Pemanfaatan motor induksi satu fasa sebagai generator.

i

TUGAS AKHIR

PEMANFAATAN MOTOR INDUKSI SATU FASA

SEBAGAI GENERATOR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar SarjanaTeknik

Program Studi Teknik Elektro

Oleh:

ALPENSUS JONI NIM: 085114001

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

ii

FINAL PROJECT

THE USE OF SINGLE PHASA INDUCTION MOTOR

AS A GENERATOR

Presented as Partial Fullfillment of Requirements

To Obtain the SarjanaTeknik Degree

In Electrical Engineering Study Program

ALPENSUS JONI NIM: 085114001

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO

“

Jadikan Pengalaman Sebagai Pembelajaran Untuk

Menatap Jauh K

e Depan”

Dengan ini kupersembahkan karyaku ini untuk...

Yesus Kristus Pembimbingku yang setia,

Keluargaku tercinta,

Teman-teman seperjuanganku,

Dan semua orang yang mengasihiku

viii

INTISARI

Banyak daerah di Indonesia belum memperoleh penerangan listrik dari PLN.

Penggunaan mesin pembangkit energi listrik seperti genset, diesel, dan mesin-mesin

generator yang berbahan bakar minyak dinilai tidak efektif karena harganya yang relatif

mahal. Sistem pemanfaatan motor induksi sebagai generator diharapkan dapat memberikan

solusi bagi masyarakat, terutama masyarakat di daerah terpencil.

Pada penelitian ini, sistem pemanfaatan motor induksi sebagai generator

menggunakan motor induksi 1 fasa sebagai penggerak utama dan generator. Dua buah

motor induksi dihubungkan dengan sabuk pada tiap-tiap puli. Puli pada penggerak utama

dirancang lebih besar dari puli generator agar generator dapat berputar melebihi kecepatan

sinkron motor, sehingga generator dapat menghasilkan tegangan.

Sistem motor induksi sebagai generator dapat menghasilkan tegangan keluaran dan

dapat mencatu daya optimal sebesar 47,5 watt.

ix

ABSTRACT

Many areas in Indonesia have not received electricity from PLN. The use of

electrical energy generators, such as genset, diesel, and oil-fueled generators machinery,

were considered ineffective because of the price that relatively expensive. The utilization

system of induction motor as a generator was expected to give a solution for many people,

especially for people in remote areas.

In this study, the utilization system induction motor as a generator used one phase

induction motor as a main rotor and generator. Two induction motor were connected to the

belt of each gear. Gaer in the main rotor was designed larger than in the generator so that

generator can rotate faster than synchronous speed of the motor, so the generator can

produce voltages.

Induction motor system as a generator can produce output voltage and distribute

optimal power of 47.5 Watt.

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

... i

HALAMAN PERSETUJUAN

... iii

HALAMAN PENGESAHAN

... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

... vii

INTISARI

... viii

ABSTRACT

... ix

KATA PENGANTAR

... x

DAFTAR ISI

... xi

DAFTAR GAMBAR

... xiv

DAFTAR TABEL

... xv

DAFTAR LAMPIRAN

... xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 1

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Metodologi Penelitian ... 2

BAB II DASAR TEORI

2.1 Generator AC 1 Fasa ... 4

2.1.1 Pengertian Generator AC 1 Fasa ... 4

xii

2.1.3 Prisip Kerja Generator AC 1 Fasa ... 6

2.2 Motor Induksi 1 Fasa ... 7

2.2.1 Pengertian Motor Induksi 1 Fasa ... 7

2.2.2 Konstruksi Motor Induksi 1 Fasa ... 8

2.2.3 Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa ... 9

2.2.4 Motor Induksi 1 Fasa Rotor Sangkar ... 10

2.3 Motor Induksi 1 Fasa Sebagai Generator ... 12

2.3.1 Penggerak Utama ... 13

2.3.2 Transmisi Sabuk Dengan Puli ... 13

2.3.3 Pengaruh Kapasitor ... 14

2.4 Proses Menjadi Generator Induksi ... 15

2.5 Efisiensi Generator Induksi ... 16

BAB III RANCANGAN PENELITIAN

3.1 Arsitektur Sistem ... 17

3.2 Perancangan Mekanik Generator Induksi ... 18

3.3 Rancangan Sistem Motor Induksi Menjadi Generator Induksi ... 19

3.3.1 Menghitung Kecepatan Putar Motor Induksi ... 19

3.3.2 Perancangan Puli Generator Induksi ... 20

3.3.3 Slip Generator Induksi ... 21

3.4 Efisiensi Generator Induksi ... 21

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Bentuk Fisik Alat ... 23

4.2 Pengujian Generator Induksi ... 25

4.2.1 Pengujian Kecepatan Mula-Mula Motor Induksi ... 25

4.2.2 Pengujian Perbandingan Puli-Puli ... 26

4.2.3 Pengujian Tanpa Beban ... 28

4.2.4 Pengujian Dengan Beban... 31

4.3 Unjuk Kerja Generator Induksi ... 36

4.3.1 Daya Keluaran Optimal Generator Induksi ... 36

4.3.2 Penentuan Kapasitor ... 37

xiii

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 41

5.2 Saran ... 41

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1. Blok Model Perancangan ... 3

Gambar 2.1. Generator AC 1 Fasa ... 4

Gambar 2.2. Konstruksi Generator AC 1 Fasa ... 5

Gambar 2.3. Pembangkitan Tegangan Induksi ... 6

Gambar 2.4. Tegangan Rotor Yang Dihasilkan ... 7

Gambar 2.5. Motor Induksi 1 Fasa ... 8

Gambar 2.6. Kontruksi Motor Induksi 1 Fasa ... 8

Gambar 2.7. Rotor Sangkar Tupai (Squirrel Cage Rotor) ... 11

Gambar 2.8. Motor Pompa Air ... 11

Gambar 2.9. Rangkaian Motor Pompa Air ... 11

Gambar 2.10. Rangkaian Ekivalen Motor Pompa Air... 12

Gambar 2.11. Transmisi Sabuk Dengan Puli ... 13

Gambar 2.12. Ekivalen Motor Pompa Air Saat Rotor Diputar ... 15

Gambar 3.1. Model Perancangan ... 17

Gambar 3.2. Kerangka Sistem Generator Induksi ... 18

Gambar 3.3. Beban Generator Induksi ... 19

Gambar 4.1. Bentuk Fisik Alat ... 23

Gambar 4.2. Beban Generator Induksi ... 24

Gambar 4.3. Sistem Generator Induksi Dengan Beban ... 25

Gambar 4.4. Pengaruh Kapasitor Terhadap Kecepatan Motor dan Generator ... 29

Gambar 4.5. Grafik Perubahan Tegangan dan Frekuensi Terhadap Kecepatan Generator . 30 Gambar 4.6. Grafik Perubahan Tegangan, Arus, dan Frekuensi Terhadap Beban Pada Kapasitor 4μF ... 32

Gambar 4.7. Grafik Perubahan Tegangan, Arus, dan Frekuensi Terhadap Beban Pada Kapasitor 6μF ... 34

Gambar 4.8. Grafik Perubahan Tegangan, Arus, dan Frekuensi Terhadap Beban Pada Kapasitor 8μF ... 36

xv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Dengan Perbandingan Puli-Puli ... 27

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Tanpa Beban ... 29

Tabel 4.3. Hasil Pengujian Dengan Kapasitor 4μF ... 31

Tabel 4.4. Hasil Pengujian Dengan Kapasitor 6μF ... 33

Tabel 4.5. Hasil Pengujian Dengan Kapasitor 8μF ... 35

Tabel 4.6. Tegangan Keluaran Pada Masing-Masing Kapasitor ... 37

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

L.1. Datasheet Motor Pompa Air ... L1

L.2. Hasil Pengujian Generator Induksi Tanpa Beban ... L2

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Pemenuhan akan energi listrik di Indonesia masih menjadi masalah besar bagi

pemerintah. Banyak daerah-daerah yang belum memperoleh penerangan listrik karena

tidak terjangkau oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN). Sebagai contoh di pedalaman

Kalimantan ratusan desa tidak mendapatkan penerangan listrik dari pemerintah, mereka

hanya menggunakan lampu petromak sebagai alat penerangan pada malam hari.

Penggunaan mesin pembangkit energi listrik seperti genset, diesel dan mesin-mesin

generator yang berbahan bakar minyak dipandang tidak efektif mengingat perekonomian

warga yang kurang mampu, disamping itu harga bahan bakarnya relatif mahal.

