PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI 1 FASE DARI MOTOR INDUKSI 3 FASE

PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI 1 FASE DARI MOTOR INDUKSI 3 FASE TUGAS AKHIR Disusun untuk Melengkapi Tugas Akhir dan Syarat-syarat untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh : MARISKA SARI AMBAR PRATIWI D400110036 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2015

ii

iii

KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kenikmatan, hidayah serta taufiqnya sehingga sampai saat ini masih diberikan kesempatan untuk beribadah dan meyembah padanya dan telah menjadikanku manusia yang berakal dan berguna dalam dunia ini. Sholawat serta salam untuk junjunganku, Nabiku Muhammad S.A.W yang di nantikan nantikan syafa atnya. Hanya karena Allah SWT akhirnya penulis bisa melewati kendala dan tantangan dalam menyelesaikan dan menyusun laporan tugas akhir ini. Tugas akhir ini disusun dan diajukan sebagai syarat untuk kelulusan dan mendapatkan gelar Sarjana Teknik di jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. Adapun judul tugas akhir yang penulis ajukan : PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI 1 FASE DARI MOTOR INDUKSI 3 FASE. Selama penyusunan tugas akhir ini penulis mendapat dukungan, dan saran serta bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu dengan tulus ikhlas dan kerendahan hati penulis mengucapkan rasa terima kasih sebesar besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT, Ph. D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. iv

2. Bapak Umar, S.T.,M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Agus Supardi, S.T., M.T. dan Bapak Aris Budiman, S.T., M.T.selaku Pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Rekan penelitian Tugas Akhir ini Nor Rahman Khairudin. 5. Bapak dan Ibu dosen atas kesedianya membimbing dan memberikan waktunya kepada penulis selama di Teknik Elektro. 6. Almarhumah Ibuku tercinta dan bapakku serta seluruh keluarga terima kasih atas semua kasih sayang, do a, yang tiada hentinya dan tidak pernah surut sehingga penulis bisa seperti saat ini. 7. Seluruh Staf Tata Usaha, Staf Akademik maupun non Akademik, yang telah banyak membantu dan memberikan kemudahan kepada penulis selama menempuh studi di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. 8. Mahmud Ari Munandar, S.T. dan Ivan Arif Prasetyo, S.T. serta teman-teman Teknik Elektro 2011. 9. Seluruh pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 10. Seluruh elemen kehidupan yang selalu menginspirasi perjalanan ini. Akhir kata, penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Saran v

vi

MOTTO Buat dirimu menjadi berkah bagi seseorang. Senyummu yang tulus dan tepukan dibahu mungkin bisa menarik seseorang dari tepi jurang -Carmelia Elliot- Langit tidak perlu menjelaskan bahwa dirinya tinggi. People Know You re Good if You re Good Jika mewahnya dunia masih terasa besar bagimu dan menguasai ruang hatimu, berarti kau masih belum memiliki kebesaran dan kemerdekaan sejati -Emha Ainun Nadjib- vii

PERSEMBAHAN Sedikit karya ini kupersembahkan untuk yang tercinta dan terkasih : Allah SWT yang senantiasa melimpahkan nikmat, karunia dan hidayahnya kepada kita semua. Almarhumah Ibuku tercinta yang telah mengajarkanku arti segala hal dalam hidup ini, dan bapakku tercinta telah mengajarkanku arti kerasnya hidup. Kakak-kakakku dan keponakan-keponakanku tercinta yang selalu mendukungku dan mengajarkanku arti keluarga yang sebenarnya. Irfan Mega Prasetyanto, S.T. yang selalu setia mengajarkanku untuk menjadi orang yang mandiri dan tidak mudah putus asa. Sahabat-sahabatku Mahmud Ari Munandar, S.T., Ivan Arif Prasetyo, S.T., dan Nor Rahman Khairudin, S.T., terimakasih untuk persahabatan ini. Teman-teman Teknik Elektro 2011 Teman-teman asisten laboratorium Teknik Elektro. Teman-teman kost Al-zaitun. viii

