LAPORAN PRATIKUM DASAR KONVERSI ENERGI

Nama : Serly Nim: 2009420016

LABORATORIUM ELEKTRONIKA FALKUTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA 2010

GENERATOR SINKRON 3 PHASA (PTTL-1)

I.

TUJUAN PERCOBAAN Mempelajari karakteristik generator Karakteristik tanpa beban Vg = f (lf), n = tetap Karakteristik berbeban Vg = f (lf), If = tetap Karakteristik hubungan pendek Isc = f (lf), n = tetap

II.

ALAT - ALAT III. 1 Generator sinkron 3 fasa type AL-406 1 Motor Induksi 3 fasa type AL-206 1 Tacho generator 1 Rheostat (R-3300) 2 Contactor type C-153 2 Bottom (start/stop) 1 Saklar type S-3/3 1 Rectifier 20 Amp 1 Rheostat (R-3500) 1 Trafo adjuster 2 Amperemeter (0 25 Amp) 1 Voltmeter (0-750 Volt) 1 Wattmeter 3 fasa Kabel-kabel penghubung

TEORI

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus

searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu: 1. Generator penguat terpisah 2. Generator shunt 3. Generator kompon 1. Konstruksi Generator DC Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor. Gambar 1 menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.

Gambar 1. Konstruksi Generator DC Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka

motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor. Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodic / berkala. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator, gunakan amplas halus untuk membersihkan noda bekas sikat arang. 2. Prinsip kerja Generator DC Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara: dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC. Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3.

Gambar 2. Pembangkitan Tegangan Induksi. Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan

medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar 2 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 2.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.

Gambar 3. Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator. Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 3.(1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 3.(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positip. Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC. Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan). 3. Jangkar Generator DC

Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur. Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pada umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik dengan permiabilitas yang cukup besar. Permiabilitas yang besar diperlukan agar lilitan jangkar terletak pada derah yang induksi magnetnya besar, sehingga tegangan induksi yang ditimbulkan juga besar. Belitan jangkar terdiri dari beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur jangkar. Tiap-tiap kumparan terdiri dari lilitan kawat atau lilitan batang.

Gambar 4. Jangkar Generator DC. 4. Reaksi Jangkar Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah generator saat tanpa beban disebut Fluks Medan Utama (Gambar 5). Fluks ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi.

Gambar 5. Medan Eksitasi Generator DC Bila generator dibebani maka pada penghantar jangkar timbul arus jangkar. Arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut FIuks Medan Jangkar (Gambar 6).

Gambar 6. Medan Jangkar dari Generator DC (a) dan Reaksi Jangkar (b). Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak di sebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan medan jangkar ini

disebut reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut . Dengan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis netral akan melemahkan tegangan nominal generator. Untuk mengembalikan garis netral ke posisi awal, dipasangkan medan magnet bantu (interpole atau kutub bantu), seperti ditunjukkan pada Gambar 7.(a).

Gambar 7. Generator dengan Kutub Bantu (a) dan Generator Kutub Utama, Kutub Bantu, Belitan Kompensasi (b). Lilitan magnet bantu berupa kutub magnet yang ukuran fisiknya lebih kecil dari kutub utama. Dengan bergesernya garis netral, maka sikat yang diletakkan pada permukaan komutator dan tepat terletak pada garis netral n juga akan bergeser. Jika sikat dipertahankan pada posisi semula (garis netral), maka akan timbul percikan bunga api, dan ini sangat berpotensi menimbulkan kebakaran atau bahaya lainnya. Oleh karena itu, sikat juga harus digeser sesuai dengan pergeseran garis netral. Bila sikat tidak digeser maka komutasi akan jelek, sebab sikat terhubung dengan penghantar yang mengandung tegangan. Reaksi jangkar ini dapat juga diatasi dengan kompensasi yang dipasangkan pada kaki kutub utama baik pada lilitan kutub utara maupun kutub selatan, seperti ditunjukkan pada gambar 7 (a) dan (b), generator dengan komutator dan lilitan kompensasinya. Kini dalam rangkaian generator DC memiliki tiga lilitan magnet, yaitu:

lilitan magnet utama lilitan magnet bantu (interpole) lilitan magnet kompensasi 5. Jenis-Jenis Generator DC Seperti telah disebutkan diawal, bahwa generator DC berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker) dibagi menjadi 3 jenis, yaitu: 1. Generator penguat terpisah 2. Generator shunt 3. Generator kompon Generator Penguat Terpisah Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator penguat terpisah, yaitu: 1. Penguat elektromagnetik (Gambar 8.a) 2. Magnet permanent / magnet tetap (Gambar 8.b)