Kebutuhan energi listrik di daerah terpencil sangat penting. Dengan adanya listrik,

daerah-daerah tersebut tidak ketinggalan dalam memperoleh informasi yang bertujuan

untuk memajukan daerah dan dapat meningkatkan produktifitas masyarakatnya. Sistem

pembangkit energi listrik alternatif diharapkan dapat memenuhi kebutuhan energi listrik

yang mudah dan murah terutama bagi masyarakat di daerah terpencil.

Berdasarkan masalah di atas, penulis ingin membuat suatu prototipe sistem

generator induksi bagi daerah-daerah yang belum mendapatkan penerangan listrik dari

Perusahaan Listrik Negara (PLN). Sistem generator induksi dibuat dengan menggunakan

motor induksi satu fasa, dalam hal ini adalah mesin pompa air. Generator induksi bisa

dikembangkan untuk pembangkit listrik tenaga air atau Pembangkit Listrik Tenaga

Mikrohidro (PLTMH) terutama di daerah pegunungan yang memiliki air terjun agar dapat

dimafaatkan secara optimal.

Motor induksi dapat dioperasikan sebagai generator dengan cara memutar rotor

pada kecepatan di atas kecepatan sinkronnya dan mesin bekerja pada slip negatif (s<0) [1].

1.2

Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan generator induksi dari motor

induksi satu fasa dan mendapatkan unjuk kerja dari sistem pengubahan motor induksi satu

fasa menjadi generator induksi yang ditinjau dari kecepatan putaran generator, besar beban,

Manfaat dari penelitian ini adalah menghasilkan suatu pembangkit listrik yang

dapat digunakan di daerah-daerah terpencil serta menciptakan suatu pembangkit energi

listrik alternatif bagi masyarakat.

1.3

Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:

a. Menggunakan motor pompa air sebagai penggerak utama.

b. Menggunakan motor pompa air sebagai generator induksi.

c. Menggunakan sabuk dari karet sebagai penghubung antara penggerak utama

dan generator induksi.

d. Menggunakan puli-puli dari besi sebagai tempat pengait sabuk.

e. Menggunakan lampu pijar sebagai beban.

1.4

Metodologi Penelitian

Penulisan skripsi ini menggunakan metode:

a. Pengumpulan bahan-bahan referensi berupa buku-buku dan jurnal-jurnal.

b. Perancangan alat.

Tahap ini bertujuan untuk mencari model yang optimal dari sistem yang akan

dibuat dengan pertimbangan beberapa faktor permasalahan serta identifikasi

kebutuhan yang akan digunakan.

c. Pembuatan alat.

Berdasarkan Gambar 1.1, sistem menggunakan dua buah motor induksi satu

fasa. Dengan satu motor digunakan sebagai prime mover dan yang lain

digunakan sebagai generator. Kedua motor tersebut dihubungkan dengan sabuk

pada puli-puli tiap motor yang terpasang di poros rotor kedua motor induksi

satu fasa. Diameter puli-puli dirancang berbeda ukuran untuk mendapatkan

Gambar 1.1. Blok model perancangan

d. Proses pengambilan data.

Teknik pengambilan data dilakukan dengan cara memberikan perbandingan

yang berbeda pada puli-puli penggerak utama dan generator induksi. Mengukur

tegangan output, arus dan frekuensi generator induksi menggunakan beban dan

tanpa beban dengan kapasitor yang berbeda.

e. Analisa dan penyimpulan hasil penelitian.

Analisa data dilakukan dengan cara meninjau kinerja generator berdasarkan

tegangan output, arus dan frekuensi generator serta besaran beban yang dapat

dilayani oleh generator induksi. Penyimpulan hasil data penelitian dilakukan

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1

Generator AC 1 Fasa

2.1.1

Pengertian Generator AC 1 Fasa

Generator adalah mesin pembangkit tenaga listrik dengan masukan tenaga

mekanik, jadi generator berfungsi untuk mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik.

Generator arus bolak-balik atau generator AC termasuk mesin serempak (mesin sinkron)

dan sering disebut juga sebagai alternator, generator alternating current (AC), atau

generator sinkron [2].Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama

dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron dihasilkan dari

kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar pada kecepatan yang sama

dengan medan putar pada stator [3]. Listrik yang dihasilkan adalah listrik arus bolak-balik

[2]. Prinsip yang digunakan adalah percobaan Faraday, yang mengatakan bahwa suatu

penghantar yang berada pada sejumlah garis gaya magnet yang berubah-ubah, penghantar

tersebut akan menghasilkan gaya gerak listrik (GGL) induksi. Generator AC satu fasa

dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Generator AC 1 fasa [4]

2.1.2

Konstruksi Generator AC

Generator AC umumnya dibuat sedemikian rupa agar lilitan tempat terjadinya GGL

menimbulkan medan magnet yang berputar [2]. Konstruksi generator AC dapat dilihat

pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Konstruksi generator AC 1 fasa [3]

Bagian utama dari generator AC adalah stator dan rotor. Pada stator terdapat inti

stator dan lilitan stator, sedangkan pada rotor terdapat kutub-kutub, lilitan penguat, slip

ring, dan sumbu (as) [2].Penjelasan bagian-bagian dari generator AC sebagai berikut:

a. Rangka stator

Rangka stator terbuat dari besi tuang. Rangka stator merupakan rumah dari

bagian-bagian generator yang lain.

b. Stator

Stator adalah bagian yang tidak berputar (diam). Bagian ini tersusun dari

plat-plat stator yang mempunyai alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator.

Lilitan stator berfungsi sebagai tempat terjadinya GGL induksi.

c. Rotor

Rotor merupakan bagian yang berputar. Pada rotor terdapat kutub-kutub magnet

dengan lilitan yang menghasilkan medan magnet dan menginduksikan ke stator

melalui celah udara.

d. Slip ring

Slip ring terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang terpasang pada poros

dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan

poros dan rotor. Jumlah slip ring ada dua buah yang masing-masing dapat

arang berguna untuk mengalirkan arus penguat magnet ke lilitan magnet pada

rotor.

e. Generator penguat

Generator penguat adalah suatu generator arus searah yang dipakai sebagai

sumber arus. Generator arus searah ini biasanya dikopel terhadap mesin

pemutarnya bersama dengan generator utama.

2.1.3

Prinsip Kerja Generator AC

Tegangan yang dibangkitkan pada generator sinkron berdasarkan prinsip kerja

induksi elektromagnetik. Putaran rotor generator dalam medan magnet listrik akan

menimbulkan fluks magnet yang berputar. Putaran rotor akan menimbulkan tegangan

imbas pada kawat gulungan stator [5].

Pada saat rotor digerakan dengan penggerak utama, kutub-kutub pada rotor akan

berputar. Jika kumparan kutub diberi arus searah maka pada permukaan kutub akan timbul

medan magnet searah yang berputar dan kecepatannya sama dengan kecepatan kutub yang

menginduksi lilitan stator [6]. Proses pembangkitan tegangan induksi pada generator dapat

dilihat pada Gambar 2.3 dan Gambar 2.4.

Gambar 2.3. Pembangkitan tegangan induksi [7]

Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan

medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi.

Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi Gambar 2.3 (a) dan (c). Pada

posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar.

Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar

[7].

Gambar 2.4. Tegangan rotor yang dihasilkan [7]

Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip ring seperti ditunjukan Gambar

2.4 (1), maka dihasilakan listrik arus bolak balik berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan

rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin seperti ditunjukan Gambar 2.4 (2) dengan

dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan gelombang positif [7].

2.2

Motor Induksi 1 Fasa

2.2.1

Pengertian Motor Induksi 1 Fasa

Motor induksi satu fasa adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi

mekanik secara induksi [8]. Motor ini hanya memiliki sebuah lilitan stator jenis sangkar

tupai dan beroperasi dengan pasokan listrik satu fasa. Motor induksi merupakan motor

listrik arus bolak balik yang paling banyak digunakan[9].

Dikatakan motor induksi karena motor ini bekerja berdasarkan induksi medan

magnet dari stator ke rotornya. Arus rotor motor induksi satu fasa bukan diperoleh dari

sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan

relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan

oleh arus stator [10].

