• Tidak ada hasil yang ditemukan

Pengaruh Eksitasi Satu Phasa Terbuka Terhadap Tegangan Yang Dihasilkan Generator Induksi

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Membagikan "Pengaruh Eksitasi Satu Phasa Terbuka Terhadap Tegangan Yang Dihasilkan Generator Induksi"

Copied!
20
0
0

Teks penuh

(1)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

Mesin induksi ialah mesin yang bekerja berdasarkan perbedaan kecepatan

putar antara stator dan rotor. Apabila kecepatan putar stator sama dengan

kecepatan putar rotor ( ) maka tidak ada tegangan yang terinduksi baik ke

stator maupun ke rotor. Apabila kecepatan putar stator lebih besar daripada

kecepatan rotor ( ) maka tegangan akan terinduksi ke rotor sehingga mesin

induksi beroperasi sebagai motor listrik. Apabila kecepatan putar rotor lebih besar

daripada kecepatan putar rotor ( ) maka tegangan akan terinduksi ke stator

sehingga mesin induksi akan beroperasi sebagai generator listrik. Perbedaan

kecepatan putar antara stator dan rotor dinamakan slip (S). Slip dinyatakan

dengan:

S= ( (2.1)

2.2 Konstruksi Generator Induksi

Secara umum konstruksi mesin induksi baik generator maupun motor

sama. Generator induksi terdiri dari tiga bagian utama yaitu stator, rotor dan celah

udara. Konstruksi dari mesin induksi diperlihatkan secara jelas pada gambar 2.1

dibawah ini baik itu dalam konstruksi sebenarnya maupun konstruksi

(2)

Gambar 2.1 Konstruksi mesin induksi

2.2.1 Stator

Gambar 2.2 konstruksi stator generator induksi

Stator adalah bagian terluar dari mesin yang merupakan gulungan kawat

yang disusun sedemikian rupa dan ditempatkan pada alur-alur inti besi. Bagian

stator dipisahkan dengan bagian rotor oleh celah udara yang sempit (air

gap). Bagian stator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang memiliki alur yang

menjadi tempat belitan dililitkan yang berbentuk silinder. Alur pada

tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas, tiap elemen laminasi inti

dibentuk dari lembaran besi. Tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa

(3)

yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapisi dengan isolasi tipis.

Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silinder.

Konstruksi stator terdiri dari beberapa bagian yaitu:

1. Rumah stator (rangka stator)

2. Inti stator

3. Alur, dimana alur ini merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan

stator).

4. Belitan (kumparan) stator.

Rangka stator mesin induksi ini didesain dengan baik dengan empat tujuan

yaitu:

1. Menutupi inti dan kumparannya.

2. Melindungi bagian-bagian mesin yang bergerak dari kontak langsung

dengan manusia dan dari goresan yang disebabkan oleh gangguan objek

atau gangguan udara terbuka (cuaca luar).

3. Menyalurkan torsi ke bagian peralatan pendukung mesin dan oleh karena

itu stator didesain untuk tahan terhadap gaya putar dan goncangan.

4. Berguna sebagai sarana rumahan ventilasi udara sehingga pendinginan

lebih efektif.

2.2.2 Rotor

Rotor adalah bagian dari mesin yang berputar dan letaknya pada bagian

dalam. Pada mesin induksi terdapat dua tipe rotor yang berbeda yaitu rotor

sangkar tupai dan rotor belitan. Kedua tipe rotor ini menggunakan laminasi

(4)

konstruksi yang sederhana. Batang rotor dan cincin ujung sangkar tupai yang

kecil merupakan coran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti

rotor. Pada motor yang lebih besar, batang rotor dibenamkan dalam alur rotor dan

kemudian di las dengan kuat ke cincin ujung. Apabila dilihat tanpa inti rotor,

maka batang rotor ini kelihatan seperti kandang tupai.oleh karena itu motor

induksi dengan rotor sangkar tupai dinamakan motor induksi sangkar tupai.

