Analisis Pengaruh Pengaturan Arus Eksitasi Motor Sinkron Tiga Fasa Terhadap Perbaikan Faktor Daya Pada Sistem

(1)

Analisis Pengaruh Pengaturan Arus Eksitasi Motor Sinkron Tiga Fasa Terhadap Perbaikan Faktor Daya Pada Sistem

(Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh

Ilham Bagus Setiawan

NIM : 120402022

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

ABSTRAK

Salah satu keuntungan dari penggunaan motor sinkron adalah untuk memperbaiki

faktor daya sistem. Ketika arus eksitasi pada motor sinkron diatur sedemikian rupa sehingga

melebihi arus nominalnya (over excitation), maka motor akan bekerja pada faktor daya

leading dan berperan juga sebagai kapasitor dengan menyuplai daya reaktif untuk sistem.

Tugas akhir ini berisi tentang bagaimana sebuah motor sinkron dapat berperan sebagai

kondensor sinkron dan memperbaiki faktor daya sistem, dan juga seberapa besar pengaruh

sebuah motor sinkron terhadap perubahan faktor daya dari beberapa sistem dengan nilai

beban yang berbeda-beda.

Dari hasil penelitian didapatkan bahwa sebuah motor sinkron baru akan menyuplai

daya reaktif untuk sistem pada saat motor bekerja pada faktor daya leading (over excitation),

motor belum menyuplai daya reaktif saat masih bekerja pada faktor daya lagging walaupun

faktor daya motor sudah lebih tinggi daripada faktor daya sistem. Pada saat motor sinkron

diberikan arus eksitasi sebesar 4 Ampere, maka didapat perubahan faktor daya sistem dari

sebelumnya 0,5 lagging menjadi 0,960 lagging pada beban sistem 3000VA; 0,696 lagging

pada beban sistem 6000VA; dan 0,640 lagging pada beban sistem 9000VA.

(4)

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirabbil alamin senantiasa penulis ucapkan kehadirat Allah

SWT yang telah memberikan rahmat, kesehatan, kesempatan dan kemudahan

kepada penulis untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Juga shalawat beserta

salam kepada Rasulullah Muhammad SAW yang selalu menjadi panutan umat

manusia di seluruh dunia.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada Ibunda dan Ayahanda

tercinta dan Kakak tersayang yang senantiasa mencurahkan kasih sayang dan doa

yang tiada terhitung kepada penulis serta selalu membantu dan memberikan

semangat kepada penulis untuk segera menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan

untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun

judul Tugas Akhir ini adalah:

Analisis Pengaruh Pengaturan Arus Eksitasi Motor Sinkron Tiga Fasa Terhadap Perbaikan Faktor Daya Pada Sistem

Selama masa kuliah sampai penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis juga

banyak mendapat dukungan, bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu

penulis ingin meyampaikan ucapan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S., selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir serta

Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik yang telah banyak meluangkan

waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan, bimbingan, dan

pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas

Akhir ini.

2. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T. dan Bapak Ir. Raja Harahap M.T., selaku dosen

Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan

(5)

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro

FT-USU, dan Bapak Rahmad Fauzi, S.T, M.T selaku Sekretaris Departemen

Teknik Elektro FT-USU.

4. Ibu Ir. Windalina Syafiar, selaku dosen pembimbing akademik yang telah

banyak memberi arahan serta masukan selama masa studi.

5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

6. Sahabat Terhebat seluruh Penghuni dan Tamu kos Sei Bulan Gg. Siput yang

telah banyak memberikan kritik, saran, dukungan, dan inspirasi selama penulis

menjalani masa perkuliahan.

7. Laboran dan Rekan Laboratorium Konversi Energi Listrik Om Roy, Wira,

Gading, Sahrul, bang Zein, bang Aspar, bang Jaka, Alvi, dan Akbar yang selalu

membantu dan tidak bosan-bosannya membagikan pengalaman selama masa

perkuliahan.

8. Seluruh Asisten Laboratorium Transmisi dan Distribusi juga Laboratorium

Pengukuran Listrik yang telah memberi dukungan pemikiran dan juga

peralatan demi kelancaran proses penelitian tugas akhir ini.

9. Seluruh pihak yang juga berperan dan tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu

yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung

selama menjalani masa 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

dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri.

Medan, 01 Februari 2017

Penulis

Ilham Bagus Setiawan

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL... ix

BAB 1 PENDAHULUAN... 1

Latar Belakangan... 1

Rumusan Masalah ... 2

Tujuan Penelitian... 2

Batasan Masalah ... 2

Manfaat Penulisan ... 3

BAB 2 DASAR TEORI... 4

Motor Sinkron Tiga Fasa... 4

Konstruksi Motor Sinkron Tiga Fasa ... 5

2.2.1 Stator... 5

2.2.2 Rotor ... 6

Prinsip Kerja Motor Sinkron Tiga Fasa ... 7

Rangkaian Ekivalen Motor Sinkron ... 12

Metode Starting Motor Sinkron ... 16 I

(7)

