BAB I

BAB I

PENDAHULUAN

I.1.LATAR BELAKANG

Di dalam era industri seperti sekarang ini, tak lepas dari penggunaan beberapa peralatan listrik. Mulai dari industri rumahan sampai industri skala besar, semua menggunakan peralatan listrik untuk menunjang daripada produksi mereka. Oleh karena itu, pemahaman terhadap peralatan peralatan listrik penunjang tersebut sangat dibutuhkan. Seperti halnya motor dan generator.

Motor yang dimaksud disini adalah motor listrik, bukan motor yang digunakan sebagai alat transportasi. Motor listrik di dunia industri sering digunakan untuk menggerakkan peralatan - peralatan penunjang. Seperti di kapal, motor listrik digunakan untuk menggerakkan crane atau di dalam sebuah gedung, digunakan untuk menggerakkan lift. Hal ini dikarenakan prinsip kerja dari motor listrik ini adalah mengubah energi listrik menjadi energi gerak.

Lain halnya dengan generator, di dalam generator energi gerak diubah menjadi energi listrik. Oleh sebab itu, generator sering digunakan sebagai pembangkit listrik cadangan di sebuah pabrik atau gedung. Di kapal, generator selain digunakan untuk menyalakan lampu, juga digunakan untuk menghidupkan pompa dan seluruh sistem yang ada di kapal.

I.2.TUJUAN

Maksud dan Tujuan Praktikum Generator 3 Fase :

1. Percobaan generator sinkron beban nol

a. Menentukan hanya arus medan magnet penguat generator pada beban nol sebagai fungsi tegangan.

b. Menentukan karakteristik generator beban nol pada putaran nominal

2. Percobaan generator sinkron berbeban.

a. Menetukan arus magnetisasi pada generator berbeban.

b. Menentukan karakteristik generator berbeban saat terpasang kapasitor.I.3.RUMUSAN PERMASALAHAN

Apakah perbedaan pembebanan yang diberikan pada lampu TL tanpa kapasitor dan dengan kapasitor?

Bagaimana grafik karakteristik generator sinkron berbeban?Bagaimana fungsi kondensator yang diparalel dengan beban?BAB II

DASAR TEORI

II.1.TEGANGANTegangan adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik. Dalam sistem 3 fase, terdapat beberapa macam tegangan, yaitu tegangan AC, tegangan DC, tegangan line dan tegangan fasa.

II.1.1 Tegangan ACTegangan dari arus Bolak Balik

Sumber : smakita.netII.1.2. Tegangan DCTegangan dari Arus Searah

Sumber : smakita.netII.1.3. Tegangan LineTegangan Line adalah tegangan yang melewati dua fase dari output generator.

Jika dihubungkan dalam rangkaian Delta, nilai tegangan line = tegangan fasa

Jika dihubungkan dalam rangkaian Wye, nilai tegangan line = 1732 x tegangan fasa

II.1.4. Tegangan FasaTegangan Fasa adalah tegangan yang melewati setiap tahap kumparan.

Jika dihubungkan dalam rangkaian Delta, nilai tegangan fasa = tegangan line

Jika dihubungkan dalam rangkaian Wye, nilai tegangan fasa = tegangan line / 1732

II.2. ARUS LISTRIK

Arus listrik adalah perpindahan banyaknya muatan listrik dari potensial tinggi ke potensial rendah. Hal ini disebabkan karena adanya elektron elektron yang bergerak. Tetapi, apabila tidak terdapat beda potensial atau terjadi keseimbangan, maka arus listrik tidak akan mengalir (Teori Jembatan Wheatstone).

