e-ISSN: 2715-5064

## ANALISA DAN PEMODELAN GENERATOR DC SINKRON DAYA RENDAH
Candra Dwi Wicaksono 1 , Yuliyanto Agung Prabowo 2
1,2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Elektro dan Teknik Informasi, Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
1,2 Jln. Arief Rahman Hakim No.100, Klampis, Ngasem, Kec. Sukolilo, Kota Surabaya, Jawa Timur 60117 Email: 1 candradwiwicaksono@gmail.com , 2 agungp@itats.ac.id
Abstract − Electric generators are common in everyday life, from AC generators  to  DC  generators.  Each  type  of  generator  has  a  different character,  this  affects  the  use  of  the  generator.  One  type  of  DC generator  is  a  synchronous  DC  generator.  This  research  was conducted  to  determine  the  performance  of  the  generator  by calculating  and  simulating  the  parameters  in  the  form  of  resistance and inductance produced by the generator under no-load and loaded conditions.  In  the  experiment,  voltage  variations  were  carried  out starting from 2 V – 12 V under no-load and loaded conditions. Load resistors  are  used  with  variations  of  50Ω,  100Ω  and  200Ω.  The measurement results of the synchronous DC generator parameters are as follows 𝐿 𝑎 0.926 H, 𝑅 𝑎 1.559Ω, 𝐿 𝑓 2.566 H and 𝑅 𝑓 15.630Ω. As a result, the DC generator has a calculated efficiency value of 67.94% for a generator without a load, 67.97% for a generator with a 50 load, 68.12% for a generator with a 100 load and 68.17% for a 200-loaded generator.  While  the  simulation  efficiency  value  is  79.80%  for generator without load, 81.39% for generator with 50Ω load, 81.71% for  generator  with 100Ω load and 81.05% for generator  with 200Ω load. These results indicate that the generator condition is inefficient because the parameter values have been distorted both on the stator and  rotor  sides,  so  that  the  generated  flux  cannot  induce  a  voltage according to the initial conditions of the generator.
Keywords  − Distortion,  efficiency,  synchronous  DC  generator, modeling.
Abstrak  − Generator  listrik  sudah  umum  ditemui  pada  kehidupan sehari-hari, mulai dari generator AC sampai generator DC. Tiap jenis generator  memiliki  karakter  yang  berbeda,  hal  ini  mempengaruhi pegunaan  generator  tersebut.  Salah  satu  jenis  generator  DC  adalah generator  DC  sinkron.  Pada  penelitian  ini  dilakukan  untuk mengetahui performa generator dengan menghitung dan mensimulasikan  parameter  berupa  resistansi  dan  induktansi  yang dihasilkan  generator  pada  kondisi  tanpa  beban  dan  berbeban.  Pada percobaan  dilakukan  variasi  tegangan  mulai  dari  2  V  –  12  V  pada kondisi tanpa beban dan berbeban. Digunakan beban resistor dengan variasi 50Ω, 100Ω dan 200Ω. Hasil pengukuran parameter generator DC sinkron sebagai berikut 𝐿 𝑎 0.926 H, 𝑅 𝑎 1.559Ω, 𝐿 𝑓 2.566 H dan 𝑅 𝑓 15.630Ω.  Hasilnya  generator  DC  memiliki  nilai  efisiensi perhitungan  67.94%  untuk  generator  tanpa  beban,  67.97%  untuk generator berbeban 50Ω , 68.12% untuk generator berbeban 100Ω dan 68.17%  untuk  generator  berbeban  200Ω . Sedangkan  nilai  efisiensi simulasi 79.80%  untuk  generator  tanpa  beban,  81.39%  untuk generator berbeban 50Ω , 81.71% untuk generator berbeban 100Ω dan 81.05% untuk generator berbeban 200Ω . Hasil tersebut menunjukkan kondisi  generator  sudah  tidak  efisien  dikarenakan  nilai  parameter sudah  mengalami distorsi baik  disisi  stator  maupun  rotor,  sehingga fluks  yang  dibangkitkan  tidak  dapat  menginduksi  tegangan  sesuai dengan kondisi awal generator.
Kata Kunci − Distorsi , efisiensi, generator DC sinkron, pemodelan.

