PENAMBAHAN INDUKTOR SECARA SERI DENGAN EKSITASI KAPASITOR PADA GENERATOR INDUKSI SEKALIGUS MEREDAM HARMONISA

Transkripsi

1 ISSN: PENAMBAHAN INDUKTOR SECARA SERI DENGAN EKSITASI KAPASITOR PADA GENERATOR INDUKSI SEKALIGUS MEREDAM HARMONISA Supri Hardi 1 Jurusan Teknik Elektr Pliteknik Negeri Lhkseumawe Abstrak Pengperasian mtr induksi sebagai generatr induksi ternyata membangkitkan harmnisa. Permasalahan yang ingin dibahas dalam penelitian ini yaitu seberapa besar harmnisa yang terjadi akibat kumparan generatr induksi yang dibangkitkan tanpa harus menghubungkan beban nn linier. Kemudian bagaimana penambahan Induktr yang diserikan dengan kapasitr dalam memfilter harmnisa yang sekaligus pemberi daya reaktif. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan tingkat peredaman harmnisa tegangan dan harmnisa arus dengan menambahkan induktr secara seri dengan kapasitr yang sekaligus sebagai pemberi daya reaktif pada mtr induksi sebagai generatr. Metde penelitian yang digunakan yaitu metde pengujian dan pengukuran. THD tegangan kndisi tanpa beban sebesar 62,9 %. THD tegangan kndisi berbeban tanpa Induktr sebesar 63,5 % dan THD arus pada kndisi tersebut sebesar 83,9%. THD tegangan kndisi berbeban dengan Induktr L = 1,2 H sebesar 64,7 % dan THD arus pada kndisi tersebut sebesar 68,3%. Disini dapat dilihat bahwa dengan penambahan Induktr L mengakibatkan THD arus menurun dari 83,9% menjadi 68,3%. Kata kunci : Generatr Induksi, Harmnisa, Induktr, Kapasitr 1. Pendahuluan Mtr induksi banyak digunakan sebagai pembangkit (generatr) dan diaplikasikan pada sistem pembangkit alternatif atau sumber energi baru misalnya pembangkit tenaga angin, dan mikrhidr/minihidr. Pada umumnya bila dilakukan pembebanan pada generatr induksi akan mengakibatkan penurunan tegangan dan putaran, terlebih lagi beban induktif (I ketut perdana putra, 28). Pengujian dan pengukuran yang telah dilakukan pada daya mtr 1,5 kw, 4 kutub yang dilakukan menunjukan bahwa pada kndisi beban nl kenaikan putaran adalah sebanding dengan kenaikan tegangan. Tegangan knstan generatr induksi sebesar 22 vlt dicapai pada putaran 1499 rpm untuk kapasitr sebesar 3 uf, pada 148 rpm untuk 32 uf, dan 1441 rpm untuk kapasitr 35 uf. Pada beban resistif dan tegangan dijaga knstan, semakin tinggi putaran maka daya yang dihasilkan semakin besar. Besar daya maksimum sebagai fungsi putaran terjadi pada nilai kapasitr 35 uf. Pada kndisi beban resistif dengan putaran dijaga knstan, maka frekuensi yang dihasilkan juga knstan (Gagarin Chairul Iriant, 24). Pengperasian mtr induksi sebagai generatr induksi ternyata membangkitkan harmnisa yang tinggi juga sebelum dibebani leh beban nnlinier. Sehingga permasalahan yang ingin dibahas dalam penelitian ini yaitu seberapa besar harmnisa yang terjadi akibat kumparan generatr induksi yang dibangkitkan tanpa harus menghubungkan beban nn linier. Kemudian bagaimana filter single tuned dalam meredam harmnisa, serta bagaimana dengan penambahan Induktr dalam memfilter harmnisanya yang sekaligus pemberi daya reaktif. Hasil penelitian ini nantinya dapat diaplikasikan pada pembakit-pembangkit listrik kecil dengan sumber energi yang tersedia pada sebuah daerah tersebut. Pembangkit-pembangkit tersebut dapat berupa tenaga mikr/minihidr yang