Motor induksi dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin,

mesin cuci, mesin pompa air, dan penyedot debu [9]. Motor induksi satu fasa dapat dilihat

Gambar 2.5. Motor induksi 1 fasa[11]

2.2.2

Kontruksi Motor Induksi 1 Fasa

Secara umum motor induksi terdiri dari rotor dan stator. Rotor merupakan bagian

yang bergerak, sedangkan stator yang diam. Di antara stator dengan rotor ada celah udara

yang jaraknya sangat kecil.Celah udara antara stator dan rotor akan dilewati fluks induksi

stator yang memotong kumparan rotor, sehingga menyebabkan rotor berputar. Celah udara

yang terdapat antara stator dan rotor diatur sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil

kerja motor yang optimum. Jika celah udara antara stator dan rotor terlalu besar, maka

akan mengakibatkan efisiensi motor induksi rendah, sebaliknya jika jarak antara celah

stator dan rotor terlalu kecil/sempit, maka akan menimbulkan kesukaran mekanis pada

mesin [12]. Konstruksi motor induksi dapat dilihat pada Gambar 2.6.

Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang

diam dan mengalirkan arus fasa. Stator terdiri dari susunan laminasi inti yang memiliki

alur (slot) yang menjadi tempat dudukan kumparan yang dililitkan dan berbentuk silindris.

Motor induksi memiliki dua komponen yang utama,kedua komponen tersebut

adalah [2]:

a. Stator (bagian yang diam)

Stator terdiri dari belitan-belitan stator. jika belitan stator diberi aliran listrik,

maka pada belitan stator akan menghasilkan fluks magnet stator atau medan

putar.

b. Rotor (bagian yang berputar)

Rotor terdiri dari belitan-belitan penguat, inti magnet, dan slip ring/sikat. Slip

ring berfungsi untuk memasukan listrik DC pada belitan penguat, sehingga

timbul kutub magnet pada rotor.

Stator dihubungkan ke catu tegangan AC. Rotor tidak dihubugkan secara listrik ke

pencatu tetapi mempunyai arus yang diinduksikan kedalamanya oleh kerja transformator.

Oleh sebab itu, stator kadang-kadang dianggap sebagai primer dan rotor sebagai sekunder

motor.

2.2.3

Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa

Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator

ke kumparan rotornya. Apabila sumber tegangan dipasang pada kumparan stator, akan

timbul garis-garis gaya fluks pada stator yang diinduksikan ke rotor. Fluks yang

diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotor, sehingga timbul

elektromagnetik GGL atau tegangan induksi. Penghantar (kumparan) rotor merupakan

rangkaian yang tertutup, arus akan mengalir pada kumparan rotor. Penghantar rotor berupa

kumparan yang dialiri arus ini berada dalam garis fluks yang berasal dari kumparan stator,

sehingga kuparan rotor akan mengalami gaya Lorentz yang menimbulkan torsi untuk

menggerakkan rotor sesuai dengan arah pergerakan medan induksi stator. Pada rangka

stator terdapat lilitan kumparan stator yang ditempatkan pada slot-slot dan jumlah kutub

menentukan kecepatan berputarnya medan stator yang terjadi lalu diinduksikan ke rotornya

[9]. Makin besar jumlah kutub akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar medan

stator dan sebaliknya. Kecepatan putar medan putar ini disebut kecepatan sinkron.

=

120� ……_.………...………..……….._...(2.1)

Dengan adalah kecepatan medan putar (rpm), � adalah frekuensi (Hz) PLN yang

di tetapkan di Indonesia, adalah jumlah kutub yang terdapat pada motor induksi.

Perbedaan antara kecepatan sinkron dengan kecepatan putar rotor pada motor

induksi disebut slip. Slip dinyatakan dengan persamaan [12]:

=

− …….…….………_.…………..…_...…….……….._(2.2)

Dengan adalah slip, dan adalah kecepatan putar rotor (rpm). Slip dapat pula

dinyatakan dalam persen, dan dinyatakan oleh persamaan [13]:

=

−

�

100%

………...……..………....…...(2.3)

2.2.4

Motor Induksi 1 Fasa Rotor Sangkar

Motor induksi rotor sangkar mempunyai rotor dengan kumparan yang terdiri atas

beberapa konduktor yang disusun menyerupai sangkar tupai (squirrel cage)[14].

Konstruksi dari motor induksi jenis rotor sangkar terdiri dari dua bagian utama,

yaitu stator dan rotor [15].

a. Stator

Stator adalah bagian dari motor yang diam. Stator merupakan suatu kerangka

yang dilaminasi terbuat dari besi tuang. Stator mempunyai bentuk alur yang

tirus (tapered) dengan gigi yang sejajar (parallel sided). Alur pada stator adalah

tempat kumparan utama dan kumparan bantu berada. Dalam rangka stator

terdapat sejumlah slot untuk menempatkan belitan stator.

b. Rotor

Rotor adalah bagian dari motor yang bergerak. Rotor terdiri dari sebuah inti

rotor dengan alur yang dilapisi laminasi pada bagian utamanya.Pada prinsipnya

rotor jenis sangkar tupai dususun dari batang-batang konduktor yang kedua

ujungnya disatukan oleh cincin hubung singkat (end ring). Bahan yang

digunakan sebagai batang-batang konduktor berasal dari tembaga, alumunium,

atau dari campuran logam. Konstruksi dari rotor sangkar tupai terlihat pada

Gambar 2.7. Rotor sangkar tupai (Squirrel cage rotor) [15]

Motor induksi satu fasa rotor sangkar banyak dijumpai pada mesin pompa air,

seperti yang terlihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.8. Motor pompa air [16]

Motor pompa air mengunakan rotor yang tersusun dari batang-batang konduktor.

Motor induksi 1 fasa jenis pompa mempunyai kapasitor yang dihubungkan seri dengan

kumparan bantu yang berfungsi untuk memperbesar torsi awal, sedangkan lilitan bantu

berfungsi untuk menentukan arah putaran rotor dan menimbulkan torsi awal yang

terhubung paralel dengan kumparan utama dan terhubung langsung paralel dengan sumber

listrik, Seperti yang terlihat pada Gambar 2.9 dan Gambar 2.10.

Gambar 2.10. Rangkaian ekivalen motor pompa air [17]

Jika kumparan stator motor induksi dihubungkan ke sumber listrik, maka akan

timbul medan magnet putar pada lilitan stator (hukum Oerstad). Medan magnet stator akan

menginduksi rotor sehingga pada rotor akan timbul medan magnet (terinduksi) yang

mengakibatkan rotor berputar. Bila dilepas dari sumber listrik, maka medan magnet yang

ada dikumparan stator hilang, namun medan magnet di rotor masih ada yang biasa disebut

dengan remanensi.

Motor induksi rotor sangkar juga merupakan motor kapasitor tetap/running

(permanent capacitor motor). Motor ini mempunyai kapasitor yang dihubungkan seri

dengan kumparan bantu, terhubung paralel dengan kumparan utama dan terhubung

langsung paralel dengan sumber listrik. Belitan utama, belitan bantu, dan kapasitor tetap

terhubung pada sirkuit jala-jala saat motor listrik bekerja [17].

Pada motor ini, lilitan utama dan lilitan bantu jumlah lilitannya sama banyak, hanya

diameter kawatnya berbeda. Diameter kawat lilitan utama lebih besar dibandingkan

diameter kawat lilitan bantu. Tipe motor ini kopel awalnya kurang bagus, tetapi kopel

jalannya merata. Kebanyakan pompa air berbagai merek menggunakan jenis motor

running kapasitor dengan kecepatan mendekati 3000 rpm.

2.3

Motor Induksi Satu Fasa Sebagai Generator

Motor induksi memiliki kecepatan putar rotor ( ) selalu lebih kecil dari kecepatan

sinkron ( ), sedangkan kecepatan putar rotor pada generator induksi harus dibuat lebih

besar dari kecepatan sinkron. Generator induksi dapat dioperasikan dengan

menghubungkan motor induksi dengan mesin penggerak mula-mula, misalnya mesin disel.

Slip pada generator induksi harus bernilai negatif, agar generator induksi dapat

Proses pengubahan motor induksi menjadi generator induksi tersebut dipengaruhi

oleh beberapa faktor, diantaranya terdapat penggerak utama, transmisi sabuk, dan pengaruh

kapasitor.

2.3.1

Penggerak Utama

Sebuah generator dapat bekerja apabila rotor yang terdapat pada generator diputar oleh

penggerak utama atau prime mover. Prime mover harus dapat memutar rotor pada saat

generator induksi belum dibebani maupun setelah dibebani, sehingga generator induksi

dapat bekerja dengan baik. Prime mover dibagi dalam dua kelompok yaitu untuk

high-speed generator dan low-high-speed generator. Turbin gas pada PLTG dan uap pada PLTU

adalah penggerak utama berkecepatan tinggi sementara air pada pada sistem PLTH dan

mesin-mesin disel dianggap sebagai penggerak utama berkecepatan rendah [19].

