Jobsheet 2 6p3z31

LAPORAN PRAKTIKUM MESIN LISTRIK “GENERATOR DC PENGUATAN TERPISAH”

OLEH: AIDIL SYAPUTRA 15063026

DOSEN PEMBINA Hansi Effendi, ST, M.Kom.

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2018

Jobsheet 2. Generator DC Penguatan Terpisah A. TUJUAN Mampu merangkai, menjalankan dan menganalisa beberapa karakteristik generator dc penguatan terpisah. B. TEORI Generator DC penguat terpisah yaitu sustu generator arus searah yang sumber arus kumparan medannya diambil dari sumber tersendiri di luar generator. Pada generator DC penguatan terpisah berlaku: 𝐸𝑚 = 𝐶. ∅. 𝑛 𝑉𝑡 = 𝐸𝑎 − 𝐼𝑎 . 𝑅𝑎 = 𝐼𝐿 . 𝑅𝐿 𝐼𝑎 = 𝐼𝐿 𝑉𝑓 = 𝐼𝑓 . 𝑅𝑓

Dimana: 𝐸𝑎 =Tegangan jangkar (V); 𝑉𝑓 =Tegangan terminal (V); 𝑉𝑓 =Tegangan Medan (V); 𝐼𝑎 = Arus jangkar (Ampere); 𝐼𝑓 = Arus medan (Ampere); 𝐼𝐿 = Arus beban (Ampere); 𝑅𝑎 = Tahanan jangkar (Ohm); 𝑅𝐿 = Tahanan beban (Ohm); 𝑅𝑓 = Tahanan medan (Ohm) C= konstanta Φ= fluks/kutub n=putaran (rpm)

Bila tegangan sumber yang dihubungkan dengan kumparan medan generator mempunyai harga yang tetap, maka arus medan 𝐼𝑓 yang mengalir akan tetap besarnya. Demikian pula dengan besarnya nilai fluks yang dihasilkan oleh kutub. Jadi tidak ada pengaruh penurunan tegangan terhadap besarnya fluks yang dihasilkan. Bila kumparan jangkar dihubungkan dengan beban sebsar 𝑅𝐿 , maka pada jangkar akan mengalir arus sebesar 𝐼𝑎 . Arus jangkar (𝐼𝑎 ) akan mengakibatkan jatuh tegangan sebesar 𝐼𝑎 . 𝑅𝑎 (volt). Juga pada sikat akan jatuh tegangan sebesar 𝐼𝑎 . 2. 𝑟ℎ (volt). Namun demikian tegangan pada sikat sering diabaikan karena relatif kecil .

jatuh

Berdasarkan keterangan di atas, maka dapat ditulis persamaan sebagai berikut: Daya masukan pada generator adalah : 𝑃𝑖𝑛 = Efisiensi generator =

𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑖𝑛

2 .𝜋.𝑛 60

. 𝑇 (𝑤𝑎𝑡𝑡)

𝑥 100 %; Voltage regulation (𝑉𝑅 ) =

𝑉𝑁𝐿 −𝑉𝐹𝐿 𝑉𝐹𝐿

𝑥 100 %

Dimana: 𝑉𝑁𝐿 = Tegangan tanpa beban ; 𝑉𝐹𝐿 = Tegangan beban penuh C. PERALATAN 1. M

= Torsi meter listrik MV 100

2. G

= Mesin DC MV 120

3. TG

= Tachometer generator MV 153

4. R my

= Shunt rheostat TS 500/440

5. 𝑅𝑎

= Resistor beban TB 40

6. 𝐼𝑎

= Ammeter 12 A

7. 𝐼𝑚

= Ammeter 1 A

8. V

= Voltmeter 300 V

9. S

= Switch TO 30

D. PROSEDUR 1. Merangkai dan menjalankan mesin a. Hubungkan torsi meter MV 100 sebagai motor dan mesin DC MV 120 sebagai generator sesuai dengan diagram rangkaian. b. Catat spesifikassi generator DC seperti ditunjukka pada rating plate. Rating ini tidak boleh dilampaui selama percobaan berlangsung. c. Dosen atau teknisi mencek rangkaian percobaan. d. Hidupkan switch dengan DC konstan atur shunt rheostat torsi meter sehingga dicapau arus penguatan maksimum. e. Set teganagn DC control variable menjadi no dan hidupkan switch tegangan DC variable. Setelah itu naikkan tegangan rotor 230 V. mesin lalu akan hidup dan berputar sampai mencapai 1500 rpm. Mesin seharusnya berputar sesuai dengan arah panah.

