Analisa Perbandingan Regulasi Tegangan Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Menggunakan Kapasitor Kompensasi dan Dengan Penambahan Induktor

(1)

Chapman, Stephan J. 2005. Electric Machinery Fundamentals.Edisi ke-4. New York: McGraw-Hill

Harahap Rusli, “Mesin-mesin Listrik Mesin Arus Searah”, Balai Penerbit dan Humas ISTN, Jakarta, 1988.

Hardi Supri, “Seminar Sains dan Teknologi : Penambahan Induktor Secara Seri dengan Eksitasi Kapasitor pada Generator Induksi Sekaligus Meredam

Harmonisa”, Medan.

Hunt, Brian R, dkk. 2006. A Guide to MATLAB for Beginners and Experienced

Users. Edisi ke-2. New York: Cambrige University Press

Karim, Mohamed Zaid A, dan A.Hakim Saeed Noman. 2014. Wind-Driven SEIG

Systems: A Comparison Study. International Journal of Engineering (IJE)

Lister Eugene, “Mesin dan Rangkaian Listrik”, edisi keenam, Erlangga, Jakarta, 1984.

Ma, Dandan. 2012. Self-excited Induction Generator – A Study Based on Nonlinear Dynamic Methods. Newcastle University

Muhariadi M, “Analisis Perbandingan Regulasi Tegangan Generator Induksi Penguatan Sendiri tanpa Menggunakan Kapasitor Kompensasi dan

dengan Menggunakan Kapasitor Kompensasi”, Repository USU, Medan, 2008.

Padiyar, K.R. 2007. FACTS Controllers in Power Transmission and Distribution. New Delhi: New Age International Publishers

Staff of Festo Didactic. 2012. Static Synchronous Compensator (STATCOM). Quebec: Festo Didactic Ltd

(2)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1.Tempat dan Waktu

Penelitian ini akan dilakukan dilaboratorium konversi energi listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penelitian akan dilaksanakan setelah proposal diseminarkan dan disetujui. Lama penelitian direcanakan selama 2 (dua) bulan.

3.2.Bahan & Peralatan

Bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah : 1. Motor Induksi tiga phasa

Tipe : rotor belitan Spesifikasi :

- AEG Typ C AM 112MU 4RI - Δ / Υ 220/ 380 V ; 10,7/ 6,2 A - 2,2 Kw, cos ϕ 0,67

- Kelas Isolasi : B 2. Mesin DC

Spesifikasi :

-G-GEN Typ G1 110/ 140 - 220 V

- 2 Kw

- 1500 rpm, 50 Hz - Kelas Isolasi B 3. Amperemeter

4. Voltmeter

5. Power Suplai ( AC dan DC ) 6. Tachometer

(3)

8. Kapasitor sebagai kompensasi 20 µF 9. Induktor sebagai kompensasi

3.3.Variabel yang diamati

Pada pengujian ini variable yang diamati adalah :

1. Arus,Tegangan dan Daya pada sumber dan beban pada saat motor induksi sebagai generator induksi.

2. Arus,Tegangan dan Daya pada sumber dan beban dengan menggunakan kapasitor kompensasi.

3. Arus, Tegangan dan Daya pada sumber dan beban dengan menggunakan penambahan induktor.

3.4.Prosedur Penelitian

Pada penelitian ini, ada beberapa percobaan yang dilakukan, adapun prosedur pengambilan data dalam setiap percobaan adalah sebagai berikut :

3.4.1. Percobaan Untuk Mendapatkan Parameter – Parameter Motor Induksi Tiga Fasa

Untuk menjalankan Motor Induksi sebagai Generator Induksi, dibutuhkan beberapa parameter-parameter motor induksi untuk diketahui. Ada 3 percobaan yang dilakukan untuk mendapatkan parameter-parameter motor induksi, yaitu sebagai berikut :

1.1 Percobaan Beban Nol - Rangkaian percobaan

(4)

- Prosedur Percobaan

 Saklar 1 terbuka, pengatur tegangan pada posisi minimum

 Saklar 1 kemudian ditutup, PT AC1 dinaikkan perlahan – lahan sampai tegangan 380 Volt.

 Ketika tegangan 380 Volt, dicatat besar pembacaan alat ukur.  Percobaan selesai.

1.2 Percobaan Rotor Tertahan (Block Rotor) - Rangkaian Percobaan

Gambar 3.2 Percobaan rotor tertahan (Block Rotor) - Prosedur Percobaan

 Motor induksi dikopel dengan mesin DC

 Semua saklar dalam keadaan terbuka, pengatur tegangan dalam kondisi minimum.

 Saklar 1 ditutup, PT AC1 dinaikkan sehingga motor induksi mulai berputar perlahan.

 Saklar 3 kemudian ditutup, PT DC1 dinaikkan sampai penunjukan amperemeter A3 mencapai harga arus penguat nominal mesin arus searah.

 Saklar 2 kemudian ditutup, PT DC2 dinaikkan sehingga mesin arus searah memblok putaran motor induksi dan putaran berhenti.

 Penunjukan alat ukur A1, V1, dan W dicatat

(5)

1.3 Percobaan Pengukuran Tahanan Stator (test DC) - Rangkaian Percobaan

Gambar 3.3 Rangkaian percobaan tahanan stator (test DC) - Prosedur Percobaan

 Hubungan belitan stator dibuat hubungan Y, yang akan diukur adalah dua dari ketiga belitan stator, yaitu (U-V)

 Rangkaian belitan stator dihubungkan dengan suplai tegangan DC  PTDC dinaikkan sampai terukur pada amperemeter nilai arus

nominal mesin induksi.

 Ketika arus sudah menunjukkan pada besaran nominalnya, penunjukan alat ukur voltmeter dicatat.

 Lakukan prosedur 1 sampai 4 untuk mengukur belitan (V-W) dan (U-W).

 Lakukan percobaan sebanyak 3 kali.  Percobaan selesai.

3.4.2. Percobaan Motor Induksi Sebagai Generator

(6)

- Rangkaian percobaan

Gambar 3.4 Rangkaian percobaan motor induksi sebagai generator. - Prosedur percobaan

 Motor induksi dikopel dengan motor DC, kemudian rangkaian pengukuran disusun seperti gambar 3.4

 Seluruh switch dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan dalam posisi minimum, sedangkan posisi beban maksimum.

 Switch S1 ditutup, pengatur PT AC1dinaikkan sampai dengan tegangan 380 Volt.

 Switch S2 ditutup, hingga kapasitor mencharge dengan sendirinya. Hal ini dibiarkan hingga beberapa menit.

 Switch S4 ditutup, pengatur PT DC1 dinaikkan hingga putaran motor DC sama dengan putaran sinkron motor induksi (nr = ns).

 Pengatur PT AC1 diturunkan dan Switch S1 dilepas, sehingga yang bekerja menyuplai daya reaktif ke motor induksi adalah kapasitor.

