ANALISIS PERFORMA GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI TIGA PHASA PADA KONDISI STEADY STATE

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR ANALISIS PERFORMA GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI TIGA PHASA PADA KONDISI STEADY STATE (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU) Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Konsetrasi Energi Listrik Oleh : NAMA : MUHAMMAD IQBAL NIM : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

2 ANALISIS PERFORMA GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI TIGA PHASA PADA KONDISI STEADY STATE (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik) Oleh : Muhammad Iqbal NIM : Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro Disetujui oleh : Dosen Pembimbing, Ir. Sumantri Zulkarnaen NIP : Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU, Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si NIP : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

3 ABSTRAK Analisis steady state penting dilakukan untuk memastikan kualitas daya yang bagus dan menilai kesesuaian konfigurasi terhadap aplikasi-aplikasi tertentu. Dalam menganalisis steady state, metode yang digunakan untuk mengetahui performa Generator Induksi Penguatan Sendiri adalah dengan menggunakan data parameterparameter mesin induksi tersebut sehingga dampak dari parameter-parameter ini dapat dinilai. Dengan demikian dilakukanlah pengujian-pengujian terhadap Generator Induksi Penguatan Sendiri tersebut sehingga diperoleh data parameter-parameter yang diinginkan. i

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul ANALISIS PERFORMA GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI TIGA PHASA PADA KONDISI STEADY STATE. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada : 1. Allah SWT, karena hanya dengan limpahan rahmat dan karunia-nya penulis bias menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Kedua Orang Tua saya yang tidak pernah berhenti memberi dukungan, semangat dan doanya kepada saya. 3. Bapak Ir.Sumantri Zulkarnaen, sebagai dosen pembimbing tugas akhir saya yang sangat besar bantuannya dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 4. Bapak Ir. T.Ahri Bachriun, Msc selaku Dosen Wali penulis selama menyelesaikan pendidikan di kampus USU. 5. Bapak Ir. Tarmizi Kasim, Msi selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. ii

5 6. Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 7. Bang Isroy Tanjung dan rekan-rekan penghuni Laboratorium Konversi Energi Listrik seperti Fery 07, Ardy 07, Faisal 06, Syawali 08, Aji 08, Fahdi 08, Syamsyarief Rekan-rekan satu stambuk yang telah lulus terlebih dahulu Martua ST, Randi ST, (alm) Nasir Andi Hakim ST, Azhary ST, Rozi ST, Salman ST, Helmi ST, Agung ST, Bale ST dan lain-lain yang telah memotivasi penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini. 9. Senior-senior yang telah memberi saran dan inspirasi penulis seperti bang Eko 04, bang Ari 04, bang Adi 04,bang Ronal 04, bang Zuki 04, bang Made 04, bang Augus 04, bang Megi 05, bang Dedi 05, bang Muhfi 04, bang Hans 04, bang Haris 04 dan lain-lain. 10. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU. 11. Teman-teman stambuk 06 yang telah banyak memberi bantuan untuk terselesaikannya TA ini. Baik berupa Ide, Kritik/Saran, Printer, serta Kebersamaan dalam banyak hal yang telah sangat membantuku seperti Ibenk, Khalid, Supenson, Rinaldo, Tian, Fauzi, Frans dan lain-lain. Penulis meyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis harapkan. Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan, Juli 2011 iii

6 DAFTAR ISI ABSTRAK i KATA PENGANTAR ii DAFTAR ISI iv DAFTAR GAMBAR viii DAFTAR TABEL xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Penulisan Manfaat Penulisan Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan BAB II MOTOR INDUKSI TIGA FASA 2.1 Umum Konsruksi Motor Induksi Tiga Fasa Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa Rotor Sangkar Tupai Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa Rotor Sangkar Belitan Prinsip Medan Putar iv

7 2.3.1 Analisis Secara Vektor Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Phasa Aliran Daya pada Motor Induksi Efisiensi Desain Kelas Motor Induksi Penentuan Parameter Motor Induksi Pengujian Tanpa Beban (No Load Test) Pengujian Tahanan Stator (DC Test) Pengujian Rotor Tertahan (Block Rotor Test) BAB III GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI 3.1 Umum Klasifikasi Generator Induksi Berdasarkan Konstruksi Rotor Generator Induksi Rotor Sangkar Generator Induksi Rotor Belitan Berdasarkan Proses Eksitasi Generator Induksi Terhubung ke Jaringan Listrik Generator Induksi Penguatan Sendiri Prinsip Kerja Generator Induksi Penguatan Sendiri Proses Pembangkitan Tegangan Slip Frekuensi Rotor Aliran Daya Nyata Generator Induksi Penguatan Sendiri Efisiensi v