2. Pengukuran karakteristik tanpa beban E = f(If), sebagai contoh tegangan induksi tanpa beban sebagai fungsi dari arus penguatan. a. Atur torsi meter hingga kecepatannya 1400 rpm. Kecepatan ini harus dikontrol konstan selama percobaan dan harus dicek secara terus menerus. Switch S harus pada posisi off. Variasikan tegangan penguatan If dengan variasi 0.1 A mulai dari nol ke maksimum dan pada setiap variasi tegangan catat If dan tegangan indusi yang terbaca pada voltmeter V. masukkan nilainnya pada table 1. b. Selanjutnya variasikan arus penguatan dari maksimum ke nol dan untuk setiap nilai catat If dan V. amati bahwa dengan perubahan arus penguatan dari minimum ke maksimum kemudian dari maksimum ke minimum akan terdapat perbedaan akibat dari histerisis magetik dalam bagian besi esin. Amati kecepatannya. c. Ulangi pengukuran a dan b diatas untuk kecepatan 1200 rpm. 3. Pengukuran karakteristik teganagan luar U=f(IL), sebagai contoh teganagan generator sebagai fungsi dari arus beban IL. a. Atur torsi meter hingga kecepatannya 1400 rpm. Kecepatan ini harus dikontrol konstan selama percobaan dan harus dicek dari waktu ke waktu. b. Atur shunt rheostat Rmy dari generator DC sehingga teganagan generator mencapai 220 V. Switch S harus masih pada posisi off. Catat seting arus penguatan If generator. Arus penguatan ini harus dijaga konstan selama percobaan berlangsung dan harus di cek dari waktu-ke waktu. c. Atur resisitor beban RL ke beban minimum. Gunakan hanya RL 1 fasa untuk beban terendah. Hidupkan switch S dan dengan resisitor beban RL variasikan arus beban IL dengan variasi 1A sampai arus rating. Untuk masing-masing nilai baca arus dan tegangan V. Cek kecepatan dan arus penguatan.

E. DIAGRAM RANGKAIAN

Catatan : IB = IL = Arus beban (Ampere); Ra = RL = Tahanan Beban (Ohm); Im = If = Arus medan (Ampere); Rmy = Rf = Tahanan medan (Ampere)

F. TABEL PERCOBAAN Rating Generator DC MV153 (Catat informasi yang dibutuhkan yang ada pada name plate peralatan yang digunakan)

Tabel 1. Karakteristik tanpa beban (V = f (If), n = konstan) n = 1200 rpm

n = 1400 rpm

Penambahan If

Pengurangan If

Penambahan If

Pengurangan If

If(A)

V (V)

If (A)

V (V)

If (A)

V (V)

If (A)

V (V)

0.0

20

0.5

220

0.0

25

0.5

250

0.1

80

0.4

210

0.1

85

0.4

240

0.2

138

0.3

190

0.2

160

0.3

220

0.3

180

0.2

150

0.3

205

0.2

180

0.4

205

0.1

90

0.4

235

0.1

105

0.5

220

0.0

20

0.5

250

0.0

25

Tabel 2. Karakteristik tanpa beban (V = 𝑓 (𝑛). 𝐼𝑓 , 𝐼𝑓 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛) n = 1200 rpm Penambahann

n = 1400 rpm

Pengurangann

Penambahan n

Pengurangan n

n(rpm)

V (V)

n(rpm)

V (V)

n(rpm)

V (V)

n(rpm)

V (V)

