MOTOR INDUKSI 3 FASA SEBAGAI GENERATOR LAPORAN PROYEK AKHIR. Oleh : WAN FADHLI HAKIM

Transkripsi

1 MOTOR INDUKSI 3 FASA SEBAGAI GENERATOR LAPORAN PROYEK AKHIR Oleh : WAN FADHLI HAKIM PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI BATAM 2017

2 MOTOR INDUKSI 3 FASA SEBAGAI GENERATOR LAPORAN PROYEK AKHIR Oleh : WAN FADHLI HAKIM NIM : Disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan Program Diploma III Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Batam PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA POLITEKNIK NEGERI BATAM 2017

3 i

4 ii

5 MOTOR INDUKSI 3 FASA SEBAGAI GENERATOR Nama Mahasiswa : Wan Fadhli Hakim NIM : Pembimbing I : M. Syafei Gozali, MT Pembimbing II : Hasnira, S.ST wanfadhlihakim251095@gmail.com ABSTRAK Motor induksi merupakan salah satu motor listrik arus bolakbalik yang luas penggunaannya baik di industri maupun rumah tangga. Penggunaannya yang utama adalah sebagai motor penggerak pada alat - alat rumah tangga atau peralatan produksi di industri. Bilamana slip dibuat negatif atau dengan kata lain kecepatan putar rotor lebih besar dari pada kecepatan medan putar maka motor akan berfungsi sebagai generator. Generator induksi tidak memelukan rangkaian medan terpisah dan tidak harus diputar secara terus-menerus pada kecepatan tetap. Selama putaran mesin masih lebih tinggi dari pada kecepatan medan dari sistem tenaga yang terhubung padanya, mesin akan tetap berfungsi sebagai generator Agar dapat berfungsi sebagai generator d ibutuhkan tegangan kapasitif yang akan menghasilkan arus induksi pada rotor untuk keperluan eksitasi. Arus kapasitif disediakan oleh kapasitor tambahan yang dipasang paralel dengan output generator. Dalam penelitian ini menggunakan kapasitansi kapasitor 40µF pada tiap fasanya yang dirangkai secara delta. Hasil dari penelitan generator induksi sudah berhasil menghasilkan tegangan fasa ke fasa sebesar 360 Vac pada kecepatan 700 Rpm dimana beban yang digunakan sebesar 15 Watt pada tiap fasa keluaran generator induksi. Kata kunci : Motor Induksi 3 fasa, Generator Induksi, Kapasitor. iii

6 INDUCTION MOTOR 3 PHASE AS GENERATOR Student Name : Wan Fadhli Hakim NIM : Supervisor I : M. Syafei Gozali, MT Supervisor II : Hasnira, S.ST wanfadhlihakim251095@gmail.com ABSTRACT The induction motor is one of alternating current electric motors a broad use of it in both the industry as well as households. The main usage is as its driving force on household tools or production equipment in the industry. When the slip is made negative or in other words the playback speed of the rotor is larger than the field on speed dial then the motor will function as a generator. Induction generator does not require a separate set of field and should not be played continuously at a steady pace. During the rotation of the engine is still higher than in the speed field of the power system connected to it, the machine will continue to function as a generator so that it can serve as a capacitive voltage generator which will generate currents induced in the rotor for excitation. The capacitive current is provided by additional capacitors are mounted parallel to the output of the generator. In this study using ca pacitance capacitor 40 µf for each phase are stacked in the delta. Results from the study of induction generator was successfully generate voltage phase to the phase of 360 Vac at a speed of 700 Rpm where the load used by 15 Watts on each output phase induction generator. Keyword : Induction Motor 3 Phase, Induction Generator, Capacitor. iv

7 KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Allah Subhanahu wa Ta ala yang telah melimpahkan kasih dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini dengan judul Motor Induksi 3 Fasa Sebagai Generator dibuat guna memenuhi syarat kelulusan di jurusan Teknik Elektro, program studi Diploma III Teknik Elektronika, Politeknik Negeri Batam. Dengan segala keterbatasan penulis menyadari pula bahwa laporan proyek akhir ini tidak akan tercapai dan terwujud tanpa bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis menyampaikan ucapan terimakasih terhadap : 1. Berkat Rahmat yang tak terhingga dari Allah Subhanahu wa Ta ala yang diberikan kepada penulis. 2. Ibu dan Ayah atas dukungan baik doa maupun material yang tak ternilai harganya dan sangat membantu penulis. 3. Bapak Dr. Priyono Eko Sanyoto, selaku Direktur Politeknik Negeri Batam. 4. Bapak Sumantri Kurniawan Risandriya, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro 5. Bapak M. Syafei Gozali, MT selaku Ketua Program Studi D3 Teknik Elektronika.. 6. Bapak M. Syafei Gozali, MT selaku pembimbing terhebat yang selalu memberi motivasi baik secara semangat dan bimbingan. 7. Ibu Hasnira, S.ST sebagai dosen pembimbing yang telah membantu dalam kelancaran proyek akhir ini. 8. Seluruh dosen dan karyawan Teknik Elektro yang selama ini telah banyak mengajari akan ilmu yang bermanfaat. 9. Seluruh teman-teman Teknik Elektro angkatan 2014 dan masih banyak pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam tugas akhir ini. Kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini sangat diperlukan. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Batam, 6 Juni 2017 Wan Fadhli Hakim v

