N-8 Motor Generator Sinkron No Load and Load Test_wisnu Wijanarko_lt2d_23

LAPORAN PRAKTIKUM MESIN LISTRIK (GENERATOR SINKRON NO LOAD AND LOAD TEST)

Dosen Pembimbing:

Djodi Antono

Disusun Oleh:

Wisnu Wijanarko

3.39.12.0.23

LT 2D – 23

[email protected]

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2014

LAPORAN PRAKTIKUM MESIN LISTRIK LT 2D

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2014

MOTOR SINKRON NO LOAD DAN LOAD

( EXPERIMENT N.8 )

1. PENDAHULUAN

Praktikum ini dapat dikatakan sebagai simulasi persiapan pengopersian generator.

Generator akan diputar dwngan bantuan motor dc dengan kecepatan putar tertentu. Kutub

terminal generator tidak dihubungkan ke beban. Arus eksitasi diset mula2 0 kemudian

dinaikan dengan selisih kenaikan tertentu sampai tegangan keluaran generator bernilai 380 V.

Dari percobaan tanpa beban arus jangkar adalah nol (Ia = 0) sehingga V sama dengan Ea.

Sehingga dari pengujian ini diperoleh kurva Ea sebagai fungsi arus medan (If). Dari kurva ini

harga yang akan dipakai adalah harga liniernya (unsaturated). Pemakaian harga linier yang

merupakan garis lurus cukup beralasan mengingat kelebihan arus medan pada keadaan jenuh

sebenarnya dikompensasi oleh adanya reaksi jangkar.

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. (1.1)

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 1.1 Karakteristik tanpa beban generator sinkron

2. DASAR TEORI

GENERATOR SINKRON

Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron. Generator

sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron yangdigunakan untuk mengubah

daya mekanik menjadi daya listrik. Generator sinkrondapat berupa generator sinkron tiga fasa

atau generator sinkron AC satu fasatergantung dari kebutuhan.

1.1 Konstruksi Generator Sinkron

Pada generator sinkron, arus DC diterapkan pada lilitan rotor untuk mengahasilkan mdan

magnet rotor. Rotor generator diputar oleh prime mover menghasilkan medan magnet

berputar pada mesin. Medan magnet putar ini menginduksi tegangan tiga fasa pada kumparan

stator generator. Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet

yang besar. Kutub medan magnet rotor dapat berupa salient (kutub sepatu) dan dan non

salient (rotor silinder). Gambaran bentuk kutup sepatu generator sinkron diperlihatkan pada

gambar di bawah ini.



Gambar 1.1 Rotor salient (kutub sepatu) pada generator sinkron

Pada kutub salient, kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor sedangkan pada

kutub non salient, konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan rotor.

Rotor silinder umumnya digunakan untuk rotor dua kutub dan empat kutub, sedangkan rotor

kutub sepatu digunakan untuk rotor dengan empat atau lebih kutub. Pemilihan konstruksi

rotor tergantung dari kecepatan putar prime mover, frekuensi dan rating daya generator.

Generator dengan kecepatan 1500 rpm ke atas pada frekuensi 50 Hz dan rating daya sekitar

10MVA menggunakan rotor silinder. Sementara untuk daya dibawah 10 MVA dan kecepatan

rendah maka digunakan rotor kutub sepatu. Gambaran bentuk kutup silinder generator

sinkron diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

(a) (b)

Gambar 1.2 Gambaran bentuk (a) rotor Non-salient (rotor silinder), (b) penampang

rotor pada generator sinkron



Arus DC disuplai ke rangkaian medan rotor dengan dua cara:

1. Menyuplai daya DC ke rangkaian dari sumber DC eksternal dengan sarana

slip ring dan sikat.

2. Menyuplai daya DC dari sumber DC khusus yang ditempelkan langsung pada

batang rotor generator sinkron.

1.2 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.

Gambar 1.3 Gambaran sederhana kumparan 3-fasa dan tegangan yang dibangkitkan



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.