## I. PENDAHULUAN
Dalam  menciptakan  energi  listrik,  mesin  listrik  digunakan untuk mengubah suatu jenis energi menjadi energi listrik, salah satunya energi mekanik. Sebuah mesin listrik yang mengubah energi  mekanik  menjadi  energi  listrik  adalah  generator, sedangkan  dari  jenis  energi  yang  dihasilkan  dibagi  menjadi
generator arus searah dan bolak-balik[1]. Dalam generator arus bolak-balik terbagi menjadi generator serempak (sinkron) dan generator  induksi  (asinkron)[2].  Pada  generator  sinkron mempunyai nilai efisiensi yang sangat dipengaruhi oleh beban yang akan dipakai serta memiliki rugi-rugi daya pada generator yang  meliputi  rugi  tembaga,  rugi  inti,  rugi  mekanis  dan  rugi beban[3]. Generator DC sinkron di labolatorium mesin listrik ITATS yang digunakan memiliki spesifikasi 24 Volt 150 Watt. Pada penelitian ini percobaan pengambilan data pada generator DC sinkron dengan mengatur tegangan dan arus yang masuk pada  kondisi  tanpa  beban  dan  berbeban.  Kemudian  data tersebut dihitung secara manual dan data itu juga dimasukkan dalam  program  matlab  untuk  mengetahui  nilai  efisiensi. Dengan membandingkan nilai  efisiensi  yang dihasilkan  yang kemudian akan dilakukan analisa pada generator DC sinkron.

## II. PENELITIAN YANG TERKAIT
Penelitian dengan judul Analisa Performa Motor DC Feedback Tipe No. 63-110 Di Laboratorium Listrik Dan Otomasi Kapal yang  dilakukan  di  Institut  Teknologi  Sepuluh  Nopember. Dengan variasi tegangan 100 V – 220 V pada kondisi berbeban dan  tanpa  beban  menyimpulkan  bahwa  nilai  rugi  pada tegangan  220  V  tanpa  menggunakan  resistor  variabel  adalah 89,97  W  dan  nilai  gaya  terbesar  0,42  Nm  dengan  efisiensi 50,3%[4].  Penelitian  selanjutnya  Pemeriksaan  Dampak Perubahan Beban Terhadap Kualitas Generator  Serentak dari Perguruan  Tinggi  Muhammadiyah  Purwokerto.  Dengan mengumpulkan  informasi  yang  menggabungkan  informasi khusus untuk generator sinkron 3 fasa dan informasi estimasi untuk daya aktif, daya reaktif, arus beban, hasil tegangan dan arus  eksitasi  di  PT.  Sumber  Segara  Primadaya.  Didapat kesimpulan  perkembangan  di  tumpukan  unit  generator  satu dan dua mempengaruhi generator cos phi, sedangkan cos phi pada  generator  mempengaruhi  efisiensi  generator.  Efisiensi generator  unit  satu  dan  dua  berada  pada  cakupan  rentang 97,12% sampai dengan 98,73%[5]. Penelitian terakhir dengan nama  Reproduksi  Tampilan  Kerangka  Eksitasi  Statis  pada Generator Terkoordinasi Terhadap Perubahan Beban. Dimana rangka  eksitasi  statik  disatukan  dalam  sebuah  penghubung konfigurasi dan dijalankan menjadi sebuah mesin sinkron yang difungsikan sebagai generator dengan limit 206,1 MVA, 16,5 kV  dengan  MATLAB Simulink R2017b.  Menghasilkan kesimpulan  untuk  mengimbangi  tegangan  terminal,  arus eksitasi  dikurangi  dengan  memperluas  titik  penembakan thyristor ke  titik  alfa  poin  45°  sehingga  harga  tegangan  DC normal  menjadi  479,3  V  dan  arus  eksitasi  menjadi  985,9  A. Generator DC menghasilkan tegangan pada titik alfa poin 45° yang mendapat hasil nyata sebesar 16,5 kV[6]. Mengacu pada referensi  diatas,  maka  penelitian  yang  dilakukan  berjudul “Analisa dan Pemodelan Generator DC Sinkron 24 Volt 150 Watt”  akan  dilakukan  percobaan  pengambilan  data  pada
e-ISSN: 2715-5064
generator  DC  sinkron  dengan  mengatur  tegangan  dan  arus yang  masuk  pada  generator  baik  pada  kondisi  tanpa  beban maupun  dalam  kondisi  berbeban.  Kemudian  data  tersebut dihitung  secara  manual  dan  dimasukkan  kedalam  program matlab  untuk  mengetahui  nilai  efisiensi  yang  dihasilkan. Dengan membandingkan nilai  efisiensi  yang dihasilkan  yang kemudian akan dilakukan analisa pada generator DC sinkron.
Gambar 1 Generator DC Sinkron[7]

