LAPORAN TAHUNAN
PENELITIAN HIBAH BERSAING
PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI 1 FASE TEREKSITASI DIRI SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO DI DAERAH TERPENCIL
Tahun ke 1 dari rencana 2 tahun
Ketua/Anggota Tim
Agus Supardi, ST.MT (NIDN : 0629107601) Dr. Heru Supriyono, ST. MSc (NIDN : 0619047704)
Dedy Ari Prasetyo, ST (NIDN : 0615117504)
Dibiayai oleh Koordinasi Perguruan Tinggi Swasta Wilayah VI, Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan,
RINGKASAN
Persoalan krisis energi listrik merupakan salah satu persoalan besar yang dihadapi oleh negara Indonesia. Ketidakseimbangan antara peningkatan kebutuhan daya listrik dengan peningkatan kapasitas pembangkit mengakibatkan adanya defisit energi listrik. Selain itu, masih banyak daerah-daerah terpencil yang belum tersentuh oleh program elektrifikasi akibat tidak terjangkaunya daerah tersebut oleh infrastruktur kelistrikan yang ada. Di sisi lain, daerah-daerah terpencil tersebut sebenarnya menyimpan potensi tenaga air yang dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik. Di daerah seperti itu lebih cocok dibangun pembangkit listrik berkapasitas kecil tetapi jumlah unitnya banyak, menyesuaikan dengan persebaran rumah penduduk. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian untuk mengembangkan suatu pembangkit listrik skala kecil yang mudah pembuatannya, mudah pengoperasiannya, mudah perawatannya dan harganya juga murah.
Dalam penelitian ini akan dikembangkan suatu prototipe pembangkit listrik skala kecil yang memanfaatkan tenaga air. Pembangkit tersebut didesain menggunakan generator induksi tereksitasi diri dan tidak terhubung dengan jala-jala listrik (stand alone). Untuk menjaga kestabilan tegangan dan frekuensi pembangkit maka diusulkan pemakaian suatu kontroler yang akan mengatur pembebanan generator induksi. Beban yang diatur oleh kontroler berupa beban komplemen. Beban komplemen tersebut diatur dayanya oleh kontroler sehingga beban total yang dipikul oleh generator induksi diharapkan akan selalu konstan walaupun sesungguhnya beban di sisi konsumen berubah-ubah nilainya. Dengan demikian diharapkan diperoleh suatu prototipe sistem pembangkit listrik skala kecil yang dapat menghasilkan listrik yang berkualitas walaupun dibangun di daerah-daerah terpencil dengan memanfaatkan potensi tenaga air yang ada.
iv
Hasil penelitian menunjukkan bahwa ukuran kapasitor akan mempengaruhi besarnya tegangan yang dibangkitkan oleh generator induksi. Semakin besar kapasitornya maka semakin besar juga tegangan yang dibangkitkan. Agar dapat menghidupkan beban listrik rumah tangga berdaya sampai 440 watt dibutuhkan kapasitor sebesar 32 µF. Frekuensi generator induksi sangat ditentukan oleh kecepatan putar generator. Untuk menghasilkan frekuensi ± 50 Hz, generator induksinya harus diputar ±1500 rpm. Tegangan dan frekuensi generator induksi dipengaruhi oleh besar dan jenis beban listrik yang disuplainya. Semakin besar daya beban yang dihubungkan maka tegangan dan frekuensinya akan semakin turun. Untuk mengendalikan tegangan dan frekuensi generator induksi digunakan kontroler berbasis PLC Zelio. Kontroler tersebut dapat mempertahankan tegangan dan frekuensi generator induksi dalam batas – batas kualitas yang ditetapkan dalam standar.
PRAKATA
Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah serta karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun dan menyelesaikan laporan tahunan penelitian hibah bersaing yang berjudul “Perancangan Generator Induksi 1 Fase Tereksitasi Diri Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Di Daerah Terpencil”.
Selama penyusunan laporan penelitian ini penulis mendapat dukungan dari berbagai pihak baik yang terlibat secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Agus Ulinuha, ST.MT.PhD selaku Ketua Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Umar, ST. MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Seluruh anggota tim penelitian
4. Bapak dan ibu dosen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
vi
referensi untuk menambah pengetahuan di bidang elektro dan untuk penelitian serupa diwaktu mendatang, Amin.