2 menggunakan mtr induksi sebagai generatr. Penelitian ini secara keseluruhan bertujuan untuk mendapatkan tingkat peredaman harmnisa tegangan dan harmnisa arus dengan menambahkan induktr secara seri dengan kapasitr yang sekaligus sebagai pemberi daya reaktif pada mtr induksi sebagai generatr. Menurut tahapan penelitian yang akan dikerjakan ada dua tujuan yang akan dicapai, yaitu: Mendapatkan besar harmnisa yang dibangkitkan leh generatr induksi tanpa dihubungkan dengan beban nnlinier. Untuk mendapatkan besar kapasitas kapasitr dan induktr sebagai filter single tuned untuk meredam harmnisa dan sekaligus pembangkit tegangan awal. 2. Pembangkitan Tegangan Generatr Induksi Terjadinya pembangkitan tegangan generatr induksi akibat adanya maknit sisa pada rtr. Kapasitr yang digunakan harus sudah mempunyai muatan, sehingga terjadi tegangan awal pada pembangkit tegangan pada generatr induksi. Pembangkitan tegangan akan terjadi bila pada rtr terdapat magnet sisa atau kapasitr yang masih menyimpan muatan yang dihubungkan ke generatr induksi, dengan demikian akan mengalir arus pada rangkaian. Dengan adanya arus pada rangkaian tersebut maka akan menghasilakn fluks magnet pada celah udara antara kumparan statr dan rtr, sehingga pada kumparan statr akan membangkitkan tegangan induksi sebesar V 1. Tegangan V 1 selanjutnya akan mengakibatkan arus mengalir kembali ke kapasitr sebesar I 1. Arus tersebut akan menambah besar magnet pada celah udara sehingga tegangan kumparan statr akan menjadi V 2. Tegangan V 2 selanjutnya akan mengakibatkan arus mengalir kembali ke kapasitr sebesar I 2 selanjutnya tegangan terus meningkat pada kumparan statr sampai pada nilai tegangan generatr induksi sesuai nilai tegangan kapasitr. Setelah sama tegangan generatr induksi dengan tegangan kapasitr maka tegangan yang dibangkitkan ISSN: tidak bertambah lagi seperti terlihat pada Gambar 2.2 yaitu hubungan tegangan dengan arus kapasitr. Gambar 1. Hubungan tegangan dengan arus kapasitr. Generatr Induksi lebih sederhana dibanding generatr synchrnus. Mtr induksi lebih mudah untuk berperasi, mengendalikan, dan memelihara, tidak mempunyai permasalahan sinkrnisasi, dan hemat (Bansal R.C). 3. Pembangkitan Harmnisa pada Mesin Listrik Pada mesin listrik yang berputar baik mtr maupun generatr juga membangkitkan harmnisa. harmnisa pada mesin listrik ini dapat terjadi karena statr maupun slt rtr yang tidak simetris ataupun ketidak seimbangan pada kumparan tiga fasanya. harmnisa yang terjadi akan menginduksikan GGL pada kumparan statr dengan frekuensi yang samadengan perbandingan antara kecepatan dengan panjang gelmbangnya. resultan dari gaya gerak magnet (GGM) yang terjadi pada mesin akan memprduksi harmnisa yang bergantung pada frekuensi kecepatan. harmnisa tambahan dapat terjadi apabila inti magnet yang mengalami kejenuhan (de la rsa, Francisc. C, 26) 4. Pemasangan Kapasitr Nilai kapasitr yang dipasang sangat menentukan terbangkitnya tegangan atau tidak. Untuk terbangkitnya tegangan generatr induksi, nilai kapasitr yang dipasang harus lebih besar dari nilai kapasitr minimum yang diperlukan untuk prses eksitasi. Jika kapasitr yang dipasang