8 DAFTAR ISI PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR... i LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK iii ABSTRACT....iv KATA PENGANTAR...v DAFTAR ISI...vi DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL...viii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan dan Manfaat Sistematika Penulisan... 3 BAB II DASAR TEORI Generator Induksi Generator Induksi Beroperasi Sendiri Kapasitor kapasitansi Kapasitor BAB III PERANCANGAN SISTEM Rancangan Penelitian Penentuan Besar Nilai Kapasitor Perancangan Elektrikal Alat dan Instrumen Penelitian BAB IV ANALISA DAN HASIL Hasil Pengujian Motor Induksi Sebagai Generator Gelombang Tegangan RMS keluaran Generator Induksi...19 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTA KA LAMPIRAN vi

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Karakteristik torka-kecepatan pada motor induksi, memperlihatkan wilayah operasi generator Gambar 2.2 Karakteristik torka-kecepatan pada motor induksi, memperlihatkan wilayah operasi generator Gambar 2.3 (a) Kurva magnetisasi generator induksi. (b) Plot karakteristik tegangan-arus bank kapasitor. (c) Tegangan terminal tanpa beban untuk generator induksi Gambar 2.4 Karakteristik tegangan-arus terminal generator induksi untuk beban dengan faktor daya lagging yang konstan Gambar 3.1 Name Plate motor induksi 3 fasa Gambar 3.2 Kapasitor dirangkai secara delta Gambar 3.3 Gambar Rangkain Elektrikal motor induksi 3 fasa sebagai generator yang dikopel dengan motor DC sebagai penggerak Gambar 4.1 Gelombang Tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 100 Rpm Gambar 4.2 Gelombang Tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 200 Rpm Gambar 4.3 Gelombang Tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 300 Rpm Gambar 4.4 Gelombang Tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 100 Rpm Gambar 4.5 Gelombang Tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 200 Rpm Gambar 4.6 Gelombang Tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 300 Rpm Gambar 4.7 Gelombang Tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 100 Rpm vii

10 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Hasil Pengujian Motor Induksi sebagai Generator viii

11 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Energi listrik saat ini dapat dikatakan sebagai suatu kebutuhan yang tidak dapat dilepaskan dari kehidupan manusia. Hal ini dapat dilihat dari terus meningkatnya penggunaan energi listrik setiap tahunnya. Akan tetapi kemampuan pembangkit-pembangkit listrik untuk memenuhi kebutuhan yang terus meningkat tersebut terbatas. Salah satu penyebabnya yaitu terbatasnya pasokan bahan bakar yang berupa bahan bakar minyak maupun batubara untuk pembangkit-pembangkit listrik yang ada di Indonesia. Hal ini mengakibatkan masih ada beberapa tempat di Indonesia yang belum mendapatkan sumber energi listrik[1]. Semakin terbatasnya bahan bakar pembangkit listrik konvensional membuat krisis listrik makin larut berkepanjangan pada masa kini, maka salah satu cara untuk mengantisipasi hal ini adalah mencari sumber listrik alternatif untuk menggantikannya yaitu dengan cara menggunakan generator dari motor induksi. Sistem generator yang biasanya digunakan (non-variable speed sistem) tidak dapat mengekstrak daya secara optimum serta tegangan yang dihasilkan memiliki amplitude yang berubah-ubah pula sehingga mengakibatkan kualitas daya yang dihasilkan jelek. Secara eksternal penggunaan mesin induksi dapat disesuaikan dengan nilai kapasitor yang digunakan pada genera tor. Sistem ini disebut dengan generator induksi penguatan sendiri atau Selfexcited induction generator (SEIG). SEIG ini memiliki banyak keuntungan dibandingkan dengan generator sinkron seperti tidak perlu sikat-sikat atau baling-baling rotor, pengurangan ukuran, dan harga yang murah. Akan tetapi generator induksi menawarkan regulasi tegangan yang lemah dan nilainya bergantung pada kecepatan penggerak, kapasitor dan beban[2]. Apabila rotor dari motor induksi 3 fasa berputar dengan kecepatan Nr, dan medan magnet stator berputar dengan kecepatan Ns, maka apabila ditinjau perbedaan kecepatan relatif antara kecepatan medan magnet putar stator terhadap kecepatan rotor, inilah yang biasa disebut kecepatan slip[3]. Pada penelitian kali ini, penulis akan mendesain kapasitor untuk eksitasi daya reaktif dari sebuah generator induksi. Proyek akhir ini diberi judul MOTOR INDUKSI 3 FASA SEBAGAI GENERATOR 1

