TUGAS AKHIR PANAS PADA GENERATOR INDUKSI SAAT PEMBEBANAN AHMAD TAUFIQ

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PANAS PADA GENERATOR INDUKSI SAAT PEMBEBANAN ( Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU ) O l e h AHMAD TAUFIQ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 KATA PENGANTAR Dengan Nama ALLAH Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat ALLAH S.W.T dimana atas berkah, karunia dan rahmat-nya lah penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, dengan judul PANAS PADA GENERATOR INDUKSI SAAT PEMBEBANAN (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU) Tugas Akhir ini merupakan suatu syarat bagi penulis untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain kepada : 1. Ayahanda Armensyah Lubis dan Ibunda tercinta Rosmiah Nasution, ananda hanturkan terima kasih atas do a yang tak pernah putus, kasih sayang yang tulus tanpa pernah pupus dalam mengasuh, mendidik dan membimbing penulis. 2. Saudara-saudariku kakanda Kurniadi Lubis, adinda Mutia Rahmi Lubis dan Melisa Lanniari Lubis yang menjadikan penulis terinspirasi dan termotivasi. 3. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU

3 4. Bapak Ir.A. Rachman Hasibuan, selaku dosen pembimbing penulis yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Ibu Ir. Windalina Syafiar, selaku dosen wali penulis yang telah membimbing penulis selama menjalani masa perkuliahan. 6. Bapak Ir. Satria Ginting, selaku kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik yang telah membantu penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini. 7. Bapak Ir. Mustafrind Lubis, Bapak Ir. Sumantri Zulkarnaen dan Bapak Ir. Eddy Warman selaku staf pengajar di Laboratorium Konversi Energi Listrik yang telah membantu penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini. 8. Kakanda Isroi Tanjung, ST, selaku pegawai pada Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 9. Rekan-rekan sesama Asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik, Ahmad Faisal (polo), Martua Sitompul, Muhammad Iqbal, Ferry, dan Ardiansyah yang telah membantu dalam pengambilan data-data percobaan dalam penulisan tugas akhir ini. 10. Rekan-rekan seperjuangan menuju kesuksesan, Rudi (peak), Nasir, Randi, Bang Ferry, Helmi, Ibeng, Agung, Fahmi (jembai), Hendra, Bale, Roji, Q- bar, Salman, Ijong, Alfi, Jemi, Teguh, Fauzi (akaw), Azari, Supenson (pengon), Rahmuddin (wae), Denni (omon), Ina (koneng), Liza, Sukesih (sasuke), Muti, Sanita, Pingkan dan rekan rekan lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu,

4 11. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU. Kepada orang orang yang telah membantu penulis selama menjalani masa perkuliahan penulis do akan jazakumullahu khairan katsira (semoga ALLAH membalas kalian dengan kebaikan yang banyak). Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna karena masih banyak terdapat 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 memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua. Medan, Agustus 2010 Penulis, AHMAD TAUFIQ NIM :

5 ABSTRAK Penggunaan Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) telah banyak diterapkan secara luas pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh). Meskipun memiliki kekurangan dalam hal efisiensi dan regulais tegangan, generator induksi banyak digunakan karena mudah diperoleh, murah, konstruksi sederhana dan perawatannya mudah. Secara umum konstruksi generator induksi adalah sama dengan konstruksi motor induksi, hanya saja dalam pengoperasiannya generator induksi memerlukan penggerak mula (prime mover) untuk menggerakkan rotor motor induksi tersebut. Rotor tersebut dikopelkan ke prime mover lalu diputar sedemikian sehingga menghasilkan slip negatif (s < 1). Artinya kecepatan putaran rotor harus di atas kecepatan medan putar stator (n r > n s ). Perputaran medan magnet ini timbul karena adanya arus magnetisasi yang diberikan jala-jala kepada kumparan stator Akibat pertambahan beban yang dilayani oleh generator induksi maka akan bertambah pula arus di bagian stator dari generator tersebut. Arus tersebut akan memperbesar rugi-rugi (panas) yang terjadi pada stator yang akan mengakibatkan kenaikan temperatur dari generator tersebut. Panas yang berlebihan akan menyebabkan penurunan kondisi atau kerusakan pada isolasi dalam belitan mesin, sehingga mengurangi umur pakai. Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas kenaikan temperatur (panas) pada generator induksi saat pembebanan linier. Untuk mendapatkan panas yang timbul, maka dilakukan pengujian terhadap generator induksi. Pengujian ini dilakukan pada Laboratorium Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik USU.

6 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR..... i ABSTRAK... iv DAFTAR ISI.... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL.... xi BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang... 1 I.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan... 2 I.3 Batasan Masalah... 3 I.4 Metode Penulisan... 4 I.5 Sistematika Penulisan... 4 BAB II MOTOR INDUKSI SEBAGAI GENERATOR II.1 Umum... 6 II.1.1 Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa... 7 II.1.2 Slip II.1.3 Medan Putar II.1.4 Prinsip Kerja Motor Induksi II.1.5 Frekuensi Rotor... 13

