1. TUJUAN mesin listrik 9.pdf · sistem pembangkit tenaga listrik dari yang berskala kecil sampai...
Transcript of 1. TUJUAN mesin listrik 9.pdf · sistem pembangkit tenaga listrik dari yang berskala kecil sampai...
1
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
1. TUJUAN
1. Mahasiswa dapat mengetahui karakteristik-karakteristik mesin sinkron.
2. Mahasiswa dapat membiasakan diri memperhatikan besaran nominal
mesin untuk mencegah mesin bekerja diluar harga nominal.
3. Mahasiswa dapat melakukan tindakan pengamanan awal sebelum mesin
dijalankan.
4. Mahasiswa dapat Mengerti dan bisa melakukan pengukuran tahanan mesin
sinkron.
2. DASAR TEORI
Mesin sinkron adalah jenis mesin listrik yang banyak digunakan pada
sistem pembangkit tenaga listrik dari yang berskala kecil sampai dengan
pembangkit berskala besar. Disamping digunakan sebagai pembangkit
tegangan, banyak pula yang dijalankan sebagai motor kapasitor untuk
memperbaiki faktor kerja pada suatu jaringan transmisi ataupun distribusi.
Keuntungan dari mesin terutama tidak menggunakan sikat untuk komutasi.
Pada alternator, tegangan yang dibangkitkan adalah sebanding dengan fluksi
dan putarannya :
E = tegangan yang dibangkitkan
n = jumlah putaran
c = konstanta
= fluksi
Sedangkan frekuensinya sebanding dengan putaran dan jumlah kutub.
f
f = frekuensi
2
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
p = jumlah pasang kutub
n = jumlah putaran per menit
Dari sifat mesin sinkron apabila dipakai sebagai motor mempunyai kecepatan
konstan, kecepatan ini sesuai dengan kecepatan sinkronnya, yaitu :
ns
ns = kecepatan sinkron (putaran per menit)
p = jumlah pasang kutub
f = frekuensi
Rangkaian Ekuivalen
Rangkaian ekuivalen sangat diperlukan untuk mempermudah cara
menganalisa suatu mesin.Pada konstruksi mesin sinkron, belitan statornya
(belitan beban)terdiri dari 3 belitan yang terpisah yang masing-masing
mempunyai besaran yang sama dan ujung-ujungnya yang satu saling
dihubungkan dan ujung-ujung yang lainnya di hubungkan ke beban.
Gambar 1. Konstruksi Rangkaian Mesin Sinkron
Iex = arus penguat
Rex = tahanan belitan penguat
3
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Z1,Z2,Z3 = impedansi belitan stator
E = tegangan induksi mesin
V = tegangan terminal mesin
Dari gambar di atas belitan stator mempunyai impedansi Z yang teridiri
dari tahanan murni R dan reaktansi X1 yang mana tahanan R sangat kecil
bila dibandingkan dengan X1, maka R dalam rangkaian ekuivalen dapat
diabaikan dan impedansi Z dianggap sebagai X1 yang selanjutnya disebut
reaktansi sinkron (Xs)
Untuk mempermudah analisa diambil salah satu dari dua belitan fasanya
sehingga menjadi :
Gambar 2.Rangkaian Ekuivalen Mesin Sinkron
E = tegangan induksi mesin
Xs = reaktansi sinkron
V = tegangan terminal mesin
Cara Kerja Mesin Sinkron
Pada umumnya mesin sinkron yang dioperasikan sebagai
generator(alternator) selalu diparalel dengan jala-jala, artinya selalu bekerja
4
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
dengan pembangkit-pembangkit lain yang sudah tersedia pada jaringan itu,
tetapi pada keperluan khusus perlu di operasikan secara tersendiri dengan
beban tersendiri pula. Kedua sistem operasi ini perlu dijalankan untuk mencari
sifat dan karakteristik mesin sinkron secara keseluruhan seperti yang
diterangkan di bawah ini.
Mesin sinkron bekerja sendiri
Banyak informasi data serta karakteristik yang diperlukan diperoleh dari
sistem kerja ini, yang mana pada sistem kerja ini mesin sinkron hanya dapat
dijalankan/dioperasikan sebagai generator(alternator). Karakteristik dan data
itu diperoleh dengan cara sebagai berikut :
Karakteristik Beban Nol
Karakteristik beban nol merupakan karakteristik kemagnetan sebuah
altenator yang menunjukkan hubungan antara fluksi yang di bangkitkan oleh
kutub dan arus penguatan (Iex). Fluksi kutub ini identik dengan GGL yang
diinduksikan mesin dan diukur melalui tegangan keluaran mesin pada saat
beban nol (E).Hubungan ini ditulis E= f (Iex), I = 0; n=C nominal (gambar 9.2).
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menngetahui kualitas dari inti besi yang
sangat mempengaruhi kerugian inti besi dan mencari daerah lengkung
penjenuhan magnetisasi. Disamping itu berguna pula untuk membantu dalam
mencari komponen-komponen dan mencari rangkaian ekuivalen mesin yaitu
pada metoda segitiga potier (gambar 2 : karakteristik beban nol)
5
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Gambar 3.Karakteristik Beban Nol
Karakteristik kemagnetan ini dicari pada putaran nominal mesin dan
dengan frekuensi nominalnya.
Hubungan antara putaran dengan tegangan adalah sebagai berikut :
; maka ;
Alternator mempunyai bentuk kutub salient (bersepatu kutub), karakteristik
kemagnetannya mendeteksi fluksi yang melewati celah di depan sepatu kutub
pada saat operasi beban nol. Apabila dibebani, fluksi yang ditimbulkan
terpengaruh oleh reaksi jangkar dan tegangan keluarannya akan terpengaruh
akibat kerugian pada tahanan – tahanan belitan jangkar.
A. Karakteristik Berbeban
Karakteristik ini merupakan karakteristik luar yang diperlukan untuk
mengetahui sifat tegangan generator terhadap arus. Kekuatannya ditinjau dari
berbagai macam sifat beban atau ditulis dengan penguatan terhadap
lex = nominal.
6
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Sifat beban rangkaian arus bolak – balik pada dasarnya ada dua yaitu
beban yang bersifat reaktif dan resistif. Dalam penggunaannya jarang beban –
beban tersebut yang berdiri sendiri.
