APLIKASI GENERATOR INDUKSI PADA PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA GELOMBANG LAUT
Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (Generator Induksi)
Mesin induksi dapat dioperasikan sebagai motor maupun sebagai generator. Namun,
sedikit sekali masalah generator induksi ditulis sebagai subjek. Alasannya adalah
karena generator induksi tidak mampu mengendalikan tegangan dan frekuensi pada
kondisi berbeban dan kecepatan perputaran yang berubah. Sehingga dari salah satu
penyebabnya tersebut, generator sinkron selalu digunakan dalam unit – unit
pembangkit tenaga listrik.
Namun, akhir – akhir ini karena cadangan sumber energi yang tidak terbarukan
seperti minyak, gas bumi, batubara dan lain – lain dirasakan semakin menipis,maka
pengembangan generator induksi penguatan sendiri yang digerakkan oleh energi
angin, pembangkit mikrohidro, biogas dan lain – lain mulai menjadi semakin
mendapat perhatian yang nyata. keuntungan lain dari mesin ini adalah kontruksinya
yang kokoh, biaya pemeliharaan yang rendah dan tidak membutuhkan penguatan DC.
dalam hal ini penulis menjelaskan implementasi generator induksi pada Pembangkit
Listrik Tenaga Gelombang Laut, PLTGL merupakan salah satu pembangkit Energi
terbarukan, penulis melihat bahwa potensi gelombang laut di Indonesia sangat
menjanjikan, dengan begitu jika pembangkit listrik tenaga gelombang laut di
realisasikan secara tidak langsung Generator induksi juga akan di gunakan sebagai
mesin konversi energi tersebut.
Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut
Pertama-tama aliran gelombang laut yang mempunyai energi kinetik masuk kedalam
mesin konversi energi gelombang. Kemudian dari mesin konversi aliran gelombang
yang mempunyai energi kinetik ini dialirkan menuju turbin. Di dalam turbin ini,
energi kinetik yang dihasilkan gelombang digunakan untuk memutar rotor. Kemudian
dari perputaran rotor inilah energi mekanik yang kemudian disalurkan menuju
generator. Di dalam generator, energi mekanik ini dirubah menjadi energi listrik
(daya listrik). Dari generator ini, daya listrik yang dihasilkan dialirkan lagi menuju
sistem tranmisi (beban).
PLTGL-OWC (Oscilatting Water Column)
OWC merupakan salah satu sistem dan peralatan yang dapat mengubah energi
gelombang laut menjadi energi listrik dengan menggunakan kolom osilasi. Alat OWC
ini akan menangkap energi gelombang yang mengenai lubang pintu OWC, sehingga
terjadi fluktuasi atau osilasi gerakan air dalam ruang OWC, kemudian tekanan udara
ini akan menggerakkan baling-baling turbin yang dihubungkan dengan generator
listrik sehingga menghasilkan listrik.
Pada teknologi OWC ini, digunakan tekanan udara dari ruangan kedap air untuk
menggerakkan whells turbine yang nantinya pergerakan turbin ini digunakan untuk
menghasilkan energi listrik. Ruangan kedap air ini dipasang tetap dengan struktur
bawah terbuka ke laut. Tekanan udara pada ruangan kedap air ini disebabkan oleh
Gambar 1. Proses terbentuknya aliran udara yang dihasilkan oleh gelombang laut
Gerakan gelombang di dalam ruangan ini merupakan gerakan compresses dan
gerakan decompresses yang ada di atas tingkat air di dalam ruangan. Gerakan ini
mengakibatkan, dihasilkannya sebuah alternating streaming kecepatan tinggi dari
udara. Aliran udara ini didorong melalui pipa ke turbin generator yang digunakan
untuk menghasilkan listrik. Sistem OWC ini dapat ditempatkan permanen di pinggir
pantai atau bisa juga ditempatkan di tengah laut. Pada sistem yang ditempatkan di
tengah laut, tenaga listrik yang dihasilkan dialirkan menuju transmisi yang ada di
daratan menggunakan kabel.
Gambar 2 . Turbin dan generator Gambar 3. Tampak keseluruhan
PLTG-OWC
Generator pada Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL)
Jenis generator yang digunakan pada PLTGL ialah jenis Generator Asinkron
(generator tak-serempak) yang merupakan motor induksi yang dirubah menjadi
generator, generator ini dipilih karena PLTGL sebagai energi alternatif tidak banyak
membutuhkan perawatan seperti halnya generator sinkron, lebih kuat, handal, harga
lebih murah dan tidak membutuhkan bahan bakar pada saat diaplikasikan di
lapangan, tapi cukup bergantung pada sumber energi terbarukan seperti air, angin,
dan lain – lain sebagai prime over (penggerak mula). Tegangan dan arus listrik yang
dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh
masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC
Gambar 4. Turbin dan Generator Asinkron
Blok Diagram Generator Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut
Data fakta Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut dunia dan di Indonesia
Pemerintah Jerman merancang pilot project pembangkit listrik tenaga gelombang.
Pembangkit listrik tenaga gelombang laut (PLTGL) yang telah berjalan adalah
PLTGL Limpet dikelola oleh Wavegen, anak perusahaan Vorth Siemen yang berbasis
di Inggris. PLTGL Limpet mampu memproduksi listrik 500 kwh. Pembangkit
tersebut menggunakan teknologi Oscillating Water Column (OWC) yang mengubah
energi gelombang menjadi udara pendorong untuk menggerakan turbin. Sementara
itu, PLTGL yang di Jerman akan memiliki kapasitas 250 kWh. Dengan kapasitas
tersebut, PLTGL tersebut dapat mengaliri listrik ke 120 rumah. Pemerintah Jerman
berharap pembangunan PLTG tersebut tidak mengganggu lingkungan sekitar pantai.
pembanguan PLTGL tidak merusak keindahan alam daerah sepanjang pantai.
Pembangkit listrik gelombang laut komersial juga dikembangkan di ‘Negeri
Kanguru’. Pusat PLTGL itu terletak di lepas pantai Australia. Pembangkit dengan
terobosan teknologi yang masih langka itu telah memasok kebutuhan listrik sekitar
500 rumah yang berada di daerah Selatan Sydney, Australia. Listrik baru bisa
dihasilkan PLTGL jika gelombang laut datang menerpa corong yang menghadap ke
lautan. Gerakan tersebut mengalirkan udara melalui dan masuk menggerakan turbin.
Dari putaran turbin tersebut, sebanyak 500 kWh daya listrik dihasilkan setiap hari dan
langsung disalurkan ke rumah-rumah . Pusat PLTGL yang di Australia merupakan
proyek percontohan. Pemerintah Australia berencana membangun PLTGL yang lebih
besar dan menghasilkan listrik lebih kuat di pantai selatan Australia. Dengan
pembangunan PLTGL, para ahli teknologi PLGL Australia pun mendapat kebanjiran
order untuk membangunan PLTGL di beberapa negara. Hawai, Spanyol, Afrika
Selatan, Cile, Meksiko, dan Amerika Serikat juga tertarik.
