PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI DENGAN KOMPENSASI TEGANGAN MENGGUNAKAN KAPASITOR

Transkripsi

1 PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI DENGAN KOMPENSASI TEGANGAN MENGGUNAKAN KAPASITOR ( Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU ) OLEH : NAMA : NIM : NASIR ANDI HAKIM NASUTION DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 KATA PENGANTAR Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan ke junjungan Nabi Muhammad SAW. Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda ( H. M. Raja Nasution ) dan Ibunda ( Hj. Siti Harmaini Harahap ), serta Kakanda ( Hadijah Hanum Nasution dan Siti Adhariyani Nasution ) tercinta yang merupakan bagian hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang. Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro,. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI DENGAN KOMPENSASI TEGANGAN MENGGUNAKAN KAPASITOR ( Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU ) Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis dalam kesempatan ini ingin mengucapkan terima kasih kepada :

3 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman S. Baafai dan Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT selaku Pelaksana Harian Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 2. Ibu Ir. Windalina Syafiar selaku dosen wali penulis yang senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan. 3. Bapak Ir. Eddy Warman selaku Dosen Pembimbing yang dengan sabar dan tulus meluangkan waktu dan pikiran untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Seluruh Staf Pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh Pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas bantuan administrasinya. 5. Keluarga Besar Laboratorium Distribusi dan Transmisi FT USU : Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, Bang Dedi, ST, Bang Irpan, ST, Randy, Bang Budi, ST. 6. Sahabat sahabat terbaikku, Rudy, Martua, Taufik, Bang Faisal, Fauzi, Teguh, Ina, Muti, Rozi, Alfi, Bambang, Rahmuddin, Agung, Sanita, Salman, Bale, Angga, Denny, Iqbal, Kesih, Liza, Azhary, Supenson, semua teman teman 06 yang tidak mungkin disebutkan satu persatu. 7. Semua abang dan kakak senior serta adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis. 8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

4 Akhir kata penulis menyadari bahwa tulisan ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat khususnya bagi penulis pribadi maupun bagi semua yang membutuhkannya dan hanya kepada Allah SWT lah penulis menyerahkan diri. Medan, 07 Maret 2010 Penulis Nasir Andi Hakim Nasution NIM :

5 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 mover untuk menggerakkan rotor motor induksi tersebut. Rotor tersebut dikopelkan ke prime mover lalu diputar sedemikian sehingga menghasilkan slip negatif ( 1 > s ). Artinya kecepatan putaran rotor harus di atas kecepatan medan putar stator ( n s < n r ). Tidak hanya itu saja, motor induksi tersebut juga memerlukan kapasitor untuk menyediakan daya reaktif. Kapasitor ini dipasangkan secara paralel ke statornya. Akibat pertambahan beban yang dilayani oleh generator induksi akan mempengaruhi tegangan dan daya keluaran dari generator tersebut. Sehingga menyebabkan perubahan regulasi tegangan dan efisiensi. Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas pengaruh pembebanan terhadap regulasi tegangan dan efisiensi pada generator induksi penguatan sendiri dengan kompensasi tegangan menggunakan kapasitor. Sistem terdiri dari dua kapasitor, yaitu kapasitor shunt dan kapasitor seri. Kapasitor shunt berfungsi untuk eksitasi dan kapasitor yang diserikan di sisi beban berfungsi untuk kompensasi tegangan keluaran. Untuk mendapatkan pengaruh pembebanan terhadap regulasi tegangan dan efisiensi tersebut, maka dilakukan pengujian terhadap generator induksi. Pengujian ini dapat dilakukan pada Laboratorium Konversi Energi Listrik.

6 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan dan Manfaat Penulisan Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 4 BAB II MOTOR INDUKSI TIGA PHASA II.1 Umum... 7 II.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa... 7 II.3 Medan Putar II.3.1 Analisis Secara Vektor II.4 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa II.5 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi II.5.1 Rangkaian Ekivalen Stator... 15

7 II.5.2 Rangkaian Ekivalen Rotor II.6 Aliran Daya Motor Induksi II.7 Efisiensi Motor Induksi Tiga Phasa II.8 Disain Motor Induksi Tiga Phasa II.9 Penentuan Parameter Motor Induksi II.9.1 Pengujian Tanpa Beban II.9.2 Pengujian Tahanan Stator II.9.3 Pengujian Rotor Tertahan BAB III GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI III.1 Umum III.2 Prinsip Kerja Generator Induksi Penguatan Sendiri III.3 Proses Pembangkitan Tegangan III.4 Slip III.5 Frekuensi Rotor III.6 Aliran Daya Nyata Generator Induksi Penguatan Sendiri III.7 Efisiensi III.8 Pengaruh Pembebanan Terhadap Arus Eksitasi III.9 Pembebanan Dengan Faktor Kerja Satu III.10 Proses Pengendalian Tegangan III.11 Kapasitor III.11.1 Kapasitor Hubungan Delta ( ) III.11.2 Kapasitor Hubungan Wye ( Y )... 49