12 Dengan adanya alat ini diharapkan bisa dijadikan modul pembelajaran di mata kuliah Elektronika Daya. 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah dari tugas akhir ini yaitu : 1. Bagaimana cara membuat generator dari motor induksi 3 fasa? 2. Bagaimanacara mendesain kapasitor yang dipasang pada motor induksi 3 fasa? 1.3 Batasan Masalah Agar isi dari proyek akhir ini tidak meluas serta tetap pada sasaran dan tujuan, penulis memberikan batasan masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalahnya adalah sebagai berikut : 1. Motor induksi yang digunakan sebagai generator induksi adalah motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai yang terhubung wye (Y). 2. Motor penggerak yang digunakan berupa motor DC yang terkopel dengan motor induksi yang digunakan sebagai generator induksi. 3. Kapasitor yang digunakan merupakan kapasitor dengan nilai yang mendekati perhitungan, sesuai dengan ketersediaan di lapangan. 4. Generator induksi beroperasi sendiri dan tidak membahas hubungan paralel ataupun interkoneksi dengan sistem/jaringan. 1.4 Tujuan dan Manfaat Tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Membuat modul pratikum dan instruksi kerja tentang alat yang dibuat. Dan adapun manfaat dari pembuatan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Mahasiswa dapat mempelajari tentang motor induksi serta kapasitor untuk eksitasi daya rekatif dari generator induksi 3 fasa. 2

13 1.5 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan merupakan bagian dari penulisan laporan agar pembaca mudah membaca isi yang terkandung didalamnya, hal ini bertujuan untuk menghindari kesalahan penafsiran. Sistematika penulisan laporan ini dibagi menjadi beberapa bagian antara lain adalah sebagai berikut: BAB I BAB II BAB III BAB IV BAB V PENDAHULUAN Berisi latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat serta sistematika penulisan. DASAR TEORI Menjelaskan teori dasar yang digunakan, yaitu teori dasar tentang Generator Induksi, Kapasitor. PERANCANGAN SISTEM Berisi tentang perhitungan nilai kapasitor dan cara kerja alat. PENGUJIAN DAN ANALISA Bagian ini berisi hasil pengujian serta analisa dari sistem dan menjelaskan tentang cara pengujian serta menganalisa dari alat yang telah dibuat. KESIMPULAN DAN SARAN Berisi kesimpulan yang ditarik penulis serta saransaran yang dapat membantu dalam pengembangan alat lebih lanjut untuk riset berikutnya. 3

14 BAB II DASAR TEORI 2.1 Generator Induksi [4] Generator induksi merupakan salah satu jenis generator AC yang menerapkan prinsip motor induksi untuk menghasilkan daya. Generator induksi dioperasikan dengan menggerakkan rotornya secara mekanis lebih cepat daripada kecepatan sinkron sehingga menghasilkan slip negatif. Motor induksi biasa umumnya dapat digunakan sebagai sebuah generator tanpa ada modifikasi internal. Generator induksi sangat berguna pada aplikasi-aplikasi seperti pembangkit listrik mikrohidro, turbin angin, atau untuk menurunkan aliran gas bertekanan tinggi ke tekanan rendah, karena dapat memanfaatkan energi dengan pengontrolan yang relatif sederhana. Untuk mengoperasikannya, generator induksi harus dieksitasi menggunakan tegangan yang leading. Ini biasanya dilaku kan dengan menghubungkan generator kepada sistem tenaga eksisting. Pada generator induksi yang beroperasi sendiri, bank kapasitor harus digunakan untuk mensuplay daya reaktif. Daya reaktif yang diberikan harus sama atau lebih besar daripada daya reaktif yang diambil mesin ketika beroperasi sebagai motor. Tegangan terminal generator akan bertambah dengan pertambahan kapasitansi. Karakteristik torka-kecepatan mesin induksi seperti kurva pada Gambar 1, memperlihatkan bahwa jika motor induksi diputar pada kecepatan yang lebih tinggi daripada kecapatan singkron oleh sebuah penggerak mula eksternal, arah torka induksinya akan berbalik dan motor akan berlaku sebagai sebuah generator. Dengan bertambahnya torka yang diberikan penggerak mula kepada porosnya, besar daya yang dihasilkan oleh generator induksi ikut bertambah. Seperti diperlihatkan gambar, terdapat nilai torka induksi maksimum yang mungkin pada mode operasi generator. Torka ini disebut dengan torka pushover generator. Jika torka yang diberikan penggerak mula kepada poros melebihi torka pushover, generator akan overspeed. Ada beberapa keterbatasan ketika mesin induksi beroperasi sebagai generator. Karena tidak adanya rangkaian medan yang terpisah, generator induksi tidak dapat menghasilkan daya reaktif. Dalam pengoperasiannya, generator induksi justru mengonsumsi daya reaktif sehingga sumber daya 4