0

0

1400

235

0

0,2

1400

215

100

30

1300

220

100

30

1300

238

200

48

1200

205

200

50

1200

220

300

65

1100

191

300

68

1100

205

400

85

1000

178

400

86

1000

190

500

96

900

160

500

100

900

172

600

112

800

145

600

120

800

158

700

130

700

130

700

140

700

140

800

145

600

112

800

158

600

120

900

160

500

98

900

170

500

100

1000

180

400

80

1000

190

400

75

1100

190

300

65

1100

205

300

70

1200

205

200

45

1200

220

200

50

1300

220

100

29

1300

238

100

30

1400

235

0

0

1400

215

0

10

Tabel 3. Karakteristik Berbeban atau karakteristik Tegangan Luar ( 𝑉 = 𝑓(𝐼𝐿 ), 𝐼𝑓 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛 (𝑚𝑖𝑠𝑎𝑙: 0.4 𝐴), 𝑛 = 1400 𝑟𝑝𝑚) 𝐼𝐿 (𝐴)

Pengukuran

Perhitungan

V (volt)

𝑃𝑜𝑢𝑡 (VA)

T (Nm)

𝑃𝑖𝑛 (watt)

η (%)

𝑉𝑅 (%)

0

-

-

-

-

-

-

1

132

120

1,8

263,76

45,49

62,87

2

125

240

3

439,6

54,9

72

3

120

350

4,6

674,05

51,92

79,16

4

115

430

5,8

846.89

50,77

86,95

5

110

510

7,2

1055,04

48,33

95,45

G. ANALISA DATA 1. Karakteristik tanpa beban a. n = 1200 rpm dan n = 1400 rpm Pada karakteristik tanpa beban ini dapat dilihat bahwa setiap peningkatan nilai arus maka nilai tegangan yang dihasilkan meningkat. Seperti pada n = 1200 rpm, ketika arus dinaikkan dari 0,0 - 0,5 A, dari percobaan nilai tegangan terus meningkat yakni dari 20 – 220 V, begitu juga pada kecepatan n = 1400 rpm yakni dari 25 – 250 V. pada kondisi arus medan sama dengan nol pada voltmeter sudah terbaca nilai tegangan ini disebabkan adanya magnet sisa, sehingga ketika diputar tanpa ada arus pada medan yang mengalir, kumparan medan sudah menghasilkan fluks. Dan juga mengapa ketika kecepatan 1200 dan 1400 rpm memiliki nilai tegangan yang berbeda ini dapat dijelaskan dari rumus berikut : Ea = K’ Φ n

VT = Ea - IaRa

Dari rumus diatas dapat diliat antara tegangan induksi (Ea) dan kecepatan (n) berbanding lurus, sehingga semakan naik kecepatan putaran generator maka nilai tegangan induksi menigkat yang dihasilkan semakin besar. Dengan naiknya

nilai tegangan induksi maka nilai teganagan total yang dihasilkan juga akan meningkat. Dan sebab mengapa dengan naiknya nilai arus medan maka nilai tegangan yang dihasilkan juga meningkat ini dikarenakan, jika nilai tahanan medan berkurang menyebabkan nilai arus medan menigkat, sehingga flux yang dihasilkan mesin juga menigkat akibatnya nilai tegangan induksi yang dihasilkan (Ea) juga menigkat. Dengan naiknya nilai Ea maka nilai VT juga akan meningkat. Ini dapat dilihat dari rumus berikut : If

= Vf/Rf

Ea = K Φ ω

, sehingga Vt

= Ea

- IaRa

b. If = 0.4 A dan If = 0.5 A Sama halnya dengan penjelasan diatas, namun pada percobaan ini nilai arus medannya yang dijaga konstan yakni pada nilai 0.4 dan 0.5 A dan kecepatan putaran generator yang divariabelkan. Dari percobaan diketahui semakin meningkatnya kecepatan maka nilai tegangan akan meningkat, seperti pada nilai arus medan 0.4 A, dengan kecepatan putaran dari 0 – 1400 rpm nilai tegangan terus naik yakni dari 0.2 – 210 V, begitu juga dengan If = 0.5 A, dari nilai tegangan 0.2 – 215 A. Ini dapat dibuktikan dari rumus berikut : Ea = K’ Φ n

VT = Ea - IaRa

Dari rumus diatas dapat diketahui semakin tingginya nilai putaran (n) maka nilai tegangan induksi juga meningkat dan dengan naiknya nilai tegangan induksi maka nilai tegangan total (Vt) juga akan meningkat. Dan juga dengan nilai arus medan yang dinaikkan maka nilai tegangan yang dihasilkan juga akan meningkat. Ini bisa dibukikan dengan rumus berikut If

= Vf/Rf

Ea = K Φ ω

, sehingga Vt

= Ea

- IaRa.

