o B'r-. A' O v A B' ra) AVyaitu tegangan beban nol (V,) turun menjadi Vr. Dengan asumsi, bahwa bila (b)

(1)

2.1.

BAB II

TINJAUAN

PUSTAKA

lde Dasar

Kompensasi

Tegangan

Dari gambar 2.1a, terlihat penambahan arus beban menyebabkan terjadinya

pengurangan

arus eksitasi dan drop

tegangan pada tegangan keluaran sebesar

AVyaitu

tegangan beban

nol

(V,)

turun menjadi

Vr.

Dengan asumsi, bahwa bila

drop tegangan dapat dihilangkan, maka tegangan keluaran menjadi konstan, maka disini kita dapat menghilangkan pengaruh drop tegangan AV ini dengan nenambah tegangan kompensasi AVhyang besamya

+AVseperti

diperlihatkan pada gambar

2.1b. dibawah ini

o

B'r-.

A'

O

A

B'

ra)

v

(b)

Gambar 2.1. Tegangan keluaran generator induksi _[V]sebagai fungsi arus eksitasi

ilml

Dengan adanya penambahan tegangan

AVh,

maka tegangan keluaran akan

nrenjadi terbebas dari pengaruh drop tegangan

AV,

diharapkan tegangan keluaran generator

induksi

terbebas dari drop tegangan

dan

penurunan arus eksitasi yang

besar.

Kompensasi

drop

tegangan keluaran

terjadi

dikarenakan

oleh arus

yang mengalir

ke

beban

telah

dikompensasi

oleh arus yang berasal

kapasitor, maka

tegangan

keluaran

juga

menjadi

bebas dari drop

tegangan

akibat

penambahan beban. Untuk menghasilkan sumber tegangan AVhdan arus eksitasi konstan dapat digunakan kapasitor.

(2)

Cara

yang dikemukakan

pada

penelitian

ini

adalah mengkompensasi drop

tegangan sebesar

AV,akibat

penambahan beban dengan menggunakan kapasitor

yang diserikan disisi beban.

2.2. Analisis

Mesin Induksi

Penguatan sendiri

yang dilengkapi

dengan

kompensasi

Tegangan.

Untuk menentukan kinerja mesin induksi

saat

menghasilkan tegangan disisi

stator, maka dilakukan analisis konstruksi

rangkaian

seperti

diperlihatkan pada

gambar 2.2. dibawah ini:

Kapasitor kompensasi

Kumparan

stator

Kapasitor

eksitasi

Beban

Gambar

2.2.

Rangkaian rnesin induksi hubungan kompensasidisisi beban

Untuk

mempermudah penentuan perumusan mesin-mesin

listrik

yang digunakan dalam analisis penelitian ini, maka bentuk fisik

nesin

listrik pada gambar

2:2

diatas

dapat

disederhanakan

ke

dalam

bentuk

rangkaian

ekivalen

perfasa seperti ditunjukan pada gambar 2.3 dibawah ini :

jx2

BD

Gambar 2.3. Rangkaian ekivalen per fasa

nesin

induksi hubungan kompensasi disisi beban.

' y'-\

1

I

\*-9'

Generator

induksi

Rotor

I

(3)

Keterangan :

c)_

-o-s= '

'

:Sllp

o.

<rr. ₌

2n{

: kecepatan sudut

stator

r,sJ, ₌2Rf,

f,

: frekuensi

stator

f,

Rr

: tahanan

stator

Rz

Xr

: reaktansi bocor

stator

X2

)q_

: reaktansi bocor

beban

X" Xo,

:

reaktansi kapasitif

seri

X*

Er

: tegangan induksi pada celah

udara

lr

Vr

:tegangan

beban

11

: kecepatan sudut rotor : frekuensi rotor

: tahanan rotor

: reaktansi boepr rotor

: reaktansi kapasitif shunt

: reaktansi magnetisasi : arus stator

: arus beban

Dari rangkaian gambar 2.2

dapat

sederhanakan menjadi rangkaian ekivalen

seperti

diperlihatkan

pada gambar

2.3. Dari

rangkaian

ekivalen tersebut,

dapat

diturunkan persarnaan

reaktansi minimum

(XJ

yang

dibutuhkan

untuk membangkitkan tegangan generator pada kondisi beban nol dan reaktansi minimum

(&.)

yang digunakan untuk rnengkompensasi

drop

tegangan pada

saat

dibebani. Adapun metode analisis yang dilakukan dengan mengunakan metode administrasi nodal seperti yang diajukan.

Berdasarkan admitansi nodal maka loop ABCD dari rangkaian ekivalen pada

gambar 2.3, dapat diperoleh persamaan tegangan sebagai berikut .

