TUGAS AKHIR PENGARUH EKSITASI SATU PHASA TERBUKA TERHADAP TEGANGAN YANG DIHASILKAN GENERATOR INDUKSI Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik OLEH : NUR SYAH PUTRA HASIBUAN NIM : 110402014 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Penggunaan Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) telah banyak diterapkan secara luas pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh). Namun generator induksi tidak dapat membangkitkan tegangan jika tidak mendapatkan suplai daya reaktif untuk eksitasinya. Eksitasi dibutuhkan untuk menghasilkan medan magnet pada kumparan rotor yang nantinya akan menginduksikan tegangan pada stator untuk menghasilkan energi listrik. Selain itu eksitasi juga dibutuhkan untuk mengkompensasi daya reaktif yang diperlukan generator untuk membangkitkan tegangan listrik. Tulisan ini menganalisa pengaruh eksitasi satu phasa terbuka terhadap tegangan yang dihasilkan generator induksi. Dari hasil percobaan yang dilakukan, diperoleh hasil yang menunjukkan bahwa dengan keadaan eksitasi satu phasa terbuka tegangan keluaran lebih kecil. Dimana pada kecepatan putaran yang sama (200) rpm, perbedaan tegangan keluarannya sekitar 7 % untuk kapasitor eksitasi 20 mf dan 10 % untuk kapasitor eksitasi 40 mf. Kata kunci : generator induksi, eksitasi dan tegangan i
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah S.W.T, karena atas berkat rahmat dan ridho-nya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Tidak lupa juga shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad S.A.W. Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1) di Departemen Teknik Elektro,. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : PENGARUH EKSITASI SATU PHASA TERBUKA TERHADAP TEGANGAN YANG DIHASILKAN GENERATOR INDUKSI Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Ramli Hasibuan), Ibunda (Almh. Erpina Linda Harahap) serta saudara saya (Indra Irama Hasibuan dan Johan Sahara Hasibuan) yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini. Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini, penulis juga banyak mendapatkan dukungan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada : 1. Bapak Ir. Syamsul Amin, M.S selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu ii
memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen Penguji Tugas Akhir serta selaku ketua Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah banyak motivasi selama masa perkuliahan. 3. Bapak Ir. Eddy Warman M.T selaku Dosen Penguji Tugas Akhir dan telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini serta senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan. 4. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis. 5. Om Isroy Tanjung, ST (Om roy) selaku pegawai Lab. Koversi Energi Listrik FT-USU yang banyak membantu penulis selama proses pengambilan data maupun dalam keseharian di kampus. 6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi saat perkuliahan serta selama penyusunan tugas akhir. 7. Rekan- rekan satu angkatan 2011 Teknik Elektro Endrawan, Zein, Angga, Yoga, Fikri, Rais, Hasan, Ikhyar, Aspar, Rido, Fandi, Faisal, Syahlan, Dhani, Ferdi dll yang tidak bisa namanya disebutkan satu persatu yang selalu saling memberi semangat, bantuan, cerita, selama perkuliahan. 8. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu. iii
Penulis menyadari bahwa dalam penulis Tugas Akhir ini masih belum sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua. Medan, Juni 2016 Penulis Nur Syah Putra Hasibuan NIM. 110402014 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i iv v viii x BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah... 2 1.3. Tujuan Penelitian... 2 1.4. Batasan Masalah... 2 1.5. Manfaat Penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum... 4 2.2. Konstruksi Generator Induksi... 4 2.3. Karakteristik Mesin Induksi... 8 2.4. Prinsip Kerja Generator Induksi... 9 2.5. Rangkaian Ekivalen Generator Induksi... 14 2.6 Kapasitor Eksitasi.... 16 2.6.1 Penggunaan Kapasitor Eksitasi... 16 2.6.2 Kapasitansi Minimum... 17 2.7 Pembebanan... 20 v
2.7.1 Jenis-Jenis Beban... 20 2.7.2 Pengaruh Beban Pada Generator Induksi... 21 BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu... 24 3.2. Bahan dan Peralatan... 24 3.3. Pelaksanaan Penelitian... 25 3.4 Variabel yang Diamati... 25 3.5 Prosedur Penelitian... 25 BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL PENGUKURAN 4.1. Umum... 26 4.2. Penentuan nilai kapasitor... 26 4.3 Percobaan Beban Nol Generator Induksi Penguatan sendiri... 28 4.4 Analisis Hasil Pengujian... 37 4.4.1 Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF Terhadap Tegangan Percobaan Beban Nol Gnerator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF dan Eksitasi Satu Phasa Terbuka... 37 4.4.2 Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 40mF Terhadap Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 40mF dan Eksitasi Satu Phasa Terbuka 40 vi
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 43 5.2 Saran... 44 DAFTAR PUSTAKA DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Aplikasi Generator Induksi Pada Pembangkit Listrik Lampiran 2 Jadwal Penelitian Lampiran 3 Surat Pengesahan Pengambilan Data Lampiran 4 Data Percobaan vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Konstruksi Generator Induksi... 5 Gambar 2. 2 Konstruksi Stator Generator induksi... 5 Gambar 2. 3 Konstruksi Rotor Generator Induksi... 7 Gambar 2. 4 Grafik Kurva Karakteristik Mesin Induksi... 8 Gambar 2. 5 Prinsip Kerja Generator Induksi... 10 Gambar 2. 6 Kurva Magnetisasi Mesin Induksi... 11 Gambar 2. 7 Kurva Tegangan vs Arus Pada Kapasitor Bank... 11 Gambar 2. 8 Kurva Tegangan Terminal Generator Induksi... 12 Gambar 2. 9 Proses Pembangkitan Tegangan... 13 Gambar 2. 10 Rangkaian ekivalen generator induksi... 15 Gambar 2. 11 Hubungan bintang dan delta kapasitor eksitasi... 18 Gambar 2. 12 Vektor pada beban cos φ = 1... 22 Gambar 2. 13 Vektor pada beban cos φ = Lagging... 23 Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian... 25 Gambar 4. 1 Rangakaian percobaan beban nol generator induksi... 28 viii
Gambar 4. 2 Rangkain percobaan beban nol generator induksi penguatan sendiri dengan eksitasi satu phasa terbuka... 29 Gambar 4. 3 Kurva kecepatan putaran vs v out... 33 Gambar 4. 4 Kurva kecepatan putaran vs v out satu phasa eksitasi terbuka... 34 Gambar 4. 5 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs v out... 34 Gambar 4. 6 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs vout eksitasi satu phasa terbuka... 35 Gambar 4. 7 Kurva kecepatan putaran vs Vout... 35 Gambar 4. 8 Kurva kecepatan putaran vs Vout satu phasa eksitasi terbuka... 36 Gambar 4. 9 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs v out... 36 Gambar 4. 10 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs vout eksitasi satu phasa terbuka... 37 ix
DAFTAR TABEL Tabel 4. 1 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 20 mf... 30 Table 4. 2 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 20 mf satu phasa terbuka... 31 Table 4. 3 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 40 mf... 31 Table 4. 4 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 40 mf satu phasa terbuka... 32 x