DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR ANALISA PERBANDINGAN PENGARUH NILAI KAPASITOR EKSITASI TERHADAP REGULASI DAN EFISIENSI PADA MOTOR INDUKSI SEBAGAI GENERATOR ( MISG ) PENGUATAN SENDIRI ( Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU ) Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro O l e h ANDI HALIM NIM DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

2 ABSTRAK Motor induksi merupakan salah satu penggerak yang paling sering digunakan dalam aplikasi industri. Disamping fungsinya sebagai penggerak, motor induksi juga dapat dijadikan sebagai generator atau sering juga disebut dengan Motor Induksi Sebagai Generator (MISG). Secara umum konstruksi motor induksi adalah sama dengan konstruksi generator induksi, hanya saja dalam pengoperasiannya generator induksi memerlukan prime over untuk menggerakkan rotor motor induksi tersebut. Rotor tersebut dikopelkan ke prime over lalu diputar sedemikian sehingga menghasilkan slip negatif (1>s ). Artinya kecepatan putaran rotor harus di atas kecepatan medan putar stator (ns<nr). Tidak hanya itu saja, motor induksi tersebut juga memerlukan kapasitor untuk menyediakan daya reaktif. Kapasitor ini dipasangkan secara paralel ke statornya yang disebut sebagai kapasitor eksitasi. Besar nilai kapasitor daya reaktif yang dihasilkan tergantung besar nilai kapasitor yang digunakan. Daya reaktif mempengaruhi regulasi dan efisiendi generator induksi tersebut. Oleh karena itu penulis akan menganalisis perbandingan regulasi dan efisiensi generator induksi dengan nilai kapasitor yang berbeda. KATA PENGANTAR

3 Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkah dan rahmat-nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan baik Tugas Akhir yang berjudul: ANALISA PERBANDINGAN PENGARUH NILAI KAPASITOR EKSITASI TERHADAP REGULASI DAN EFISIENSI PADA MOTOR INDUKSI SEBAGAI GENERATOR ( MISG ) PENGUATAN SENDIRI Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib dipenuhi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Elektro FT USU. Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orangtua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tidak terhingga yaitu: Mak Bun Meng dan Nursia Hartono; kakak penulis, yaitu: Fenni Puspita Dewi; paman penulis, yaitu: Hermanto; bibi penulis yaitu: Nuraini Hartono. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan pertolongan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen pembimbing Tugas Akhir saya, yang telah bersedia meluangkan waktu di sela-sela kesibukan beliau untuk membimbing penulis mulai dari awal sampai selesainya Tugas Akhir ini; 2. Bapak Ir., M.Natsir Amin, M.M selaku dosen wali penulis yang banyak memberikan masukan dan pengarahan selama penulis menempuh perkuliahan; 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara; 4. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, 5. Rekan-rekan kerja penulis di CORPUS English Tutorial Centre, Franky Pandana, Mery, Valentina Wijaya, Harry Hidayat, Yolven, Elizabeth Rimba, Jansen Lee dan Steveni Winata yang telah memberikan dorongan dan semangat kepada penulis di dalam menyelesaikan tugas akhir ini; 6. Sahabat sekaligus kakak angkat penulis, Sri Juliani dan Mery yang banyak menginspirasi dan memberi motivasi bagi penulis;