 Kecepatan putaran motor DC dinaikkan hingga melewati putaran sinkron motor induksi (nr > ns).

 Swich S3 ditutup.

(7)

3.4.3. Percobaan Motor Induksi dengan Menggunakan Kapasitor Kompensasi

Motor induksi sebagai generator induksi tidak dapat diatur tegangan keluarannya sehingga tegangan yang dihasilkan tidak stabil. Salah satu cara megatasinya ialah dengan menambahkan kapasitor kompensasi sebagai penstabil tegangan ketika tegangan yang dihasilkan dibawah tegangan yang diinginka, kapasitor kompensasi membangkitkan daya reaktif untuk menstabilkan tegangannya. Kapasitor kompensasi ini dipasang pada jaringan menuju beban.

- Rangkaian percobaan.

Gambar 3.5 Rangkaian percobaan motor induksi sebagai generator induksi dengan penambahan kapasitor kompensasi.

- Prosedur percobaan

 Motor induksi dikopel dengan motor DC, kemudian rangkaian pengukuran disusun seperti gambar 3.5

 Switch S1 ditutup, pengatur PT AC1 dinaikkan sampai dengan tegangan 380 Volt.

(8)

 Pengatur PT AC1 diturunkan dan Switch S1 dilepas, sehingga yang bekerja menyuplai daya reaktif ke motor induksi adalah kapasitor.  Kecepatan putaran motor DC dinaikkan hingga melewati putaran

sinkron motor induksi (nr > ns).

 Swich S3 ditutup, pada jaringan menuju beban telah terpasang kapasitor kompensasi yang diserikan terhadap beban.

 Catat penunjukan nilai pada alat ukur.  Percobaan selesai.

3.4.4. Percobaan Generator Induksi dengan Menggunakan Kapasitor Kompensasi dan Penambahan induktor.

Dengan menambahkan induktor yang diserikan dengan kapasitor kompensasi pada jaringan menuju beban dapat berfungsi sebagai filter. Hal ini merupakan salah satu cara untuk menstabilkan tegangan keluaran yang dihasilkan oleh generator induksi menuju beban. Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui apakah dengan menggunakan kapasitor kompensasi yang dibantu oleh induktor lebih baik atau cukup hanya dengan kapasitor kompensasi untuk menstabilkan tegangan keluaran yang dihasilkan oleh generator induksi.

- Rangkaian Percobaan

Gambar 3.6 Rangkaian percobaan generator induksi dengan menggunakan kapasitor kompensasi dan dengan penambahan induktor.

- Prosedur Percobaan

(9)

 Switch S1 ditutup, pengatur PT AC1 dinaikkan sampai dengan tegangan 380 Volt.

 Switch S4 ditutup, pengatur PT DC1 dinaikkan hingga putaran motor DC sama dengan putaran sinkron motor induksi (nr = ns).

 Pengatur PT AC1 diturunkan dan Switch S1 dilepas, sehingga yang bekerja menyuplai daya reaktif ke motor induksi adalah kapasitor.

 Kecepatan putaran motor DC dinaikkan hingga melewati putaran sinkron motor induksi (nr > ns).

 Swich S3 ditutup, pada jaringan menuju beban telah terpasang kapasitor kompensasi dan dengan penambahan induktor yang diserikan terhadap beban.

(10)

3.5. Pelaksanaan Penelitian

3.5.1. Proses Pengumpulan Data.

Adapun proses pengumpulan data, ditunjukkan oleh diagram alur pada gambar 3.7

Gambar 3.7 Skematik diagram alur pengumpulan data.

3.5.2. Analisa Data Terhadap Data yang Telah Diperoleh

(11)

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Umum

Motor induksi merupakan motor arus bolak balik yang telah banyak digunakan dalam pembangkitan listrik mikro hidro. Hal ini dikembangkan karena motor induksi sangat mudah dalam pengoperasiannya maupun dalam perawatannya, disamping itu motor induksi juga lebih murah dibandingkan generator DC dari segi ekonomisnya.

Namun, dalam pengoperasiannya tegangan keluaran motor induksi masih kurang stabil. Ada beberapa cara untuk memperbaiki tegangan keluaran motor induksi menjadi lebih stabil, salah satunya ialah dengan menggunakan kapasitor kompensasi dan dengan penggabungan kapasitor dan induktor kompensasi sebagai filter tegangan keluarannya.

Dalam bab ini, akan dibahas tentang parameter-parameter mesin induksi untuk mengoperasikannya sebagai generator induksi, regulasi tegangan motor induksi sebagai generator induksi, regulasi tegangan generator induksi dengan menambahkan kapasitor kompensasi dan regulasi tegangan generator induksi dengan menambahkan kapasitor dan induktor kompensasi sebagai filter daya.

4.2. Data Percobaan

Dari hasil penelitian yang dilakukan di laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU, diperoleh data dari beberapa pengujian, yaitu sebagai berikut :

4.2.1. Percobaan untuk Mencari Parameter - Parameter Motor Induksi

(12)

1. Percobaan Beban Nol

Tabel 4.1 Tabel Hasil Pengukuran Percobaan Beban Nol

V0 (Volt) P0 (Watt) I0 (Ampere)

380 200 2,45

2. Percobaan Rotor Tertahan (Block Rotor)

Tabel 4.2 Tabe Hasi Pengukuranl Percobaan Rotor Tertahan (Block Rotor)

VBR (Volt) IBR ( Ampere) PBR (Watt)

71 2.9 340

3. Percobaan Pengukuran Tahanan Stator (test DC)

Tabel 4.3 Tabel Hasil Pengukuran Percobaan Tahanan Stator (test DC)

Fasa V (Volt) I ( Ampere)

4.2.2. Percobaan Motor Induksi Sebagai Generator Induksi

(13)

menggunakan penambahan induktor. Adapun hasil pengukuran yang didapat ialah:

Tabel 4.4 Tabel Hasil Pengukuran Percobaan Motor Induksi Sebagai Generator Induksi

Rpm VL(fasa-netral) Volt

IL(line-line) Ampere

VC(perfasa) Volt

IXC(perfasa) Ampere

Pout Watt

200 128,7 0,44 184 2,2 88,25

400 157 0,46 227 2,26 112,26

600 184,3 0,49 268 2,33 139,96

800 208,4 0,51 305 2,38 164,76

1000 231,8 0,54 347 2,43 197,4

1200 258,5 0,55 389 2,47 224,3

1400 284,5 0,57 430 2,50 255,95

(14)

4.2.3. Percobaan Generator Induksi dengan Menggunakan Kapasitor Kompensasi

Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh kapasitor kompensasi terhadap regulasi tegangan generator induksi agar dapat dibandingkan dengan regulasi tegangan dengan menambahkan induktor. Adapun hasil pengukuran yang didapat ialah :

Tabel 4.5 Tabel Hasil Pengukuran Percobaan Generator Induksi dengan Menggunakan Kapasitor Kompensasi.