Surakarta, November 2014
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
RINGKASAN ... iii
PRAKATA...v
DAFTAR ISI... vii
DAFTAR TABEL... ix
DAFTAR GAMBAR ...x
DAFTAR LAMPIRAN ... xii
BAB 1. PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang...1
1.2 Perumusan Masalah ...3
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ...4
2.1 Telaah Penelitian ...4
2.2 Landasan Teori ...8
BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ...19
3.1 Tujuan Penelian ...19
3.2 Manfaat Penelitian ...19
BAB 4. METODE PENELITIAN...20
viii
4.4 Detail Perlakuan dan Rancangan Percobaan ...22
BAB 5. HASIL DAN PEMBAHASAN...29
5.1 Hasil Penelitian Generator Induksi Tanpa Beban...29
5.2 Hasil Penelitian Untuk Generator Berbeban Resistif ...33
5.3 Hasil Penelitian Untuk Generator Berbeban Induktif...39
5.4 Hasil Penelitian Untuk Generator Berbeban Resistif Induktif ...42
5.5 Kontroler Generator Induksi...45
BAB 6. RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA ...50
6.1 Peta Jalan Penelitian ...50
6.2 Metode Penelitian Tahun Kedua ...51
6.3 Detail Perlakuan dan Rancangan Percobaan Pada Tahun Kedua ...53
BAB 7. KESIMPULAN DAN SARAN ...58
5.1 Kesimpulan ...58
5.2 Saran ...59
DAFTAR PUSTAKA ...60 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkaian ekuivalen motor induksi saat pengujian beban nol ...17
Gambar 4.1 Diagram alir penelitian...22
Gambar 4.2 Rangkaian pengujian resistansi belitan stator ...23
Gambar 4.3 Rangkaian motor induksi yang dikopel motor DC ...24
Gambar 4.4 Rangkaian Uji Generator induksi ...24
Gambar 4.5 Diagram Alir Pengujian Karakteristik Motor Induksi 1 Fase Sebagai Generator ...25
Gambar 4.6 Diagram blok kontroler tegangan dan frekuensi generator induksi ...26
Gambar 5.1 Hubungan antara ukuran kapasitor dengan tegangan generator...30
Gambar 5.2 Hubungan antara ukuran kapasitor dengan frekuensi generator ...31
Gambar 5.3 Hubungan antara daya beban resistif dengan kecepatan putar...34
Gambar 5.4 Hubungan antara daya beban resistif dengan frekuensi ...35
Gambar 5.5 Hubungan antara daya beban resistif dengan tegangan generator ...36
Gambar 5.6 Hubungan antara daya beban resistif dengan arus generator ...37
Gambar 5.7 Hubungan kecepatan putar dengan frekuensi generator ...38
Gambar 5.8 Hubungan antara kecepatan putar dengan tegangan generator ...38
Gambar 5.9 Hubungan antara kecepatan putar dengan daya beban induktif ...39
Gambar 5.10 Hubungan antara frekuensi dengan daya beban induktif ...40
Gambar 5.11 Hubungan antara tegangan dengan daya beban induktif...41
Gambar 5.13 Hubungan antara frekuensi dengan daya beban resistif induktif ...43
Gambar 5.14 Hubungan antara tegangan dengan daya beban resistif induktif...43
Gambar 5.15 Hubungan antara jenis beban dengan tegangan generator ...44
Gambar 5.16 Hubungan antara jenis beban dengan frekuensi generator...44
Gambar 5.17 Diagram tangga PLC ...46
Gambar 5.18 Hasil simulasi program PLC ...47
Gambar 5.19 Hasil pengujian kontroler generator induksi ...49
Gambar 6.1 Peta Jalan Penelitian...51
Gambar 6.2 Diagram alir penelitian pada tahun kedua...52
Gambar 6.3 Rangkaian Uji Generator induksi ...55
Gambar 6.4 Diagram Alir Perancangan Sistem Penggerak Mula Generator...56
Gambar 6.5 Diagram Alir Perancangan Turbin Dan Nozel ...57
xii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
2
k
Salah satu komponen utama yang menjadi pertimbangan dalam perencanaan sistem pembangkit adalah jenis generator yang digunakan untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator induksi merupakan salah satu alternatif di antara beberapa jenis generator lainnya. Generator induksi mempunyai konstruksi yang kokoh, tidak memerlukan sikat arang/komutator, harganya murah, mudah perawatannya, mudah pengoperasiannya, dan mampu membangkitkan tenaga listrik pada berbagai kecepatan. Karakteristik inilah yang menyebabkan generator induksi menjadi salah satu alternatif pilihan untuk aplikasi pembangkit listrik berdaya kecil pada daerah yang terpencil lokasinya.
