PEMBUATAN DAN PENENTUAN HAMBATAN
advertisement
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PEMBUATAN DAN PENENTUAN HAMBATAN DALAM (πΉπΉππππ ) GENERATOR SINKRON RANGKA AKRILIK SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika Oleh : AGUS RIADI NIM : 101424037 PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PEMBUATAN DAN PENENTUAN HAMBATAN DALAM (πΉπΉππππ ) GENERATOR SINKRON RANGKA AKRILIK SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika Oleh : AGUS RIADI NIM : 101424037 PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016 ii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI HALAMAN PERSEMBAHAN Skripsi ini penulis persembahkan untuk : MY MIGHTY LORD JESUS CHRIST Ia membuat segala sesuatu indah pada waktunya, bahkan ia memberikan kekekalan dalam hati mereka. Tetapi manusia tidak dapat menyelami pekerjaan yang dilakukan Allah dari awal sampai akhir. (Pengkhotbah 3:11) Bapak Mahmudin Ogoi dan Ibu Friskila Adikku Arif Riyadi Delvie Naberia Almamaterku v PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI ABSTRAK PEMBUATAN DAN PENENTUAN HAMBATAN DALAM (πΉπΉππππ ) GENERATOR SINKRON RANGKA AKRILIK Oleh : Agus Riadi NIM :101424037 Penelitian ini bertujuan untuk membuat generator sinkron dengan menggunakan rangka akrilik dan menentukan hambatan dalam (π π ππππ ). Hambatan dalam (π π ππππ ) ditentukan dengan melakukan variasi pada putaran rotor. Putaran yang digunakan dalam pengukuran (133,4 rpm), (214,9 rpm), (226,9 rpm), (359,6 rpm), (427,2 rpm), (555,1 rpm), (718,4 rpm), (892,7 rpm). Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah tegangan listrik, arus listrik, kecepatan putar. Hambatan dalam(π π ππππ ) yang dihasilkan oleh generator sinkron adalah (6,10 β¦) Kata Kunci : Generator sinkron, hambatan dalam (π π ππππ ). viii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI ABSTRACT THE MANUFACTURE AND DETERMINATION OF THE INTERNAL RESISTANCE (πΉπΉππππ ) ACRYLIC FRAME SYNCHRONOUS GENERATOR By : Agus Riadi NIM : 101424037 This research aims to create a synchronous generator using acrylic frame and determine it’s internal resistance (π π ππππ ). To determine the internal resistance, the revolution of the rotor was varied. The rotation speed of the rotor ware 133.4 rpm, 214.9 rpm, 226.9 rpm, 359.6 rpm, 427.2 rpm, 555.1 rpm, 718.4 rpm, 892.7 rpm. The parameters measured in this study are the voltage, electric current, rotational speed. Internal resistance (π π ππππ ) produced by the synchronous generator is 6,10 Ω. Keywords : impedance, Generator synchronous, the internal resistance (π π ππππ ). ix PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan berkat-Nya yang berlimpah sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul : PEMBUATAN DAN PENENTUAN HAMBATAN DALAM (π π ππππ ) GENERATOR SINKRON RANGKA AKRILIK. Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam, Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam mempersiapkan, menyusun dan menyelesaikan skripsi ini, penulis tidak lepas dari bimbingan serta bantuan yang diberikan oleh semua pihak. Maka pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak A. Prasetyadi, M.Si selaku dosen pembimbing dan dosen program studi Pendidikan Fisika yang dengan penuh kesabaran telah membimbing, membantu, mendampingi, memotivasi serta meluangkan waktunya kepada penulis selama masa perkuliahan, penelitian dan proses penulisan skripsi ini. 2. Bapak Rohandi, Ph. D., selaku Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sanata Dharma 3. Bapak Ign. Edi Santosa, M.Si. Selaku Ketua Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Sanata Dharma. 4. Bapak Mahmudin Ogoi dan Ibu Friskila yang selama ini selulu mendoakan, memberikan semangat, dukungan, memotivasi dan membantu penulis dalam banyak hal. x PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ................................................................................................................ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .......................................................................iii HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................................................iv HALAMAN PERYATAAN KEASLIAN KARYA.................................................................vi HALAMAN PERYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASIILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ................................................................................................vii ABSTRAK ................................................................................................................................viii ABSTRACT..............................................................................................................................ix KATA PENGANTAR ..............................................................................................................x DAFTAR ISI.............................................................................................................................xii DAFTAR TABEL.....................................................................................................................xv DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................xvi BAB I PENDAHULUAN .........................................................................................................1 A. Latar Belakang ..............................................................................................................1 B. Rumusan Masalah .........................................................................................................2 C. Batasan Masalah ...........................................................................................................3 xii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI D. Tujuan Penelitian ..........................................................................................................3 E. Manfaat Penelitian ........................................................................................................3 F. Sistematika Penulisan ...................................................................................................4 BAB II DASAR TEORI ...........................................................................................................5 A. Impedansi ......................................................................................................................5 B. Hukum Faraday.............................................................................................................7 C. Generator Sinkron .........................................................................................................11 D. Konstruksi Generator Sinkron ......................................................................................12 a. Stator .......................................................................................................................13 b. Rotor .......................................................................................................................13 c. Jumlah Kutub ..........................................................................................................13 E. Reaktansi Sinkron Magnet Permanen setara Generator AC .........................................14 F. Generator Sinkron tanpa Beban ....................................................................................15 G. Generator Sinkron dengan Beban .................................................................................16 BAB III METODELOGI PENELITIAN ..................................................................................18 A. Tempat dan Waktu Pelaksnaaan ...................................................................................18 B. Desain Penelitian ..........................................................................................................18 1. Desain Ukuran Rangka ...........................................................................................18 2. Menggunakan Seng Galvanis .................................................................................20 3. Jenis Ukuran dan Jumlah Magnet yang Digunakan ................................................21 4. Lilitan Kawat Email ................................................................................................21 C. Parameter Yang Diukur ................................................................................................24 xiii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 1. Tegangan Terminal Keluaran (ππππ )..........................................................................24 2. Kecepatan Anguler (ππ) ..........................................................................................24 3. Arus (I) ....................................................................................................................25 4. Beban (π π ππ )..............................................................................................................26 5. Menentukan Jari-jari (r) dan Panjang (L) pada Generator Ginkron .......................26 6. Menentukan Impedansi (πππ π ) pada Generator Sinkron............................................27 7. Menentukan Hambatan Dalam (π π ππππ ) pada Generator Sinkron ..............................27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................................28 A. Hasil Pengukuran Arus dan Tegangan Pada Generator Sinkron ..................................28 B. Hasil Pengukuran Putaran Rotor N (rpm) dan Tegangan Pada Generator Sinkron .........................................................................................................29 C. Hasil Pengukuran Tegangan (V) dan Perhitungan Kecepatan Angular (ππ) pada Generator Sinkron .........................................................................................31 D. Nilai Tegangan Reaktansi .............................................................................................32 E. Nilai Arus (I) .................................................................................................................34 F. Impedansi (πππ π ) dari Generator Sinkron ........................................................................36 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................................38 A. Kesimpulan ...................................................................................................................38 B. Saran .............................................................................................................................39 DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................................................40 LAMPIRAN ..............................................................................................................................41 xiv PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Tabel 4.1. Tabel tahanan π π ππ dari gradien pengaruh tegangan terhadap arus ..........29 Tabel 4.2. Tabel rapat medan magnetik (B) efektif dari grafik pengaruh kecepatan anguler (ππ) terhadap tegangan (V).........................................................................32 Tabel 4.3. Data perhitungan nilai tegangan reaktansi πΈπΈπ₯π₯ pada generator sinkron ....................33 Tabel 4.4. Data perhitungan nilai arus I pada generator sinkron ..............................................35 Tabel 4.5. Data perhitungan nilai impedansi pada generator sinkron.......................................36 xv PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Grafik pengaruh kecepatan angular terhadap tegangan ....................................10 Gambar 2.2. Rangkaian generator sinkron dengan beban .....................................................15 Gambar 2.3. Rangkaian generator sinkron tanpa beban berlakunya hubungan πΈπΈ0 dan ππππππππ .15 Gambar 2.4. Rangkaian generator sinkron dengan beban .....................................................16 Gambar 3.1. Desain rangka generator sinkron pada CorelDraw X6. (1) Stator, (2) Stator (3) Rotor (4) Stator ...........................................................................19 Gambar 3.2. Rangka generator sinkron .................................................................................20 Gambar 3.3. Arah lilitan kawat ..............................................................................................20 Gambar 3.4. Magnet Nd-35 ...................................................................................................21 Gambar 3.5. (a) Bentuk generator sinkron menggunakan seng dalam (ditunjukkan dengan panah), (b) Bentuk generator sinkron dengan seng diluar....................22 Gambar 3.6. Set alat generator sinkron saat penelitian dilaboratorium teknologi mekanik Universitas Sanata Dharma ..............................................23 Gambar 3.7. Rangkaian alat generator sinkron yang disusun secara vertikal pada mesin drilling............................................................................................23 Gambar 3.8. Rangkaian ekivalen pengukuran pada generator sinkron .................................24 xvi PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Gambar 3.9. Pengukuran arus listrik menggunakan clampmeter pada generator sinkron.....25 Gambar 3.10. Lampu yang digunakan dalam penelitian .........................................................26 Gambar 3.11. Menentukan jari-jari pada generator sinkron ...................................................26 Gambar 3.12. Menentukan panjang penampang satu lilitan pada generator sinkron .............27 Gambar 4.1. Grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari generator sinkron .....................29 Gambar 4.2. Grafik pengaruh putaran terhadap tegangan dari generator sinkron .................30 Gambar 4.3. Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan dari generator sinkron .......................................................................................31 Gambar 4.4. Grafik pengaruh kecepatan anguler (ω) terhadap tegangan reaktansi Ex pada generator sinkron ..................................................34 Gambar 4.5. Grafik pengaruh kecepatan anguler (ω) terhadap impedansi(Zs ) dari generator sinkron .......................................................................................37 xvii PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Hambatan dalam (π π ππππ ) dari suatu rangkaian merupakan karakteristik listrik yang menjadi penghambat suatu daya listrik yang mempengaruhi tegangan dan arus yang mengalir pada rangkaian. Apabilia frekuensi sangat rendah reaktansi kapasitif akan menjadi lebih besar daripada reaktansi induktif. Ketika frekuensi naik reaktansi induktif akan meningkat dan reaktansi kapasitif menjadi turun. Hambatan dalam (π π ππππ ) dapat didefinisikan sebagai karakteristik listrik yang menjadi penghambat suatu daya listrik. Satuannya adalah ohm. Generator sinkron merupakan mesin listrik yang mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik [Hasibuan, 2013]. Sebagian besar energi listrik yang digunakan sekarang dihasilkan oleh generator listrik dalam bentuk arus bolak-balik (AC). Generator sederhana untuk arus bolak-balik merupakan kumparan yang berputar dalam medan magnetik [Tipler, 2001]. Generator arus bolak-balik atau disebut dengan alternator adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mengkonversi energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik (elektrik) dengan perantara induksi magnetik. Perubahan energi terjadi kareana adanya perubahan medan magnet B pada kumparan (tempat terbangkitnya tegangan energi pada generator) [Wildi, 1981]. 1 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2 Pengembangan pembangkit skala kecil yang efisien untuk sistem mini biasanya menggunakan magnet permanen yang mempunyai rapat fluks megnetik tinggi. Magnet permanen dari bahan Neodymium biasanya dipilih karena memiliki karakteristik magnet yang baik sekalipun memiliki kekurangan pada ketahanan pada temperatur tinggi dan korosi [Prasetyadi, 2012]. Generator dengan menggunakan magnet permanen sangat efisien untuk digunakan untuk keperluan kincir angin/air karena mampu bekerja baik pada kecepatan putar yang rendah. Kemudahan dalam pembuatan dan juga meningkatkan daya generator ini sangat memudahkan dalam mendesain suatu generator dengan kapasitas daya tertentu, tegangan tertentu dan juga kecepatan kerja tertentu hanya dengan mengubah-ubah parameter seperti kekutan fluks magnet, jumlah kumparan dan lilitannya, jumlah magnet serta ukuran diameter kawat [Haryotejo P, 2009]. Pada penelitian ini akan dilakukan perhitungan hambatan dalam (π π ππππ ) pada generator sikron yang memiliki jumlah kumparan, lilitan, magnet, dan diameter kawat yang tetap. B. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut dapat dibuat rumusan masalah 1. Bagaimana membuat generator sinkron dengan rangka akrilik? 2. Bagaiman menentukan nilai rapat medan magnetik B pada generator sinkron dengan rangka akrilik? PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 3 3. Bagaimana menentukan nilai hambatan dalam (π π ππππ ) pada generator sinkron dengan rangka akrilik? C. Batasan Masalah Pada penelitian ini masalah yang dibatasi pada 1. Kecepatan putar yang digunakan terdiri dari 133,4 rpm, 214,9 rpm, 226,6 rpm, 359 rpm, 427,2 rpm, 555,1 rpm, 718,4 rpm, dan 892,7 rpm. 2. Generator yang digunakan prisma segi sepuluh dengan sepuluh kumparan, 10 buah magnet permanen dan 1000 lilitan. 3. Kawat email yang digunakan berdiameter 0,5 mm dan 5 buah lampu. 4. Akrilik yang digunakan memiliki ketebalan 0,5 mm. D. Tujuan Penelitian Pada penelitian ini bertujuan untuk : 1. Membuat generator sinkron dengan rangka akrilik. 2. Menentukan besarnya nilai medan magnetik B generator sinkron dengan rangka akrilik. 3. Menentukan nilai Impedansi (πππ π ) generator sinkron dengan rangka akrilik. 4. Menentukan nilai hambatan dalam (π π ππππ ) generator sinkron dengan rangka akrilik. E. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian adalah : 1. Mengetahui cara pembuatan generator sinkron. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 4 2. Mengetahui cara menentukan nilai medan magnetik B generator sinkron. 3. Mengatahui cara menentukan nilai Impedansi (πππ π ) generator sinkron. F. 4. Mengetahui cara menentukan nilai hambatan dalam (π π ππππ ) generator sinkron. Sistematika Penulisan BAB I Pendahuluan Bab I Menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan. BAB II Dasar Teori Bab II menguraikan tentang dasar-dasar teori pendukung dalam penelitian. BAB III Eksperimen Bab III menguraikan tentang tempat pelaksanaan penelitian, alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, dan langkah-langkah penelitian. BAB IV Hasil dan Pembahasan Bab IV Menguraikan tentang hasil penelitian dan pembahasan hasil penelitian. BAB V Penutup Bab V menguraikan kesimpulan dan saran. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI BAB II LANDASAN TEORI A. Impedansi Impedansi adalah sebuah kuantitas kompleks yang memiliki dimensi ohm. Hubungan antara tegangan, arus dan impedansi dinyatakan dalam persamaan (2.1). ππ = ππ (2.1) πΌπΌ Z adalah impedansi, V adalah tegangan dan I adalah arus (Ampere) yang mengalir. Perbandingan-perbandingan ini merupakan fungsi sederhana dari harga elemen, dan juga frekuensi. Misalnya, sebuah induktor akan dinyatakan di dalam daerah waktu oleh induktansi L dan di dalam daerah frekuensi oleh impedansi jωL. Sebuah kapasitor di dalam daerah waktu adalah kapasitansi C dan impedansi 1/jωC di dalam daerah frekuensi. Dengan demikian impedansi induktor adalah πππΏπΏ = ππωL (2.2) dan impedansi kapasitor adalah 1 ππππ= ππ ωc (2.3) 5 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 6 dengan L adalah induktansi, C adalah kapasitansi, dan ππ adalah frekuensi anguler. Misalnya, pada ππ = 10 4 rad/s, induktor 5 mH yang diseri dengan kapasitor 100 µF dapat diganti dengan satu impedansi yang merupakan jumlah impedansi individu. Dengan mengganti Persamaan (2.2) dan (2.3) impedansi induktor tersebut adalah ππππ = ππππL = ππ50Ω Dan impedansi kapasitor ππππ = 1 − ππ = = −ππ1Ω ππππC ππC Impedansi ekivalen dari kombinasi seri dari kedua elemen ini adalah ππππππ = πππΏπΏ + πππΆπΆ = ππ50 − ππ1 = ππ49Ω Sedangkan untuk menghitung sebuah kombinasi paralel digunakan cara yang persis sama dengan cara menghitung tahanan-tahanan paralel, yaitu ππππππ = Berlakunya (ππ50)(−ππ1) 50 = = −ππ1,020 Ω ππ50 − ππ1 ππ49 kedua Hukum Kirchoff di dalam daerah frekuensi memungkinkan dengan mudah bahwa impedansi dapat dikombinasikan secara seri PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 7 dan paralel dengan aturan yang sama seperti untuk tahanan listrik [Kemmerly,2005]. B. Hukum Faraday Hukum induksi Faraday menyatakan bahwa GGL (gaya gerak listrik) induksi ππ dipengaruhi oleh fluks . Ggl yang timbul antara ujung-ujung suatu loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar [Tipler,2001]. Secara matematis, fluks magnetik dinyatakan oleh Persamaan (2.4). ππ = − dΦ (2.4) dt Besarnya fluks magnetik dinyatakan dalam satuan weber (Wb) yang setara dengan (1Wb = 1T.m2). Dari definisi fluks tersebut, dapat dinyatakan bahwa fluks yang melalui loop kawat penghantar dengan N lilitan lebih dari satu dan fluks berubah sebesar βΦπ΅π΅ dalam waktu βπ‘π‘, besarnya GGL induksi dinyatakan dalam Persamaan (2.5). ππ = −ππ ΔΦ π΅π΅ Δπ‘π‘ (2.5) Tanda negatif pada Persamaan (2.5) sesuai dengan Hukum Lens. Dengan bahasa yang sederhana Hukum Lens menyatakan ggl induksi dan arus induksi memiliki arah sedemikian rupa sehingga berlawanan pada muatan yang PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 8 menghasilkan ggl dan arus induksi tersebut [Tipler, 2001]. Apabila perubahan fluks (β³ Φ) terjadi dalam waktu singkat (βt = 0), maka ggl induksi menjadi ππ = −ππ = −ππ ππππππ βπππ΅π΅ Δπ‘π‘ → 0 Δπ‘π‘ βππ (2.6) Δπ‘π‘ Dengan ππ adalah ggl induksi (volt), N adalah banyaknya lilitan, Δπππ΅π΅ adalah perubahan fluks magnetik (wb), dan Δπ‘π‘ adalah selang waktu (s). Karena fluks adalah fungsi luas dan rapat medan atau π΄π΄. π΅π΅ = Φ maka dapat dinyatakan βΦ = β (π΅π΅. π΄π΄) (2.7) βΦ Jika B tetap, βπ‘π‘ βπ΄π΄ = π΅π΅ βπ‘π‘ (perubahan luas) sehingga βπ΄π΄ ππ = −ππ. π΅π΅ βπ‘π‘ Jika A tetap Δππ Δπ‘π‘ Δπ΅π΅ ππ = −ππ. π΄π΄ Δπ‘π‘ (2.8) = π΄π΄ Δπ΅π΅ Δπ‘π‘ (perubahan magnetik) sehingga (2.9) Dari persamaan (2.8) dapat ditentukan besarnya rapat medan magnetik B pada generator sinkron. Diketahui A adalah fungsi luas (A= Panjang (p) x Lebar PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 9 (πΏπΏ)), t adalah waktu dan N adalah jumlah lilitan total. Sehingga dapat dinyatakan di dalam Persamaan (2.10) sebagai ππ = π΅π΅ Δππ.ππ Δπ‘π‘ Δππ ππ = π΅π΅π΅π΅ Δπ‘π‘ Pada persamaan (2.10) diketahui bahwa, (2.10) Δππ Δπ‘π‘ = π£π£ . Persamaan kecepatan linear adalah π£π£ = ππ. ππ sehingga Persamaan (2.10) dapat ditulis menjadi ππ = π΅π΅π΅π΅π΅π΅π΅π΅ (2.11) Dengan ππ adalah ggl induksi (volt), B adalah rapat medan magnetik, ππ adalah lebar (dalam generator knockdown ππ = panjang penampang lilitan (1 x 2 x jumlah lilitan total (N)), ππ adalah kecepatan anguler dan r adalah jari-jari. Ggl induksi memiliki satuan volt sehingga ππ = ππ. Dengan demikian Persamaan (2.11) dapat dinyatakan sebagai ππ = π΅π΅π΅π΅π΅π΅π΅π΅ ππ = πΆπΆπΆπΆ (2.12) Jika ππ = πΆπΆπΆπΆ sehingga dibuat grafik pengaruh kecepatan angular ππ terhadap tegangan V dinyatakan Gambar 2.1. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 10 ω Gambar 2.1 Grafik pengaruh kecepatan angular terhadap tegangan Dari Gambar 2.1 diketahui πΆπΆ = π΅π΅π΅π΅π΅π΅ sehingga persamaan (2.12) dapat ditulis menjadi ππ ππ = πΆπΆ (2.13) Dengan tegangan. ππ ππ adalah gradien dari grafik hubungan kecepatan anguler terhadap Dari Persamaan (2.13) dapat ditentukan nilai rapat medan magnetik dengan persamaan sebagai berikut. π΅π΅ = C. ππππππππππππππ ππππ (2.14) Generator Sinkron Generator arus bolak-balik (AC) atau disebut dengan altenator adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 11 (elektrik) dengan perantara induksi magnetik. Perubahan energi ini terjadi karena adanya perubahan medan magnet B pada kumparan (tempat terbangkitnya tegangan pada generator). Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada lilitan. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Frekuensi dalam hertz adalah sama seperti laju rotor dalam putaran perdetik, yakni, frekuensi listrik tersebut disinkronisasikan dengan laju mekanis. Inilah alasan mengapa mesin ini sering dinamakan mesin sinkron. Misalnya sebuah mesin sinkron berkutub dua harus berputar pada 3600r/min untuk menghasilkan sebuah tegangan dengan frekuensi 60 Hz. Bila sebuah mesin mempunyai lebih dari dua kutub, maka seringkali akan memudahkan dengan memusatkan perhatian pada sepasang kutub tunggaluntuk memudahkan maka seringkali hanya memusatkan perhatian pada sepasang kutub tunggal dengan mengenal kondisi listrik, kondisi magnetik, dan kondisi mekanis yang diasosiasikan dengan tiap-tiap pasangan kutub lainnya adalah pengulangan kondisi-kondisi untuk pasangan yang ditinjau. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 12 Satu pasangan kutub dalam sebuah mesin berkutub p atau siklus distribusi fluks menyamai 3600 listrik atau 2ππ radian listrik. Karena ada p/2 panjang gelombang lengkap atau siklus satu putaran lengkap, maka diperoleh ππ ππ = 2 ππππ (2.15) Dengan ππ adalah sudut dalam satuan listrik dan ππππ adalah sudut mekanis. Maka frekuensi gelombang tegangan adalah ππ ππ ππ = 2 60 π π (2.16) Dengan laju mekanis dalam putaran per menit dan n/60 adalah laju dalam putaran per detik. Frekuensi radian ππ dari gelombang tegangan adalah ππ ππ = 2 ππππ (2.17) Dengan ππππ adalah laju mekanis dalam radian per detik [Fitzgerald, 1985]. D. Konstruksi Generator Sinkron Secara umum kontruksi generator singkron terdiri dari stator (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang bergerak). Generator sinkron memiliki celah antara stator dan rotor yang berfungsi sebagai tempat terjadinya fluks atau induksi energi listrik dari rotor ke stator. Adapun kontruksi generator AC adalah sebagai PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 13 1. Stator Stator merupakan bagian yang diam dan merupakan gulungan kawat penghantar yang disusun sedemikian rupa dan di tempatkan pada alur-alur akrilik. Pada penghantar tersebut adalah tempat terbentuknya ggl induksi yang diakibatkan dari medan magnet putar dari rotor. 2. Rotor Rotor merupakan bagian yang bergerak. Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet sehingga menghasilkan tegangan kemudian akan diinduksikan ke stator. Rotor pada generator juga berfungsi sebagai tempat magnet yang disusun pada alur-alur akrilik. 3. Jumlah Kutub Jumlah kutub pada generator sinkron mempengaruhi kecepatan rotasi dan frekuensi. Pada generator sinkron mempengaruhi besarnya frekuensi kerja putaran rotor. Semakin banyak kutub maka semakin kecil putaran yang diperlukan oleh rotor untuk menghasilkan tegangan tertentu. Bahwa hubungan antara kecepatan putar medan magnet pada mesin dengan frekuensi elektrik dinyatakan sebagai ππππ ππ = 120 π π (2.18) dengan ππ adalah frekuensi tegangan induksi (Hz), p adalah jumlah kutub pada rotor dan n adalah kecepatan rotor (r/min). PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 14 Misalnya, generator berputar pada kecepatan putar 200 rpm dan menghasilkan listrik dengan frekuensi 60 Hz, maka jumlah kutub dapat ditentukan sebagai berikut : ππ = kutub utara dan selatan. E. 120ππ ππ = 120 π₯π₯ 60 200 = 36 kutub, atau 18 pasang Reaktansi Sinkron Magnet Permanen setara Generator AC Sebuah generator dengan kutub yang berupa magnet permanen berperilaku seperti halnya generator sinkron. Pada generator sinkron, setiap fase belitan stator memiliki resistansi R dan induktansi tertentu L. Karena ini mesin arus bolak-balik, induktansi memanifestasikan sebagai reaktansi sinkron πππ π , diberikan oleh πππ π = 2ππππππ (2.19) dengan πππ π adalah reaktansi sinkron, per fase (Ω), f adalah frekuensi generator (Hz) dan L adalah induktansi jelas dari belitan stator, per fase (H). Reaktansi sinkron generator adalah impedansi internal seperti πππ π . Jika kita mengabaikan hambatan dari gulungan, kita memperoleh sirkuit yang sangat sederhana yang ditunjukkan oleh Gambar 2.2. Dengan demikian, sebuah generator sinkron dapat diwakili oleh rangkaian setara terdiri dari Eβ tegangan induksi dalam seri dengan impedansi sinkron πππ π (β¦). Dengan ΙΈ fluks yang menginduksi Eβ tegangan internal. Untuk reaktansi sinkron πππ π diberikan, tegangan ππππ pada terminal generator tergantung pada E0 dan beban π π ππ . I adalah arah arus. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 15 Beban Gambar 2.2 Rangkaian generator sinkron dengan beban F. Generator Sinkron tanpa Beban Rangkaian generator sinkron yang tidak diberi beban dapat dilihat pada Gambar 2.3. Gambar 2.3 Rangkaian generator sinkron tanpa beban berlakunya hubungan dan PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 16 G. Generator Sinkron dengan Beban Rangkaian generator sinkron yang diberi beban π π ππ dengan ΙΈ fluks yang menginduksi tegangan internal Eβ dari sumber tegangan terminal keluaran ππππ pada generator. Eβ terinduksi seri dengan tegangan reaktansi πΈπΈπ₯π₯ dan impedansi sinkron πππ π . Bahwa I adalah arus yang melewati beban π π ππ . Beban Gambar 2.4 Rangkaian generator sinkron dengan beban sehingga didapatkan persamaan πΈπΈ0 = πΈπΈπ₯π₯ + ππππ (2.20) Dari Persamaan 2.20 diketahui bahwa πΈπΈπ₯π₯ = πΌπΌπππ π dan ππππ = πΌπΌπ π ππ sehingga persamaan menjadi πΈπΈ0 = πΌπΌ (πππ π + π π ππ ) (2.21) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 17 karenanya, πΈπΈ0 − πΌπΌπ π ππ = πΌπΌπππ π πΈπΈπ₯π₯ = πΈπΈ0 − ππππ (2.22) (2.23) Untuk menentukan impedansi sinkron πππ π dari Gambar 2.4, dapat menggunakan persamaan. πΈπΈπ₯π₯ = πΌπΌπππ π (2.24) πππ π = (2.25) πΈπΈπ₯π₯ πΌπΌ dengan, ππππ πΌπΌ = π π (2.26) ππ Impedansi sinkron πππ π (β¦) digunakan untuk mencari besarnya hambatan dalam π π ππππ (β¦). Besarnya hambatan dalam π π ππππ (β¦) dapat dicari menggunakan Persamaan (2.27). πππ π = π π ππππ + π½π½π½π½π½π½ π π ππππ = (πππ π − π½π½π½π½π½π½) (2.27) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Pelaksanaan Penelitian dilaksanakan pada April – Mei 2015 di Lab Teknologi Mekanik Kampus III Paingan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. B. Desain Penelitian Penelitian ini adalah penelitian eksperimen untuk mengukur hambatan dalam (π π ππππ ) pada generator menggunakan rangka akrilik. 1. Desain Ukuran Rangka Generator sinkron didesain meggunakan aplikasi CorelDraw X6. Jumlah dan ukuran magnet sebagai tolak ukur awal perancangan generator sinkron. Penggunaan CorelDraw X6 dikarenakan aplikasi ini sesuai dengan aplikasi pada rumah pemotongan akrilik. Desain rangka generator sinkron dinyatakan pada Gambar 3.1. adapun rancangan generator sinkron adalah a. Pada Gambar 3.1 nomor 1 adalah rangka stator tempat lilitan kawat email dengan diameter total 11,10 cm, untuk jarak antara tiang-tiangnya 2,00 cm, tinggi tiang 2 cm, tebal 0,5 cm dan lubang bagian tengah berdiameter 0,6 cm. rangka ini berjumlah satu pasang. b. Pada gambar 3.1 nomor 2 adalah rangka stator bagian yang berfungsi sebagi tempat laker/bearing. Rangka ini memiliki diameter 5,18 cm, tebal 0,5 cm, 18 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 19 lubang pada bagian tengah memiliki diameter 1,80 cm dan rangka ini berjumlah satu pasang. c. Pada Gambar 3.1 nomor 3 adalah rangka rotor tempat magnet menempel dengan diameter 5 cm dan tebal 0,6 cm yang terdiri dari 3 rangka sehingga tebalnya menjadi 1,5. Sedangkan lubang dibagian tengahnya berdiameter 0,6 cm yang berfungsi sebagi tempat masuknya as (axle). d. Pada Gambar 3.1 nomor 4 adalah rangka stator berfungsi untuk penghubung rangka no 1 memiliki panjang 3 cm, tebal 0,5 cm, tinggi 2 cm, jarak antara tiang 2 cm dan berjumlah sepuluh buah rangka. Rangkaian desain pada aplikasi CorelDraw X6 yang dipakai saat penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.1. Gambar 3.1. Desain rangka generator sinkron pada CorelDraw X6. (1) Stator, (2) Stator (3) Rotor (4) Stator PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 20 gambar rangka generator yang sudah terangkai yang digunakan pada saat penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.2. Gambar 3.2. Rangka generator sinkron Gambar 3.3. Arah lilitan kawat 2. Menggunakan Seng Galvanis a. Seng Luar Seng dipasang pada jalur lilitan pada rangka nomor 4, dengan mengikuti bentuk rangka, fungsinya sebagai penguat arus listrik. b. Seng Dalam Seng yang digunakan sebagai pelapis rangka nomor 3, setelah dilapisi dengan seng baru dipasang magnet diatasnya. Seng yang digunakan memiliki ketebalan 0,4 mm. Seng memiliki permeabilitas ππ yang tinggi karena bahan PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 21 tersebut dilapisi oleh baja yang termasuk benda-benda ferromagnetik sehingga arus yang dihasilkan bertambah besar. 3. Jenis Ukuran dan Jumlah Magnet yang Digunakan Jenis magnet yang digunakan pada generator sinkron ini adalah magnet ND35 yang berbentuk koin dengan diameter 15 mm dan tebal 3 mm. Magnet yang digunakan berjumlah 10 buah. Magnet ND-35 digunakan dalam perancangan generator sinkron karena magnet ND-35 bersifat permanen dan kuat. Magnet Nd-35 memiliki beberapa unsur yaitu Br dan Hcb. Br sebesar 12,1 KGs/1,21 Tesla dan Hcb adalah resistansi bahan untuk mengalami kerusakan magnetik sebesar 11,4 KOe/ 0,1432 KA/m [Magcraft, 2007]. Gambar 3.4. Magnet Nd-35 4. Lilitan Kawat Email Dalam melilit kawat email pada generator sinkron harus diperhatikan arah lilitan kawat email. Dalam melakukan lilitan pilih arah awal lilitan bisa searah putaran jarum jam atau sebaliknya, lakukan lilitan searah putaran jarum jam sampai jumlah PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 22 tertentu lalu sisi berikutnya berlawanan dengan arah putaran jarum jam sampai jumlah lilitan sama dengan jumlah lilitan pertama. Jumlah kumparan generator sinkron terdiri dari 10 sisi dengan jumlah total lilitan sebanyak 1000 lilitan. Gambar penampang generator ditunjukkan pada Gambar 3.5. a b Gambar 3.5.(a) Bentuk generator sinkron menggunakan seng dalam (ditunjukkan dengan panah), (b) Bentuk generator sinkron dengan seng diluar Foto set alat dan rangkaian alat yang dipakai saat penelitian ditunjukkan pada Gambar 3.6 dan 3.7. Gambar 3.6. Set alat generator sinkron saat penelitian dilaboratorium teknologi mekanik Universitas Sanata Dharma. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 23 a MD b d e c Gambar 3.7. Rangkaian alat generator sinkron yang disusun secara vertikal pada mesin drilling. Keterangan alat: a. Mesin drilling b. Generator sinkron c. Kabel penghubung d. Set rangkaian generator sinkron dengan beban e. Alat ukur C. Parameter yang Diukur Parameter yang diukur dalam eksperimen ini adalah 1. Tegangan Terminal Keluaran (π½π½ππ ) Pengukuran tegangan terminal keluaran yang dihasilkan oleh generator sinkron menggunakan multimeter. Pengukuran tegangan dilakukan dengan memvariasikan beban dan kecepatan anguler. Cara pengukuran ditunjukan dalam Gambar 3.8. ππππ adalah tempat mengukur tegangan terminal keluaran. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 24 A Beban Gambar 3.8. Rangkaian ekivalen pengukuran pada generator sinkron 2. Kecepatan Anguler (ππ) Kecepatan anguler (putaran) dari perancangan generator sinkron dapat diukur dengan tachometer. Hasil dari tachometer dirata-rata, dan hasil rata-rata dari tachometer digunakan dalam perhitungan. Secara umum persamaan yang dapat digunakan untuk memperoleh hasil pengukuran kecepatan anguler adalah ππ = 2ππππ. Dimana 2ππ adalah satu putaran penuh sudut yang ditempuh 3600, dan f adalah frekuensi. Hasil pengukuran tachometer adalah putaran per menit (ππππ ) sehingga persamaan yang dapat digunakan untuk memperoleh kecepatan anguler dari hasil 1 ππ ππ ππ ππ pengukuran adalah ππ = 2ππππ = 2ππ ππ = 2ππ 60π π = ππ 30π π dengan (ππππ ) adalah jumlah rotasi atau putaran permenit. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 25 3. Arus (I) Arus listrik yang mengalir pada rangkaian diukur menggunakan clampmeter. Cara menempatkan clampmeter pada rangkaian dapat dilihat pada Gambar 3.8. Pengukuran arus I pada rangkaian dilakukan setiap melakukan variasi putaran atau beban. Pengukuran menggunakan clampmeter pada Gambar 3.9. Gambar3.9 Pengukuran arus listrik menggunakan clampmeter pada generator sinkron. 4. Beban (πΉπΉππ ) Beban divariasi pada setiap kecepatan anguler. Beban dibuat dari lampu dengan watt yang berbeda-beda. Beban yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.10. Gambar 3.10 Lampu yang digunakan dalam penelitian. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 26 5. Menentukan Jari-Jari (R) dan Panjang (L) pada Generator Sinkron Untuk menentukan jari-jari pada generator sinkron, dilakukan pengukuran dari pusat sampai tengah kumparan dan menentukan panjang penampang satu lilitan, dapat dilihat pada Gambar 3.12 pengukuran mewakili kesembilan sisi lainnya, hasil pengukuran dikali dua karena ada dua penampang dalam satu kumparan. Seperti pada Gambar 3.11 dan 3.12. Gambar 3.11. Menentukan jari-jari pada generator sinkron. Gambar 3.12. Menentukan panjang penampang satu lilitan pada generator sinkron. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 27 6. Menentukan Impedansi (ππππ ) pada Generator Sinkron Untuk menentukan impedansi (πππ π ) dengan menggunakan lampu yang dihubungkan dengan generator sinkron, tiap lampu memiliki saklar sehingga dapat diatur jumlah lampu yang digunakan. Generator sinkron diputar menggunakan mesin drilling. Kecepatan putaran rotor diatur pada mesin drilling dengan delapan kali variasi kecepatan. 125 rpm, 205 rpm, 250 rpm, 345 rpm, 410 rpm, 530, 690 rpm, dan 860 rpm. Pengukuran tegangan pada saat rotor berputar konstan menggunakan multimeter dan pengukuran arus yang mengalir menggunakan clampmeter (AC). 7. Menentukan Hambatan Dalam (πΉπΉππππ ) pada Generator Sinkron Hambatan dalam (π π ππππ ) didapatkan melalui grafik hubungan kecepatan anguler (ππ) terhadap impedansi (πππ π ). PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian dilaksanakan pada April - Mei 2015 di Laboratorium Teknologi Mekanik III Paingan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penelitian dilakukan dengan melakukan pengukuran arus, tegangan dan kecepatan putar pada generator knockdown, mula-mula generator knockdown tanpa seng dan menggunakan seng. kedua jenis pengujian diukur dengan cara yang sama. Multimeter yang digunakan dalam pengukuran ini adalah multimeter digital A-830 dengan batas ukur 200 V~ bertujuan mengukur tegangan yang dihasilkan oleh generator knockdown. Clamp meter digunakan untuk mengukur arus yang dihasilkan generator dengan batas ukur 20 A. Kecepatan putar rotor pada generator yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari berbagai rpm yaitu 125, 205, 250, 345, 410, 530, 690 dan 860 diatur pada selektor mesin drilling. A. Hasil Pengukuran Arus dan Tegangan pada Generator Sinkron Data hasil pengukuran pada generator sinkron menggunakan seng pada tabel Lampiran I. Data dari tabel dianalisa dalam bentuk grafik pengaruh tegangan terhadap arus listrik yang ditampilkan pada Gambar 4.1 grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari generator sinkron. 28 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 29 Gambar 4.1. Grafik pengaruh tegangan terhadap arus dari generator sinkron Gambar 4.1 Menunjukkan bahwa arus tidak semua terukur saat rangkaian terhubung dengan lampu. Arus bernilai nol bila rangkaian generator sinkron tidak dihubungkan dengan lampu. Bila terhubung dengan lampu nilai arus dan tegangan berbanding lurus. Semakin banyak jumlah lampu semakin besar pula arus yang dihasilkan. Bila rangkaian generator dihubungkan dengan lampu, arus akan terlihat pada tegangan tertentu tergantung jumlah lampu dan kecepatan putar yang diberikan. Nilai gradien pada Gambar 4.1 ditunjukkan pada Tabel 4.1. Tabel 4.1. Tabel hambatan Jumlah lampu 1 2 3 4 5 dari gradien pengaruh tegangan terhadap arus Gradien Ω) 0 0,24 0,57 0,93 1,32 1,84 π π ππ (Ω) 0 4,17 1,75 1,07 0,75 0,54 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 30 Tabel 4.1 menunjukkan bahwa semakin banyak lampu yang digunakan, maka semakin besar tahanan yang dihasilkan. Untuk menentukan tahanan total dapat dilihat pada Lampiran II. B. Hasil Pengukuran Putaran Rotor n (rpm) dan Tegangan pada Generator Sinkron Penelitian dilakukan pada generator sinkron. Data yang diperoleh untuk putaran rotor n (rpm). Data yang diperoleh dilampirkan pada Lampiran I. Data dari lampiran I dianalisa dalam bentuk grafik pengaruh putaran terhadap tegangan pada Gambar 4.2. Gambar 4.2. Grafik pengaruh putaran terhadap tegangan dari generator sinkron Gambar 4.2 Menunjukkan bahwa semakin besar putaran rotor n (rpm) tegangan yang dihasilkan akan semakin besar. Pada setiap pertambahan lampu tegangan semakin kecil pada setiap putaran rotor n (rpm). PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 31 C. Hasil Pengukuran Tegangan (V) dan Perhitungan Kecepatan Angular (ππ) pada Generator Sinkron Data yang diperoleh untuk tegangan (V) pada generator sinkron dan kecepatan anguler (ππ) dari perhitungan dan (ππππ ) puataran per menit. Untuk data kecepatan 1 ππ ππ anguler (ππ) menggunakan persamaan ππ = 2ππππ = 2ππ ππ = 2ππ 60πππ π = ππ 30πππ π data yang diperoleh dilampirkan pada Lampiran II. Data dari tabel (Lampiran II) dianalisa dalam bentuk grafik pengaruh putaran terhadap tegangan pada Gambar 4.3. Gambar 4.3. Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan dari generator sinkron Gambar 4.3 Menunjukkan bahwa semakin besar kecepatan anguler (ππ) tegangan (v) yang dihasilkan semakin besar. Sebaliknya semakin banyak lampu yang digunakan semakin kecil tegangan dengan kecepatan anguler yang sama. Gradien dari grafik PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 32 Gambar 4.3 yaitu grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan dari generator sinkron digunakan untuk menunjukkan rapat medan magnetik (B). Data perhitungan rapat medan magnetik ditunjukan pada Tabel 4.2. Tabel 4.2. Tabel rapat medan magnetik (B) efektif dari grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan (V). NO 1 2 3 4 5 6 Lampu 1 2 3 4 5 Gradien (vs) 0,0518 0,0417 0,0333 0,0251 0,0197 0,0163 B (T) 0,031 0,025 0,020 0,015 0,011 0,010 Tabel 4.2 menunjukkan bahwa semakin banyak lampu yang digunakan, semakin kecil rapat medan magnetik (B) efektif yang dihasilkan. Rapat medan magnetik (B) efektif berpengaruh terhadap banyaknya lampu yang dihubungkan dapat dilihat dari Tabel 4.2. Pengukuran untuk menentukan nilai rapat medan magnetik (B) efektif dapat dilihat pada Lampiran III. D. Nilai Tegangan Reaktansi π¬π¬πΏπΏ Nilai tegangan reaktansi berdasarkan persamaan (2.23) untuk putaran 359,68- 892,74 rpm disajikan pada Tabel 4.3. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 33 Tabel 4.3. Data perhitungan nilai tegangan reaktansi No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Dari Tebel n (rpm) πΈπΈ0 (π£π£π£π£π£π£π£π£) 359,68 1.7 427,22 2 555,1 2.7 718,48 3.6 892,74 4.6 4.3 terlihat bahwa pada generator sinkron Jumlah Anguler ππππ (π£π£π£π£π£π£π£π£) πΈπΈπ₯π₯ (π£π£π£π£π£π£π£π£) Lampu (ππ) 1 1.1 0.6 37,6 2 0.6 1.1 3 0.4 1.3 4 0.2 1.5 5 0.2 1.5 1 1.4 0.6 44,7 2 0.9 1.1 3 0.6 1.4 4 0.3 1.7 5 0.3 1.7 1 1.4 1.3 58,1 2 1.4 1.3 3 0.9 1.8 4 0.7 2 5 0.5 2.2 1 2.7 0.9 75,2 2 2 1.6 3 1.4 2.2 4 1.1 2.5 5 0.8 2.8 1 3.5 1.1 93,4 2 2.6 2 3 2 2.6 4 1.5 3.1 5 1.3 3.3 semakin besar putaran yang dihasilkan generator sinkron nilai tegangan reaktansi πΈπΈππ semakin besar pada setiap lampu. Data perhitungan diambil dari kecepatan 345-860 rpm disebabkan pada kecepatan tersebut nilai arus yang dihasilkan cukup besar. Sedangkan pada 125-250 rpm nilai arus yang dihasilkan cukup kecil. Untuk menentukan tegangan reaktansi dapat dilihat pada Lampiran IV. Dari data PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 34 Tabel 4.3 dibuat dalam bentuk grafik. Gambar 4.4 menunjukan pengaruh kecepatan anguler (ππ) terhadap tegangan reaktansi πΈπΈπ₯π₯ pada generator sinkron. Gambar 4.4. Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap tegangan reaktansi pada generator sinkron. E. Nilai Arus I (A) Pada saat pengukuran arus, alat yang digunakan adalah clampmeter. Arus yang dapat terbaca oleh alat minimal 0.01 A sehingga untuk menentukan nilai arus yang lebih kecil menggunakan persamaan (2.25) hasil perhitungan dan hasil pengukuran disajikan pada Tabel 4.4. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 35 Tabel 4.4. Data perhitungan nilai arus I pada generator sinkron No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Dari Jumlah I I ππππ (π£π£π£π£π£π£π£π£) π π ππ (Ω) lampu (Alat) (Perhitungan) 1 1.1 4.17 0 0.26 2 0.6 1.75 0.1 0.34 359,68 3 0.4 1.07 0.2 0.37 4 0.2 0.75 0.3 0.27 5 0.2 0.54 0.3 0.37 1 1.4 4.17 0.1 0.34 2 0.9 1.75 0.2 0.51 427,22 3 0.6 1.07 0.4 0.56 4 0.3 0.75 0.5 0.40 5 0.3 0.54 0.7 0.56 1 1.4 4.17 0.2 0.46 2 1.4 1.75 0.5 0.80 555,1 3 0.9 1.07 0.8 0.84 4 0.7 0.75 1 0.93 5 0.5 0.54 1.2 0.93 1 2.7 4.17 0.4 0.65 2 2 1.75 0.9 1.14 718,48 3 1.4 1.07 1.2 1.31 4 1.1 0.75 1.5 1.47 5 0.8 0.54 1.7 1.48 1 3.5 4.17 0.6 0.84 2 2.6 1.75 1.2 1.49 892,74 3 2 1.07 1.7 1.87 4 1.5 0.75 2 2.00 5 1.3 0.54 2.3 2.41 Tabel 4.4 nilai arus yang digunakan untuk menentukan nilai impedansi πππ π n (rpm) adalah nilai arus perhitungan karena nilainya lebih detail. Perhitungan dapat dilihat di Lampiran V. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 36 F. Impedansi πππΊπΊ Generator Sinkron Impedansi (πππ π ) pada generator sinkron disajikan pada Tabel 4.5. Tabel 4.5. Data perhitungan nilai impedansi pada generator sinkron No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Jumlah lampu 1 2 359,68 3 4 5 1 2 427,22 3 4 5 1 2 555,1 3 4 5 1 2 718,48 3 4 5 1 2 892,74 3 4 5 Untuk menentukan impedansi n (rpm) I οΏ½οΏ½οΏ½ πΈπΈπ₯π₯ (π£π£π£π£π£π£π£π£) πππ π (Ω) πππ π (Ω) (A) 0.26 0.6 2.27 0.34 1.1 3.21 3.73 0.37 1.3 3.48 0.27 1.5 5.63 0.37 1.5 4.05 0.34 0.6 1.79 0.51 1.1 2.14 2.75 0.56 1.4 2.50 0.40 1.7 4.25 0.56 1.7 3.06 0.46 0.8 1.76 0.80 1.3 1.63 2.01 0.84 1.8 2.14 0.93 2 2.14 0.93 2.2 2.38 0.65 0.9 1.39 1.14 1.6 1.40 1.61 1.31 2.2 1.68 1.47 2.5 1.70 1.48 2.8 1.89 0.84 1.1 1.31 1.49 2 1.35 1.87 2.6 1.39 1.39 2.00 3.1 1.55 2.41 3.3 1.37 (πππ π ) dari generator sinkron pada Tabel 4.5 dibuat mengikuti persamaan (2.26). Impedansi (πππ π ) didapatkan melalui perhitungan yang dapat dilihat pada lampiran VI. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 37 Dari hasil perhitungan impedansi (πππ π ), nilai impedansi (πππ π ) akan digunakan untuk mencari nilai hambatan dalam (π π ππππ ). Yang dibuat dalam bentuk grafik. Gambar 4.5 adalah grafik pengaruh kecepatan anguler (ππ) terhadap impedansi (πππ π ) dari generator sinkron. Gambar 4.5.Grafik pengaruh kecepatan anguler terhadap impedansi dari generator sinkron Dari Gambar 4.5 grafik pengaruh kecepatan anguler (ππ) terhadap impedansi (πππ π ) dari generator sinkron, didapatkan nilai hambatan dalam (π π ππππ ) sebesar 6,10 β¦. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Generator sinkron berbahan akrilik yang didesain menggunakan aplikasi CorelDraw X6 telah berhasil dibuat dengan bentuk prisma segi sepuluh dengan sepuluh kumparan, 1000 lilitan dan sepuluh buah magnet permanen. 2. Dalam proses pengukuran rapat medan magnet B asli pada generator sinkron tanpa lampu sebesar (0,031 T). 3. Dalam proses pengukuran impedansi pada generator sinkron nilai impedansi dari generator sinkron pada kecepatan 359,68 rpm (3,73 ), kecepatan 427,22 rpm (2,75 ), kecepatan 555,1 rpm (2,01 892,72 (1,39 ), kecepatan 718,48 rpm (1,61 ). Dalam proses perubahan putaran ), kecepatan nilai impedansi mengalami penurunan setiap penambahan kecepatan putar. 4. Hambatan dalam (π π ππππ ) pada generator sinkron didapatkan sebesar 6,10 β¦. 38 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 39 B. Saran Untuk penelitian yang lebih lanjut mengenai pengukuran hambatan dalam (π π ππππ ) pada generator sinkron atau penelitian sejenis dengan penelitian ini, penulis menyarankan untuk memperhatikan rangka generator yang akan digunakan, kawat email serta ukuran kawat, jenis magnet serta ukuran magnet, as (axle), bearing, dan jenis tahanan yang akan digunakan. Pada penelitian ini peneliti menggunakan lampu sebagai tahanan untuk penelitian yang lebih lanjut bisa menggunakan tahanan yang lain. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 40 DAFTAR PUSTAKA Fitzgerald, A.E., dkk. 1985. Dasar-dasar Elektroteknik (edisi 5 jilid 2). Jakarta: Erlangga. Hariyotejo, P., dkk. 2009. Pengembang Generator Mini dengan menggunakan Magnet Permanen. Universitas Indonesia: Teknik Mesin Pasca Sarjan. Hasibuan, Hanri.A.M dan Hasibuan, A.R. 2013. “Analisa Perbandingan Metode Impedansi sinkron, Amper Lilit Dan Segitiga Potier Dalam Menentukan Regulasi Tegangan Generator Sinkron Dengan Pembebanan Resitif, Induktif Dan Kapasitif’’, DTE FT USU, VOL.1NO.3/Maret2013. Kemmerly, J.E., dkk. 2005. Rangkaian Listrik (edisi ke 6 jilid 1). Jakarta: Erlangga. Magcraft. 