2.3.2

Transmisi Sabuk Dengan Puli

Sabuk adalah elemen mesin yang menghubungkan dua buah puli untuk

mentransmisikan daya. Puli berfungsi sebagai alat bantu dari sabuk dalam memutar poros

penggerak ke poros penggerak lain, dimana sabuk membelit pada puli. Sabuk digunakan

dengan pertimbangan jarak antara poros yang jauh dan biasanya untuk daya yang tidak

terlalu besar [20]. Sistem transmisi Sabuk dengan puli dapat dilihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11.Transmisi sabuk dengan puli [19]

Kecepatan linier sabuk dinyatakan dengan persamaan:

�

=

π .d .n

Dengan V adalah kecepatan linier sabuk (m/s), π adalah konstanta sebesar 3.14, d adalah

diameter puli (cm) dan n adalah kecepatan putar puli (rpm). Perbandingan antar puli

pemutar dan puli yang diputar dinyatakan dengan persamaan:

i =

nr 2

n_{r 1}

=

d2

d1 ………..………..………..….(2.5)

Dengan i adalah perbandingan putaran (rpm), n_r1 adalah putaran puli pemutar (rpm), n_r2

adalah putaran puli yang diputar (rpm), d1 adalah diameter puli pemutar (inchi), dan d2

adalah diameter puli yang diputar (inchi).

Pada transmisi menggunakan sabuk, ada perbedaan gerakan ralatif pada sabuk yang

menghubungkan puli pemutar dengan puli yang diputar dinamakan slip kemuluran. Besar

slip kemuluran dinyatakan dengan persamaan:

Ψ

=

nr 2−nr 1

n_{r 2} x 100%…………...………..………(2.6)

Dengan Ψ adalah slip kemuluran sabuk (%). Jika slip antara puli pemutar dan puli yang

diputar diabaikan, maka kecepatan puli yang diputar sama dengan kecepatan puli pemutar.

Sehingga kecepatan keliling sabuk dapat dinyatakan dalam persamaan:

V =

π.d.nr1

1000 ….………...………..………...(2.7)

2.3.3

Pengaruh Kapasitor

Proses pengubahan motor induksi menjadi generator induksi membutuhkan daya

reaktif atau daya magnetisasi untuk membangkitkan tegangan pada terminal keluaran

generator induksi [1].

Jika generator induksi langsung dihubungkan ke jala-jala maka daya reaktif

disediakan oleh jala-jala. Jika generator induksi bekerja sendiri maka diperlukan penyedia

daya reaktif. Daya reaktif tersebut didapat dari kapasitor yang dipasang pada terminal

generator. Jika kapasitor tidak dapat memenuhi daya reaktif, maka tegangan generator akan

built-up atau tidak dapat menghasilakan tegangan listrik [1]. Besarnya nilai kapasitor

�

=

�

� ………..………...….……….(2.8)

=

1

2�� � ……….……...……….……….…….(2.9)

Dengan � adalah tegangan nominal (Volt), � adalah arus buta yang dihasilkan (Ampere),

� adalah reaktansi yang diperlukan untuk menyediakan arus buta (ohm), adalah besar kapasitor (Farad), dan � adalah frekuensi (Hertz).

2.4

Proses Menjadi Generator Induksi

Motor induksi dapat diubah menjadi generator induksi. Pemikiran ini berdasarkan

konsep generator (pembangkit GGL induksi, hukum faraday) hanya saja kemagnetan yang

ada dalam rotor sangat kecil dibandingkan dengan generator pada umumnya, karena

merupakan magnet sisa (remanensi). Proses terjadinya GGL induksi pada motor pompa air

[image:31.595.73.521.310.575.2]

dapat dijelaskan sesuai pada gambar 2.12.

Gambar 2.12. Ekivalen motor pompa air saat rotor diputar

Saat rotor memiliki magnet sisa (remanensi) dan diputar dengan prime mover, pada

ujung kumparan stator akan timbul GGL induksi (Hukum Faraday) namun masih kecil,

besarnya tergantung dari fluks magnet (Em=4.44 f N �m, N= tetap)[2]. Pada Gambar 2.12

dapat dilihat rangkaian stator terdapat dua lilitan yaitu lilitan utama dan lilitan bantu, jika

rotor diputar dengan prime mover maka lilitan utama dan lilitan bantu akan timbul GGL

induksi yang berbeda fasa dan akan saling mengisi kapasitor (C). Saat kutub magnet sisa

pada rotor berubah polaritasnya (U menjadi S) polaritas GGL induksi berbalik sehingga

akan memperbesar tegangan, akibatnya arus balik, medan magnet dan GGL induksi

Setiap perubahan polaritas akan menaikan tegangan, arus, medan magnet, dan GGL

induksi yang sebelumnya, menjadi 2 kali lipat. Proses ini terus berlangsung sampai

kapasitor penuh saat kapasitor penuh, generator induksi (motor kapasitor run) siap

dibebani.

2.5

Efisiensi Generator Induksi

Efisiensi generator induksi dapat dihitung dengan persamaan:

� = �

�_� � 100% ...(2.10)

Dimana � adalah efisiensi generator (%), � adalah daya output generator induksi

dan �_� adalah daya input generator induksi. Besarnya daya output generator induksi

dihitung dalam persamaan:

� = � �� ...(2.11)

Dimana V adalah tegangan keluaran generator (Volt) dan I adalah arus yang

dihasilkan generator (Ampere). Faktor daya motor induksi dapat dihitung dengan

persamaan [21]:

� �= �

�.�………(2.12)

Dimana � adalah daya keluaran motor induksi, V adalah tegangan terminal (volt)

dan I adalah arus listrik yang diserap oleh motor (ampere). Daya optimal yang dapat dicatu

oleh generator dihitung dengan persamaan [22]:

17

BAB III

RANCANGAN PENELITIAN

3.1

Arsitektur Sistem

Motor Induksi dapat dioperasikan sebagai generator dengan cara memutar rotor

pada kecepatan di atas kecepatan sinkronnya dan mesin bekerja pada slip negatif (s<0).

Prime mover digunakan sebagai penggerak utama generator induksi agar generator

berputar diatas kecepatan sinkron.

Prime mover yang digunakan adalah motor induksi satu fasa, dalam hal ini adalah

mesin pompa air atau motor induksi rotor sangkar. Sistem ini membutuhkan dua buah

motor induksi satu fasa, salah satu motor digunakan sebagai prime mover dan satunya lagi

digunakan sebagai generator induksi. Kedua buah motor dihubungkan dengan sabuk pada

puli-puli antara Prime mover dan generator induksi. Model perancangan secara umum

[image:33.595.75.523.312.636.2]

sistem ini ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Model perancangan

Prime mover dihubungkan dengan tegangan PLN 220 Volt sehingga motor Prime

mover dapat memutar generator yang terhubung oleh sabuk pada puli-puli motor. Puli-puli

pada prime mover dan generator dirancang berbeda ukuran agar mendapatkan

3.2

Perancangan Mekanik Generator Induksi

Dudukkan sistem generator induksi menggunakan kayu, sedangkan kerangka

menggunakan besi. Besi dipilih agar kuat dalam menahan getaran yang dihasilkan sistem

generator.

Kerangka sistem generator induksi dibuat berbentuk kotak dengan panjang 60 cm,

[image:34.595.76.524.178.636.2]

lebar 40 cm dan tinggi 30 cm. Perancangan mekanik sistem generator ditunjukkan pada

Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Kerangka sistem generator induksi

Keterangan Gambar 3.2:

a. Penggerak utama

b. Generator induksi

c. Puli penggerak utama

d. Sabuk penghubung

e. Puli generator induksi

Gambar 3.3 menunjukan perancangan beban generator. Perancangan kerangka

beban generator mengunakan acrylic dengan panjang 60 cm, lebar 40 cm, dan tinggi 10

[image:35.595.68.524.71.475.2]

Gambar 3.3. Beban generator induksi

Keterangan Gambar 3.3:

a. Stop kontak kapasitor

b. Saklar

c. Lampu pijar

3.3

Rancangan Sistem Motor Induksi Menjadi Generator Induksi

Perancangan pembuatan dan pemasangan instalasi sistem pemanfaatan motor

induksi satu fasa sebagai generator melalui beberapa tahap. Tahap-tahap perancangan

pembuatan dan pemasangan meliputi menghitung kecepatan putar motor induksi

mula-mula, merancang puli generator induksi dan menghitung slip generator induksi.