Apabila generator induksi hendak diterapkan pada suatu sistem pembangkit di lokasi terpencil, maka akan dijumpai kenyataan bahwa potensi tenaga penggerak mula yang digunakan untuk memutar generator tersebut adalah tidak konstan. Pada pembangkit tenaga mikrohidro sering dijumpai debit air yang berbeda-beda akibat pengaruh musim. Di sisi lain, beban harian yang harus dipikul oleh sistem pembangkit tersebut juga tidak konstan. Kondisi ini akan berdampak besar terhadap tegangan dan frekuensi pembangkit tersebut. Oleh karena itu perlu dilakukan suatu penelitian untuk membuat suatu prototipe generator induksi yang dapat menghasilkan tegangan dan frekuensi dalam batas-batas kualitas yang baik walaupun untuk implementasi di daerah terpencil.
3
mengatur secara otomatis dari daya yang dialokasikan ke beban komplemen (beban resistif) yang terhubung dengan generator induksi. Beban komplemen tersebut diatur dayanya sehingga diharapkan generator induksi akan selalu memikul beban total yang sama walaupun sesungguhnya beban di sisi konsumen berubah-ubah nilainya. Dengan demikian diharapkan dari penelitian dapat diperoleh suatu prototipe sistem pembangkit listrik skala kecil yang dapat menghasilkan listrik yang berkualitas walaupun dibangun di daerah-daerah terpencil dengan memanfaatkan potensi tenaga air yang ada.
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang sebagaimana diuraikan di atas, dapat dirumuskan masalah sebagai berikut :
1. Bagaimana karakteristik mesin induksi 1 fase yang difungsikan sebagai generator/pembangkit listrik berdaya kecil?
2. Bagaimana hubungan antara kapasitansi kapasitor terhadap tegangan generator induksi?
3. Bagaimana hubungan antara kecepatan generator induksi terhadap tegangan dan frekuensi generator induksi?
4. Bagaimana pengaruh perubahan beban terhadap tegangan dan frekuensi generator induksi?
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Telaah Penelitian
Bansal (2005) mengungkapkan bahwa motor induksi 3 fase dapat diioperasikan sebagai generator induksi. Hal ini ditunjukkan dari diagram lingkaran mesin pada daerah slip negatif. Ini berarti bahwa agar mesin induksi 3 fase dapat beroperasi sebagai generator maka rotornya harus berputar lebih cepat daripada kecepatan medan magnet di statornya sehingga dihasilkan slip negatif. Pada kondisi ini daya aktif mengalir dari mesin, namun mesin membutuhkan daya reaktif. Agar terminal generator menghasilkan tegangan, maka eksitasi harus disediakan. Daya eksitasi ini bisa berasal dari jaringan (mesin menjadi semacam beban) atau bila sistem terisolasi (stand-alone) harus terhubung dengan suatu bank kapasitor yang cukup.
Besarnya kapasitor eksitasi yang diperlukan dapat diprediksi dengan melakukan pemodelan matematis. Boora (2010) memaparkan bahwa karakteristik generator induksi 3 fase tereksitasi diri yang dimodelkan pada kondisi seimbang dan tak seimbang sangat ditentukan oleh nilai kapasitor eksitasi. Karena generator induksi yang dianalisis dalam kondisistand alone maka frekuensi medan putar di belitan statornya akan berubah seiring dengan perubahan kecepatan rotor dan menghasilkan slipnya yang nilainya tetap kecil. Hasil lainnya menunjukkan efisiensi generator induksi mempunyai nilai yang tinggi.
5
generator sinkron antara lain harga unitnya murah, konstruksinya kuat dan sederhana, mudah dalam pengoperasiannya, memerlukan sedikit perawatan, dan mempunyai keandalan yang tinggi (Ouhrouche, 1995). Menurut Bansal (2005) keunggulan generator induksi lainnya adalah reduksi unit cost dan ukuran, tanpa sikat, ketiadaan sumber DC terpisah, kemampuan proteksi diri terhadap beberapa kondisi beban lebih dan hubung singkat.