Gambar 4. Sifat Beban
Pengaruh dari sifat beban tersebut terhadap generator pembangkitnya
dapatdilihat pada uraian dibawah ini :
a. Beban Reaktif Induktif
Tegangan generator yang diinduksikan adalah sebagai berikut :
Apabila = max Cos α
Maka = E max Sin α
Apabila tegangan ini dibebani X1 maka akan terjadi arus :
Teganganinduksi :
7
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Dengan demikian
Dari rumusan tersebut diatas dapat disimpulkan bahwa akibat beban
induktif, akanada reaksi jangkar yang disebabkan arus induktif yang
menimbulkan medan yang berlawanan langsung terhadap medan
magnet mesin. Hal ini akan mengurangi tegangan keluaran secara
langsung pula.Dibawah ini digambarkan kejadiannya sebagai berikut :
Gambar 5. Bentuk Gelombang Tegangan , Arus dan Medan Magnet
b. Beban Reaktif Kapasitif
Dari rumusan tersebut diatas gelombang tegangan dan magnetnya
tetap merupakan :
Apabila = max Cos α
Maka = E max Sin α
8
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Apabila tegangan ini di bebani Xc maka akan terjadi arus:
Tegangan induksi :
Dengan demikian :
Dari rumusan tersebut di atas dapat di simpulkan bahwa akibat beban
kapasitif akanada reaksi jangkar yang disebabkan arus kapasitif yang
menimbulkan medan yang menambah langsung terhadap medan
magnet mesin.Hal ini akan menambah tegangan keluaran secara
langsung pula.Di bawah ini digambarkan kejadiannya sebagai berikut :
Gambar 6. Bentuk Gelombang Tegangan, Arus dan Medan Magnet
c. Beban Resistif
Dari rumusan tersebut diatas gelombang tegangan dan magnetnya
merupakan :
9
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Apabila = max Cos α
Maka
Apabila tegangan ini dibebani R maka akan terjadi arus :
Tegangan induksi
Dengan demikian
Dari rumusan tersebut di atas dapat disimpulkan bahwa akibat beban
resistif akanada reaksi jangkar disebabkan arus resistif yang
menimbulkan medan, dan resultannya merupakan medan melintang
(900) dan medan lawan terhadap medan magnet mesin, hal ini akan
mengurangi tegangan keluaran tidak secara langsung seperti beban
reaktif.
Gambar 7. Bentuk Gelombang Tegangan, Arus Medan Magnet
Untuk mengetahui dan menganalisa tegangan pengaturan ini bisa dilihat
dari diagram vektor pembebanan sebagai berikut:
10
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Gambar 8. Beban Resistif dan Reaktif
Dimana E = tegangan beban nol
Vr = rugi tegangan pada beban resistif
Vx = rugi tegangan pada beban reaktif
Keterangan :
Pada gambar diatas menggambarkan adanya beban campuran dimana pada
sisi beban reaktifnya diubah-ubah dari induktif ke kapasitif.
Untuk mengetahui pembebanan reaktif murni dapat dilihat pada diagram vektor
dibawah ini :
Gambar 9. Perubahan Beban Reaktif
11
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Keterangan :
Pada gambar diatas menggambarkan adanya beban reaktif yang bisadiubah-
ubah dari induktif ke kapasitif.
Apabila diadakan percobaan maka akan didapatkan karakteristik beban
terpisah V = f (I) ; lex = C seperti di bawah ini :
Gambar 10 Karakteristik Generator Terpisah
Keterangan :
Seperti yang diuraikan di atas untuk beban induktif, pengaruh beban
terhadap medan utama akan mengurangi langsung (bertolak belakang). Disini
diperoleh karakteristik yang lurus sehingga tegangannya menjadi nol, untuk
karakteristik beban kapasitif akan sebaliknya yaitu akan memperkuat medan
yang mengakibatkan naiknya tegangan keluaran generator.Pada beban resistif
apabila dilihat dari rangkaian ekuivalen mesin terdapat reaktansi induktif yang
tidak bisa dihindari dan akan mendapatkan lengkung karakteristik yang akan
bertemu dengan karakteristik beban induktif.
Untuk mengetahui pengaruh arus penguatan terhadap berbagai macam
pembebanan lex = f (I) ; V = C : n = C , maka didapatkan karakteristik sebagai
berikut :
12
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Gambar 11. Karakteristik Arus Penguatan / Arus Jangkar terhadap Pengaruh
Pembebanan
Karakteristik beban untuk mencari komponen mesin sinkron dan
menganalisa kerja mesin sinkron secara keseluruhan dengan cara metode
segitiga potier.
V = f (lex) ; I = C ; n = C nominal, beban ini harus beban reaktif murni.
Karakteristik tersebut digambarkan sebagai berikut :
Gambar 12. Karakteristik Beban V = f (lex) ; I = C dengan beban cos = 0 Ind
dan Kap
13
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
B. Karakteristik Hubung Singkat
Mesin sinkron bekerja sebagai generator dengan ketiga fasanya terhubung
singkat. Arus jangkar diukur sebagai fungsi dari harga lex pada putaran
konstan dan sama dengan putaran sinkron. Karakteristik ini diperlukan untuk
mencari besarrnya impedansi sinkron dan tentunya untuk mencari harga
reaktansinya.
Gambar 13. Karakteristik HubungSingkat I = f (Iex) ; n = C ; V = 0
Keterangan :
Harga-harga arus hubung singkat diukur pada keadaan tetap dan tidak
mempedulikan adanya arus transient hubung singkat, umumnya lebih tinggi
apabilamesin tiba-tiba dihubung singkat pada keadaan berpenguat. Impedansi
mesin diasumsikan sangat induktif. Oleh karena itu, arus hubung singkat tidak
mempunyai daya real dan reaksi jangkar(armature) yang dibangkitkan
seluruhnya melawan medan utama.
C. Karakteristik efisiensi
Selama menjalankan alternator, pada generator itu sendiri ada kerugian –
kerugian yang terjadi karena bermacam-macam sebab. Untuk mencari
karakteristik efisiensi dari mesin perlu diketahui harga nyata dari kerugian daya
pada berbagai kondisi beban.
Efisiensi sinkron ditentukan dengan dua cara :
14
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
a. Melalui cara langsung, mesin dibebani dengan beban yang sesuai dan diukur
langsung melalui daya yang diterima dan daya yang di bangkitkan.Efisiensi
dapat dihitung melalui perbandingan antara keduanya, umumnya disebut cara
nyata. Cara ini mempunyai kelemahan yaitu bila mesin yang dicari datanya
adalah mesin yang berdaya besar, akan sulit mencari beban mekanis atau
listrik yang sesuai.
b. Melalui cara tidak langsung, efisiensi dihitung tanpa membebani mesin secara
langsung, tetapi melalui urutan pengukuran yang dapat dipakai untuk
menghitung kerugian daya pada berbagai kondisi operasi. Jika kerugian-
kerugian sudah diketahui, hal ini lebih mudah untuk menentukan harga
efisiensi. Cara ini dipakai bila mesin yang dicari datanya mempunyai data dan
cara ini lebih mudah dibandingkan dengan cara langsung.