Gambar 5. Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang-OWC di Skotlandia
Indonesia memiliki garis pantai terpanjang kedua setelah Norwegia. Sehingga Energi
gelombang laut di pantai tersebut digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik,
seperti saat ini telah didirikan sebuah Pembangkit Listrik Bertenaga Ombak (PLTO)
di Yogyakarta, yaitu model Oscillating Water Column. Tujuan didirikannya PLTO ini
adalah untuk memberikan model sumber energi alternatif yang ketersediaan
merupakan daerah di Indonesia yang memiliki potensi gelombang laut terbesar
dibanding daerah lainnya. Pantai Selatan di daerah Yogyakarta memiliki potensi
gelombang 19 kw/panjang gelombang. Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut
di daerah Yogyakarta dikembangkan oleh BPPT khususnya BPDP (Balai Pengkajian
Dinamika Pantai). Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut ini menggunakan
metode OWC (Ocillating Water Column). BPDP – BPPT pada tahun 2004 telah
berhasil membangun prototype OWC pertama di Indonesia. Prototype itu dibangun di
pantai Parang Racuk, Baron, Gunung Kidul. Prototype OWC yang dibangun adalah
OWC dengan dinding tegak. Luas bersih chamber 3m x 3m. Tinggi sampai pangkal
dinding miring 4 meter, tinggi dinding miring 2 meter sampai ke ducting, tinggi
ducting 2 meter. Prototype OWC 2004 ini setelah di uji coba operasional memiliki
efisiensi 11%. Pada tahun 2006 ini pihak BPDP – BPPT kembali membangun OWC
dengan sistem Limpet di pantai Parang Racuk, Baron, Gunung Kidul . OWC Limpet
dibangun berdampingan dengan OWC 2004 tetapi dengan model yang berbeda.
Dengan harapan besar energi gelombang yang bisa dimanfaatkan dan efisiensi dari
OWC Limpet ini akan lebih besar dari pada OWC sebelumnya.
JADWAL KEGIATAN TUGAS AKHIR DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
TAHUN AJARAN 2015/2016
NO 1 2 3
Hari/Tanggal 23 Maret 2016 01 April 2016 14 Mei 2016
Kegiatan Pengumpulan Proposal Tugas Akhir (batas
akhir)
Seminar Proposal Tugas Akhir Pengambilan data di Lab. Konversi Energi Listrik
Keterangan
Pengumpulan di Departemen Teknik Elektro sesuai dengan format Proposal tugas Akhir yang telah ditentukan
Setelah diumumkan jadwal seminar, dilaksanakan seminar dengan dosen pembimbing dan penguji yang telah ditunjuk oleh departemen
Dilakukan setelah proposal disetujui
NO 4 5 6
Hari/Tanggal April 2015- Juni 2016 Juni 2015 Juni 2015
Kegiatan Masa Bimbingan Tugas Akhir Pengambilan dan Pengembalian
Form Seminar Tugas Akhir
Pengumpulan draft akhir Laporan TA
Keterangan
Bimbingan Tugas Akhir dimulai diskusi dengan Dosen Pembimbing dan mencari referensi lain dari sumber yang lainnya.
Pengambilan dan pengembalian form seminar hasil di
Departemen
1. Laporan siap untuk diseminarkan
JADWAL KEGIATAN TUGAS AKHIR DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
TAHUN AJARAN 2015/2016
NO 7 8 9
Hari/Tanggal Juli 2016 Juli 2016 – Agustus 2016 Agustus
Kegiatan Masa Seminar Hasil TA Revisi Tugas Akhir Sidang Tugas Akhir
Keterangan
Tugas Akhir akan diseminarkan sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan
Koreksi dan perbaikan Tugas Akhir setelah dilakukannya seminar hasil untuk kemudian dilanjutkan ke Sidang Tugas Akhir
NO 10 11 12
Hari/Tanggal Agustus 2016- September 2016 September 2016 November 2016
Kegiatan Revisi Tugas Akhir (selesai sidang) Jurnal Ilmiah Wisuda
Keterangan
DATA PERCOBAAN
Tabel tegangan antar phasa dan tegangan per phasa kapasitor 20 mF
Kecepatan
400 0,072 0,073 0,073 0,072 0,073 0,073
Tabel tegangan antar phasa dan tegangan per phasa kapasitor 40 mF
Tabel tegangan antar phasa dan tegangan per phasa kapasitor 40 mF eksitasi satu phasa terbuka
Kecepatan
Putaran
(rpm)
Vout
(Volt)
R-S R-T S-T R-N S-N T-N
0 - - - -
200 0,09 0,091 0,09 0,09 0,09 0,089
400 0,093 0,093 0,093 0,092 0,093 0,092
600 0,096 0,095 0,096 0,097 0,096 0,095
800 0,098 0,099 0,098 0,099 0,098 0,098
1000 0,12 0,11 0,11 0,11 0,1 0,1
1200 0,12 0,12 0,12 0,13 0,13 0,12
DAFTAR PUSTAKA
[1] Zuhal, “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”, Penerbit ITB,
Bandung, 1988
[2]NEMA Standard Publications No. MGI-1993. Motors and Generators,
Published by National Electrical Manufactures Ascociation. Washington
(1993), Part 21 PP. 9-10 and Part 30 PP. 1-2
[3] IEEE Guides: Test Procedures for Synchronus Machines, IEEE Std 115-1995
(R2002)
[4] Theraja, B.L. & Theraja, A.K., “A Text Book of Electrical Technology”, New
Delhi, S.Chand and Company Ltd., 2001.
[5] Chapman Stephen J, “Electric Machinery Fundamentals”,Third Edition Mc
Graw Hill Companies, New York, 1999.
[6] Wijaya Mochtar,”Dasar-dasar Mesin Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta ,
2001
[7] Lanang Sang, “Analisa Pengaruh Beban Induktif dan Resistif pada Generator
Induksi pada Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (pltgl)” Institut
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
Penelitian ini akan dilakukan dilaboratorium konversi energi listrik.
Penelitian akan dilaksanakan setelah proposal diseminarkan dan disetujui. Lama
penelitian direncanakan selama 2 (dua) bulan.
3.2 Bahan & Peralatan
Bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah :
1. Motor induksi tiga phasa
Tipe : rotor belitan
3.3 Pelaksanaan Penelitian
Pertama kali yang akan dilaksanakan dalam penelitian adalah pengambilan
data dengan melakukan pengukuran langsung di Laboratorium Konversi Energi
Listrik, lalu menganalisa data dari hasil pengukuran.
3.4 Variabel yang diamati
Variabel yang diamati dalam penelitian ini hanyalah tegangan yang
dihasilkan oleh generator induksi.