Generator induksi dapat diterapkan pada sistem pembangkit tenaga angin dimana mesin atau kincir angin yang memutar generator tidak mengharuskan pada kecepatan sinkronnya agar dihasilkan tegangan. Dengan demikian, jika daya yang dibangkitkan tidak mensyaratkan frekuensi dan tegangan tetap maka generator dapat dioperasikanstand aloneatau terisolasi, terlepas dari saluran publik (Irianto, 2004).
Mesin induksi yang tersedia di pasaran untuk daya yang besar biasanya merupakan mesin induksi 3 fase. Apabila digunakan sebagai generator, maka juga akan menghasilkan keluaran 3 fase. Dalam kenyataannya, mayoritas beban listrik yang digunakan masyarakat luas adalah peralatan satu fasa sehingga lebih tepat digunakan generator 1 fase. Fukami et al (1999) melaporkan bahwa mesin induksi 3 fase dapat digunakan sebagai generator induksi 1 fase pada suatu sistem yang tidak terhubung dengan jala-jala listrik (stand alone). Agar menghasilkan tegangan tertentu maka pada generator tersebut harus dihubungkan kapasitor eksitasi dengan ukuran tertentu.
6
k
mempunyai kapasitas daya yang kecil, jumlahnya fasanya hanya satu, sangat mudah dijumpai di pasaran, dan harganya sangat terjangkau sehingga sangat cocok untuk aplikasi pada pembangkit skala kecil di daerah terpencil. Untuk tujuan ini maka akan diteliti karakteristik dari generator induksi 1 fase dalam kondisi tereksitasi diri dengan memanfaatkan bank kapasitor.
Ada beberapa permasalahan yang perlu dipecahkan terkait dengan pemanfaatan generator induksi sebagai pembangkit. Supardi (2009) memaparkan bahwa generator induksi 3 fase tereksitasi diri bisa menghasilkan harmonik. Tegangan generator induksi yang diteliti pada saat tanpa beban mengalami distorsi sebesar 16,7–20,7% dari komponen fundamentalnya. Harmonisa orde ke-3 adalah yang paling dominan dibanding dengan yang lainnya. Pemasangan beban lampu LHE (Lampu Hemat Energi) dan lampu TL(Tube Lamp) dengan ballast lilitan mengakibatkan keluaran generator menjadi lebih terdistorsi. Sumbangan lampu LHE terhadap distorsi harmonik lebih besar dari lampu TL dengan ballast lilitan. Dengan menggunakan filter harmonik orde ke-3 (terhubung seri) dan orde 5 (terhubung pararel) maka distorsi harmoniknya dapat diselesaikan karena nilainya sudah memenuhi standar IEEE 519 (THD-V < 5% dan THD-I < 15%). Ouhrouche and Chaine (1995) memaparkan bahwa generator induksi yang terhubung dengan kapasitor menjadi self excited jika dilepaskan dari jala-jala listrik. Nilai reaktans magnetisasinya turun sehingga bisa menyebabkan ferroresonance. Gelombangnya menjadi sangat terdistorsi sehingga peralatan proteksi dapat salah merespon.
7
8
k
transformator tegangan. Kelemahannya adalah harga trafo tegangan tersebut mahal. Jayaramaiah dan Fernandes (2006) mengusulkan kontrol tegangan generator induksi dengan menggunakan PWM (Pulse Width Modulated) VSI. Peralatan kontrol ini memerlukan biaya yang mahal yang merupakan salah satu isu terkait pengembangan pembangkit berkapasitas kecil. Suatu model kontrol dengan menggunakan chopper yang mensuplai beban resistif juga diusulkan oleh Ammasaigounden(1999) dimana daya yang disuplai ke beban komplemen dikendalikan dengan menvariasi duty cycle dari chopper. Karena chopper mendapatkan suplai daya dari tegangan DC konstan maka model ini tidak direkomendasikan untuk sistem dengan beban bolak-balik. Ahmed et al. (2003) mengusulkan kompensator VAR statis yang terdiri dari kapasitor paralel yang yang dipindahhubungan dengan menggunakan thyristor.