Besar efisiensi yang dihitung melalui cara tak langsung disebut konvensional.
Efisensi konvensional alternator adalah :
1. Kerugian mekanik dan besi
2. Kerugian tembaga stator
3. Kerugian tembaga belitan penguat
4. Kerugian gesekan sikat dan komutator
5. Kerugian bahan tambahan
Kerugian mekanik dan besi
Kerugian mekanik :
Kerugian ini terjadi pada bagian yang berputar karena adanya gesekan pada
bantalan dan ventilasi. Daya ini tergantung pada kecepatan putar mesin.
Karena kerugian ini hanya tergantung pada kecepatan mesin (tidak tergantung
pada beban), maka cara mencarinya adalah sebagai berikut :
15
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
1. Putar mesin DC dengan kecepatan nominal mesin sinkron yang akan
dicari kerugiannya (kopling mesin DC dan mesin sinkron dilepas).
2. Ukur arus armature motor DC, I (amper) dan tegangan V (volt). Daya
masukan motor menjadi : P mot : I x V (watt)
3. Putar mesin sinkron dengan mesin DC (pasang kopling mesin sinkron dan
motor DC ) dengan kecepatan sesuai dengan kecepatan nominal sinkron.
4. Ukur arus armature motor DC, I (amper) dan tegangan V(volt). Mesin
sinkron tidak diberi penguatan.
Daya masukan motor menjadi P mot : I x V (watt)
Daya ini lebih besar dari sebelumnya, karena motor sekarang menjalankan
alternator yang tidak berbeban (hanya dibutuhkan untuk kerugian mekanik ).
Seperti pada poin 1 sebelumnya motor dijalankan dengan kondisi yang sama
(tegangan armaturenya sama, kecepatannya sama dan arusnya agak lebih
tinggi sedikit), hal ini bisa diasumsikan bahwa kerugian motor masih sama dan
oleh karena itu :
P’m – Pm = kerugian mekanik pada alternator
Kerugian besi :
Sirkuit magnet pada kutub penguatan arus DC yang memotong bagian
yang tetap (stator) dengan fluksi yang konstan tidak akan menimbulkan
kerugian. Akan lain apabila stator dipotong oleh magnet yang berubah-ubah
maka akan menyebabkan adanya kenaikan kerugian karena adanya histeresis
magnet dan arus putar. Kerugian daya ini merupakan kerugian besi mesin
sinkron yang tergantung pada besarnya fluksi dan frekuensi (tergantung pada
kecepatan putar)
16
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Cara mencari kerugian ini adalah :
1. Seperti pada cara mencari kerugian mekanik, mesin sinkron diputar dengan
mesin DC yang sama dan atur kecepatan motor sampai mencapai nominal
mesin sinkron.
2. Ukur arusarmature motor I (Amper) dan tegangan (Volt) saat mesin sinkron
mencapai tegangan nominal (mesin sinkron diberi penguatan sampai
tegangan keluarannya nominal). Daya masukan motor menjadi : P”m = V” x I”
(watt)
Hal ini akan menjadi lebih besar dari harga yang telah diukur pada pengukuran
sebelumnya, motorsekarang dibebani kerugian besi dan alternator. Untuk
alasan yang sama seperti yang diterangkan diatas, diasumsikan bahwa
kerugian motor sama dengan pengukuran sebelumnya, karena itu
P”m – PM = kerugian alternator pada kondisi tanpa beban,
(Kerugian mekanik + kerugian Besi )
Seperti pada kerugian mekanik yang telah diukur sebelumnya, hal ini
memungkinkan untuk menghitung kerugian besi dengan pengurangan yang
sederhana.
2. Kerugian tembaga stator
Ada dua cara untuk mencari kerugian tembaga ini yaitu :
a. Dengan cara hubung singkat
b. Perhitungan yang berdasarkan nilai tahanan stator
a. Dengan cara hubung singkat :
Hal ini dilakukan seperti pada saat mencari kerugian mekanik dan besi yaitu
mesin diputar dengan kecepatan nominal mesin sinkron kemudian
armaturedihubung singkatkan serta dipasang amperemeter untuk mengetahui
arus keluaran mesin sinkron.
17
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Cara mencarinya ;
Atur kecepatan mesin sampai mencapai kecepatan nominal mesin sinkron .
Ukur arus armature motor I‘” (Amper) dan tegangan motor V’” (Volt) saat
arus hubung singkat kira-kira 20% diatas arus nominalnya.
Daya masukan motor menjadi P’”mot = V’” x I’” (watt)
Daya ini lebih besar dari daya pengukuran sebelumnya karena adanya
kerugian mekanik dan kerugian tembaga pada mesin sinkron. Karena kecilnya
kerugian besi maka bisa diabaikan. Oleh karena itu : P’” – Pm = kerugian
mekanik + kerugian tembaga mesin sinkron.
Seperti kerugian mekanik yang sudah diukur sebelumnya, maka dapat dihitung
kerugian tembaga dengan mengurangkannya.
Dengan cara perhitungan berdasarkan tahanan stator :
Untuk menghitung kerugian tembaga dengan cara ini, harus diketahui
besar tahanan statornya. Tahanan stator tidak hanya untuk mencari kerugian
tembaga mesin tetapi diperlukan juga untuk mencari bentuk pengaturan
tegangan dan komponen – komponen rangkaian pengganti mesin sinkron.
Harga tahanan belitan armature adalah kecil (untuk mesin dengan data yang
besar tahanannya lebih kecil). Besar tahanan ketiga fasanya sama besar,
tetapi tidak bisa dihindari adanya perbedaan–perbedaan kecil yang terlihat dari
ketiganya dan hal ini bisa diperhitungkan melalui harga rata–ratanya.
Pengukuran harus menggunakan arus DC dengan metode Volt dan
Ampermeter saat mesin dalam keadaan diam.Dalam banyak hal penting untuk
mengukur mesin pada kondisi dingin, misalnya tidak menjalankan mesin
selang beberapa jam, cara pengukurannnya dianjurkan tidak menyebabkan
panas.