15 reaktif eksternal harus terhubung kepada generator sepanjang waktu untuk menjaga medan magnet statornya. Sumber daya reaktif eksternal ini juga harus mengontrol tegangan teriminal generator. Tanpa arus medan, generator induksi tidak dapat mengontrol tegangan keluarannya sendiri. Normalnya, tegangan generator dijaga oleh sistem tenaga dimana generator tersebut dihubungkan. Gambar 2.1 Karakteristik torka-kecepatan pada motor induksi, memperlihatkan wilayah operasi generator. Satu keuntungan besar dari generator induksi adalah kesederhanaannya. Sebuah generator induksi tidak memelukan rangkaian medan terpisah dan tidak harus diputar secara terus -menerus pada kecepatan tetap. Selama putaran mesin masih lebih tinggi daripada nsync dari sistem tenaga yang terhubung padanya, mesin akan tetap berfungsi sebagai generator. Semakin besar torka diberikan kepada porosnya (sampai nilai tertentu), maka akan semakin besar daya outp ut yang dihasilkan. Fakta bahwa tidak ada pengaturan rumit yang diperlukan membuat generator induksi menjadi pilihan yang tepat untuk kincir angin, sistem pemanfaatan panas, dan sumber daya tambahan serupa yang ditambahkan kepada sistem tenaga eksisting. Pada aplikasi seperti itu, perbaikan faktor daya dapat dihasilkan oleh kapasitor dan tegangan terminal generator induksi dapat dikontrol sistem tenaga eksternal. 5

16 2.1.1 Generator Induksi Beroperasi Sendiri Generator induksi juga dimungkinkan untuk beroperasi sebagai generator isolated, yang tidak terhubung kepada sistem tenaga manapun selama terdapat kapasitor yang dapat mensuplay daya reaktif yang dibutuhkan generator dan beban-beban yang dihubungkan. Generator isolated seperti ini diperlihatkan pada Gambar 2.2 : Gambar 2.2 Karakteristik torka-kecepatan pada motor induksi, memperlihatkan wilayah operasi generator. Arus magnetisasi IM yang dibutuhkan mesin induksi sebagai fungsi tegangan terminal dapat dicari dengan menjalankan mesin sebagai motor pada keadaan tanpa beban dan mengukur tegangan jangkarnya sebagai fungsi tegangan terminal. Kurva magnetisasi seperti ini diperlihatkan pada Gambar 2.3a Untuk mencapai level tegangan yang diberikan pada generator induksi, kapasitor eksternal harus mensuplay arus magnetisasi yang sesuai dengan level tersebut. Karena arus reaktif yang dapat dihasilkan sebuah kapasitor berbanding lurus dengan tegangan diberikan padanya, dari semua kemungkinan tegangan dan arus yang melalui kapasitor berupa garis lurus. Plot tegangan vs arus seperti ini pada frekuensi tertentu diperlihatkan Gambar 2.3b. Jika sekelompok kapasitor tiga fasa dihubungkan kepada terminal generator induksi, tegangan tanpa beban generator induksi adalah perpotongan kurva magnetisasi generator dengan garis beban kapasitor. Tegangan terminal tanpa beban generator induksi untuk tiga kelompok kapasitor berbeda diperlihatkan Gambar 2.3c. 6

17 Ketika generator induksi pertama kali mulai berputar, magnet sisa pada rangkaian medannya menghasilkan tegangan yang kecil. Tegangan yang kecil itu menghasilkan aliran arus kapasitif, yang menyebabkan tegangan naik, kemudian lagi menaikkan arus kapasitif dan seterusnya sampai tegangan terbangkit penuh. Jika tidak ada fluks sisa yang terdapat pada rotor generator induksi, maka tegangan tidak akan bisa dibangkitkan, sehingga generator harus dimagnetisasi terlebih dahulu dengan menjalankannya sebagai motor untuk beberapa saat. Gambar 2.3 (a) Kurva magnetisasi generator induksi. (b) Plot karakteristik tegangan-arus bank kapasitor. (c) Tegangan terminal tanpa beban untuk generator induksi. 7

18 Permasalahan paling utama pada generator induksi adalah tegangannya yang berubah drastis ketika beban berubah, khususnya pada beban reaktif. Karakteristik terminal yang umum dari sebuah generator induksi yang bekerja sendiri dengan kapasitansi paralel konstan diperlihatkan Gambar 2.4. Ingat bahwa pada kasus pembebanan induktif, tegangan jatuh sangat cepat. Ini terjadi karena kapasitor yang konstan harus mensuplay semua daya reaktif yang dibutuhkan baik oleh beban maupun generator, dan semua daya reaktif yang dialihkan kepada beban mengembalikan generator mendekati kurva magnetisasinya, menyebabkan penurunan besar pada tegangan generator. Dengan demikian sangat sulit untuk menjalankan motor induksi pada sistem tenaga yang disuplay oleh generator induksi. Teknik khusus harus digunakan untuk meningkatkan kapasitansi efektif selama starting dan lalu menurunkannya lagi selama operasi normal. Gambar 2.4 Karakteristik tegangan-arus terminal generator induksi untuk beban dengan faktor daya lagging yang konstan. Karena sifat alami karakteristik torka-kecepatan mesin induksi, frekuensi generator induksi berubah-ubah dengan perubahan beban, tapi karena karakteristik torka-kecepatan sangat curam pada wilayah operasi normal, variasi frekuensi total biasanya dibatasi di bawah 5 persen. harga variasi ini cukup dapat diterima pada banyak aplikasi generator isolated atau emergency. 8