Dalam penelitian ini untuk mengatur tegangan keluaran dari generator induksi kami mengusulkan suatu rangkaian kontrol elektronis yang berbasis PLC yang akan mengendalikan alokasi beban komplemen dari generator induksi. Ketika beban listrik yang dinyalakan pelanggan hanya berdaya kecil maka kontroler akan menyalakan beban komplemen berdaya besar, begitu juga sebaliknya. Dengan demikian generator induksi akan merasakan daya yang tetap pada terminal keluarannya.
2.2. Landasan Teori
9
memiliki konstruksi yang kuat, sederhana, handal, dan murah harganya. Di samping itu motor ini juga memiliki efisiensi yang tinggi saat berbeban penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang banyak.
2.2.1. Generator Induksi Dan Definisinya
Generator induksi adalah mesin induksi yang bekerja sebagai generator, oleh karena itu mesin induksi mempunyai persamaan dan konstruksi yang sama untuk generator maupun untuk motor. Prinsip kerja generator induksi merupakan kebalikan dari motor induksi. Ketika mesin berfungsi sebagai motor, kumparan stator diberi tegangan sehingga akan timbul medan putar dengan kecepatan sinkron. Namun jika motor berfungsi sebagai generator, pada rotor motor diputar oleh sumber penggerak dengan kecepatan lebih besar daripada kecepatan sinkronnya. Bila suatu konduktor berputar di dalam medan magnet (kumparan stator) maka akan dibangkitkan tegangan.
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. Pada proses perubahan motor induksi menjadi generator induksi dibutuhkan daya reaktif atau daya magnetisasi untuk membangkitkan tegangan pada terminal keluarannya. Dalam hal ini yang berfungsi sebagai penyedia daya reaktif adalah kapasitor yang besarnya disesuaikan dengan daya reaktif yang diperlukan.
10
k
atau dengan kata lain kapasitor memberikan daya reaktif induktif pada mesin induksi. Kerja dari kapasitor ini dapat dipandang sebagai suatu sistem penguat (eksitasi) sehingga generator induksi juga dikenal dengan sebutan generator induksi penguatan sendiri (self excited of induction generator).
Hal terpenting yang harus diperhatikan dalam kinerja generator induksi adalah fluks sisa atau medan magnet pada kumparan stator. Tanpa adanya fluks sisa maka proses pembangkitan tegangan tidak akan terjadi. Dengan adanya fluks sisa ini dan perputaran rotor akan menimbulkan tegangan induksi pada rotor. Tegangan induksi ini akan terinduksi pula pada sisi stator dan akan menimbulkan arus yang akan mengisi kapasitor hingga terjadi keseimbangan. Keseimbangan tersebut ditandai dengan titik pertemuan antara lengkung magnetisasi dengan garis reaktansi kapasitif.
2.2.2. Generator Induksi Dan Definisinya
11
1. Generator Induksi Masukan Ganda
Pada generator induksi masukan ganda, eksitasi diperoleh dari jaringan listrik yang telah terpasang. Generator induksi jenis ini menyerap daya reaktif dari jaringan listrik untuk membangkitkan medan magnet yang dibutuhkan. Pada generator jenis ini, terminal keluaran generator dihubungkan dengan inverter yang kemudian dihubungkan dengan bagian generator. Generator induksi masukan ganda saat ini banyak digunakan sebagai generator pada pembangkit listrik tenaga baru.
Pada generator induksi masukan ganda terdapat dua buah inverter yang menghubungkan antara keluaran generator dengan rotor. Kedua inverter tersebut dihubungkan dengan penghubung as. Inverter yang terhubung dengan jaringan bekerja pada frekuensi yang sama dengan frekuensi jaringan. Inverter ini juga mengatur besar faktor daya yang masuk agar sesuai dengan besar daya reaktif yang dibutuhkan oleh generator. Inverter yang terhubung dengan rotor bekerja pada frekuensi yang sesuai dengan frekuensi putaran generator. Dengan menggunakan konfigurasi seperti ini, besar arus yang mengalir pada rotor dapat di atur sesuai dengan daya yang akan dibangkitkan.
12
k
ini juga membutuhkan jaringan listrik untuk dapat beropasi, karena sumber daya reaktif yang dibutuhkan oleh generator berasal dari jaringan. Apabila tidak ada jaringan listrik atau generator lain yang memberikan daya reaktif maka generator jenis ini tidak dapat beroperasi. Selain itu jika terjadi gangguan pada jaringan atau blackoutjaringan generator ini juga tidak dapat beropresi.
