TUGAS AKHIR
PENGARUH EKSITASI SATU PHASA TERBUKA TERHADAP TEGANGAN YANG DIHASILKAN GENERATOR INDUKSI
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik OLEH :
NUR SYAH PUTRA HASIBUAN NIM : 110402014
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2016
i
ABSTRAK
Penggunaan Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) telah banyak diterapkan secara luas pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh). Namun generator induksi tidak dapat membangkitkan tegangan jika tidak mendapatkan suplai daya reaktif untuk eksitasinya.
Eksitasi dibutuhkan untuk menghasilkan medan magnet pada kumparan rotor yang nantinya akan menginduksikan tegangan pada stator untuk menghasilkan energi listrik. Selain itu eksitasi juga dibutuhkan untuk mengkompensasi daya reaktif yang diperlukan generator untuk membangkitkan tegangan listrik. Tulisan ini menganalisa pengaruh eksitasi satu phasa terbuka terhadap tegangan yang dihasilkan generator induksi. Dari hasil percobaan yang dilakukan, diperoleh hasil yang menunjukkan bahwa dengan keadaan eksitasi satu phasa terbuka tegangan keluaran lebih kecil. Dimana pada kecepatan putaran yang sama (200) rpm, perbedaan tegangan keluarannya sekitar 7 % untuk kapasitor eksitasi 20 mF dan 10 % untuk kapasitor eksitasi 40 mF.
Kata kunci : generator induksi, eksitasi dan tegangan
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah S.W.T, karena atas berkat rahmat dan ridho-Nya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Tidak lupa juga shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad S.A.W.
Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1) di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :
“PENGARUH EKSITASI SATU PHASA TERBUKA TERHADAP TEGANGAN YANG DIHASILKAN GENERATOR INDUKSI ”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Ramli Hasibuan), Ibunda (Almh. Erpina Linda Harahap) serta saudara saya (Indra Irama Hasibuan dan Johan Sahara Hasibuan) yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini, penulis juga banyak mendapatkan dukungan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada :
1. Bapak Ir. Syamsul Amin, M.S selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu
iii memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen Penguji Tugas Akhir serta selaku ketua Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah banyak motivasi selama masa perkuliahan.
3. Bapak Ir. Eddy Warman M.T selaku Dosen Penguji Tugas Akhir dan telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini serta senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.
4. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis.
5. Om Isroy Tanjung, ST (Om roy) selaku pegawai Lab. Koversi Energi Listrik FT-USU yang banyak membantu penulis selama proses pengambilan data maupun dalam keseharian di kampus.
6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi saat perkuliahan serta selama penyusunan tugas akhir.
7. Rekan- rekan satu angkatan 2011 Teknik Elektro Endrawan, Zein, Angga, Yoga, Fikri, Rais, Hasan, Ikhyar, Aspar, Rido, Fandi, Faisal, Syahlan, Dhani, Ferdi dll yang tidak bisa namanya disebutkan satu persatu yang selalu saling memberi semangat, bantuan, cerita, selama perkuliahan.
8. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu.
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.
Medan, Juni 2016 Penulis
Nur Syah Putra Hasibuan
NIM. 110402014
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... x
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan Penelitian ... 2
1.4. Batasan Masalah ... 2
1.5. Manfaat Penelitian ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum ... 4
2.2. Konstruksi Generator Induksi ... 4
2.3. Karakteristik Mesin Induksi ... 8
2.4. Prinsip Kerja Generator Induksi ... 9
2.5. Rangkaian Ekivalen Generator Induksi ... 14
2.6 Kapasitor Eksitasi. ... 16
2.6.1 Penggunaan Kapasitor Eksitasi ... 16
2.6.2 Kapasitansi Minimum ... 17
2.7 Pembebanan ... 20
2.7.1 Jenis-Jenis Beban ... 20
2.7.2 Pengaruh Beban Pada Generator Induksi ... 21
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu ... 24
3.2. Bahan dan Peralatan ... 24
3.3. Pelaksanaan Penelitian ... 25
3.4 Variabel yang Diamati ... 25
3.5 Prosedur Penelitian ... 25
BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL PENGUKURAN 4.1. Umum ... 26
4.2. Penentuan nilai kapasitor ... 26
4.3 Percobaan Beban Nol Generator Induksi Penguatan sendiri ... 28
4.4 Analisis Hasil Pengujian ... 37
4.4.1 Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF Terhadap Tegangan Percobaan Beban Nol Gnerator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF dan Eksitasi Satu Phasa Terbuka……….. . 37
4.4.2 Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 40mF Terhadap Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 40mF dan Eksitasi Satu Phasa Terbuka……… 40
vii BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 43 5.2 Saran ... 44 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Aplikasi Generator Induksi Pada Pembangkit Listrik Lampiran 2 Jadwal Penelitian
Lampiran 3 Surat Pengesahan Pengambilan Data Lampiran 4 Data Percobaan
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Konstruksi Generator Induksi ... 5
Gambar 2. 2 Konstruksi Stator Generator induksi ... 5
Gambar 2. 3 Konstruksi Rotor Generator Induksi ... 7
Gambar 2. 4 Grafik Kurva Karakteristik Mesin Induksi ... 8