3.5 Prosedur Penelitian
BAB IV
PENGUJIAN DAN HASIL PENGUKURAN
4.1
UmumUntuk melihat pengaruh eksitasi satu phasa terbuka terhadap tegangan
yang dihasilkan generator induksi, dilakukan dua pengujian beban nol generator
induksi penguatan sendiri (MISG). Dimana untuk salah satu pengujian dilepaskan
salah satu hubunagn kapasitor eksitasi generator induksi. Dengan membandingkan
kedua hasil pengujian tersebut dapat dilihat pengaruh eksitasi satu phasa terbuka
terhadap tegangan yang dihasilkan generator induksi penguatan sendiri (MISG).
Tetapi sebelum itu diperlukan parameter motor yang digunakan sebagai
generator induksi. Parameter yang diperlukan adalah kapasitor eksitasi yang
diperlukan generator induksi tersebut. Parameter tersebut digunakan untuk
mencocokkan kapasitor eksitasi sebagai sumber eksitasi generator induksi
tersebut. Parameter tersebut diperoleh dengan mengukur arus magnetisasi motor
tersebut dalam keadaan beban nol.
4.2 Penentuan Nilai Kapasitor
Apabila kapasitor yang dirangkai pada generator induksi penguatan
sendiri adalah hubungan delta ( ∆ ), maka :
Pout = 2,2 Kw Cos θ = 0,67
Daya yang dibutuhkan mesin ketika beroperasi sebagai motor :
= 1,73 x 380 x 6,2
Daya reaktif yang diserap :
= 3,02 kvar
Ketika mesin beroperasi sebagai generator induksi, kapasitor harus
mensuplai paling sedikit 3,02 : 3 = 1 kvar per phasa. Tegangan per phasa adalah
380 V karena kapasitor terhubung delta. Dengan begitu, arus kapasitif per phasa
ialah
IC
=
2,33 AReaktansi kapasitif per phasa adalah
X
=
163,09 ΩKapasitansi per phasa paling sedikit seharusnya
C
19,5 µF
Nilai kapasitor yang dipasang sangat menentukan terbangkitnya tegangan
atau tidak. Untuk terbangkitnya tegangan generator induksi, nilai kapasitor yang
dipasang harus lebih besar dari nilai kapasitor minimum yang diperlukan untuk
proses eksitasi. Jika kapasitor yang dipasang lebih kecil dari kapasitor minimum
yang diperlukan, maka proses pembangkitan tegangan tidak akan berhasil. Jadi
kapasitor per - phasa terhubung ∆ yang dibutuhkan generator untuk dapat
membangkitkan ggl adalah sebesar 20 µF. Untuk kapasitor yang terhubung secara
Y, kapasitor per - phasa yang dibutuhkan tiga kali kapasitor yang terhubung
secara ∆, yaitu 60 µF.
4.3 Percobaan Beban Nol Generator Induksi Penguatan sendiri
A. Rangkaian Percobaan Eksitasi Terhubung Tiga Phasa
B. Rangkaian Percobaan Beban Nol Eksitasi Satu Phasa Terbuka
Gambar 4.2 Rangkaian percobaan beban nol generator induksi penguatan sendiri
dengan eksitasi satu phasa terbuka
C. Prosedur Percobaan
1. Motor induksi dikopel dengan motor DC. Setelah itu rangkaian percobaan
disusun seperti gambar 4.2.
2. Seluruh switch dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan dalam posisi
minimum.
3. Switch 1 ditutup dan atur PTAC1 sampai dengan tegangan 380 Volt.
4. PTDC2 diatur sehingga amperemeter A3 mencapai harga arus penguat
nominal.
Switch 2 ditutup, kemudian PTDC1 dinaikkan secara bersamaan hingga putaran
5. Switch 3 ditutup. Sehingga kapasitor mencharge dengan sendirinya.
6. Pengatur PTAC diturunkan dan switch 1 dilepas, sehingga yang menyuplai
daya ke motor induksi adalah kapasitor.
7. Kecepatan motor DC dinaikkan hingga 1400 rpm dengan kelipatan
kenaikan 200 rpm, ukur tegangan yang dihasilkan.
8. Ukur tegangan yang dihasilkan generator induksi
9. PTDC1 diturunkan hingga posisi minimum dan lepas switch 2.
10. Untuk percobaan eksitasi satu phasa terbuka, lepaskan satu hubungan
kapasitor eksitasi
11. Lakukan percobaan 2-10
12. Percobaan selesai.
C. Data Hasil Percobaan
Kapasitor yang digunakan = 20 dan 40 mF
1. Tegangan antar phasa dan tegangan per phasa
Tabel 4.1 Tegangan antar phasa dan tegangan per phasa yang dihasilkan
generator induksi dengan kapasitor eksitasi 20 mF
400 0,079 0,08 0,08 0,078 0,078 0,078
Table 4.2 Tegangan antar phasa dan tegangan per phasa yang dihasilkan
generator induksi dengan kapasitor eksitasi 20 mF dan satu phasa eksitasi
1. Tegangan antar phasa dan tegangan per phasa
Table 4.3 Tegangan antar phasa dan tegangan per phasa yang dihasilkan
generator induksi dengan kapasitor eksitasi 40 mF
Kecepatan
Table 4.4 Tegangan antar phasa dan tegangan per phasa yang dihasilkan
generator induksi dengan kapasitor eksitasi 40 mF dan eksitasi terbuka
400 0,093 0,093 0,093 0,092 0,093 0,092
600 0,096 0,095 0,096 0,097 0,096 0,095
800 0,098 0,099 0,098 0,099 0,098 0,098
1000 0,12 0,11 0,11 0,11 0,1 0,1
1200 0,12 0,12 0,12 0,13 0,13 0,12
1400 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13
D. Kurva Hasil Percobaan Beban Nol Generator Induksi Penguatan Sendiri
Dengan Kapasitor Eksitasi 20 mF
1. Kurva tegangan antar phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi
terhubung tiga phasa)
2. Kurva tegangan antar phasa kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi
terbuka satu phasa)
Gambar 4.4 kurva kecepatan putaran vs vout (satu phasa eksitasi terbuka)
3. Kurva tegangan per phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi
terhubung tiga phasa)
4. Kurva tegangan per phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi
terbuka satu phasa)
Gambar 4.6 kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs vout
E. Kurva Hasil Percobaan Beban Nol Generator Induksi Penguatan Sendiri
Dengan Kapasitor Eksitasi 40 mF
1. Kurva tegangan antar phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi
terhubung tiga phasa)
2. Kurva tegangan antar phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi
terbuka satu phasa)
Gambar 4.8 kurva kecepatan putaran vs Vout
3. Kurva tegangan per phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi
terhubung tiga phasa)
4. Kurva tegangan per phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi
terbuka satu phasa)
Gambar 4.10 Kurva tegangan perphasa kecepatan putaran vs Vout
4.4 Analisis Hasil Pengujian
4.4.1 Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi
Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF Terhadap Tegangan Percobaan
Beban Nol Gnerator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF dan
Eksitasi Satu Phasa Terbuka
= Tegangan phasa percobaan beban nol generator induksi
= Tegangan phasa percobaan beban nol generator induksi dengan eksitasi
• Pada putaran 200 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 6,66 %
- Phasa R-T = x 100 % = 6,57 %
- Phasa S-T = x 100 % = 7,89 %
• Pada putaran 400 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 8,86 %
- Phasa R-T = x 100 % = 8,75 %
- Phasa S-T = x 100 % = 8,75 %