19 2.2 Kapasitor [5] Kapasitor atau disebut juga dengan kondensator adalah kompo nen elektronika pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara dengan satuan kapasitansinya adalah Farad. Satuan Kapasitor tersebut diambil dari nama penemunya yaitu Michael Faraday (1791 ~ 1867) yang berasal dari Inggris. Namun Farad adalah satuan yang sangat besar, oleh karena itu pada umumnya Kapasitor yang digunakan dalam peralatan Elektronika adalah satuan Farad yang dikecilkan menjadi pikofarad, NanoFarad dan MicroFarad. Kapasitor merupakan Komponen Elektronika yang terdiri dari 2 pelat konduktor yang pada umumnya adalah terbuat dari logam dan sebuah isolator diantaranya sebagai pemisah. dalam rangkaian elektronika, kapasitor disingkat atau dilambangkan dengan huruf C. Jenis jenis kapasitor, Berdasarkan bahan Isolator dan nilainya, Kapasitor dapat dibagi menjadi 2 Jenis yaitu kapasitor nilai tetap dan kapasitor variabel. Kapasitor nilai tetap atau fixed capacitor adalah kapasitor yang nilainya konstan atau tidak berubah-ubah. Kapasitas kapasitor, yang dilambangkan dengan C, merupakan kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan Q pada beda potensial V. Hal itu dinyatakan dalam persamaan: C = Q V...(2.3) Keterangan : Q = Muatan listrik yang tersimpan (coloumb) C = Kapasitas kapasitor (farad) V = Beda Potensial (Volt) Nilai C pada kapasitor dapat diperbesar dengan cara memperkecil V pada Q yang tetap. Nilai C pada kapasitor tergantung pada geometri konduktor, jenis dielektrik, dimensi kapasitor, dan jarak antara d ua konduktor. Salah satu cara yang digunakan untuk mengisi kapasitor adalah dengan menepatkannya pada rangkaian yang dihubungkan dengan baterai. Rangkaian listrik merupakan jalan yang digunakan muatan untuk mengalir, baterai merupakan komponen yang memberikan beda potensial 9

20 diantara terminal. Saat rangkaian tertutup, elektron akan mengalir menuju salah satu plat konduktor, menyebabkan plat tersebut memperoleh elektron dan menjadi bermuatan negatif. Sedangkan plat yang lainnya mengalami kehilangan elektron karena elektronnya bergerak menuju baterai, sehingga bermuatan positif dengan jumlah yang sama dengan plat negatif. Saat plat tidak bermuatan, beda potensial diantara kedua plat bernilai nol. Saat plat bermuatan berlawanan, beda potensial meningkat hingga nilainya sama dengan beda potensial V antara kutub-kutub baterai. Hal ini menyebabkan tidak ada medan listrik pada kabel antara kedua plat. Sehingga, dengan medan listrik bernilai nol, tidak ada elektron yang mengalir, dan kapasitor dapat dikatakan terisi penuh. Saat pengisian kapasitor dan sesudah pengisiannya, muatan tidak dapat berpindah dari plat satu menuju plat lainnya melewati celah diantara kedua plat. Jadi dapat diasumsikan bahwa kapasitor mampu menyimpan muatannya dalam waktu yang tak terbatas hingga dirangkaikan pada suatu rangkaian dimana muatannya dapat berkurang (Halliday & Resnick, 1996). Dengan kemampuannya yang dapat diisi ulang, kapasitor dapat dianalogikan seperti baterai yang dapat diisi ulang. Yang membedakan keduanya adalah dalam sekali pengisian ulang, baterai mampu bertahan hingga berjam-jam, sedangkan kapasitor mampu menerima dan melepas muatan dalam waktu sekejap. Selain itu, dalam mengalirkan muatan, pada baterai akan terjadi reaksi kimia terlebih dahulu, sedangkan pada kapasitor tidak terjadi reaksi kimia (Jati, 2010) kapasitansi Kapasitor Kapasitansi kapasitor (C) adalah suatu kemampuan sebuah kapasitor untuk menyimpan muatan. Apabila sebuah muatan, misalnya proton dilepaskan dari kutub positif, maka proton tersebut akan bergerak ke kutub negatif. Proton mengalami percepatan karena gaya elektrostatik yang dihasilkan dari medan listrik E. Potensial yang dimiliki oleh sebuah muatan sebanding dengan muatan tersebut Karena V adalah sebanding dengan Q, apabila jumlah muatan Q dilipat gandakan menjadi 2Q, maka V akan menjadi dua kali lipat dari V semula yakni 2V. Rasio antara Q dan V adalah konstan, dan rasio inilah yang disebut dengan Kapasitansi. Kapasitansi sebuah kapasitor tidak dipengaruhi oleh Q dan V, tetapi dipengaruhi oleh rasio-rasionya saja. Jadi kapasitansi sebuah 10