3 lebih kecil dari kapasitr minimum yang diperlukan, maka prses pembangkitan tegangan tidak akan berhasil. Prses eksitasi sendiri pada mesin induksi telah diteliti leh para ahli selama beberapa dekade. Bila kapasitr dihubungkan sepanjang terminal statr mesin induksi dimana mesin ini digerakkan leh suatu penggerak awal (prime mver) eksternal, maka tegangan akan diinduksikan ke terminal-terminalnya. Gaya gerak listrik (ggl) dan arus induksi pada belitan statr yang dipengaruhi leh kejenuhan magnetik mesin akan terus meningkat sampai kndisi kedaan tunak tercapai. Pada titik perasi ini tegangan dan arus akan distabilisasi leh nilai puncak dan frekuensi yang diberikan. Agar eksitasi sendiri dapat terjadi maka harus diperhatikan hubungan antara nilai kapasitansi dan kecepatan minimum. Untuk mde perasi mesin yang berdiri sendiri, harus diupayakan agar generatr induksi berperasi pada daerah jenuh. Hal ini akan menjamin agar hanya satu titik perptngan antara kurva magnetisasi dan garis reaktansi kapasitr yang menunjukkan kestabilan tegangan utput pada keadaan berbeban seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3. ISSN: Xm) dan ω = 2 π f dimana C adalah kapasitansi eksitasi sendiri (Erwin Ddu A.Y., 29). 5. Perhitungan Nilai Kapasitr Dasar perhitungan berdasarkan data name plate mtr induksi tiga fasa yaitu daya, tegangan, arus, factr daya, dan besar putaran (Wasimudin surya S). P = 3 V I csφ S = 3 V I Q = S P.. (1) Daya reaktif untuk perhitungan per fasa = Qc/3, Xc = V Qc C = Dimana: 1 2. π. f. Xc (2) Xc = Reaktansi yang diperlukan untuk menyediakan arus buta C = Nilai kapasitr yang diperlukan untuk menyediakan arus buta f = Frekuensi yang diinginkan 6. Menentukan parameter inductr L Reaktansi filter L kita pilih nilai yang tertinggi dari pengukuran nilai harmnisa, dan nilai yang terbesar pada harmnisa rd ke n (Krzysztf Piatek). Besar nilai reaktansi induktif filter yaitu: Gambar 2. Kurva magnetisasi terhadap kestabilan tegangan utput Pada keadaan tidak berbeban, arus kapasitr Ic = V 1 /Xc harus sama dengan arus magnetisasi Im = V 1 /Xm. Tegangan V 1 merupakan fungsi dari Im secara linear meningkat sampai titik saturasi inti magnetik tercapai. Frekuensi utput dari generatr induksi tereksitasi sendiri adalah f = 1/(2π C XL = X n Besar nilai L yaitu: L = XL 2πf (3).. (4) 7. METODE PENELITIAN Metde penelitian yang digunakan yaitu metde pengujian dan pengukuran. Metde pengujian dan pengukuran dilakukan untuk mengetahui besar tegangan, arus, frekuensi, daya, factr daya, Harmnisa, putaran dan trsi generatr induksi. Dari data pengukuran tersebut lalu menghitungan daya