Gambar 2. 5 Prinsip Kerja Generator Induksi ... 10
Gambar 2. 6 Kurva Magnetisasi Mesin Induksi... 11
Gambar 2. 7 Kurva Tegangan vs Arus Pada Kapasitor Bank ... 11
Gambar 2. 8 Kurva Tegangan Terminal Generator Induksi ... 12
Gambar 2. 9 Proses Pembangkitan Tegangan ... 13
Gambar 2. 10 Rangkaian ekivalen generator induksi ... 15
Gambar 2. 11 Hubungan bintang dan delta kapasitor eksitasi ... 18
Gambar 2. 12 Vektor pada beban cos φ = 1 ... 22
Gambar 2. 13 Vektor pada beban cos φ = Lagging ... 23
Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian ... 25
Gambar 4. 1 Rangakaian percobaan beban nol generator induksi ... 28
ix Gambar 4. 2 Rangkain percobaan beban nol generator induksi penguatan sendiri
dengan eksitasi satu phasa terbuka ... 29
Gambar 4. 3 Kurva kecepatan putaran vs v out ... 33 Gambar 4. 4 Kurva kecepatan putaran vs v out satu phasa eksitasi terbuka .... 34
Gambar 4. 5 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs v out ... 34 Gambar 4. 6 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs vout eksitasi satu
phasa terbuka ... 35
Gambar 4. 7 Kurva kecepatan putaran vs Vout ... 35 Gambar 4. 8 Kurva kecepatan putaran vs Vout satu phasa eksitasi terbuka .... 36
Gambar 4. 9 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs v out ... 36 Gambar 4. 10 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs vout eksitasi satu
phasa terbuka ... 37
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 1 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 20 mF ... 30
Table 4. 2 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 20 mF satu phasa terbuka ... 31 Table 4. 3 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 40 mF ... 31 Table 4. 4 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 40 mF satu phasa
terbuka ... 32
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Generator induksi merupakan salah satu jenis generator AC yang cukup banyak digunakan didalam sistem kelistirikan. Dalam pengoperasiannya, generator induksi harus dieksitasi menggunakan tegangan yang leading. Ini biasanya dilakukan dengan menghubungkan generator kepada sistem tenaga eksiting. Pada generator yang beroperasi standalone, bank kapasitor harus digunakan untuk mensuplai daya reaktif. Ada beberapa keterbatasan ketika mesin induksi beroperasi sebagai generator. Karena tidak adanya rangkaian medan yang terpisah, generator induksi tidak dapat menghasilkan daya reaktif. Dalam pengoperasiannya, generator induksi justru menyerap daya reaktif sehingga sumber daya reaktif eksternal yaitu bank kapasitor harus terhubung kepada generator sepanjang waktu untuk menjaga medan magnet statornya. Sumber daya reaktif eksternal ini juga harus mengontrol tegangan terminal generator.
Untuk itu dalam tugas akhir ini, penulis akan membahas tentang eksitasi generator induksi penguatan sendiri.
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana pengaruh eksitasi satu phasa terbuka terhadap tegangan keluaran generator induksi
2. Bagaimana pengaruh eksitasi terhubung tiga phasa terhadap tegangan keluaran generator induksi
1.3 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui pengaruh kapasitor eksitasi satu phasa terbuka terhadap tegangan yang dihasilkan generator induksi penguatan sendiri
2. Mengetahui perbedaan tegangan penggunaan kapasitor eksitasi terhubung tiga phasa dengan terbuka satu phasa
3. Mengetahui pengaruh kecepatan putaran rotor generator induksi terhadap tegangan keluaran dalam keadaan eksitasi terhubung tiga phasa dan terbuka satu phasa
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut 1. Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) yang penulis gunakan adalah Motor Induksi tiga phasa rotor belitan pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT. USU.
2. Analisa dilakukan pada kondisi steady state.
3. Tidak membahas pengaturan dan frekuensi
4. Analisa data berdasarkan peralatan yang tersedia di Laboratorium Konversi Energi Listrik.
3 1.5 Manfaat Penulisan
Adapun manfaat dari penulisan ini adalah untuk :
1. Menambah wawasan mengenai generator induksi khususnya bagi penulis umumnya bagi pembaca
2. Menambah wawasan mengenai kapasitor bank sebagai sumber eksitasi eksternal untuk menyuplai daya reaktif pada generator induksi
3. Mengetahui perbedaan kualitas tegangan yang dihasilkan generator induksi dengan kapasitor bank terhubung tiga phasa dan satu phasa terbuka.
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 sederhananya.
5 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 alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Kawat belitan
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 melingkar yang terikat erat pada poros. Penampang rotor sangkar tupai memiliki
7 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
(b) rotor belitan
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 beroperasi sebagai generator. Semakin besar torsi yang yang diberikan semakin
9 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 generator.
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 dibutuhkan pada level tegangan tersebut.
11 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
90 .
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 beban
13 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 kemudian menghasilkan arus , dan kemudian membentuk ggl induksi.
