generator induksi 1 fase

Di Indonesia masih banyak dijumpai daerah-daerah terpencil yang belum tersentuh oleh program elektrifikasi akibat tidak terjangkaunya daerah tersebut oleh infrastruktur kelistrikan yang ada. Daerah-daerah terpencil tersebut sebenarnya menyimpan potensi tenaga air yang dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik. Di daerah seperti itu lebih cocok dibangun pembangkit listrik berkapasitas kecil tetapi jumlah unitnya banyak. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian untuk mengembangkan suatu pembangkit listrik skala kecil yang mudah pembuatannya, mudah pengoperasiannya, mudah perawatannya dan harganya juga murah. Pembangkit tersebut didesain menggunakan generator induksi 1 fase ¾ PK 4 kutub dalam kondisi tereksitasi diri dan tidak terhubung dengan jala-jala listrik (stand alone).

Perancangan generator induksi 1 fase dari motor induksi 3 fase dengan cara merubah fungsi motor induksi 3 fase menjadi generator induksi 1 fase dengan mengambil fase R dan fase S pada motor induksi 3 fase terhubung secara delta dan untuk menguatkan tegangan keluaran ditambah dengan kapasitor. Setiap pengujian generator induksi 1 fase menggunakan kapasitor dengan ukuran 48, 56, dan 64 µF. Pengujian generator induksi 1 fase menggunakan beban resistif berupa lampu pijar ukuran 5 Watt, 10 Watt dan 60 Watt, serta beban induktif berupa kipas angin ukuran 18 Watt . Data - data tersebut kemudian dianalisis.

Pemanfaatan generator induksi sebagai pembangkit listrik stand-alone juga menimbulkan permasalahan. Apabila generator induksi diterapkan pada suatu sistem pembangkit listrik di daerah terpencil maka akan dihadapkan pada kenyataan bahwa potensi tenaga penggerak mula yang digunakan untuk memutar generator induksi tersebut adalah tidak konstan. Debit air pada sistem pembangkit listrik mikrohidro seringkali berubah-ubah akibat pengaruh musim. Biasanya beban listrik yang harus disuplai oleh sistem pembangkit tersebut juga tidak konstan. Kondisi ini akan berdampak besar terhadap tegangan dan frekuensi pembangkit tersebut. Oleh karena itu, perlu dilakukan suatu penelitian untuk mengetahui karakteristik tegangan dan frekuensi generator induksi 1 fase yang akan diterapkan pada daerah – daerah tersebut.

Potensi tenaga air yang terdapat pada suatu daerah dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik. Generator induksi 1 fase dapat dijadikan sebagai salah satu alternatif untuk pembangkit listrik skala kecil. Dalam pengimplementasiannya pada sistem pembangkit pikohidro, generator induksi akan beroperasi dengan kondisi debit air yang tidak konstan akibat perubahan musim. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui karakteristik keluaran generator induksi. Penelitian diawali dengan menghubungkan generator induksi 1 fase dengan kincir air sebagai penggerak mulanya. Setelah generator induksi berputar dengan kecepatan tertentu, selanjutnya dilakukan pengukuran tegangan dan frekuensi. Pengujian dilanjutkan dengan menghubungkan sejumlah kapasitor dan beban listrik pada terminal generator induksi. Ukuran kapasitor divariasi dari 24 – 64 µF sedangkan daya beban divariasi dari 0 – 240 W. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin besar ukuran kapasitor maka semakin rendah kecepatan putar dan frekuensinya, sedangkan tegangannya akan naik hingga mencapai nilai maksimum tertentu setelah itu akan cenderung turun. Ukuran kapasitor yang optimal untuk diterapkan adalah 32 – 40 µF. Semakin besar daya beban maka semakin rendah kecepatan putar, frekuensi dan tegangan generator induksinya. Daya beban yang optimal untuk dihubungkan pada generator induksi pada sistem pembangkit listrik pikohidro di Etasia Umbul Tlatar adalah sebesar 120 W. Tegangan generator induksi akan bervariasi antara 210 – 225,5 volt dan frekuensinya bervariasi antara 55,6 – 59,1 Hz ketika bebannya divariasi antara 0 -120 W.