4.2.4. Percobaan Generator Induksi dengan Menggunakan Kapasitor Kompensasi dan dengan penambahan Induktor

(15)

Tabel 4.6 Tabel Hasil Pengukuran Percobaan Generator induksi dengan menggunakan kapasitor kompensasi dan dengan penambahan induktor

Rpm VL(fasa-netral)

4.3. Analisa dan Perhitungan Data

Untuk mengetahui besar nilai perbandingan regulasi tegangan generator induksi dengan mnggunakan kapasitor kompensasi dan dengan penambahan induktor, maka pertama dilakukan perhitungan data dari hasil penelitian yang telah dilakukan di laboratorium konversi energi listrik departemen teknik elektro, Fakultas Teknik USU. Adapun analisa data yang dihitung adalah sebagai berikut :

4.3.1. Menghitung kapasitor Eksitasi yang diperlukan Generator Induksi

(16)

Cos θ = 0,67

= � � = , = , ��

θ = arc Cos θ = 480

Sin θ = 0,74

Q = S x Sin θ = 3283,6 x 0,74 = 2437,6 var

= = , = ,

Selanjutnya ialah mencari besarnya arus yang mengalir pada mesin induksi. Vphase = 220 V

Iphase = ℎ�

� ℎ� = ,

= , �

Besarnya kapasitansi kapasitor tiap fasa untuk kapasitor hubungan bintang menggunakan persamaan 2.8 ialah

Cs= �

� �= ,

. , × × = 53,6 µF

Dengan menggunakan persamaan 2.14, maka besarnya kapasitansi kapasitor eksitasi untuk hubungan delta ialah

�∆ = C = , = 17,87 µF

Maka, dengan menghitung kapasitansi minimum untuk jenis motor induksi yang digunakan, nilai kapasitor eksitasi yang diperlukan adalah 20 µF

4.3.2. Menghitung Nilai – Nilai Parameter Motor Induksi

4.3.2.1. Percobaan Beban Nol

(17)

� = �

4.3.2.2. Percobaan Rotor Tertahan (Block Rotor)

Percobaan rotor tertahan (block rotor) dilakukan untuk mencari besar nilai dari X1, X2’, dan R2’. Berikut ini adalah gambar rangkaian ekivalen motor induksi dalam keadaan rotor tertahan.

Kelas mesin induksi yang digunakan adalah kelas B, sehingga : X1 = 0,4.Xeki= 0,4.4,206= 1,68 Ω

X2’ = 0,6.Xeki= 0,6.4,206= 2,524 Ω

4.3.2.3. Percobaan Pengukuran Tahanan Stator (Test DC)

Percobaan pengukuran tahanan statir (test DC) dilakukan untuk mencari besar nilai RDC, R1, dan R2’.

(18)

Tabel 4.7 Tabel perhitungan rata-rata tahanan DC stator

Karena stator terhubung Y, maka :

(19)

4.3.3. Analisa dan Perhitungan Regulasi Tegangan Motor Induksi Sebagai Generator Induksi

Pada bab ini, dihitung regulasi tegangan ketika motor induksi sebagai generator induksi. Tujuannya adalah untuk membandingkan nilai regulasi tegangannya terhadap percobaan dengan menggunakan perbaikan tegangan generator baik dengan menggunakan kapasitor kompensasi maupun dengan penambahan induktor.

Regulasi Tegangan V_R = E −V

V × %

Nilai regulasi tegangan kita hitung dari hasil penelitian yang telah dilakukan di laboratorium. Perhitungan nilai regulasi tegangan motor induksi sebagai generator induksi adalah sebagai berikut :

1. Saat rpm 200

IXC(line-linne) = IXC(perfasa)×√ = 2,2 × √ = 3,81 A I1 = Il(line-line) + IXC(line-line) = 0,44 + 3,81 = 4,25 A Nilai Z1 mesin = 1,49 + j1,68 , sehingga E0 :

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

E0(line-line) = 115,79×√ = , � � Dengan besar V1 = 128,7 Volt, maka :

VR = E −V

V × %

= , − ,

, × 100 %

(20)

2. Saat rpm 400

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

E0(line-line) = 140,9×√ = , � � Dengan besar V1 = 157 Volt, maka :

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 55,44% 3. Saat rpm 600

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

(21)

Dengan besar V1 = 184,3 Volt, maka :

VR = E −V

V × %

= , − ,

, × 100 %

= 54,98 % 4. Saat rpm 800

IXC(line-line) = IXC(perfasa)×√ = 2,38 × √ = 4,12 A I1 = Il(line-line) + IXC(line-line) = 0,51 + 4,12 = 4,63 A Nilai Z1 mesin = 1,49 + j1,68 , sehingga E0 :

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

E0(line-line) = 186,51×√ = . � � Dengan besar V1 = 208,4 Volt, maka :

VR = E −V

V × %

= , − ,

, × 100 %

= 55,01 % 5. Saat rpm 1000

E0 = V p a a

(22)

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − ,

, × 100 %

= 57,68 % 6. Saat rpm 1200

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − ,

, × 100 %

= 57,76 % 7. Saat rpm 1400

(23)

Nilai Z1 mesin = 1,49 + j1,68 , sehingga E0 :

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − ,

, × 100 %

= 57,85 % 8. Saat rpm 1600

IXC(line-linne) = IXC(perfasa)×√ = 2,54 × √ = 4,4 A I1 = Il(line-line) + IXC(line-line) = 0,6 + 4,4 = 5 A Nilai Z1 mesin = 1,49 + j1,68 , sehingga E0 :

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − ,

, × 100 %

(24)

Maka, VR rata-rata untuk percobaan motor induksi sebagai generator induksi adalah :

VR rata-rata = V +V +V +V +V +V +V +V

= , + , + , + , + , + , + , + , = 56,465 %

Gambar 4.1 Kurva tegangan vs kecepatan motor induksi sebagai generator induksi yang dihasilkan

4.3.4. Analisa dan Perhitungan Regulasi Tegangan Generator Induksi dengan Menggunakan Kapasitor Kompensasi

Perbaikan tegangan dengan menggunakan kapasitor kompensasi prinsip kerjanya adalah ketika tegangan keluaran generator dibawah nilai nominal tegangan yang diinginkan, kapasitor membangkitkan daya reaktif untuk menaikkan tegangan sehingga tegangan keluaran generator induksi mendekati tegangan nominal.

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

(25)

Regulasi tegangan generator induksi dihitung dari hasil data percobaan yang telah dilakukan dari percobaan pada laboratorium. Tujuan menghitung regulasi tegangannya adalah untuk mengetahui besar regulasi tegangan dengan menggunakan kapasitor kompensasi dan membandingkannya dengan regulasi tegangan dengan menggunakan kapasitor kompensasi yang ditambahkan dengan induktor.