DAFTAR KONTRIBUSI Assalamu alaikum Wr.Wb. Dalam pembuatan tugas akhir yang berjudul PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI 1 FASE DARI MOTOR INDUKSI 3 FASE saya menyatakan bahwa: 1. Judul tugas akhir ini merupakan ide dari Bapak Agus Supardi, S.T., M.T. sekaligus pembimbing pertama, dan Bapak Aris Budiman, S.T., M.T. selaku pembimbing dua yang banyak memberikan pendapat serta saran. 2. Perancangan generator induksi 1 fase dengan menggunakan rangkaian hubung delta adalah saran utama dari Bapak Agus Supardi, S.T., M.T. 3. Diskusi untuk konsep alat dan bahan yang akan digunakan bersama Nor Rahman Khairuddin, S.T., dan Mahmud Ari Munandar, S.T. 4. Merangkai motor induksi 3 fase menjadi generator induksi 1 fase dengan hubung delta dan variasi ukuran kapasitor dibuat sendiri dengan refrensi dari buku, internet, tanya teman serta saran dari kedua dosen pembimbing. 5. Pengujian alat ini dilakukan di Laboratorium Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. 6. Penyusunan laporan tugas akhir ini dikerjakan di Kost dan Laboratorium Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. ix

x

xi

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... HALAMAN PERSETUJUAN... HALAMAN PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... MOTTO... PERSEMBAHAN... DAFTAR KONTRIBUSI... PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... ABSTRAKSI... i ii iii iv vii viii ix xi xii xv xvi xix BAB I. PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Perumusan Masalah... 2 1.3. Batasan Masalah... 3 1.4. Tujuan Penelitian... 3 1.5. Manfaat Penelitian... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 4 xii

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1. Telaah Penelitian... 6 2.2. Landasan Teori... 7 2.2.1. Listrik... 7 2.2.2. Motor Induksi... 8 2.2.3. Generator... 9 2.2.3.1 Generator AC... 11 2.2.3.2 Generator DC... 17 2.2.4. Hubungan Star dan Delta pada Generator... 22 2.2.5. Kapasitor Bank... 23 BAB III. METODE PENELITIAN... 24 3.1. Waktu dan Tempat... 24 3.2. Bahan dan Peralatan... 24 3.2.1 Bahan... 24 3.2.2 Peralatan... 25 3.3. Alur Penelitian... 25 BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN... 29 4.1 Hasil Penelitian... 29 4.1.1. Pengujian Generator Iinduksi 1 Fase Tanpa Beban... 30 4.1.2. Pengujian Generator Induksi 1 Fase dengan Beban Resistif... 31 xiii

4.1.3. Pengujian Generator Induksi 1 Fase dengan Beban Induktif... 35 4.2.Pembahasan... 35 4.2.1 Pembahasan generator induksi 1 fase tanpa beban... 35 4.2.2 Pembahasan generator induksi 1 fase dengan beban resistif... 38 4.2.3 Pembahasan generator induksi 1 fase dengan beban induktif... 47 BAB V. PENUTUP... 53 5.1. Kesimpulan... 53 5.2. Saran... 56 DAFTAR PUSTAKA... 57 LAMPIRAN... 58 xiv

DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Pengukuran keluaran generator induksi 1 fase tanpa beban... 30 Tabel 4.2 Pengukuran keluaran generator induksi 1 fase dengan beban resistif pada kecepatan putar 1400 rpm... 31 Tabel 4.3 Pengukuran keluaran generator induksi 1 fase dengan beban resistif pada kecepatan putar 1450 rpm... 32 Tabel 4.4 Pengukuran keluaran generator induksi 1 fase dengan beban resistif pada kecepatan putar 1500 rpm... 33 Tabel 4.5 Pengukuran keluaran generator induksi 1 fase dengan beban resistif pada kecepatan putar 1550 rpm... 34 Tabel 4.6 Pengukuran keluaran generator induksi 1 fase dengan beban induktif pada kecepatan putar 1400 rpm dan 1550 rpm... 35 xv

