## ANALISIS KERJA WELDER GENERATOR
Perawati Dosen Tetap Yayasan pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas PGRI Palembang e-mail : Perawati80@gmail.com

## ABSTRAK
Generator   adalah   mesin   listrik   yang   dapat   membangkitkan   energi   listrik   dengan   induksi elektromagnetik.   Generator   yang   digunakan   sebagai   pembangkit   energi   listrik   bolak-balik   adalah generator sinkron. Pada saat beroperasi normal, generator dibebani dengan beban-beban yang konstan, seperti untuk perumahan, komersial, dan industri, atau gabungannya.   Tetapi ada kalanya  generator dibebani dengan beban yang tidak konstan, yaitu untuk pelayanan work shop atau bengkel, dimana penggunaan energi listriknya disamping digunakan untuk penerangan, penggerak motor-motor listrik, juga digunakan untuk melakukan pekerjaan welding atau pengelasan.  Bila generator melayani beban welder (pengelasan), maka arus yang mengalir dari generator sangat tergantung pada kontak elektroda las dengan benda kerja.   Sehingga beban generator tidak akan konstan, yang dapat mengakibatkan terjadinya   perubahan   kinerja   mendadak   pada   generator   tersebut,   hingga   menimbulkan   kerusakan. Tegangan kerja generator mengalami drop dari 30 volt menjadi 12 volt untuk elektroda 2,6 mm dan dari 30 volt menjadi 10 volt untuk elektroda 3,2 mm, karena besarnya arus yang diserap oleh beban, dan mengakibatkan terjadinya drop tegangan yang signifikan.
Kata Kunci : Generator sinkron, Beban tidak konstan, Tagangan kerja, Welder

## PENDAHULUAN
Pada operasi normal, generator biasanya dibebani dengan beban-beban yang konstan, tetapi bila generator dibebani dengan pelayanan work shop, yang dalam hal ini   melayani pekerjaan   welding   atau   pengelasan,   arus   yang   mengalir   ke   beban   tergantung   pada   kontak elektroda   las   dengan   benda   kerja.     Sehingga   beban   generator   tidak   konstan,   yang mengakibatkan terjadinya perubahan kinerja mendadak pada generator tersebut, hingga dapat mengakibatkan kerusakan pada generator. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis kinerja generator sinkron apabila dibebani dengan beban welder pengelasan, yang akan dibahas hanya pada analisis kinerja generator sinkron satu fasa yang melayani beban welder atau pengelasan.

## KAJIAN PUSTAKA
Saat   generator   sinkron   dibebani,   maka   akan   terjadi   perubahan   arus   secara   tiba-tiba, mengakibatkan terjadinya  jatuh tegangan yang tiba-tiba, sehingga tegangan di sisi bebannya akan drop, kemudian akan terjadi reaksi jangkar pada generator, yaitu terjadinya  dua buah medan magnet yaitu pada kumparan medan pada rotor dan kumparan jangkar pada stator. Medan magnet yang dihasilkan oleh stator dan rotor tersebut adalah saling berlawanan arah dengan sudut sebesar α.  Sudut α tersebut merupakan sudut tumpul yang besarnya lebih dari 90 0 , resultan antara fluksi medan tersebut adalah sebagai berikut :
Gambar 1. Resultan fluksi medan pada generator.
Resultan medan magnet tersebut akan membangkitkan tegangan keluaran generator. Besarnya fluksi magnet resultan generator adalah :
φ t =  φ f +  φ A .....................................................................   (1)
Dimana :
φ t =  fluksi total generator.
φ f =  fluksi medan eksitasi.
φ A =  fluksi jangkar yang dihasilkan oleh arus beban.
Apabila diambil keadaan tegangan pada suatu titik yang terletak di kumparan jangkar, menurut Zuhal dalam bukunya ”Teknik Tenaga Listrik” 1991, katakanlah titik A maka nilai efektif dari E A adalah,
. . . . 44 , 4 m A A f N
E   ..................................................................   (2)
Dimana :
E A =  tegangan yang dibangkitkan di titik A pada kumparan jangkar.