Adapun nilai regulasi tegangan yang dapat dihitung dari data hasil percobaan pada tabel 4.5 adalah sebagai berikut :

1. Saat rpm 200

IXC(line-line) = IXC(perfasa) × √ = 2,1×√ = 3,64 A I1 = IL(line-line) + IXC(line-line) = 0,35 + 3,64 = 3,99 A

Nilai Z1 mesin adalah Z1 = 1,46 + j1,68 sehingga E0 adalah :

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

E0(line-line) = 115,2 × √ = 199,54 Volt Dengan besar V1 = 145 Volt, maka :

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 37,61 % 2. Saat rpm 400

(26)

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

E0(line-line) = 140,3 × √ = 243 Volt Dengan besar V1 = 175 Volt, maka :

VR = E −V

V × %

= − × 100 %

= 38,86 % 3. Saat rpm 600

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 38,16 % 4. Saat rpm 800

(27)

I1 = IL(line-line) + IXC(line-line) = 0,5 + 3,93 = 4,43 A

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 38,31 % 5. Saat rpm 1000

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

(28)

6. Saat rpm 1200

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 40,05 % 7. Saat rpm 1400

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

(29)

Dengan besar V1 = 312 Volt, maka :

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 43,97 % 8. Saat rpm 1600

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 43,44 %

(30)

Gambar 4.2 Kurva tegangan vs kecepatan generator induksi dengan menggunakan kapasitor kompensasi

4.3.5. Analisa dan Perhitungan Regulasi Tegangan Generator Induksi dengan Menggunakan Kapasitor dan Induktor Kompensasi

Perbaikan tegangan keluaran generator induksi dengan menggunakan Kapasitor kompensasi daninduktor prinsip kerja nya ialah sebagai filter. Ketika tegangan keluaran generator dibawah nilai nominal tegangan yang diinginkan, kapasitor membangkitkan daya reaktif untuk menaikkan tegangan sehingga tegangan keluaran generator induksi mendekati tegangan nominal. Ketika tegangan keluaran generator induksi diatas nilai nominal tegangan yang diinginkan, induktor akan menyerap daya reaktif generator induksi sehingga tegangan keluaran generator induksi mendekati tegangan nominal.

Regulasi tegangan generator induksi dihitung dari hasil data percobaan yang telah dilakukan dari percobaan pada laboratorium. Tujuan menghitung regulasi tegangannya adalah untuk mengetahui besar regulasi tegangan dengan menggunakan kapasitor kompensasi dan dengan penambahan induktor untuk

0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

(31)

dibandingkan dengan regulasi tegangan dengan menggunakan kapasitor kompensasi.

Adapun nilai regulasi tegangan yang dapat dihitung dari data hasil percobaan pada tabel 4.6 adalah sebagai berikut :

1. Saat rpm 200

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 31,1 % 2. Saat rpm 400

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

(32)

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 31,69 % 3. Saat rpm 600

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 32 % 4. saat rpm 800

E0 = V p a a

(33)

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 32,75 % 5. saat rpm 1000

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 33,71 % 6. saat rpm 1200

(34)

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 34,5 % 7. saat rpm 1400

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 34,44 % 8. saat rpm 1600

(35)

I1 = IL(line-line) + IXC(line-line) = 0,78 + 4,2 = 4,98 A

E0 = V p a a

√ + I × √ , + ,

E0 =

√ + , × , = , � � /�

VR = E −V

V × %

= , − × 100 %

= 35,4 %

(36)

Gambar 4.3 Kurva tegangan vs kecepatan generator induksi dengan menggunakan kapasitor kompensasi dan penambahan induktor

Berdasarkan perhitungan analisa data yang diperoleh, maka rata-rata regulasi tegangan motor induksi sebagai generator induksi adalah 56,465 %, rata-rata regulasi tegangan generator induksi dengan menggunakan kapasitor kompensasi adalah 40,02 % dan rata-rata regulasi tegangan generator induksi dengan menggunakan kapasitor kompensasi dan dengan penambahan induktor adalah 33,21 %.

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

(37)

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Setelah melakukan penelitian dan menghitung data, ada beberapa kesimpulan yang dapat diambil dengan membandingkannya terhadap teori yang mendukung. Beberapa kesimpulan yang dapat diambil adalah sebagai berikut : 1. Agar motor induksi dapat bekerja sebagai generator induksi, maka diperlukan

daya mekanis untuk memutar rotornya searah medan putar melebihi kecepatan medan putar statornya.

2. Dari analisa data, diketahui bahwa regulasi tegangan generator induksi penguatan sendiri dapat diperbaiki dengan menggunakan kapasitor kompensasi dan dengan menambahkan induktor.

3. perbaikan regulasi tegangan dengan menggunakan kapasitor kompensasi dengan penambahan induktor lebih baik dibandingkan dengan menggunakan kapasitor kompensasi saja.

4. terbukti bahwa perbaikan regulasi tegangan dengan menggunakan kapasitor kompensasi dan dengan penambahan induktor dapat membuat tegangan menuju beban lebih stabil.

5.2. Saran

Saran penulis untuk mengembangkan penelitian lebih lanjut untuk kedepannya adalah sebagai berikut :

1. Dalam penelitian selanjutnya disarankan menganalisis perbaikan regulasi tegangan dengan memparalelkan kapasitor kompensasi dengan induktor.

(38)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1.Mesin Induksi

Mesin induksi ialah mesin listrik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Mesin induksi 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)

2.1.1.Karakteristik Mesin Induksi

Mesin induksi memiliki karakteristik sebagai berikut

(39)

Dari Gambar 2.1 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 beroperasi sebagai generator. Semakin besar torsi yang yang diberikan semakin 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.

2.1.2.Konstruksi Mesin Induksi

Mesin induksi terdiri dari tiga bagian utama yaitu stator, rotor dan celah udara. Stator adalah bagian yang diam dan rotor adalah bagian yang bergerak dalam bentuk putaran.Celah udara berada diantara stator dan rotor yang merupakan tempat terjadinya proses induksi elektromagnetik.

(a) (b)

(40)

Konstruksi dari mesin induksi diperlihatkan secara jelas pada Gambar 2.2 baik itu dalam konstruksi sebenarnya maupun konstruksi sederhananya. Berikut adalah penjelasan dari bagian-bagian konstruksi yang terdapat pada mesin induksi.

 Stator

Gambar 2.3 Konstruksi stator mesin 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 alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Kawat belitan 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)

(41)

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.