Dengan naiknya nilai arus medan maka nilai tegangan yang dihasilkan juga meningkat ini dikarenakan, jika nilai tahanan medan berkurang menyebabkan nilai arus medan menigkat, sehingga flux yang dihasilkan mesin juga menigkat akibatnya nilai tegangan induksi yang dihasilkan (Ea) juga menigkat. Dengan naiknya nilai Ea maka nilai VT juga akan meningkat 2. Karakteristik dengan beban (If = 0.4 dan n = 1400 rpm Dengan semakin naiknya nilai pada beban maka nilai tahanan juga akan semakin naik, sehingga tegangan Vt akan meurun. 3. Perhitungan Daya Input

𝑃𝑖𝑛1 = 𝑃𝑖𝑛2 = 𝑃𝑖𝑛3 = 𝑃𝑖𝑛4 = 𝑃𝑖𝑛5 =

2𝜋𝑛 𝑇 60 2𝜋𝑛 𝑇 60 2𝜋𝑛 𝑇 60 2𝜋𝑛 𝑇 60 2𝜋𝑛 𝑇 60

= = = = =

2𝑥 3.14 𝑥 1400 𝑥1,8 60 2𝑥 3.14 𝑥 1400 𝑥3 60

= 439,6 𝑤𝑎𝑡𝑡

2𝑥 3.14 𝑥 1400 𝑥4,6 60 2𝑥 3.14 𝑥 1400 𝑥5,8 60 2𝑥 3.14 𝑥 1400 𝑥7,2 60

= 263,76 𝑤𝑎𝑡𝑡

= 674,05 𝑤𝑎𝑡𝑡 = 849,89 𝑤𝑎𝑡𝑡 = 1055,01 𝑤𝑎𝑡𝑡

4.Perhitungan Efisiensi Motor 𝜂1 = 𝜂2 = 𝜂3 = 𝜂4 =

𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑖𝑛 𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑖𝑛 𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑖𝑛 𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑖𝑛

𝑥 100 % = 𝑥 100 % = 𝑥 100 % = 𝑥 100 % =

120 263,76 240 439,6

𝑥 100 % = 45,49 %

𝑥 100 % = 54,9 %

350 674,05 430 846,89

𝑥 100 % = 51,92 % 𝑥 100 % = 50,77 %

𝜂5 =

𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑖𝑛

𝑥 100 % =

510 1055,04

𝑥 100 % = 48,33 %

5. Voltage Regulation (𝑉𝑅 )

𝑉𝑅1 = 𝑉𝑅2 = 𝑉𝑅3 = 𝑉𝑅4 = 𝑉𝑅5 =

𝑉𝑁𝐿 −𝑉𝐹𝐿 𝑉𝐹𝐿 𝑉𝑁𝐿 −𝑉𝐹𝐿 𝑉𝐹𝐿 𝑉𝑁𝐿 −𝑉𝐹𝐿 𝑉𝐹𝐿 𝑉𝑁𝐿 −𝑉𝐹𝐿 𝑉𝐹𝐿 𝑉𝑁𝐿 −𝑉𝐹𝐿 𝑉𝐹𝐿

𝑥 100% = 𝑥 100% = 𝑥 100% = 𝑥 100% = 𝑥 100% =

215−132 132 215−125 125 215−120 120 215−115 115 215−110 110

𝑥 100% = 62,87 % 𝑥 100% = 72 % 𝑥 100% = 79,16 % 𝑥 100% = 86,95 % 𝑥 100% = 95,45 %

H. TUGAS 1. Gambar karakteristik tanpa beban untuk penaikan dan penurunan 𝐼𝑚 pada kecepatan 1400 dan 1200 rpm secara berurutan pada diagram yang sama dengan 𝐼𝑚 sebagai axis-nya.