7 II.1.6 Efisiensi II.2 Disain Motor Induksi Tiga Phasa II.3 Penentuan Parameter Motor Induksi II.3.1 Pengujian Tanpa Beban II.3.2 Pengujian Tahanan Stator II.3.3 Pengujian Rotor Tertahan II.4 Syarat-syarat Motor Induksi Sebagai Generator II.5 Prinsip Kerja Generator Induksi II.6 Proses Pembangkitan Tegangan II.7 Alliran Daya Nyata Generator Induksi Penguatan Sendiri II.8 Pengaruh Pembebanan Terhadap Arus Eksitasi II.9 Pembebanan Dengan Faktor Kerja Satu II.10 Keuntungan dan Kelemahan Motor Induksi Sebagai Generator BAB III PANAS PADA MESIN INDUKSI III.1 Umum III.2 Panas Pada Konduktor Yang Dialiri Arus III.3 Kapasitas Panas dan Panas Spesifik III.4 Panas Pada Motor Induksi Rotor Sangkar III.4.1 Jenis Pendinginan III.4.2 Transfer Panas Pada Mesin Induksi III.4.3 Temperatur Lingkungan Pengoperasian

8 Mesin Induksi III.4.4 Isolasi Pada Mesin Induksi III.4.5 Pengaruh Panas Terhadap Isolasi Mesin Induksi III.4.6 Kenaikan Panas Pada Motor Induksi Rotor Sangkar.. 49 BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL PENGUKURAN IV.1 Umum IV.2 Peralatan Yang Digunakan IV.3 Penentuan besar Nilai Kapasitor IV.4 Pengujian Panas Pada Generator Induksi Saat Pembebanan. 56 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 Panas Pada Motor Induksi Sebagai Generator IV Pengujian Beban Nol IV Rangkaian Pengujian IV Prosedur Pengujian IV Data Hasil Pengujian IV Pengujian Berbeban IV Rangkaian Pengujian... 62

9 IV Prosedur Pengujian IV Data Hasil Pengujian IV.4.3 Analisa Data Panas Pada Generator Induksi Saat Pembebanan IV.4.4 Tabel Analisa Data Percobaan IV.4.5 Kurva Panas Pada Generator Induksi Saat Pembebanan IV Pengaruh Penambahan Beban Terhadap Temperatur Generator Induksi Penguatan Sendiri IV Pengaruh Penambahan Beban Terhadap Energi Panas Di Stator Generator Induksi Penguatan Sendiri 72 BAB V PENUTUP V.1 Kesimpulan V.2 Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 77

10

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Penampang rotor dan stator motor induksi... 7 Gambar 2.2 (a) Lempengan inti,... 8 Gambar 2.2 (b) Tumpukan inti dengan kertas isolasi pada beberapa alurnya... 8 Gambar 2.2 (c) Tumpukan inti dan kumparan dalam cangkang stator Gambar 2.3 (a) Rotor motor induksi... 9 Gambar 2.3 (b) Konstruksi motor induksi rotor sangkar... 9 Gambar 2.4 (a) Rotor belitan... 9 Gambar 2.4 (b) Motor induksi rotor belitan... 9 Gambar 2.5 (a) Diagram phasor fluksi tiga phasa Gambar 2.5 (b) Arus tiga phasa seimbang Gambar 2.6 Medan putar pada motor induksi tiga phasa Gambar 2.7 Karakteristik torsi-kecepatan motor induksi pada berbagai disain Gambar 2.8 Rangkaian ekivalen pada saat beban nol Gambar 2.9 Rangkaian pengujian tahanan stator arus searah motor induksi Gambar 2.10 Rangkaian rotor ditahan motor induksi Gambar 2.11 Proses penguatan Gambar 2.12 Generator induksi penguatan sendiri dengan sebuah kapasitor bank sebaga penyedia daya reaktif Gambar 2.13 Karakteristik torsi kecepatan mesin induksi... 26

12 Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen per phasa generator induksi Gambar 2.15 Proses pembangkitan tegangan pada generator induksi penguatan sendiri Gambar 2.16 Rangkaian resonansi beban nol generator induksi Gambar 2.17 Blok diagram aliran daya dan rugi-rugi pada generator induksi31 Gambar 2.18 Diagram vektor generator induksi Gambar 3.1 Arus yang mengalir pada sebuah tahanan Gambar 3.2 Transfer panas pada motor induksi Gambar 3.3 Konduksi pada sebuah slot konduktor pada motor induksi Gambar 3.4 Belitan pada sebuah slot yang berisolasi Gambar 3.5 Kurva umur isoalasi motor induksi untuk masing-masing kelas apabila dioperasiikan diatas batas temperatur kelas isolasi Gambar 4.1 Rangkaian percobaan dengan suplai DC Gambar 4.2 Rangkaian pengujian beban nol generator induksi penguatan sendiri Gambar 4.3 Rangkaian pengujian berbeban generator induksi penguatan sendiri Gambar 4.4 Pengaruh pembebanan terhadap temperatur generator induksi penguatan sendiri Gambar 4.5 Pengaruh pembebanan terhadap energi panas di stator generator induksi... 72

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Standar besarnya reaktansi berbagai jenis desain rotor Tabel 3.1 Kelas Isolasi motor induksi berdasarkan standar IEC Tabel 4.1 Data hasil pengujian tahanan stator DC Tabel 4.2 Data hasil pengujian beban nol generator induksi penguatan sendiri Tabel 4.3 Data hasil pengujian berbeban generator induksi penguatan sendiri Tabel 4.4 Data hasil pengujian tanpa beban generator induksi penguatan sendiri Tabel 4.5 Tabel analisa data panas pada generator induksi penguatan sendiri saat pembebanan... 71