18
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
3. Kerugian tembaga belitan penguat
Ada hubungan daya yang dipakai pada rangkaian penguatan dan kondisi
pada saat mesin berbeban. Daya ini seluruhnya didisipasikan menjadi panas,
diasumsikan bahwa alternator beroperasi pada tegangan nominal konstan
pada setiap kondisi beban. Besarnya arus penguatan tergantung dari besarnya
arus armature, hal ini bisa dilihat dari kurva pengaturan. Pengukuran tahanan
belitan penguat pada prinsipnya sama dengan pengukuran tahanan stator dan
voltmeter, yang perlu diketahui adalah tahanan ini besar, kira – kira lebih dari
100 ohm, terutama saat tegangannya tinggi
Kerugian ini bisa dihitung dengan cara :
P = R x Iex2 (Watt)
4. Kerugian gesekan sikat dan komutator.
Mesin sinkron yang dilengkapi dengan cincin komutator yang digunakan
untuk menghubungkan antara belitan yang bergerak dengan sumber daya dari
luar, mempunyai tahanan antara sikat dan cincin yang mengakitbatkan
kerugian tegangan yang tetap meskipun arus yang melewatinya berubah –
ubah. Kerugian itu adalah :
2 I watt pada semua sikat yang dibuat dari bahan karbon
0.6 I watt pada semua sikat yang dibuat dari bahan metal
Dimana I adalah arus yang melewati sikat.
5. Kerugian – kerugian
Kerugian - kerugian dihitung secara global. Kerugian besi naik karena
adanya perubahan dari beban penuh. Ada beberapa kerugian daya yang
meskipun sangat kecil dan sulit untuk ditentukan dan sangat tergantung pada
arus armature antara lain :
Kerugian arus Eddy (arus pusar) yang timbul disekitar bahan – bahan metal
(cashing /pelindung, dsb) akibat kebocoran fluksi dari belitan armature.
19
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Tidak samanya pembagian arus pada penampang belitan armature (efek
kulit), disebabkan oleh karena fluksi armature menyebabkan perlawanan pada
kawat konduktor.
Oleh karena itu : Pt = Pcu – (3R x Isc)
Pt = Kerugian tambahan
Pcu = Kerugian pada saat hubungan sngkat
R = Tahanan armature
Isc = Arus hubung singkat
Terjadinya perubahan penurunan harga pada saat percobaan hubung
singkat dan selama pengulangan, selama itu pula alat ukur membaca dan
menghitung kerugian tambahan.
Gambar 14. Karakteristik Hasil Pengujian Operasi Hubung Ssingkat, dapat
memperjelas sifat dari kerugian tambahan sebagai fungsi armature.
Catatan : Tegangan keluarannya konstan nominal
20
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Gambar 15. Karakteristik Efisiensi fungsi I atau P
D. Mesin sinkron berkerja paralel.
Mesin sinkron dapat diparalel untuk memperbesar daya keluaran jika beban
yang akan dilayani lebih besar dari kapasitas mesin..
Kerja paralel dilakukan dengan menghubungkan alternator yang berada di
stasiun pembangkit dengan jaringan dimana terdapat alternator–alternator lain
yang sudah lebih dulu membangkitkan dayanya dan melayani banyak beban.
Saat kerja paralel :
1. Besaran tegangan dan frekuensi jaringan yang dihubungkan dengan
mesin tidak dapat berubah, meskipun arus penguatan atau torsi mesin
berubah.
2. Dalam percobaan untuk mengubah tegangan dan frekuensi alternator
mengakibatkan berubahnya daya reaktif dan daya aktif antara mesin
dan jaringan.
Memparalelkan alternator dengan jaringan jala–jala dapat dilaksanakan jika :
1. Frekuensi alternator sama dengan frekuersi jala-jala
2. Tegangan alternator sama dengan tegangan jala-jala
3. Vektor tegangan alternator sama dengan vektor tegangan jala-jala
4. Arah putaran alternator sama dan saling bergandengan dengan putaran
tegangan jalajala.
21
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Perbedaan yang terdapat pada poin 4 adalah merupakan pengaruh langsung
dari pelaksanaan yang disebutkan pada poin 3 khususnya pada sistem
tegangan tiga fasa.
Untuk mengetahui kebenaran yang disebutkan pada poin 2 dan 3, hanya
dibutuhkan sebuah voltmeter dan frekuensi meter. Fase yang sama seperti
yang disebutkan pada poin 3 dapat diukur langsung dengan alat ukur khusus
(synchonouscope) atau melalui lampu sinyal yang dihubungkan secara
khusus.
Kondisi Beban Nol dan Berbeban.
Jika alternator sudah dalam kondisi paralel dengan jaringan, maka
kondisinya jadi seimbang dalam arti apabila amperemeter dan voltmeter
dihubungkan diantara mesin dan jaringan maka tidak ada perubahan daya dan
jarum pada meter tersebut tidak menunjuk. Pada kondisi ini pula maka kondisi
kerja mesin dapat diubah dalam 5 keadaan :
1. Pada saat pertama kali menyinkronkan generator atau pada saat kerja
paralel pertama kali terjadi maka tidak ada arus yang mengalir dari maupun ke
generator.Kondisi ini disebut kondisi mengambang (floating).
Gambar 15. Kondisi Mengambang
Keterangan: Pada saat ini tidak ada arus yang rnelewati reaktansi sinron (Xs)
karena tegangan E dan V adalah sama dan vektornya saling berimpit.
22
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
2. Jika arus penguatan generator dinaikkan, tegangan keluarannya tidak akan
berubah, tetapi arus dan daya reaktif diantara mesin dan jaringan akan
berubah. Dengan demikian dapat dilihat :
a. Daya nyata antara jaringan dan mesin tidak berubah
b. Daya reaktif antara mesin dan jaringan akan berubah.Perubahan ini
sangat besar sesuai dengan perubahan arus penguat. Daya reaktif induktif
ini berharga positif dan dayanya mengalir dari mesin ke jaringan saat arus
penguatan dinaikkan.
Pada kondisi ini disebut generator berpenguatan lebih (over exiting)
Gambar 16. Kondisi Penguatan Lebih
Keterangan : Tegangan Induksi E lebih besar dari pada V dansaling
berimpit maka ada arus yang melewati Xs terbelakang 900 terhadap Vxs,
apabila dilihat dari sisi jala-jala maka sifat dari generator ini membangkitkan
daya induktif (bersifat kapasitif).
3. Jika arus penguatan generator diturunkan, tegangan keluarannya tidak akan
berubah, tetapi arus dan daya reaktif diantara mesin dan jaringan akan
berubah. Dengan demikian dapat dilihat
a. Daya nyata antara mesin dan jaringan tidakberubah.
b. Daya reaktif antar mesin dan jaringan akan berubah. Perubahan ini sangat
besar sesuai dengan perubahan arus penguat. Daya reaktif induktif ini
berharga negatif dan dayanya mengalir dari jaringan ke mesin saat arus
penguatan diturunkan.
