TUGAS AKHIR ANALISIS DAN SIMULASI PENGATURAN TEGANGAN GENERATOR INDUKSI BERPENGUATAN SENDIRI DENGAN MENGGUNAKAN STATIC VAR COMPENSATOR (SVC) Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Oleh MARTUA NABABAN NIM:100402107 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Generator induksi adalah mesin induksi yang digunakan untuk mengubah energi mekanik dalam bentuk putaran menjadi energi listrik. Prinsip dan konstruksinya sama dengan motor induksi yang sudah umum digunakan, hanya saja dibutuhkan prime mover sehingga putaran rotor lebih besar daripada putaran stator (n r > n s ) untuk membangkitkan tegangannya. Saat ini penggunaan generator induksi sudah semakin banyak digunakan untuk membangkitkan energi listrik seperti pada daerah terpencil atau daerah terisolasi yang belum terjangkau listrik dan berdaya kecil. Kecenderungan tersebut membuat generator induksi harus dapat mengeksitasi sendiri untuk kebutuhan daya reaktifnya. Oleh karena itu digunakan salah satu jenis generator induksi yaitu generator induksi berpenguatan sendiri. Generator induksi dapat digunakan pada pembangkit energi listrik terbarukan seperti pembangkit listrik tenaga angin, dimana kondisi perputaran rotornya yang tidak tetap sehingga tegangan dan frekuensinya yang terus berubahubah. Oleh karena itu dibutuhkan pengaturan tegangan supaya kualitas energi listrik yang dihasilkan tetap terjaga. Salah satu metode pengaturan tegangan ialah menggunakan static var compensator (SVC). Penelitian ini menjelaskan tentang simulasi generator induksi berpenguatan sendiri yang menggunakan static var compensator (SVC) untuk mengatur tegangannya. Simulasi yang dilakukan menggunakan perangkat lunak MATLAB. Dalam penelitian ini akan melihat seberapa besar pengaruh penggunaan static var compensator (SVC) untuk mengatur tegangan pada generator induksi berpenguatan sendiri. Kata Kunci : Generator Induksi, Static Var Compensator (SVC), Pengaturan Tegangan i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunia-nya sehingga penulis diberikan kemampuan dan kesempatan untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul ANALISIS DAN SIMULASI PENGATURAN TEGANGAN GENERATOR INDUKSI BERPENGUATAN SENDIRI DENGAN MENGGUNAKAN STATIC VAR COMPENSATOR (SVC) yang penulis susun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai, yaitu G.Nababan dan R.Situmorang, saudara kandung penulis, Putra Nababan, Ricoh Nababan, Satria Nababan, Lastri Nababan atas seluruh perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir.Raja Harahap,M.T selaku Dosen Pembimbing tugas akhir atas segala arahan, motivasi, dan bimbingannya dalam penyelesaian tugas akhir ini. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. dan Bapak Ir. Syamsul Amien, MS serta Ibu Ir. Windalina Syafiar selaku dosen pembanding tugas akhir ini. 3. Bapak Soeharwinto,S.T,M.T. selaku Dosen Wali penulis atas segala bimbingan dan nasehat serta motivasinya selama penulis menjalani kegiatan akademik. 4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. dan Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 5. Seluruh Dosen Departemen Teknik Elektro FT-USU yang telah ii
membekali penulis dengan berbagai disiplin ilmu selama masa pendidikan. 6. Seluruh Pegawai dan Karyawan Departemen Teknik Elektro FT-USU atas segala bantuan dan dukungannya. 7. Siska Nelvi Anna Simangunsong yang selalu ada waktu untuk menemani, menghibur dan memberikan semangat serta motivasi. 8. Teman-teman stambuk 2010 : Yehezkiel Naibaho, Hugo Wijaya, Ronaldo Saragih, Edy Sembiring, Marthin Silalahi,Jones Milan Simatupang, Enda Duanta Ginting, Reikson Parhusip, Fontes Marpaung dan teman-teman 2010 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. 9. Semua abang-kakak senior dan adik-adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis. 10. Teman-teman anak Marakas atas waktu yang diberikan untuk menghibur. 11. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima kasih banyak. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu, dengan segala kerendahan hati penulis bersedia menerima saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini bermanfaat bagi siapapun yang membutuhkannya. Medan, Juni 2016 Penulis Martua Nababan iii