Dengan   menganggap   bahwa   besarnya   jumlah   lilitan   kumparan   adalah   konstan,   maka persamaan tegangan tersebut dapat ditulis sebagai berikut :
. . . m A f k
E   ……………………………………………….......   (3)
Dimana k adalah konstan, yang besarnya adalah  k  =  (4,44) N A
Frekwensi tegangan keluaran generator akan bergantung pada putaran rotor generator tersebut, yaitu
120 . n p f  …………………………………………………….................  (4)
Bila generator dibebani, maka pada saat itu juga akan terjadi fluksi yang dihasilkan oleh arus beban, yang merupakan fluksi lawan terhadap fluksi medan, sehingga fluksi medan akan
berkurang. Dengan terjadinya pengurangan fluksi medan tersebut, maka putaran rotor akan menjadi berat sehingga putaran akan turun. Pada saat inilah generator berada dalam keadaan kritis, sehingga harus dilakukan penanggulangan.  Penanggulangan pertama adalah generator tersebut   akan   merespon   dengan   membuka   governor   pada   prime   mover,   sehingga   putaran generator akan kembali normal. Selanjutnya generator akan merespon dengan menaikkan arus eksitasi sehingga fluksi medan akan kembali menjadi sebesar fluksi semula agar pembangkitan tegangan bertambah dan menjadi seperti semula.
Bila terjadi pelepasan beban generator secara mendadak, maka akan terjadi hal yang sebaliknya,   yaitu   terjadi   pengurangan   gaya   yang   menahan   rotor   akibat   berkurangnya   arus beban,   sehingga   putaran   rotor   akan   naik.     Naiknya   putaran   rotor   ini   akan   mengakibatkan kenaikan   frekwensi   tegangan   generator   sehingga   tegangan   keluaran   generator   akan   naik. Dalam   keadaan   ini   generator   akan   merespon   kenaikan   putaran   tersebut   dengan   menutup governor sehingga putaran prime mover akan turun, dan tegangan akan segera kembali normal.
Apabila   generator   dibebani   dengan   beban   resistif   murni,   maka   arus   jangkar   akan berlawanan fasa dengan gaya gerak listrik yang dibangkitkan dengan sudut 90 0 , sehingga arah fluksinya akan saling tegak lurus.
Bila generator dibebani dengan beban kapasitip murni, maka arus jangkar akan sefasa dengan gaya gerak listrik yang dibangkitkan, sehingga arah fluksinya akan saling memperbesar sedangkan apabila   generator dibebani dengan beban resistip kapasitip , maka arus jangkar akan   sefasa   dengan   gaya   gerak   listrik   yang   dibangkitkan   dengan   sudut   α,   sehingga   arah fluksinya akan saling memperbesar dengan sudut α, seperti pada gambar berikut :
Gambar 2.  Medan magnet generator untuk beban resistip kapasitip.
Dari gambar 2 di atas, dapat digambarkan diagram vektor fluksi saat generator dibebani dengan beban resistip kapasitip, yaitu :
Gambar 3. Resultan fluksi generator untuk beban resistip kapasitip.
Saat generator membangkitkan  tegangan,  akan terjadi interaksi antara  tegangan  yang dibangkitkan dengan medan magnet dari eksitasi, sehingga pada rotor akan terjadi dua macam
gaya, yaitu gaya yang berasal dari penggerak mula (prime mover), dan gaya yang berasal dari interaksi medan magnet.
Gaya yang berasal dari interaksi medan magnet ini cenderung akan melawan arah gaya yang berasal dari prime mover, sehingga putaran generator akan menjadi berat.   Arah gaya pada poros generator tersebut diberikan pada gambar berikut :
Gambar 4.  Gaya pada rotor saat generator dibebani.
Dimana :
F pm =  Gaya dari prime mover.