II.2.1. Arus ACArus listrik yang terus berubah arah beberapa kali dalam setiap detik

II.2.2. Arus DCArus listrik yang mengalir tetap pada satu arah

II.2.3. Arus LineArus line adalah arus yang keluar dari terminal

Jika dihubungkan dalam rangkaian Delta, nilai arus line = akar 3 arus fasa

Jika dihubungkan dalam rangkaian Wye, nilai arus line = arus fasa

II.2.4. Arus FasaArus fasa adalah arus yang keluar dari belitan

Jika dihubungkan dalam rangkaian Delta, nilai arus fasa = arus line pangkat 3

Jika dihubungkan dalam rangkaian Wye, nilai arus fasa = arus line

II.3. MACAM - MACAM SISTEM EKSITASI

Self Excited Generator

Generator jenis self-exited untuk menyalakannya tidak memerlukan sumber tegangan dari luar. Generator self-excited menghasilkan tegangan kecil saat gulungan armature memotong medan magnet yang lemah. Bidang magnet lemah ini terjadi karena disebabkan oleh gaya magnet yang tertinggal di dalam kutubnya atau di dalam inti coil setelah arus dan tegangan berhenti mengalir. Gaya magnet yang tertinggal setelah daya magnetnya dilepas disebut dengan residual magnetism (sisa gaya magnet), residual magnetic akan menghasilkan tegangan kecil ke armature conductor sehingga dapat berputar.

Tegangan kecil tersebut selanjutnya akan menyebabkan arus yang lewat melalui kutub magnet akan bertambah. Bertambahnya kekuatan pada kutub magnet akan menyebabkan bertambahnya tegangan output. Hubungan antara arus yang dihasilkan oleh secara langsung menambah kekuatan magnet pada kutub magnet adalah generator dapat bekerja menghidupkan dirinya sendiri. Daya magnet yang dihasilkan oleh tegangan armature akan meningkat sampai kutup magnet mencapai titik jenuh, titik dimana kutub tidak bisa berisi garis magnet lagi.Separately Excited Generator

Output dari generator ini ditentukan oleh kekuatan medan magnet dan kecepatan putaran. Kekuatan magnet diukur dalam putaran-amper. Jadi penambahan arus dalam lilitan magnet akan menambah kecepatan putaran. Karena itulah, alat pengukur output tergantung dari ragam arus magnetnya.

Gulungan magnet dan sumber tegangan arus DC dapat dihubungkan secara terpisah atau tersendiri, Gambar 10-11. Merupakan generator jenis separately excited field generator. Dengan kecepatan tetap, outputnya dapat bermacam2 tergantung dari pengaturan pembangkitan tegangan pada arus sumber DC. Reaksi ini dilakukan dengan cara menyisipkan tehanan secara serie dengan tegangan sumber dan gulungan magnet.II.4. GENERATORGenerator adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber mekanik dengan menggunakan elektromagnetik.

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron adalah sebagai berikut :

Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap.

Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya.

Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor, akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu.

Untuk generator sinkron tiga phasa, digunakan tiga kumparan jangkar yang ditempatkan di stator yang disusun dalam bentuk tertentu, sehingga susunan kumparan jangkar yang sedemikian akan membangkitkan tegangan induksi pada ketiga kumparan jangkar yang besarnya sama tapi berbeda fasa 1200 satu sama lain.

II.4.1 Bagian - Bagian Generator

Sumber : www.google.comStator Stator terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu :

Rangka Stator

Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar generator.

Inti Stator

Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus yang terpasang ke rangka stator.

Alur (slot) dan Gigi

Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator. Ada 3 (tiga) bentuk alur stator yaitu terbuka, setengah terbuka,dan tertutup.

Kumparan Stator (Kumparan Jangkar) Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan ini merupakan tempat timbulnya ggl induksi.RotorRotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu :

Slip Ring

Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasangkan ke slip ring ini kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya menempel pada slip ring.

Kumparan Rotor (kumparan medan)

Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam menghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat arus searah dari sumber eksitasi tertentu.

Poros Rotor

Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan, dimana pada poros rotor tersebut telah terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor.II.5. MACAM - MACAM GENERATOR

II.5.1. Berdasarkan Pole

Internal Pole

Pada generator berkapasitas kecil, medan magnet dapat diletakkan pada stator yang mana energi listrik dibangkitkan pada kumparan rotor. Hal ini dsebut dengan generator kutub eksternal. Jika cara ini digunakan pada generator berkapasitas besar, maka hal ini dapat menimbulkan kerusakan pada slip ring dan karbon sikat.