DAFTAR ISI ABSTRAK.. i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI iv DAFTAR GAMBAR vii BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah... 1 1.2. Perumusan Masalah.... 2 1.3. Tujuan dan Manfaat Penulisan... 2 1.4. Batasan Masalah... 3 1.5. Metode Penulisan.... 3 1.6. Sistematika Penulisan... 4 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Mesin Induksi 5 2.1.1. Konstruksi Mesin Induksi... 5 2.1.2. Karakteristik Mesin Induksi... 10 2.2.Generator Induksi... 11 2.2.1. Rangkaian Ekivalen... 12 2.2.2. Jenis Generator Induksi... 12 2.3.Generator Induksi Berpenguatan Sendiri.. 15 2.3.1. Prinsip Kerja... 15 2.3.2. Rangkaian Ekivalen... 18 2.4.Kapasitor Eksitasi... 19 2.4.1. Penggunaan Kapasitor Eksitasi... 19 2.4.2. Kapasitansi Minimum.... 19 2.5.Metode Pengaturan Tegangan... 20 2.6.Static Var Compensator(SVC).. 23 2.6.1. Prinsip Kerja SVC.. 23 2.6.2. Karakteristrik V-I... 25 iv
BAB III. METODOLOGI PENGUJIAN DAN PEMODELAN SERTA SIMULASI SISTEM 3.1.Metodologi Pengujian... 27 3.1.1. Bahan & Peralatan.. 27 3.1.2. Jenis Pengujian 27 3.1.3. Prosedur Penelitian.. 29 3.2.Pemodelan Dan Simulasi Sistem 31 3.2.1. Parameter Mesin Induksi. 31 3.2.2. Parameter SVC 32 3.2.3. Penentuan Nilai Kapasitansi Minimum Kapasitor Eksitasi 32 3.2.4. Model Komponen Simulasi Pada MATLAB... 32 3.2.4.1.Mesin Induksi 33 3.2.4.2.Static Var Compensator (SVC)... 34 3.2.4.3.Kapasitor Eksitasi...... 35 3.2.4.4.Beban... 35 3.2.5. Rangkaian Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri.. 36 3.2.6. Rangkaian Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan SVC... 36 3.2.7. Simulasi Sistem... 36 BAB IV. HASIL DAN ANALISA DATA 4.1.Pengujian Parameter Motor Induksi.. 37 4.1.1. Data Pengujian... 37 4.1.2. Perhitungan Data Pengujian 38 4.2.Data Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri.... 40 4.3.Analisis Hasil Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri... 42 4.4.Data Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan SVC... 44 v
4.5.Analisis Hasil Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan SVC... 46 BAB V. KESIMPULAN... 48 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Karakteristik mesin induksi 6 Gambar 2.2 Konstruksi stator mesin induksi 6 Gambar 2.3 Konstruksi rotor mesin induksi: (a) rotor belitan (b) rotor sangkar 8 Gambar 2.4 Grafik kurva karakteristik mesin induksi 10 Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen generator induksi 12 Gambar 2.6 Generator induksi masukan ganda 13 Gambar 2.7 Generator induksi berpenguatan sendiri 14 Gambar 2.8 Skema prinsip kerja generator induksi berpenguatan sendiri 16 Gambar 2.9 Kurva tegangan terminal generator induksi berpenguatan sendiri 17 Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen generator Induksi berpenguatan sendiri 18 Gambar 2.11 Skema single line diagram dan diagram blok sistem kontrol SVC 23 Gambar 2.12 Karakteristik V-I dari SVC 25 Gambar 3.1 Rangkaian pengujianuji arus searah 28 Gambar 3.2 Rangkaian pengujian beban nol 29 Gambar 3.3 Rangkaian pengujian hubung singkat 29 Gambar 3.4 Model mesin induksi 32 vii
Gambar 3.5 Kotak dialog parameter mesin induksi 33 Gambar 3.6 Model Static Var Compensator (SVC) 33 Gambar 3.7 Kotak dialog parameter SVC 34 Gambar 3.8 Model kapasitor eksitasi 34 Gambar 3.9 Model beban resistif 34 Gambar 3.10 Rangkaian simulasi generator induksi berpenguatan sendiri 35 Gambar 3.11 Rangkaian simulasi generator induksi berpenguatan sendiri menggunakan pengatur tegangan SVC 35 Gambar 4.1 Grafik tegangan keluaran (v) dan torsi masukan (Nm) berpenguatan sendiri 39 Gambar 4.2 Grafik kecepatan putar generator (rpm), daya keluaran (kw) dan daya reaktif (kvar) berpenguatan sendiri 40 Gambar 4.3 Grafik tegangan keluaran (v) dan torsi masukan (Nm) berpenguatan sendiri menggunakan pengatur tegangan SVC 43 Gambar 4.4 Grafik kecepatan putar generator (rpm), daya keluaran (kw) dan daya reaktif (kvar) berpenguatan sendiri menggunakan pengatur tegangan SVC 44 viii