1.,. (Z^o + Zu. + Z"o)

:

0 2.1

-

jX"(R,

+

j(X,

+x*)

2.4 7 LcA

-Rr+j(Xr-x"-x*)

Jika

persamaan

(2.2),

_12.31,

_{dan [2.4]}

disubsitusikan

diperoleh

persarn€ran

untuk

rnenentukan pararneter

mengkompensasi

tegangan

akibat variasi

beban persarn€ran dibawah ini ;

ke

persamaan

_[2.1]

maka

reaktansi minimum

dalam

(4)

X0l'ri,t.u,n= Kr

-K,

-K

x"(E

+xrri)-

&R,

+xn')

dengan

l-o

.l

K,

=

X"l

!(*,

-Rr)X)*Xr(X,

*1,)

|

ls

I

.,[n,X- Ro

I

K,

=

X,l-+

'"t

+X,(X,

+X-))l

ISSJ

*,

:

B&(x,

+

x.)+

R,R,.(x,

+

x-)

S

Sehingga

untuk

mengkompensasi

drop

tegangan

akibat

kenaikkan

beban

dibutuhkan kapasitor minimum sebagai berikut :

x"(x,+xm)-*rt(n,+xm)

2.5

Ccs,r,u, = 2.6

o.

(K,

_-

K,

_-

Kr)

Untuk

rnenentukan

kebutuhan nilai

kapasitor minimum

dalam membangkitkan tegangan eksitasi dapat dilakukan dari analisis rangkaian beban nol

sepertidibawah ini:

Gambar 2.4. Rangkaian ekivalen gerarator induksitanpa beban

Sedangkan untuk kondisi tanpa beban, slip berharga sangat kecil, sehingga

frekuensi

yang

dihasilkan

akan

sebanding dengan kecepatan putaran

rotor

(r,

_=r.)

Dengan menggunakan metode admitansi

nodal,

jumlah loop

reaktansi

tertutup pada rangkaian

ekivalen gamfur

2.4

sarn€l dengan nol, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :

(5)

X"-rri' i-rrr = Xl + X.t .'' "' '"' 2.7

Jadi untuk membangkitkan tegangan mula saat beban nol dibutuhkan nilai kapasitor eksitasi minimum seperti dibawah ini ;

1

Cc

:---mmmum

ro(X, +

X-)

""' ""

""""'2'8

Dari persamaan (2.8) untuk menentukan nilai kapasitor yang akan digunakan

untuk

proses eksitasi sebagai pembangkit fluksi sisa dalam proses membangkitkan

tegangan generator induksi (E1), diperlukan

nilai

parameter reaktansi magnetisasi dari mesin induksi tersebut.

Oleh sebab

itu

dalam

menentukan

nilai

reaktansi magnetisasi diperlukan

kurva

rnagnetisasi

dari

rnesin induksi yang

digunakan

sebagai

peralatan untuk menghasilkan tegangan.

Dari

rangkaian ekivalen gambar

2.4 dapat

ditentukan formulasi

untuk nenentukan tegangan yang dibangkitkan saat beban nol seperti dibawah ini.

E,

=X,r'It,

""

"

"'2'9

Dari gambar

2.4

dapat ditentukan formulasi

arus

beban

nol (lon)

sebagai

berikut.

V.

I,*

=

b

...2.1O

Zn,

Kemudian impedansi beban nol (Zon) adalah:

Z*

= R, +

j(X,

+

X-

).

... ...2.11

Dari

persamaan

(2.11) dapat

ditentukan parameter reaktansi magnetisasi (Xn,) sebagai berikut.

ff- --.

-X*

= _J(Zo,t

-R,'J-

x,.

...,.2.12

Dengan nensubsitusikan persarnaan

(2.10)

dan (2.12)

ke

persamaan (2.9)

diperoleh rumus tegangan yang dibangkitkan generator induksi seperti dibawah ini :

',

:(JE;:RJ-',).*

2.13

Untuk

menentukan

nilai

reaktansi magnetisasi,

tidak

cukup

dilakukan

pengukuran

beban nol saja, tapi

rnasih dibutuhkan pengukuran hubung singkat dalam menentukan reaktansi stator (Xr).

(6)

Pada pengukuran hubung singkat terukur besaran tegangan hubung singkat,

arus

hubung singkat,

dan

daya

hubung singkat, diharapkan

dari

pengukuran berguna untuk menentukan nilai tahanan dan reaktansi bocor ekivalen, setelah nilai

tahanan ekivalen diperoleh dapat ditentukan nilai tahanan rotor dan reaktansi bocor stator dan reaktansi rotor.