3.3.1

Menghitung Kecepatan Putar Motor Induksi

Perhitungan kecepatan putar motor induksi dilakukan untuk memperoleh nilai

kecepatan sinkron, kecepatan rotor, dan slip yang akan dibandingkan dengan kecepatan

putar generator.

Berdasarkan persamaan 2.1, perhitungan kecepatan sinkron ( ) motor induksi

sebagai berikut:

Diketahui: f = 50Hz

sehingga:

= 120x50

2 = 3000 rpm

Dengan f adalah frekuensi PLN yang ditetapkan di Indonesia dan p adalah jumlah kutub

pada motor pompa air. Nilai kecepatan rotor ( ) diperoleh dari name plate sebesar 2900

rpm. Berdasarkan persamaan 2.2, untuk memperoleh nilai slip (s) dilakukan dengan

perhitungan:

= 3000−2900 3000 = 0,03333

Slip dapat pula dinyatakan dalam persen (%). Sehingga diperoleh berdasarkan persamaan

2.3, adalah:

=

3000−2900

3000 x 100%

=

3,333%

3.3.2

Perancangan Puli Generator Induksi

Pengoperasian motor induksi sebagai generator membutuhkan daya mekanis

sebagai penggerak utama. Penggerak utama akan memutar rotor melebihi kecepatan

sinkron. Dengan kata lain, pada generator induksi slip harus selalu bernilai negatif.

Berdasarkan nameplate motor induksi 1 fasa yang digunakan diketahui kecepatan

rotor motor pompa air sebagai prime mover (nr1) yaitu sebasar 2900 rpm.

Berdasarkan persamaan 2.5, jika diinginkan kecepatan rotor pada generator (nr2)

sebesar 4350 rpm dari kecepatan motor 2900 rpm, maka diperoleh perbandingan puli

pemutar dan puli yang diputar sebesar:

i =

4350

2900

=

3 2

Dari perbandingan antara puli pemutar dan puli yang diputar, didapat besar puli pemutar 3

Nilai kecepatan rotor generator ditentukan harus lebih besar dari kecepatan

mula-mula motor yang digunakan sebagai generator, sehingga generator bekerja pada slip

negatif.

3.3.3

Slip Generator Induksi

Kecepatan putar rotor generator induksi yang diinginkan sebesar 4350 rpm yang

berarti lebih cepat dari kecepatan mula-mula motor yang dimanfaatkan sebagai generator

induksi.

Pada generator induksi harus dibuat lebih besar dari , sehingga mesin bekerja

pada slip negatif (s<0). Sehingga generator induksi akan mengeluarkan tegangan pada

kedua ujung lilitan kumparan stator. Berdasarkan persamaan 2.3, slip generator induksi

adalah:

S = 3000−4350

3000 x100%

S =(−1350)

3000 x100%

S = (−45%)

3.4

Efisiensi Generator Induksi

Berdasarkan nameplate motor induksi yang digunakan sebagai generator, dapat

dilihat besar daya keluaran motor adalah 125 watt, arus yang diserap sebear 1,5 A dan

tegangan pencatu 220 volt. Sehingga dapat dihitung besar daya masukan sistem generator

induksi sebagai berikut:

�� = 220 1,5

= 330 ��

Berdasarkan persamaan 2.12 dapat dihitung faktor daya motor induksi:

� �= 125

220 1,5= 0,38

Daya optimal yang dapat dicatu oleh generator induksi berdasarkan persamaan 2.13

adalah:

� = 0,38 125

= 47,5 �

Dengan menggunakan besaran daya keluaran optimal generator, maka dapat dihitung

efisiensi generator induksi berdasarkan persamaan 2.10.

� =47,5

330 100%

23

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1

Bentuk Fisik Alat

Hasil akhir dari sistem pemanfaatan motor induksi satu fasa sebagai generator

ditunjukkan pada Gambar 4.1. Gambar 4.1 (a) menunjukkan posisi alat terlihat dari depan,

Gambar 4.1 (b) menunjukkan posisi alat terlihat dari belakang, Gambar 4.1 (c)

menunjukkan posisi alat terlihat dari atas, dan Gambar 4.1 (d) menunjukkan posisi alat

terlihat dari samping

(a) Tampak depan (c) Tampak atas

[image:39.595.80.527.228.687.2]

(b) Tampak belakang (d) Tampak samping

Gambar 4.1. Bentuk fisik alat

d

e

a

b

f

g

Keterangan Gambar 4.1:

a. Puli penggerak utama

b. Puli generator induksi

c. Sabuk

d. Generator induksi

e. Penggerak utama

f. MCB 1

g. MCB 2

Sistem keamanan pada generator induksi menggunakan 2 buah MCB seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 4.1 (b). MCB 1 dihubungkan dengan instalasi beban yang

bertujuan untuk mencegah kerusakan beban. Jika terjadi lonjakan arus pada beban

generator akibat adanya hubung singkat, maka MCB akan secara otomatis memutuskan

aliran arus listrik yang dihasilkan generator. Sedangkan MCB ke 2 digunakan sebagai

sistem keamanan pada motor induksi atau penggerak utama.

Pembebanan sistem pemanfaatan motor induksi satu fasa dibuat terpisah dari

generator induksi agar lampu pijar yang digunakan sebagai beban tidak rusak oleh getaran

[image:40.595.86.517.403.733.2]

yang dihasilkan sistem generator induksi. Beban generator induksi ditunjukkan pada

Gambar 4.2.

Variasi beban yang digunakan untuk pembebanan generator induksi adalah lampu

pijar 5 watt, 10 watt, 15 watt, 40, watt, 60 watt dan 100 watt. Bentuk fisik sistem generator

[image:41.595.70.522.143.484.2]

induksi secara keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3. Sistem generator induksi dengan beban

4.2

Pengujian Generator Induksi

Proses pengujian dilakukan dengan 4 jenis pengujian yaitu pengujian kecepatan

mula-mula motor induksi, pengujian dengan perbandingan puli-puli, pengujian tanpa

beban dan pengujian menggunakan beban.

4.2.1

Pengujian Kecepatan Mula-Mula Motor Induksi

Pengujian kecepatan mula-mula motor induksi dilakukan dengan cara mengukur

kecepatan rotor motor induksi sebagai penggerak utama dan rotor motor induksi yang

digunakan sebagai generator dengan tachometer. Pada pengujian ini didapat kecepatan

rotor motor induksi sama dengan kecepatan rotor generator induksi yaitu 2982 rpm dan

frekuensi PLN terukur sebesar 50 Hz.

Proses pengujian ini bertujuan untuk mengetahui slip mula-mula generator induksi.

= 120 x 50

2 = 3000 rpm

=

3000−2982

3000 x 100%

= 0,6 %

Slip mula-mula motor induksi adalah 0,6%, hal tersebut membuktikan bahwa motor

induksi yang digunakan sebagai sitem generator induksi tidak berputar pada kecepatan

sinkron. Motor induksi berputar pada kecepatan sinkron pada saat kecepatan rotor sama

dengan kecepatan medan putar yang dihasilkan stator atau motor dalam keadaan diam,

sehingga slip motor sebesar 0%.

Pada pengukuran kecepatan mula-mula motor induksi yang akan digunakan sebagai

generator terukur kecepatan rotor 2982 rpm, sedangkan pada nameplate motor tercatat

kecepatan putar rotor 2900 rpm. Dari pengukuran tersebut, dapat dihitung besarnya

persentase error yang terjadi.

Perhitungan persentase error kecepatan generator induksi:

Error = � � − � �

� � x 100%

= 2982−2900

2900 100%

= 2,83%

Persentase error yang terjadi pada kecepatan motor sebesar 2,83 % akan

berpengaruh terhadap kecepatan motor saat digunakan sebagai penggerak utama dan saat

digunakan sebagai generator.

4.2.2

Pengujian Perbandingan Puli-Puli

Pengujian dengan perbandingan puli dilakukan dengan 3 perbandingan

puli, yaitu perbandinga puli 2:3, perbandingan puli 2:2 dan perbandingan

puli-puli 3:2. Kapasitor 6μF digunakan sebagai penyedia daya reaktif generator induksi dalam

pengujian ini. Data hasil pengujian dengan perbandingan puli-puli ditunjukkan pada Tabel

Tabel 4.1. Hasil pengujian dengan perbandingan puli-puli

NO

Perbandingan puli-puli

Kapasitor

(μF) Putaran Motor (Rpm)

Putaran Generator

(Rpm)

Tegangan (Volt)

Frekuensi (Hertz)

1 2:03 6 2967 1794 0 30 2 2:02 6 2945 2856 0 47.72 3 3:02 6 2804 3857 185 63.70

Berdasarkan Tabel 4.1, Pada pengujian dengan perbandingan puli-puli 2:3

dilakukan untuk mendapatkan kecepatan putar generator dibawah kecepatan sinkron.