4 reaktif yang dibutuhkan untuk filter single tuned dan sekaligus pemberi daya rekatif kepada generatr induksi. Pengujian generatr induksi terhadap tegangan awal yang dibangkitkan dengan pemasangan kapasitr, selanjutnya dengan pemasangan induktr yang dihubung seri dengan kapasitr tersebut yang berfungsi sebagai filter single tuned. ISSN: Bentuk karakteristik besar harmnisa tegangan dan arus dapat dilihat pada Gambar 5 berikut, ( V ) Harmnics graph - Vltage T H D V l t a g e ( % ) Beban Resistif THD Harmnics graph - Current 9.m.9 8.m.8 ( A ) 7.m 6.m 5.m 4.m 3.m T H D C u r r e n t ( % ) Gambar 3. Gambar rangkaian pengujian 8. Data Peralatan uji Mtr induksi 1.1 kw, 38 Vlt, 284 Rpm, PF,8, hubung bintang. Kapasitr 3 uf, 4V, hubung bintang inductr 1,2 H,,7 A Beban resistif regulatr 5 Ohm hubung bintang Pwer Q plus MI 2492 (merk METREL) 9. Data pengukuran Data Harmnisa generatr induksi tanpa beban, dimana pada pengujian ini kapasitr dihubungkan ke generatr induksi sebesar 3 uf, tanpa dihubungkan ke beban. Pengukuran dengan menggunakan PQ meter seperti Gambar 4 berikut. U(V) I(A) f Harmnics screen Started at :14:11 [ph1] Vltage (ms) Gambar 4. Bentuk gelmbang tegangan generatr induksi tanpa beban [ph1] Current 2.m 1.m THD Gambar 5. Karakteristik Harmnisa tegangan dan arus Data pengukuran generatr induksi tanpa beban dalam bentuk tabel yaitu tegangan fasa, arus fasa, daya, faktr daya, besar THD tegangan dan arus harmnisa, arus netral, dan frekuensi dapat dilihat pada Tabel 1 yang diambil dari data hasil pengukuran dengan alat ukur METREL. Tabel 1 hasil pengukuran tegangan, arus, daya, faktr daya, THD tegangan dan arus Symbl Name Unit L1 Ttal U Phase vltage V I Phase current A.98 S Apparent pwer kva.2.6 P Active pwer kw Q Reactive pwer kvar PF PF.93.9 csphi csinus Phi THD Ttal harmnic U distrtin % 63.5 Ttal harmnic THD I distrtin % Inductive, Capacitive c c Phase t phase Uxx vltage V THD Uxx Phase t phase vltage - THD % I null A 2.14 Freq 26 Data Harmnisa generatr induksi tanpa beban, dimana pada pengujian ini.2.1

5 kapasitr dihubungkan ke generatr induksi sebesar 3 uf, generatr induksi dengan beban R dimana kapasitr tanpa dihubung dengan Induktr L, pengukuran dengan menggunakan PQ meter seperti Gambar 6. U(V) m I(A) m Harmnics screen Started at :52: (ms) Gambar 6. Bentuk gelmbang tegangan generatr induksi berbeban Bentuk karakteristik besar harmnisa tegangan dan arus dapat dilihat pada Gambar 7 berikut, ( V ) Harmnics graph - Vltage [ph1] Vltage THD [ph1] Current T H D V l t a g e ( % ) ISSN: dilihat pada Tabel 2 yang diambil dari data hasil pengukuran dengan alat ukur METREL. Tabel 2 hasil pengukuran tegangan, arus, daya, faktr daya, THD tegangan dan arus Symbl Name Unit L1 Ttal U Phase vltage V I Phase current A S Apparent pwer kva P Active pwer kw Q Reactive pwer kvar PF PF.5.5 csph i csinus Phi.79 THD Ttal harmnic U THD I distrtin % 62.9 Ttal harmnic distrtin % 83.9 Inductive, Capacitive i i Phase t phase vltage V Phase t phase vltage - THD % Uxx THD Uxx I null A Freq 25 Data Harmnisa generatr induksi tanpa beban, dimana pada pengujian ini kapasitr dihubungkan ke generatr induksi sebesar 3 uf, generatr