23
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Pada kondisi ini disebut kondisi generator berpenguatan kurang (under
Gambar 17 Kondisi Penguatan Kurang
Keterangan: Tegangan inuksi E lebih kecil dari pada V dan saling berimpit
maka ada arus yang melewati Xs terbelakang 90o terhadap Vxs, apabila dilihat
dari sisi jala-jala maka sifat dari generator ini menerima daya induktif (bersifat
induktif)
4. Jika daya pada motor penggerak ditambah yang tujuannya menambah
puataran/torsi, maka akan terjadi sebaliknya putaran akan tetap tidak berubah,
yang berubah adalah arus dan daya. Dengan demikian dapat dilihat bahwa :
a. Ada daya nyata yang mengalir dari mesin ke jaringan.
b. Pengaruh perubahan daya reaktif antara mesin dan jaringan sangat kecil
selama pengaturan sehingga dapat diabaikan.
Karena torsi/putaran ditambah rnaka medan kutub magnet akan mesin ini
menyebabkan bergesernya tegangan induksi E dengan sudut tertentu
(δ).Sudut ini dikenal dengan sudut beban.
Perlu diperhatikan bahwa arus penguatan tidak diubah. Tegangan induksi E
besarnya tetap dan membentuk sudut terhadap tegangan V, maka ada arus
yang melewati xs terbelakang 90° terhadap Vxs. Jika dilihat dari sisi jala-jala
ada sudut antara tegangan V dan arus I. Pergeseran ini sangat kecil sehingga
bisa diabaikan,dengan demikian mesin akan menghasilkan daya murni (watt)
yang diberikan ke jala-jala.
24
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Daya yang dihasilkan akan tergantung sudut bebannya yaitu:
Gambar 18. Kondisi Torsi Putaran Ditambah
Keterangan : Besarnya daya mesin yang dikeluarkan adalah :
dimana besarnya sudut beban γ= p . α/2
p = jumlah kutub
α = sudut mekanik antara kutub-kutub
5. Sekarang kurangi daya pada motor penggerak yang tujuannya mengurangi
putaran, tapi lihat tachometer tetap tidak berubah tapi yang terjadi adalah arus
pada amperemeter menjadi berkurang dan dayanya juga berkurang sampai
mencapai batas yang terkecil, seperti kondisi pada poin 1.
Bila penurunan putaran diteruskan sehingga menjadi beban mesin sinkron
maka ada perubahan daya antara mesin dan jaringan dalam hal ini adalah
negatif. Sekarang daya mengalir dari jaringan ke mesin.Hal ini dikatakan mesin
bekerja sebagai motor sinkron.
Analisa pembebanan ini sama dengan poin 4 tetapi sudut bebannya
berkebalikan dengan putaran mesin. Daya yang diterima mesin akan
tergantung sudut bebannya, adapun besarnya sama dengan poin 4.
25
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Gambar 19. Kondisi Mesin Dibebani Berupa Beban Mekanik
Apabila kita gambar karakteristik daya dan torsinya (P.T) fungsi sudut
beban maka kita dapat:
Gambar 20. Karakteristik Daya dan Torsi Fungsi Sudut Beban
A. Karakteristik “V”
Karakteristik ini berlaku untuk mesin sinkron yang bekerja sebagai
generator maupun motor. Mesin sinkron yang dijalankan sebagai motor satu-
satunya cara menjalankannya adalah petama kali mesin dijalankan sebagai
generator, hal ini memparalelkan dengan jaringan jala-jala, dan setelah itu
motor penggeraknya dilepas. Sistem operasi ini dilakukan karena motor
sinkron tidak mempunyai torsi awal untuk menggerakkannya, oleh karena itu
motor tidak dapat dijalankan bila keadaannya diam tanpa ada peralatan lain
yang membantu.
Tetapi selain itu motor sinkron mempunyai sifat stabil dan hanya dapat
beroperasi dengan kecepatan konstan dan tidak tergantung dari beban tetapi
26
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
sangat bergantung pada frekuensi f dan jumlah lilitan p sesuai dengan rumus :
n = (120 x f) / p (rpm)
Keistimewaan motor sinkron adalah adanya kemungkinan untuk merubah
Cos φ pada setiap konisi beban, dengan hanya merubah arus penguatan. Hal
ini dapat juga bersifat kapasitif hanya dengan merubah arus penguatan dan hal
ini sangat membantu sistem.
Diagram yang menunjukan I = f(lexc) bisaanya disebut kurva “V” karena
bentuknya khusus. Kurva V sangat penting yaitu yang berkaitan dengan torsi
nol (tanpa beban), karena mesin sinkron dalam hal ini sangat sering digunakan
untuk memperbaiki factor daya.
Kurva “V” ditunjukkan sebagai gambar di bawah ini:
Gambar 21. Kurva “V”
Perlu diketahui bahwa pada saat mesin sinkron dioperasikan sebagai
motor sinkron, apabila diadakan pengereman/pembebanan mekanis sampai
rnencapai torsi maksimum atau lebih maka mesin akan berhenti secara tiba-
tiba (umumnya motor dikatakan hilang kecepatan “drop out of step”) dan
akibatnya adanya arus yang sangat besar masuk ke mesin.
Untuk mencari karakteristik ini, pertama mesin dijalankan dalam keadaan
floating (mengambang) kemudian naikkan arus penguatnya sampai arus
27
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
jangkar mesin mencapai 10 –20 % dari harga nominalnya. Yang terjadi adalah
penunjukan Cos φ akan menunjukan Cos φ mendahului. Saat ini sifat dari
motor adalah kapasitif.
Kemudian arus penguatnya diturunkan sampai mencapai arus jangkar yang
paling kecil, saat ini Cos φ mesin sinkron adalah 1.
Dianjurkan dalam mengatur arus penguatan step demi step dan pelan-pelan
sehingga tidak mengakibatkan lemahnya torsi, karena dapat membahayakan
mesin yang disebut kehilangan step (loosing the step).
Keterangan:
a. Pada karakteristik di atas antara kurva-kurva I = f(lex) dan Cos φ = f (lex),
maka dapat dilihat bahwa pengaruh perubahan arus penguatan akan
mengakibatkan perubahan arus yang sama besar pada jangkar motor
sinkron
Secara khusus dapat dicatat bahwa :
1. Ada arus penguatan Iex (1) yang tepat pada Cos φ = 1. Pada kondisi ini
besar arus jangkar praktis nol.
2. Dengan arus penguatan lebih besar dari harga l (1) arus jangkar
mendahului, sewaktu arus penguatan lebih kecil dari lexc (1) anus jangkar
mengikuti. Pada saat torsi yang kecil Cos φ dapat diatur sampai harga
yang sangat kecil. Hall ini sangat penting apabila motor sinkron digunakan
untuk memperbaiki factor daya.
3. Kemungkinan terjadi gejala ayunan pada saat mesin
mengeluarkan/memasukkan daya. Hal ini karena adanya variasi kerugian
besi dan tembaga dari mesin yang dibangkitkan fluksi armatur dan kutup.