Gambar 8. Generator Penguat Terpisah. Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari luar yang dimasukkan melalui belitan F1-F2. Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output generator yang konstan dari terminal rotor A1-A2. Karakteristik tegangan V relatif konstan dan tegangan akan menurun sedikit ketika arus beban I dinaikkan mendekati harga nominalnya. Karakteristik Generator Penguat Terpisah

Gambar 9. Karakteristik Generator Penguat Terpisah Gambar 9 menunjukkan: a. karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie 100%) dan saat eksitasi setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus eksitasi, I adalah arus beban.Tegangan output generator akan sedikit turun jika arus beban semakin besar. b. Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar. c. Perurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar, selanjutnya mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet, sehingga tegangan induksi menjadi kecil. Generator Shunt Pada generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel dengan rotor (A1A2). Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat pada medan magnet stator. Rotor berputar dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yang akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2 diatur oleh tahanan geser.

Makin besar arus eksitasi shunt, makin besar medan penguat shunt yang dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai mencapai tegangan nominalnya. Diagram rangkaian generator shunt dapat dilihat pada Gambar 10.

Gambar 10. Diagram Rangkaian Generator Shunt Jika generator shunt tidak mendapatkan arus eksitasi, maka sisa megnetisasi tidak akan ada, atau jika belitan eksitasi salah sambung atau jika arah putaran terbalik, atau rotor terhubung-singkat, maka tidak akan ada tegangan atau energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut. Karakteristik Generator Shunt

Gambar 11. Karakteristik Generator Shunt. Generator shunt mempunyai karakteristik seperti ditunjukkan pada Gambar 11. Tegangan output akan turun lebih banyak untuk kenaikan arus beban yang sama, dibandingkan dengan tegangan output pada generator penguat terpisah. Sebagai sumber tegangan, karakteristik dari generator penguat terpisah dan generator shunt tentu kurang baik, karena seharusnya sebuah generator mempunyai tegangan output yang konstan, namun hal ini dapat diperbaiki pada generator kompon. Generator Kompon Generator kompon mempunyai dua penguat eksitasi pada inti kutub utama yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt, dan lainnya merupakan penguat seri. Diagram rangkaian generator kompon ditunjukkan pada Gambar 12. Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak di depan belitan shunt.

Gambar 12. Diagram Rangkaian Generator Kompon Karakteristik Generator Kompon

Gambar 13. Karakteristik Generator Kompon Gambar 13 menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan output generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus eksitasi penuh maupun eksitasi 50%. Hal ini disebabkan oleh adanya penguatan lilitan seri, yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar. Jadi ini merupakan kompensasi dari generator shunt, yang cenderung tegangannya akan turun jika arus bebannya naik. IV. PROSEDUR PERCOBAAN VI 1 UMUM 1. Susun rangkaian sesuai dengan gambar 2. Ukur tahanan jangkar (Ra) dengan wheatstone bridge dan catat dalam data pengamatan 3. Masukkan saklar panel control 4. Periksa tegangan eksitansi (s-q) sampai dengan 200 volt dengan urutan sebagai berikut : Masukkan saklar s2,dan rheostat pada posisi nol Atur trafo adjuster sehingga tegangan terminal eksistasi (sq) mencapai 200 volt

IV 2 Hasil Percobaan

V.

TUGAS AKHIR

2. Zs = Vg / Isc = 190/1.5 = 126.67 Zs = tegangan nominal / arus hubungan singkat 3. % Regulasi generator P = V.I,cos Cos = P/(V.I) P (W) 80 80 120 120 140 160 Vg (V) 180 180 180 170 170 170 Il (A) 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Cos 1.11 0.888 1.176 1.008 1.029 1.045

160 180 180 220 220 220

160 150 150 140 130 130

1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

1 1.09 1 1.208 1.208 1.025

Cos rata-rata = 12.787 / 12 = 1.065 = 8.10/ sin = 0.140 Xs = (V.Cos + (Ia.Ra)) + (V.sin + (Ia.Xs)) = (190 . 1.065 + (1.5.7.5)) + (190.0.140+(1.5.70.4)) = (202.35 + (11.25)) + (26.6 + (105.6) = (213.6) + (132.2) = 45624.96 + 17476.84 = 251.08 Volt 4. n = Pout X 100% = Pin Pout P out + Ploss x 5% 100%

Pout = V.I.Cos rata-rata Ploss = V.I.Cos rata-rata x 5% n= = = 0.952 5. - Semakin arus frekuensi pada generator di perbesar maka voltase atau tegangan semakin besar pada percobaan tanpa beban - Semakin besar arus frekuensi pada percobaan berbeban watt atau daya makin kecil - Untuk percobaan hubungan singkat arus frekuensi dengan arus hubungan singkat balance (190.1.5.1.065) 190.1.5.1.065 + 190.1.5.1.065.5% 303.525 303.525 + 15.17625 X 100 X 100%