induksi dengan beban R dimana kapasitr dihubung dengan Induktr L sebesar 1,2 H, pengukuran dengan menggunakan PQ meter seperti Gambar 8. U(V) I(A) Harmnics screen Started at :16:24 [ph1] Vltage [ph1] Current m m Harmnics graph - Current m ( A ) m m m 199.1m m T H D C u r r e n t ( % ) m m m THD Gambar 7. Karakteristik Harmnisa tegangan dan arus Data pengukuran generatr induksi dengan beban R dimana kapasitr tanpa dihubung dengan Induktr L dalam bentuk tabel yaitu tegangan fasa, arus fasa, daya, faktr daya, besar THD tegangan dan arus harmnisa, arus netral, dan frekuensi dapat (ms) Gambar 8. Bentuk gelmbang tegangan generatr induksi berbeban Bentuk karakteristik besar harmnisa tegangan dan arus dapat dilihat pada Gambar 9 berikut,

6 ( V ) Harmnics graph - Vltage THD 999.9m Harmnics graph - Current m T H D V l t a g e ( % ) 1. Analisa dan Pembahasan ISSN: Kebutuhan dari kapasitr sebagai pemberi daya reaktif terhadap generatr induksi yaitu sesuai persamaan (1) dan (2). dari data pengukuran berbeban dimana besar daya reaktif pada Tabel 2 klm 4 baris 6 yaitu Q =,17 KVAr, maka besar kapasitr yang dibutuhkan ( A ) m m m m m m m 99.91m T H D C u r r e n t ( % ) Xc = 171,2 17 C = = 172,41 Ohm 1 = 18,5 uf 2. π , THD Gambar 9. Karakteristik Harmnisa tegangan dan arus Data pengukuran generatr induksi dengan beban R dimana kapasitr dihubung dengan Induktr L sebesar 1,2 H dalam bentuk tabel yaitu tegangan fasa, arus fasa, daya, faktr daya, besar THD tegangan dan arus harmnisa, arus netral, dan frekuensi dapat dilihat pada Tabel 3 yang diambil dari data hasil pengukuran dengan alat ukur METREL. Tabel 3 hasil pengukuran tegangan, arus, daya, faktr daya, THD tegangan dan arus Symbl Name Unit L1 Ttal U Phase vltage V I Phase current A S Apparent pwer kva P Active pwer kw Q Reactive pwer kvar PF PF csphi csinus Phi.93 THD Ttal harmnic U distrtin % 64.7 Ttal harmnic THD I distrtin % 68.3 Inductive, Capacitive i i Phase t phase (U12) Uxx vltage V 33.6 THD Phase t phase Uxx vltage - THD % I null A Freq 25 maka kebutuhan kapasitr per fasanya diambil nilai sebesar 2 uf. Jika dihitung berdasarkan name plate mtr induksi pada faktr daya sebesar,8 maka, daya reaktif Q = 66/3 = 22 VAr Xc = C = = 22 Ohm 1 = 14,5 uf 2. π maka kebutuhan kapasitr per fasanya diambil sebesar 15 uf kebutuhan nilai Induktr L kndisi penyedia daya reaktif C dihubungkan secara seri, sehingga C yang dipakai sebagai penyedia daya reaktif sudah berubah fungsi sebagai filter single tuned. Besar nilai Induktr dapat dihitung sesuai persamaan 3 dan 4 yaitu, Nilai L kndisi XC = 172,41 Ohm pada rd harmnisa ke 2 yang paling besar yaitu, XL = 172,41 2 = 43,1 Ohm L = 43,1 =,137 H 2π. 5 Nilai L kndisi XC = 22 Ohm pada rd harmnisa ke 2 yang paling besar yaitu, XL = 22 = 55 Ohm 2 L = 55 =,175 H 2π. 5