Proses pengujian perbandingan puli-puli 2:3 dengan cara memasangkan puli sebesar 2 inch

pada poros rotor penggerak utama dan memasangkan puli sebesar 3 inch pada poros rotor

generator induksi.

Kecepatan motor terukur 2967 rpm, kecepatan rotor generator terukur 1794 rpm,

dan frekuensi generator terukur 30 Hz. Besarnya slip pada generator induksi pada

pengujian dengan perbandingan puli-puli 2:3 adalah:

= 120 x 30

2 = 1800 rpm

S = 1800−1794

1800 x100%

S = 0,33%

Pada pengujian perbandingan puli-puli 2:3 terhitung slip generator induksi sebesar

0,33%. Slip yang didapat dalam harga positif, sehingga generator induksi tidak

mengeluarkan tegangan.

Pengujian dengan perbandingan puli-puli 2:2 dilakukan untuk mendapatkan

kecepatan putar generator sama dengan kecepatan putar motor. Proses pengujian

perbandingan puli-puli 2:2 dengan cara memasangkan puli sebesar 2 inch pada poros rotor

penggerak utama dan memasangkan puli sebesar 2 inch pada poros rotor generator induksi.

Pada percobaan ini generator induksi tidak mengeluarkan tegangan. Hal tersebut

dikarenakan generator bekerja diatas kecepatan sinkron.

Kecepatan motor terukur 2945 rpm, sedangkan kecepatan generator adalah 2856

rpm, dan frekuensi generator terukur 47,72 Hz seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.1.

=120 x 47,72

2 = 2863,2 rpm

S = 2863,2 −2856

2863,2 x100%

S = 0,25%

Pada pengujian perbandingan 2:2 generator induksi tidak mengeluarkan tegangan

karena kecepatan rotor generator induksi tidak melebihi kecepatan medan putar generator

yaitu sebesar 2863,2 rpm dan slip yang dihasilkan bernilai positif yaitu sebesar 0,25%.

Generator induksi akan mengeluarkan tegangan apabila generator induksi bekerja pada slip

negatif (S<0).

Pengujian dengan perbandingan puli-puli 3:2 dilakukan untuk mendapatkan

kecepatan putar generator diatas kecepatan sinkron. Proses pengujian perbandingan

puli-puli 3:2 dengan cara memasangkan puli-puli sebesar 3 inch pada poros rotor penggerak utama

dan memasangkan puli sebesar 2 inch pada poros rotor generator induksi.

Pada pengujian menggunakan perbandingan puli-puli 3:2, didapat kecepatan putar

motor 2804 rpm, kecepatan generator 3857 rpm dan slip 63,70 Hz seperti yang ditunjukkan

pada Tabel 4.1. Besar slip generator induksi dapat pada pengujian perbandingan 3:2

adalah:

= 120 x 63,7

2 = 3822 rpm

S = 3822−3857

3822 x100%

S = (−0,92%)

Kecepatan rotor generator pada pengujian ini lebih besar dari kecepatan medan

putar magnet yang dihasilkan motor induksi yaitu terhitung sebesar 3822 rpm. Motor

induksi yang diputar melebihi kecepatan medan putar stator menghasilkan slip generator

dalam harga negatif yaitu sebesar (-0,92%). Slip motor induksi yang bernilai negatif

mengakibatkan generator induksi dapat menghasilkan tegangan.

4.2.3

Pengujian Tanpa Beban

Pengujian tanpa beban dilakukan dengan cara mengukur tegangan keluaran yang

Kapasitor yang digunakan adalah 4μF, 6μF, dan 8μF. Penggunaan variasi kapasitor dilakukan untuk melihat perubahan kecepatan putaran, tegangan, dan frekuensi yang

dihasilkan generator induksi pada setiap kenaikan kapasitor. Data hasil pengujian generator

induksi tanpa beban secara lengkap dapat dilihat pada tabel lampiran L2-L4. Tabel 4.2

[image:45.595.75.521.199.627.2]

menunjukkan hasil rata-rata pengujian tanpa beban.

Tabel 4.2. Hasil pengujian tanpa beban

No Kapasitor (mikroFarad) Putaran Motor (Rpm) Putaran Generator (Rpm) Tegangan (Volt) Frekuensi (Hertz)

1 4 2891 4355.6 173.19 72.23 2 6 2803.1 3854.1 185.15 63.66 3 8 2740.9 3476.6 166.5 56.54

Berdasarkan Tabel 4.2, dapat dibuat grafik pengaruh kapasitor terhadap kecepatan

putar motor dan kecepatan putar generator seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4. Pengaruh kapasitor terhadap kecepatan motor dan generator

Berdasarkan Gambar 4.4, dapat dilihat bahwa semakin kecil kapasitor yang

digunakan, semakin cepat putaran rotor generator induksi dan sebaliknya, jika kapasitor

yang digunakan semakin besar, maka kecepatan putar rotor generator semakin melambat.

Hal tersebut dikarenakan frekuensi yang dihasilkan generator induksi tergantung pada nilai

kapasitor yang digunakan sebagai penyedia daya reaktif seperti yang telah dikemukakan

2500 2700 2900 3100 3300 3500 3700 3900 4100 4300 4500

2 4 6 8 10

K e ce p atan p u tar m o to r d an gen e rato r Kapasitor (mikroFarad)

Putaran Motor (Rpm)

oleh Chairul Gagarin Irianto dalam studi penggunaan motor induksi sebagai generator

yang menyatakan bahwa[1]:

c = 1

2πfxc

f = 1

2πcxc

Berdasarkan persamaan tersebut, jika semakin besar nilai kapasitor yang digunakan

sebagai penyedia daya reaktif pada generator, maka frekuensi yang dihasilkan semakin

kecil. sebaliknya, jika semakin kecil kapasitor yang digunakan, maka frekuensi yang

[image:46.595.73.526.258.671.2]

dihasilkan generator semakin besar. Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5. Grafik perubahan tegangan dan frekuensi terhadap kecepatan generator

Frekuensi yang dihasilkan generator induksi berpengaruh terhadap kecepatan putar

rotor generator induksi, karena:

n =120f p

Berdasarkan persamaan tersebut, jika frekuensi yang dihasilkan generator semakin

besar, maka kecepatan putar generator semakin cepat, seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 4.4.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

2 4 6 8 10

Tegan

g

an

d

an

fr

e

ku

e

n

si

Kapasitor (mikroFarad)

Tegangan (Volt)

Berdasarkan Gambar 4.5, tegangan keluaran yang dihasilkan generator induksi

pada pengujian menggunakan kapasitor 4μF dan 8μF lebih kecil dibandingkan dengan

tegangan keluaran pada pengujian menggunakan kapasitor 6μF. Pada pengujian

menggunakan kapasitor 4μF, tegangan yang dihasilkan sebesar 173,19 volt pada frekuensi

72,23 volt. Frekuensi yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan pengujian menggunakan kapasitor 6μF dan 8μF, namun arus buta yang dihasilkan sangat kecil sehingga tegangan keluaran generator kecil. Pada kapasitor 8 μF, arus buta yang dapat

dihasilkan besar, namun frekuensi generator induksi kecil yang menyebabkan tegangan

keluaran generator kecil.

Tegangan keluaran yang dihasilkan generator tergantung pada nilai kapasitor yang

mempengaruhi besar frekuensi (E=4.44 f N �m, N= tetap)[2] dan arus buta (remanensi)

yang dihasilkan generator ( = . )[1]. Jika semakin besar kapasitor yang digunakan,

maka arus buta yang dihasilkan semakin besar, namun frekuensi yang dihasilkan semakin

kecil. Tegangan maksimum yang dihasilkan generator pada pengujian dengan variasi

kapasitor adalah 185,15 volt pada penggunaan kapasitor 6μF.

4.2.4

Pengujian Dengan Beban

Pengujian menggunakan beban dilakukan dengan cara memberikan variasi beban

yang berbeda pada tegangan keluaran generator induksi dengan menggunakan kapasitor

yang berbeda. Penggunaan variasi kapasitor dilakukan untuk melihat besar beban

maksimal yang dapat dicatu oleh tiap-tiap kapasitor. Hasil pengujian dapat dilihat secara

lengkap pada tabel pengujian yang tertera pada lampiran L5-L47.

