No Load And Load Test Generator Sinkron

NO LOAD DAN LOAD TEST GENERATOR SINKRON M Rizky Adriansyah S [email protected] Jurusan Teknik Elektro Polines Prodi Teknik Listrik Jln. Prof. Sudarto Tembalang Semarang INDONESIA Intisari Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron. Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah daya mekanik menjadi daya listrik. Generator sinkron dapat berupa generator sinkron tiga fasa atau generator sinkron AC satu fasa tergantung dari kebutuhan. Generator sinkron yang dipergunakan ini mempunyai rating daya dari ratusan sampai ribuan Megavolt-Ampere (MVA). Keywords—generator sinkron, no load test and load test. I. PENDAHULUAN Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah daya mekanik menjadi daya listrik. Generator sinkron dapat berupa generator sinkron tiga fasa atau generator sinkron AC satu fasa tergantung dari kebutuhan. 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: f = 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 tetap dengan 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.

II.

PEMBAHASAN

A. KONSTRUKSI GENERATOR SINKRON Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron. Ada dua struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC (membangkitkan medan magnet, biasa disebut sistem eksitasi) dan sebuah kumparan (biasa disebut jangkar) tempat dibangkitkannya GGL arus bola-balik. Hampir semua mesin sinkron mempunyai belitan GGL berupa stator yang diam dan struktur medan magnit berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber DC luar melaui slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat arang yaitu sistem “brushless excitation”. KONSTRUKSI GENERATOR ARUS BOLAK-BALIK TERDIRI DARI DUA BAGIAN, YAITU : 1. Stator adalah bagian yang diam yang mengeluarkan tegangan bolak-balik. 2. Rotor adalah bagian yang bergerak yang menghasilkan medan magnet dan menginduksikan ke stator. 3. Rangka stator terbuat dari besi tuang, rangka stator merupakan rumah dari bagian-bagian generator lain. 4. Cincin geser terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor. 5. Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus Tachometer ditempelkan langsung pada poros sebuah motor dan dibaca putarannya pada skala yang ada.

tiga lilitan yang sama dan tiga tegangan outputnya berbeda fasa 1200 pada masingmasing fasa.

Gambar 2.1 Konstruksi Generator arus bolak-balik B. PRINSIP KERJA GENERATOR Kecepatan rotor dan frekuensi dari tegangan yang dibangkitkan berbanding secara langsung memperlihatkan prinsip kerja dari sebuah generator AC dengan dua kutub, dan dimisalkan hanya memiliki satu lilitan yang terbuat dari dua penghantar secara seri, yaitu penghantar a dan a’. Lilitan seperti ini disebut Lilitan terpusat, dalam generator sebenarnya terdiri dari banyak lilitan dalam masing-masing Phasa yang terdistribusi pada masing-masing alur stator dan disebut Lilitan terdistribusi. Diasumsikan rotor berputar searah jarum jam, maka flux medan rotor bergerak sesuai lilitan jangkar. Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus per ditik atau 1 Hertz (Hz). Bila kecepatannya 60 revolution per menit (Rpm), frekuensi 1 Hz. Untuk frekuensi f = 60 Hz, maka rotor harus berputar 3600 Rpm. Untuk kecepatan rotor n rpm, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolution per detik (rps). Bila rotor mempunyai lebih dari 1 pasang kutub, misalnya P kutub maka masing-masing revolution dari rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam lilitan stator. Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan rotor. f = P n Hertz 2 60 Untuk generator sinkron tiga phasa, harus ada tiga belitan yang masing-masing terpisah sebesar 120 derajat listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti diperlihatkan pada kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’ Masing-masing lilitan akan menghasilkan gelombang Fluksi sinus satu dengan lainnya berbeda 120 derajat listrik. Dalam keadaan seimbang besarnya fluksi sesaat : ΦA = Φ m · Sin ωt ΦB = Φ m · Sin (ωt – 120°) ΦC = Φ m · Sin (ωt – 240°) 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 bolakbalik satu fasa, akan tetapi pada generator tiga fasa memiliki

Besar tegangan generator bergantung pada : 1. Kecepatan putaran (N) 2.Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z) 3.Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f) 4. Jumlah Kutub Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan :

f=

p.n 120

dimana : f = frekuensi tegangan (Hz) p = jumlah kutub pada rotor n = kecepatan rotor (Rpm) Fase mempunyai sistem tegangan yang masing-masing fase berbeda sebesar 1200. Tinggi tegangan dipengaruhi oleh kecepatan putar generator dan besar fluksi magnet generator. Fluksi magnet dihasilkan oleh arus magnetisasi atau biasa disebut dengan arus penguatan (Iex). Hubungan antara tegangan dan kedua variabel tersebut dituliskan dengan rumus:

Tegangan keluaran generator berupa kawat yang diberi inisial R, S, T, dan N. Hubungan belitan kawat dan vektor tegangan 3 fase dapat dilihat pada gambar dibawah ini: NR = VNS = VN = Vf = tegangan fase VRS = VST = VTR = VL = tegangan antar fase VL = 31/2 x Vf C. BENTUK PENGUATAN

Seperti telah

Ada dua tipe sistem penguatan “Solid state”, yaitu: •Sistem statis yang menggunakan Diode atau Thyristor statis, dan arus dialirkan ke rotor melalui Slipring. •“Brushless System”, pada sistem ini penyearah dipasangkan diporos yang berputar dengan rotor, sehingga tidak dibutuhkan sikat arang dan slip-ring.

D. KECEPATAN PUTAR GENERATOR SINKRON diuraikan diatas, bahwa untuk membangkitkan fluks magnetik diperlukan penguatan DC. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari generator DC penguatan sendiri yang seporos dengan rotor mesin sinkron. Pada mesin sinkron dengan kecepatan rendah, tetapi rating daya yang besar, seperti generator Hydroelectric (Pembangkit listrik tenaga air), maka generator DC yang digunakan tidak dengan penguatan sendiri tetapi dengan “Pilot Exciter” sebagai penguatan atau menggunakan magnet permanent (magnet tetap).

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: f = 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.

Gambar 1. Generator Sinkron Tiga fasa dengan Penguatan Generator DC “Pilot Exciter”.

E. ALTENATOR 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.fluks yang mana: c = konstanta mesin n = putaran sinkron

Gambar 2. Generator Sinkron Tiga fasa dengan Sistem Penguatan “Brushless Exciter System”. Alternatif lainnya untuk penguatan eksitasi menggunakan Diode ssilikon dan Thyristor.

adalah

f = 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).

F.

ALTENATOR BERBEBAN

Xs = reaktansi sinkron

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) .

BI. GAMBAR RANGKAIAN

Bila 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 Ra



Reaktansi bocor jangkar X



Reaksi Jangkar Xa Resistansi Jangkar

Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegang/fasa (tegangan jatuh/fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar. b)

Reaktansi Bocor Jangkar

Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut Fluks Bocor c)

Gambar 5.2 Rangkaian NO LOAD dan LOAD TEST GEBERATOR SINKRON

Reaksi Jangkar

Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar (ΦA ) yang berintegrasi dengan fluksi yang dihasilkan pada kumparan medan rotor(ΦF), sehingga akan dihasilkan suatu fluksi resultan sebesar : Persamaan tegangan pada generator adalah: Ea = V + I.Ra + j I.Xs Xs = Xm + Xa yang mana: Ea = tegangan induksi pada jangkar V = tegangan terminal output Ra = resistansi jangkar

IV.

PROSEDUR NO LOAD DAN LOAD TEST GENERATOR SINKRON

Pada percobaan no load dan load test generator harus dipersiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan terlebih dahulu. Dalam percobaan ini menggunakan alat yang bernama DLORENZO. Untuk prosedur percobaannya sebagai berikut : 1.Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan 2.Rangkai alat dan bahan sesuai gambar rangkaian 3.Hubungkan beban resistif, beban induktif, dan beban kapasitif pada hubungan bintang. Beban resitif akan digunakan pertama kali. 4.Sebelum memulai pengukuran beban diseting pada nilai nol 5.Mulai dari 0 Volt, naikan nilai tegangan power supply DC untuk menjalankan motor-altenator dan sesuaikan tegangan ini sampai kecepatan nominal altenator tercapai 3000 rpm 6.Supply altenator dengan arus exciter Ieo 200 mA dan pertahankan untuk semua pengukuran 7.Ketika motor altenator telah bekerja, mulai dari nilai R1 diturunkan beban resistifnya pada tiap tahap sampai nilai R5 8.Pada tiap tahap pengukuran ukur arus stator dan tegangan dan masukan nilai pengukuran pada table yang tersedia 9.Kemudian ulangi langkah-langkah diatas untuk beban induktif dan kapasitif 10. Kemudian buatlah digram hasil pratikum dengan beban resitif, induktif dan kapasitif dari data table V. ANALISA

Berdasarkan tabel data percobaab no load test diatas dapat dibuat grafik sebagai berikut : No Load test 600 500 400 300 200

Speed (min) 3000 2500 2000

100 0

1.

2.

3.

semakin turun sehingga fluks total (φr) semakin kecil. Dengan fluks total yang semakin kecil maka GGL induksi yang dihasilkan generator semakin kecil juga Pada pembebanan resistif, fluk tidak akan terpengaruh. Sehingga tegangan yang dihasilkan generator relative tetap.

Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa pada kecepatan yang naik secara konstan sebesar 500 rpm dan juga pada arus eksitasi dengan kenaikan konstan 50 ma diketahuai beberapa akibat sebagai berikut : Pada saat kecepatan putar 3000 rpm, tegangan yang dihasilkan alternator akan naik dengan rata-rata sebesar 50 volt tiap kenaikan arus eksitasi 50 ma. Dan akan mencapai tegangan maksimal yang dihasilkan alternator sebesar 380 V pada saat arus eksitasi sebesar 200 ma. Saat kecepatan putar 2500 rpm, tegangan alternator akan naik dengan rata-rata sebesar 60 volt tiap kenaikan arus eksitasi sebesar 50 ma. Dan mencapai tegangan maksimal yang dihasilkan alternator sebesar 380 V pada saat arus eksitasi sebesar 300 ma. Pada kecepatan putar 2000 rpm, tegangan yang dihasilkan alternator akan naik dengan rata-rata sebesar 55 volt mulai dari arus eksitasi sebesar 100 ma hingga 250 ma. Dan pada saat arus eksitasi sebesar 300 ma hingga 550 ma, tegangan yang dihasilkan akan naik dengan rata-rata tegangan 10 volt hingga hampir mencapai tegangan maksimal yang dihasilkan sebesar 380 volt pada saat arus eksitasi sebesar 550 ma. Load Test Pada pembebanan kapasitif, semakin besar arus beban semakin besar tegangan terminal generator. Karena sifat dari beban kapasitif yaitu arus mendahului tegangan. Sehingga jika alternator dibebani kapasitif, maka arus jangkar akan mendahului GGL induksi yang dibangkitkan. Dengan arus jangkar yang mendahului tersebut akan menghasilkan dan memperkuat fluks jangkar (φa). Sehingga fluks total (φR) semakin besar Dengan fluks total yang semakin besar maka GGL induksi yang dihasilkan generator semakin besar juga Pada pembebanan induktif, semakin besar arus beban semakin kecil tegangan terminal generator. Karena sifat dari beban induktif yaitu arus tertinggal terhadap tegangan. Sehingga jika alternator dibebani induktif, maka arus jangkar ketinggalan terhadap GGL induksi yang dibangkitkan. Dengan arus jangkar yang ketinggalan tersebut maka akan dihasilkan fluks jangkar (φa) yang

VI. KESIMPULAN Dari pembahasan dan pertanyaaan diatas dapat disimpulkan bahwa : 1. Melalui tes no load pada alternator dapat diketahui besarnya rugi besi dan juga rugi mekanis dari alternator. 2. Semakin besar kecepatan putar yang diberikan pada alternator, maka akan semakin cepat mendapatkan hasil keluaran tegangan maksimal dari alternator tersebut. 3. Pada hambatan resistif yang seimbang, arus dan tegangan pada alternator akan mengalami kenaikan yang cenderung konstan. 4. Pada hambatan induktif yang seimbang, arus pada alternator akan mengalami kenaikan nilai yang cenderung konstan namun pada tegangannya akan mengalami penurunan tegangan yang cukup besar. Pada hambatan kapasitif yang seimbang, arus dan tegangannya pada alternator akan mengalami kenaikan yang cukup besar. VII. SARAN Kebutuhan akan energi sangatlah banyak, dikarenakan setiap manusia di muka bumi sangat bergantung pada listik. Untuk itu alangkah baiknya dalam memenuhi kebutuhan energi ini diharapkan manusia juga memikirkan untuk mencari energi alternatif sebagai cadangan dari energi yang ada saat ini. Dalam pemakaian energi listrik supaya lebih hemat, karena untuk ketersediaan kembali membutuhkan waktu yang lama.

VIII. PENUTUP Demikian makalah mengenai sinkronisasi generator genga tegangan PLN dari kami, apabila terdapat kesalahan penulisan atau terdapat kalimat yang kurang. Penulis mohon maaf, semoga bermanfaat bagi pembacanya.

REFERENSI

[1] Politeknik UNDIP. 1984. Machine Laboratory Jurusan Teknik Listrik. Bandung:PEDC Bandung. [2] De Lorenzo. Alternator and Paralel DL GTU101.1 for Electrical Power Engineering. Italy. [3]https://www.academia.edu/6441467/PRINSIP_KERJA _GENERATOR_SINKRON [4] http://insyaansori.blogspot.com/2014/02/generatorsinkron.html

[5] https://id.vbook.pub.com/doc/147062736/AlternatorTes-Load-no-Load [6]http://www.slideshare.net/beninass/generatorsinkron [7]http://yulizarpost.com/2014/11/pengertian-danprinsip-kerja-generator-sinkron.html