1.3 Kecepatan Putar Generator Sinkron

Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron dengan kecepatan putar

generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian elektromagnet dengan suplai arus

DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah putaran rotor. Hubungan antara kecepatan putar

medan magnet pada mesin dengan frekuensi elektrik pada stator adalah:

120

.pnf r

e (1.1)

yang mana:

fe = frekuensi listrik (Hz)

nr = kecepatan putar rotor = kecepatan medan magnet (rpm)

p = jumlah kutub magnet

Oleh karena rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan medan magnet, persamaan

diatas juga menunjukkan hubungan antara kecepatan putar rotor dengan frekuensi listrik yang

dihasilkan. Agar daya listrik dibangkitkan tetap pada frekuensi 50Hz atau 60 Hz, maka

generator harus berputar pada kecepatan tetapdengan jumlah kutub mesin yang telah

ditentukan. Sebagai contoh untuk membangkitkan 60 Hz pada mesin dua kutub, rotor arus

berputar dengan kecepatan 3600 rpm. Untuk membangkitkan daya 50 Hz pada mesin empat

kutub, rotor harus berputar pada 1500 rpm.

1.4 Alternator 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. (1.2)

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 1.4 Karakteristik tanpa beban generator sinkron

1.5 Alternator 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 (1.3)

Xs = Xm + Xa (1.4)

yang mana:



Ea = tegangan induksi pada jangkar

V = tegangan terminal output

Ra = resistansi jangkar

Xs = reaktansi sinkron

Karakteristik pembebanan dan diagram vektor dari alternator berbeban induktif

(faktor kerja terbelakang) dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 1.5 Karakteristik alternator berbeban induktif

1.6 Rangkaian Ekuivalen Generator Sinkron

Tegangan induksi Ea dibangkitkan pada fasa generator sinkron. Tegangan ini biasanya tidak

sama dengan tegangan yang muncul pada terminal generator. Tegangan induksi sama dengan

tegangan output terminal hanya ketika tidak ada arus jangkar yang mengalir pada mesin.

Beberapa faktor yang menyebabkan perbedaan antara tegangan induksi dengan tegangan

terminal adalah:

1. Distorsi medan magnet pada celah udara oleh mengalirnya arus pada stator,

disebut reaksi jangkar.

2. Induktansi sendiri kumparan jangkar.

3. Resistansi kumparan jangkar.

4. Efek permukaan rotor kutub sepatu.

Rangkaian ekuivalen generator sinkron perfasa ditunjukkan pada gambar di bawah

ini.



Gambar 1.6 Rangkaian ekuivalen generator sinkron perfasa

1.7 Menentukan Parameter Generator Sinkron

Harga s X diperoleh dari dua macam percobaan yaitu percobaan tanpa beban dan percobaan

hubungan singkat. Pada pengujian tanpa beban, generator diputar pada kecepatan ratingnya

dan terminal generator tidak dihubungkan ke beban. Arus eksitasi medan mula adalah nol.

Kemudian arus eksitasi medan dinaikan bertahap dan tegangan terminal generator diukur

pada tiap tahapan. Dari percobaan tanpa beban arus jangkar adalah nol (Ia = 0) sehingga V

sama dengan Ea. Sehingga dari pengujian ini diperoleh kurva Ea sebagai fungsi arus medan

(If). Dari kurva ini harga yang akan dipakai adalah harga liniernya (unsaturated). Pemakaian

harga linier yang merupakan garis lurus cukup beralasan mengingat kelebihan arus medan

pada keadaan jenuh sebenarnya dikompensasi oleh adanya reaksi jangkar.

Gambar 1.7 Karakteristik tanpa beban

Pengujian yang kedua yaitu pengujian hubung singkat. Pada pengujian ini mula-mula arus

eksitasi medan dibuat nol, dan terminal generator dihubung singkat melalui ampere



meter. Kemudian arus jangkar Ia (= arus saluran) diukur dengan mengubah arus eksitasi

medan. Dari pengujian hubung singkat akan menghasilkan hubungan antara arus jangkar

(Ia ) sebagai fungsi arus medan (IF), dan ini merupakan garis lurus. Gambaran

karakteristik hubung singkat alternator diberikan di bawah ini.

Gambar 1.8 Karakteristik hubung singkat alternator

Ketika terminal generator dihubung singkat maka tegangan terminal adalah nol.

