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 : 060402009 NASIR ANDI HAKIM NASUTION DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
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 :
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.
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 : 060402009
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.
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan... 2 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Metode Penulisan... 4 1.5 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... 10 II.3.1 Analisis Secara Vektor... 12 II.4 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa... 13 II.5 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi... 15 II.5.1 Rangkaian Ekivalen Stator... 15
II.5.2 Rangkaian Ekivalen Rotor... 17 II.6 Aliran Daya Motor Induksi... 21 II.7 Efisiensi Motor Induksi Tiga Phasa... 24 II.8 Disain Motor Induksi Tiga Phasa... 25 II.9 Penentuan Parameter Motor Induksi... 27 II.9.1 Pengujian Tanpa Beban... 27 II.9.2 Pengujian Tahanan Stator... 29 II.9.3 Pengujian Rotor Tertahan... 31 BAB III GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI III.1 Umum... 34 III.2 Prinsip Kerja Generator Induksi Penguatan Sendiri... 35 III.3 Proses Pembangkitan Tegangan... 37 III.4 Slip... 40 III.5 Frekuensi Rotor... 40 III.6 Aliran Daya Nyata Generator Induksi Penguatan Sendiri... 41 III.7 Efisiensi... 43 III.8 Pengaruh Pembebanan Terhadap Arus Eksitasi... 43 III.9 Pembebanan Dengan Faktor Kerja Satu... 44 III.10 Proses Pengendalian Tegangan... 46 III.11 Kapasitor... 48 III.11.1 Kapasitor Hubungan Delta ( )... 48 III.11.2 Kapasitor Hubungan Wye ( Y )... 49
III.11.3 Pemasangan Kapasitor... 49 III.12 Generator Induksi Penguatan Sendiri Hubungan Short Shunt... 50 III.13 Persamaan Tegangan, Arus dan Daya Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Hubungan Short Shunt....51 III.14 Syarat Syarat Motor Induksi Sebagai Generator... 52 III.15 Keuntungan dan Kelemahan Motor Induksi Sebagai Generator... 53 BAB IV PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA GENERATOR INDUKSI PENGUATAN SENDIRI DENGAN KOMPENSASI TEGANGAN MENGGUNAKAN KAPASITOR IV.1 Umum... 55 IV.2 Peralatan Yang Digunakan... 56 IV.3 Penentuan Besar Nilai Kapasitor... 57 IV.4 Pengujian Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri... 59 IV.4.1 Pengujian Pengukuran Tahanan Stator... 59 IV.4.1.1 Rangkaian Pengujian... 60 IV.4.1.2 Prosedur Pengujian... 60 IV.4.1.3 Data Hasil Pengujian... 61 IV.4.1.4 Analisa Data Pengujian... 61 IV.4.2 Pengujian Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 63
IV.4.2.1 Pengujian Beban Nol... 63 IV.4.2.1.1 Rangkaian Pengujian... 63 IV.4.2.1.2 Prosedur Pengujian... 63 IV.4.2.1.3 Data Hasil Pengujian... 64 IV.4.2.2 Pengujian Berbeban dan Tanpa Beban... 65 IV.4.2.2.1 Rangkaian Pengujian... 65 IV.4.2.2.2 Prosedur Pengujian... 66 IV.4.2.2.3 Data Hasil Pengujian... 67 IV.4.3 Analisa Data Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 68 IV.4.3.1 Regulasi Tegangan... 68 IV.4.3.2 Efisiensi... 70 IV.4.4 Tabel Analisa Data Percoban... 74 IV.4.5 Kurva Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 75 IV.4.5.1 Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 75
IV.4.5.2 Kurva Pengaruh Pembebanan Terhadap Efisiensi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 76 IV.4.6 Kurva Tegangan Fungsi Arus Eksitasi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 77 BAB V PENUTUP V.1 Kesimpulan... 78 V.2 Saran... 79 DAFTAR PUSTAKA... 81 LAMPIRAN... 82