• Pada putaran 600 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 11,9 %
- Phasa R-T = x 100 % = 10,84 %
- Phasa S-T = x 100 % = 10,71 %
• Pada putaran 800 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 11,76 %
- Phasa S-T = x 100 % = 10,58 %
• Pada putaran 1000 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 11,62 %
- Phasa R-T = x 100 % = 11,50 %
- Phasa S-T = x 100 % = 10,46 %
• Pada putaran 1200 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 11,36 %
- Phasa R-T = x 100 % = 11,23 %
- Phasa S-T = x 100 % = 11,23 %
• Pada putaran 1400 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 12,22 %
- Phasa R-T = x 100 % = 11,11 %
4.4.2 Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi
Dengan Kapasitor Eksitasi 40mF Terhadap Tegangan Percobaan
Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 40mF dan
Eksitasi Satu Phasa Terbuka
= Tegangan phasa percobaan beban nol generator induksi
= Tegangan phasa percobaan beban nol generator
induksi dengan eksitasi satu phasa terbuka
• Pada putaran 200 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 10 %
- Phasa R-T = x 100 % = 9 %
- Phasa S-T = x 100 % = 10 %
• Pada putaran 400 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 22,5 %
- Phasa R-T = x 100 % = 22,5 %
• Pada putaran 600 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 31,42 %
- Phasa R-T = x 100 % = 26,92 %
- Phasa S-T = x 100 % = 26,15 %
• Pada putaran 800 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 34,66 %
- Phasa R-T = x 100 % = 34 %
- Phasa S-T = x 100 % = 34,66 %
• Pada putaran 1000 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 36,84 %
- Phasa R-T = x 100 % = 38,88 %
- Phasa S-T = x 100 % = 38,88 %
• Pada putaran 1200 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 40 %
- Phasa R-T = x 100 % = 42,8 %
• Pada putaran 1400 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 43,47 %
- Phasa R-T = x 100 % = 43,47 %
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Dalam penelitian ini dapat disimpulkan bahwa tegangan generator induksi
dengan eksitasi satu phasa terbuka lebih kecil dibandingkan dengan
tegangan yang dihasilkan generator induksi dengan eksitasi terhubung 3
phasa. Dimana pada kecepatan putaran yang sama (200) rpm, perbedaan
tegangan keluarannya sekitar 7 % untuk kapasitor eksitasi 20 mF dan 10 %
untuk kapasitor eksitasi 40 mF
2. Dalam percobaan generator induksi eksitasi terbuka satu phasa, semakin
besar kapasitor eksitasi yang digunakan semakin besar juga tegangan
keluaran yang dihasilkan. Untuk kapasitor 20 mF pada kecepatan putaran
200 rpm tegangan yang dihasilkan adalah 0,07 V, sedangkan kapasitor
ksitasi 40 mF adalah 0,09 V.
3. Pada percobaan generator induksi dimana Motor Induksi Sebagai
Generator (MISG) didapatkan juga kesimpulan. Dimana dengan
bertambahnya kecepatan putaran rotor akan meningkatkan tegangan
5.2 Saran
1. Dalam penelitian selanjutnya disarankan untuk menganalisis pengaruh
eksitasi terbuka satu phasa terhadap karakteristik generator induksi dan
dengan menggunakan kapasitor eksitasi yang lebih besar lagi
2. Dalam penelitian lainnya dapat digunakan jenis motor induksi jenis rotor
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Mesin induksi ialah mesin yang bekerja berdasarkan perbedaan kecepatan
putar antara stator dan rotor. Apabila kecepatan putar stator sama dengan
kecepatan putar rotor ( ) maka tidak ada tegangan yang terinduksi baik ke
stator maupun ke rotor. Apabila kecepatan putar stator lebih besar daripada
kecepatan rotor ( ) maka tegangan akan terinduksi ke rotor sehingga mesin
induksi beroperasi sebagai motor listrik. Apabila kecepatan putar rotor lebih besar
daripada kecepatan putar rotor ( ) maka tegangan akan terinduksi ke stator
sehingga mesin induksi akan beroperasi sebagai generator listrik. Perbedaan
kecepatan putar antara stator dan rotor dinamakan slip (S). Slip dinyatakan
dengan:
S= ( (2.1)
2.2 Konstruksi Generator Induksi
Secara umum konstruksi mesin induksi baik generator maupun motor
sama. Generator induksi terdiri dari tiga bagian utama yaitu stator, rotor dan celah
udara. Konstruksi dari mesin induksi diperlihatkan secara jelas pada gambar 2.1
dibawah ini baik itu dalam konstruksi sebenarnya maupun konstruksi
Gambar 2.1 Konstruksi mesin induksi
2.2.1 Stator
Gambar 2.2 konstruksi stator generator induksi
Stator adalah bagian terluar dari mesin yang merupakan gulungan kawat
yang disusun sedemikian rupa dan ditempatkan pada alur-alur inti besi. Bagian
stator dipisahkan dengan bagian rotor oleh celah udara yang sempit (air
gap). Bagian stator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang memiliki alur yang
menjadi tempat belitan dililitkan yang berbentuk silinder. Alur pada
tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas, tiap elemen laminasi inti
dibentuk dari lembaran besi. Tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa
yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapisi dengan isolasi tipis.
Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silinder.
Konstruksi stator terdiri dari beberapa bagian yaitu:
1. Rumah stator (rangka stator)
2. Inti stator
3. Alur, dimana alur ini merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan
stator).
4. Belitan (kumparan) stator.
Rangka stator mesin induksi ini didesain dengan baik dengan empat tujuan
yaitu:
1. Menutupi inti dan kumparannya.
2. Melindungi bagian-bagian mesin yang bergerak dari kontak langsung
dengan manusia dan dari goresan yang disebabkan oleh gangguan objek
atau gangguan udara terbuka (cuaca luar).
3. Menyalurkan torsi ke bagian peralatan pendukung mesin dan oleh karena
itu stator didesain untuk tahan terhadap gaya putar dan goncangan.
4. Berguna sebagai sarana rumahan ventilasi udara sehingga pendinginan
lebih efektif.
2.2.2 Rotor
Rotor adalah bagian dari mesin yang berputar dan letaknya pada bagian
dalam. Pada mesin induksi terdapat dua tipe rotor yang berbeda yaitu rotor
sangkar tupai dan rotor belitan. Kedua tipe rotor ini menggunakan laminasi
konstruksi yang sederhana. Batang rotor dan cincin ujung sangkar tupai yang
kecil merupakan coran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti
rotor. Pada motor yang lebih besar, batang rotor dibenamkan dalam alur rotor dan
kemudian di las dengan kuat ke cincin ujung. Apabila dilihat tanpa inti rotor,
maka batang rotor ini kelihatan seperti kandang tupai.oleh karena itu motor
induksi dengan rotor sangkar tupai dinamakan motor induksi sangkar tupai.