4. Karakteristik “V” bisa dibentuk dengan berbagai macam kondisi beban,
seperti yang terlihat diatas pada poin lex (2) menunjukkan adanya beban
dengan daya nyata (Cos φ = 1) .
28
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Mencari Rangkaian Ekuivalen Mesin Sinkron
Seperti yang telah diuraikan di atas untuk melihat kemampuan dan sifat kerja
dari mesin sinkron pendekatan-pendekatan dan hanya digunakan untuk
menganalisa mesin secara global saja. Untuk mencari rangkaian ekuivalen
mesin sinkron ada beberapa metode yang digunakan antara lain dalam
percobaan nantinya adalah
1. Metode Behn Eschemburg
2. Metode Potier
1. Metode Behn Eschemburg
Metode Behn Eschemburg ini sangat sederhana, oleh karena itu hasilnya
pun merupakan pendekatan-pendekatan dan hanya digunakan untuk
menganalisa mesin secara global saja. Pada kondisi beban nol, terminal-
terminal alternator menunjukan tegangan total tanpa kerugian. Pada kondisi
berbeban, tegangan pada terminal-terminalnya berubah, karena dalam
alternator ada impedansi setiap fasanya (yang disebut impedansi sinkron), hal
ini yang mengakibatkan penurunan tegangan.
Tegangan keluaran pada terminal, dapat dihitung pada berbagai kondisi
pembebanan dengan pengurangan secara vektor dari tegangan yang
dibangkitkan pada kondisi tanpa beban dengan kerugian tegangan pada
impedansi sinkron.
Dengan menganggap/berpedoman pada satu fase, maka keterangan-
keterangan di atas bisa digambarkan sbb
29
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Gambar 21. Rangkaian Ekuivalen Mesin Sinkron
Untuk mengetahui harga dari Zs, diadakan percobaan beban nol dan
percobaan hubung singkat.
Zs = Eo / Isc
Dimana :
- Eo tegangan mesin pada saat beban nol dengan arus penguatan yang
sama pada saat hubung singkat.(Dapat dilihat pada kurva karakteristik
magnetisasi pada penguatan arus nominal)
- Isc adalah arus hubung singkat
Dengan mengulang hitungan ini untuk harga-harga arus hubung singkat
yang berbeda, dapat dilihat bahwa Zs adalah tidak konstan. Hal ini dapat
dillhat garnbar kurva-kurva karakterlstik pada sistem Cartesian (gambar 14)
yang sama Eo = f (lex) dan Isc = f (lex) dan kurva Zs = f (lex) dapat
ditentukan.
Disini terlihat impedansi sinkron dipengaruhi oleh tingkat saturasi magnet,
pada beberapa kondisi kerja tergantung pada:
besarnya arus penguatan
besarnya arus beban
besarnya beban cos φ
30
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
(Zs ditetapkan dengan hubung singkat yang mana cos Q sangat mendekati
nol), untuk memilih besaran yang akan digunakan untuk menghitung,
umumnya digunakan jalan sbb:
besaran Z’ s diukur, sesuai dengan harga nominal arus penguatan
besaran Z” s diukur, sesuai dengan harga nominal arus jangkar
diantara kedua harga Z’s dan Z”s , harga yang terkecil yang dipakai.
Impedansi sinkron terdiri dari dua kompenen, komponen pertama adalah
tahanan murni (yang sudah diukur dengan metode amber dan volt meter), jadi
reaktansi sinkronya menjadi:
Xs = Zs2 – R2
harga impedansi sinkron jauh lebih besar dari harga resistansinya oleh
karena itu bisaanya resistansinya di abaikan. Dengan demekian langkah
perhitungan akan lebih sederhana, selama hasil-hasilnya tidak
dipermasalahkan.
Zs = Eo/Isc ; Eo, Isc, Zs = harga tiap fasa
Gambar 22. Karakteristik Beban Nol Dan Hubung Singkat Untuk Mencari Zs
31
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
2. Metode Potier
Sudah kita tekankan beberapa alasan untuk memperkecil pendekatan hasil
yang kita peroleh dari metode Behn Eschemburg yaitu menyederhanakan
jalannya perhitungan dan mengabaikan kenyataan gejala pelalihan alternator
berbeban yaitu adanya reaktansi bocor disekitar penghantar belitan jangkar,
untuk rnencari pengaruh itu digunakan metode Potier.
Kerugian tegangan pada reaksi bocor jangkar Xo akibat adanya arus
jangkar yang menyebabkan adanya fluksi yang tidak berpengaruh terhadap
fluksi kutub utama, tetapi melingkupi disekelling belitan dan melewati inti besi
dan tidak melalui celah udara.
Reaktansi bocor Xo adalah sangat kecil dibanding reaktansi sinkron Xs
yang ditentukan dari metode Behn eschemburg, Xs disini sangat berpengaruh
terhadap reaksi jangkar.
Metode POTIER dapat menganalisa secara terpisah pengruh-pengaruh
yang telah dibicarakan di atas, oleh karena itu hasilnya lebih teliti. Rangkaian
ekuivalen mesin sinkron yang telah kita bicarakan Xs adalah satu-satunya
bentuk reaktansi yang ada, di dalam metode potier ini reaktansi ini dibagi dua
yaitu, reaktansi pengaruh reaksi jangkar (Xh) dan reaktansi pengaruh fluksi
bocor (Xo) hubungan antara ketiganya adalah:
Xs = Xh + Xo
Untuk itu rangkaian ekuivalennya menjadi:
Gambar 23. Rangkaian Ekuivalen Mesin Sinkron Metode Poitier
32
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Untuk mencari masing-masing reaktansi yang disebutkan di atas langkahnya
adalah Sbb:
1. Resistansi (R) diukur seperti dengan cara yang teiah disebutkan pada
keterangan sebelumnya yaitu dengan menggunakan metode volt dan
ampere meter (datanya bisa dari hasil percobaan yang sebelumnya)
2. Karakteristik magnetisasi (beban nol) dan karakteristik beban (pada cos Q
= 0) serta karakteristik hubung singkat digambar menjadi satu pada
diagram Cartesian.
3. Pada titik tegangan nominalnya tank garis horizontal (garis tegangan
kerja) sejajar dengan sumbu arus penguatan sampai memotong
karakteristik beban nol pada titik A dan memotong karakteristik beban
pada titik B.
4. Dari titik A tarik garis tegak lurus dengan sumbu arus penguatan yang
memotong karakteristik hubung singkat dititik C dan rnemotong garis
sumbu arus penguatan di titik D.
5. Harga Xs dicari dari pembagian tegangan beban nol AD dan arus hubung
singkat CD yang mana menjadi :
AD(volt)
Xs =
CD(ampere)
6. Tentukan titik F, yang mana panjang BF = DE (titik E adalah merupakan
titik potong antara karakteristik beban dan sumbu arus penguatan ).