Tabel 4.3. Hasil pengujian dengan kapasitor 4μF

No

Beban Generator

(Watt)

Putaran Motor (Rpm)

Putaran Generator

(Rpm)

Tegangan (Volt)

Arus (miliAmpere)

Frekuensi (Hertz)

1 0 2889.8 4359.5 174.118 0 72.21 2 10 2886.5 4337.2 155.88 54.69 71.42 3 20 2884.8 4341.8 136.13 99.19 71.26 4 30 2887.6 4358.6 119.27 133.46 71.35 5 40 2890.7 4374.1 108.21 146.39 71.34 6 50 2893.8 4381.5 107.53 146.85 71.34 7 60 2894 4396.6 102.56 152.47 71.57

Berdasarkan Tabel 4.3, pada pengujian dengan menggunakan kapasior 4μF dapat

dilihat besar tegangan minimum yang dapat dihasilkan generator adalah 102,56 volt pada

beban 60 watt dan besar tegangan maksimum yang dapat dihasilkan generator adalah

173,19 volt pada beban 0 watt. Grafik perubahan tegangan, arus, dan frekuensi terhadap

[image:48.595.71.523.159.505.2]

beban ditunjukkan pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6. Grafik perubahan tegangan, arus, dan frekuensi terhadap beban pada kapasitor 4μF

Pada pengujian menggunakan kapasitor 4μF, saat beban yang diberikan sebesar 70

watt, generator tidak mengeluarkan tegangan. Hal tersebut dikarenakan daya yang

dihasilkan generator tidak dapat mencatu beban lebih dari 60 watt (overload). Semakin

besar beban yang diberikan, tegangan keluaran generator semakin kecil karena pada sistem

ini tidak terdapat alat pengatur tegangan. Pada generator, biasanya terdapat AVR

(Automatic Voltage Regulator) yang berfungsi untuk menstabilkan tegangan dan mencegah

terjadinya jatuh tegangan pada generator.

Besar tegangan jatuh yang terjadi pada pengujian generator mengunakan kapasitor

4μF dapat dihitung sebagai berikut:

��� � ℎ= �� � − �� �

�� � 100%

��� � ℎ =174,118−102,56

174,118 100%

= 41,09 %

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Pada pengujian menggunakan kapasitor 4μF, semakin besar beban yang diberikan,

arus yang dibutuhkan untuk mencatu beban generator semakin besar seperti yang

ditunjukan pada Gambar 4.6. Arus maksimal yang dapat dicatu pada pengujian

menggunakan kapsitor 4μF sebesar 152,47mA pada beban 60 watt. Frekuensi yang

dihasilkan generator relatif stabil karena kecepatan generator yang relatif stabil.

Pada pengujian menggunakan kapasitor 6μF, besar tegangan minimum yang dapat

dihasilkan generator adalah 64,55 volt pada beban 170 watt dan besar tegangan maksimum

yang dapat dihasilkan generator adalah 190,41 volt pada beban 0 watt. Data hasil

pengujian dengan menggunakan kapasitor 6μF ditunjukkan pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4. Hasil pengujian dengan kapasitor 6μF

No Beban Generator (Watt) Putaran Motor (Rpm) Putaran Generator (Rpm) Tegangan (Volt) Arus (milliAmpere) Frekuensi (Hertz)

1 0 2823.3 3896.5 190.41 0 63.708

2 10 2800.5 3841.4 171.5 57.8 62.5

3 20 2790.7 3790.9 156.97 104.3 62.34

4 30 2790.6 3782.2 152.61 162.21 61.37

5 40 2791.8 3790.6 150.73 185.28 61.64

6 50 2792 3788.2 140.59 190.25 61.51

7 60 2795.3 3805.8 131.7 223.81 61.5

8 70 2800.2 3795 128.29 270.56 61.5

9 80 2798.6 3832.1 117.59 276.2 61.66

10 90 2805.6 3828.7 113.65 309.31 61.63

11 100 2807.3 3842.4 108.28 314.34 62.42

12 110 2810.8 2872.2 104.23 327.2 62.36

13 120 2821.2 3940.9 91.24 345.47 62.3

14 130 2845.9 4005.9 85.57 390.38 63.426

15 140 2845 3946.8 83.47 391.46 93.429

16 150 2845.5 4065.5 80.58 391.38 64.082

17 160 2864.5 4145.3 70.59 394.41 64.157

18 170 2874.8 4284.1 64.55 401.55 64.149

19 180 2936 4592 0 0 0

Berdasarkan Tabel 4.4, dapat dibuat grafik perubahan tegangan dan arus terhadap

kenaikkan beban yang diberikan pada generator induksi seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 4.7. Grafik perubahan tegangan, arus, dan frekuensi terhadap beban pada kapasitor 6μF

Pada pengujian menggunakan kapasitor 6μF, tegangan dan arus yang dihasilkan

berubah sesuai dengan kenaikkan beban. Semakin besar kenaikkan beban yang diberikan

pada generator induksi mengakibatkan tegangan keluaran semakin kecil dan arus yang

dihasilkan semakin besar hingga 401.55mA pada tegangan maksimal. Hal tersebut

dikarenakan besarnya beban membutuhkan arus yang besar.

Daya yang dihasilkan generator induksi tidak dapat mencatu beban secara optimal,

sehingga terjadi jatuh tegangan pada tegangan keluaran generator. Beban maksimal yang

dapat dicatu oleh generator induksi adalah 170 watt pada tegangan 64,55 volt. Berikut

adalah perhitungan besar tegangan jatuh yang terjadi:

��� � ℎ= 190,41−65,55

190,41 100%

= 65,57 %

Frekuensi yang dihasilkan generator induksi cenderung stabil pada setiap

kenaikkan beban karena kecepatan generator induksi stabil.

Pada pengujian menggunakan kapasitor 8μF, besar tegangan minimum yang

dihasilkan generator adalah 71.032 volt pada beban 180 watt dan besar tegangan

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Teg

anga

n

, ar

u

s d

an

fr

eku

en

si

Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus (milliAmpere)

maksimum yang dapat dihasilkan generator adalah 166,36 volt pada beban 0 watt. Data

hasil pengujian dengan menggunakan kapasitor 8μF ditunjukkan pada Tabel 4.5.

Tabel 4.5. Hasil pengujian dengan kapasitor 8μF

No

Beban Generator

(Watt)

Putaran Motor (Rpm)

Putaran Generator

(Rpm)

Tegangan (Volt)

Arus (miliAmpere)

Frekuensi (Hertz)

1 0 2755.4 3472.9 166.36 0 56.813 2 10 2742.9 3432.6 155.26 51.82 55.66 3 20 2752.4 3397.6 144.48 100.35 55.4 4 30 2742 3392.7 136.22 145.33 55.2 5 40 2743.7 3396.2 139.24 167.27 55.04 6 50 2756.6 3382.4 130.17 188.2 54.91 7 60 2744.3 3401.6 130.78 219.58 55 8 70 2718.3 3425.3 128.46 259.13 55.34 9 80 2726.4 3425.8 118.64 281.62 55.26 10 90 2726.6 3435.3 114.29 294.48 55.14 11 100 2707.7 3443 115.32 314.31 55.1 12 110 2704 3462.7 108.5 330.05 55.16 13 120 2718 3485.9 101.46 362.92 55.37 14 130 2760.3 3497.9 90.98 380.27 55.314 15 140 2773.9 3883.2 90.865 370.02 55.09 16 150 2782.3 3526.6 85.41 395.08 55.472 17 160 2783.2 3544.4 82.59 416.36 55.621 18 170 2800.6 3605.3 77.24 423.07 56.329 19 180 2795.4 3677.8 71.032 438.32 57.139 20 190 2931 4587 0 0 0

Berdasarkan Tabel 4.5, dapat dibuat grafik pengaruh tegangan, arus, dan frekuensi

terhadap kenaikkan beban yang diberikan pada generator induksi seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 4.8. Pada pengujian menggunakan kapasitor 8μF, tegangan dan arus yang

dihasilkan generator induksi berubah-ubah tergantung besarnya beban yang diberikan.

Besar tegangan jatuh pada pengujian menggunakan kapasitor 8μF adalah:

��� � ℎ= 166,36−71,032

166,36 100%

Frekuensi yang dihasilkan generator induksi cenderung stabil pada setiap

kenaikkan beban karena kecepatan generator induksi stabil seperti yang ditunjukan pada

Gambar 4.8.