Impedansi internal mesin adalah:

Ia

EaXsRaZs 22 (1.5)

Oleh karena Xs >> Ra, maka persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi:

hs

OC

Ia

V

Ia

EaXs (1.6)

Jika Ia dan Ea diketahui untuk kondisi tertentu, maka nilai reaktansi sinkron dapat

diketahui. Tahanan jangkar dapat diukur dengan menerapkan tegangan DC pada

kumparan jangkar pada kondisi generator diam saat hubungan bintang (Y), kemudian arus

yang mengalir diukur. Selanjutnya tahanan jangkar perfasa pada kumparan dapat

diperoleh dengan menggunakan hukum ohm sebagai berikut.

DC

DC

I

VRa

.2 (1.7)

Penggunaan tegangan DC ini adalah supaya reaktansi kumparan sama dengan nol pada saat

pengukuran.



3. ALAT DAN BAHAN

1. Power supply DC

2. Rpm

3. Kabel jumper

4. Mesin DC

5. Generator sinkron

6. Amperemeter

7. Voltmeter

8. Pengatur beban

9. Pengatur arus eksitasi



4. GAMBAR RANGKAIAN



5. LANGKAH KERJA

4.1 Menyiapkan alat dan bahan.

4.2 Merangkai peralatan sesuai gambar percobaan.

4.3 Percobaan No Load (tanpa Eksitasi)

4.3.1 Menyalakan power supply.

4.3.2 Mengatur motor pada tegangan 220V dan kecepatan 3000 rpm.

4.3.3 Mencatat besarnya arus dan tegangan pada I2 dan V2.

4.3.4 Menurunkan tegangan ke 0V.

4.4 Percobaan No Load (dengan Eksitasi)

4.4.1 Menaikkan tegangan sampai dengan 220V,dan kecepatan motor menjadi

3000 rpm.

4.4.2 Menyalakan saklar pengatur arus eksitasi.

4.4.3 Mengatur arus eksitasi sampai tegangan pada V1 menjadi 380V, kemudian

mengukur arus dan tegangan pada I2 dan dan V2.

4.4.4 Kemudian menurunkan arus eksitasi dan tegangan pengatur kecepatan

motor menjadi 0.

4.4.5 Selanjutnya mengatur kecepatan motor menjadi 2000 rpm.

4.4.6 Menaikkan arus eksitasi secara bertahap sampai tegangan pada V1

menjadi 380V, dimulai dari 100mA, 150mA, 200mA, 250mA, 300mA,

350mA dan catat I2 dan V2.

4.4.7 Kemudian menurunkan arus eksitasi dan kecepatan motor menjadi 0.

4.4.8 Mengulangi langkah 4.4.6 untuk kecepatan motor 2500 rpm dan 3000

rpm.

4.4.9 Menurunkan arus eksitasi dan tegangan pengatur kecepatan motor

menjadi 0.

4.5 Percobaan Load

4.5.1 Menaikkan tegangan sampai dengan 220V,dan kecepatan motor menjadi

3000 rpm.

4.5.2 Menyalakan saklar pengatur arus eksitasi.

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

4.5.4 Mengatur saklar beban R dari 1 sampai 7, kemudian menyalakan saklar

ELCB.

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

4.5.6 Mengulangi langkah 4.5.4 untuk beban L dan C, menghitung besarnya I1,

I2, I3, I4, V1 dan V2.

4.5.7 Menurunkan arus eksitasi dan tegangan pengatur kecepatan motor

menjadi 0.

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



6. DATA

6.1. Load Test

Speed (min-1

) 3000 2500 2000

IE (Ma) US (V) US (V) US (V)