8 3.9 Kapasitor Kapasitor Hubungan Delta ( Δ ) Kapasitor Hubungan Bintang ( Y ) Pemasangan Kapsitor Keuntungan & Kelemahan Generator Induksi BAB IV ANALISIS PERFORMA GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI TIGA PHASA PADA KONDISI STEADY STATE 4.1 Umum Pemodelan Generator Induksi Penguatan Sendiri secara Matematis Formulasi Penyelesaian Masalah Menentukan Parameter-Parameter Mesin Induksi Menentukan Parameter-Parameter Mesin Induksi dalam sistem per unit Karakteristik Beban Nol Penyelesaian Masalah Algorithma dan Flow Chart Analisis Performa Generator Induksi Penguatan Sendiri pada kondisi Steady State Hasil dan Pembahasan vi

9 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B vii

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konstruksi motor induksi Gambar 2.2 Komponen Stator motor induksi tiga phasa Gambar 2.3 Konstruksi rotor motor induksi rotor sangkar Gambar 2.4 Konstruksi motor induksi rotor sangkar Gambar 2.5 Skematik motor induksi rotor belitan Gambar 2.6 Konstruksi motor induksi rotor belitan Gambar 2.7 Diagram phasor fluksi tiga phasa dan Arus tiga phasa setimbang--13 Gambar 2.8 Medan putar pada motor induksi tiga phasa Gambar 2.9 Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir dalam suatu lingkar Gambar 2.10 Diagram vector untuk fluks total pada keadaan t1, t2 t3, t Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen Stator Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen Rotor Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen Motor Induksi Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen Motor Induksi dilihat dari sisi Stator Gambar 2.15 Bentuk lain rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen motor induksi dengan mengabaikan tahanan R e Gambar 2.17 Aliran Daya Motor Induksi Gambar 2.18 Rangkaian Ekivalen motor induksi pada percobaan beban nol Gambar 2.19 Rangkaian Pengukuran untuk Test DC viii

11 Gambar 2.20 Rangkaian ekivalen motor induksi pada percobaan Block Rotor Test Gambar 3.1 Generator Induksi Terhubung Jaringan Listrik Gambar 3.2 Generator Induksi Penguatan Sendiri Gambar 3.3 Karakteristik torsi kecepatan mesin induksi Gambar 3.4 Rangkaian Proses Pembangkitan Tegangan Gambar 3.5 Rangkaian ekivalen per phasa Generator Induksi Penguatan sendiri Gambar 3.6 Proses pembangkitan tegangan Gambar 3.7 Tegangan fungsi kapasitor eksitasi Gambar 3.8 Diagram Aliran Daya nyata Gambar 4.1 Rangkaian Ekivalen mesin induksi Gambar 4.2 Rangkaian Ekivalen satu phasa beban nol Gambar 4.3 Kurva karakteristik beban nol mesin induksi 3 phasa Gambar 4.4 Rangkaian ekivalen per phasa generator induksi penguatan sendiri Gambar 4.5 Flow Chart perhitungan analisis performansi generator induksi pada kondisi steady state dengan menggunakan metode Newton Rhapson Gambar 4.6 Kurva Arus Beban ( ) v/s Kapasitansi Eksitasi ( ) dengan faktor daya beban yang berbeda dengan menjaga kecepatan konstan ( Gambar 4.7 Kurva Tegangan Beban ( ) v/s Kapasitansi Eksitasi ( ) dengan Faktor daya beban yang berbeda dengan menjaga kecepatan konstan( ix

12 Gambar 4.8 Kurva Daya Output ( ) v/s Kapasitansi Eksitasi ( ) dengan faktor daya beban yang berbeda dengan menjaga kecepatan konstan( Gambar 4.9 Kurva Efisiensi ( ) v/s Kapasitansi Eksitasi ( ) dengan faktor daya beban yang berbeda dengan menjaga kecepatan konstan ( x

13 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data Pengujian beban nol, rotor tertahan dan pengukuran tahanan dc 51 Tabel 4.2 Data pengujian beban nol motor induksi 3 phasa Tabel 4.3 Hasil data perhitungan nilai dan dalam satuan per unit Tabel 4.4 Skema cara mencari beda terbagi hingga pertama, kedua, hingga ketiga Tabel 4.5 Data persamaan polynomial derajat 5 untuk persamaan magnetisasi Tabel 4.6 Data variasi kapasitansi eksitasi ( ) dan variasi beban dengan menjaga kecepatan tetap konstan ( ) terhadap frekuensi, reaktansi magnetisasi dan tegangan ccelah udara Tabel 4.7 Data variasi kapasitansi eksitasi ( ) dan variasi beban Dengan menjaga kecepatan tetap konstan ( ) terhadap dan xi