A Fourier series is an expansion of a periodic function Serangkaian Fourier merupakan perluasan dari fungsi periodik in terms of an infinite sum of sines and cosines . dalam hal suatu jumlah yang tak terbatas sinus dan cosinus . Fourier series make use of the orthogonality relationships of the sine and cosine functions. deret Fourier memanfaatkan ortogonal hubungan dari sinus dan kosinus fungsi. The computation and study of Fourier series is known as harmonic analysis and is extremely useful as a way to break up an arbitrary periodic function into a set of simple terms that can be plugged in, solved individually, and then recombined to obtain the solution to the original problem or an approximation to it to whatever accuracy is desired or practical. Perhitungan dan studi seri Fourier dikenal sebagai analisis harmonik dan sangat berguna sebagai cara untuk memecah sebuah fungsi periodik acak ke dalam serangkaian istilah sederhana yang dapat terpasang di, diselesaikan secara individual, dan kemudian direkombinasi untuk mendapatkan solusi terhadap asli masalah atau suatu pendekatan untuk itu untuk apa akurasi yang diinginkan atau praktis. Examples of successive approximations to common functions using Fourier series are illustrated above. Contoh aproksimasi untuk fungsi umum menggunakan deret Fourier yang digambarkan di atas. In particular, since the superposition principle holds for solutions of a linear homogeneous ordinary differential equation , if such an equation can be solved in the case of a single sinusoid, the solution for an arbitrary function is immediately available by expressing the original function as a Fourier series and then plugging in the solution for each sinusoidal component. Secara khusus, karena prinsip superposisi berlaku untuk solusi dari linear homogen persamaan diferensial biasa , jika misalnya suatu persamaan dapat diselesaikan dalam kasus sinusoida tunggal, solusi untuk fungsi sewenang-wenang ini segera tersedia dengan mengekspresikan fungsi asli sebagai Fourier seri dan kemudian menghubungkannya dengan solusi untuk setiap komponen sinusoidal. In some special cases where the Fourier series can be summed in closed form, this technique can even yield analytic solutions. Dalam beberapa kasus khusus dimana seri Fourier dapat diringkas dalam bentuk tertutup, teknik ini bahkan dapat menghasilkan solusi analitik.

Any set of functions that form a complete orthogonal system have a corresponding generalized Fourier series analogous to the Fourier series. Setiap set fungsi yang membentuk sebuah sistem ortogonal lengkap memiliki sesuai deret Fourier umum analog dengan deret Fourier. For example, using orthogonality of the roots of a Bessel function of the first kind gives a so-called Fourier-Bessel series . Sebagai contoh, menggunakan ortogonal akar dari fungsi Bessel jenis pertama memberikan apa yang disebut deret Fourier-Bessel . The computation of the (usual) Fourier series is based on the integral identities Perhitungan seri Fourier (biasa) didasarkan pada identitas integral (1 ) (1 ) (2 ) (2 ) (3 ) (3 ) (4 ) (4 ) (5 ) (5 ) for untuk , where , Dimana is the Kronecker delta . adalah Kronecker delta .

Using the method for a generalized Fourier series , the usual Fourier series involving sines and cosines is obtained by taking Menggunakan metode untuk umum deret Fourier , seri Fourier biasa melibatkan sinus dan cosinus diperoleh dengan mengambil and dan . . Since these functions form a complete orthogonal system over Karena fungsi ini membentuk suatu sistem ortogonal lengkap atas , the Fourier series of a function , Seri Fourier fungsi is given by diberikan oleh (6 ) (6 )

where mana (7 ) (7 ) (8 ) (8 ) (9 ) (9 ) and dan , 2, 3, .... , 2, 3, .... Note that the coefficient of the constant term Perhatikan bahwa istilah koefisien konstan has been written in a special form compared to the general form for a generalized Fourier series in order to preserve symmetry with the definitions of telah ditulis dalam bentuk khusus dibandingkan dengan bentuk umum untuk deret Fourier umum untuk menjaga simetri dengan definisi and dan . . The Fourier cosine coefficient Koefisien Fourier kosinus and sine coefficient dan koefisien sinus are implemented in Mathematica as FourierCosCoefficient [ expr , t , n ] and FourierSinCoefficient [ expr , t , n ], respectively. diimplementasikan dalam Mathematica sebagai FourierCosCoefficient [expr, t, n] dan FourierSinCoefficient [expr, t, n], masing-masing. A Fourier series converges to the function Serangkaian Fourier menyatu ke fungsi (equal to the original function at points of continuity or to the average of the two limits at points of discontinuity) (Sama dengan fungsi semula pada titik kontinuitas atau rata-rata dari dua batas pada titik diskontinuitas) (10 ) (10 ) if the function satisfies so-called Dirichlet boundary conditions . Dini's test gives a condition for the convergence of Fourier series. apakah fungsi memenuhi apa yang disebut kondisi batas Dirichlet . 's tes Dini memberikan kondisi untuk konvergensi deret Fourier.