Gambar 2.3 konstruksi rotor mesin induksi (a) rotor sangkar

(5)

2.3 Karakteristik Mesin Induksi

Mesin induksi memiliki karakteristik sebagai berikut

Gambar 2.4 grafik kurva karakteristik mesin induksi

Dari Gambar 2.4 dapat dijelaskan karakteristik dari mesin induksi. Mesin

induksi beroperasi sebagai motor atau generator dapat dilihat dari kecepatan

rotornya terhadap kecepatan sinkronnya. Kecepatan sinkron ialah kecepatan

medan putar yang terjadi pada statornya. Apabila kecepatan mesin induksi lebih

kecil dari kecepatan sinkronnya maka mesin induksi akan beroperasi sebagai

motor listrik. Pada keadaan ini maka mesin induksi akan mempunyai nilai torsi

yang positif sebanding dengan kecepatan motor induksi. Motor induksi dapat

berputar sampai kecepatan maksimum mendekati kecepatan sinkronnya dengan

nilai torsi yang dihasilkan semakin besar pula. Namun apabila pada kecepatan

maksimum mendapatkan bantuan putaran eksternal berupa prime mover sehingga

kecepatannya melebihi kecepatan sinkronnya, pada saat itu generator induksi akan

(6)

besar pula daya yang dihasilkan. Torsi maksimum yang dapat diberikan pada

generator induksi dinamakan torka pushover. Apabila torsi yang diberikan lebih

besar dari torka pushover maka generator induksi akan mengalami overspeed.

2.4 Prinsip Kerja Generator Induksi Penguatan Sendiri

Prinsip kerja generator induksi adalah kebalikan daripada saat mesin induksi

bekerja sebagai motor. Dimana ketika mesin berfungsi sebagai motor, kumparan

stator diberi tegangan tiga fasa sehingga akan timbul medan putar dengan

kecepatan sinkron (n

s). Namun jika motor berfungsi sebagai generator, pada rotor

motor diputar oleh sumber penggerak dengan kecepatan lebih besar daripada

kecepatan sinkronnya. Bila suatu konduktor yang berputar didalam medan magnet

(kumparan stator) akan membangkitkan tegangan sebesar

e = B.l.v

Dimana : e = tegangan induksi yang dihasilkan (volt)

B = fluks magnetik (weber)

l = panjang konduktor yang dilewati medan magnet (m)

v = kecepatan medan magnet melewati konduktor (m/s)

dan bila dihubungkan ke beban akan mengalirkan arus. Arus pada rotor ini akan

berinteraksi dengan medan magnet pada kumparan stator sehingga timbul arus

pada kumparan stator sebagai reaksi atas gaya mekanik yang diberikan.

Generator induksi berpenguatan sendiri menggunakan kapasitor bank

sebagai penyuplai daya reaktif yang dibutuhkan generator untuk membangkitkan

tegangan. Seperti yang terlihat pada gambar 2.5, generator induksi menggunakan

kapasitor bank menyuplai daya reaktif yang dibutuhkan

(7)

Gambar 2.5 Prinsip kerja generator induksi

Kapasitansi dari kapasitor harus sesuai dengan daya reaktif yang

dibutuhkan. Besarnya daya reaktif yang dibutuhkan generator dapat ditinjau dari

besar arus magnetisasi ( ) untuk proses eksitasi. Arus magnetisasi ( ) yang

dibutuhkan dapat dicari dengan mengoperasi mesin induksi sebagai motor induksi

pada keadaan tanpa beban dan mengukur tegangan statornya sebagai fungsi

tegangan terminal generator. Penentuan nilai kapasitansi minimum yang

dibutuhkan generator akan dijelaskan pada bab berikutnya. Kurva magnetisasi

mesin induksi ditunjukkan pada gambar 2.6. Kurva magnetisasinya ini

menrupakan plot tegangan terminal generator induksi sebagai fungsi arus

magnetisasi. Untuk mencapai level tegangan yang diinginkan, maka kapasitor

sebagai penyuplai daya reaktifnya harus dapat menyuplai arus magnetisasi yang

(8)

Gambar 2.6 Kurva magnetisasi mesin induksi

Gambar 2.7 Kurva tegangan vs arus pada kapasitor bank

Arus reaktif yang dihasilkan oleh sebuah kapasitor berbanding lurus

dengan tegangan yang diberikan padanya, Untuk itu semua kemungkinan

kombinasi tegangan dan arus yang melalui kapasitor berupa garis lurus. Jadi kurva

tegangan vs arus dari sebuah kapasitor dapat digambarkan seperti pada Gambar

2.7. Semakin besar kapasitansinya, maka semakin besar pula arus kapasitifnya ( )

pada tegangan yang sama. Arus ini mendahului tegangan fasa (leading) sebesar

(9)