 Rotor

Rotor adalah bagian dari mesin induksi yang bergerak dalam bentuk putaran. Berdasarkan bentuk konstruksi rotornya, maka motor induksi dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu:

1. Mesin induksi dengan rotor sangkar (squirrel cage). 2. Mesin induksi dengan rotor belitan (wound rotor).

(a) (b)

(42)

Rotor sangkar atau rotor kurungan (Squirrel Cage) adalah konstruksi dari inti berlapis dengan konduktor dipasang paralel dengan poros dan mengelilingi permukaan inti. Konduktornya tidak terisolasi dari inti karena arus motor secara alamiah akan mengalir melalui tahanan yang paling kecil yaitu konduktor rotor. Pada setiap ujung rotor, konduktor rotor semuanya dihubung singkat dengan cincin ujung. Konduktor rotor dan cincin ujung serupa dengan sangkar tupai yang berputar sehingga dinamakan demikian.

Pada rotor ini terdapat juga alur-alur yang bentuknya lebih dalam daripada alur-alur pada rotor sangkar. Dalam alur-alur terdapat kawat yang dibelitkan pada sebuah rotor dengan hubungan bintang ataupun hubungan segitiga seperti belitan kawat pada stator. Dengan adanya hubungan ini, maka belitan-belitan pada rotor mempunyai tiga ujung. Ujung belitan rotor dihubungkan dengan suatu tahanan awal melalui tiga buah cincin geser yang ada pada poros. Kemudian melalui cincin geser ini ujung-ujung kumparan jangkar dihubungkan dengan tahanan luar atau dihubung singkat.

Konstruksi rotor mesin induksi terdiri atas beberapa bagian yaitu: 1. Inti rotor

2. Alur, Alur merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan) rotor. 3. Belitan rotor.

4. Poros atau as.

 Celah udara

(43)

 Terminal box

Terminal box ialah tempat dihubungkannya mesin induksi dengan power

suplay (kondisi sebagai motor) atau tempat dihubungkannya mesin induksi

dengan beban (kondisi sebagai generator).  Kipas rotor

Pada saat mesin induksi beroperasi, mesin induksi menghasilkan rugi-rugi yaitu energi yang terbuang dalam bentuk panas. Semakin lama mesin induksi bekerja maka panas yang dihasilkan juga semakin besar. Hal itu akan mengganggu kinerja dari mesin induksi dan dapat menimbulkan kerusakan pada mesin induksi. Untuk itu pada rotor terdapat kipas yang dipasang seporos dengan rotor. Jadi pada saat mesin induksi beroperasi dalam bentuk putaran maka kipaspun akan berputar sehingga kipas dapat mengurangi panas yang ditimbulkan dari mesin induksi.

2.2.Generator Induksi

Generator induksi adalah mesin induksi yang bekerja sebagai generator, dimana rotor yang digerakkan dalam bentuk putaran oleh penggerak mula berputar lebih cepat daripada kecepatan medan putar pada stator ( > ) untuk menghasilkan daya. Generator induksi digunakan untuk melayani beban listrik yang kecil, umumnya dioperasikan sebagai generator pada pembangkit listrik yang menggunakan energi terbarukan yang dioperasikan pada daerah terpencil dimana kebutuhan listrk masih sedikit dan belum terdapat jaringan listrik. Hal itu dikarenakan generator induksi masih dapat bekerja sebagai generator untuk membangkitkan tegangan walaupun kecepatan penggerak mulanya tidak tetap dan masukan daya reaktif yang diperlukannya tidak tetap.

(44)

permasalahan itu maka diperlukan adanya sebuah sistem kontrol yang bertujuan untuk mengatur tegangan dan frekuensi hasil keluaran dari generator induksi.

2.2.1.Jenis Generator Induksi

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. Generator induksi tidak dapat memproduksi daya reaktifnya sendiri, untuk itu generator induksi akan menyerap daya reaktif dari sistem jaringan listrik. Namun, mesin induksi biasanya dioperasikan di daerah terpencil dimana di daerah seperti itu tidak terdapat jaringan listrik. Oleh karena itu, generator induksi harus dapat memenuhi daya reaktifnya sendiri untuk keperluan eksitasinya.

Berdasarkan eksitasinya tersebut generator induksi dibagi menjadi dua jenis yaitu:

 Generator induksi masukan ganda (Double Fed Induction Generator (DFIG))

(45)

Gambar 2.5 Generator induksi masukan ganda

Pada Gambar 2.5 ini menunjukkan aplikasi penggunaan generator induksi masukan ganda yang diputar oleh penggerak mula berupa turbin angin. Pada generator jenis ini, digunakan inverter untuk proses eksitasi. Pada inverter inidigunakan dua konverter yaitukonverter AC-DC dan konverter DC-AC. Kedua konverter ini saling terhubung dan dihubungkan dengan sumber arus searah yang didapatkan dari kapasitor. konverter DC-AC (konverter pada sisi jaringan) dihubungkan pada terminal generator yang juga terhubung pada jaringan sistem. konverter ini bekerja pada frekuensi sistem yang berguna untuk menyerap daya reaktif yang dibutuhkan oleh generator. konverter AC-DC (Konverter pada sisi rotor) dihubungkan langsung pada kumparan rotor untuk prosses eksitasinya. Konverter ini berfungsi untuk menyalurkan daya reaktif pada frekuensi yang sesuai dengan frekuensi putaran dari rotor. Proses eksitasi seperti ini, daya reaktid yang dibutuhkan dapat diatur sesuai dengan daya yang akan dibangkitkan.

(46)

 Generator induksi berpenguatan sendiri (Self Excitation Induction Generator (SEIG))

Pada generator induksi berpenguatan sendiri, proses eksitasinya didapatkan dari kapasitor bank yang dihubungkan paralel pada terminal keluarannnya. Skema dari generator induksi berpenguatan sendiri dapat dilihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Generator induksi berpenguatan sendiri

Dari gambar 2.6 diperlihatkan bahwa kapasitor tiga fasa yang terhubung delta dihubungkan pada terminal keluaran dari generator induksi. Kapasitor ini akan menyalurkan daya reaktif pada generator untuk proses eksitasi. Proses eksitasi yang terhubung pada terminalnya, mesin induksi rotor sangkar dan mesin induksi rotor belitan dapat digunakan untuk generator induksi berpenguatan sendiri. Generator induksi jenis ini dapat beroperasi sendiri tanpa jaringan listrik dan dapat juga beroperasi bersama sistem jaringan listri. Hal ini membuat generator jenis ini lebih fleksibel untuk digunakan. Keuntungan lain dari generator ini ialah harga yang murah, perawatannya yang mudah, desainnya yang sederhana dan proses instalasinya yang tidak rumit.