8 III.11.3 Pemasangan Kapasitor III.12 Generator Induksi Penguatan Sendiri Hubungan Short Shunt III.13 Persamaan Tegangan, Arus dan Daya Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Hubungan Short Shunt III.14 Syarat Syarat Motor Induksi Sebagai Generator III.15 Keuntungan dan Kelemahan Motor Induksi Sebagai Generator BAB IV PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI DENGAN KOMPENSASI TEGANGAN MENGGUNAKAN KAPASITOR IV.1 Umum IV.2 Peralatan Yang Digunakan IV.3 Penentuan Besar Nilai Kapasitor IV.4 Pengujian Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Pada Generator Induksi 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 Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 63

9 IV Pengujian Beban Nol IV Rangkaian Pengujian IV Prosedur Pengujian IV Data Hasil Pengujian IV Pengujian Berbeban dan Tanpa Beban IV Rangkaian Pengujian IV Prosedur Pengujian IV Data Hasil Pengujian IV.4.3 Analisa Data Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor IV Regulasi Tegangan IV Efisiensi IV.4.4 Tabel Analisa Data Percoban IV.4.5 Kurva Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor IV Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 75

10 IV Kurva Pengaruh Pembebanan Terhadap Efisiensi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor IV.4.6 Kurva Tegangan Fungsi Arus Eksitasi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor BAB V PENUTUP V.1 Kesimpulan V.2 Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 82

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Penampang Rotor dan Stator Motor Induksi... 8 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... 9 Gambar 2.3(a) Tipikal Rotor Sangkar... 9 Gambar 2.3(b) Bagian Bagian Rotor Sangkar... 9 Gambar 2.4(a) Rotor Belitan Gambar 2.4(b) Motor Induksi Rotor Belitan Gambar 2.5(a) Diagram Phasor Fluksi Tiga Phasa Gambar 2.5(b) Arus Tiga Phasa Setimbang 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 Pada Rotor Motor Induksi Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Phasa Gambar 2.12 Rangkaian Ekivalen Dilihat Dari Sisi Stator Motor Induksi Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Dilihat Dari Sisi Stator Motor Induksi Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen Lain Dari Motor Induksi Gambar 2.15 Diagram Aliran Daya Motor Induksi... 24

12 Gambar 2.16 Efisiensi Pada Motor Induksi Gambar 2.17 Karakteristik Torsi Kecepatan Motor Induksi Pada Berbagai Disain Gambar 2.18 Rangkaian Pengujian Tanpa Beban Motor Induksi Gambar 2.19 Rangkaian Pengujian Tahanan Stator Arus Searah Motor Induksi Gambar 2.20 Rangkaian Rotor Ditahan Motor Induksi Gambar 3.1 Prinsip Kerja Generator Induksi Pengutan Sendiri Gambar 3.2 Karakteristik Torsi Kecepatan Mesin Induksi Gambar 3.3 Rangkaian Proeses Pembangkitan Tegangan Gambar 3.4 Rangkaian Ekivalen Perfasa Generator Induksi Gambar 3.5 Proses Pembangkitan Tegangan Gambar 3.6 Tegangan Fungsi Kapasitor Eksitasi Gambar 3.7 Diagram Aliran Daya Nyata Gambar 3.8 Diagram Vektor Tegangan Generator Induksi Gambar 3.9 Tegangan Fungsi Arus Eksitasi Dengan Faktor Kerja Satu Gambar 3.10 Kurva Magnetisasi Dan Proses Pengendalian Tegangan Gambar 3.11 Kapasitor Terhubung Delta Gambar 3.12 Kapasitor Terhubung Bintang Gambar 3.13 Rangkaian Generator Induksi Penguatan Sendiri Hubungan Short Shunt Gambar 3.14 Rangkaian Ekivalen Per Phasa Generator Induksi Hubungan Short Shunt... 51

13 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 Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor Gambar 4.4 Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor Gambar 4.5 Pengaruh Pembebanan Terhadap Efisiensi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor Gambar 4.6 Kurva Tegangan Fungsi Arus Eksitasi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 77

14 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Standar Besarnya Reaktansi Berbagai Jenis Desain Rotor 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 Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Tanpa Beban Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor Tabel 4.5 Hasil Analisa Data Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 74