2.5.1 Starting Dengan Penggerak Mula ... 17

2.5.2 Starting Dengan Mereduksi Frekuensi ... 17

2.5.3 Starting Dengan Kumparan Peredam ... 18

Pengaruh Perubahan Arus Eksitasi Motor Sinkron ... 19

2.6.1 Karakteristik Kurva V Motor Sinkron ... 20

2.6.2 Karakteristik Kurva V Invers Motor Sinkron ... 21

BAB 3 METODE PENELITIAN ... 22

Tempat dan Waktu ... 22

Peralatan yang Digunakan... 22

Variabel yang Diamati... 23

Prosedur Penelitian... 23

3.4.1 Percobaan Pengujian Beban Nol Mesin Sinkron (Dioperasikan Sebagai Generator) ... 24

3.4.2 Percobaan Pengujian Hubung Singkat Mesin Sinkron ... 25

3.4.3 Percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar Mesin Sinkron... 26

3.4.4 Percobaan Pengujian Motor Sinkron Pada Sistem ... 28

Pelaksanaan Penelitian ... 30

3.5.1 Proses Pengumpulan Data ... 30

3.5.2 Melakukan Analisis Data... 31

BAB 4 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN... 32

Data Percobaan ... 32 III

(8)

4.1.1 Percobaan Pengujian Beban Nol Mesin Sinkron ... 32

4.1.2 Percobaan Pengujian Hubung Singkat Mesin Sinkron ... 33

4.1.3 Percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar Mesin Sinkron... 34

4.1.4 Percobaan Pengaruh Arus Eksitasi Terhadap Cos Phi dan Arus Jangkar Motor Beban Nol ... 35

4.1.5 Percobaan Pengujian Motor Sinkron Pada Sistem ... 36

Analisa Data ... 39

Grafik... 46

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 53

Kesimpulan... 53

Saran ... 54

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konstruksi Motor Sinkron... 5

Gambar 2.2 Kumparan a-a, b-b, c-c... 8

Gambar 2.3 Distribusi ia, ib, icsebagai fungsi waktu ... 8

Gambar 2.4 Arah Fluks Secara Vektoris... 9

Gambar 2.5 Diagram medan magnet motor sinkron ... 10

Gambar 2.6 Kedudukan kutub rotor terhadap kutub khayal pada saat ... 12

Gambar 2.7 Rangkaian ekuivalen motor sinkron 3 fasa ... 13

Gambar 2.8 Rangkaian ekuivalen motor sinkron per fasanya ... 13

Gambar 2.9 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Satu (Unity) ... 14

Gambar 2.10 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Leading ... 15

Gambar 2.11 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Lagging... 15

Gambar 2.12 Diagram Fasor Yang Disederhanakan Dengan RADiabaikan ... 16

Gambar 2.13 Diagram vektor motor sinkron dengan beban tetap arus penguat diubah-ubah ... 20

Gambar 2.14 Kurva V Motor Sinkron ... 21

Gambar 2.15 Kurva V Invers Motor Sinkron ... 21

Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan Pengujian Beban Nol Mesin Sinkron ... 24

Gambar 3.2 Rangkaian Percobaan Pengujian Hubung Singkat Mesin Sinkron ... 26

Gambar 3.3 Rangkaian Percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar Mesin Sinkron 27 Gambar 3.4 Rangkaian Percobaan Pengujian Motor Sinkron Pada Sistem... 28

Gambar 3.5 Diagram Alur Proses Pengambilan data... 30

(10)

Gambar 4.2 Grafik Arus Eksitasi vs Arus Hubung Singkat pada percobaan

pengujian hubung singkat... 47

Gambar 4.3 Grafik Arus Eksitasi vs Cos Phi Motor Beban Nol... 48

Gambar 4.4 Grafik Arus Eksitasi vs Arus Jangkar Motor Beban Nol ... 49

Gambar 4.5 Grafik Arus Eksitasi vs Arus Beban Total pada pengujian motor

sinkron pada sistem... 50

Gambar 4.6 Grafik Arus Eksitasi vs Arus Beban pada pengujian motor sinkron pada

sistem ... 51

Gambar 4.7 Grafik Arus Eksitasi vs Cos Phi (Grafik V Invers) pada pengujian

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi Motor Sinkron ... 22

Tabel 4.1 Data Hasil Percobaan Pengujian Beban Nol Mesin Sinkron ... 32

Tabel 4.2 Data Hasil Percobaan Pengujian Hubung Singkat Mesin Sinkron ... 33

Tabel 4.3 Data Hasil Percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar Mesin Sinkron ... 35

Tabel 4.4 Data Hasil Percobaan Pengaruh Arus Eksitasi Terhadap Cos Phi dan Arus

Jangkar Motor Beban Nol ... 35

Tabel 4.5 Tabel Data Hasil Percobaan Pengujian Motor Sinkron Pada Sistem

Berbeban 3000VA ... 36

Tabel 4.8 Data Hasil Perhitungan Reaktansi Sinkron ... 40

Tabel 4.9 Data Hasil Perhitungan Daya Aktif dan Daya Reaktif Sistem Berbeban

3000VA ... 42

6000VA ... 43