F fe =  Gaya dari eksitasi.
n =  Putaran rotor.
Pada gambar 4, kedua macam gaya tersebut bekerja saling berlawanan, sehingga gaya yang   dihasilkan   oleh   prime   mover   akan   tertahan   yang   mengakibatkan   putaran   dari   prime mover tersebut akan menjadi berat dan menurun.   Gaya gerak magnet yang dihasilkan oleh medan eksitasi menurut Margareth R. Taber dalam bukunya ” Electric Circuit Analysis ” 1960, adalah :
σ  =  . φ      ............................................................................................   (5)
Dimana :
σ    =  ggm (gaya gerak magnet).
 =  reluktansi inti generator.
φ    =  fluksi magnet.
Fluksi   magnet   (φ)   tersebut   dipengaruhi   oleh   besarnya   arus   medan   yang   mengalir   pada kumparan medan, yaitu :
φ  =  I N . ..............................................................................................   (6)
Maka akan diperoleh persamaan berikut :
σ   =
  I N . .
σ   = I
N . .............................................................................................   (7)
Dengan demikian akan terjadi aliran fluksi pada inti kumparan eksitasi, yang akan menimbulkan kerapatan fluksi pada inti kumparan eksitasi yang besarnya :
B = A  ..................................................................................................   (8)
Besarnya gaya lawan yang menahan arah gaya prime mover tersebut adalah : F fe =  B . I .  .........................................................................................   (9)
Dimana :
B    =  Kerapatan fluksi pada inti kumparan medan. I     =  Arus yang mengalir pada kumparan jangkar.
 =  Panjang lintasan fluksi medan.
Dari persamaan (9) dapat dilihat bahwa besarnya gaya yang bekerja pada rotor generator sinkron   berbanding   lurus   terhadap   kerapatan   fluksi   medan   dan   arus   yang   mengalir   pada kumparan jangkar.   Untuk generator dengan daya yang kecil, biasanya digunakan penguatan sendiri   dengan   mengambil   sebagian   arus   dari   kumparan   jangkar   untuk   disearahkan   dan dimasukkan ke kumparan eksitasi, sehingga pada generator tersebut akan terjadi aliran arus di kumparan jangkarnya walaupun belum dibebani.
Jadi   untuk   generator   seperti   tersebut,   pada   saat   terjadi   pembangkitan   tegangan   di jangkarnya, akan bekerja gaya yang melawan gaya dari prime mover, sehingga putaran akan sedikit menurun.
Untuk generator yang besar, dimana arus eksitasinya tidak diambil dari kumparan jangkarnya, maka pada saat terjadi pembangkitan tegangan di jangkar, tidak akan terjadi aliran arus di kumparan jangkarnya, sehingga gaya yang bekerja pada rotor yang melawan gaya dari prime mover adalah nol, atau tidak terjadi, sehingga putaran rotor tidak akan menurun. Dengan menambah beban generator, maka arus beban (I) akan semakin bertambah, sehingga   gaya   yang   dihasilkan   untuk   melawan   gaya   prime   mover   akan   semakin   besar, sehingga putaran rotor akan semakin turun.

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian dilakukan di Laboratorium Mesin-mesin Listrik Universitas PGRI Palembang pada tanggal 15 Juli 2015 dengan sampel generator adalah :
Jenis :  Generator sinkron dengan penggerak diesel. Daya :  5 kW. Tegangan :  220 volt. Fasa :  1 Frekwensi :  50 Hz. Putaran :  1500 rpm. Eksitasi :  45 volt dc (eksitasi sendiri).
Generator tersebut malayani sebuah transformator welder 2500 watt dengan satu buah kepala welder.  Elektroda yang digunakan adalah dua jenis yaitu dengan diameter 2,6 mm dan diameter 3,2 mm. Data-data penelitian diberikan pada tabel 1 berikut :
Tabel 1.  Data-data pengoperasian welder. No. Elektroda V out (volt) I out (amp) V f (volt) I f (amp) n (rpm) 1 2,6 mm 30/12 125 45/18 8,5 1480 2 3,2 mm 30/10 176 45/15 14,8 1430
Perhitungan dilakukan untuk menentukan fluksi, tegangan output,  dan gaya lawan pada rotor, untuk dua jenis elektroda yang digunakan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan fluksi magnet.