(47)

2.2.2.Rangkaian Ekivalen

Rangkaian ekivalen dari generator induksi dipandang dari sisi statornya ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.7 Rangkaian ekivalen generator induksi

Dimana:

= Resistansi stator

� = Reaktansi stator

= Resistansi rotor

� = Resistansi rotor

� = Reaktansi magnetisasi

= Resistansi magnetisasi = Slip

2.2.3.Kelebihan dan Kekurangan Generator Induksi

Kelebihan dari generator induksi ialah sebagai berikut: a. Ketersediaan

(48)

dan dalam beberapa kasus, mesin induksi bekas dapat digunakan kembali untuk mengurangi biaya.

b. Harga

Generator induksi yang dilengkapi dengan kapasitor eksitasinya jauh lebih murah dibandingkan dengan generator sinkron. Khususnya untuk rating daya yang kecil. Contohnya 10 kW generator induksi, harganya hanya setengah dari generator sinkron

c. Ketahanan

Mesin induksi sangat kuat dan konstruksinya yang simpel. Tidak memerlukan dioda atau slip ring pada rotornya. Kokoh sehingga dapat menahan peristiwa

overspeed. Mesin induksi sendiri dapat beroperasi secara kontinu untuk

keadaan sesulit apapun.

Kekurangan dari generator induksi ialah sebagai berikut: a. Rating tegangan

Mesin induksi tidak selalu tersedia dengan tegangan yang diinginkan untuk digunakan sebagai generator. Modifikasi pada koneksi belitannya atau menggulung ulang belitannya diperlukan

b. Diperlukan perhitungan

Generator dapat langsung digunakan, sementara generator induksi memerlukan kapasitor eksitasi agar dapat beroperasi dan hal itu membutuhkan perhitungan terlebih dahulu untuk dapat menemukan nilai kapasitansi kapasitor eksitasi yang tepat

c. Start motor

Motor lebih mudah distart dengan menggunakan generator sinkron dibandingkan dengan generator induksi.

2.3.Generator Induksi Berpenguatan Sendiri

(49)

keluarannnya. Skema dari generator induksi berpenguatan sendiri dapat dilihat pada Gambar 2.6 sebelumnya

Dari gambar 2.6 tersebut diperlihatkan bahwa kapasitor tiga fasa yang terhubung delta dihubungkan pada terminal keluaran dari generator induksi. Kapasitor ini akan menyalurkan daya reaktif pada generator untuk proses eksitasi. Proses eksitasi yang terhubung pada terminalnya, mesin induksi rotor sangkar dan mesin induksi rotor belitan dapat digunakan untuk generator induksi berpenguatan sendiri. Generator induksi jenis ini dapat beroperasi sendiri tanpa jaringan listrik dan dapat juga beroperasi bersama sistem jaringan listrik. Hal ini membuat generator jenis ini lebih fleksibel untuk digunakan. Keuntungan lain dari generator ini ialah harga yang murah, perawatannya yang mudah, desainnya yang sederhana dan proses instalasinya yang tidak rumit.

Namun generator jenis ini memiliki kekurangan berupa tegangan keluaran yang tidak stabil pada putaran yang titak tetap dan pada beban yang berubah-ubah khususnya pada beban induktif. Untuk itu diperlukan adanya pengaturan tegangan untuk menjaga stabilitas dari tegangan keluaran dari generator jenis ini.

Generator induksi berpenguatan sendiri menggunakan kapasitor bank sebagai penyuplai daya reaktif yang dibutuhkan generator untuk membangkitkan tegangan. Generator induksi berpenguatan sendiri mempunyai cara kerja yang hampir sama seperti cara kerja mesin induksi yang beroperasi pada daerah saturasi hanya saja terdapat kapasitor pada terminal.

2.3.1.Rangkaian Ekivalen

(50)

Gambar 2.8 Rangkaian ekivalen generator induksi berpenguatan sendiri

Dimana:

= Resistansi stator

� = Reaktansi stator

= Resistansi rotor

� = Resistansi rotor

� = Reaktansi magnetisasi

= Resistansi magnetisasi

� = Reaktansi kapasitor eksitasi

= Slip

2.3.2.Prinsip Kerja

Prinsip kerja generator induksi berpenguatan sendiri dapat dijelaskan dengan melihat Gambar 2.8. Seperti yang terlihat pada gambar tersebut, generator induksi menggunakan kapasitor bank menyuplai daya reaktif yang dibutuhkan generator.

(51)

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 2.9. Kurva magnetisasinya ini merupakan 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 dibutuhkan pada level tegangan tersebut.

Gambar 2.9 Kurva tegangan terminal generator induksi berpenguatan sendiri

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. Seperti pada Gambar 2.9. Semakin besar kapasitansinya, maka semakin besar pula arus kapasitifnya (�_�) pada tegangan yang sama. Arus ini mendahului tegangan fasa (leading) sebesar 90°.

(52)

dari generator induksi dengan penguatan sendiri berupa kapasitor bank tiga fasa untuk tiga kelompok kapasitor dengan besar yang berbeda-beda diperlihatkan pada Gambar 2.9. Tegangan terminal tanpa beban generator induksi berpenguatan sendiri dapat diperoleh dengan memplot bersama-sama kurva magnetisasi sebagai fungsi tegangan terminal generator dan kurva tegangan-arus kapasitor. 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 beban.

Ketika generator induksi pertama kali diputar, magnet sisa pada kumparan medan yang ada pada rotor akan menghasilkan tegangan yang kecil. Timbulnya tegangan ini memicu kapasitor untuk mengalirkan arus reaktif kapasitif sehingga tegangan terminal menjadi naik. Tegangan yang makin besar memicu kembali kapasitor mengalirkan arus kapasitif yang semakin besar pula. Begitu seterusnya sampai tegangan generator induksi terbangkit sepenuhnya.

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.

(53)

Suplai daya reaktif yang disalurkan harus tepat untuk dapat membangkitkan tegangan yang ditentukan.

2.4.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.

2.4.1.Penggunaan Kapasitor Eksitasi

Kapasitor eksitasi dipasang untuk dapat menyuplai daya reaktif yang diperlukan generator induksi. Kapasitor ini dipasang paralel pada terminal keluaran generator induksi. Eksitasi dibutuhkan untuk dapat membangkitkan 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.

2.4.2.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.

(54)

Tegangan (V) yang dihasilkan akan meningkat secara linier hingga titik saturasi dari magnet inti tercapai. Sehingga dalam kondisi stabil

� = �_� (2.1)

Subtitusikan persamaan 2.4 ke dalam persamaan 2.5.

�� = _�

Persamaan 2.6 ialah nilai masing-masing kapasitansi apabila kapasitor eksitasi dihubungkan secara bintang atau star.

