24
ALTERNATOR AND SYNCHRONOUS MOTOR Experiment N 8 Laporan ini Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Teknik Tenga Listrik Dosen Pembimbing : Djodi Antono, B.Tech, M.Eng Disusun oleh : Sekar Ayu Tunjungsari (LT 2D/ 21) NIM. 3.39.13.3.21 PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

Alternator and Synchronous Motor (2)

Embed Size (px)

DESCRIPTION

makalah laporan praktikum

Citation preview

Page 1: Alternator and Synchronous Motor (2)

ALTERNATOR AND SYNCHRONOUS MOTORExperiment N 8

Laporan ini Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah

Teknik Tenga Listrik

Dosen Pembimbing : Djodi Antono, B.Tech, M.Eng

Disusun oleh :

Sekar Ayu Tunjungsari

(LT 2D/ 21)

NIM. 3.39.13.3.21

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2015

Page 2: Alternator and Synchronous Motor (2)

I. JUDUL

“Generator Sinkron dan Motor Sinkron”

II. NOMOR PERCOBAAN

Eksperimen N.8.

III. WAKTU DAN TEMPAT PERCOBAAN

Hari : Selasa

Tanggal : 24 Maret 2015

Pukul : 14.00 s/d 18.00 WIB

Tempat : Laboraturium Elektrikal Barat Ruang Khusus Politeknik Negeri Semarang

IV. PENDAHULUAN

Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron yang digunakan

untuk mengubah daya mekanik menjadi daya listrik. Sedangkan Motor Sinkron adalah

mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.

Mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan pada

rotor. Kumparan jangkarnya berbentuk sama dengan mesin induksi, sedangkan

kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub

dengan celah udara sama rata (rotor silinder). Arus searah (DC) untuk menghasilkan

fluks pada kumparan medan dialirkan ke rotor melalui cincin dan sikat. Jadi kontruksi

motor sinkron ini adalah sama dengan generator sinkron, bedanya hanya bahwa

generator sinkron rotornya diputar untuk menghasilkan tegangan, sedangkan motor

sinkron statornya diberi tegangan agar rotornya berputar. Mesin sinkron bila difungsikan

sebagai motor berputar dalam kecepatan konstan. Apabila dikehendaki kecepatan yang

bersifat variabel, maka motor sinkron dilengkapi dengan pengubah frekuensi seperti

Inverter atau Cyclo-converter.

Pada praktikum kali ini kita akan belajar bagaimana mensinkronkan generator

sinkron untuk kemudian diubahfungsikan menjadi motor sinkron dengan sumber tiga

fasa. Pada saat awal mesin sinkron bertindak sebagai generator maka motor DC lah yang

akan memutar generator. Setelah mesin melalui tahap sinkronisasi menjadi generator,

kemudian motor dc dimatikan. Seketika itu pula generator sinkron berubah menjadi

motor sinkron dan motor dc berubah menjadi generator dc. Pada saat motor sinkron

Page 3: Alternator and Synchronous Motor (2)

diberi beban maka, maka motor akan membangkitkan torsi yang cukup untuk menjaga

motor dan bebannya berputar pada kecepatan sinkron.

Motor sinkron ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan

memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk peng-

gunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan

generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga

sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.

V. DASAR TEORI

Motor Sinkron adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah energi listrik

menjadi energi mekanik. Mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan

kumparan medan pada rotor. Kumparan jangkarnya berbentuk sama dengan mesin

induksi, sedangkan kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub sepatu

(salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder). Arus searah (DC)

untuk menghasilkan fluks pada kumparan medan dialirkan ke rotor melalui cincin dan

sikat. Jadi kontruksi motor sinkron ini adalah sama dengan generator sinkron, bedanya

hanya bahwa generator sinkron rotornya diputar untuk menghasilkan tegangan,

sedangkan motor sinkron statornya diberi tegangan agar rotornya berputar.

Prinsip Kerja Motor Sinkron

Gambar Terjadinya torsi pada motor sinkron (a) tanpa beban (b) kondisi berbeban (c) kurva karakteristik torsi

Gambar diatas memperlihatkan keadaan terjadinya torsi pada motor sinkron.

Keadaan ini dapat dijelaskan sebagai berikut: apabila kumparan jangkar (pada stator)

dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa maka akan mengalir arus tiga fasa

pada kumparan. Arus tiga fasa pada kumparan jangkar ini menghasilkan medan putar

homogen (BS). Berbeda dengan motor induksi, motor sinkron mendapat eksitasi dari

sumber DC eksternal yang dihubungkan ke rangkaian rotor melalui slip ring dan sikat.