Gambar 4.8. Grafik perubahan tegangan, arus, dan frekuensi terhadap beban pada kapasitor 8μF

4.3

Unjuk Kerja Generator Induksi

Untuk mengetahui unjuk kerja sistem pemanfaatan motor induksi satu fasa sebagai

generator dengan cara membandingkan daya keluaran yang dihasilkan generator induksi

dengan daya masukan, serta mencari daya optimal yang dapat dicatu oleh generator.

4.3.1

Daya Keluaran Optimal dan Factor Daya Generator Induksi

Pada pengujian berbeban dengan variasi kapasior 4μF, 6μF, dan 8μF, jika semakin

besar beban yang diberikan pada generator, maka lampu pijar beban akan semakin redup.

Hal tersebut dikarenakan generator tidak dapat mencatu beban dengan optimal, sehingga

terjadi jatuh tegangan pada generator. Berdasarkan datasheet motor induksi, daya keluaran

motor yang digunakan sebagai generator sebesar 125 watt. Motor induksi yang digunakan

beroperasi pada tegangan 220 volt dan arus sebesar 1,5A. Sehingga, Berdasarkan

persamaan 2.12 dan 2.13, dapat dihitung besar faktor daya dan daya optimal yang dapat

dicatu oleh generator sebagai berikut:

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Tegan

g

an

, ar

u

s d

an

fr

e

ku

e

n

si

Beban (Watt)

Tegangan (Volt)

Arus (miliAmpere)

Faktor daya motor induksi:

� � = 125

220 1,5= 0,38

�= 67,670

Daya optimal yang dapat dicatu oleh generator induksi:

� = 0,38 125

= 47,5

Jika beban yang diberikan pada generator melebihi 47,5 watt, maka generator tidak

dapat mencatu daya pada beban sepenuhnya sehingga lampu pijar beban menjadi redup.

4.3.2

Regulasi Tegangan dan Penyedia Daya Reaktif.

Berdasarkan pengujian menggunakan variasi kapasitor dapat dibuat tabel tegangan

keluaran pada tiap-tiap kapasitor seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.6.

Tabel 4.6. Tegangan keluaran pada masing-masing kapasitor

No _(Watt) Daya V 4μF _(Volt) V 6μF _(Volt) V 8μF _(Volt)

1 0 174.118 190.41 166.36

2 10 155.88 171.5 155.26

3 20 136.13 156.97 144.48

4 30 119.27 152.61 136.22

5 40 108.21 150.73 139.24

6 50 107.53 140.59 130.17

7 60 102.56 131.7 130.78

8 70 0 128.29 128.46

9 80 0 117.59 118.64

10 90 0 113.65 114.29

11 100 0 108.28 115.32

12 110 0 104.23 108.5

13 120 0 91.24 101.46

14 130 0 85.57 90.98

15 140 0 83.47 90.865

16 150 0 80.58 85.41

17 160 0 70.59 82.59

18 170 0 64.55 77.24

19 180 0 0 71.032

Pada proses pembebanan, besar beban yang dapat dicatu oleh generator dengan

optimal adalah 40 watt. Hal ini dikarenakan daya maksimal yang dapat dicatu secara

optimal oleh generator adalah sebesar 47,5 watt.

Berdasarkan Tabel 4.6, beban optimal yang dapat dicatu oleh generator adalah 40

watt dengan tegangan optimal 108,2 volt pada kapasitor 4μF, 150,75 volt pada penggunaan

kapasitor 6μF, dan 139.24 volt pada penggunaan kapsitor 8μF. Berdasarkan tegangan

optimal yang dapat dicatu oleh generator pada beban, dapat dihitung besar regulasi

tegangan yang terjadi terhadap tegangan yang dihasilkan PLN. Berikut adalah persamaan

untuk menghitung regulasi tegangan sistem generator terhadap tegangan yang dihasilkan

PLN:

��� �� � = ���− �� �

��� 100%

Berdasarkan persamaan diatas, didapat besar regulasi tegangan yang dihasilkan

generator pada setiap kapasitor seperti yang ditunjukan pada Tabel 4.7.

Tabel 4.7. Regulasi tegangan

No

Kapasitor

(μF) Tegangan PLN (Volt)

Tegangan optimal generator

(Volt)

Regulasi tegangan

(%)

1 4 220 108.21 50.81 2 6 220 150.73 31.48 3 6 220 139.24 36.70

Pemelihan kapasitor sebagai penyedia daya reaktif pada sistem pemanfaatan motor

induksi satu fasa sebagai generator dilihat dari regulasi tegangan yang terjadi terhadap

tegangan PLN dan besar tegangan maksimal yang dapat dihasilkan.

Berdasarkan hasil perhitungan regulasi tegangan pada Tabel 4.7, dapat dilihat

bahwa regulasi tegangan pada penggunaan kapasitor 6μF lebih kecil bila dibandingkan

dengan regulasi tegangan pada kapasitor 4μF dan 8μF.

Tegangan maksimal yang dihasilkan oleh generator terjadi pada penggunaan

kapsitor 6μF yaitu sebesar 190.41 volt. Besar tegangan yang dapat dihasilkan tiap kapasitor

akan mempengaruhi besar beban yang dapat dicatu oleh generator. Hal ini merupakan

Berdasarkan Tabel 4.6, dapat dibuat kurva karakteristik tegangan yang dihasilkan

[image:55.595.71.525.109.552.2]

terhadap daya yang dapat dicatu oleh generator seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.9.

Gambar 4.9. Karakteristik daya dan tegangan pada masing-masing kapasitor

Berdasarkan tegangan maksimal yang dihasilkan oleh generator serta hasil

perhitungan regulasi tegangan dapat disimpulkan bahwa kapasitor 6μF lebih efektif

digunakan sebagai penyedia daya reaktif pada sistem pemanfaatan motor induksi 1 fasa

sebagai generator dibandingkan dengan kapsitor 4μF dan 8μF.

4.3.3

Efisiensi Sistem Generator Induksi.

Berdasarkan hasil pengukuran, motor induksi yang digunakan sebagai generator

beroperasi pada tegangan pencatu 214,4 volt dan arus yang diserap sebesar 1,4 ampere.

Sehingga dapat dihitung besar daya masukan sistem generator induksi sebagai berikut:

� = 214,4 1,4

= 300,16

Besar tegangan keluaran pada generator saat beban penuh terukur 64,55 volt dan

arus terukur 401,55 mA. Sehingga dapat dihitung besar daya keluaran pada generator

induksi sebagai berikut:

� = 64,55 401,55 mA

= 25,92

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Tegan

g

an

k

e

lu

ar

an

(Vo

lt)

Daya (Watt)

V 4μF (Volt)

V 6μF (Volt)

Efisiensi generator induksi adalah:

� = 25,92

300,16 100%

= 8,64 %

Pada generator induksi, semakin besar efisiensi generator terhadap tegangan

masukan, semakin baik kinerja dari sitem generator. Pada sistem pemanfaata motor induksi

satu fasa sebagai generator ini, didapat efisiensi sistem berdasarkan perhitungan sebesar

8,64% yang menandakan efisiensinya sangat kecil. Hal tersebut membuktikan bahwa

41

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan

Dari hasil percobaan dan pengujian sistem pemanfaatan motor induksi 1 fasa

sebagai generator dapat disimpulkan bahwa:

1. Motor induksi dapat bekerja sebagai generator pada slip negatif yaitu pada

penggunaan puli 3 inch yang terdapat pada penggerak utama dan puli 2 inch

pada motor generator.

2. Sistem motor induksi sebagai generator dapat mencatu daya optimal sebesar

47,5 watt.

3. Sistem pemanfaatan motor induksi 1 fasa sebagai generator dapat bekerja

maksimal pada penggunaan kapasitor 6 μF.

4. Terjadi drop tegangan pada saat pembebanan. Semakin besar beban yang

digunakan, semakin besar pula drop tegangan yang terjadi karena tegangan

keluaran generator tidak dapat mencatu beban dengan maksimal.

5.2

Saran

Saran untuk pengembangan sistem pemanfaatan motor induksi 1 fasa sebagai

generator adalah sebagai berikut:

1. Motor induksi 1 fasa diganti dengan motor induksi yang berkapasitas besar.

Misalnya motor induksi 3 fasa.

2. Tegangan, arus, dan frekuensi yang dihasilkan sistem pemanfaatan motor

induksi dibuat stabil.

3. Penambahan alat ukur otomatis yang terhubung pada sistem untuk

mempermudah pengukuran tegangan, arus, frekuensi