Gambar 2.3 konstruksi rotor mesin induksi (a) rotor sangkar
2.3 Karakteristik Mesin Induksi
Mesin induksi memiliki karakteristik sebagai berikut
Gambar 2.4 grafik kurva karakteristik mesin induksi
Dari Gambar 2.4 dapat dijelaskan karakteristik dari mesin induksi. Mesin
induksi beroperasi sebagai motor atau generator dapat dilihat dari kecepatan
rotornya terhadap kecepatan sinkronnya. Kecepatan sinkron ialah kecepatan
medan putar yang terjadi pada statornya. Apabila kecepatan mesin induksi lebih
kecil dari kecepatan sinkronnya maka mesin induksi akan beroperasi sebagai
motor listrik. Pada keadaan ini maka mesin induksi akan mempunyai nilai torsi
yang positif sebanding dengan kecepatan motor induksi. Motor induksi dapat
berputar sampai kecepatan maksimum mendekati kecepatan sinkronnya dengan
nilai torsi yang dihasilkan semakin besar pula. Namun apabila pada kecepatan
maksimum mendapatkan bantuan putaran eksternal berupa prime mover sehingga
kecepatannya melebihi kecepatan sinkronnya, pada saat itu generator induksi akan
besar pula daya yang dihasilkan. Torsi maksimum yang dapat diberikan pada
generator induksi dinamakan torka pushover. Apabila torsi yang diberikan lebih
besar dari torka pushover maka generator induksi akan mengalami overspeed.
2.4 Prinsip Kerja Generator Induksi Penguatan Sendiri
Prinsip kerja generator induksi adalah kebalikan daripada saat mesin induksi
bekerja sebagai motor. Dimana ketika mesin berfungsi sebagai motor, kumparan
stator diberi tegangan tiga fasa sehingga akan timbul medan putar dengan
kecepatan sinkron (n
s). Namun jika motor berfungsi sebagai generator, pada rotor
motor diputar oleh sumber penggerak dengan kecepatan lebih besar daripada
kecepatan sinkronnya. Bila suatu konduktor yang berputar didalam medan magnet
(kumparan stator) akan membangkitkan tegangan sebesar
e = B.l.v
Dimana : e = tegangan induksi yang dihasilkan (volt)
B = fluks magnetik (weber)
l = panjang konduktor yang dilewati medan magnet (m)
v = kecepatan medan magnet melewati konduktor (m/s)
dan bila dihubungkan ke beban akan mengalirkan arus. Arus pada rotor ini akan
berinteraksi dengan medan magnet pada kumparan stator sehingga timbul arus
pada kumparan stator sebagai reaksi atas gaya mekanik yang diberikan.
Generator induksi berpenguatan sendiri menggunakan kapasitor bank
sebagai penyuplai daya reaktif yang dibutuhkan generator untuk membangkitkan
tegangan. Seperti yang terlihat pada gambar 2.5, generator induksi menggunakan
kapasitor bank menyuplai daya reaktif yang dibutuhkan
Gambar 2.5 Prinsip kerja generator induksi
Kapasitansi dari kapasitor harus sesuai dengan daya reaktif yang
dibutuhkan. Besarnya daya reaktif yang dibutuhkan generator dapat ditinjau dari
besar arus magnetisasi ( ) untuk proses eksitasi. Arus magnetisasi ( ) yang
dibutuhkan dapat dicari dengan mengoperasi mesin induksi sebagai motor induksi
pada keadaan tanpa beban dan mengukur tegangan statornya sebagai fungsi
tegangan terminal generator. Penentuan nilai kapasitansi minimum yang
dibutuhkan generator akan dijelaskan pada bab berikutnya. Kurva magnetisasi
mesin induksi ditunjukkan pada gambar 2.6. Kurva magnetisasinya ini
menrupakan plot tegangan terminal generator induksi sebagai fungsi arus
magnetisasi. Untuk mencapai level tegangan yang diinginkan, maka kapasitor
sebagai penyuplai daya reaktifnya harus dapat menyuplai arus magnetisasi yang
Gambar 2.6 Kurva magnetisasi mesin induksi
Gambar 2.7 Kurva tegangan vs arus pada kapasitor bank
Arus reaktif yang dihasilkan oleh sebuah kapasitor berbanding lurus
dengan tegangan yang diberikan padanya, Untuk itu semua kemungkinan
kombinasi tegangan dan arus yang melalui kapasitor berupa garis lurus. Jadi kurva
tegangan vs arus dari sebuah kapasitor dapat digambarkan seperti pada Gambar
2.7. Semakin besar kapasitansinya, maka semakin besar pula arus kapasitifnya ( )
pada tegangan yang sama. Arus ini mendahului tegangan fasa (leading) sebesar
Gambar 2.8 Kurva tegangan terminal generator induksi berpenguatan sendiri
Jika sekelompok kapasitor tiga fasa dihubungkan kepada terminal
generator induksi, tegangan tanpa beban generator induksi adalah perpotongan
kurva magnetisasi generator dengan garis beban kapasitor. Jadi, tegangan keluaran
dari generator induksi dengan penguatan sendiri berupa kapasitor bank tiga fasa
untuk tiga kelompok kapasitor dengan besar yang berbeda-beda diperlihatkan
pada Gambar 2.8. Tegangan terminal tanpa beban generator induksi
berpenguatan sendiri dapat diperoleh dengan memplot bersama-sama kurva
magnetisasi sebagai fungsi tegangan terminal generator (Gambar 2.6) dan kurva
tegangan-arus kapasitor (Gambar 2.7). Perpotongan kedua kurva adalah titik
dimana daya reaktif yang dibutuhkan oleh genarator induksi. Dan titik ini juga
merupakan besar tegangan yang dibangkitkan oleh generator dalam keadaan tanpa
Gambar 2.9 Proses pembangkitan tegangan
Proses pembangkitan tegangan dapat dilihat pada Gambar 2.9. Ketika
generator induksi pertama kali diputar, magnet sisa pada kumparan medan yang
ada pada rotor akan membentuk ggl induksi awal ( ) pada belitan stator.
Timbulnya ( ) ini memicu kapasitor untuk mengalirkan arus reaktif
kapasitif sebesar . Arus ini merupakan arus magnetisasi yang
menghasilkan fluksi celah udara. Fluksi ini kemudian menambah jumlah
fluksi yang sudah ada, sehingga kemudian menghasilkan ggl induksi di stator
yang lebih besar lagi yaitu sebesar . Tegangan induksi ini akan memicu
kembali kapasitor mengalirkan arus kapasitif yang semakin besar pula yaitu
sebesar , yang kemudian akan menambah jumlah fluksi celah udara,
sehingga dihasilkan ggl induksi yang lebih besar lagi yaitu . ini
Demikian proses ini berjalan terus sampai akhirnya mencapai titik
kesetimbangan E = .