Page 4: Alternator and Synchronous Motor (2)

Arus DC pada rotor ini menghasilkan medan magnet rotor (BR) yang tetap. Kutub

medan rotor mendapat tarikan dari kutub medan putar stator hingga turut berputar

dengan kecepatan yang sama (sinkron). Torsi yang dihasilkan motor sinkron

merupakan fungsi sudut torsi (δ). Semakin besar sudut antara kedua medan magnet,

maka torsi yang dihasilkan akan semakin besar seperti persamaan di bawah ini.

T = k .BR .Bnet sin δ (2.1)

Pada beban nol, sumbu kutub medan putar berimpit dengan sumbu kumparan

medan (δ = 0). Setiap penambahan beban membuat medan motor “tertinggal” dari

medan stator, berbentuk sudut kopel (δ); untuk kemudian berputar dengan kecepatan

yang sama lagi. Beban maksimum tercapai ketika δ = 90o. Penambahan beban

lebih lanjut mengakibatkan hilangnya kekuatan torsi dan motor disebut kehilangan

sinkronisasi. Oleh karena pada motor sinkron terdapat dua sumber pembangkit fluks

yaitu arus bolak-balik (AC) pada stator dan arus searah (DC) pada rotor, maka ketika

arus medan pada rotor cukup untuk membangkitkan fluks (ggm) yang diperlukan

motor, maka stator tidak perlu memberikan arus magnetisasi atau daya reaktif dan

motor bekerja pada faktor daya = 1,0. Ketika arus medan pada rotor kurang (penguat

bekurang), stator akan menarik arus magnetisasi dari jala-jala, sehingga motor bekerja

pada faktor daya terbelakang (lagging). Sebaliknya bila arus pada medan rotor belebih

(penguat berlebih), kelebihan fluks (ggm) ini harus diimbangi, dan stator akan

menarik arus yang bersifat kapasitif dari jala-jala, dan karenanya motor bekerja pada

faktor daya mendahului (leading). Dengan demikian, faktor daya motor sinkron dapat

diatur dengan mengubah-ubah harga arus medan (IF)

Model dan Dinamika Mesin Sinkron

Mesin sinkron dapat dimodelkan dengan menggunakan rangkaian ekivalennya.

Dari rangkaian ekivalen ini mesin sinkron dapat dianalisa dengan berbagai kondisi

dengan cara yang mudah dan cepat tanpa harus mengoperasikan langsung mesin ini

pada sistem tenaga. Dari rangkaian ekivalen ini dapat dianallisa kondisi dinamis atas

statis suatu mesin. Motor sinkron pada dasarnya adalah sama dengan generator

sinkron karena mempunyai bentuk konstuksi yang sama, kecuali arah aliran daya pada

motor sinkron merupakan kebalikan dari generator sinkron. Oleh karena arah aliran

daya pada motor sinkron dibalik, maka arah aliran arus pada stator motor sinkron juga

dapat dianggap dibalik jika dibandingkan dengan generator sinkron.

a) Motor sinkron 1-fasa

Page 5: Alternator and Synchronous Motor (2)

Untuk menganalisa kondisi motor sinkron dengan mudah, harus diketahui terlebi

dahulu bentuk model rangkaian ekivalennya. Rangkaian ekuivalen motor sinkron

ini mirip dengan rangkaian ekuivalen generator sinkron, kecuali arah arus jangkar

(Ia) yang dibalik. Oleh karena itu bentuk rangkaian ekuivalen motor sinkron 1-fasa

mirip dengan rangkaian ekivalen alternator 1-fasa, tetapi dengan arah arus jangkar

yang terbalik. Bentuk rangkaian ekivalen motor sinkron 1-fasa ini diperlihatkan

pada gambar di bawah ini.

Gambar Rangkaian ekuivalen motor sinkron

b) Motor sinkron 3-fasa

Konstruksi motor sinkron 3-fasa sama dengan konstruksi generator sinkron 3- fasa

(alternator 3-fasa). Oleh karena itu, kumparan motor sinkron ini juga dapat dibuat

dalam bentuk hubunga bintang (Y) dan delta seperti halnya pada alternator 3- fasa.

Motor ini dapat dianalisa dengan menggunakan rankaian ekivalen yang sama

dengan alternator, tetapi dengan arah arus yang berbeda.

