## KARAKTERISTIK  GENERATOR  SINKRON  YANG BERBEBAN BERAT DAN TIDAK KONSTAN

## Perawati
Dosen Tetap Yayasan pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas PGRI Palembang e-mail : perawati80@gmail.com

## ABSTRAK
Generator  sinkron  umumnya  mempunyai  beban  yang  konstan,  tetapi  ada  saatnya,  generator tersebut  memikul  beban  yang  tidak  konstan  atau  berubah – ubah,  misalnya ketika  mengelas. Besar beban generator akan  tergantung  pada  kontak  antara  elektroda  las  dan  beban. Ketika generator berbeban (beban pengelasan) tegangan yang diukur lebih kecil daripada tegangan yang dibangkitkan, hal itu terjadi karena adanya  jatuh tegangan di saluran, elektroda dan beban. Pada saat itu kecepatan rotorpun akan berkurang, karena arus beban akan memberikan gaya yang arahnya berlawanan dengan arah  putaran prime  mover. Dari hasil  perhitungan dapat  diketahui  bahwa  tegangan  kerja  mengalami penurunan  untuk  elektroda  2,6  mm  dari  30 V  menjadi  11 V  dan untuk  elektroda  3,2  mm dari  30 V menjadi 9 V. Hal ini disebabkan adanya arus yang diserap beban dan menyebabkan jatuh tegangan. Saat generator berbeban (beban pengelasan) tegangan yang diukur lebih kecil daripada tegangan yang dibangkitkan, karena adanya  jatuh tegangan di saluran, elektroda dan beban.

## Kata kunci : generator sinkron, jatuh tegangan, kepala las

## ABSTRACT
Synchronous generator  usually  has a  constant  load, but  sometimes the load is changed,  for example  when  it is welding.  The  magnitude  of  load  generator will depend  on  welding between electrode  and  load  contact.  When the generator has  welding load, the measured  voltage  is  smaller than generated voltage, it happens because of drop voltage on line, electrode and load. At the same time, the rotor  speed will decrease, because the load  current  will  give opposite force  with  the direction  of the  prime  mover . From the  result  of calculation, the working  voltage  decrease  for 2,6 mm electrode from 30 V to 11 V and for 3,2 mm electrode from 30 V to 9 V. It is caused by the current absorbed by load and will drop the voltage. When generator is loaded, the voltage is measured lower than the generated voltage because the voltage is dropped on the line, electrode and load.

## Keywords : synchronous generator, drop voltage, welding head

## PENDAHULUAN
Generator biasanya  mempunyai beban  yang  konstan, misalnya beban  lampu, pompa. Tetapi pada saat-saat tertentu, misalnya di work shop, generator mempunyai beban yang tidak konstan. Saaat generator mempunyai beban yang berubah-ubah, misalnya saat mengelas, besarnya beban tergantung pada kontak antara elektroda las dan beban. Hal ini akan menyebabkan kerusakan karena perubahan beban  yang  mendadak.  Hal tersebut menjadi latar belakang  dari  penelitian  ini  yaitu  tentang  analisis kerja generator sinkron yang mempunyai beban yang berat dan tidak konstan.
Pada penelitian ini, akan diukur dan dihitung parameter  generator tersebut, yaitu tegangan,arus, dan putaran

## TINJAUAN PUSTAKA

## Dasar-Dasar Generator Sinkron
Generator  adalah  mesin  listrik  yang  dapat  mengubah  energi mekanik  menjadi  energi  listrik dengan perantara media elektromagnet.
Generator sinkron merupakan mesin pembangkit yang paling banyak digunakan, karena pertimbangan tertentu, seperti :
- Terdapat dipasaran dengan berbagai macam tingkat daya
- Harganya relatif lebih murah
- Pengoperasiannya dan pemeliharaanya mudah dan murah
Generator  kecepatan  rendah,  misalnya  generator  yang  digerakkan  mesin  diesel  atau  turbin  air mempunyai mempunyai  rotor  dengan  kutub  medan  menonjol  (kutub  sepatu).  Generator  dengan kecepatan tinggi mempunyai rotor silinder (Eugene C Lister, 1988 : 200)

## PRINSIP KERJA GENERATOR SINKRON
Mesin  sinkron  mempunyai kumparan  medan  pada  rotor  dan  kumparan  jangkar  pada  stator. Kumparan  jangkar  mempunyai  bentuk  yang  sama  dengan  mesin  induksi,  sedangkan  sedangkan kumparan medannya dapat berbentuk kutub sepatu atau silinder (Zuhal, 1990 : 130)
Generator sinkron bekerja berdasarkan prinsip sbb :
1. Kumparan  medan  pada  rotor  akan  mensuplai  arus  searah ke kumparan  medan yang akan menimbulkan fluks.
2. Penggerak  mula  (Prime  Mover) yang terkopel ke rotor beroperasi sehingga  rotor  berputar  pada kecepatan nominalnya.
N =
dimana: n = Kecepatan putar rotor (rpm)
P = Jumlah kutub rotor f = frekuensi (Hz)
3. Perputaran  rotor akan  memutar  medan  magnet  yang dihasilkan  kumparan  medan.  Medan  putar yang dihasilkan rotor akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar terjadi fluks magnetik yang berubah-ubah. Perubahan fluks magnetik yang melingkupi kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan
wahyukr.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/.../5+TEORI+GENERATOR+SINKRON.p...

