daya tidak boleh mengalir dari jala-jala ke generator dan pengaman alat ukur-lihat no 4-hanya boleh dibuka pada saat mengukur saja !)

5. Pertanyaan1. Gambarkan karakteristik beban nol generator2. Gambarkan karakteristik beban, operasi sendiri3. Pelajari makna pengiriman daya dari generator ke jala-jala kemukakan hasil pengukuran saudara.

6. Data Hasil Percobaan Tanggal percobaan:Kelompok:VI

Tabel 1. Kondisi tanpa beban

(rpm)

(V)(A)(A)(kW)(A)

150015002300132,803,07

120012001950112,5802,6

900900145083,7201,93

60060095054,8501,27

30030050028,8700,67

Tabel 2. Keadaan dengan beban 450 watt

(rpm)

(V)(A)(V)(kW)(A)

150012501851,2106,81202,47

120010751501,086,60152

9007201050,860,6281,40

600450700,540,4130,93

300240350,320,2110,47

Tabel 3. Keadaan dengan beban 750 watt

(rpm)

(V)(A)(V)(kW)(A)

150011501702,098,15302,27

12009401351,877,94211,80

900620951,354,85101,27

600420600,834,6440,80

300210300,517,3210,40

Tabel 4. Pengukuran saat tegangan jatuh (sesaat setelah switch beban di-ON-kan)

Keterangan :dengan N dan If konstandari data beban I (450 watt) dari data beban II (750 watt)7. Contoh Perhitungan

Data diambil pada saat putaran rpmKeadaan tanpa beban

Diketahui : V; A ; kW

Contoh perhitungan : V

ATabel 1. Keadaan tanpa beban

(rpm)

(V)(A)(V)(kW)(A)

150015002300132,8003,07

120012001950112,5802,60

900900145083,7201,93

60060095054,8501,27

30030050028,5700,67

Keadaan beban I (450 watt)

Diketahui : V; A ; kW

Contoh perhitungan : V

A

Tabel 2. Kondisi dengan beban 450 watt

(rpm)

(V)(A)(V)(kW)(A)

150012501850,2106,81202,47

120010751501,086,60152

9007201050,860,6281,40

600450700,540,4130,93

300240350,320,2110,47

Keadaan beban II (750 watt)

Diketahui : V; A ; kW

Contoh perhitungan : V

ATabel 3. Keadaan dengan beban 750 watt

(rpm)

(V)(A)(V)(kW)(A)

15001150170298,15302,27

12009401351,877,94211,8

900620951,254,85101,27

600420600,834,6440,8

300210300,517,3210,4

Keadaan tegangan jatuhTabel 4. Pengukuran saat tegangan jatuh (sesaat setelah switch beban di-ON-kan)

(rpm)(volt)(volt) (ampere)

1500132,8106,8125,991,221,65

98,1534,65217,32

1200112,5886,6025,98125,98

77,9434,641,819,24

90083,7260,6223,10,828,88

54,8528,871,224,06

60054,8540,4114,440,528,88

34,6420,210,825,26

30028,8720,218,660,328,87

17,3211,550,523,1

8. GrafikUntuk keadaan tanpa beban

Grafik 1. Berdasarkan grafik, pada keadaan tampa beban nila Ia = 0

Grafik 2. Berdasarkan grafik, nilai E0 berbanding lurus terhadap nilai If, semakin tinggi nilai E0 maka semakin tinggi nilai If.

Untuk keadaan beban I (450 Watt)

Grafik 3. Berdasarkan grafik, nilai If berbanding lurus terhadap nilai E0, semakin besar nilai E0 maka nila If juga akan semakin besar. Semakin besar nilai E0 maka nilai Ia juga akan semakin besar.

Grafik 4. Berdasarkan grafik, nilai If berbanding lurus terhadap nilai E0, semakin besar nilai E0 maka nila If juga akan semakin besar.

Untuk keadaan beban II (750 Watt)

Grafik 5. Berdasarkan grafik, nilai Ia berbanding lurus terhadap nilai E0, semakin besar nilai E0 maka nilai Ia juga akan semakin besar.

Grafik 6. Berdasarkan grafik, nilai If berbanding lurus terhadap nilai E0, semakin besar nilai E0 maka nilai If juga akan semakin besar

9. Analisa Percobaan 1. Motor akan semakin melambat jika diberi beban.2. Ketika diberi beban, maka kuat arus penguatan If akan makin kecil.3. Semakin tinggi besar daya, maka beban yang diberikan semakin tinggi.4. Ketika tidak diberi beban, maka besar daya adalah nol.5. Saat tegangan jatuh, nilai terkecil terjadi ketika nilai putaran motornya terkecil, demikian pula sebaliknya.

10. Kesimpulan 1. Beban mempengaruhi putaran motor yaitu jika diberi beban maka putaran motor yang awalnya cepat akan melambat dengan sendirinya.2. Pada kondisi beban, daya yang dihasilkan akan turun secara konstan jika putaran motor di perkecil.3. Untuk setiap percobaan dengan beban, nilai Ia berbanding lurus terhadap nilai E0 yaitu semakin besar nilai E0 maka nilai Ia juga akan besar.4. Untuk setiap percobaan dengan beban, nilai If berbanding lurus terhadap nilai E0, semakin besar nilai E0 maka nilai If juga akan besar.5. Nilai E0 pada saat tegangan jatuh sama dengan nilai E0 tanpa beban pada setiap putaran (N)

11. Daftar PustakaHage. Prinsip Kerja Generator Sinkron. Tersedia di http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/prinsip-kerja-generator-sinkron.html (15 November 2011).

10