7. Dari titik 0 tank garis singgung karakteristik beban nol, garis ini adalah
garis celah udara (air gap line).
8. Dari titik F tank garis yang sejajar dengan garis celah udara yang
memotong karakteristik beban nol dititik G, dan dari G tarik garis yang
tegak lurus dengan garis sumbu arus penguatan dan memotong garis
tegangan kerja di titik H.
33
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
9. Panjang GH adalah merupakan kerugian tegangan pada tahanan
reaktansi bocor x σ, besarnya x σ ditentukan dengan cara membagi
kerugian tegangan GH dengan arus pada percobaan karakteristik
berbeban (pada cos φ= 0) dengan demikian :
X σ = GH (volt) / I (ampere)
10. Besarnya xh = xs - xσ
11. Segitiga GBH adalah merupakan besarnya kerugian arus penguatan
12. Panjang Gh adalah merupakan besarnya kerugian arus penguatan yang
digunakan untuk mengatasi kerugian reaksi jangkar dan FH adalah
kerugian akibat adanya reaksi bocor.
Gambar 24. Karakteristik Dalam Mencari Segitiga Potier
IV. Penentuan Arus Penguatan
Hal yang sangat perlu adalah menentukan besar dan arahnya arus
penguatan nominal pada saat mesin bekerja karena data ini diperlukan untuk
menghitung suatu pengaturan mesin. Untuk menentukan besar arah vektor
arus penguatan nominal yang diperlukan, dibutuhkan perhitungan yang
mengacu pada hasil percobaan sebelumnya. Ada beberapa metode yang
digunakan untuk menentukan yaitu :
34
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
1. Metode diagram Potier
2. Metode diagram Swedish
1. Metode Diagram Potier
Ada beberapa data yang diperluka untuk menentukan besarnya arus
penguatan nominal dengan menggunakan metode diagram Potier yaitu :
1. Karakteristik beban no
2. Karakteristik hubung singkat
3. Harga x σ (reaktansi bocor)
Dari data ini dapat digambar diagram Potier seperti pada gambar 17
yaitu dengan cara sbb:
1. Gambarlah arus beban I pada sumbu absis yang herimpit dengan sumbu
arus penguatan pada karakteristik beban nol dengan sudut beban
dengan tegangan keluaran nominal (V).
2. Gambar vektor kerugian tegangan pada reaktansi bocor ( I . x σ ) pada
vektor (v) yang tegak lurus dengan arus beban (I)
3. Gambar vektor Ep dari pejumlahan vektor V dan I . x σ yang mana:
Ep = V + I . x σ
Yang mana :
Ep = tegangan keluaran mesin pada celah udara (sesudah terpengaruh
reaksi jangkar)
V = tegangan terminal
I . x σ = kerugian tegangan pada reaktansi bocor
35
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Gambar 25. Diagram Potier Penguatan Arus Nominal
4. Dari ujung Ep tarik lingkaran dengan jari jari Ep yang memotong sumbu
tegak (sumbu tegangan) pada titik A. Dari titik A tank garis yang sejajar
dengan sumbu arus penguatan yang akan memotong karakteristik beban
nol di titik B
5. Dari titik B tank garis tegak lurus dengan sumbu anus penguatan dan
memotong sumbu arus penguatan di titik C, OC adalah arus penguatan
yang diperlukan untuk membangkitkan tegangan Ep (tanpa ada reaksi
jangkar)
6. Gambar arus penguatan OC yang tegak lurus dan mendahului dengan
vektor tengan Ep
7. Tentukan besarnya hubung singkat ini (dalam hal in OD)
Catatan : besarnya arus hubung singkat ini sama dengan arus beban pada
saat mencari karakteristik generator berbeban dengan cos φ =0 yang
dipergunakan untuk mencari segi tiga portier (x σ)
8. Dari titik D tarik garis yang sejajar dengan sumbu tegangan yang
memotong titik E pada karakteristik beban nol, dari E tarik garis yang
sejajar dengan arus penguatan dan memotong sumbu tegak pada F, garis
FA adalah kerugian tegangan karena reaksi jangkar
9. Tentukan besar arus penguatan total (OG) dengan menambankan vektor
OC dan vektor OD (OD tegak lurus dengan sumbu tegak)
36
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Panjang OD adalah besar arus nominal mesin singkron
2. Metoda Diagram Swedish
Ada cara lain untuk menentukan hesarnya arus penguatan mininal yaitu
dengan metoda Swedish, berbeda dengan metoda Portier, metoda ini
membutuhkan data:
1. karakteristik beban nol
2. karakteristik hubung singkat
3. karakteristik beban pada cos φ = 0 ind
Dari data ini dapat digambar diagram Swedish yaitu dengan cara:
1. Gambar karakteristik beban nol, karakteristik hubung singkat, dan
karakteristik beban pada cos φ = 0 ind pada diagram kartesius
2. Tarik garis tegangan nominal yang sejajar dengan sumbu arus penguatan
yang akan memotong karakteristik hubung singkat di E juga memotong
karakteristik beban nol di C
3. Dari A, B, C masing masing ditarik garis yang tegak lurus dengan sumbu
arus penguatan di D, E, F
4. Pada garis AD tentukan G yang mana DG = 1,05 OE
5. Tarik garis GF, tentukan titik tengahnya dan beri tanda H
6. Dari titik H tarik garis tegak lurus dengan GF yang memotong garis sumbu
penguatan di I. Dari I buat garis lingkaran melalui G dan F, lingkaran
merupakan tempat kedudukan arus penguatan pada berbagai kondisi
pembebanan (arus penguatan diukur dari titik 0 ke ke garis lingkaran)
7. Garis AD adalah garis beban dengan cos φ = 1, dari D ke garis lingkaran
antara GF adalah untuk beban induktif dan sebaliknya setelah titik G
merupakan beban kapasitif
8. Tentukan beban dengan cos φ 0,8 ind, tarik garis dari D ke J pada garis
lingkaran dengan sudut beban cos φ = 0,8 ind dari OJ tarik lingkaran yang
memotong sumbu arus penguatan yag memotong di K
37
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
9. Ukur panjag OK dan OK inilah merupakan anus penguatan yang kita cari
Gambar 26. Diagram Swedish Penguatan Arus Nominal
Sebelum menjalarkan mesin penting sekali untuk memeriksa besaran-besaran
nominal. Data ini dicantumkan pada name plate mesin. Pada keperluan tertentu
perlu diketahui tahanan-tahanan mesin sinkron. Tahanan-tahanan ini antara lain
diperlukan untuk mengetahui sifat mesin. Cara mencari tahanan dengan metoda
volt ampere dengan arus kira-kira 10 % arus nominal.