## Konstruksi Generator Sinkron
Secara garis  besar, generator  sinkron terdiri dari stator,  rotor,  dan  celah  udara.  Stator adalah bagian yang diam sedangkan rotor adalah bagian yang berputar. Celah udara adalah ruang antara stator dan rotor.
Gambar 1. Konstruksi Generator Sinkron
wahyukr.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/.../5+TEORI+GENERATOR+SINKRON.p...

## 1. STATOR
Stator terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu :

## a. Rangka Stator
Rangka stator adalah penyangga inti jangkar generator

## b. Inti Stator
Inti stator terdiri dari laminasi-laminasi yang terpasang pada rangka stator.
c. Alur (slot) dan Gigi
Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator.
Ada 3 (tiga) bentuk alur stator yaitu terbuka, setengah terbuka, dan tertutup. Seperti pada Gambar 2 berikut :
Terbuka
setengah terbuka
Tertutup Gambar 2. Macam-macam bentuk alur wahyukr.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/.../5+TEORI+GENERATOR+SINKRON.p...

## d. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)
Merupakan tempat terjadi ggl induksi

## 2. ROTOR
Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu :
a. Slip Ring
Slip ring adalah cincin dari logam  yang  melingkari  poros rotor yang  saling  terpisah  (diisolasi). Pada slip ring inilah dipasang terminal kumparan rotor yang kemudian melalui sikat dihubungkan ke sumber arus dc.
b. Kumparan Rotor (kumparan medan)
Kumparan medan rotor inilah yang berperan utama dalam menghasilkan medan magnet
c. Poros Rotor
Kumparan medan diletakkan pada poros rotor yang berbentuk slot-slot
Pada  dasarnya,  rotor  pada  generator  sinkron  merupakan suatu  elektromanet. Kutub  medan magnet rotor terbagi menjadi salient (kutub sepatu) dan dan non salient (rotor silinder). Kutub sepatu generator sinkron ditunjukkan pada gambar berikut :
Gambar 3. Rotor salient (kutub sepatu) pada generator sinkronmercubuana.ac.id/files/.../2100601_ELektronika%20&%20TTL_Modul_013.docx
Pada rotor  kutub  sepatu, konstruksi kutub  magnetnya menonjol  dari  permukaan  rotor, sedangkan pada  rotor kutub silinder,  kutub  magnetnya rata. Pada  umumnya,  rotor  silinder  dipakai untuk  rotor  yang  mempunyai  2  atau  4  kutub,  dan  untuk  rotor  kutub  sepatu  untuk  rotor  yang mempunyai  4  kutub  atau  lebih. Selain  itu,  pemilihan  konstruksi  rotor  dipengaruhi  juga  oleh  : kecepatan putar prime mover, frekuensi dan rating daya generator sinkron tersebut. Untuk generator yang  mempunyai kecepatan diatas  1500  rpm, frekuensi  50  Hz  dengan rating  daya kurang  lebih 10MVA,  maka  digunakan  generator rotor  silinder. Sedangkan  untuk  generator  dengan daya kurang dari 10  MVA  dan  kecepatannya rendah, digunakangenerator  sinkron  jenis rotor  kutub  sepatu. Generator sinkron rotor kutup silinder ditunjukkan pada gambar berikut :
Gambar 4. Gambaran bentuk (a) rotor Non-salient (rotor silinder),
(b) penampang rotor pada generator sinkron mercubuana.ac.id/files/.../2100601_ELektronika%20&%20TTL_Modul_013.docx

## METODE PENELITIAN
Penelitian dilakukan di Laboratorium Mesin-mesin Elektrik Universitas PGRI Palembang.
Peralatan yang digunakan adalah :
1. Generator sinkron 3 fasa dengan penggerak diesel
Daya : 15 kW Tegangan : 380 V (fasa ke fasa) 220 V (fasa ke netral) Frekwensi : 50 Hz Kecepatan : 1500 rpm Eksitasi : 45 Volt (DC) 2. Trafo step down 3 fasa Daya : 20 kVA Tegangan Input : 380 V(fasa ke fasa) Tegangan Output : 30 V (fasa ke netral) Merek : Trafindo 3. Elektroda las 3,2 mm dan 2,6 mm
Pada saat pengujian dilakukan pengukuran terhadap beberapa parameter generator, yaitu :
1. Tegangan Keluaran generator
2. Arus keluaran generator
3. Putaran generator
4. Tegangan eksitasi
5. Arus eksitasi
Pengujian  dilakukan  dengan  mengoperasikan  generator  untuk  pengelasan,  dengan  1  kepala  las,  2 kepala las dan 3 kepala las.