21 kapasitor hanya dipengaruhi oleh geometri dan susunan kapasitor tersebut. Q = V I... (2.4) = V V X C = V2, X X C = 1 C 2πfC Q = V 2. 2τfC... (2.5) C = Q V 2.2τf Kapasitor Hubungan Delta ( )... (2.6) Apabila dihubungkan dengan hubungan delta maka besar kapasitansi kapasitor adalah : C perphasa = Q 3V 2 2τf. (2.7) Kapasitor Hubungan Wye (Y) Apabila dihubungkan dengan hubungan bintang maka besar kapasitansi kapasitor adalah : CY perphasa = Q V 2 2τf Keterangan : Q = total daya reaktif (VAr) f = Frekuansi (Hz) = Kapasitansi kapasitor (ohm) X C..... (2.8) 11

22 3.1 Rancang Penelitian BAB III PERANCANGAN SISTEM Tahapan penelitian yang akan dilakukan dalam perancangan sistem terdiri dari beberapa bagian. Penelitian akan diawali dengan studi literatur sesuai dengan alat yang akan dibuat. Diantaranya studi literatur tentang dasar teori komponen maupun alat yang digunakan dalam penelitian. Setelah paham tentang dasar teori komponen yang akan digunakan dan cara pengoperasian alat dalam penelitian, tahapan selanjutnya adalah mengetahui terlebih dahulu spesifikasi dari motor induksi 3 fasa yang akan digunakan dalam penelitian agar bisa menentukan besar nilai kapasitor yang akan digunakan untuk tercapai daya keluaran yang kita inginkan. Setelah menghitung berapa besar kapasitor tahapan selanjutnya dilanjuti merangkai kapasitor tersebut dalam rangkaian delta. Setelah kita menghitung besar kapasitor yang akan digunakan dan merangkai kapasitor tersebut tahapan yang akan dilakukan selanjutnya berupa pembuatan mekanisme elektrikal yang bekerja pada rangkaian tersebut sampai rangkain tersebut terhubung ke beban nantinya. 3.2 Penentuan Besar Nilai Kapasitor Motor induksi 3 fasa bekerja sendiri maka mesin ini memerlukan kapasitor untuk membangkitkan arus eksitasi. Fungsi kapasitor yang beroperasi running tersebut adalah sebagai penyedia daya reaktif. Pada mesin induksi tidak terdapat hubungan listrik antara stator dengan rotor, karena arus pada rotor merupakan arus induksi. Jika belitan stator diberi tegangan tiga fasa, maka pada stator akan dihasilkan arus tiga fasa, arus ini kemudian akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron dan kemudian akan melakukan pengisian muatan ke kapasitor yang dipasang paralel dengan stator yang tujuannya untuk mensuplay tegangan ke stator nanti untuk mempertahankan kecepatan sinkron motor induksi pada saat dilakukan pelepasan sumber tegangan tiga fasa pada stator. 12

23 Gambar 3.1 Name Plate motor induksi 3 fasa Berdasarkan name plate motor induksi 3 fasa kita dapat menentukan berapa kebutuhan nilai kapasitor yang akan digunakan dan merangkainya dalam rangkaian delta. PNom = 3000 W ηm = 0.8 (Assumed) Cos = 0.8, = PInput = 3000/0.8 = 3750 W Daya reaktif yang dibutuhkan untuk mesin adalah pada saat menjadi motor : Qm = PInput tan = 3750 tan = var Pada saat menjadi generator ; Qg = Qm tan = tan = var 13

24 Q = Qm + Qg = var var = var C perphasa = Q 3V 2 2τf var C perphasa = = μf Maka besar kapasitansi kapasitor yang dibutuhkan tiap fasa pada hubungan delta adalah μf akan tetapi kapasitor yang tersedia di lapangan tidak mempunyai kapasitor menurut hasil perhitungan, jadi kapasitor yang digunakan yanag nilainya mendekati adalah sebesar 40 μf. Gambar 3.2 Kapasitor dirangkai secara delta 3.3 Perancangan Elektrikal Dalam membuat generator dari motor induksi 3 fasa tersebut proses perancangan elektrikal sangat diperlukan yang digunakan sebagai tolak ukur dalam pembuatan suatu perangkat serta untuk menentukan spesifikasi alat yang akan digunakan pada perangkat. Disamping itu 14

25 dengan adanya proses perancangan elektrikal kemungkinan - kemungkinan yang dapat menghambat dalam pembuatan perangkat dapat dihindari. Langkah selanjutnya dalam perancangan perangkat adalah pembuatan gambar rangakaian. Gambar rangkaian dibuat untuk mempermudah pada saat merancang perangkat elektrikal serta sebagai dasar dan acuan dalam membuat perangkat Generator listrik menggunakan Motor Induksi 3 fasa yang akan dirangkai pada beban. Dalam pembuatan perangkat ini mulai dari gambar rangakaian yang tujuannya agar kita tahu bagaimana posisi semua komponen atau alat yang akan digunakan dalam proses pembuatan generator induksi berikutnya setiap komponen dipasangkan sesuai jalur rangkaian yang telah dibuat. Setelah itu dilakukan wiring atau pengkabelan pada perangkat, yang dimaksudkan untuk membuat jalur instalasi listrik untuk mengalirnya tegangan ke setiap komponen yang ada pada perangkat. Usahakan dalam proses wiring atau pengkabelan tersebut kita telah benar dalam merangkainya agar tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan. Untuk lebih jelas dalam memahami pembuatan alat ini bagaimana proses elektrikalnya bisa dilihat dibawah ini. 15