## III. METODE PENELITIAN
Penelitian ini mengunakan metode penilaian kuantitatif, untuk memvalidasi  dan  mendapatkan  data  dalam  sebuah  proses. Flowchart sistem secara keseluruhan.

## Gambar 2 Flowchart Sistem
Sistem  diawali  dengan  mengambil  parameter 𝐿 𝑎 , 𝑅 𝑎 , 𝐿 𝑓 , 𝑅 𝑓 dan 𝐿 𝑎𝑓 dari  generator.  Pengambilan  parameter  difungsikan sebagai  nilai input untuk  data  perhitungan  dan  simulasi. Adapun  nilai  beban  yang  digunakan  yaitu  50Ω,  100Ω  dan 200Ω. Selanjutnya dilakukan perhitungan untuk mencari rugi- rugi  dan  efisiensi  dari  generator  pada  kondisi  berbeban  dan tanpa  beban.  Kemudian  parameter  nilai  juga  dilakukan deklarasi ke model generator di program matlab simulink, yang kemudian  dijalankan  baik  dalam  kondisi  berbeban  maupun tanpa beban. Dimana hasilnya akan ditampilkan di scope yang akan menampilkan informasi dari hasil percobaan tersebut.
Spesifikasi  untuk  generator  DC  sinkron  daya  tinggi  yang terdapat  di  Laboratorium  Mesin  Listrik  ITATS  dapat  dilihat pada table berikut:
Tabel 1. Parameter Generator DC Sinkron 24 Volt 150 Watt Merek Delco Remy di Laboratorium Mesin Listrik[8]

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari  proses  pengukuran  parameter  generator  DC  sinkron mengukan  alat  ukur  RLC  ( Resistance,  Inductance  and Capacitance )  meter  sebanyak  sepuluh  kali  didapatkan  hasil dibawah ini.
(a)
Gambar 3. Proses Pengukuran Mengunakan RLC meter
Tabel 2. Data Hasil Pengukuran Induktansi dan Resistansi
Berdasarkan  hasil  perhitungan  manual  sistem  diperoleh  hasil pada Gambar 4.
e-ISSN: 2715-5064
Gambar 4 Rugi-Rugi Generator Berikut  pada  Tabel  3  merupakan  hasil  efisiensi  dari perhitungan manual pada kondisi berbeban dan tanpa beban.
Tabel 3. Efisiensi Pada Perhitungan Manual Generator
Untuk mengetahui karakter dari generator maka harus melalui proses  simulasi  perubahan  kondisi  generator  pada  saat  tanpa beban dan berbeban sebagaimana pada Gambar 5.