Pengaruh perubahan beban pada motor sinkron

Gambar Pengaruh perubahan beban pada motor sinkron

Gambar di atas memberikan gambaran bentuk pengaruh perubahan beban pada

motor sinkron. Jika beban dihubungkan pada motor sinkron, maka motor akan

Page 6: Alternator and Synchronous Motor (2)

membangkitkan torsi yang cukup untuk menjaga motor dan bebannya berputar pada

kecepatan sinkron. Misal mula-mula motor sinkron beroperasi pada faktor daya

mendahului (leading). Jika beban pada motor dinaikkan, putaran rotor pada asalnya

akan melambat. Ketika hal ini terjadi, maka sudut torsi δ menjadi lebih besar dan torsi

induksi akan naik. Kenaikan torsi induksi akan menambah kecepatan rotor, dan motor

akan kembali berputar pada kecepatan sinkron tapi dengan sudut torsi δ yang lebih

besar.

Pengaruh pengubahan arus medan pada motor sinkron

Kenaikan arus medan IF menyebabkan kenaikan besar Ea tetapi tidak

mempengaruhi daya real yang disuplai motor. Daya yang disuplai motor berubah

hanya ketika torsi beban berubah. Oleh karena perubahan arus medan tidak

mempengaruhi kecepatan dan beban yang dipasang pada motor, maka daya real yang

disuplai motor juga tidak berubah. Oleh karena tegangan fasa sumber tegangan juga

konstan, maka jarak daya pada diagram fasor (Ea.sin δ dan Ia.cos θ juga harus

konstan. Ketika arus medan dinaikan, maka Ea naik, tetapi ia hanya bergeser di

sepanjang garis dengan daya konstan. Gambaran hubungan pengaruh kenaikan arus

medan pada motor sinkron ini diperlihatkan pada gambar.

Gambar Pengaruh kenaikan arus medan pada motor sinkron

Ketika nilai Ea naik, besar arus Ia mula-mula turun dan kemudian naik lagi. Pada

nila Ea rendah, arus jangkar Ia adalah lagging dan motor bersifat induktif. Ia bertindak

seperti kombinasi resitor-induktor dan menyerap daya reaktif Q. Ketika arus medan

dinaikkan, arus jangkar menjadi kecil dan pada akhirnya menjadi segaris (sefasa)

dengan tegangan. Pada kondisi ini motor bersifat resistif murni. Ketika arus medan

dinaikkan lebih jauh, maka arus jangkar akan menjadi mendahului (leading) dan

motor menjadi beban kapasitif. Ia bertindak seperti kombinasi resistor-kapasitor

Page 7: Alternator and Synchronous Motor (2)

menyerap daya reaktif negatif –Q (menyuplai daya reaktif Q ke sistem). Hubungan

antara arus jangkar Ia dengan arus medan IF untuk satu beban (P) yang tetap akan

merupakan kurva yang berbentuk V seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.6.

Beberapa kurva V digambarkan untuk level daya yang berbeda. Arus jangkar

minimum terjadi pada faktor daya satu dimana hanya daya real yang disuplai ke

motor. Pada titik lain, daya reaktif disuplai ke atau dari motor. Untuk arus medan

lebih rendah dari nilai yang menyebabkan Ia minimum, maka arus jangkar akan

tertinggal (lagging) dan menyerap Q. Oleh karena arus medan pada kondisi ini adalah

kecil, dan motor dikatakan under excitation. Untuk arus medan lebih besar dari nilai

yang menyebabkan Ia minimum, maka arus jangkar akan mendahului (leading) dan

menyuplai Q. Kondisi ini disebut over excitation.

Gambar Kurva V hubungan antara arus jangkar Ia dengan arus medanIF untuk satu beban (P) yang tetap pada motor sinkron

VI. ALAT DAN BAHAN

DC filtered power supply DL 1013T2 1 buah Shunt dc drive motor DL 1023PS 1 buah Three-phase alternator DL 1026A 1 buah Speed indicator DL 2025DT 1 buah Optical electronic generator DL 2031 1 buah Three-phase power supply unit DL 2108TAL 1 buah Excitation voltage controller DL 2108T01 1 buah Power circuit breaker DL 2108T02 1 buah Moving-iron ammeter (1000 mA) DL 2109T1A 2 buah

Page 8: Alternator and Synchronous Motor (2)

Moving-iron ammeter (2.5A) DL 2109T2A5 2 buah Moving-iron voltmeter (600VA) DL 2109T1PV 1 buah Phase sequence indicator DL 2109T2T 1 buah Double frequencymeter DL 2109T16 1 buah Double voltmeter (250-500V) DL 2109T17 1 buah Synchronoscope DL 2109T32 1 buah Power meter DL 2109T26 1 buah Power factor meter DL 2109T27 1 buah Kabel Penghubung 20 buah Frekuensi Meter Yokogawa 1 buah Digital Multimeter 2 buah

VII. GAMBAR RANGKAIAN

Gambar One Line Motor Sinkron

Page 9: Alternator and Synchronous Motor (2)

Gambar Rangkaian Alternator and Synchonous Motor

VIII. LANGKAH KERJA

1. Menyiapkan alat dan bahan.

2. Merangkai peralatan sesuai gambar rangkaian percobaan.

3. Mengecek urutan fasa jaringan PLN dengan sequence. Jika urutan fasa sudah benar,

lampu pada sequence indikator akan menunjukkan arah anak panah ke kanan.