�� = _{� �}� (2.7)

(55)

Gambar 2.10 Hubungan bintang dan delta kapasitor eksitasi

Hubungan antara hubungan bintang dan delta adalah sebagai berikut:

� _∆ = √ � (2.8)

� _∆ = � /√ (2.9)

� _∆ = � ∆

� _∆

� _∆ = _{� /√}√ �

� _∆ = _��

� _∆ = 3� (2.10)

Besarnya kapasitansi dapat dirumuskan sebagai berikut

C =

�� (2.11)

� =

� (2.12)

Subtitusikan persamaan 2.12 pada persamaan 2.10

� _∆ =3�

∆� = 3 ( �

(56)

Dari persamanaan diatas kita dapat menentukan nilai kapasitansi minimum dari generator induksi. Namun perlu diperhatikan ialah pada saat kondisi beban nol arus magnetisasi (� ) yang terukur masih dipengaruhi oleh reaktansi magnetisasi stator (� ) dan tahanan kumparan stator. Untuk itu diperlukan percobaan lain untuk mendapatkan nilai reaktansi magnetisasi (� ) yang lebih presisi. Percobaan yang dapat dilakukan ialah dengan melakukan percobaan hubung singkat dan percobaan arus searah.

2.5.Metode Pengaturan Tegangan

Generator induksi berpenguatan sendiri memiliki kelemahan berupa tegangan keluarannya yang tidak stabil. Pada generator induksi berpenguatan sendiri tegangan keluarannya dipengaruhi oleh kecepatan penggerak mula memutar generator, beban dan kapasitansi dari kapasitor yang dipasang pada terminalnya. Pada kondisi generator induksi beroperasi pada kecepatan putar dari penggerak mula yang tidak tetap, menyebabkan tegangan keluaran yang dibangkitkan juga tidak tetap. Begitu juga dengan perubahan beban yang bervariasi menyebabkan naik turunnya tegangan, apalagi jika dihubungkan dengan beban induktif, akan mengalami penurunan tegangan yang drastis. Hal itu akan mengurangi kualitas daya yang dihasilkan generator induksi. Untuk itu generator induksi harus dibantu dengan pengaturan daya reaktif untuk mengatur tegangan keluarannya.

Penggunaan kapasitor bank saja tidak cukup untuk dapat mengatur tegangan keluarannya. Karena besar kapasitansi yang tetap maka penyaluran daya reaktif dari kapasitor bank juga tetap. Kapasitansi dari kapasitor bank hanya menyalurkan daya reaktif untuk dapat membangkitkan tegangan generator pada saat keadaan tanpa beban. Apabila terjadi perubahan kecepatan putar atau perubahan beban, maka tegangan keluarannya juga ikut berubah.

(57)

kompensasi tersebut sehingga bekerja sebagai filter tegangan menuju ke beban agar tegangan yang dihasilkan lebih stabil.

2.5.1. Kapasitor Kompensasi

Kapasitor merupakan suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Pada umumnya beban pada jaringan listrik adalah beban induktif. Contoh beberapa beban induktif yang ada di sebuah jaringan listrik, seperti heater, neon, motor listrik, dan lain lain. Sehingga beban listrik kebanyakan adalah beban inductive.Untuk menghilangkan/ mengurangi komponen daya inductive ini diperlukan kompensator yaitu capacitor/ capacitor bank. Kapasitor bank adalah peralatan listrik yang bersifat kapasitif sebagai penyeimbang sifat induktif.

Gambar 2.11 Konstruksi kapasitor

Dasar perhitungan besarnya nilai kapasitor kompensasi ditentukan berdasarkan data name plate motor induksi tiga fasa, yaitu daya, tegangan, arus, factor daya, dan besar putaran (Wasimudin Surya S).

= √ × � × � × � � (2.14)

= √ × � × � (2.15)

= √ − (2.16)

Daya reaktif untuk perhitungan per phasa = Qc/3

(58)

� = _{.�. .��} (2.18)

Dimana :

Xc = Reaktansi yang diperlukan C = Kapasitor yang diperlukan F = Frekuensi yang dibutuhkan

2.5.2. Induktor Kompensasi

Sebuah induktor atau reaktor adalah sebuah komponen elektronika pasif (kebanyakan berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian yang arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk memproses arus bolak-balik.Sebuah induktor ideal memiliki induktansi, tetapi tanpa resistansi atau kapasitansi, dan tidak memboroskan daya. Sebuah induktor pada kenyataanya merupakan gabungan dari induktansi, beberapa resistansi karena resistivitas kawat, dan beberapa kapasitansi. Pada suatu frekuensi, induktor dapat menjadi sirkuit resonansi karena kapasitas parasitnya. Selain memboroskan daya pada resistansi kawat, induktor berinti magnet juga memboroskan daya di dalam inti karena efek histeresis, dan pada arus tinggi mungkin mengalami nonlinearitas karena penjenuhan.

Nilai Induktansi sebuah Induktor (Coil) tergantung pada 4 faktor, diantaranya adalah :

 Jumlah Lilitan, semakin banyak lilitannya semakin tinggi Induktasinya  Diameter Induktor, Semakin besar diameternya semakin tinggi pula

(59)

 Permeabilitas Inti, yaitu bahan Inti yang digunakan seperti Udara, Besi ataupun Ferit.

 Ukuran Panjang Induktor, semakin pendek inductor (Koil) tersebut semakin tinggi induktansinya.

Jenis-jenis Induktor (Coil)

Berdasarkan bentuk dan bahan inti-nya, Induktor dapat dibagi menjadi beberapa jenis, diantaranya adalah :

 Air Core Inductor – Menggunakan Udara sebagai Intinya  Iron Core Inductor – Menggunakan bahan Besi sebagai Intinya  Ferrite Core Inductor – Menggunakan bahan Ferit sebagai Intinya

 Torroidal Core Inductor – Menggunakan Inti yang berbentuk O Ring (bentuk Donat)

 Laminated Core Induction – Menggunakan Inti yang terdiri dari beberapa lapis lempengan logam yang ditempelkan secara paralel. Masing-masing lempengan logam diberikan Isolator.

 Variable Inductor – Induktor yang nilai induktansinya dapat diatur sesuai dengan keinginan. Inti dari Variable Inductor pada umumnya terbuat dari bahan Ferit yang dapat diputar-putar.

Fungsi Induktor (Coil) dan Aplikasinya

Fungsi-fungsi Induktor atau Coil diantaranya adalah dapat menyimpan arus listrik dalam medan magnet, menapis (Filter) Frekuensi tertentu, menahan arus bolak-balik (AC), meneruskan arus searah (DC) dan pembangkit getaran serta melipatgandakan tegangan.

Berdasarkan Fungsi diatas, Induktor atau Coil ini pada umumnya diaplikasikan :

 Sebagai Filter dalam Rangkaian yang berkaitan dengan Frekuensi  Transformator (Transformer)

(60)

 Relay  Speaker  Microphone

Gambar 2.12 Symbol induktor

Reaktansi filter L yang kita pilih adalah nilai yang tertinggi dari pengukuran nilai harmonisa. Besar nilai reaktansi induktif filter yaitu :

�� = ��. (2.19)

Besar nilia L yaitu :

(61)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Generator induksi merupakan motor induksi yang dioperasikan sebagai generator induksi.Namun karena generator induksi tidak mampu mengendalikan tegangan dan frekuensi pada kondisi berbeban dan kecepatan putaran yang berubah, maka generator sinkron yang digunakan pada unit-unit pembangkit listrik.Keuntungan dari mesin induksi ini adalah harganya lebih murah konstruksinya yang kokoh, biaya pemeliharan yang rendah dan tidak membutuhkan penguatan. Hal ini menjadi pertimbangan sehingga mulai dikembangkan generator induksi penguatan sendiri sebagai pembangkit tenaga listrik. Sekarang ini, generator induksi banyak digunakan sebagai pembangkit mikro untuk membangkitkan daya yang mampu membantu ketersediaan kekurangan daya untuk konsumen.