## Gambar 5. Rangkaian Simulasi Sistem
Pada  Gambar  5  menjelaskan  mengenai  rangkaian  simulasi sistem  yang  terdiri  dari  beberapa  rangkaian  yaitu step , gain ,
model matematis motor, model matematis generator, display , scope , bus selector , continuous powergui . Pada simulasi sitem terdapat  lima  inputan  yang  meliputi  resistansi  jangkar, resistansi  medan,  induktansi  jangkar,  induktansi  medan  dan induktansi mutual. Simulasi rangkaian ini akan memperlihatkan  hasil  keluaran  dari  generator  sinkron  yang meliputi  tegangan  eksitasi,  arus  medan,  arus  jangkar,  GGL induksi jangkar, torsi generator dan keceparan generator.
Pada pengujian simulasi pemodelan tanpa beban dengan nilai step yang  digunakan  530.1,  didapatkan  hasil  respon karakterisik sebagaimana pada Gambar 6.
(a)
(b)

## Gambar 6 (a) Tegangan, (b) Arus Medan
Berdasarkan  keluaran  respon  menunjukkan  dengan  nilai masukan  tegangan  medan  sebesar  2  Volt,  nilai  GGL  induksi jangkar  yang  dihasilkan  sebesar  2.15  Volt,  nilai  arus  medan yang dihasilkan sebesar 0.128 Ampere.
Pada  pengujian  simulasi  pemodelan  berbeban  50Ω  dengan nilai step yang  digunakan  530.1,  didapatkan  hasil  respon karakterisik sebagaimana pada Gambar 7.
(a) (b) (c)
Gambar 7 (a) Tegangan, (b) Arus Medan dan (c) Arus Jangkar Berdasarkan  keluaran  respon  menunjukkan  dengan  nilai masukan  tegangan  medan  sebesar  2  Volt,  nilai  GGL  induksi jangkar yang dihasilkan sebesar 1.574 Volt, nilai arus medan
e-ISSN: 2715-5064
yang dihasilkan sebesar 0.128 Ampere dan nilai arus jangkar yang dihasilkan sebesar 0.03094 Ampere.
Pada  pengujian  simulasi  pemodelan  berbeban  200Ω  dengan nilai step yang  digunakan  530.1,  didapatkan  hasil  respon karakterisik sebagaimana pada Gambar 8.
(a) (b) (c)
Gambar 8 (a) Tegangan, (b) Arus Medan dan (c) Arus Jangkar
Berdasarkan  keluaran  respon  menunjukkan  dengan  nilai masukan  tegangan  medan  sebesar  2  Volt,  nilai  GGL  induksi jangkar yang dihasilkan sebesar 1.583 Volt, nilai arus medan yang dihasilkan sebesar 0.128 Ampere dan nilai arus jangkar yang dihasilkan sebesar 0.007913 Ampere.
Pada  pengujian  simulasi  pemodelan  efisiensi  tanpa  beban dengan  nilai step yang  digunakan  530.1,  didapatkan  hasil respon karakterisik sebagaimana pada Gambar 9.
(a) (b)
Gambar 9 (a) Kecepatan, (b) Torsi
Berdasarkan  keluaran  respon  menunjukkan  dengan  nilai masukan tegangan medan sebesar 530.1 RPM, nilai kecepatan yang dihasilkan sebesar  530.1 RPM  atau 55.5119 rad/s,  nilai torsi yang dihasilkan sebesar 2.805 N.
Pada  pengujian  simulasi  pemodelan  efisiensi  berbeban  50Ω dengan  nilai step yang  digunakan  530.1,  didapatkan  hasil respon karakterisik sebagaimana pada Gambar 10.
(a) (b)
Gambar 10 (a) Kecepatan, (b) Torsi
Berdasarkan  keluaran  respon  menunjukkan  dengan  nilai masukan tegangan medan sebesar 530.1 RPM, nilai kecepatan yang dihasilkan sebesar  530.1 RPM atau 55.5119 rad/s,  nilai torsi yang dihasilkan sebesar 2.861 N.
Pada  pengujian  simulasi  pemodelan  efisiensi  berbeban  200Ω dengan  nilai step yang  digunakan  530.1,  didapatkan  hasil respon karakterisik sebagaimana pada Gambar 11.
(a) (b)
Gambar 11 (a) Kecepatan, (b) Torsi
Berdasarkan  keluaran  respon  menunjukkan  dengan  nilai masukan tegangan medan sebesar 530.1 RPM, nilai kecepatan yang dihasilkan sebesar  530.1 RPM atau 55.5119 rad/s,  nilai torsi yang dihasilkan sebesar 2.884 N.
Tabel 4. Efisiensi Pada Simulasi Generator
e-ISSN: 2715-5064