Rangkaian pengganti dalam keadaan hubung singkat ditunjukkan

pada

gambar 2.5 seperti dibawah ini:

Gambar

2. 5.

Rangkaian ekivalen generator induksi dalam keadaan hubung singkat.

Dari gambar 2.5 diperoleh perumusan sebagai berikut :

P.

R,.

_''-

:

+

..2.14 I,,.

'

V.

z,

: 'o'

...2.1s

"'

Io.

i- I n

_..2.16 A,- = rbl rj _{2,.. - I(}

L-dari

persarnaan

(2.16)

diperoleh

nilai

reaktansi

stator

dan

reaktansi rotor sebagai berikut:

v

X,

=X-:

A*

...2.17

2

Tahanan rotor dapat ditentukan perumusan seperti dibawah ini: p

R,

_-

_{='h. -R,..}

..2.18

In."

Penentuan nilai reaktansi kapasitor minimum yang digunakan untuk proses berpenguatan pada generator induksi harus lebih besar

dari

nilai reaktansi rnesin

yang digunakan sebagi generator. Untuk menentukan reaktansi generator induksi

(7)

Kurva magnetisasi dapat diperoleh

dari

percobaan/pengukuran karakteristik magnetisasi, seperti gambar 2.6 dibawah ini:

Gambar 2.6. Rangkaian percobaan rnenentukan kurva rnagnetisasi.

Untuk

memperoleh

kurva

magnetisasi

;

Putar motor

dc

pada

kecepatan

sinkron mesin

induksi, selama pelaksanaan pengukuran putaran

dijaga

konstan, selanjutnya

tegangan

ac

diatur secara bertahap.

fujuan

percobaan

ini

untuk

nemperoleh harga nilai arus

rmgnetisasi

(A) dan tegangan (V) seperti ditinjukkan pada gambar

6

diatas. Penentuan reaktansi magnetisasi dilakukan dengan mencari

nilai arus magnetisasi pada tegangan nominal rnesin (220 Volt per fasa). Dari data pereobaan

ini

atau

dari

kurva

magnetisasi

didapat

nilai arus

magnetisasi yang didinginkan.

Dari

rangkaian

ekivalen gambar 2.3, dapat

ditentukan perumusan

arus

dan

tegangan beban beserta daya keluaran generator;

Arus

stator (Ir)

= Er 2.19

Regulasitegangan

(V*

):

"tt

2.23

dengan V611 : tegangan tanpa

beban

dan VpL : tegangan beban penuh.

Sehingga

dengan

menganalisa persamaan

(2.1) sampai dengan

persamaan

(2.23) beserta konfigurasi rangkaian yang diajukan, nantinya dapat digunakan untuk mendisain mesin induksi tiga fasa yang dapat mengkompensasi drop tegangan yang

(8)

Kurva magnetisasi dapat diperoleh

dari

percobaanlpengukuran karakteristik magnetisasi, seperti gambar 2.6 dibawah ini:

Gambar 2.6. Rangkaian percobaan menentukan kurva rnagnetisasi.

Untuk

memperoleh

kurva

magnetisasi

;

Putar motor

dc

pada

kecepatan

sinkron

mesin

induksi, selama pelaksanaan pengukuran putaran

dijaga

konstan, selanjutnya

tegangan

ac

diatur secara bertahap. Tujuan percobaan

ini

untuk rnemperoleh harga nilai arus

rnagnetisasi

(A) dan tegangan (V) seperti ditinjukkan pada gambar 6 diatas. Penentuan reaktansi magnetisasi dilakukan dengan mencari

nilai arus rnagnetisasi pada tegangan nominal mesin (220 Volt per fasa). Dari data

percobaan

ini

atau

dari

kurva

magnetisasi

didapat nilai arus

magnetisasi yang

didinginkan.

Dari

rangkaian

ekivalen gambar 2.3, dapat

ditentukan perumusan

arus

dan

tegangan beban beserta daya keluaran generator;

Er

Arus

stator

(I, ) = 2.19

Arus beban(IL) = .2.20

RL-

j(X",

_-X.)

R, +

iX,

_'

*

{*,

-

j(}..

-x,

X-

jx.)l

R,

_-j(X*+X.-X,)

Er

_-Ir(Rr

+jx,)

Regulasitegangan

(V*

):

\]tl.

2.23

dengan V51;- : tegangan tanpa

beban

dan V61 : tegangan beban penuh.

Sehingga

dengan

menganalisa persamaan

(2.1) sampai dengan

persamaan

(2.23) beserta konfigurasi rangkaian yang diajukan, nantinya dapat digunakan untuk mendisain mesin induksi tiga fasa yang dapat mengkompensasi drop tegangan yang