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur Generator AC... 12 Gambar 2.2 Rotor jenis kutub menonjol (salient pole)... 15 Gambar 2.3 Rotor jenis kutub silinder (non salient pole)... 15 Gambar 2.4 Konstruksi generator DC... 17 Gambar 2.5 Efek komutasi... 19 Gambar 2.6 Tegangan rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator... 19 Gambar 2.7 Rangkaian Star-Delta... 23 Gambar 3.1 Flowchart penelitian... 27 Gambar 3.2 Rangkaian penelitian... 28 Gambar 3.3 Rangkaian generator induksi 1 fase dari motor induksi 3 fase terhubung delta... 28 Gambar 4.1 Grafik hubungan kecepatan putar terhadap frekuensi pada generator induksi 1 fase tanpa beban... 36 Gambar 4.2 Grafik hubungan kecepatan putar terhadap tegangan pada generator induksi 1 fase tanpa beban... 37 Gambar 4.3 Grafik hubungan ukuran beban terhadap frekuensi pada saat generator induksi 1 fase dengan beban resistif 1400 rpm... 38 Gambar 4.4 Grafik hubungan ukuran terhadap frekuensi pada saat generator induksi 1 dengan beban resistif 1450 rpm... 38 xvi

Gambar 4.5 Grafik hubungan ukuran beban terhadap frekuensi pada saat generator induksi 1 fase dengan beban resistif 1500 rpm... 39 Gambar 4.6 Grafik hubungan ukuran beban terhadap frekuensi pada saat generator induksi 1 fase beban resistif 1550 rpm... 39 Gambar 4.7 Grafik hubungan ukuran beban terhadap tegangan pada saat generator induksi 1 fase dengan beban resistif 1400 rpm... 41 Gambar 4.8 Grafik hubungan ukuran beban terhadap tegangan pada saat generator induksi 1 fase dengan beban resistif 1450 rpm... 41 Gambar 4.9 Grafik hubungan ukuran beban terhadap tegangan pada saat generator induksi 1 fase dengan beban resistif 1500 rpm... 42 Gambar 4.10 Grafik hubungan ukuran beban terhadap tegangan pada saat generator induksi 1 fase beban resistif 1550 rpm... 42 Gambar 4.11 Grafik hubungan beban terhadap arus pada saat generator induksi 1 fase dengan beban resistif 1400 rpm... 44 Gambar 4.12 Grafik hubungan ukuran beban terhadap arus pada saat generator induksi 1 dengan beban resistif 1450 rpm... 44 Gambar 4.13 Grafik hubungan ukuran beban terhadap arus pada saat generator induksi 1 fase dengan beban resistif 1500 rpm... 45 Gambar 4.14 Grafik hubungan ukuran beban terhadap arus pada saat generator induksi 1 fase dengan beban resistif 1550 rpm... 45 Gambar 4.15 Grafik hubungan ukuran beban terhadap frekuensi pada saat generator induksi 1 fase dengan beban induktif 1400 rpm... 47 xvii

Gambar 4.16 Grafik hubungan ukuran beban terhadap frekuensi pada saat generator induksi 1 fase dengan beban induktif 1550 rpm... 47 Gambar 4.17 Grafik hubungan ukuran beban terhadap tegangan pada saat generator induksi 1 fase dengan beban induktif 1400 rpm... 49 Gambar 4.18 Grafik hubungan ukuran beban terhadap tegangan pada saat generator induksi 1 fase dengan beban induktif 1550 rpm... 49 Gambar 4.19 Grafik hubungan ukuran beban terhadap arus pada saat generator i induksi 1 fase dengan beban induktif 1400 rpm... 51 Gambar 4.20 Grafik hubungan ukuran beban terhadap arus pada saat generator induksi 1 fase dengan beban induktif 1550 rpm... 51 xviii