Eksternal Pole

Untuk mencegah kerusakan slip ring dan karbon sikat, maka pada generator berkapasitas besar digunakan generator kutub internal, yang mana medan magnet dibangkitkan oleh kutub rotor dan tegangan AC dibangkitkan pada rangkaian stator.

II.5.2. Berdasarkan ArusArus ACGenerator Arus AC adalah generator dimana arus yang dihasilkan berupa arus bolak balik (AC)

Arus DCGenerator Arus DC adalah generator dimana arus yang dihasilkan berupa arus searah, karena terdapat sistem penyearahan yang dilakukan oleh komutator atau dioda.II.5.3. Berdasarkan FaseGenerator 1 fase

Generator 1 fasa adalah generator yang bisa menghasilkan tegangan 1 fasa jadi generator ini hanya memiliki satu kumparan stator saja.

Bagian dari generator ini terdiri dari

Stator adalah bagian generator yang tidak berputar

Rotor adalah bagian generator yang bergerak.

Kontruksi generator sinkron dapat dibedakan :

Generator kutup luar, biasanya bagian magnet yang tetap sedangkan kumparan tempat terbentuknya GGL adalah bagian yang bergerak / berputar.

Generator kutup dalam, pada generator ini bagian magnet adalah bagian yang bergerak / berputar sedangkan kumparan tempat terbentuknya GGL adalah bagian yang tidak bergerak.

Ditinjau dari jenis penguatan arus kemagnetan maka generator dibedakan menjadi

Generator penguat sendiri ( self exited )

Generator penguat terpisah ( separately Exinted ).

Generator 3 fase

Generator 3 fase adalah generator dimana menggunakan sistem tegangan seimbang yang sama besarnya, dengan beda fasa antara tegangan fasa satu dan lainnya sebesar 120o. Sistem kelistrikannya menggunakan arus bolak balik (AC).II.5.4. Berdasarkan Bentuk RotorSalient pole (Kutub Menonjol)

Pada jenis salient pole, kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor. Kumparan medannya dihubung seri. Ketika kumparan medan ini disuplai oleh eksiter, maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan.

Gbr. Salient pole

Kutub jenis ini digunakan di generator sinkron dalam putaran rendah atau sedang (120-400 rpm). Generator tipe ini biasanya dikopel dengan mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit listrik.

Non Salient pole (Kutub Silinder)

Pada jenis non salient pole, konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan rotor. Jenis rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang mempunyai alur-alur terbuat di sisi luarnya. Belitan-belitan medan dipasang pada alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang dienerjais oleh Eksiter.

II.5.5. Berdasarkan Sistem Eksitasi

Sistem eksitasi merupakan sistem yang vital pada proses pembangkitan listrik dan pada perkembangannya, sistem Eksitasi pada generator listrik ini dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:

1. Sistem Eksitasi dengan menggunakan sikat (brush excitation)2. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation).

1. Sistem Eksitasi dengan sikat

Pada Sistem Eksitasi menggunakan sikat, sumber tenaga listriknya berasal dari generator arus searah (DC) atau generator arus bolak balik (AC) yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan rectifier.

Jika menggunakan sumber listrik listrik yang berasal dari generator AC atau menggunakan Permanent Magnet Generator (PMG) medan magnetnya adalah magnet permanent. Dalam lemari penyearah, tegangan listrik arus bolak balik diubah atau disearahkan menjadi tegangan arus searah untuk mengontrol kumparan medan eksiter utama (main exciter).

Untuk mengalirkan arus Eksitasi dari main exciter ke rotor generator menggunakan slip ring dan sikat arang, demikian juga penyaluran arus yang berasal dari pilot exciter ke main exciter .

Gambar 1. Sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation).

Prinsip kerja pada sistem Eksitasi dengan sikat (Brush Excitation)

Generator penguat yang pertama, adalah generator arus searah hubungan shunt yang menghasilkan arus penguat bagi generator penguat kedua. Generator penguat (exciter) untuk generator sinkron merupakan generator utama yang diambil dayanya.