2007. Permanen Magnet Selection And Handbook: Advanced Magnetic Material. U.S.A: National Imports LLC. Prasetyadi, A. 2012. Gnerator Axial Magnet Permanen ND-35. Universitas Nusa Cendana: SAINTEK. Tippler, Paul A. 2001. Fisika Untuk Sains Dan Teknik (edisi 3 jilid 2). Jakarta: Erlangga. Wildi, Theodore. 1981. Electrical Machines, Driver and Power System (sixth edition). Laval University: Pearson Education International. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 41 LAMPIRAN I. Hasil Pengukuran Generator Sinkron II. Perhitungan Nilai Tahanan dan Kecepatan Anguler III. Perhitungan Rapat Medan Magnetik Efektif IV. Perhitungan Tegangan Reaktansi V. Menentukan Nilai Arus Melalui Perhitungan VI. Menentukan Nilai Impedansi PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 42 Lampiran I Hasil Pengukuran Generator Sinkron Pengambilan data : 27 april 2015 Waktu: 08:00 – 15 Keterangan : Menggunakan seng No 1 2 3 4 5 6 7 8 No 1 2 3 4 5 6 7 8 (rpm) Tachometer 133,4 214,9 226,6 359,6 427,2 555,1 718,4 892,7 (rpm) Tachometer 133,4 214,9 226,6 359,6 427,2 555,1 718,4 892,7 M.D 125 205 250 345 410 530 690 860 V (Volt) 0.5 0.9 1.1 1.7 2 2.7 3.6 4.6 M.D 125 205 250 345 410 530 690 860 V (Volt) 0.2 0.5 0.7 1.1 1.4 1.9 2.7 3.5 ππ I (Ampere) 0 0 0 0 0 0 0 0 Lampu Jumlah Keterangan ππ I (Ampere) 0 0 0 0 0.1 0.2 0.4 0.6 Lampu Jumlah Keterangan 1 1 1 1 1 Menyala 1 Menyala 1 Menyala 1 Menyala 14 22,5 28 37,6 44,7 558,1 75,2 93,4 14 22,5 28 37,6 44,7 558,1 75,2 93,4 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 43 No 1 2 3 4 5 6 7 8 No 1 2 3 4 5 6 7 8 No 1 2 3 4 5 6 7 8 (rpm) Tachometer 133,4 214,9 226,6 359,6 427,2 555,1 718,4 892,7 (rpm) Tachometer 133,4 214,9 226,6 359,6 427,2 555,1 718,4 892,7 (rpm) Tachometer 133,4 214,9 226,6 359,6 427,2 555,1 718,4 892,7 M.D 125 205 250 345 410 530 690 860 V (Volt) 0.1 0.2 0.3 0.6 0.9 1.4 2 2.6 M.D 125 205 250 345 410 530 690 860 V (Volt) 0 0.1 0.3 0.4 0.6 0.9 1.4 2 M.D 125 205 250 345 410 530 690 860 V (Volt) 0 0.1 0.1 0.2 0.3 0.7 1.1 1.5 ππ I (Ampere) 0 0 0 0.1 0.2 0.5 0.9 1.2 Lampu Jumlah Keterangan 2 2 2 2 Menyala 2 Menyala 2 Menyala 2 Menyala 2 Menyala ππ I (Ampere) 0 0 0 0.2 0.4 0.8 1.2 1.7 Lampu Jumlah Keterangan 3 3 3 3 3 3 Menyala 3 Menyala 3 Menyala ππ I (Ampere) 0 0 0.1 0.3 0.5 1 1.5 2 Lampu Jumlah Keterangan 4 4 4 4 4 4 Menyala 4 Menyala 4 Menyala 14 22,5 28 37,6 44,7 558,1 75,2 93,4 14 22,5 28 37,6 44,7 558,1 75,2 93,4 14 22,5 28 37,6 44,7 558,1 75,2 93,4 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 44 No 1 2 3 4 5 6 7 8 (rpm) Tachometer 133,4 214,9 226,6 359,6 427,2 555,1 718,4 892,7 M.D 125 205 250 345 410 530 690 860 V (Volt) 0 0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.8 1.3 ππ 14 22,5 28 37,6 44,7 558,1 75,2 93,4 I (Ampere) 0 0 0.1 0.3 0.7 1.2 1.7 2.3 Lampu Jumlah Keterangan 5 5 5 5 5 5 5 5 Menyala PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 45 Lampiran II Perhitungan Nilai Tahanan Total dan Kecepatan Anguler Menentukan nilai tahanan total (π π ππ ): π π 1 = 1 1 = = 4,17 Ω πΊπΊπΊπΊπΊπΊπΊπΊπΊπΊπΊπΊπΊπΊ 0,24 Gradien π π ππ (β¦) (Ω) 0 ∞ 0.24 4,17 0.572 1,75 0.934 1,07 1.324 0,75 1.845 0,54 Menentukan nilai kecepatan anguler (ππ): ππ = 2ππππ = 2ππ ππ1 = ππ Lampu Tidak 1 2 3 4 5 Seng Pakai Pakai Pakai Pakai Pakai Pakai 1 ππππ ππππ = ππ 30 π π ππ 60 π π ππππ 133.42 = ππ = 14 30 π π 30 π π No 1 2 3 4 5 6 7 8 Keterangan n (rpm) 133,4 214,9 226,6 359,6 427,2 555,1 718,4 892,7 ππ 14 22,5 28 37,6 44,7 558,1 75,2 93,4 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 46 Lampiran III Perhitungan Rapat Medan Magnetik B Efektif NO Lampu 1 2 1 3 2 4 3 5 4 6 5 ππ = 1 π₯π₯ 2 ππ Garadien (vs) 0,0518 0,0417 0,0333 0,0251 0,0197 0,0163 = 0.02 ππ π₯π₯ 2 π₯π₯ 100 π₯π₯ 10 = 0.04 ππ π₯π₯ 1000 = 40 ππ ππ = 0.0411 ππ πΆπΆ = ππ ππ π΅π΅1 = ππππππππππππππ ππππ 0,0518 = 1.644 ππ 2 = 0,031 B (T) 0,031 0,025 0,020 0,015 0,011 0,010 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 47 Lampiran IV Perhitungan Tegangan Reaktansi No n (rpm) 1 359,68 2 3 4 5 6 427,22 7 8 9 10 11 555,1 12 13 14 15 16 718,48 17 18 19 20 21 892,74 22 23 24 25 Persamaan yang digunakan πΈπΈ0 (π£π£π£π£π£π£π£π£) 1.7 2 2.7 3.6 4.6 πΈπΈπ₯π₯ = πΈπΈ0 − ππππ Jumlah Lampu 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 ππππ (π£π£π£π£π£π£π£π£) 1.1 0.6 0.4 0.2 0.2 1.4 0.9 0.6 0.3 0.3 1.4 1.4 0.9 0.7 0.5 2.7 2 1.4 1.1 0.8 3.5 2.6 2 1.5 1.3 Contoh perhitungan tegangan reaktansi πΈπΈπ₯π₯ pada kecepatan 345 rpm: πΈπΈπ₯π₯1 = πΈπΈ0 − ππππ = 1.7 − 1.1 = 0.6 πΈπΈπ₯π₯2 = πΈπΈ0 − ππππ = 1.7 − 0.6 = 1.1 πΈπΈπ₯π₯ (π£π£π£π£π£π£π£π£) 0.6 1.1 1.3 1.5 1.5 0.6 1.1 1.4 1.7 1.7 0.8 1.3 1.8 2 2.2 0.9 1.6 2.2 2.5 2.8 1.1 2 2.6 3.1 3.3 οΏ½οΏ½οΏ½ πΈπΈπ₯π₯ (ππππππππ) 1,2 1,3 1,62 2 2,42 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 48 πΈπΈπ₯π₯3 = πΈπΈ0 − ππππ = 1.7 − 0.4 = 1.3 πΈπΈπ₯π₯4 = πΈπΈ0 − ππππ = 1.7 − 0.2 = 1.5 πΈπΈπ₯π₯5 = πΈπΈ0 − ππππ = 1.7 − 0.2 = 1.5 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 49 Lampiran V Menetukan Nilai Arus I Melalui Perhitungan: No n (rpm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 359,68 427,22 555,1 718,48 892,74 Jumlah lampu 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 ππππ (π£π£π£π£π£π£π£π£) 1.1 0.6 0.4 0.2 0.2 1.4 0.9 0.6 0.3 0.3 1.4 1.4 0.9 0.7 0.5 2.7 2 1.4 1.1 0.8 3.5 2.6 2 1.5 1.3 π π ππ (Ω) 4.17 1.75 1.07 0.75 0.54 4.17 1.75 1.07 0.75 0.54 4.17 1.75 1.07 0.75 0.54 4.17 1.75 1.07 0.75 0.54 4.17 1.75 1.07 0.75 0.54 Persamaan yang digunakan: πΌπΌ = ππππ π π ππ Contoh perhitungan arus pada kecepatan 345 rpm: I (Alat) I (Perhitungan) 0 0.26 0.34 0.37 0.27 0.37 0.34 0.51 0.56 0.40 0.56 0.46 0.80 0.84 0.93 0.93 0.65 1.14 1.31 1.47 1.48 0.84 1.49 1.87 2.00 2.41 0.1 0.2 0.3 0.3 0.1 0.2 0.4 0.5 0.7 0.2 0.5 0.8 1 1.2 0.4 0.9 1.2 1.5 1.7 0.6 1.2 1.7 2 2.3 πΌπΌ Μ 0.32 0.47 0.79 1.21 1.72 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 50 πΌπΌ1 = ππππ 1.1 = = 0.26 π΄π΄ π π ππ 4,17 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 51 Lampiran VI Menentukan Nilai Impedansi Sinkron ππππ Jumlah lampu 1 1 2 2 3 359,68 3 4 4 5 5 6 1 7 2 8 427,22 3 9 4 10 5 11 1 12 2 13 555,1 3 14 4 15 5 16 1 17 2 18 718,48 3 19 4 20 5 21 1 22 2 23 892,74 3 24 4 25 5 Menggunakan persamaan: No πππ π = n (rpm) πΈπΈπ₯π₯ πΌπΌ I (A) 0.26 0.34 0.37 0.27 0.37 0.34 0.51 0.56 0.40 0.56 0.46 0.80 0.84 0.93 0.93 0.65 1.14 1.31 1.47 1.48 0.84 1.49 1.87 2.00 2.41 Contoh perhitungan pada kecepatan 345 rpm: πππ π 1 = πΈπΈπ₯π₯ 0.6 = = 2,27 Ω πΌπΌ 0.26 πΈπΈπ₯π₯ (π£π£π£π£π£π£π£π£) 0.6 1.1 1.3 1.5 1.5 0.6 1.1 1.4 1.7 1.7 0.8 1.3 1.8 2 2.2 0.9 1.6 2.2 2.5 2.8 1.1 2 2.6 3.1 3.3 πππ π (Ω) 2.27 3.21 3.48 5.63 4.05 1.79 2.14 2.50 4.25 3.06 1.76 1.63 2.14 2.14 2.38 1.39 1.40 1.68 1.70 1.89 1.31 1.35 1.39 1.55 1.37 Σπππ π (Ω) 3.73 2.75 2.01 1.61 1.39