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 rangkaian ekivalen generator tanpa penguatan, hanya saja ada
15 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
Dari rangkaian ekivalen generator induksi berpenguatan sendiri (Gambar
2.9), hubungan antara tegangan keluaran dengan arus stator diperlihatkan pada persamaan berikut
V= (2.2)
(2.3) (2.4) Dimana:
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 keluaran generator induksi. Eksitasi dibutuhkan untuk dapat membangkitkan
17 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 mengukur besar arus magnetisasinya.
(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 Hubungan antara hubungan bintang dan delta adalah sebagai berikut :
19 (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 dapat beroperasi pada tegangan yang lebih besar.
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
Daya aktif
P = V. I Cos φ (Watt)
Daya reaktif
Q= V. I Sin φ (VAR)
Jika Cos φ = 1 maka Sin φ = 0 dan daya aktif menjadi maksimum dan reaktif nol.
b. Beban Induktif
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 ini menyerap daya aktif dan daya reaktif.
21 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) c) Drop tegangan akibat fluks bocor
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 generator yang turun maka dapat diatasi dengan cara menambah arus eksitasi.
23 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 adalah dengan menambah arus eksitasi agar tegangan naik kembali.
BAB III
METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu
Penelitian ini akan dilakukan dilaboratorium konversi energi listrik.
Penelitian akan dilaksanakan setelah proposal diseminarkan dan disetujui. Lama penelitian direncanakan selama 2 (dua) bulan.
3.2 Bahan & Peralatan
Bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah : 1. Motor induksi tiga phasa
Tipe : rotor belitan Spesifikasi :
- AEG Typ C AM 112MU 4RI - Δ / Υ 220/ 380 V ; 10,7/ 6,2 A - 2,2 Kw, cos ϕ 0,67
- Kelas Isolasi : B 2. Mesin DC
3. Amperemeter 4. Voltmeter
5. Power Suplai ( AC dan DC ) 6. Pengaman MCB
7. Kapasitor
25 3.3 Pelaksanaan Penelitian
Pertama kali yang akan dilaksanakan dalam penelitian adalah pengambilan data dengan melakukan pengukuran langsung di Laboratorium Konversi Energi Listrik, lalu menganalisa data dari hasil pengukuran.
3.4 Variabel yang diamati
Variabel yang diamati dalam penelitian ini hanyalah tegangan yang dihasilkan oleh generator induksi.
3.5 Prosedur Penelitian
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
BAB IV
PENGUJIAN DAN HASIL PENGUKURAN
4.1
UmumUntuk melihat pengaruh eksitasi satu phasa terbuka terhadap tegangan yang dihasilkan generator induksi, dilakukan dua pengujian beban nol generator induksi penguatan sendiri (MISG). Dimana untuk salah satu pengujian dilepaskan salah satu hubunagn kapasitor eksitasi generator induksi. Dengan membandingkan kedua hasil pengujian tersebut dapat dilihat pengaruh eksitasi satu phasa terbuka terhadap tegangan yang dihasilkan generator induksi penguatan sendiri (MISG).
Tetapi sebelum itu diperlukan parameter motor yang digunakan sebagai generator induksi. Parameter yang diperlukan adalah kapasitor eksitasi yang diperlukan generator induksi tersebut. Parameter tersebut digunakan untuk mencocokkan kapasitor eksitasi sebagai sumber eksitasi generator induksi tersebut. Parameter tersebut diperoleh dengan mengukur arus magnetisasi motor tersebut dalam keadaan beban nol.
4.2 Penentuan Nilai Kapasitor
Apabila kapasitor yang dirangkai pada generator induksi penguatan sendiri adalah hubungan delta ( ∆ ), maka :
Pout = 2,2 Kw Cos θ = 0,67
Daya yang dibutuhkan mesin ketika beroperasi sebagai motor : S = VI
27 = 1,73 x 380 x 6,2
= 4,07 kVA Daya aktif yang diserap : P = S cos θ = 4,07 x 0,67
= 2,72 kW Daya reaktif yang diserap :
= 3,02 kvar
Ketika mesin beroperasi sebagai generator induksi, kapasitor harus mensuplai paling sedikit 3,02 : 3 = 1 kvar per phasa. Tegangan per phasa adalah 380 V karena kapasitor terhubung delta. Dengan begitu, arus kapasitif per phasa ialah
IC
= 2,33 A
Reaktansi kapasitif per phasa adalah X
=
163,09 ΩKapasitansi per phasa paling sedikit seharusnya
C
19,5 µF
Nilai kapasitor yang dipasang sangat menentukan terbangkitnya tegangan atau tidak. Untuk terbangkitnya tegangan generator induksi, nilai kapasitor yang dipasang harus lebih besar dari nilai kapasitor minimum yang diperlukan untuk proses eksitasi. Jika kapasitor yang dipasang lebih kecil dari kapasitor minimum yang diperlukan, maka proses pembangkitan tegangan tidak akan berhasil. Jadi kapasitor per - phasa terhubung ∆ yang dibutuhkan generator untuk dapat membangkitkan ggl adalah sebesar 20 µF. Untuk kapasitor yang terhubung secara Y, kapasitor per - phasa yang dibutuhkan tiga kali kapasitor yang terhubung secara ∆, yaitu 60 µF.