ABSTRAKSI Salah satu komponen utama yang menjadi pertimbangan perancangan sistem pembangkit listrik adalah jenis generator. Generator adalah sebuah mesin yang mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Listrik digunakan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat umum, peralatan listrik yang digunakan oleh masyarakat pada umumnya berupa listrik 1 fase. Sehingga lebih cocok menggunakan generator denga keluaran tegangan 1 fase. Perancangan generator induksi 1 fase dari motor induksi 3 fase dengan cara merubah fungsi motor induksi 3 fase menjadi generator induksi 1 fase dengan mengambil fase R dan fase S pada motor induksi 3 fase terhubung secara delta dan untuk menguatkan tegangan keluaran ditambah dengan kapasitor. Setiap pengujian generator induksi 1 fase menggunakan kapasitor dengan ukuran 48, 56, dan 64 µf. Pengujian generator induksi 1 fase menggunakan beban resistif berupa lampu pijar ukuran 5 Watt, 10 Watt dan 60 Watt, serta beban induktif berupa kipas angin ukuran 18 Watt. Data - data tersebut kemudian dianalisis. Hasil pengujian generator induksi 1 fase tanpa beban menunjukkan bahwa nilai tegangan naik secara stabil sesuai dengan kenaikan kecepatan putar dan turun ketika ukuran kapasitor dinaikkan. Frekuensi yang dihasilkan naik secara stabil sesuai dengan kenaikan kecepatan putar dan turun ketika ukuran kapasitor dinaikkan karena kapasitor menjadi beban untuk generator. Pengujian beban resistif pada kecepatan putar dan eksitasi kapasitor tetap dengan menambah beban yang lebih besar maka kecepatan putar menjadi turun, hal tersebut mengakibatkan frekuensi dan tegangan menjadi turun atau drop tegangan. Pada beban induktif dengan ukuran daya beban tetap, kapasitor memiliki 2 fungsi yaitu untuk membantu eksitasi generator dan menyuplai beban induktif. Adanya pengaruh daya reaktif pada kapasitor tersebut mengakibatkan kecepatan putar menjadi turun sehingga tegangan dan frekuensi turun. Pada kecepatan putar 1400 RPM 1550 RPM dengan eksitasi kapasitor 48 µf menghasilkan frekuensi 47 Hz 51 Hz, tegangan 145.4 V 230 V. Pada beban resistif dengan eksitasi kapasitor 48 µf, beban 5 Watt menghasilkan frekuensi 47 Hz 50 Hz, tegangan 142.4 V 216 V, dengan beban 65 Watt menghasilkan frekuensi 47.4 Hz 49 Hz, tegangan 117.7 V 185 V. Pada beban induktif kecepatan putar 1400 rpm dan 1550 rpm dengan eksitasi kapasitor 48 µf menghasilkan frekuensi 47.4 Hz 51 Hz, tegangan 128 V 218 V. Eksitasi kapasitor 64 µf menghasilkan frekuensi 41.6 Hz 49.2 Hz, tegangan 104 V 188 V. Kata kunci: frekuensi, generator induksi 1 fase, kapasitor, kecepatan putar dan tegangan. xix

ABSTRACTION One of the main components of the power generation system design consideration is the type of generator. The generator is a machine that converts mechanical energy into electrical energy. Electricity is used to meet the needs of the general public, the electrical equipment used by the general public in the form of electricity 1-phase. So it is more appropriate to use the generator output voltage 1-phase premises. 1 induction generator design phase of 3-phase induction motor by changing the function of 3-phase induction motor becomes a generator induction phase 1 by taking the R phase and the S phase induction motors 3-phase delta connected and to amplify the output voltage plus the capacitor. Each test 1-phase induction generator using a capacitor with a size 48, 56, and 64 μf. 1-phase induction generator testing using a resistive load such as incandescent bulb size 5 Watt, 10 Watt and 60 Watt, as well as inductive loads such as fan size of 18 Watt. Data - Data is then analyzed. The test results 1 phase induction generator without load indicates that a stable voltage value rises according to the rise and fall when the rotational speed is increased capacitor size. Frequency generated steady rise in accordance with the increase in rotational speed and down when the size of the capacitor is increased because the capacitor becomes a burden for the generator. Resistive load testing on the rotational speed and the excitation capacitor is fixed by adding a greater burden, the rotational speed to be down, it resulted in the frequency and the voltage drop or voltage drop. In the inductive load with the size of load power remains, the capacitor has two functions, namely to help the excitation generator and supply an inductive load. The influence of reactive power on the capacitor resulting rotational speed to be down so that the voltage and frequency down. At 1400 RPM rotational speed - 1550 RPM with a 48 μf capacitor generate excitation frequency 47 Hz - 51 Hz, the voltage of 145.4 V - 230 V on resistive load with 48 μf capacitor excitation, load 5 Watt produces a frequency 47 Hz - 50 Hz, voltage 142.4 V - 216 V, with load 65 Watt generate the frequency 47.4 Hz - 49 Hz, the voltage of 117.7 V - 185 V. At inductive load rotary speed of 1400 rpm and 1 550 rpm with 48 μf capacitors generate excitation frequency 47.4 Hz - 51 Hz, voltage 128 V - 218 V. Excitation 64 μf capacitor generates a frequency 41.6 Hz - 49.2 Hz, voltage 104 V - 188 V. Keywords: frequency, 1-phase induction generator, capacitors, rotary speed and voltage. xx