4 7. Sahabat penulis, Sally Nathania yang telah memotivasi dan meluangkan banyak waktu untuk menemani penulis baik dalam keadaan suka maupun duka; 8. Teman-teman terbaik semasa SMP sampai sekarang, yaitu: Davin Arden, Dannish Kurniago dan Johanna Aveline atas segala motivasi dan dukungannya selama ini; 9. Teman-teman semasa SMA sampai sekarang, yaitu: Andy Thomas, Biondi, Malvin, Renalto Wijaya, Jenny Yeonardy, Vera dan seluruh keluarga besar FANTASY lainnya yang memberikan semangat dan inspirasi dalam hidup ini; 10. Teman-teman sesama mahasiswa stambuk 2006, Thomas William, Sugianto, Hendrik, Fredy Angga, Budiman Chandra, Firmanto, Desmanto, Sanita SFN, Sukesih, Iqbal, Taufik, Nasir Andi Hakim Nasution, Supenson, Fransiscus, Folda, Jaitun, dan yang lainnya; 11. Teman-teman junior, yaitu: Joni, Angel, Denny Tanaya, Yuyanto, Yudi, Antonius, Teguh, Wilfian, dan yang lainnya; 12. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah memberikan kontribusinya kepada penulis, baik secara langsung maupun tidak langsung, jasa kalian akan senantiasa penulis kenang dan sebagai acuan untuk menempuh hari-hari ke depan dengan penuh semangat dan lebih baik lagi. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa yang ingin lebih mengetahui dan mendalami masalah sistem kendali berbasis diagram tangga untuk keperluan otomatisasi industri. Medan, Agustus 2011 Penulis Andi Halim NIM:

5 DAFTAR ISI Hal KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... ii DAFTAR ISI. iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan & Manfaat Penulisan Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 4 BAB II MOTOR INDUKSI TIGA PHASA... 6 II.1 Umum... 6 II.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa... 6 II.3 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa... 9 II.4 Medan Putar II.4.1 Analisis secara Vektor II.5 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi II.5.1 Rangkaian Ekivalen Stator II.5.2 Rangkaian Ekivalen Rotor II.6 Aliran Daya Motor Induksi II.7 Torsi Motor Induksi Tiga Phasa II.8 Efisiensi Motor Induksi Tiga Phasa II.9 Disain Motor Induksi Tiga Phasa II.10 Penentuan Parameter Motor Induksi II.10.1 Percobaan DC II.10.2 Percobaan Beban Nol... 33

6 II.10.3 Percobaan Rotor Tertahan BAB III MOTOR INDUKSI SEBAGAI GENERATOR III.1 Umum III.2 Syarat syarat Motor Induksi Sebagai Generator III.3 Slip III.4 Frekuensi Rotor III.5 Prinsip Kerja Generator Induksi Penguatan Sendiri. 41 III.6 Kapasitor Eksitasi III.7 Pemasangan Kapasitor III.7.1 Kapasitor Hubungan Delta ( ) III.7.2 Kapasitor Hubungan Wye ( Y ) III.8 Proses Pembangkitan Tegangan dan Rangkaian Ekivalen Generator Induksi III.9 Pengaruh Pembebanan Terhadap Arus Eksitasi III.10 Aliran Daya Nyata Generator Induksi Penguatan Sendiri III.11 Efisiensi III.12 Generator Induksi Penguatan Sendiri Hubungan Short Shunt III.13 Persamaan Tegangan, Arus dan Daya Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri BAB IV ANALISA PERBANDINGAN PENGARUH BESAR KAPASITOR EKSITASI TERHADAP REGULASI DAN EFISIENSI MOTOR INDUKSI SEBAGAI GENERATOR ( MISG ) PENGUATAN SENDIRI IV.1 Umum IV.2 Peralatan Yang Digunakan IV.3 Penentuan Besar Nilai Kapasitor IV.4 Pengujian Analisa Perbandingan Pengaruh Besar Kapasitor Eksitasi Terhadap Regulasi Dan Efisiensi Motor Induksi Sebagai Generator Induksi (MISG) Penguatan Sendiri IV.4.1 Pengujian Pengukuran Tahanan Stator IV Rangkaian Pengujian IV Prosedur Pengujian IV Data Hasil Pengujian IV Analisa Data Pengujian IV.4.2 Pengujian Motor Induksi Sebagai Generator Penguatan Sendiri

