DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR ANALISIS PERBANDINGAN REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA MOTOR INDUKSI TIGA FASA SEBAGAI GENERATOR INDUKSI ANTARA TERMINAL STATOR HUBUNGAN STAR DENGAN DELTA Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro OLEH : BENNI ARITONANG NIM : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 ABSTRAK Motor induksi tiga fasa dapat dioperasikan sebagai generator induksi. Proses perubahan motor induksi menjadi generator induksi membutuhkan daya reaktif untuk membangkitkan tegangan keluaran generator induksi tersebut. Penyedia daya reaktif tersebut adalah kapasitor yang berfungsi sebagai eksitasi. Generator induksi dioperasikan pada kondisi tanpa beban dan kondisi berbeban pada berbagai nilai kapasitor eksitasi. Semakin besar nilai kapasitor eksitasi maka semakin besar pula tegangan keluaran generator induksi. Pada kondisi berbeban, penambahan beban mengakibatkan tegangan keluaran generator menjadi turun sehingga akan memperbesar regulasi tegangan. Penambahan beban juga akan memperbesar efisiensi generator induksi. Dalam penggunaannya, terminal stator motor induksi sebagai generator induksi boleh saja kita menggunakan hubungan star atau hubungan delta. Tugas akhir ini akan membahas tentang perbandingan regulasi tegangan dan efisiensi motor induksi tiga fasa sebagai generator induksi untuk setiap penambahan beban resistif dengan dengan menjaga frekuensi tetap 50 Hz.

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus yang oleh karena kasihnya, penulis dimampukan menyelesaikan tugas akhir ini. Adapun tugas akhir ini berjudul Analisis Perbandingan Regulasi Tegangan dan Efisiensi pada Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator Induksi Antara Terminal Stator Hubungan Star dengan Delta, yang disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam kurikulum pembelajaran di Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik. Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis tidak terlepas dari bantuan banyak pihak. Untuk itulah penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada : 1. Kedua orang tua (J. Aritonang dan L. br Simatupang) yang telah banyak memberikan kasih sayang dan mendoakan penulis. Juga untuk abang dan adik-adikku tercinta (B Agus, Kristina, Diana, J. Erikson) yang memberikan perhatian dan doa sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnaen selaku dosen pembimbing tugas akhir yang memberikan arahannya kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

4 5. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane selaku dosen wali penulis yang telah membantu dari awal perkuliahan sampai penyelesaian tugas akhir ini. 6. Bapak Drs. B. Aritonang, ST selaku Kepala Laboratorium Mesin Mesin Listrik Pusat Pengembangan & Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan (P4TK) Medan. 7. Bapak T. Simatupang dan Bapak Epri yang telah banyak meluangkan waktunya saat melakukan riset di P4TK. 8. Seluruh Bapak/Ibu Dosen dan Staf Pegawai Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Teknik Elektro. 9. Teman-teman Departemen Teknik Elektro stambuk 2005 (Julius, Fritz, Sadak, Mangiring, Elis, Ferry, Tommy, Edison) serta seluruh temanteman yang namanya tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang telah memberikan masukan dan perhatian kepada penulis. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan tugas akhir ini. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata, kiranya tugas akhir ini berguna bagi pembaca terutama yang ingin mendalami motor induksi sebagai generator. Medan, Juni 2010 Benni Aritonang

5 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... viii I. DAFTAR TABEL xi II. BAB I : PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Penulisan Manfaat Penulisan Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 4 III. BAB II: MOTOR INDUKSI TIGA FASA 2.1 Umum Konstruksi Motor Induksi Stator Rotor Prinsip Medan Putar Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Rangkaian Ekivalen Stator Rangkaian Ekivalen Rotor. 18

6 2.6 Aliran Daya dan Efisiensi Motor Induksi Tiga Fasa Aliran Daya Efisiensi Torsi Motor Induksi Tiga Fasa Desain Motor Induksi Tiga Fasa BAB III : MOTOR INDUKSI TIGA FASA SEBAGAI GENERATOR INDUKSI 3.1 Umum Syarat-Syarat Mesin Induksi Sebagai Generator Slip Negatif (s < 0) Adanya Sumber Daya Reaktif Kapasitor pada Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator Umum Pemasangan Kapasitor Perhitungan Besar Kapasitansi Kapasitor Prinsip Kerja dan Pembangkitan Tegangan Generator Induksi Pengaruh Pembebanan Resistif Terhadap Arus Eksitasi Keunggulan dan Kelemahan Penggunaan Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator Aliran Daya dan Efisiensi Generator Induksi Tiga Fasa Aliran Daya Efisiensi... 56

7 BAB IV : ANALISIS PERBANDINGAN REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA MOTOR INDUKSI TIGA FASA SEBAGAI GENERATOR INDUKSI ANTARA TERMINAL STATOR HUBUNGAN STAR DENGAN DELTA 4.1. Umum Peralatan yang Digunakan Penentuan Besar Nilai Kapasitor Percobaan Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator Induksi pada Terminal Stator Hubungan Star Percobaan Beban Nol Rangkaian Percobaan Prosedur Percobaan Data Hasil Percobaan Percobaan Berbeban Rangkaian Percobaan Prosedur Percobaan Data Hasil Percobaan Percobaan Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator Induksi pada Terminal Stator Hubungan Delta Percobaan Beban Nol Rangkaian Percobaan Prosedur Percobaan Data Hasil Percobaan Percobaan Berbeban... 70