4. Mengecek urutan fasa generator dengan sequence. Jika urutan fasa sudah benar,

lampu pada sequence indikator akan menunjukkan arah anak panah ke kanan.

5. Menyalakan power supply.

6. Mengatur tegangan power supply yang masuk ke motor dc untuk menstart motor-gen-

erator set setelah itu mengatur kecepatan putaran motor dc hingga mencapai ke-

cepatan nominalnya yaitu ±3000 rpm kemudian catat nilai tegangan power supply.

7. Mengecek tegangan dan frekuensi pada jaringan PLN.

8. Mengatur tegangan generator agar sama dengan tegangan pada jaringan PLN dengan

cara mengatur arus eksitasi mesin sinkron kemudian catat nilai arus eksitasi sebelum

disinkronkan.

Page 10: Alternator and Synchronous Motor (2)

9. Mengatur frekuensi generator agar sama dengan frekuensi pada jaringan PLN dengan

cara mengatur kecepatan motor.

10. Memastikan sudut fasa rangkaian sama, kesamaan sudut fasa dapat diketahui dari

putaran nyala lampu. Jika lampu sudah menyala hijau yang menandakan sudut fasa

sudah sama, tekan saklar sinkron untuk mensinkronkan generator dengan jaringan

PLN.

11. Mengurangi tegangan power supply hingga 0 V dan mematikannya sehingga fungsi

motor dc akan berubah menjadi generator dc sedangkan generator sebagai motor

sinkron.

12. Menyambungkan rangkaian dengan beban resistif yang telah dirangkai kemudian

mengatur level daya output generator dc yang diserap oleh motor sinkron dengan

cara mengatur beban resistif yang terpasang.

13. Ketika level daya output generator dc telah diatur sesuai tabel, atur arus eksitasi

sesuai data tabel kemudian tuliskan nilai arus jangkarnya.

14. Lakukan juga perhitungan nilai arus jangkar untuk level daya output generator dc

yang lain yang ada pada tabel.

15. Ketika nilai arus eksitasi bernilai kecil sehingga mesin sinkron mulai kehilangan ke-

cepatan putarnya, maka nilai arus eksitasi tersebut adalah nilai kritis dari nilai arus

eksitasinya sehingga nilai arus eksitasi tidak boleh dikurangi lagi.

16. Setelah selesai mengisi data tabel, atur kembali arus eksitasi sesuai arus eksitasi se-

belum mesin sinkron disinkronkan dengan jaringan PLN.

17. Menyalakan power supply dan mengatur tegangan power supply sesuai data sebelum

mesin sinkron disinkronkan hingga generator dc diambil alih lagi oleh power supply

sehingga generator dc akan berfungsi kembali sebagai motor dc dan motor sinkron

kembali berfungsi sebagai generator.

18. Matikan saklar sinkron atau tombol merah pada alat sinkronisasi.

19. Mengurangi arus eksitasi hingga 0 Ampere.

20. Mengurangi kecepatan motor dc dengan mengurangi tegangan dari power supply

hingga 0 V.

21. Matikan power supply.

22. Mengembalikan alat seperti semula.

Page 11: Alternator and Synchronous Motor (2)

IX. DATA HASIL PERCOBAAN

IE (mA) IS (A) IS (A) IS (A)

100 0.75

150 0.4 0.5

200 0.4 0.45

250 0.55 0.55

300 0.66 0.7

350 0.8 0.9 1.2

400 1 1.1 1.3

450 1.2 1.2 1.4

500 1.4 1.4 1.5

P (W) 0 130 280

X. PEMBAHASAN

Pada percobaan, beban mengalami perubahan beban seiring dengan berubahnya

nilai arus. Pengaruh perubahan beban pada motor sinkron sendiri adalah jika beban

dihubungkan pada motor sinkron, maka motor akan membangkitkan torsi yang cukup

untuk menjaga motor dan bebannya berputar pada kecepatan sinkron. Misal mula-mula

motor sinkron beroperasi pada faktor daya mendahului (leading). Jika beban pada

motor dinaikkan, putaran rotor pada asalnya akan melambat. Ketika hal ini terjadi,

maka sudut torsi δ menjadi lebih besar dan torsi induksi akan naik. Kenaikan torsi

induksi akan menambah kecepatan rotor, dan motor akan kembali berputar pada

kecepatan sinkron tapi dengan sudut torsi δ yang lebih besar.