## PERHITUNGAN
Setelah dilakukan pengujian, dilakukan perhitungan besaran-besaran sbb :
1. Fluksi magnet
= . ℜ ℜ = k (konstanta)
I = I f = arus eksitasi medan = k. I f 2. Tegangan keluaran generator
Dengan menganggap trafo yang dipakai ideal, E 0 = c.n.
E 0 = c.n. k. I f E 0 = c. k. I f . N E 0 = k 1 . I f . n 3. Perhitungan gaya lawan rotor
Gaya yang berlawanan arah dengan gaya yang dihasilkan prime mover, yaitu F fe = B.I. ℓ
B = = . = .
Maka F fe = k 2 .I f . ℓ . I ℓ = panjang lintasan fluksi sebagai konstanta, maka k 2 . ℓ = k 3
F fe = k 3 . I f . I I = arus beban generator

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Data Hasil Pengujian
Tabel 1. Hasil Pengujian dengan 1 kepala Las Jumlah Kepala Las Elektroda (mm) V out (Volt) I out (Volt) V f (Volt) I f (Amp) N (rpm)
V nom V hs per fasa V nom V hs 1 2,6 30 11 124 45 17 8,4 1475 3,2 30 9 175 45 14 14,7 1425 2 2,6 30 11 124 45 13 12,7 1415 3,2 30 9 175 45 11 16,3 1355 3 2,6 30 11 124 45 9 18,3 1320 3,2 30 9 175 45 8 23,1 1215 Tabel 2. Hasil Perhitungan Jumlah Kepala Las Elektroda V out (Volt per fasa) hasil pengukuran V out (Volt per fasa) hasil perhitungan Fluksi (Weber) F fe (N) 1 2,6 11 11 8,4 k 1041,6 k 3 3,2 9 18,6 14,7 k 2572,5 k 3 2 2,6 11 16 12,7 k 3149,6 k 3 3,2 9 19,7 16,3 k 5705 k 3 3 2,6 11 21,4 18,3 k 6807,6 k 3 3,2 9 24,92 23,1 k 12127,5 k 3
Dari table diatas dapat diketahui bahwa tegangan kerja mengalami penurunan untuk elektroda 2,6  mm  dari  30  V  menjadi  11  V  dan  dari  30  V  menjadi  9  V  untuk  elektroda  3,2  mm.  Hal  ini disebabkan adanya arus yang diserap beban dan menyebabkan jatuh tegangan.
Tegangan  yang  dibangkitkan  generator  mengalami  jatuh  tegangan  yang  sangat  besar, terutama  jika  ketiga  kepala  las  digunakan.  Tegangan  hasil  perhitungan  adalah  tegangan  yang seharusnya dibangkitkan saat pengelasan, tetapi  karena arus yang diserap beban sangat besar, maka tegangan  yang  terukur  tidaklah  sebesar  tegangan  yang seharusnya dibangkitkan.  Selisihnya merupakan jatuh tegangan di benda kerja dan di penghantar saluran serta di elektroda las.
Pada  saat  pengelasan,  akan  terjadi  gaya  lawan  yang  arahnya  akan  berlawanan  arah  dengan putaran prime mover, sehingga akan berakibat berkurangnya gaya prime mover tersebut. Hal ini akan mengurangi kecepatan putaran rotor. Semakin besar arus beban, atau semakin berat beban generator, gaya lawan akan semakin besar, sehingga kecepatan putaran generator akan semakin berkurang.

## KESIMPULAN
Dari hasil pengukuran dan perhitungan dapat disimpulkan bahwa :
1. Saat generator berbeban (beban pengelasan) tegangan yang diukur lebih kecil daripada tegangan yang dibangkitkan, karena adanya  jatuh tegangan di saluran, elektroda dan beban
2. Pada  saat  dibebani, kecepatan rotor  akan  berkurang,  karena  arus  beban  akan  memberikan  gaya lawan yang arahnya berlawanan dengan arah putaran prime mover
3. Semakin besar beban generator, gaya lawan yang terjadi akan semakin besar pula, pada penelitian ini beban yang paling besar adalah digunakannya 3 kepala las.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Eugene C. Lister, “ Mesin dan Rangkaian Listrik ” , Penerbit Erlangga, Jakarta, 1988 2. Zuhal,”Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”, PT Gramedia, Jakarta, 1990
3. mercubuana.ac.id/files/.../2100601_ELektronika%20&%20TTL_Modul_013.docx
4. repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/20111/3/Chapter%20II.pdf
5. wahyukr.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/.../5+TEORI+GENERATOR+SINKRON.p...