4.3 Percobaan Beban Nol Generator Induksi Penguatan sendiri
A. Rangkaian Percobaan Eksitasi Terhubung Tiga Phasa
Gambar 4.1 Rangkaian percobaan beban nol generator induksi penguatan sendiri
29 B. Rangkaian Percobaan Beban Nol Eksitasi Satu Phasa Terbuka
KAPASITOR EKSITASI
M DC
M INDUKSI
P A2 T D C 1
P T D C 2
A3
SUMBER TEGANGAN
DARI PLN
PENGAMAN MCB SEKERING
NT > NS
P T AC
Gambar 4.2 Rangkaian percobaan beban nol generator induksi penguatan sendiri dengan eksitasi satu phasa terbuka
C. Prosedur Percobaan
1. Motor induksi dikopel dengan motor DC. Setelah itu rangkaian percobaan disusun seperti gambar 4.2.
2. Seluruh switch dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan dalam posisi minimum.
3. Switch 1 ditutup dan atur PTAC1 sampai dengan tegangan 380 Volt.
4. PTDC2 diatur sehingga amperemeter A3 mencapai harga arus penguat nominal.
Switch 2 ditutup, kemudian PTDC1 dinaikkan secara bersamaan hingga putaran motor DC sama dengan putaran motor induksi (nr = ns).
5. Switch 3 ditutup. Sehingga kapasitor mencharge dengan sendirinya.
6. Pengatur PTAC diturunkan dan switch 1 dilepas, sehingga yang menyuplai daya ke motor induksi adalah kapasitor.
7. Kecepatan motor DC dinaikkan hingga 1400 rpm dengan kelipatan kenaikan 200 rpm, ukur tegangan yang dihasilkan.
8. Ukur tegangan yang dihasilkan generator induksi
9. PTDC1 diturunkan hingga posisi minimum dan lepas switch 2.
10. Untuk percobaan eksitasi satu phasa terbuka, lepaskan satu hubungan kapasitor eksitasi
11. Lakukan percobaan 2-10 12. Percobaan selesai.
C. Data Hasil Percobaan
Kapasitor yang digunakan = 20 dan 40 mF
1. Tegangan antar phasa dan tegangan per phasa
Tabel 4.1 Tegangan antar phasa dan tegangan per phasa yang dihasilkan generator induksi dengan kapasitor eksitasi 20 mF
Kecepatan Putaran
(rpm)
Vout
(Volt)
R-S R-T S-T R-N S-N T-N
0 - - - -
200 0,075 0,076 0,076 0,077 0,077 0,075
31
400 0,079 0,08 0,08 0,078 0,078 0,078
600 0,084 0,083 0,084 0,08 0,08 0,081
800 0,085 0,085 0,085 0,083 0,082 0,082
1000 0,086 0,087 0,086 0,083 0,083 0,084
1200 0,088 0,089 0,089 0,084 0,085 0,084
1400 0,09 0,09 0,089 0,086 0,086 0,087
Table 4.2 Tegangan antar phasa dan tegangan per phasa yang dihasilkan generator induksi dengan kapasitor eksitasi 20 mF dan satu phasa eksitasi terbuka
Kecepatan Putaran
(rpm)
Vout
(Volt)
R-S R-T S-T R-N S-N T-N
0 - - - -
200 0,07 0,071 0,07 0,071 0,07 0,07
400 0,072 0,073 0,073 0,072 0,073 0,073
600 0,074 0,074 0,075 0,073 0,074 0,074
800 0,075 0,075 0,076 0,075 0,075 0,076
1000 0,076 0,077 0,077 0,077 0,077 0,076
1200 0,078 0,079 0,079 0,078 0,078 0,078
1400 0,079 0,08 0,08 0,079 0,079 0,08
1. Tegangan antar phasa dan tegangan per phasa
Table 4.3 Tegangan antar phasa dan tegangan per phasa yang dihasilkan generator induksi dengan kapasitor eksitasi 40 mF
Kecepatan Putaran
(rpm)
Vout
(Volt)
R-S R-T S-T R-N S-N T-N
0 - - - -
200 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
400 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,11
600 0,14 0,13 0,13 0,14 0,14 0,13
800 0,15 0,15 0,15 0,16 0,17 0,16
1000 0,19 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
1200 0,20 0,21 0,21 0,21 0,20 0,21
1400 0,23 0,23 0,23 0,22 0,23 0,23
Table 4.4 Tegangan antar phasa dan tegangan per phasa yang dihasilkan generator induksi dengan kapasitor eksitasi 40 mF dan eksitasi terbuka satu phasa
Kecepatan Putaran
(rpm)
Vout
(Volt)
R-S R-T S-T R-N S-N T-N
0 - - - -
200 0,09 0,091 0,09 0,09 0,09 0,089
33
400 0,093 0,093 0,093 0,092 0,093 0,092
600 0,096 0,095 0,096 0,097 0,096 0,095
800 0,098 0,099 0,098 0,099 0,098 0,098
1000 0,12 0,11 0,11 0,11 0,1 0,1
1200 0,12 0,12 0,12 0,13 0,13 0,12
1400 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13
D. Kurva Hasil Percobaan Beban Nol Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kapasitor Eksitasi 20 mF
1. Kurva tegangan antar phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi terhubung tiga phasa)
Gambar 4.3 kurva kecepatan putaran vs vout
2. Kurva tegangan antar phasa kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi terbuka satu phasa)
Gambar 4.4 kurva kecepatan putaran vs vout (satu phasa eksitasi terbuka)
3. Kurva tegangan per phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi terhubung tiga phasa)
Gambar 4.5 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs Vout
35 4. Kurva tegangan per phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi
terbuka satu phasa)