8 Rangkaian Percobaan Prosedur Percobaan Data Hasil Percobaan Analisis Data Hasil Percobaan Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator Induksi Antara Terminal Stator Hubungan Star Dengan Delta Regulasi Tegangan Efisiensi BAB V : KESIMPULAN 5.1. Kesimpulan DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 87

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1: Konstruksi stator... 7 Gambar 2.2: Rotor Sangkar (squirrel cage rotor)... 8 Gambar 2.3: Rotor belitan (wound rotor)... 8 Gambar 2.4: Arus tiga fasa seimbang... 9 Gambar 2.5: Diagram fasor fluksi tiga fasa seimbang... 9 Gambar 2.6: Medan putar pada motor induksi tiga fasa... 9 Gambar 2.7 Proses Induksi Medan Putar Stator pada Kumparan Rotor Gambar 2.8 Konduktor Berarus Dalam Ruang Medan Magnet Gambar 2.9 Rangkaian Ekivalen Stator Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Rotor...18 Gambar Rangkaian Ekivalen Rotor yang sudah dipengaruhi slip...19 Gambar Rangkaian Ekivalen motor yang berasal dari penurunan persamaan Gambar 2.13 Gambar rangkaian ekivalen per phasa motor induksi Gambar Rangkaian Ekivalen Motor Induksi yang disederhanakan dengan sisi primer sebagai referensi Gambar Bentuk lain rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator Gambar 2.16 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi yang disederhanakan dengan sisi primer sebagai referensi dengan mengabaikan tahanan rugi-rugi inti (Rc) Gambar 2.17.Diagram Aliran Daya...25 Gambar 2.18 Tegangan Ekivalen Thevenin pada Sisi Rangkaian Input 30

10 Gambar 2.19 Impedansi Ekivalen Thevenin pada Sisi Rangkaian Input Gambar Rangkaian Ekivalen Thevenin Motor Induksi Gambar 2.21 Kurva Karakteristik Torsi-Slip Motor Induksi...32 Gambar Karakteristik torsi kecepatan motor induksi pada berbagai disain..33 Gambar 3.1 Kurva Karakteristik Torsi-Kecepatan Mesin Induksi pada Berbagai Daerah Operasi 37 Gambar 3.2 Generator Induksi Terhubung ke Sistem Jaringan 3-Fasa 39 Gambar 3.3 Generator Induksi Penguatan Sendiri (Self-Excited) 39 Gambar 3.4. Hubungan Bintang (Y) dan Segitiga ( ) pada Kapasitor Eksitasi 41 Gambar 3.5. Skema Umum Prinsip Kerja Generator Induksi Penguatan Sendiri 46 Gambar 3.6. (a) Rangkaian Ekivalen per-fasa Generator Induksi 47 (b) Rangkaian Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen 3.6 (a) 48 Gambar 3.7. Proses Pembangkitan Tegangan 49 Gambar 3.8. Tegangan Fungsi Kapasitor Eksitasi Gambar 3.9. Tegangan Fungsi Arus Eksitasi dengan Faktor Kerja Satu 51 Gambar Diagram Aliran Daya Aktif 55 Gambar 4.1. Rangkaian Percobaan Beban Nol Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator pada Terminal Stator Hubungan Star 62 Gambar 4.2. Rangkaian Percobaan Berbeban Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator pada Terminal Stator Hubungan Star. 65 Gambar 4.3. Rangkaian Percobaan Beban Nol Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator pada Terminal Stator Hubungan Delta 68 Gambar 4.4. Rangkaian Percobaan Berbeban Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator pada Terminal Stator Hubungan Delta 71

11 Gambar 4.5. Grafik Pengaruh Perubahan Nilai Kapasitor Terhadap Tegangan Keluaran Generator pada Terminal Stator Hubungan Star Dalam Keadaan Beban Nol Gambar 4.6. Grafik Pengaruh Perubahan Nilai Kapasitor Terhadap Tegangan Keluaran Generator pada Terminal Stator Hubungan Delta Dalam Keadaan Beban Nol 79 Gambar 4.7. Grafik Pengaruh Perubahan Nilai Kapasitor Terhadap Tegangan Keluaran Generator pada Terminal Stator Hubungan Star Dalam Keadaan Berbeban.. 81 Gambar 4.8. Grafik Pengaruh Perubahan Nilai Kapasitor Terhadap Tegangan Keluaran Generator pada Terminal Stator Hubungan Delta Dalam Keadaan Berbeban. 81 Gambar 4.9. Grafik Perbandingan Regulasi Tegangan Antara Terminal Stator Hubungan Star Dengan Delta 83 Gambar Grafik Perbandingan Efisiensi Antara Terminal Stator Hubungan Star Dengan Delta 84

12 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data Percobaan Beban Nol Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator Induksi pada Terminal Stator Hubungan Star Tabel 4.2 Data Hasil Percobaan Berbeban Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator Induksi pada Terminal Stator Hubungan Star Tabel 4.3 Data Percobaan Beban Nol Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator Induksi pada Terminal Stator Hubungan Delta Tabel 4.4 Data Hasil Percobaan Berbeban Motor Induksi Tiga Fasa Sebagai Generator Induksi pada Terminal Stator Hubungan Delta Tabel 4.5 Data Hasil Perhitungan Regulasi Tegangan dan Efisiensi Motor Induksi Sebagai Generator pada Stator Hubungan Star Tabel 4.6 Data Hasil Perhitungan Regulasi Tegangan dan Efisiensi Motor Induksi Sebagai Generator Pada Stator Hubungan Delta Tabel 4.7 Data Hasil Perhitungan Perbandingan Regulasi Tegangan dan Efisiensi Motor Induksi Sebagai Generator Antara Stator Hubungan Star Dengan Delta... 82