Ketika nilai IE naik, besar arus Is mula-mula turun dan kemudian naik lagi. Pada

nila Ea rendah, arus jangkar Is adalah lagging dan motor bersifat induktif. Is bertindak

seperti kombinasi resitor-induktor dan menyerap daya reaktif Q. Ketika arus medan

dinaikkan, arus jangkar menjadi kecil dan pada akhirnya menjadi segaris (sefasa)

dengan tegangan. Pada kondisi ini motor bersifat resistif murni. Ketika arus medan

dinaikkan lebih jauh, maka arus jangkar akan menjadi mendahului (leading) dan motor

menjadi beban kapasitif.

Dapat dilihat dari data hasil percobaan, bahwa semakin besar nilai arus eksitasi

yang diatur, maka akan semakin besar pula nilai arus yang mengalir. Namun, besarnya

nilai arus yang mengalir cenderung konstan dengan bertambahnya nilai daya yang

diatur. Meskipun nilai daya semakin besar, namun besarnya arus yang mengalir

Page 12: Alternator and Synchronous Motor (2)

cenderung konstan. Perbedaannya, pada daya yang besar nilai arus mulai bisa diukur

saat berada pada nilai arus eksitasi sebesar 200 dan 350, bila lebih kecil dari itu, arus

yang mengalir tidak terdeteksi atau terlalu kecil.

XI. PERTANYAAN DAN JAWABAN

Grafik hasil percobaan

100 150 200 250 300 350 400 450 500 P (W)0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Is (A)Is (A)2Is (A)3

XII. KESIMPULAN

1. Mesin sinkron (alternator) dapat dioperasikan sebagai motor maupun generator.

2. Konstruksi Motor Sinkron sama dengan generator sinkron, bedanya hanya bahwa

pada generator sinkron rotornya diputar untuk menghasilkan tegangan, sedangkan

pada motor sinkron statornya diberi tegangan agar rotornya berputar.

3. Syarat sinkronisasi alternator yaitu tegangan, sudut fasa, frekuensi, dan urutan fasa

harus sama.

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

Apabila arus eksitasi terlalu berlebihan dapat menimbulkan lepas sinkron.

5. Semakin besar beban, maka semakin besar pula arus eksitasi yang

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

DAFTAR PUSTAKA

Page 13: Alternator and Synchronous Motor (2)

Delorenzo,Electrical Power Enginering ( Alternator and parallel operation DL GTU1011)http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/12/motor-listrik.htmlhttp://kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/13020-13-599349935825.pdfhttp://sisfo.itp.ac.id/bahanajar/BahanAjar/ZurimanAnthony/Mesin%20Listrik%20AC/Bab

%20II.pdfhttp://ujangaja.wordpress.com/2008/03/30/motor-sinkron/http://rikza86.blogspot.com/2011/01/kerja-paralel-generator.html

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

http://sisfo.itp.ac.id/bahanajar/BahanAjar/ZurimanAnthony/Mesin%20Listrik%20AC/Bab

%20II.pdf

LAMPIRAN

Page 14: Alternator and Synchronous Motor (2)

DC filtered power supply DL 1013T2 (1buah)

Shunt dc drive motor DL 1023PS (1buah)

Three-phase alternator DL 1026A (1buah)

Speed indicator DL 2025DT (1buah)

Page 15: Alternator and Synchronous Motor (2)

Optical electronic generator DL 2031 (1buah)Three-phase power supply unit DL 2108TAL (1buah)

Excitation voltage controller DL 2108T01 (1buah)

Power circuit breaker DL 2108T02 (1buah)

Page 16: Alternator and Synchronous Motor (2)

Moving-iron ammeter (1000 mA) DL 2109T1A (2buah)

Moving-iron voltmeter (2 buah)

Phase sequence indicator DL 2109T2T (1buah)

Page 17: Alternator and Synchronous Motor (2)

Double frequencymeter DL 2109T16 (1buah)

Synchronoscope DL 2109T32 (1buah)

Kabel Penghubung (20 buah)

Page 18: Alternator and Synchronous Motor (2)

Frekuensi Meter Yokogawa (1 buah)

Digital Multimeter (1buah)