## V. KESIMPULAN DAN SARAN
Setelah  dilakukan  pengukuran  didapatkan  nilai  parameter 𝐿 𝑎 0.926  H, 𝑅 𝑎 1.559Ω, 𝐿 𝑓 2.566  H  dan 𝑅 𝑓 15.630Ω,  dengan karakteristik  tegangan  maksimal  yang  mampu  dibangkitkan tanpa beban sebesar 17 Volt DC dan kecepatan maksimal 846 Rpm atau 88.548 rad/sec. Kemudian didapatkan nilai efisiensi perhitungan  67.94%  untuk  generator  tanpa  beban,  67.97% untuk  generator  berbeban  50Ω , 68.12%  untuk  generator berbeban 100Ω dan 68.17% untuk generator berbeban 200Ω. Sedangkan  nilai  efisiensi  simulasi 79.80%  untuk  generator tanpa beban, 81.39% untuk generator berbeban 50Ω , 81.71% untuk  generator berbeban 100Ω dan 81.05% untuk generator berbeban  200Ω . Hal  tersebut  menunjukkan  bahwa  parameter generator  mengalami  penurunan  yang  mengakibatkan perubahan  atau distorsi. Hal  itu  terjadi  baik  disisi  stator maupun  rotor,  sehingga flux yang  dibangkitkan  tidak  bisa menginduksi  atau  menghasilkan  tegangan  sesui  dengan kondisi awal dari generator.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Devarinda,  Y.  A.  Prabowo.  “Perancangan  Pembangkit  Listrik  Tenaga
Mikrohidro  Menggunakan  Turbin  Crossflow  Di  Lampung  Selatan,”
SNESTIK , pp. 293–298, 2022.
[2]  R. Septiyan, M. W. Kasrani, and B. Sugeng, “Analisa Hilang Daya Pada
Generator Sinkron 3 Fasa (6.6 KV) 11 MVA Type 1DT4038 – 3EE02 – Z,” vol. 4, no. 1, pp. 2–6, 2019.
[3]  M. Noer, “Analisa Pengaruh Pembebanan Terhadap Efisiensi Generator Di PLTG  Borang  Dengan  Menggunakan  Software  Matlab,” J.  Ampere ,
vol. 2, no. 2, p. 103, 2017, doi: 10.31851/ampere.v2i2.1774.
[4]  V. Suyanto, “Analisa Performa Motor DC Feedcack Tipe No. 63 – 110 Di Laboratorium Lisrik Dan Otomasi Kapal,” JTSP-Its , vol. 3, no. 63, p. 128,
2016.
[5]  Annisa,  Winarso,  and  W.  Dwiono,  “Analisis  Pengaruh  Perubahan  Arus
Eksitasi Terhadap Karakteristik Generator,” JRRE , vol. 1, no. 1, pp. 37– 53, 2019.
[6]  A.  A.  Sukmahadi,  “Simulasi  Pemodelan  Sistem  Eksitasi  Statis  pada Generator Sinkron Terhadap Perubahan Beban,” JE-UII , vol. 1, no. 4, p.
67, 2018.
[7]  A. I. Sukowati, “Studi Pengaturan Tegangan Eksitasi Pada Steam Turbine Generator  PT.  Pupuk  Sriwidjaja  Saat  Menanggung  Beban  Lebih,” JE- UMM , vol. 3, no. 1, pp. 4–33, 2017.
[8]  R. T. Sataloff, M. M. Johns, and K. M. Kost, “Standard Duty Generator Regulators,” Book , vol. 2, no. 4, p. 20, 1947.