Gambar 2.8 Kurva tegangan terminal generator induksi berpenguatan sendiri

Jika sekelompok kapasitor tiga fasa dihubungkan kepada terminal

generator induksi, tegangan tanpa beban generator induksi adalah perpotongan

kurva magnetisasi generator dengan garis beban kapasitor. Jadi, tegangan keluaran

dari generator induksi dengan penguatan sendiri berupa kapasitor bank tiga fasa

untuk tiga kelompok kapasitor dengan besar yang berbeda-beda diperlihatkan

pada Gambar 2.8. Tegangan terminal tanpa beban generator induksi

berpenguatan sendiri dapat diperoleh dengan memplot bersama-sama kurva

magnetisasi sebagai fungsi tegangan terminal generator (Gambar 2.6) dan kurva

tegangan-arus kapasitor (Gambar 2.7). Perpotongan kedua kurva adalah titik

dimana daya reaktif yang dibutuhkan oleh genarator induksi. Dan titik ini juga

merupakan besar tegangan yang dibangkitkan oleh generator dalam keadaan tanpa

(10)

Gambar 2.9 Proses pembangkitan tegangan

Proses pembangkitan tegangan dapat dilihat pada Gambar 2.9. Ketika

generator induksi pertama kali diputar, magnet sisa pada kumparan medan yang

ada pada rotor akan membentuk ggl induksi awal ( ) pada belitan stator.

Timbulnya ( ) ini memicu kapasitor untuk mengalirkan arus reaktif

kapasitif sebesar . Arus ini merupakan arus magnetisasi yang

menghasilkan fluksi celah udara. Fluksi ini kemudian menambah jumlah

fluksi yang sudah ada, sehingga kemudian menghasilkan ggl induksi di stator

yang lebih besar lagi yaitu sebesar . Tegangan induksi ini akan memicu

kembali kapasitor mengalirkan arus kapasitif yang semakin besar pula yaitu

sebesar , yang kemudian akan menambah jumlah fluksi celah udara,

sehingga dihasilkan ggl induksi yang lebih besar lagi yaitu . ini

(11)

Demikian proses ini berjalan terus sampai akhirnya mencapai titik

kesetimbangan E = .

Namun proses itu dapat terjadi jika pada kumparan medan generator

induksi terdapat magnet sisa. Jika tidak terdapat magnet sisa maka generator

induksi harus dioperasikan sebagai motor terlebih dahulu. Ketika mesin induksi

dioperasikan sebagai motor, maka mesin induksi akan menginduksikan gaya

gerak listrik pada rotor. Gaya gerak listrik yang terinduksi pada rotor akan

mengalirkan arus pada kumparan medan sehingga terbentuk medan magnet dan

akhirnya motor berputar. Prinsip kerja motor induksi tidak dijelaskan secara detail

disini.

Ketika motor telah beroperasi, maka kecepatan putar rotor akan lebih kecil

dari kecepatan sinkronnya. Pada saat kecepatan motor sudah tinggi maka

penggerak mula dinyalakan. Ketika penggerak mula dinyalakan, kecepatan

penggerak mula harus lebih besar dari kecepatan sinkronnya. Pada saat itu pula

suplai daya yang diberikan untuk mengoperasikan motor dimatikan, dan pada

terminal langsung dihubungkan pada beban. Putaran penggerak mula harus searah

dengan arah putaran motor induksi. Ketika suplai daya dimatikan, maka kapasitor

akan bekerja untuk menyalurkan daya reaktif dan menjaga kecepatan sinkronnya.

Suplai daya reaktif yang disalurkan harus tepat untuk dapat membangkitkan

tegangan yang ditentukan.

2.5 Rangkaian Ekivalen Generator Induksi

Rangkaian ekivalen generator induksi berpenguatan sendiri hampir sama dengan

(12)

penambahan kapasitor pada sisi statornya. Rangkaian ekivalen generator induksi

berpenguatan sendiri ditunjukkan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen generator induksi berpenguatan sendiri

Dimana:

= Resistansi stator

= Reaktansi stator

= Resistansi rotor

= Reaktansi rotor

= Reaktansi magnetisasi

= Reaktansi kapasitor eksitasi

S= Slip

= Arus rotor

= Arus beban

= Arus magnetisasi

V= Tegangan keluaran

(13)

2.9), hubungan antara tegangan keluaran dengan arus stator diperlihatkan pada

V = Tegangan keluaran generator (Volt)

ggl induksi yang dibangkitkan pada sisi stator (Volt)

= ggl yang dibangkitkan disisi rotor (Volt)

Arus stator (Ampere)

2.6 Kapasitor Eksitasi

Dalam proses eksitasinya generator induksi membutuhkan daya reaktif

untuk membangkitkan tegangannya. Jika generator induksi terhubung dengan

sistem tenaga listrik maka daya reaktif yang dibutuhkan akan disuplai langsung

oleh sistem. Tetapi jika generator induksi tidak terhubung dengan sistem atau

bekerja sendiri maka generator induksi membutuhkan sumber daya reaktif untuk

menyuplai kebutuhan daya reaktifnya. Untuk itu dipasang kapasitor sebagai

penyuplai daya reaktifnya yang dipasang pada terminal generator.