Pengaturan tegangan pada generator utama dilakukan dengan mengatur besarnya arus Eksitasi (arus penguatan) dengan cara mengatur potensiometer atau tahanan asut. Potensiometer atau tahanan asut mengatur arus penguat generator pertama dan generator penguat kedua menghasilkan arus penguat generator utama. Dengan cara ini arus penguat yang diatur tidak terlalu besar nilainya (dibandingkan dengan arus generator penguat kedua) sehingga kerugian daya pada potensiometer tidak terlalu besar. PMT arus penguat generator utama dilengkapi tahanan yang menampung energi medan magnet generator utama karena jika dilakukan pemutusan arus penguat generator utama harus dibuang ke dalam tahanan.

Sekarang banyak generator arus bolak-balik yang dilengkapi penyearah untuk menghasilkan arus searah yang dapat digunakan bagi penguatan generator utama sehingga penyaluran arus searah bagi penguatan generator utama, oleh generator penguat kedua tidak memerlukan cincin geser karena. penyearah ikut berputar bersama poros generator. Cincin geser digunakan untuk menyalurkan arus dari generator penguat pertama ke medan penguat generator penguat kedua. Nilai arus penguatan kecil sehingga penggunaan cincin geser tidak menimbulkan masalah.

Pengaturan besarnya arus penguatan generator utama dilakukan dengan pengatur tegangan otomatis supaya nilai tegangan klem generator konstan. Pengaturan tegangan otomatis pada awalnya berdasarkan prinsip mekanis, tetapi sekarang sudah menjadi elektronik.

Perkembangan sistem eksitasi pada generator sinkron dengan sistem eksitasi tanpa sikat, karena sikat dapat menimbulkan loncatan api pada putaran tinggi. Untuk menghilangkan sikat digunakan dioda berputar yang dipasang pada jangkar. Gambar 2 menunjukkan sistem excitacy tanpa sikat.

2. Sistem Eksitasi tanpa sikat (brushless excitation)

Penggunaan sikat atau slip ring untuk menyalurkan arus excitasi ke rotor generator mempunyai kelemahan karena besarnya arus yang mampu dialirkan pada sikat arang relatif kecil. Untuk mengatasi keterbatasan sikat arang, digunakan sistem eksitasi tanpa menggunakan sikat (brushless excitation).

Gambar 2. Sistem Excitacy tanpa sikat (Brushless Escitacy)

Keterangan gambar :

ME : Main Exciter

MG : Main Generator

PE : Pilot Exciter

AVR : Automatic Voltage Regulator

V : Tegangan Generator

AC : Alternating Current (arus bolak balik)

DC : Direct Current (arus searah)

Gambar 3. Sistem Eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation)

Prinsip kerja sistem Eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation)

Generator penguat pertama disebut pilot exciter dan generator penguat kedua disebut main exciter (penguat utama). Main exciter adalah generator arus bolak-balik dengan kutub pada statornya. Rotor menghasilkan arus bolak-balik disearahkan dengan dioda yang berputar pada poros main exciter (satu poros dengan generator utama). Arus searah yang dihasilkan oleh dioda berputar menjadi arus penguat generator utama. Pilot exciter pada generator arus bolak-balik dengan rotor berupa kutub magnet permanen yang berputar menginduksi pada lilitan stator. Tegangan bolak-balik disearahkan oleh penyearah dioda danmenghasilkan arus searah yang dialirkan ke kutub-kutub magnet y ang ada pada stator main exciter. Besar arus searah yang mengalir ke kutub main exciter diatur oleh pengatur tegangan otomatis (automatic voltage regulator/AVR).

Besarnya arus berpengaruh pada besarnya arus yang dihasilkan main exciter, maka besarnya arus main exciter juga mempengaruhi besarnya tegangan yang dihasilkan oleh generator utama.