26 Gambar 3.3 Gambar Rangkain Elektrikal motor induksi 3 fasa sebagai generator yang dikopel dengan motor DC sebagai penggerak 16

27 3.4 Alat dan Instrumen Penelitian Pada proyek akhir ini menggunakan beberapa alat dan instrument penelitian, adapun beberapa alat dan instrument yang akan digunakan peneliti guna melancarkan proses pengerjaan proyek akhir ini yaitu: 1. Motor Induksi tiga fasa (berfungsi sebagai generator induksi) 2. Motor DC (berfungsi sebagai penggerak) 3. Kapasitor 4. Power supply 5. Ampermeter 6. Voltmeter 7. Wattmeter 8. Beban berupa lampu 9. Tachometer Semua alat dan instrument penelitian yang telah disebutkan di atas adalah kepemilikan Politeknik Negeri Batam. 17

28 BAB IV HASIL DAN ANALISA Pada sebuah penelitian, pengujian adalah proses yang sangat penting. Dengan melakukan sebuah pengujian kita dapat mengetahui kemampuan kerja alat yang kita kerjakan. 4.1 Hasil Pengujian Motor Induksi sebagai Generator Tabel 4.1 Hasil Pengujian Motor Induksi sebagai Generator Kecepatan (Rpm) Tegangan VL-L (Vac) Tegangan VL-N (Vac) Arus Beban (A) Dari tabel 4.1 dapat dilihat besar nilai tegangan fasa ke fasa dan tegangan fasa ke netral yang dihasilkan generator induksi akan semakin besar ketika kecepatan putaran kopel motor diatur dari kecepatan 100 Rpm sampai 700 Rpm. Pada pengujian ini beban yang dipakai adalah satu buah lampu pijar dengan daya 15 Watt yang di pasang pada tiap fasa keluaran generator induksi dan netral pada ketiga lampu tersebut disatukan dan dihubungkan pada netral generator induksi. Dengan semakin besar frekuensi maka lampu pijar tersebut akan semakin lebih baik menyalanya dan sebaliknya ketika frekuensi yang dihasilkan kecil maka lampu pijar tersebut perlahan mulai berkedip dan sampai tidak ada lagi cahaya yang menyala pada lampu tersebut. 18

29 4.2 Gelombang Tegangan RMS keluaran Generator Induksi Gambar 4.1 Gelombang tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 100 Rpm. Pada gambar 4.1 bisa di lihat tegangan RMS yang dihasilkan pada kecepatan 100 Rpm sebesar Vac di channel 1 fasa ke netral gelombang segitiga yang berwarna kuning pada pengukuran osiloskop, sedangkan pada channel 2 fasa ke netral gelombang segitiga yang berwarna biru dan pada channel 3 fasa ke netral gelombang segitiga yang berwarna merah muda pengukuran tegangan RMS yang diperoleh sebesar 13.5 Vac dan Vac. Di lihat dari nilai frekuensi yang dihasilkannya sebesar Hz. 19

30 Gambar 4.2 Gelombang tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 200 Rpm. Pada gambar 4.2 bisa di lihat tegangan RMS yang dihasilkan pada kecepatan 200 Rpm sebesar Vac di channel 1 fasa ke netral gelombang segitiga yang berwarna kuning pada pengukuran osiloskop, sedangkan pada channel 2 fasa ke netral gelombang segitiga yang berwarna biru dan pada channel 3 fasa ke netral gelombang segitiga yang berwarna merah muda pengukuran tegangan RMS yang diperoleh sebesar 14.2 Vac dan 14.3 Vac. Di lihat dari nilai frekuensi yang dihasilkannya sebesar Hz. 20

31 Gambar 4.3 Gelombang tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 300 Rpm. Pada gambar 4.3 bisa di lihat tegangan RMS yang dihasilkan pada kecepatan 300 Rpm sebesar Vac di channel 1 fasa ke netral gelombang segitiga yang berwarna kuning pada pengukuran osiloskop, sedangkan pada channel 2 fasa ke netral gelombang segitiga yang berwarna biru dan pada channel 3 fasa ke netral gelombang segitiga yang berwarna merah muda pengukuran tegangan RMS yang diperoleh sebesar Vac dan Vac. Di lihat dari nilai frekuensi yang dihasilkannya sebesar 50.1 Hz. 21

32 Gambar 4.4 Gelombang tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 400 Rpm. Pada gambar 4.4 bisa di lihat tegangan RMS yang dihasilkan pada kecepatan 400 Rpm sebesar Vac di channel 1 fasa ke netral gelombang segitiga yang berwarna kuning pada pengukuran osiloskop, sedangkan pada channel 2 fasa ke netral gelombang segitiga yang berwarna biru dan pada channel 3 fasa ke netral gelombang segitiga yang berwarna merah muda pengukuran tegangan RMS yang diperoleh sebesar 15.9 Vac dan Vac. Di lihat dari nilai frekuensi yang dihasilkannya sebesar Hz. 22