Namun proses itu dapat terjadi jika pada kumparan medan generator
induksi terdapat magnet sisa. Jika tidak terdapat magnet sisa maka generator
induksi harus dioperasikan sebagai motor terlebih dahulu. Ketika mesin induksi
dioperasikan sebagai motor, maka mesin induksi akan menginduksikan gaya
gerak listrik pada rotor. Gaya gerak listrik yang terinduksi pada rotor akan
mengalirkan arus pada kumparan medan sehingga terbentuk medan magnet dan
akhirnya motor berputar. Prinsip kerja motor induksi tidak dijelaskan secara detail
disini.
Ketika motor telah beroperasi, maka kecepatan putar rotor akan lebih kecil
dari kecepatan sinkronnya. Pada saat kecepatan motor sudah tinggi maka
penggerak mula dinyalakan. Ketika penggerak mula dinyalakan, kecepatan
penggerak mula harus lebih besar dari kecepatan sinkronnya. Pada saat itu pula
suplai daya yang diberikan untuk mengoperasikan motor dimatikan, dan pada
terminal langsung dihubungkan pada beban. Putaran penggerak mula harus searah
dengan arah putaran motor induksi. Ketika suplai daya dimatikan, maka kapasitor
akan bekerja untuk menyalurkan daya reaktif dan menjaga kecepatan sinkronnya.
Suplai daya reaktif yang disalurkan harus tepat untuk dapat membangkitkan
tegangan yang ditentukan.
2.5 Rangkaian Ekivalen Generator Induksi
Rangkaian ekivalen generator induksi berpenguatan sendiri hampir sama dengan
penambahan kapasitor pada sisi statornya. Rangkaian ekivalen generator induksi
berpenguatan sendiri ditunjukkan pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen generator induksi berpenguatan sendiri
Dimana:
= Resistansi stator
= Reaktansi stator
= Resistansi rotor
= Reaktansi rotor
= Reaktansi magnetisasi
= Reaktansi kapasitor eksitasi
S= Slip
= Arus rotor
= Arus beban
= Arus magnetisasi
V= Tegangan keluaran
2.9), hubungan antara tegangan keluaran dengan arus stator diperlihatkan pada
V = Tegangan keluaran generator (Volt)
ggl induksi yang dibangkitkan pada sisi stator (Volt)
= ggl yang dibangkitkan disisi rotor (Volt)
Arus stator (Ampere)
2.6 Kapasitor Eksitasi
Dalam proses eksitasinya generator induksi membutuhkan daya reaktif
untuk membangkitkan tegangannya. Jika generator induksi terhubung dengan
sistem tenaga listrik maka daya reaktif yang dibutuhkan akan disuplai langsung
oleh sistem. Tetapi jika generator induksi tidak terhubung dengan sistem atau
bekerja sendiri maka generator induksi membutuhkan sumber daya reaktif untuk
menyuplai kebutuhan daya reaktifnya. Untuk itu dipasang kapasitor sebagai
penyuplai daya reaktifnya yang dipasang pada terminal generator.
2.6.1 Penggunaan Kapasitor Eksitasi
Kapasitor eksitasi dipasang untuk dapat menyuplai daya reaktif yang
diperlukan generator induksi. Kapasitor ini dipasang paralel pada terminal
tegangan listrik. Dengan adanya eksitasi yang mencukupi, juga akan menambah
efesiensi dan faktor daya, regulasi tegangan yang kecil dan akan meningkatkan
perfomansi dari generator induksi.
2.6.2 Kapasitansi Minimum
Besarnya kapasitansi dari kapasitor eksitasi sangat berpengaruh pada
proses pembangkitan tegangan pada generator induksi. Untuk dapat
membangkitkan tegangan, nilai dari kapasitor harus lebih besar dari nilai
kapasitansi minumum dari generator induksi untuk proses eksitasinya. Apabila
kapasior yang dipasang lebih kecil dari kapasitansi minimumnya maka tegangan
tidak dapat dibangkitkan.
Cara menentukan kapasitansi minimum dari generator induksi ialah
dengan menggunakan karakteristik magnetisasi dari mesin induksi saat beroperasi
sebagai motor induksi. Karakteristik magnetisasi ini didapat dengan
mengoperasikan motor induksi pada kondisi beban nol. Pada kondisi beban nol,
arus yang mengalir pada kapasitor ( akan sama dengan arus magnetisasi ( ).
Tegangan (V) yang dihasilkan akan meningkat secara linier hingga titik saturasi
dari magnet inti tercapai. Sehingga dalam kondisi stabil
(2.5)
(2.6)
(2.7)
Dalam kondisi beban nol motor induksi, dapat dihitung besar nilai
(2.8)
(2.9)
Substitusikan persamaan (2.8) ke dalam persamaan (2.9)
I =
C = (2.10)
Persamaan ialah nilai masing-masing kapasitansi apabila eksitasi
dihubungkan secara bintang atau delta
(2.11)
Pada sistem tiga fasa, kapasitor eksitasi dapat dihubungkan secara bintang
atau secara delta. Hubungan bintang tidak dianjurkan untuk dihubungkan dengan
generator karena hubungan bintang memiliki titik netral yang akan meningkatkan
rugi-rugi.
Gambar 2.11 Hubungan bintang dan delta kapasitor eksitasi
(2.12)
(2.13)
(2.14)
Besarnya kapasitansi dapat dirumuskan sebagai berikut
C= (2.15)
(2.16)
Substitusikan persamaan (2.16) pada persamaan (2.14)
(2.17)
Berdasarkan persamaan-persamaan diatas, kapasitor eksitasi akan lebih
baik jika menggunakan hubungan delta. Hal itu dapat dilihat pada persamaan
2.17, jika dihubungkan delta besar kapasitansinya sebesar sepertiga dari besar
kapasitansi jika dihubungkan bintang. Dan berdasarkan persamaan 2.12, kapasitor
eksitasi apabila dihubungkan dengan hubungan delta maka kapasitor eksitasi
2.7 Pembebanan
2.7.1 Jenis-Jenis Beban
a. Beban Resistif
Beban resistif (R) yaitu beban yang terdiri dari komponen tahanan ohm saja
(resiatance), seperti elemen panas (heating element) dan lampu pijar. Beban jenis ini
hanya mengkonsumsi beban aktif saja dan mempunyai factor daya satu.