Gambar 4.6 kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs vout
E. Kurva Hasil Percobaan Beban Nol Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kapasitor Eksitasi 40 mF
1. Kurva tegangan antar phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi terhubung tiga phasa)
Gambar 4.7 kurva kecepatan putaran vs vout
2. Kurva tegangan antar phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi terbuka satu phasa)
Gambar 4.8 kurva kecepatan putaran vs Vout
3. Kurva tegangan per phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi terhubung tiga phasa)
Gambar 4.9 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs Vout
37 4. Kurva tegangan per phasa, kecepatan putaran vs tegangan keluaran (eksitasi
terbuka satu phasa)
Gambar 4.10 Kurva tegangan perphasa kecepatan putaran vs Vout
4.4 Analisis Hasil Pengujian
4.4.1 Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF Terhadap Tegangan Percobaan Beban Nol Gnerator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF dan Eksitasi Satu Phasa Terbuka
= Tegangan phasa percobaan beban nol generator induksi
= Tegangan phasa percobaan beban nol generator induksi dengan eksitasi satu phasa terbuka.
• Pada putaran 200 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 6,66 %
- Phasa R-T = x 100 % = 6,57 %
- Phasa S-T = x 100 % = 7,89 %
• Pada putaran 400 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 8,86 %
- Phasa R-T = x 100 % = 8,75 %
- Phasa S-T = x 100 % = 8,75 %
• Pada putaran 600 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 11,9 %
- Phasa R-T = x 100 % = 10,84 %
- Phasa S-T = x 100 % = 10,71 %
• Pada putaran 800 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 11,76 %
- Phasa R-T = x 100 % = 11,76 %
39 - Phasa S-T = x 100 % = 10,58 %
• Pada putaran 1000 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 11,62 %
- Phasa R-T = x 100 % = 11,50 %
- Phasa S-T = x 100 % = 10,46 %
• Pada putaran 1200 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 11,36 %
- Phasa R-T = x 100 % = 11,23 %
- Phasa S-T = x 100 % = 11,23 %
• Pada putaran 1400 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 12,22 %
- Phasa R-T = x 100 % = 11,11 %
- Phasa S-T = x 100 % = 10,11 %
4.4.2 Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 40mF Terhadap Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 40mF dan Eksitasi Satu Phasa Terbuka
= Tegangan phasa percobaan beban nol generator induksi
= Tegangan phasa percobaan beban nol generator induksi dengan eksitasi satu phasa terbuka
• Pada putaran 200 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 10 %
- Phasa R-T = x 100 % = 9 %
- Phasa S-T = x 100 % = 10 %
• Pada putaran 400 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 22,5 %
- Phasa R-T = x 100 % = 22,5 %
- Phasa S-T = x 100 % = 22,5 %
41
• Pada putaran 600 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 31,42 %
- Phasa R-T = x 100 % = 26,92 %
- Phasa S-T = x 100 % = 26,15 %
• Pada putaran 800 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 34,66 %
- Phasa R-T = x 100 % = 34 %
- Phasa S-T = x 100 % = 34,66 %
• Pada putaran 1000 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 36,84 %
- Phasa R-T = x 100 % = 38,88 %
- Phasa S-T = x 100 % = 38,88 %
• Pada putaran 1200 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 40 %
- Phasa R-T = x 100 % = 42,8 %
- Phasa S-T = x 100 % = 42,8 %
• Pada putaran 1400 rpm
- Phasa R-S = x 100 % = 43,47 %
- Phasa R-T = x 100 % = 43,47 %
- Phasa S-T = x 100 % = 43,47 %
43
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Dalam penelitian ini dapat disimpulkan bahwa tegangan generator induksi dengan eksitasi satu phasa terbuka lebih kecil dibandingkan dengan tegangan yang dihasilkan generator induksi dengan eksitasi terhubung 3 phasa. Dimana pada kecepatan putaran yang sama (200) rpm, perbedaan tegangan keluarannya sekitar 7 % untuk kapasitor eksitasi 20 mF dan 10 % untuk kapasitor eksitasi 40 mF
2. Dalam percobaan generator induksi eksitasi terbuka satu phasa, semakin besar kapasitor eksitasi yang digunakan semakin besar juga tegangan keluaran yang dihasilkan. Untuk kapasitor 20 mF pada kecepatan putaran 200 rpm tegangan yang dihasilkan adalah 0,07 V, sedangkan kapasitor ksitasi 40 mF adalah 0,09 V.
3. Pada percobaan generator induksi dimana Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) didapatkan juga kesimpulan. Dimana dengan bertambahnya kecepatan putaran rotor akan meningkatkan tegangan keluaran generator tersebut.