Penelitian ini tentang generator induksi 1 fase 12 kutub kecepatan rendah yang dikopelkan dengan sebuah motor induksi sebagai penggeraknya dan dipasang switch controller bank kapasitor, kemudian dilakukan pengujian generator induksi tanpa beban dengan eksitasi kapasitor 8 µF dan 16 µF dengan kecepatan putar antara 525 rpm sampai dengan 850 rpm dan dengan eksitasi kapasitor 8µF dan 16 µF dengan kecepatan putarantara 525 sampai dengan 850 rpm. Setelah pengujian dilanjutkan penggukuran keluaran dari tegangan, frekuensi dan arus, kemudian data yang sudah diambil dianalisis.

Langkah yang pertama yaitu melakukan perakitan alat dengan mempersiapkan peralatan dan bahan yang diperlukan untuk pengujian generator induksi 1 fase. Dalam penelitian ini pemilihan alat dilakukan dengan menentukan terlebih dahulu sebuah generator induksi yang sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan yang kemudian akan dianalisis pengaruh kecepatan putar terhadap tegangan dan frekuensi setelah diberi beban lampu hemat energi dengan berbagai macam variasi daya lampu. Adapun alat yang dipersiapkan untuk pengujiannya antara lain 1 buah motor penggerak/primemover, kapasitor bank, 1 buah generator induksi 1 fase, 2 buah pulley, 1 buah v belt , 5 buah lampu hemat energi, 1 buah voltage regulator, 1 buah tang ampere dan 1 buah tachometer serta alat pendukung lainnya.

Hasil dari penelitian generator induksi 1 fase kecepatan rendah dengan kapasitor bank 8 µF dan 16 µF dengan beban resistif 5,10 dan 15 Watt. Karakteristik kecepatan putar terhadap V dan f ketika beban bertambah yaitu V dan f mengalami penurunan akibat putaran generator sedikit melambat. Tanpa beban kapasitor 8 µF kecepatan 605 rpm yaitu 122 V, 57.5 Hz, dengan beban 117 V, 57.5 Hz. Tanpa beban 16 µF kecepatan 605 rpm yaitu 119V, 56,7 Hz, dengan beban 117 V, 57.5 Hz, tegangan berkurang 4,2% . penyebab tegangan dan frekuensi semakin berkurang akibat dari keceptan putar semakin melambat dan juga pengaruh beban yang bertambah menjadikan generator berputar terasa berat. Untuk mengatasi drop tegangan yaitu dengan menambahkan kecepatan putar pada generator sehingga beban bisa terpenuhi.

Mesin induksi yang tersedia di pasaran untuk daya yang besar biasanya merupakan mesin induksi 3 fase. Apabila digunakan sebagai generator, maka juga akan menghasilkan keluaran 3 fase. Dalam kenyataannya, mayoritas beban listrik yang digunakan masyarakat luas adalah peralatan satu fasa sehingga lebih tepat digunakan generator 1 fase. Fukami et al (1999) melaporkan bahwa mesin induksi 3 fase dapat digunakan sebagai generator induksi 1 fase pada suatu sistem yang tidak terhubung dengan jala-jala listrik (stand alone). Agar menghasilkan tegangan tertentu maka pada generator tersebut harus dihubungkan kapasitor eksitasi dengan ukuran tertentu.

Tugas Akhir ini, akan dirancang generator induksi 1 fase dari motor induksi 3 fase dengan cara merubah fungsi motor induksi 3 fase menjadi generator induksi 1 fase dengan mengambil fase R dan fase S pada motor induksi 3 fase terhubung secara delta dan untuk menguatkan tegangan keluaran ditambah dengan kapasitor.

Penelitian dimulai dengan merancang belitan stator generator induksi 1 fase dengan jumlah kutub sebanyak 12 buah. Stator generator induksi yang digunakan mempunyai 48 buah slot. Berdasarkan hasil perancangan tersebut kemudian dibuat prototipe generatornya. Setelah itu dilakukan serangkaian pengujian di laboratorium untuk mengetahui kinerjanya. Pengujian dimulai dengan mengkopel generator induksi dengan penggerak mula yang berupa motor listrik. Kapasitor eksitasi dan multimeter dihubungkan secara paralel pada terminal belitan stator. Generator induksi kemudian diputar hingga mencapai kecepatan tertentu dengan jalan mengatur regulator tegangan yang terhubung pada motor penggerak mula. Hasil penunjukkan tegangan dan frekuensi dicatat untuk pengujian dalam kondisi tanpa beban dan dalam kondisi berbeban.