Sifat beban resistif itu adalah arus beban resistif sefasa dengan tegangannya
atau factor daya atau cos φ = 1
Beban induktif (L) yaitu beban yang terdiri dari kumparan kawat yang
dililitkan pada suatu inti, seperti coil, transformator, dan selenoida. Beban ini dapat
mengakibatkan pergeseran fasa (fasa shift) pada arus sehingga bersifat lagging. Hal
ini disebabkan oleh energy yang tersimpan berupa medan magnetis akan
mengakibatkan fasa arus bergeser menjadi tertinggal terhadap tegangan. Beban jenis
Sifat beban induktif arus beban induktif 900 ketinggalan terhadap
tegangannya atau factor daya : cos φ = 0
Daya aktif
P = V.I.Cos φ (Watt)
= V.I.Cos 900
= V. I. 0
Daya Reaktif
Q = V. In . Sin φ ( VAR )
= V. In .Sin 90 °
= V. In . 1
Bila cos φ = 0 maka Sin φ = 0 dan daya aktif menjadi nol daya reaktif maksimum.
2.7.2 Pengaruh Beban Pada Generator Induksi
Pada saat generator dibebani akan terjadi drop tegangan sebelum terminal
outputnya. Besaran drop tegangan ini sangat tergantung pada kondisi beban yang
ada.
Adapun macam-macam drop tegangan tersebut yaitu :
a) Drop tegangan akibat tahanan jangkar (IRa)
b) Drop tegangan akibat reaktansi jangkar (IXa)
Penggabungan antaraa reaktansi jangkar dan fluks bocor sering disebut
sebagai reaktansi sinkron (Xs = X1 + Xa). Berikiut akan dijabarkan mengenai
pengaruh pembebanan di beban resistif dan induktif.
a. Beban Cos φ = 1
Faktor daya generator bernilai cos φ = 1 adalah apabila generator diberi beban bersifat resistif sepasa dengan tegangannya.
Gambar 2.12 vektor pada beban cos φ =1
Keterangan :
Eo = Tegangan yang terangkat pada kumparan jangkar ( tegangan beban nol)
E = Emf induksi beban
V = Tegangan terminal
Bila φ = 1800 maka cos φ = 1 dan sin φ = 0, sehingga daya aktif menjadi
maksimum dan reaktif menjadi nol. Efek dari pembebanan resistif adalah putaran
generator turun dan tegangan generator juga turun. Untuk mengatasi putaran
generator yang turun dapat diatasi dengan menambah putaran mesin yang
digunakan untuk menggerakkan generator, dan untuk mengatasi tegangan keluaran
b. Beban Cos φ = Lagging
Faktor daya generator dapat bernilai lagging apabila generator dibebani
beban yang bersifat induktif. Beban induktif adalah beban yang mayoritas
komponen penyusunnya adalh gulungan-gulungan kawat yang dapat
menghasilkan medan magnet/inductor. Contohnya adalh kumparan, motor
listrik lampu TL.
Karakteristik factor daya generator yang diakibatkan oleh beban induktif
adalah arus beban induktif tertinggal terhadap tegangannya.
Gambar 2.13 Vektor pada beban cos φ = Lagging
Keterangan :
Eo = Tegangan yang terangkat pada kumparan jangkar (tegangan beban nol)
E = Emf induksi beban
V = tegangan terminal
Efek dari pembebanan induktif adalah tegangan stator turun sedangkan
putaran tetap. Untuk mengatasi permasalahan akibat pembebanan induktif ini
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Generator induksi merupakan salah satu jenis generator AC yang cukup
banyak digunakan didalam sistem kelistirikan. Dalam pengoperasiannya,
generator induksi harus dieksitasi menggunakan tegangan yang leading. Ini
biasanya dilakukan dengan menghubungkan generator kepada sistem tenaga
eksiting. Pada generator yang beroperasi standalone, bank kapasitor harus
digunakan untuk mensuplai daya reaktif. Ada beberapa keterbatasan ketika mesin
induksi beroperasi sebagai generator. Karena tidak adanya rangkaian medan yang
terpisah, generator induksi tidak dapat menghasilkan daya reaktif. Dalam
pengoperasiannya, generator induksi justru menyerap daya reaktif sehingga
sumber daya reaktif eksternal yaitu bank kapasitor harus terhubung kepada
generator sepanjang waktu untuk menjaga medan magnet statornya. Sumber daya
reaktif eksternal ini juga harus mengontrol tegangan terminal generator.
Untuk itu dalam tugas akhir ini, penulis akan membahas tentang eksitasi
1.2Rumusan Masalah
1. Bagaimana pengaruh eksitasi satu phasa terbuka terhadap tegangan
keluaran generator induksi
2. Bagaimana pengaruh eksitasi terhubung tiga phasa terhadap tegangan
keluaran generator induksi
1.3 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui pengaruh kapasitor eksitasi satu phasa terbuka terhadap
tegangan yang dihasilkan generator induksi penguatan sendiri
2. Mengetahui perbedaan tegangan penggunaan kapasitor eksitasi
terhubung tiga phasa dengan terbuka satu phasa
3. Mengetahui pengaruh kecepatan putaran rotor generator induksi
terhadap tegangan keluaran dalam keadaan eksitasi terhubung tiga
phasa dan terbuka satu phasa
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut
1. Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) yang penulis gunakan adalah
Motor Induksi tiga phasa rotor belitan pada Laboratorium Konversi
Energi Listrik FT. USU.
2. Analisa dilakukan pada kondisi steady state.
3. Tidak membahas pengaturan dan frekuensi
4. Analisa data berdasarkan peralatan yang tersedia di Laboratorium
1.5 Manfaat Penulisan
Adapun manfaat dari penulisan ini adalah untuk :
1. Menambah wawasan mengenai generator induksi khususnya bagi penulis
umumnya bagi pembaca
2. Menambah wawasan mengenai kapasitor bank sebagai sumber eksitasi
eksternal untuk menyuplai daya reaktif pada generator induksi
3. Mengetahui perbedaan kualitas tegangan yang dihasilkan generator
induksi dengan kapasitor bank terhubung tiga phasa dan satu phasa
ABSTRAK
Penggunaan Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) telah banyak
diterapkan secara luas pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
(PLTMh). Namun generator induksi tidak dapat membangkitkan
tegangan jika tidak mendapatkan suplai daya reaktif untuk eksitasinya.
Eksitasi dibutuhkan untuk menghasilkan medan magnet pada
kumparan rotor yang nantinya akan menginduksikan tegangan pada
stator untuk menghasilkan energi listrik. Selain itu eksitasi juga dibutuhkan
untuk mengkompensasi daya reaktif yang diperlukan generator untuk
membangkitkan tegangan listrik. Tulisan ini menganalisa pengaruh
eksitasi satu phasa terbuka terhadap tegangan yang dihasilkan generator
induksi. Dari hasil percobaan yang dilakukan, diperoleh hasil yang
menunjukkan bahwa dengan keadaan eksitasi satu phasa terbuka tegangan
keluaran lebih kecil. Dimana pada kecepatan putaran yang sama (200)
rpm, perbedaan tegangan keluarannya sekitar 7 % untuk kapasitor eksitasi
20 mF dan 10 % untuk kapasitor eksitasi 40 mF.