5.2 Saran
1. Dalam penelitian selanjutnya disarankan untuk menganalisis pengaruh eksitasi terbuka satu phasa terhadap karakteristik generator induksi dan dengan menggunakan kapasitor eksitasi yang lebih besar lagi
2. Dalam penelitian lainnya dapat digunakan jenis motor induksi jenis rotor sangkar untuk digunakan sebagai generator induksi.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Zuhal, “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”, Penerbit ITB, Bandung, 1988
[2]NEMA Standard Publications No. MGI-1993. Motors and Generators, Published by National Electrical Manufactures Ascociation. Washington (1993), Part 21 PP. 9-10 and Part 30 PP. 1-2
[3] IEEE Guides: Test Procedures for Synchronus Machines, IEEE Std 115-1995 (R2002)
[4] Theraja, B.L. & Theraja, A.K., “A Text Book of Electrical Technology”, New Delhi, S.Chand and Company Ltd., 2001.
[5] Chapman Stephen J, “Electric Machinery Fundamentals”,Third Edition Mc Graw Hill Companies, New York, 1999.
[6] Wijaya Mochtar,”Dasar-dasar Mesin Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta , 2001
[7] Lanang Sang, “Analisa Pengaruh Beban Induktif dan Resistif pada Generator Induksi pada Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (pltgl)” Institut Tekhnologi Sepuluh November, Surabaya, 2011
APLIKASI GENERATOR INDUKSI PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GELOMBANG LAUT
Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (Generator Induksi)
Mesin induksi dapat dioperasikan sebagai motor maupun sebagai generator. Namun, sedikit sekali masalah generator induksi ditulis sebagai subjek. Alasannya adalah karena generator induksi tidak mampu mengendalikan tegangan dan frekuensi pada kondisi berbeban dan kecepatan perputaran yang berubah. Sehingga dari salah satu penyebabnya tersebut, generator sinkron selalu digunakan dalam unit – unit pembangkit tenaga listrik.
Namun, akhir – akhir ini karena cadangan sumber energi yang tidak terbarukan seperti minyak, gas bumi, batubara dan lain – lain dirasakan semakin menipis,maka pengembangan generator induksi penguatan sendiri yang digerakkan oleh energi angin, pembangkit mikrohidro, biogas dan lain – lain mulai menjadi semakin mendapat perhatian yang nyata. keuntungan lain dari mesin ini adalah kontruksinya yang kokoh, biaya pemeliharaan yang rendah dan tidak membutuhkan penguatan DC.
dalam hal ini penulis menjelaskan implementasi generator induksi pada Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut, PLTGL merupakan salah satu pembangkit Energi terbarukan, penulis melihat bahwa potensi gelombang laut di Indonesia sangat menjanjikan, dengan begitu jika pembangkit listrik tenaga gelombang laut di realisasikan secara tidak langsung Generator induksi juga akan di gunakan sebagai mesin konversi energi tersebut.
Blok Diagram Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut
Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut
Pertama-tama aliran gelombang laut yang mempunyai energi kinetik masuk kedalam mesin konversi energi gelombang. Kemudian dari mesin konversi aliran gelombang yang mempunyai energi kinetik ini dialirkan menuju turbin. Di dalam turbin ini, energi kinetik yang dihasilkan gelombang digunakan untuk memutar rotor. Kemudian dari perputaran rotor inilah energi mekanik yang kemudian disalurkan menuju generator. Di dalam generator, energi mekanik ini dirubah menjadi energi listrik (daya listrik). Dari generator ini, daya listrik yang dihasilkan dialirkan lagi menuju sistem tranmisi (beban).
PLTGL-OWC (Oscilatting Water Column)
OWC merupakan salah satu sistem dan peralatan yang dapat mengubah energi gelombang laut menjadi energi listrik dengan menggunakan kolom osilasi. Alat OWC ini akan menangkap energi gelombang yang mengenai lubang pintu OWC, sehingga terjadi fluktuasi atau osilasi gerakan air dalam ruang OWC, kemudian tekanan udara ini akan menggerakkan baling-baling turbin yang dihubungkan dengan generator listrik sehingga menghasilkan listrik.
Pada teknologi OWC ini, digunakan tekanan udara dari ruangan kedap air untuk menggerakkan whells turbine yang nantinya pergerakan turbin ini digunakan untuk menghasilkan energi listrik. Ruangan kedap air ini dipasang tetap dengan struktur bawah terbuka ke laut. Tekanan udara pada ruangan kedap air ini disebabkan oleh pergerakan naik-turun dari permukaan gelombang air laut.
Gambar 1. Proses terbentuknya aliran udara yang dihasilkan oleh gelombang laut
Gerakan gelombang di dalam ruangan ini merupakan gerakan compresses dan gerakan decompresses yang ada di atas tingkat air di dalam ruangan. Gerakan ini mengakibatkan, dihasilkannya sebuah alternating streaming kecepatan tinggi dari udara. Aliran udara ini didorong melalui pipa ke turbin generator yang digunakan untuk menghasilkan listrik. Sistem OWC ini dapat ditempatkan permanen di pinggir pantai atau bisa juga ditempatkan di tengah laut. Pada sistem yang ditempatkan di tengah laut, tenaga listrik yang dihasilkan dialirkan menuju transmisi yang ada di daratan menggunakan kabel.