Pada sistem Eksitasi tanpa sikat, permasalahan timbul jika terjadi hubung singkat atau gangguan hubung tanah di rotor dan jika ada sekering lebur dari dioda berputar yang putus, hal ini harus dapat dideteksi. Gangguan pada rotor yang berputar dapat menimbulkan distorsi medan magnet pada generator utama dan dapat menimbulkan vibrasi (getaran) berlebihan pada unit pembangkit.II.6.DAYA PADA GENERATOR 3 PHASE

II.6.1.Daya Pada Sistem 3 Fase Pada Beban Seimbang

Jumlah daya yang diberikan oleh suatu generator 3 fase atau daya yang diserap oleh beban 3 fase, diperoleh dengan menjumlahkan daya dari tiap-tiap fase. Pada sistem yang seimbang, daya total tersebut sama dengan tiga kali daya fase, karena daya pada tiap-tiap fasenya sama.

Gambar 4. Hubungan Bintang dan Segitiga yang seimbang.

Jika sudut antara arus dan tegangan adalah sebesar , maka besarnya daya perfasa adalahPfase = Vfase.Ifase.cos

sedangkan besarnya total daya adalah penjumlahan dari besarnya daya tiap fase, dan dapat dituliskan dengan,

PT = 3.Vf.If.cos

Pada hubungan bintang, karena besarnya tegangan saluran adalah 1,73Vfase maka tegangan perfasanya menjadi Vline/1,73, dengan nilai arus saluran sama dengan arus fase, IL = If, maka daya total (PTotal) pada rangkaian hubung bintang (Y) adalah :

PT = 3.VL/1,73.IL.cos = 1,73.VL.IL.cos

Dan pada hubung segitiga, dengan besaran tegangan line yang sama dengan tegangan fasanya, VL = Vfasa, dan besaran arusnya Iline = 1,73Ifase, sehingga arus perfasanya menjadi IL/1,73, maka daya total (Ptotal) pada rangkaian segitiga adalah :

PT = 3.IL/1,73.VL.cos = 1,73.VL.IL.cos

Dari persamaan total daya pada kedua jenis hubungan terlihat bahwa besarnya daya pada kedua jenis hubungan adalah sama, yang membedakan hanya pada tegangan kerja dan arus yang mengalirinya saja, dan berlaku pada kondisi beban yang seimbang.II.6.2.Daya Pada Sistem 3 Fase Pada Beban Tidak SeimbangSifat terpenting dari pembebanan yang seimbang adalah jumlah phasor dari ketiga tegangan adalah sama dengan nol, begitupula dengan jumlah phasor dari arus pada ketiga fase juga sama dengan nol. Jika impedansi beban dari ketiga fase tidak sama, maka jumlah phasor dan arus netralnya (In) tidak sama dengan nol dan beban dikatakan tidak seimbang. Ketidakseimbangan beban ini dapat saja terjadi karena hubung singkat atau hubung terbuka pada beban.

Dalam sistem 3 fase ada 2 jenis ketidakseimbangan, yaitu :

1. Ketidakseimbangan pada beban

2. ketidakseimbangan pada sumber listrik (sumber daya)

Kombinasi dari kedua ketidakseimbangan sangatlah rumit untuk mencari pemecahan permasalahannya, oleh karena itu kami hanya akan membahas mengenai ketidakseimbangan beban dengan sumber listrik yang seimbang.

Gambar 5. Ketidakseimbangan beban pada sistem 3 fase.

Pada saat terjadi gangguan, saluran netral pada hubungan bintang akan teraliri arus listrik. Ketidakseimbangan beban pada sistem 3 fase dapat diketahui dengan indikasi naiknya arus pada salahsatu fase dengan tidak wajar, arus pada tiap fase mempunyai perbedaan yang cukup signifikan, hal ini dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan.

II.7. BEBAN

Beban dapat diartikan sebagai suatu peralatan yang terhubung sumber listrik dan mengkonsumsi energi listrik. Atau dalam arti lain, total daya yang dikonsumsi oleh suatu sistem peralatan. Beban sendiri ada beberapa macam, diantaranya beban resistif, beban induktif, dan beban kapasitif.

II.7.1. Beban Resistif

Dominan unsur resistifnya

Tegangan dan arusnya sefasa, beda fasa = 0

II.7.2. Beban Induktif

Dominan unsur induktifnya

Arus terbelakang terhadap tegangannya

Beda fasa = 0