2.6.1 Penggunaan Kapasitor Eksitasi

Kapasitor eksitasi dipasang untuk dapat menyuplai daya reaktif yang

diperlukan generator induksi. Kapasitor ini dipasang paralel pada terminal

(14)

tegangan listrik. Dengan adanya eksitasi yang mencukupi, juga akan menambah

efesiensi dan faktor daya, regulasi tegangan yang kecil dan akan meningkatkan

perfomansi dari generator induksi.

2.6.2 Kapasitansi Minimum

Besarnya kapasitansi dari kapasitor eksitasi sangat berpengaruh pada

proses pembangkitan tegangan pada generator induksi. Untuk dapat

membangkitkan tegangan, nilai dari kapasitor harus lebih besar dari nilai

kapasitansi minumum dari generator induksi untuk proses eksitasinya. Apabila

kapasior yang dipasang lebih kecil dari kapasitansi minimumnya maka tegangan

tidak dapat dibangkitkan.

Cara menentukan kapasitansi minimum dari generator induksi ialah

dengan menggunakan karakteristik magnetisasi dari mesin induksi saat beroperasi

sebagai motor induksi. Karakteristik magnetisasi ini didapat dengan

mengoperasikan motor induksi pada kondisi beban nol. Pada kondisi beban nol,

arus yang mengalir pada kapasitor ( akan sama dengan arus magnetisasi ( ).

Tegangan (V) yang dihasilkan akan meningkat secara linier hingga titik saturasi

dari magnet inti tercapai. Sehingga dalam kondisi stabil

(2.5)

(2.6)

(2.7)

Dalam kondisi beban nol motor induksi, dapat dihitung besar nilai

reaktansi magnetisasi ( ) dengan memberikan catu tegangan (V) kemudian

(15)

(2.8)

(2.9)

Substitusikan persamaan (2.8) ke dalam persamaan (2.9)

I =

C = (2.10)

Persamaan ialah nilai masing-masing kapasitansi apabila eksitasi

dihubungkan secara bintang atau delta

(2.11)

Pada sistem tiga fasa, kapasitor eksitasi dapat dihubungkan secara bintang

atau secara delta. Hubungan bintang tidak dianjurkan untuk dihubungkan dengan

generator karena hubungan bintang memiliki titik netral yang akan meningkatkan

rugi-rugi.

Gambar 2.11 Hubungan bintang dan delta kapasitor eksitasi

(16)

(2.12)

(2.13)

(2.14)

Besarnya kapasitansi dapat dirumuskan sebagai berikut

C= (2.15)

(2.16)

Substitusikan persamaan (2.16) pada persamaan (2.14)

(2.17)

Berdasarkan persamaan-persamaan diatas, kapasitor eksitasi akan lebih

baik jika menggunakan hubungan delta. Hal itu dapat dilihat pada persamaan

2.17, jika dihubungkan delta besar kapasitansinya sebesar sepertiga dari besar

kapasitansi jika dihubungkan bintang. Dan berdasarkan persamaan 2.12, kapasitor

eksitasi apabila dihubungkan dengan hubungan delta maka kapasitor eksitasi

(17)

2.7 Pembebanan

2.7.1 Jenis-Jenis Beban a. Beban Resistif

Beban resistif (R) yaitu beban yang terdiri dari komponen tahanan ohm saja

(resiatance), seperti elemen panas (heating element) dan lampu pijar. Beban jenis ini

hanya mengkonsumsi beban aktif saja dan mempunyai factor daya satu.

Sifat beban resistif itu adalah arus beban resistif sefasa dengan tegangannya

atau factor daya atau cos φ = 1

Beban induktif (L) yaitu beban yang terdiri dari kumparan kawat yang

dililitkan pada suatu inti, seperti coil, transformator, dan selenoida. Beban ini dapat

mengakibatkan pergeseran fasa (fasa shift) pada arus sehingga bersifat lagging. Hal

ini disebabkan oleh energy yang tersimpan berupa medan magnetis akan

mengakibatkan fasa arus bergeser menjadi tertinggal terhadap tegangan. Beban jenis

(18)

Sifat beban induktif arus beban induktif 900 ketinggalan terhadap

tegangannya atau factor daya : cos φ = 0

Daya aktif

P = V.I.Cos φ (Watt)

= V.I.Cos 900

= V. I. 0

Daya Reaktif

Q = V. In . Sin φ ( VAR )

= V. In .Sin 90 °

= V. In . 1

Bila cos φ = 0 maka Sin φ = 0 dan daya aktif menjadi nol daya reaktif maksimum.