Gambar 2 . Turbin dan generator Gambar 3. Tampak keseluruhan PLTG-OWC
Generator pada Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut (PLTGL)
Jenis generator yang digunakan pada PLTGL ialah jenis Generator Asinkron (generator tak-serempak) yang merupakan motor induksi yang dirubah menjadi generator, generator ini dipilih karena PLTGL sebagai energi alternatif tidak banyak membutuhkan perawatan seperti halnya generator sinkron, lebih kuat, handal, harga lebih murah dan tidak membutuhkan bahan bakar pada saat diaplikasikan di lapangan, tapi cukup bergantung pada sumber energi terbarukan seperti air, angin, dan lain – lain sebagai prime over (penggerak mula). Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC (Alternating Current).
Gambar 4. Turbin dan Generator Asinkron
Blok Diagram Generator Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut
Data fakta Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut dunia dan di Indonesia Pemerintah Jerman merancang pilot project pembangkit listrik tenaga gelombang.
Pembangkit listrik tenaga gelombang laut (PLTGL) yang telah berjalan adalah PLTGL Limpet dikelola oleh Wavegen, anak perusahaan Vorth Siemen yang berbasis di Inggris. PLTGL Limpet mampu memproduksi listrik 500 kwh. Pembangkit tersebut menggunakan teknologi Oscillating Water Column (OWC) yang mengubah energi gelombang menjadi udara pendorong untuk menggerakan turbin. Sementara itu, PLTGL yang di Jerman akan memiliki kapasitas 250 kWh. Dengan kapasitas tersebut, PLTGL tersebut dapat mengaliri listrik ke 120 rumah. Pemerintah Jerman berharap pembangunan PLTG tersebut tidak mengganggu lingkungan sekitar pantai.
Oleh karena itu, EnBW menjalin kerja sama dengan proyek konservasi pantai agar
pembanguan PLTGL tidak merusak keindahan alam daerah sepanjang pantai.
Pembangkit listrik gelombang laut komersial juga dikembangkan di ‘Negeri Kanguru’. Pusat PLTGL itu terletak di lepas pantai Australia. Pembangkit dengan terobosan teknologi yang masih langka itu telah memasok kebutuhan listrik sekitar 500 rumah yang berada di daerah Selatan Sydney, Australia. Listrik baru bisa dihasilkan PLTGL jika gelombang laut datang menerpa corong yang menghadap ke lautan. Gerakan tersebut mengalirkan udara melalui dan masuk menggerakan turbin.
Dari putaran turbin tersebut, sebanyak 500 kWh daya listrik dihasilkan setiap hari dan langsung disalurkan ke rumah-rumah . Pusat PLTGL yang di Australia merupakan proyek percontohan. Pemerintah Australia berencana membangun PLTGL yang lebih besar dan menghasilkan listrik lebih kuat di pantai selatan Australia. Dengan pembangunan PLTGL, para ahli teknologi PLGL Australia pun mendapat kebanjiran order untuk membangunan PLTGL di beberapa negara. Hawai, Spanyol, Afrika Selatan, Cile, Meksiko, dan Amerika Serikat juga tertarik.
Gambar 5. Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang-OWC di Skotlandia
Indonesia memiliki garis pantai terpanjang kedua setelah Norwegia. Sehingga Energi gelombang laut di pantai tersebut digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik, seperti saat ini telah didirikan sebuah Pembangkit Listrik Bertenaga Ombak (PLTO) di Yogyakarta, yaitu model Oscillating Water Column. Tujuan didirikannya PLTO ini adalah untuk memberikan model sumber energi alternatif yang ketersediaan sumbernya cukup melimpah di wilayah perairan pantai Indonesia. Yogyakarta
merupakan daerah di Indonesia yang memiliki potensi gelombang laut terbesar dibanding daerah lainnya. Pantai Selatan di daerah Yogyakarta memiliki potensi gelombang 19 kw/panjang gelombang. Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut di daerah Yogyakarta dikembangkan oleh BPPT khususnya BPDP (Balai Pengkajian Dinamika Pantai). Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut ini menggunakan metode OWC (Ocillating Water Column). BPDP – BPPT pada tahun 2004 telah berhasil membangun prototype OWC pertama di Indonesia. Prototype itu dibangun di pantai Parang Racuk, Baron, Gunung Kidul. Prototype OWC yang dibangun adalah OWC dengan dinding tegak. Luas bersih chamber 3m x 3m. Tinggi sampai pangkal dinding miring 4 meter, tinggi dinding miring 2 meter sampai ke ducting, tinggi ducting 2 meter. Prototype OWC 2004 ini setelah di uji coba operasional memiliki efisiensi 11%. Pada tahun 2006 ini pihak BPDP – BPPT kembali membangun OWC dengan sistem Limpet di pantai Parang Racuk, Baron, Gunung Kidul . OWC Limpet dibangun berdampingan dengan OWC 2004 tetapi dengan model yang berbeda.