Eksitasi generator induksi penguatan sendiri dapat diperoleh dari kapasitor yang dihubungkan dengan terminal stator generator. Kapasitor ini berfungsi untuk membangkitkan daya reaktif untuk menghasilkan fluksi magnetisasi. Jadi tanpa adanya daya reaktif untuk kebutuhan arus eksitasi, kerja mesin induksi sebagai generator tidak mungkin terlaksana, sehingga digunakan kapasitor eksitasi sebagai penguatan untuk memperbaiki daya reaktifnya.

(62)

penambahan inductor kompensasi. Sehingga diketahui regulasi tegangan yang terbaik.

1.2. Perumusan Masalah

Generator Induksi menghasilkan tegangan yang tidak stabil, sementara generator induksi harus melayani beban dengan tegangan yang tetap. Untuk itu perlu dilakukan pengaturan tegangan agar kualitas listriknya menjadi lebih stabil. Ada beberapa cara untuk melakukan pengaturan tegangan pada generator induksi, salah satunya ialah dengan penambahan kapasitor dan induktor.

Sebagaimana yang diketahui fungsi dari kapasitor ialah sebagai penyimpan tegangan dan induktor sebagai penyimpan arus. Dengan menambahkan kapasitor dan induktor pada jaringan menuju beban, tegangan dari generator induksi dapat di filter sehingga tegangan menuju beban lebih stabil. Kapasitor akan membangkitkan daya reaktif ketika tegangan dari generator induksi lebih rendah dari tegangan nominal, sedangkan Induktor akan menyerap daya reaktif ketika tegangan dari generator induksi lebih tinggi dari tegangan nominalnya.

1.3. Tujuan dan Manfaat Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini bertujuan untuk :

1. Untuk mengetahui pengaruh kapasitor kompensasi terhadap tegangan pada generator induksi penguatan sendiri.

2. Untuk mengetahui pengaruh kapasitor kompensasi dengan penambahan inductor terhadap tegangan pada generator induksi penguatan sendiri. 3. Mengetahui perbandingan regulasi tegangan yang terbaik diantara

penambahan 2 komponen tersebut.

Manfaat dari penulisan akhir ini ialah untuk dapat memperbaiki kualitas tegangan yang dihasilkan oleh generator induksi.

1.4. Batasan Masalah

(63)

1. Hanya menganalisa perbandingan regulasi tegangan generator induksi penguatan sendiri dengan menggunakan kapasitor kompensasi dan dengan penambahan induktor.

2. Analisa dilakukan pada keadaan steady state. 3. Rugi-rugi inti, gesek dan angin diabaikan.

4. Tidak membahas gangguan yang terjadi pada generator induksi. 5. Kapasitor eksitasi yang digunakan adalah hubungan delta (∆).

6. Kapasitor kompensasi yang dianalisa hanya menggunakan hubungan short shunt.

7. Perhitungan dan analisa rugi-rugi harmonis tidak dibahas.

1.5..Metode Penulisan

Adapun metodologi yang digunakan untuk menyelesaikan penelitian ini diantaranya adalah:

1. Studi lapangan, yaitu pengambilan data spesifikasi dan data parameter mesin induksi yang akan disimulasi.

2. Studi literatur, yaitu buku referensi, jurnal, artikel dari internet, dan bahan kuliah yang berhubungan dengan penelitian ini.

3. Metode diskusi, yaitu berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing, asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro dan teman-teman sesama mahasiswa mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas askhir ini berlangsung.

4. Menganalisa hasil perhitungan.

(64)

1.6.Sistematika Penulisan

Penulisan tugas akhir ini ditulis dan disusun berdasarkan sistematika yang benar. Adapun sistematika dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi teori umum dan prinsip kerja generator induksi berpenguatan sendiri, penentuan kapasitansi kapasitor eksitasi, dan teori umum tentang penggunaan kapasitor kompensasi serta penambahan induktor

BAB III : METODE PENELITIAN

Bab ini membahas tentang metode yang digunakan serta peralatan-peralatan yang digunakan dalam pengujian percobaan pengaruh tahanan rotor tidak seimbang terhadap tegangan yang dihasilkan generator induksi.

BAB IV : HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi hasil pengukuran dan pembahasan dari hasil pengukuran yang telah dilakukan serta analisa dari setiap percobaan untuk menjawab tujuan penulisan.

BAB V : PENUTUP

(65)

ABSTRAK

Pembebanan pada generator induksi penguatan sendiri akan mengakibatkan drop tegangan pada generator tersebut sehingga penyaluran tegangan terhadap beban tidak sesuai dengan yang diharapkan. Dengan penambahan kapasitor kompensasi diharapkan memperbaiki regulasi tegangan pada generator induksi, namun hal ini tidak memperbaiki nilai harmonisa tegangan dan arus yang disebabkan oleh kumparan generator induksi. Oleh karena itu, penulis ingin melakukan penelitian pada generator induksi penguatan sendiri dan menganalisa besarnya jatuh tegangan apabila menggunakan kapasitor kompensasi dan membandingkannya apabila dilakukan penelitian dengan penambahan inductor kompensasi. Sehingga diketahui regulasi tegangan yang terbaik.

(66)

MENGGUNAKAN KAPASITOR KOMPENSASI DAN

DENGAN PENAMBAHAN INDUKTOR

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Oleh

EDY PERSADANTA SEMBIRING

100402071

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(67)

(68)

ABSTRAK

Pembebanan pada generator induksi penguatan sendiri akan mengakibatkan drop tegangan pada generator tersebut sehingga penyaluran tegangan terhadap beban tidak sesuai dengan yang diharapkan. Dengan penambahan kapasitor kompensasi diharapkan memperbaiki regulasi tegangan pada generator induksi, namun hal ini tidak memperbaiki nilai harmonisa tegangan dan arus yang disebabkan oleh kumparan generator induksi. Oleh karena itu, penulis ingin melakukan penelitian pada generator induksi penguatan sendiri dan menganalisa besarnya jatuh tegangan apabila menggunakan kapasitor kompensasi dan membandingkannya apabila dilakukan penelitian dengan penambahan inductor kompensasi. Sehingga diketahui regulasi tegangan yang terbaik.