7 Secara rangkaian ekivalen dari pengukuran arus yang dilakukan terhadap A1 dan A2 seperti Gambar 1 berikut Gambar 1. Rangkaian ekivalen pengujian Pengukuran arus sesuai Gambar 1 pada kndisi generatr seperti Tabel 4. Tabel 4. Arus sesuai kndisi generatr Kndisi generatr Arus (A1) Arus (A2) Tanpa Beban,98 Berbeban, C tanpa L 1,15,45 Berbeban, C dengan L=1,2 H 2,24,46 Berbeban, C dengan L=2,8 H 2,65,42 Dari pengukuran tersebut maka arus yang mengalir pada rangkaian filter kndisi beban nl sebesar,98 A, kndisi berbeban tanpa menggunakan Induktr L sebesar 1,15-,45 =,7 A, dan kndisi berbeban dengan menggunakan Induktr L sebesar 1,2 H sebesar 2,24 -,46 = 1,78 A. Jika L dibuat lebih besar ternyata arus yang mengalir ke filter LC semakin besar. Indikasi ini dapat dilihat pada Tabel pengukuran arus beban pada klm 2 baris 4 dan 5. THD tegangan kndisi tanpa beban sebesar 62,9 % dan THD arus pada kndisi tersebut tidak terdeteksi karena tidak ada arus yang mengalir ke beban. Arus,98 A yang terbaca pada PQ meter hanyalah arus reaktif dari kapasitr. THD tegangan kndisi berbeban tanpa Induktr sebesar 63,5 % dan THD arus pada kndisi tersebut sebesar 83,9%. THD tegangan kndisi berbeban dengan Induktr L = 1,2 H sebesar 64,7 % dan THD arus pada kndisi tersebut sebesar 68,3%. Disini dapat dilihat bahwa dengan penambahan Induktr L mengakibatkan THD arus menurun dari 83,9% menjadi 68,3%. Penurunan THD ini ISSN: memang tidak signifikan, disebabkan nilai L kndisi pengujian tidak sesuai dengan perhitungan yang seharusnya dengan kapasitas yang harus digunakan. 11. Kesimpulan Dari permasalahan dan tujuan yang akan dicapai dari penelitian ini dapat diambil kesimpulan yaitu THD tegangan kndisi tanpa beban sebesar 62,9 %. THD tegangan kndisi berbeban tanpa Induktr sebesar 63,5 % dan THD arus pada kndisi tersebut sebesar 83,9%. THD tegangan kndisi berbeban dengan Induktr L = 1,2 H sebesar 64,7 % dan THD arus pada kndisi tersebut sebesar 68,3%. Disini dapat dilihat bahwa dengan penambahan Induktr L mengakibatkan THD arus menurun dari 83,9% menjadi 68,3%. Daftar Pustaka [1].Bansal R.C., Three-Phase Self-Excited Inductin Generatrs, An Overview, Senir Member, IEEE [2].De la rsa, Francisc. C, 26, harmnic and pwer system, CRC Press. [3].Erwin Ddu A.Y., 29, pemdelan sistem generatr induksi tereksitasi sendiri (self-excited inductin generatr (seig)) JIMT, Vl. 6, N. 2, [4].Gagarin Chairul Iriant, 24, Penentuan Nilai Kapasitr Untuk Penyedia Daya Reaktip. JETri, Vlume 3, Nmr 2, Halaman 1-16, ISSN [5].I ketut perdana putra, 28, perbandingan analisis nilai kapasitr pada perasi mtr induksi sebagai generatr menggunakan metde BL theraja dan jean marc chapallaz, jurnal penelitian unram, ISSN vl.2 n 13. [6].Krzysztf Piatek AGH-University f Science &Technlgy, Centralised reactive pwer cmpensatin in case f harmnicpllutin. [7].Wasimudin surya S, Analisa karakteristik mtr induksi sebagai generatr (MISG) pada pembangkit Listrik Tenaga Mikrhidr (PLTMH).

8 Daftar Riwayat Hidup Penulis ISSN: Nama : Supri Hardi Tempat/Tanggal Lahir : Sei Buluh/23 Juli 1969 Alamat : Kmp. Mutiara Indah, Lrg. X, N.6 Alue Awe. Lhkseumawe HP ssuprihardi@yah.cm Pendidikan terakhir : S2 USU, Thn 211 Pekerjaan : Staf Pengajar pada Jurusan Teknik Elektr Pliteknik Negeri Lhkseumawe sejak 1 Maret 1999 sampai sekarang.