Dengan harapan besar energi gelombang yang bisa dimanfaatkan dan efisiensi dari OWC Limpet ini akan lebih besar dari pada OWC sebelumnya.
Gambar 6. Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang-OWC di Pantai Parang Racuk, Gunung Kidul-Yogyakarta
JADWAL KEGIATAN TUGAS AKHIR DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
TAHUN AJARAN 2015/2016
NO 1 2 3
Hari/Tanggal 23 Maret 2016 01 April 2016 14 Mei 2016
Kegiatan Pengumpulan Proposal Tugas Akhir (batas akhir)
Seminar Proposal Tugas Akhir Pengambilan data di Lab. Konversi Energi Listrik
Keterangan
Pengumpulan di Departemen Teknik Elektro sesuai dengan format Proposal tugas Akhir yang telah ditentukan
Setelah diumumkan jadwal seminar, dilaksanakan seminar dengan dosen pembimbing dan penguji yang telah ditunjuk oleh departemen
Dilakukan setelah proposal disetujui
NO 4 5 6
Hari/Tanggal April 2015- Juni 2016 Juni 2015 Juni 2015
Kegiatan Masa Bimbingan Tugas Akhir Pengambilan dan Pengembalian Form Seminar Tugas Akhir
Pengumpulan draft akhir Laporan TA
Keterangan
Bimbingan Tugas Akhir dimulai diskusi dengan Dosen Pembimbing dan mencari referensi lain dari sumber yang lainnya.
Pengambilan dan pengembalian form seminar hasil di
Departemen
1. Laporan siap untuk diseminarkan
2. Jadwal Seminar disusun
JADWAL KEGIATAN TUGAS AKHIR DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
TAHUN AJARAN 2015/2016
NO 7 8 9
Hari/Tanggal Juli 2016 Juli 2016 – Agustus 2016 Agustus
Kegiatan Masa Seminar Hasil TA Revisi Tugas Akhir Sidang Tugas Akhir
Keterangan
Tugas Akhir akan diseminarkan sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan
Koreksi dan perbaikan Tugas Akhir setelah dilakukannya seminar hasil untuk kemudian dilanjutkan ke Sidang Tugas Akhir
NO 10 11 12
Hari/Tanggal Agustus 2016- September 2016 September 2016 November 2016 Kegiatan Revisi Tugas Akhir (selesai sidang) Jurnal Ilmiah Wisuda
Keterangan
Membuat jurnal ilmiah yang kemudian akan dibimbing oleh dosen pembimbing khusus yang telah ditunjuk oleh departemen
DATA PERCOBAAN
Tabel tegangan antar phasa dan tegangan per phasa kapasitor 20 mF Kecepatan
Putaran
(rpm)
Vout
(Volt)
R-S R-T S-T R-N S-N T-N
0 - - - -
200 0,075 0,076 0,076 0,077 0,077 0,075
400 0,079 0,08 0,08 0,078 0,078 0,078
600 0,084 0,083 0,084 0,08 0,08 0,081
800 0,085 0,085 0,085 0,083 0,082 0,082
1000 0,086 0,087 0,086 0,083 0,083 0,084
1200 0,088 0,089 0,089 0,084 0,085 0,084
1400 0,09 0,09 0,089 0,086 0,086 0,087
Tabel tegangan antar phasa dan tegangan per phasa kapasitor 20 mF eksitasi satu phasa terbuka
Kecepatan Putaran
(rpm)
Vout
(Volt)
R-S R-T S-T R-N S-N T-N
0 - - - -
200 0,07 0,071 0,07 0,071 0,07 0,07
400 0,072 0,073 0,073 0,072 0,073 0,073
600 0,074 0,074 0,075 0,073 0,074 0,074
800 0,075 0,075 0,076 0,075 0,075 0,076
1000 0,076 0,077 0,077 0,077 0,077 0,076
1200 0,078 0,079 0,079 0,078 0,078 0,078
1400 0,079 0,08 0,08 0,079 0,079 0,08
Tabel tegangan antar phasa dan tegangan per phasa kapasitor 40 mF Kecepatan
Putaran
(rpm)
Vout
(Volt)
R-S R-T S-T R-N S-N T-N
0 - - - -
200 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
400 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,11
600 0,14 0,13 0,13 0,14 0,14 0,13
800 0,15 0,15 0,15 0,16 0,17 0,16
1000 0,19 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18
1200 0,20 0,21 0,21 0,21 0,20 0,21
1400 0,23 0,23 0,23 0,22 0,23 0,23
Tabel tegangan antar phasa dan tegangan per phasa kapasitor 40 mF eksitasi satu phasa terbuka
Kecepatan Putaran
(rpm)
Vout
(Volt)
R-S R-T S-T R-N S-N T-N
0 - - - -
200 0,09 0,091 0,09 0,09 0,09 0,089
400 0,093 0,093 0,093 0,092 0,093 0,092
600 0,096 0,095 0,096 0,097 0,096 0,095
800 0,098 0,099 0,098 0,099 0,098 0,098
1000 0,12 0,11 0,11 0,11 0,1 0,1
1200 0,12 0,12 0,12 0,13 0,13 0,12
1400 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13