Fluksi magnet dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (6) yaitu :
φ  =  I N .
Bila  N =  konstanta  = k.
Maka persamaan fluksi tersebut dapat ditulis sebagai berikut : φ  =  k . I
Dimana : I  =  I f (arus eksitasi medan).
Sehingga persamaan di atas akan menjadi : φ  =  k . I f
Untuk Elektroda 2,6 mm.
I f = 8,5  ampere.
φ  =  k . I f
φ  =  k .8,5  weber φ  =  8,5 k  weber
Elektroda 3,2 mm.
I f = 14,8 amper.
φ  =  k . I f
φ  =  k .14,8  weber φ  =  14,8 k  weber
Tegangan keluaran generator.
Menurut  Zuhal dalam bukunya ”Teknik Tenaga Listrik” 1991, tegangan keluaran generator   dapat   dihitung   dengan   menggunakan   persamaan   dasar   generator,   dengan menganggap   transformator   welder   yang   digunakan   adalah   transformator   ideal,   persamaan tersebut adalah :
 . . n c E o  Dimana : c   = konstanta generator. n   = putaran rotor.
Bila   ke   dalam   persamaan   tersebut   dimasukkan   persamaan   fluksi,   maka   akan   didapatkan persamaan berikut :
f o I k n c E . . .  atau : n I k c E f o . . 
Dimana : c.k   =  k 1 =  konstanta.
Maka persamaan tersebut akan menjadi :
n I k E f o . . 1 
Untuk menentukan besarnya konstanta k 1 , maka diambil nilai-nilai pada data di tabel 1, dan diasumsikan E sebesar 12 volt.
I f =   8,5 ampere. n =   1480  rpm. Maka dari persamaan di atas akan diperoleh :
n I E k f a . 1  ) 1480 ).( 5 , 8 ( 12 1  k
 1 k 0,000954.
Dengan demikian dapat dihitung besarnya tegangan output generator yaitu : Untuk Elektroda 2,6 mm.
I f =  8,5  ampere.
n =  1480  rpm.
n I k E f a . . 1  ( 30 4 , 219 )
=  (0,000954).(8,5).(1480).(7,3133)
E a =  87,77  volt. Elektroda 3,2 mm.
I f =  14,8  ampere.
n =  1430  rpm.
n I k E f a . . 1  ( 30 4 , 219 ) =  (0,000954).(14,8).(1430).(7,3133)
E a =  147,65  volt.
Untuk tegangan keluaran sampai di kepala las, maka dapat ditentukan sebagai berikut : Untuk Elektroda 2,6 mm.
I f =  8,5  ampere.
n =  1480  rpm. n I k E f a . . 1  =  (0,000954).(8,5).(1480)
E a =  12  volt.
Untuk Elektroda 3,2 mm.
I f =  14,8  ampere.
n =  1430  rpm. n I k E f a . . 1 
=  (0,000954).(14,8).(1430)
E =  20,2  volt.

## 3.  Gaya lawan pada rotor.
Besarnya gaya yang berlawanan arah dengan gaya yang dihasilkan oleh prime mover dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (9) yaitu :
F fe =  B . I .  Dimana : B =  kerapatan fluksi, yang besarnya adalah :
B  = A  B  = A I k f .
Dimana :  A = luas penampang inti rotor (konstanta).
Bila  : A k =  k 2 maka akan diperoleh persamaan :
B  = f I k . 2
Jika persamaan B tersebut disubstitusikan ke persamaan F fe di atas, maka akan didapatkan persamaan berikut :
F fe =  k 2 .I f .  .I Dimana :  =  panjang lintasan fluksi, sebagai konstanta. maka :
k 2 .  =  k 3 (sebagai konstanta baru).