7 Dalam Keadaan Berbeban IV Rangkaian Pengujian IV Prosedur Pengujian IV Data Hasil Pengujian IV.4.3 Analisa Data Perbandingan Pengaruh Besar Kapasitor Eksitasi Terhadap Regulasi Dan Efisiensi Pada Motor Induksi Sebagai Generator (MISG)Penguatan Sendiri IV Regulasi Tegangan IV Efisiensi IV.4.4 Tabel Analisa Data Percobaan IV.4.5 Kurva Perbandingan Pengaruh Besar Kapasitor Eksitasi Terhadap Regulasi dan Efisiensi pada Motor Induksi sebagai Generator Penguatan Sendiri BAB V PENUTUP V.1 Kesimpulan V.2 Saran DAFTAR PUSTAKA

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Penampang rotor dan stator motor induksi. 7 Gambar 2.2 Komponen stator motor induksi tiga phasa... 8 Gambar 2.3 Rotor sangkar dan bagian-bagiannya... 8 Gambar 2.4 Rotor belitan dan motor induksi rotor belitan... 9 Gambar 2.5 Diagram phasor fluksi 3 phasa & Arus 3 phasa seimbang Gambar 2.6 Medan putar pada motor induksi tiga phasa Gambar 2.7 Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir dalam suatu lingkar Gambar 2.8 Diagram vektor untuk fluks total pada keadaan t 1, t 2, t 3, t Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen stator motor induksi Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen motor induksi tiga phasa Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen pada rotor motor induksi Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen dilihat dari sisi stator motor induksi Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen lain dilihat dari sisi stator motor induksi Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen lain dari motor induksi Gambar 2.15 Diagram aliran daya motor induksi. 23 Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen motor induksi.. 24 Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen motor induksi dengan terminal a-b dilepas Gambar 2.18 Rangkaian ekivalen motor induksi yang lain.. 25 Gambar 2.19 Karakteristik motor induksi Gambar 2.20 Efisiensi pada motor induksi Gambar 2.21 Karakteristik torsi-kecepatan motor induksi pada berbagai disain Gambar 2.22 Rangkaian phasa stator saat pengukuran DC hubungan Y Gambar 2.23 Rangkaian phasa stator saat pengukuran DC hubungan delta Gambar 2.24 Rangkaian ekivalen pada saat berbeban Gambar 2.25 Rangkaian ekivalen pada saat beban nol Gambar 2.26 Rangkaian ekivalen pada saat rotor tertahan (s = 1) Gambar 3.1 Prinsip kerja generator induksi penguatan sendiri.. 41 Hal.

9 Gambar 3.2 Karakteristik torsi kecepatan mesin induksi Gambar 3.3 Kapasitor terhubung delta Gambar 3.4 Kapasitor terhubung bintang Gambar 3.5 Rangkaian proses pembangkitan tegangan. 46 Gambar 3.6 Rangkaian ekivalen perfasa generator induksi Gambar 3.7 Proses pembangkitan tegangan Gambar 3.8 Diagram vektor tegangan generator induksi Gambar 3.9 Diagram aliran daya nyata Gambar 3.10 Rangkaian generator induksi penguatan sendiri hubungan short shunt Gambar 3.11 Rangkaian ekivalen per phasa generator induksi keadaan berbeban Gambar 4.1 Rangkaian percobaan dengan suplai DC Gambar 4.2 Rangkaian pengujian berbeban pada generator penguatan sendiri Gambar 4.3 Kurva pengaruh kapasitor eksitasi terhadap regulasi tegangan motor induksi sebagai generator penguatan sendiri Gambar 4.4 Kurva pengaruh kapasitor eksitasi terhadap efisiensi motor induksi sebagai generator penguatan sendiri... 71

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Distribusi empiris dari Xbr Tabel 4.1 Data hasil pengujian tahanan stator DC Tabel 4.2 Data hasil pengujian berbeban generator induksi penguatan sendiri dengan menggunakan kapasitor eksitasi Tabel 4.3 Data hasil pengujian beban nol generator induksi penguatan sendiri dengan menggunakan kapasitor eksitasi Tabel 4.4 Hasil analisa data pengaruh nilai kapasitor eksitasi terhadap regulasi dan efisiensi pada motor induksi sebagai generator (MISG) penguatan sendiri Hal.