2.7.2 Pengaruh Beban Pada Generator Induksi

Pada saat generator dibebani akan terjadi drop tegangan sebelum terminal

outputnya. Besaran drop tegangan ini sangat tergantung pada kondisi beban yang

ada.

Adapun macam-macam drop tegangan tersebut yaitu :

a) Drop tegangan akibat tahanan jangkar (IRa)

b) Drop tegangan akibat reaktansi jangkar (IXa)

(19)

Penggabungan antaraa reaktansi jangkar dan fluks bocor sering disebut

sebagai reaktansi sinkron (Xs = X1 + Xa). Berikiut akan dijabarkan mengenai

pengaruh pembebanan di beban resistif dan induktif.

a. Beban Cos φ = 1

Faktor daya generator bernilai cos φ = 1 adalah apabila generator diberi

beban bersifat resistif sepasa dengan tegangannya.

Gambar 2.12 vektor pada beban cos φ =1

Keterangan :

Eo = Tegangan yang terangkat pada kumparan jangkar ( tegangan beban nol)

E = Emf induksi beban

V = Tegangan terminal

Bila φ = 1800 maka cos φ = 1 dan sin φ = 0, sehingga daya aktif menjadi

maksimum dan reaktif menjadi nol. Efek dari pembebanan resistif adalah putaran

generator turun dan tegangan generator juga turun. Untuk mengatasi putaran

generator yang turun dapat diatasi dengan menambah putaran mesin yang

digunakan untuk menggerakkan generator, dan untuk mengatasi tegangan keluaran

(20)

b. Beban Cos φ = Lagging

Faktor daya generator dapat bernilai lagging apabila generator dibebani

beban yang bersifat induktif. Beban induktif adalah beban yang mayoritas

komponen penyusunnya adalh gulungan-gulungan kawat yang dapat

menghasilkan medan magnet/inductor. Contohnya adalh kumparan, motor

listrik lampu TL.

Karakteristik factor daya generator yang diakibatkan oleh beban induktif

adalah arus beban induktif tertinggal terhadap tegangannya.

Gambar 2.13 Vektor pada beban cos φ = Lagging

Keterangan :

Eo = Tegangan yang terangkat pada kumparan jangkar (tegangan beban nol)

E = Emf induksi beban

V = tegangan terminal

Efek dari pembebanan induktif adalah tegangan stator turun sedangkan

putaran tetap. Untuk mengatasi permasalahan akibat pembebanan induktif ini

Gambar

Gambar 2.2 konstruksi stator generator induksi
Gambar 2.4 grafik kurva karakteristik mesin induksi
Gambar 2.5 Prinsip kerja generator induksi
Gambar 2.6  Kurva magnetisasi mesin induksi
+6

Referensi

Dokumen terkait

Kedua : Ketetapan pemenang ini dibuat dengan memperhatikan ketentuan yang berlaku dalam pengadaan Barang/Jasa. Ditetapkan di :

Kedua : Ketetapan pemenang ini dibuat dengan memperhatikan ketentuan yang berlaku dalam pengadaan Barang/Jasa. Ditetapkan di :

perundang - undangan dan sertifikat Badan Usaha (SBU) jasa pengawas Konstruksi yang masih berlaku dengan Kegiatan Usaha Jasa Konsultan Konstruksi,

Kedua : Ketetapan pemenang ini dibuat dengan memperhatikan ketentuan yang berlaku dalam pengadaan Barang/Jasa. Ditetapkan di :

Panitia Pengadaan Barang Selaku Kelompok Kerja Pekerjaan Jalan dan Jembatan Provinsi Jawa Tengah Pada Dinas Bina Marga Provinsi Jawa Tengah akan melaksanakan

Paket pengadaan ini terbuka untuk penyedia yang teregistrasi pada Layanan Pengadaan Secara Elektronik ( LPSE ) dan memiliki Surat Izin Usaha Perdagangan (SIUP) Usaha Kecil

Matrik Renstra Inspektorat Kabupaten Probolinggo Tahun 2013 - 2018 sebagaimana tercantum dalam lampiran II merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari Peraturan

Undang-Undang Nomor 25 Tahun 2004 tentang Sistem Perencanaan Pembangunan Nasional (Lembaran Negara Republik Indonesia Tahun 2004 Nomor 104, Tambahan Lembaran