Sehingga persamaan gaya lawan pada rotor adalah :
F fe =  k 3 . I f . I
Dimana  :  I  =  arus beban generator.
Dengan   menggunakan   persamaan   tersebut,   maka   besarnya   gaya   lawan   pada   rotor   dapat dihitung sebagai berikut :
Elektroda 2,6 mm.
I f =  8,5  ampere.
I =  125  ampere/ph.
F fe =  k 3 . I f . I =  (8,5).(125).k 3
=  1062,5  k 3 Nt.
Elektroda 3,2 mm.
I f =  14,8  ampere.
I =  176  ampere/ph. F fe =  k 3 . I f . I =  (14,8).(176).k 3
=  2604,8  k 3 Nt.
Dari perhitungan tegangan output, fluksi dan gaya lawan pada rotor, maka hasilnya dapat dibuat pada tabel 2 sebagai berikut :
Tabel 2.  Hasil pengamatan dan hasil perhitungan.
No. Elektroda (mm) Pengukuran V out (volt/ph)
Perhitungan V out (volt/ph) fluksi (weber) F fe (Nt) Untuk satu kepala las dengan dua jenis elektroda 1 2,6 12 12 8,5 k 1062 k 3 2 3,2 10 20,20 14,8 k 2604,8 k 3
Dari tabel 2 di atas dapat dilihat bahwa pada saat terjadi proses welder (pengelasan), maka tegangan kerja akan mengalami drop dari 30 volt menjadi 12 volt untuk elektroda 2,6 mm dan dari 30 volt menjadi 10 volt untuk elektroda 3,2 mm.
Hal   tersebut   terjadi   karena   besarnya   arus   yang   diserap   oleh   beban,   yang   mengakibatkan terjadinya jatuh tegangan.
Tegangan hasil perhitungan merupakan tegangan yang semestinya dibangkitkan pada saat   welder   (pengelasan),   tetapi   karena   arus   yang   diserap   oleh   beban   sangat   besar,   maka tegangan   yang   terukur   tidaklah   sebesar   yang   dibangkitkan,   selisihnya   merupakan   jatuh tegangan di benda kerja dan di penghantar saluran, dan di elektroda las.
Pada saat dilakukan welder (pengelasan), akan terjadi gaya lawan yang arahnya berlawanan dengan arah putaran penggerak mula (prime mover), sehingga akan mengurangi
gaya dari penggerak mula (prime mover) tersebut.  Hal ini akan mengurangi kecepatan putaran rotor, seperti terlihat pada data-data di tabel 1.

## KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan yaitu :
1. Saat generator melayani welder (pengelasan), maka akan terjadi drop tegangan di sistem kelistrikan sehingga tegangan yang terukur akan lebih kecil dari pada tegangan yang dibangkitkan.
2. Arus pembebanan pada generator mengakibatkan terjadinya gaya lawan yang arahnya berlawanan dengan arah putaran prime mover, sehingga putaran rotor menjadi turun.
3. Bila arus beban yang dipikul oleh generator bertambah, maka gaya lawan yang terjadi akan semakin besar pula.  Beban yang paling berat dari generator tersebut adalah pada saat welder menggunakan elektroda 3,2 mm.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Muslimin Marapung. “Teknik Tenaga Listrik” Penerbit Amrico Bandung. 1980.
2. Margareth R. Taber. ”Elecric Circuit Analysis” Mc. Graw Hill, London, 1960.
3. Soeparno. “Mesin Listrik I” Dept. Pendidikan dan Kebudayaan. Jakarta . 1978.
4. Soeparno. “Mesin Listrik 2” Dept. Pendidikan dan Kebudayaan. Jakarta . 1979.
5. Sumanto, “ Motor listrik Arus bolak balik “, andi offset, Yogyakarta 1993.
6. Zuhal. “Dasar Tenaga Listrik.” Penerbit ITB, Bandung, 1991.