33 Gambar 4.4 Gelombang tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 500 Rpm. Pada gambar 4.5 bisa di lihat tegangan RMS yang dihasilkan pada kecepatan 500 Rpm sebesar Vac di channel 1 fasa ke netral gelombang sinus yang berwarna kuning pada pengukuran osiloskop, sedangkan pada channel 2 fasa ke netral gelombang sinus yang berwarna biru dan pada channel 3 fasa ke netral gelombang sinus yang berwarna merah muda pengukuran tegangan RMS yang diperoleh sebesar Vac dan Vac. Di lihat dari nilai frekuensi yang dihasilkannya sebesar Hz. 23

34 Gambar 4.6 Gelombang tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 600 Rpm. Pada gambar 4.4 bisa di lihat tegangan RMS yang dihasilkan pada kecepatan 600 Rpm sebesar Vac di channel 1 fasa ke netral gelombang sinus yang berwarna kuning pada pengukuran osiloskop, sedangkan pada channel 2 fasa ke netral gelombang sinus yang berwarna biru dan pada channel 3 fasa ke netral gelombang sinus yang berwarna merah muda pengukuran tegangan RMS yang diperoleh sebesar Vac dan Vac. Di lihat dari nilai frekuensi yang dihasilkannya sebesar Hz. 24

35 Gambar 4.7 Gelombang tegangan keluaran generator induksi di kecepatan 700 Rpm. Pada gambar 4.7 bisa di lihat tegangan RMS yang dihasilkan pada kecepatan 700 Rpm sebesar Vac di channel 1 fasa ke netral gelombang sinus yang berwarna kuning pada pengukuran osiloskop, sedangkan pada channel 2 fasa ke netral gelombang sinus yang berwarna biru dan pada channel 3 fasa ke netral gelombang sinus yang berwarna merah muda pengukuran tegangan RMS yang diperoleh sebesar Vac dan Vac. Di lihat dari nilai frekuensi yang dihasilkannya sebesar 22.9 Hz. 25

36 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil dan analisa pada alat yang telah d ikerjakan, maka didapat beberapa kesimpulan yaitu: 1. Pengujian motor induksi sebagai generator menggunakan kapasitor 40µF pada tiap fasanya yang di rangkai secara delta sudah menghasilkan tegangan fasa ke fasa. Hal ini bisa dilihat dari pengujian menggunakan beban lampu pijar dengan daya 15 Watt pada tiap fasanya. Akan tetapi kecepatan generator induksi hanya mampu bertahan di kecepatan 700 Rpm dikarenakan motor dc yang digunakan sebagai penggerak sudah tidak mampu lagi menahan keadaan berbeban saat di kopel dengan generator induksi. 2. Kondisi beban lampu pijar saat pengujian motor induksi sebagai generator sangat dipengaruhi oleh frekuensinya yang mengakibatkan cahaya lampu tersebut redup jika frekuensinya rendah dan sebaliknya jika frekuensi yang dihasilkan tinggi maka beban lampu pijar tersebut bisa menyala dengan terang. 5.2 Saran Untuk pengembangan alat dan penelitian lebih lanjut kedepannya penulis menyarankan untuk. 1. Dalam pengoperasian motor induksi sebagai generator disarankan minimal 2 orang untuk melakukan pengujian. Karena jika terjadi hal yang tidak di inginkan bisa cepat diatasi. 2. Untuk mengoperasikan motor induksi sebagai generator, harus benar-benar memahami cara mengoperasikannya. Agar tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan. 26

37 DAFTAR PUSTAKA [1] ESDM, 2003, Kebijakan Pengembangan Energi Terbarukan dan Konservasi Energi (Energi Hijau), Departemen ESDM, Jakarta, Indonesia. [2] Jose Antonio Barrado., Robert Grino., Analysis Of Voltage Control For A Selfexcited Induction Generator Using A Three-Phase Four- Wire Electronic Converter. Espana.(2007) [3] Drs. Yon Rijono., Dasar Teknik Tenaga Listrik, Edisi Revisi,Penerbit Andi Yogyakarta.(2002) [4] Electric Machinery Fundamentals, Stephen J. Chapman, 4th ed, [5] Moegiharto, yoedi Rangkaian Listrik.Surabaya:Politeknik Elektronika Negeri Surabaya,

38 BIOGRAFI PENULIS Nama : Wan Fadhli Hakim Tempat/Tanggal Lahir : Batam, 25 Oktober 1995 Agama : Islam Alamat Rumah : Tiban lama RT 02 RW 12 NO. 65 Kecamatan Sekupang Kota Batam wanfadhlihakim251095@gmail.com Riwayat Pendidikan : 1. SD (Sekolah Dasar) Negeri 002 Batam 2. SMP (Sekolah Mengengah Pertama) Negeri 3 Batam 3. SMA (Sekolah Menengah Atas) Negeri 4 Batam

39