As a result, near points of discontinuity, a "ringing" known as the Gibbs phenomenon , illustrated above, can occur. Akibatnya, titik dekat diskontinuitas, sebuah "nada" yang dikenal sebagai fenomena Gibbs , digambarkan di atas, dapat terjadi. For a function Untuk fungsi periodic on an interval periodik pada selang instead of daripada , a simple change of variables can be used to transform the interval of integration from , Perubahan sederhana variabel dapat digunakan untuk mengubah interval integrasi dari to untuk . . Let Membiarkan (11 ) (11 ) (12 ) (12 ) Solving for Penyelesaian untuk gives memberikan gives , Dan memasukkan ini dalam memberikan , and plugging this in (13 ) (13 ) Therefore, Oleh karena itu, (14 ) (14 )

(15 ) (15 ) (16 ) (16 ) Similarly, the function is instead defined on the interval Demikian pula, fungsi ini bukan didefinisikan pada interval , the above equations simply become , Persamaan di atas hanya menjadi (17 ) (17 ) (18 ) (18 ) (19 ) (19 ) In fact, for Bahkan, untuk periodic with period periodik dengan periode , any interval , Setiap interval can be used, with the choice being one of convenience or personal preference (Arfken 1985, p. 769). dapat digunakan, dengan pilihan yang salah satu kemudahan atau preferensi pribadi (Arfken 1985, hal 769). The coefficients for Fourier series expansions of a few common functions are given in Beyer (1987, pp. 411-412) and Byerly (1959, p. 51). The koefisien untuk ekspansi deret Fourier dari fungsi umum sedikit yang diberikan dalam Beyer (1987, hal 411-412) dan Byerly (1959, hal 51). One of the most common functions usually analyzed by this technique is the square wave . Salah satu fungsi yang paling umum biasanya dianalisa dengan teknik ini adalah gelombang persegi . The Fourier series for a few common functions are summarized in the table below. Seri Fourier untuk fungsi umum sedikit yang diringkas dalam tabel di bawah ini. function fungsi Fourier series--sawtooth wave Fourier series - gelombang gigi gergaji Fourier series--square wave Fourier series - gelombang persegi Fourier series Deret Fourier

Fourier series--triangle wave Fourier series - gelombang segitiga If a function is even so that Jika fungsi adalah bahkan sehingga , then , Maka is odd . adalah aneh . (This follows since (Ini mengikuti sejak is odd and an even function times an odd function is an odd function .) Therefore, adalah aneh dan fungsi bahkan kali suatu fungsi ganjil adalah fungsi ganjil itu.), for all untuk semua . . Similarly, if a function is odd so that Demikian pula, jika suatu fungsi ganjil sehingga , then , Maka is odd . adalah aneh . (This follows since (Ini mengikuti sejak is even and an even function times an odd function is an odd function .) Therefore, adalah bahkan dan fungsi bahkan kali suatu fungsi ganjil adalah fungsi ganjil itu.), for all untuk semua . . The notion of a Fourier series can also be extended to complex coefficients . Gagasan dari seri Fourier juga dapat diperluas untuk kompleks koefisien . Consider a real-valued function Pertimbangkan fungsi bernilai real . . Write Menulis (20 ) (20 ) Now examine Sekarang periksa (21 ) (21 ) (22 ) (22 ) (23 ) (23 ) (24 ) (24 ) (25 ) (25 ) so sehingga

(26 ) (26 ) The coefficients can be expressed in terms of those in the Fourier series The koefisien dapat dinyatakan dalam hal orang-orang di seri Fourier (27 ) (27 ) (28 ) (28 )

(29 ) (29 )

For a function periodic in Untuk fungsi periodik dalam menjadi

, these become , Ini (30 ) (30 ) (31 ) (31 )

These equations are the basis for the extremely important Fourier transform , which is obtained by transforming Persamaan ini merupakan dasar yang sangat penting untuk transformasi Fourier , yang diperoleh dengan mengubah from a discrete variable to a continuous one as the length dari variabel diskrit untuk satu kontinu panjang ..