2. Generator induksi berpenguat sendiri
Pada generator induksi berpenguat sendiri, eksitasi diperoleh dari kapasitor yang dipasang parallel pada terminal keluaran generator. Generator induksi jenis ini bekerja seperti mesin induksi pada daerah saturasinya hanya saja terdapat bank kapasitor yang dipasang pada terminal statornya. Karena sumber eksitasi generator ini berasal dari kapasitor yang dipasang pada terminalnya maka mesin induksi dengan rotor kumparan maupun sangkar tupai dapat digunakan sebagai generator induksi berpenguat sendiri.
Generator induksi jenis ini memiliki beberapa keuntungan yaitu: 1. Tidak membutuhkan pengaturan tegangan pada rotornya.
2. Tidak memerlukan inverter. 3. Desain peralatan yang tidak rumit. 4. Harga pembuatan lebih murah.
5. Perawatan yang diperlukan murah dan tidak sulit.
6. Tidak memerlukan jaringan listrik untuk dapat beroperasi
13
jaringan. Oleh karena itu, generator induksi berpenguat sendiri lebih fleksibel dalam pengoperasiannya.
Generator induksi berpenguat sendiri merupakan pilihan yang tepat untuk memenuhi kebutuhan energi di tempat yang terisolir dimana daya reaktif dari jaringan listrik tidak atau belum ada. Sumber energi yang digunakan untuk mensuplai generator dapat berasal dari sumber energi yang tidak terlalu besar jumlahnya, seperti kincir angin ataupun kincir air di sungai (yang biasa dikenal dengan pembangkit listrik tenaga mikrohidro).
14
k
2.2.3. Bagian Generator
Dalam generator dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian generator yang berputar (stator) dan bagian generator yang tidak berputar (rotor).
1. Rangka Stator
Rangka stator adalah salah satu bagian utama dari generator yang terbuat dari besi tuang dan ini merupakan rumah dari semua bagian-bagian generator. 2. Stator
Stator terdiri dari statorcore(inti) dan kumparan stator yang diletakkan pada frame depan dan belakang. Stator core dibuat dari beberapa lapis plat besi tipis dan mempunyai alur pada bagian dalamnya untuk menempatkan kumparan stator.
3. Rotor
Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet. Rotor berputar bersama poros, karena gerakannya maka disebut generator dengan medan magnet berputar. Rotor terdiri dari inti kutub (pole core), kumparan medan, poros dan lain lain. Inti kutub berbentuk seperti cakar dan di dalamnya terdapat kumparan medan.
2.2.4. Kapasitor
15
= . . ...2.1
Dengan sifatnya yang demikian maka kapasitor dapat digunakan untuk memperbaiki faktor daya pada sistem tenaga listrik dan sebagai sumber eksitasi pada generator induksi. Cara menghubungkanya kapasitor dengan sistem tenaga listrik pada prinsipnya ada dua cara yaitu secara seri dan paralel. Kapasitor seri dan paralel ini pada sistem daya menimbulkan daya reaktif yang dapat memperbaiki faktor daya dan tegangan sistem karena dapat menambah kapasitas daya reaktif sebanding dengan kuadrat arus beban sedang pada kapasitor paralel sebanding dengan kuadrat tegangan.
Umumnya beban pada jaringan listrik adalah beban induktif. Beberapa beban induktif yang ada disebuah jaringan listrik, seperti heater, neon, motor listrik, dan lain lain. Beban listrik kebanyakan adalah beban inductive. Untuk menghilangkan/ mengurangi komponen daya inductive ini diperlukan kompensator yaitu kapasitor bank.
2.2.5.Penentuan Parameter Motor Induksi
Data yang diperlukan untuk menghitung performansi dari suatu motor induksi dapat diperoleh dari hasil pengujian tanpa beban, pengujian rotor tertahan, dan pengukuran tahanan dc lilitan stator.
2.2.5.1. Pengujian Tanpa Beban (No Load Test)
16
k
pengujian tersebut dilakukan pada frekuensi dan tegangan yang sesuai dengan name platenya.
Pengukuran dilakukan setelah motor dinyalakan dalam waktu yang cukup lama, agar bagian – bagian yang bergerak mengalami pelumasan sebagaimana mestinya dan motor telah mencapai kondisi mantapnya. Rugi – rugi rotasional pada waktu dibebani biasanya dianggap konstan dan sama dengan rugi – rugi tanpa beban.