Gambar 27. Karakteristik I = f ( V )
38
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
RANGKAIAN PERCOBAAN
Gambar 9.28. Rangkaian percobaan pengukuran tahanan.
4. LANGKAH KERJA
1. Catat data pada name plate.
2. Ukur tahanan belitan, tahanan antara 2 belitan dan tahanan antara
belitan dengan rangka mesin. Masukkan hasil pengukuran pada tabel 1.
3. Ukur tahanan dengan metoda volt ampere. Masukkan datanya pada
tabel 2.
39
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
DATA HASIL PERCOBAAN
Tabel 1
Keterangan
antara terminal
Harga tahanan
( Ω)
U1-U2
V1- V2
W1 - W2
F1 –F2
U1 – V1
U1 – W1
V1 – W1
U1 – Rangka mesin
V1 – Rangka mesin
W1 – Rangka mesin
F1 – Rangka mesin
40
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Tabel 2
No Terminal Tegangan
(V)
Arus
(A)
Tahanan
( Ω )
Keterangan
1
F1 – F2
2% Inom
2
4% Inom
3
6% Inom
4
8% Inom
5
10% Inom
U1 – U2
V1 – V2
W1 – W2
41
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Gambar 29. Gambar rangkaian percobaan
4. LANGKAH KERJA
Percobaan beban nol :
1. Buat rangkaian seperti gambar 9.
2. Putar motor penggerak.
3. Atur penguatan mesin dari 0 sampai 120 % tegangan nominal. Catat
hasilnya pada tabel 3.
Percobaan berbeban :
1. Buat rangkaian seperti gambar 9.
2. Putar motor penggerak.
3. Masukkan beban L maksimum (posisi 6).
4. Atur anis penguatan sampai arus jangkar sama dengan arus nominal.
Catat hasilnya pada tabel 4.
5. Ubah posisi beban bertahap sampai posisi nol. Catat hasilnya pada
tabel 4.
42
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Percobaan hubung singkat :
1. Buat rangkaian seperti gambar 9.
2. Hubung singkat ketiga terminal mesin sinkron.
3. Putar motor penggerak.
4. Atur penguatan mesin sinkron secara bertahap dari 0 sampai arus
jangkar mencapai 120 % nominal.
5. Catat hasilnya pada tabel 5.
Percobaan mencari karakteristik luar :
1. Buat rangkaian seperti gambar 9.
2. Putar motor penggerak.
3. Atur arus penguatan sampai tegangannya 50 % nominal.
4. Masukkan beban R secara bertahap. Catat hasilnya pada tabel 6.
5. Ulangi langkah 4 dengan beban L dan C.
Percobaan mencari karakteristik pengaturan :
1. Buat rangkaian seperti gambar 9.
2. Putar motor penggerak.
3. Atur arus penguatan mesin sinkron sampai tegangannya 50 % tegangan
nominal.
4. Masukkan beban R dan atur arus penguatan supaya tegangan keluaran
konstan. Catat hasil pengukuran pada tabel 7.
5. Ulangi langkah 4 dengan beban L dan C.
Percobaan mencari karakteristik efisiensi :
1. Buat rangkaian seperti gambar 9.
2. Putar motor penggerak.
3. Atur arus penguatan sampai tegangan keluaran nominal.
4. Masukkan beban R dan atur daya keluaran dengan mengatur beban.
5. Catat hasil pengukuran mesin sinkron dan motor penggeraknya pada
43
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
tabel 8.
Percobaan mencari kerugian mesin sinkron :
1. Buat rangkaian mesin sinkron.
2. Lepaskan kopling antara motor penggerak dengan mesin sinkron.
3. Putar motor penggerak dengan kecepatan nominal. Catat tegangan, arus
dan daya motor penggerak pada tabel 9.
4. Matikan motor penggerak dan masukkan kopling antara motor dan mesin
sinkron.
5. Putar motor sampai mencapai putaran nominal. Catat tegangan, arus
dan daya motor pada tabel 9 (daya ini merupakan rugi mekanik pada
mesin sinkron).
6. Atur arus penguatan mesin sinkron sampai tegangannya nominal. Catat
hasilnya pada tabel 9 (daya ini merupakan kerugian daya pada motor
dan kerugian mekanik dan besi pada mesin sinkron).
7. Untuk mencari kerugian tambahan, buatlah percobaan hubung singkat
dan catat dayanya. Masukkan pada tabel 10.
5. TUGAS DAN PERTANYAAN
Gambarkan karakteristik-karkteristik mesin sinkron berdasarkan data hasil
percobaan.
44
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
DATA HASIL PERCOBAAN
Tabel 3. N = C, I = O
No Tegangan
E (Volt)
Arus Penguatan
Iex (A)
Keterangan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
E = 0
E = 120% Vnom
Tabel 4 N = C ; I = C nominal, Beban Cos = 0 ind
No Tegangan
E (Volt)
Arus Penguatan
Iex (A)
Keterangan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
E = 0
E = 120% Vnom
45
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Tabel 5 N = C. V = 0, Hubung singkat.
No Arus Jangkar (I)
Amper
Arus penguatan
(lex)
Amper
Keterangan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
20% Inom
40% Inom
60%Inom
80%Inom
100%Inom
120% Inom
Tabel 6 Iex = C, N = C
No Tegangan
( V )
Arus Jangkar
( A )
Keterangan
( beban )
1
2
3
4
5
6
100 Beban Cos = 0
Induktif
1
2
3
4
5
6
100 Beban cos = 1
Resistif
1
2
100 Beban cos = 0
Kapasitif
46
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
3
4
5
6
Tabel 7 V = 100 Volt, N = C
No Arus Penguatan
( A )
Arus Jangkar
( A )
Keterangan
( beban )
1
2
3
4
5
6
Beban Cos = 0
Induktif
1
2
3
4
5
6
Beban cos = 1
Resistif
1
2
3
4
5
6
Beban Cos = 0
Kapasitif
47
LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
JOB SHEET PRAKTIKUM MESIN LISTRIK
JOB SHEET 9 MESIN SINKRON (PERCOBAAN STATIS) 200 MENIT
Tabel 8. V = C, N = C berbeban
No
Motor DC Generator sinkron
V I P = I . V Vf If P = 3 . Vf . If
1
2
3
4
5
6
Tabel 9 N = C
No
Motor DC Generator sinkron
Keterangan V I P = V . I Vf If P (Watt)
1
2
3
Tabel 10 N = C
No
Motor DC Generator sinkron
Keterangan V I P = I . V Vf If P (Watt)
1
2
3
4
5
6
7
8