9 Berdasarkan gambar 3 tegangan yang dihasilkan pada pengujian generator induksi 1 fase tanpa beban menunjukkan bahwa tegangan mengalami kenaikan yang stabil sesuai dengan kenaikan kecepatan putar. Pada kecepatan putar tetap dan ukuran kapasitor dinaikkan maka kecepatan putar tersebut menjadi turun, hal ini menyebabkan nilai tegangan menjadi turun. Fenomena tersebut sesuai dengan persamaan GGL induksi bahwa tegangan dipengaruhi oleh kecepatan putar dari generator itu sendiri.

Dari perancangan generator induksi 1 fase 12 kutub ini diharapkan generator bisa mengeluarkan tegangan 220 V, 50 HZ walaupun kecepatan rendah (sekitar 500 Rpm). Generator seperti ini sangat cocok untuk diterapkan pada sistem pembangkit mikrohidro atau pembangkit tenaga angin dengan menghitung aspek alam yang masih melimpah. Dalam penelitian ini akan diamati pengaruh kecepatan putar, ukuran kapasitor terhadap, tegangan dan frekuensi generator induksi 1 fase 12 kutub.

transformator tegangan. Kelemahannya adalah harga trafo tegangan tersebut mahal. Jayaramaiah dan Fernandes (2006) mengusulkan kontrol tegangan generator induksi dengan menggunakan PWM (Pulse Width Modulated) VSI. Peralatan kontrol ini memerlukan biaya yang mahal yang merupakan salah satu isu terkait pengembangan pembangkit berkapasitas kecil. Suatu model kontrol dengan menggunakan chopper yang mensuplai beban resistif juga diusulkan oleh Ammasaigounden(1999) dimana daya yang disuplai ke beban komplemen dikendalikan dengan menvariasi duty cycle dari chopper. Karena chopper mendapatkan suplai daya dari tegangan DC konstan maka model ini tidak direkomendasikan untuk sistem dengan beban bolak-balik. Ahmed et al. (2003) mengusulkan kompensator VAR statis yang terdiri dari kapasitor paralel yang yang dipindahhubungan dengan menggunakan thyristor.

Studi literature adalah proses pencarian materi penunjang yang diperlukan terkait penelitian yang bisa diambil dari beberapa referensi jurnal, karya ilmiah dan buku yang dijadikan pedoman dalam penelitian yang terkait. Motor induksi diubah-fungsikan sebagai generator induksi tereksitasi diri dikopel dengan penggerak mula ( primemover ), terminal keluaran pada belitan utama terhubung dengan kapasitor sebagai sumber daya reaktif dan dihubungkan dengan beban resistif dan LHE (lampu hemat energi) maupun tanpa beban. Pengumpulan data didapat dari hasil keluaran pengujian generator induksi tersebut, yang nantinya akan diolah dan dianalisis. Analisis data yang diperoleh dari hasil pengujian dibandingkan dengan studi literature. Data yang diperoleh untuk dianalisis yaitu data hasil pengujian generator induksi. Tahapan penelitian ditunjukkan dalam flowchart pada gambar 2.

mengatur secara otomatis dari daya yang dialokasikan ke beban komplemen (beban resistif) yang terhubung dengan generator induksi. Beban komplemen tersebut diatur dayanya sehingga diharapkan generator induksi akan selalu memikul beban total yang sama walaupun sesungguhnya beban di sisi konsumen berubah-ubah nilainya. Dengan demikian diharapkan dari penelitian dapat diperoleh suatu prototipe sistem pembangkit listrik skala kecil yang dapat menghasilkan listrik yang berkualitas walaupun dibangun di daerah-daerah terpencil dengan memanfaatkan potensi tenaga air yang ada.

Dalam penelitian akan dikembangkan suatu prototipe generator induksi 1 fase kecepatan rendah (8 kutub) sebagai pembangkit listrik berkapasitas kecil dan tidak terhubung dengan jala-jala listrik. Untuk menjaga kestabilan tegangan pembangkit maka dipakai suatu bank kapasitor sebagai sumber eksitasi yang dapat dipindah hubungannya secara otomatis.