TUGAS AKHIR
PENGARUH EKSITASI SATU PHASA TERBUKA TERHADAP
TEGANGAN YANG DIHASILKAN GENERATOR INDUKSI
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik
OLEH :
NUR SYAH PUTRA HASIBUAN
NIM : 110402014
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Penggunaan Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) telah banyak
diterapkan secara luas pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
(PLTMh). Namun generator induksi tidak dapat membangkitkan
tegangan jika tidak mendapatkan suplai daya reaktif untuk eksitasinya.
Eksitasi dibutuhkan untuk menghasilkan medan magnet pada
kumparan rotor yang nantinya akan menginduksikan tegangan pada
stator untuk menghasilkan energi listrik. Selain itu eksitasi juga dibutuhkan
untuk mengkompensasi daya reaktif yang diperlukan generator untuk
membangkitkan tegangan listrik. Tulisan ini menganalisa pengaruh
eksitasi satu phasa terbuka terhadap tegangan yang dihasilkan generator
induksi. Dari hasil percobaan yang dilakukan, diperoleh hasil yang
menunjukkan bahwa dengan keadaan eksitasi satu phasa terbuka tegangan
keluaran lebih kecil. Dimana pada kecepatan putaran yang sama (200)
rpm, perbedaan tegangan keluarannya sekitar 7 % untuk kapasitor eksitasi
20 mF dan 10 % untuk kapasitor eksitasi 40 mF.
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah S.W.T, karena
atas berkat rahmat dan ridho-Nya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Tidak lupa
juga shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar
Muhammad S.A.W.
Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu
(S-1) di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul
Tugas Akhir ini adalah :
“PENGARUH EKSITASI SATU PHASA TERBUKA TERHADAP TEGANGAN
YANG DIHASILKAN GENERATOR INDUKSI ”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
Ayahanda (Ramli Hasibuan), Ibunda (Almh. Erpina Linda Harahap) serta saudara
saya (Indra Irama Hasibuan dan Johan Sahara Hasibuan) yang selalu memberikan
semangat dan mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini, penulis juga
banyak mendapatkan dukungan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu
penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada :
1. Bapak Ir. Syamsul Amin, M.S selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir
memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama
perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen Penguji Tugas Akhir
serta selaku ketua Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah
banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah
banyak motivasi selama masa perkuliahan.
3. Bapak Ir. Eddy Warman M.T selaku Dosen Penguji Tugas Akhir dan telah
banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini serta
senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.
4. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan
pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada
penulis.
5. Om Isroy Tanjung, ST (Om roy) selaku pegawai Lab. Koversi Energi
Listrik FT-USU yang banyak membantu penulis selama proses
pengambilan data maupun dalam keseharian di kampus.
6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah
membantu penulis dalam pengurusan administrasi saat perkuliahan serta
selama penyusunan tugas akhir.
7. Rekan- rekan satu angkatan 2011 Teknik Elektro Endrawan, Zein, Angga,
Yoga, Fikri, Rais, Hasan, Ikhyar, Aspar, Rido, Fandi, Faisal, Syahlan,
Dhani, Ferdi dll yang tidak bisa namanya disebutkan satu persatu yang
selalu saling memberi semangat, bantuan, cerita, selama perkuliahan.
Penulis menyadari bahwa dalam penulis Tugas Akhir ini masih belum
sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun
susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan
menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis
harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat
berguna bagi kita semua.
Medan, Juni 2016
Penulis
NIM. 110402014
DAFTAR ISI
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum ... 4
2.2. Konstruksi Generator Induksi ... 4
2.3. Karakteristik Mesin Induksi ... 8
2.4. Prinsip Kerja Generator Induksi ... 9
2.5. Rangkaian Ekivalen Generator Induksi ... 14
2.6 Kapasitor Eksitasi. ... 16
2.6.1 Penggunaan Kapasitor Eksitasi ... 16
2.6.2 Kapasitansi Minimum ... 17
2.7.1 Jenis-Jenis Beban ... 20
2.7.2 Pengaruh Beban Pada Generator Induksi ... 21
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu ... 24
3.2. Bahan dan Peralatan ... 24
3.3. Pelaksanaan Penelitian ... 25
3.4 Variabel yang Diamati ... 25
3.5 Prosedur Penelitian ... 25
BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL PENGUKURAN 4.1. Umum ... 26
4.2. Penentuan nilai kapasitor ... 26
4.3 Percobaan Beban Nol Generator Induksi Penguatan sendiri ... 28
4.4 Analisis Hasil Pengujian ... 37
4.4.1 Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF Terhadap Tegangan Percobaan Beban Nol Gnerator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF dan Eksitasi Satu Phasa Terbuka……….. . 37
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 43
5.2 Saran ... 44
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Aplikasi Generator Induksi Pada Pembangkit Listrik
Lampiran 2 Jadwal Penelitian
Lampiran 3 Surat Pengesahan Pengambilan Data
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Konstruksi Generator Induksi ... 5
Gambar 2. 2 Konstruksi Stator Generator induksi ... 5
Gambar 2. 3 Konstruksi Rotor Generator Induksi ... 7
Gambar 2. 4 Grafik Kurva Karakteristik Mesin Induksi ... 8
Gambar 2. 5 Prinsip Kerja Generator Induksi ... 10
Gambar 2. 6 Kurva Magnetisasi Mesin Induksi... 11
Gambar 2. 7 Kurva Tegangan vs Arus Pada Kapasitor Bank ... 11
Gambar 2. 8 Kurva Tegangan Terminal Generator Induksi ... 12
Gambar 2. 9 Proses Pembangkitan Tegangan ... 13
Gambar 2. 10 Rangkaian ekivalen generator induksi ... 15
Gambar 2. 11 Hubungan bintang dan delta kapasitor eksitasi ... 18
Gambar 2. 12 Vektor pada beban cos φ = 1 ... 22
Gambar 2. 13 Vektor pada beban cos φ = Lagging ... 23
Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian ... 25
Gambar 4. 2 Rangkain percobaan beban nol generator induksi penguatan sendiri
dengan eksitasi satu phasa terbuka ... 29
Gambar 4. 3 Kurva kecepatan putaran vs v out ... 33
Gambar 4. 4 Kurva kecepatan putaran vs v out satu phasa eksitasi terbuka .... 34
Gambar 4. 5 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs v out ... 34
Gambar 4. 6 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs vout eksitasi satu
phasa terbuka ... 35
Gambar 4. 7 Kurva kecepatan putaran vs Vout ... 35
Gambar 4. 8 Kurva kecepatan putaran vs Vout satu phasa eksitasi terbuka .... 36
Gambar 4. 9 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs v out ... 36
Gambar 4. 10 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs vout eksitasi satu
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 1 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 20 mF ... 30
Table 4. 2 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 20 mF satu phasa
terbuka ... 31
Table 4. 3 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 40 mF ... 31
Table 4. 4 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 40 mF satu phasa