Pada saat tanpa beban, nilai arus rotor sangat kecil dan hanya diperlukan untuk menghasilkan torsi yang cukup untuk mengatasi rugi-rugi di stator. Oleh karena itu rugi – rugi I2R pada saat tanpa beban bernilai cukup kecil dan dapat
diabaikan.
Nilai slip pada saat motor tanpa beban adalah sangat kecil sehingga akan mengakibatkan tahanan rotor R2/s sangat besar. Cabang paralel rotor dan cabang
magnetisasi menjadi jXMdi shunt dengan suatu hambatan yang sangat besar, dan
besarnya reaktansi cabang paralel karenanya sangat mendekati XM. Besar
reaktansi yang tampak Xnl yang diukur pada terminal stator pada keadaan tanpa
beban sangat mendekati X1 + XM, yang merupakan reaktansi sendiri dari stator,
sehingga
Xnl= X1+ XM...2.2
Besarnya reaktansi diri stator ini dapat ditentukan dari pambacaan alat ukur pada keadaan tanpa beban.
Besarnya tahanan pada pengujian tanpa beban Rnladalah :
17
Pnlmerupakan suplai daya tiga fase pada keadaan tanpa beban, maka besar
reaktansi tanpa beban
X = Z − R ...2.4
Sewaktu pengujian tanpa beban, maka rangkaian ekivalen motor induksi seperti gambar 2.1.
Gambar 2.1 Rangkaian ekuivalen motor induksi saat pengujian beban nol
2.2.5.2. Pengujian Hambatan Stator (DC test)
Untuk menentukan besarnya hambatan stator (R1) maka dilakukan
18
k
R = ...2.5
Dengan diketahuinya nilai dari R1 maka rugi – rugi tembaga stator pada
tanpa beban dapat ditentukan, dan rugi – rugi rotasional dapat ditentukan sebagai selisih dari daya input pada tanpa beban dan rugi – rugi tembaga stator.
2.2.5.3. Pengujian Rotor Tertahan (Block Rotor Test)
Pengujian ini dilakukan untuk menentukan parameter – parameter motor induksi. Pengujian ini biasa juga disebut blocked rotor test. Pada pengujian ini rotor dikunci / ditahan sehingga tidak berputar.
DAFTAR PUSTAKA
Ahmed, T.; Ogura, K.; Soshin, K.; Hiraki, E.; Nakaoka, M., 2003, Small-Scale Wind Turbine Coupled Single Phase Self-Excited Induction Generator with svc for Isolated Renewable Energy Utilization. Proceedings of the 5th International Conference on Power Electronics and Drive System, November 2003, vol. 1, pp. 781-786.
Asy’ari, H. dan Budiman, A., 2010, Evaluasi Pemanfaatan Storage Terhadap Kinerja Generator Induksi Pada Sistem Pembangkit Tenaga Angin Untuk Beban Rumah Tangga, Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 11, No. 2, 2010: 179 – 190
Bansal, R.C., 2005, Three-Phase Self-Excited Induction Generators: An Overview, IEEE Transactions On Energy Conversion
C. Marinescu, C.P. Ion, 2009, Optimum Control for an Autonomous Micro Hydro Power Plant with Induction Generator, IEEE.Romania.28Juni-2Juli 2009
Fukami T, Kaburaki Y, Kawahara S, Miyamoto T., 1999, Performance analysis of a self-regulated self-excited single phase induction generator using a three-phase machine". IEEE Trans Energy Conver 1999;14(3):622–7.
Irianto,C.G., 2004, Suatu Studi Penggunaan Motor Induksi sebagai Generator: Penentuan Nilai Kapasitor Untuk Penyedia Daya Reaktif, JETri, Volume 3, Nomor 2, Februari 2004, Halaman 1-16
Jayaramaiah, G.V.; Fernandes, B.G., 2006, Novel Voltage Controller for Stand-alone Induction Generator using PWM-VSI. IEEE Industry Application Conference, October 2006, vol. 1, pp. 204-208
61
k
Ouhrouche M.A. and Chaine Q.M., 1995, EMTP Based Study of Self Excitation Phenomenon in an Induction Generator
S. Boora, 2010, Analysis of Self-Excited Induction Generator under Balanced or Unbalanced Conditions, ACEEE Int. J. on Electrical and Power Engineering, Vol. 01, No. 03, Dec 2010