Pada perancangan generator induksi 1 fase kecepatan rendah ini diharapkan generator bisa mengeluarkan tegangan sesuai dengan standarnya yaitu 220 Volt. Oleh karena itu, penulis melakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh kecepatan putar terhadap keluaran tegangan, frekuensi serta pengaruh pembebanannya.

Pada perancangan generator induksi 1 fase kecepatan rendah ini diharapkan generator bisa mengeluarkan tegangan sesuai dengan standarnya yaitu 220 Volt. Oleh karena itu, penulis melakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh kecepatan putar terhadap keluaran tegangan, frekuensi serta pengaruh pembebanannya.

P embangkit listrik tenaga angin (PLTB) sangat cocok untuk daerah pantai karena kaya potensi alam berupa angin, generator induksi merupakan jenis pembangkit listrik alternatif yang cocok untuk skala kecil atau beban rumah tangga (450 Va). Hal ini disebabkan karena harga generator induksi relatif lebih murah dibanding dengan generator sinkron. Kelemahan generator induksi adalah kinerjanya sangat dipengaruhi oleh beban. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan storage terhadap kinerja generator induksi. Param- eter motor induksi yang digunakan sebagai generator induksi adalah jenis rotor sangkar, 3 fase, dan 2 HP. Pengujian ini digunakan 4 buah kapasitor (@ 12 mF) dipasang pada setiap fase, inverter, converter, dan accu 120 Ah sebagai storage. Pengujian kinerja generator induksi dilakukan dengan pemasangan kapasitor tiap fase secara bertahap dan memonitoring keluaran generator induksi (tegangan, frekuensi, dan rpm) pada saat dibebani dan tanpa beban, pengujian ini dilakukan pada saat tanpa menggunakan storage dan menggunakan storage. Hasil penelitian secara keseluruhan menunjukkan penurunan kinerja generator induksi (pengujian tanpa storage). Pada saat kapasitas kapasitor terpasang 12 ìF, tegangan keluaran mengalami penurunan sebesar 63% (tanpa beban 6,3 volt, berbeban 60 watt = 2,2 volt). Kapasitas 24 ìF, 36 ìF, dan 48 ìF tegangan mengalami penurunan sebesar 2,7%, 1,6%, dan 1,5%. Untuk rpm dan frekuensi secara keseluruhan (12 ìF, 24 ìF, 36 ìF, dan 48 ìF) hanya mengalami penurunan sebesar 0,1% dan 0,2%. Sedangkan pengujian dengan menggunakan storage hasilnya menunjukkan bahwa dengan adanya storage tegangan output, rpm dan frekuensi tidak mengalami penurunan (pada saat berbeban dan tanpa beban), karena arus yang diserap oleh beban terpasang diambil dari storage atau accu sehingga beban tidak mempengaruhi keluaran generator induksi.

Daya aktif dan daya reaktif berosilasi selama 200 milidetik. Amplitude osilasi daya aktif adalah 0,4 pu dan menuju nilai keadaan mantap sekitar 0 pu (floating). Pada kondisi floating, generator tidak mengirim daya (generating) maupun menyerap daya (motoring). Adanya arus eksitasi di belitan stator menyebabkan munculnya medan magnet di rotor dan stator. Interaksi antara medan magnet di rotor dan stator menimbulkan torsi listrik yang melawan torsi penggerak mula. Osilasi daya aktif akan menuju titik keseimbangan antara torsi penggerak mula (berkaitan dengan daya aktif keluaran penggerak mula), torsi listrik (berkaitan dengan daya aktif masukan dari jaringan), dan kecepatan rotor. Osilasi daya aktif lebih dominan dipengaruhi oleh perubahan torsi listrik yang berkaitan dengan perubahan arus eksitasi, sehingga kecepatan rotor tidak terlalu berosilasi. Untuk meminimalkan amplidude dan durasi osilasi daya aktif, koneksi terminal generator ke saluran dilakukan saat rotor berputar pada kecepatan sinkron. Amplitude osilasi daya reaktif mencapai 1,8 pu dan mencapai nilai keadaan mantap 0,6 pu. Osilasi daya reaktif berkaitan dengan keseimbangan torsi dan besarnya arus eksitasi yang diperlukan untuk membangkitkan tegangan. Oleh karena tegangan jaringan relatif konstan, maka osilasi daya reaktif lebih dominan dipengaruhi oleh keseimbangan torsi.