100 100 80 60

150 150 120 100

200 200 130 130

250 250 200 165

300 295 240 195

350 320 270 220

6.2. No load Test

Jenis

Beban R V1 I3 I1 I2 Rpm I4 V2

R

1-1-1 2,1 k 350 0,2 175 2,8 3000 290 208

2-2-2 1,5 k 350 0,3 175 2,8 3000 290 208

3-3-3 0,88 k 310 0,45 175 2,8 3000 290 208

4-4-4 0,6 k 280 0,55 175 2,8 3000 290 208

5-5-5 0,43 k 230 0,65 175 2,8 3000 290 208

6-6-6 0,3 k 180 0,7 175 2,8 3000 290 208

7-7-7 0,25 k 150 0,75 175 2,8 3000 290 208

XL

1-1-1 70,3 k 340 0,15 175 1,7 3000 290 208

2-2-2 54 k 320 0,2 175 1,7 3000 290 208

3-3-3 33,3 k 290 0,3 175 1,7 3000 290 208

4-4-4 21,7 k 250 0,4 175 1,7 3000 290 208

XC

1-1-1 - 420 0,2 175 1,7 3000 290 208

2-2-2 - 440 0,25 175 1,7 3000 290 208



0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 100 200 300 400

Grafik tegangan terhadap arus pada beban R

grafik teganganterhadap arus padabeban R

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 100 200 300 400

Grafik tegangan terhadap arus pada beban XL

grafik teganganterhadap arus padabeban XL

0

100

200

300

400

500

0 100 200 300 400 500

Grafik tegangan terhadap arus pada beban Xc

Grafik teganganterhadap arus padabeban Xc



7. ANALISA PERCOBAAN

Tabel 6.1. No load test

Pada tabel 6.1.3. percobaan tanpa beban menunjukkan data tegangan pada arus dan

kecepatan tertentu. Pada saat kecepatan 3000 rpm dan arus sebesar 100 mA, tegangan (Us)

menunjukkan angka 100 volt sedangkan pada kecepatan yang sama ketika arus 150 Ma

tegangan menunjukkan angka 150 volt. Pada kecepatan 2500 rpm dan arus sebesar 100 mA,

tegangan (Us) menunjukkan angka 80 volt sedangkan pada kecepatan yang sama ketika arus

150 mA tegangan menunjukkan 120 volt. Pada kecepatan 2000 rpm dan arus sebesar 100

mA, tegangan menunjukkan angka 60 volt sedangkan pada kecepatan yang sama ketika arus

150 mA tegangan menunjukkan angka 100 volt. Pada data diatas dapat dilihat bahwa

tegangan akan naik seiring dinaikkannya arus maupun kecepatan putar motor dc.

Pada percobaan ini kecepatan maksimal yang digunakan adalah 3000 rpm. Hal ini

menyesuaikan dengan spesifikasi motor dc penggerak generator. Arus dinaikkan perlahan

sampai tegangan mencapai nilai tertentu dalam hal ini adalah 380 v atau bisa juga lebih tetapi

harus tetap menyesuaikan dengan batas kemampuan ukur voltmeter yang digunakan.

Tabel 6.2. Load Test

Pada percobaan dengan beban resistif, diberikan tegangan awal (V2) 208 V dengan

kecepatan 3000 rpm, kemudian diberikan arus eksitasi dengan tegangan hingga 380 Volt.

Diperoleh data ketika beban R 1-1-1 tegangan eksitasi menunjukkan angka 350 Volt dan arus

beban menunjukkan angka 0,2 Ampere. Ketika beban R 3-3-3 diperoleh data tegangan

eksitasi 310 Volt dan arus beban 0,45 Ampere.

Pada percobaan dengan beban induktif, diberikan tegangan awal (V2) 208 V dengan


Diperoleh data ketika beban XL1-1-1 tegangan eksitasi menunjukkan angka 340 Volt dan

arus beban menunjukkan angka 0,15 Ampere. Ketika beban XL 3-3-3 diperoleh data tegangan


Pada percobaan dengan beban kapasitif, diberikan tegangan awal (V2) 208 V dengan


Diperoleh data ketika beban Xc 1-1-1 tegangan eksitasi menunjukkan angka 420 Volt dan

arus beban menunjukkan angka 0,2 Ampere. Ketika beban Xc 2-2-2 diperoleh data tegangan




Berdasarkan data diatas, dapat dilihat bahwa tegangan akan turun dan arus akan naik

seiring dinaikkannya beban dan kecepatan motor konstan.

8. KESIMPULAN

1. Pembebanan pada motor sinkron harus memperhatikan nilai beban dan arus eksitasi.

2. Semakin besar beban, maka semakin besar pula arus eksitasi yang dibutuhkan.

3. Semakin besar nilai beban maka semakin kecil arus yang mengalir.



Daftar Pustaka

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

2. http://affrins.blogspot.com/2012/05/motor-sinkron.html

3. http://faizalnizbah.blogspot.com/2013/08/pengertian-dan-prinsip-kerja-motor.html

N-8 Motor Generator Sinkron No Load and Load Test_wisnu Wijanarko_lt2d_23

Documents