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... 10 Gambar 2.4(b) Motor Induksi Rotor Belitan... 10 Gambar 2.5(a) Diagram Phasor Fluksi Tiga Phasa... 11 Gambar 2.5(b) Arus Tiga Phasa Setimbang... 11 Gambar 2.6 Medan Putar Pada Motor Induksi Tiga Phasa... 11 Gambar 2.7 Arah Fluks Yang Ditimbulkan Oleh Arus Yang Mengalir Dalam Suatu Lingkar... 12 Gambar 2.8 Diagram Vektor Untuk Fluks Total Pada Keadaan t 1, t 2, t 3, t 4... 13 Gambar 2.9 Rangkaian Ekivalen Stator Motor Induksi... 15 Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Pada Rotor Motor Induksi... 19 Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Phasa... 19 Gambar 2.12 Rangkaian Ekivalen Dilihat Dari Sisi Stator Motor Induksi... 20 Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Dilihat Dari Sisi Stator Motor Induksi... 20 Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen Lain Dari Motor Induksi... 21 Gambar 2.15 Diagram Aliran Daya Motor Induksi... 24
Gambar 2.16 Efisiensi Pada Motor Induksi... 25 Gambar 2.17 Karakteristik Torsi Kecepatan Motor Induksi Pada Berbagai Disain... 27 Gambar 2.18 Rangkaian Pengujian Tanpa Beban Motor Induksi... 28 Gambar 2.19 Rangkaian Pengujian Tahanan Stator Arus Searah Motor Induksi... 29 Gambar 2.20 Rangkaian Rotor Ditahan Motor Induksi... 31 Gambar 3.1 Prinsip Kerja Generator Induksi Pengutan Sendiri... 35 Gambar 3.2 Karakteristik Torsi Kecepatan Mesin Induksi... 36 Gambar 3.3 Rangkaian Proeses Pembangkitan Tegangan... 37 Gambar 3.4 Rangkaian Ekivalen Perfasa Generator Induksi... 37 Gambar 3.5 Proses Pembangkitan Tegangan... 39 Gambar 3.6 Tegangan Fungsi Kapasitor Eksitasi... 39 Gambar 3.7 Diagram Aliran Daya Nyata... 42 Gambar 3.8 Diagram Vektor Tegangan Generator Induksi... 44 Gambar 3.9 Tegangan Fungsi Arus Eksitasi Dengan Faktor Kerja Satu... 45 Gambar 3.10 Kurva Magnetisasi Dan Proses Pengendalian Tegangan... 46 Gambar 3.11 Kapasitor Terhubung Delta... 48 Gambar 3.12 Kapasitor Terhubung Bintang... 49 Gambar 3.13 Rangkaian Generator Induksi Penguatan Sendiri Hubungan Short Shunt... 50 Gambar 3.14 Rangkaian Ekivalen Per Phasa Generator Induksi Hubungan Short Shunt... 51
Gambar 4.1 Rangkaian Percobaan Dengan Suplai DC... 60 Gambar 4.2 Rangkaian Pengujian Beban Nol Generator Induksi Penguatan Sendiri... 63 Gambar 4.3 Rangkaian Pengujian Berbeban Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 66 Gambar 4.4 Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 75 Gambar 4.5 Pengaruh Pembebanan Terhadap Efisiensi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 76 Gambar 4.6 Kurva Tegangan Fungsi Arus Eksitasi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 77
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Standar Besarnya Reaktansi Berbagai Jenis Desain Rotor... 33 Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Tahanan Stator DC... 61 Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Beban Nol Generator Induksi Penguatan Sendiri... 65 Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Berbeban Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 68 Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Tanpa Beban Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 68 Tabel 4.5 Hasil Analisa Data Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan dan Efisiensi Pada Generator Induksi Penguatan Sendiri Dengan Kompensasi Tegangan Menggunakan Kapasitor... 74