KARAKTERISTIK PENAIKAN I F PADA KECEPATAN 1200 RPM TEGANGAN MOTOR (VOLT)

Tegangan 250 200 150 100 50

0 0

0.1

0.2

0.3 NILAI IF (AMPERE)

0.4

0.5

0.6

KARAKTERISTIK PENURUNAN IF PADA KECEPATAN 1200 RPM TEGANGAN MOTOR (VOLT)

Tegangan 250 200 150 100

50 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

NILAI IF (AMPERE)

KARAKTERISTIK PENAIKAN IF PADA KECEPATAN 1400 RPM TEGANGAN MOTOR (VOLT)

Tegangan 300 250 200 150 100 50 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

NILAI IF (AMPERE)

KARAKTERISTIK PENURUNAN IF PADA KECEPATAN 1400 RPM TEGANGAN MOTOR (VOLT)

Tegangan 300 250 200 150 100 50 0 0

0.1

0.2

0.3 NILAI IF (AMPERE)

0.4

0.5

0.6

2. Gambar karakteristik tanpa beban untuk penaikan dan penurunan kecepatan hingga 1400 secara berurutan pada diagram yang sama dengan 𝐼𝑙 sebagai axis-nya. a. Tegangan (V) 130

128

TEGANGAN (V)

125

128 123

120

118

115

115

110

108

105 100 95 0

1

2

3

4

5

IL (A) V (volt)

b. Torka

T (Nm) TORKA (NM)

8

7

6

5.8 4.4

4 2.8

2

1.6

1.6

0

1

0 2

3

4

5

IL (A) T (Nm)

DAYA OUTPUT (WATT)

c. Daya output 600 500 400 300 200 100 0 0

1

2

3 IL (A)

Pout

4

5

3. Gambar karakteristik tegangan luar untuk penguatan terpisah dengan 𝐼𝐵 sebagai axis-nya.

KARAKTERISTIK TEGANGAN LUAR TEGANGAN MOTOR (VOLT)

Tegangan 135 130 125 120 115 110 105 0

1

2

3

4

5

6

NILAI IB (AMPERE)

6. Karakteristik tanpa beban berbeda untuk penaikan dan penurunan arus penguatan Sebab penguatan medan terhadap rotor yang telah berputar jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan penguatan medan jika rotor dalam keadaan diam. Dalam keadaan motor diam maka diperlukan gaya lebih untuk memutar rotor. Sedang jika rotor telah dalam keadaan berputar maka gaya yang diperlukan lebih kecil. 7. Tegangan menurun dengan kenaikan 𝐼𝐵 dengan penguatan yang terpisah (lihat karakteristik tegangan luar) Sebab dengan bertambahnya beban maka arus akan naik yang menyebabkan tegangan suplai pun akan turun hal ini berdasarkan rumus dasar yang diungkapkan dalam hokum Ohm yakni semakin besar arus maka tegangan akan menurun atau dapat dituliskan dengan rumus sebagai berikut: 𝑉 = 𝐼 𝑥 𝑅

I. KESIMPULAN Dari hasil percobaan di atas dapat ditarik kesimpulan bahwa, dengan putaran motor akan bertambah cepat jika tegangan dinaikkan. Semakin besar tegangan yang disuplai ke motor maka putara motor pun akan semakin cepat. Tegangan yang dibutuhkan saat menaikkan kecepatan motor berbeda dengan tegangan yang diperlukan saat menurunkan kecepatan motor. Besaran beban yang dihubungkan ke motor mengakibatkan tegangan motor akan berkurang sesuai dengan besarnya beban yang dihubungkan ke motor tersebut. Besaran penurunan sesuai dengan hukum ohm, dimana apabila arus naik maka tegangan akan turun.

J. DAFTAR PUSTAKA

Tim Labor Mesin Listrik. (2012). Jobsheet Praktikum Mesin Listrik Program Studi S1 Pendidikan Teknik Elektro.Padang: Jurusan Teknik Elektro FT-UNP

Stephen, J. Chapman. 2005. Electric Machinery Fundamental. American : Mc Graw Hils