analisis karakteristik generator induksi
TRANSCRIPT
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan kebutuhan masyarakat semakin hari semakin pesat apalagi
dengan mahalnya minyak mentah dunia, bahkan sudah menyentuh 120 ribu dolar
per barel. Hal ini mengindikasikan semakin sulitnya beban ekonomi ragyat
Indonesia dimana negara kita Indonesia membutuhkan bahan bakar minyak untuk
berbagai keperluan termasuk keperluan untuk pembangkit tenaga/ energi listrik.
Seperti diketahui energi listrik merupakan energi yang sangat potensial dalam
berbagai keperluan. Tanpa energi listrik hampir sebahagian besar aktivitas kita
akan terhambat bahkan terhenti sama sekali.
Indonesia yang memiliki banyak sumber energi sebagai pembangkit energi
listrik, tetapi sumber energi tersebut belum tergali dan termanfaatkan secara
optimal atau maksimal. Kita memiliki energi panas bumi, energi angin, energi
gelombang pasang surut air laut, energi matahari yang melimpah, energi air terjun
dan lain sebagainya sebagai pembangkit energi listrik tetapi belum tergarap secara
maksimal. Sebagai contoh banyak dijumpai disekitar kita adalah potensi energi air
sebagai pembangkit listrik mikrohidro. Saat ini potensi tenaga air yang baru
tergarap secara besar-besaran adalah air sungai yang dibendung dan untuk
kapasitas pembangkit listrik kapasitas daya besar. Tetapi air sungai yang memiliki
aliran cukup deras sebetulnya dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan generator
1
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
2
skala kecil sampai 10 kW (kilo watt). Generator yang digunakan adalah generator
sinkron (alternator) atau generator induksi.
Saat ini pemanfaatan generator induksi belum banyak digunakan dan
bahkan diketahui oleh masyarakat sebagai pembangkit energi listrik. Kebanyakan
masyarakat mengenal generator sinkron (alternator/ dinamo) sebagai pembangkit
energi listrik. Generator induksi dapat dibuat dari motor induksi dengan
menambah peralatan berupa kapasitor yang dipasang pada terminal bagian luar
dari motor tersebut. Bila motor induksi tersebut diputar pada putaran tertentu
maka akan menghasilkan energi listrik. Konstruksi dari generator induksi sangat
sederhana dan mudah perawatan, serta jarang mengalami kerusakan. Berkaitan
dengan pemberdayaan motor induksi sebagai generator induksi, yang mana motor
induksi tersebut banyak dijumpai di pasaran termasuk motor induksi sisa pakai
(bekas pakai) dan dipasarkan di pasar-pasar barang bekas (loak). Harga dari motor
induksi bekas relatif sangat murah. Sehubungan dengan itu sebetulnya masyarakat
kita dapat menikmati aliran energi listrik dengan mudah dan biaya murah
khususnya masyarakat yang ada di pedesaan.
1.2. Rumusan masalah
Dengan termanfaatkannya motor-motor induksi digunakan sebagai
generator induksi untuk pembangkit tenaga listrik maka permasalahan yang
dihadapi masyarakat baik masyarakat pedagang barang sisa yang menjual motor-
motor induksi akan mendapatkan omset penjualan meningkat, demikian juga
masyarakat yang menggunakan motor induksi sebagai generator induksi untuk
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
3
menghasilkan energi listrik merasakan manfaatnya, seperti mudah mendapatkan
generator induksi, harga dari generator induksi relatif murah dan
pemeliharaannya sederhana. Dibalik berbagai kemudahan tersebut perlu dilakukan
penelitian yang berkaitan dengan generator induksi dengan menggunakan motor
induksi bekas pemakaian industri. Atas dasar pertimbangan tersebut maka penulis
merumuskan masalah yang akan diteliti yaitu : Bagaimanakah Karakteristik
Motor Induksi (bekas pakai) yang digunakan sebagai Generator Induksi?
yang akan dilakukan dengan percobaan pengujian.
1.3. Batasan Masalah
Fokus terhadap permasalahan yang akan dianalisis dalam tugas akhir ini
adalah penelitian terhadap karakteristik generator indusi pada saat berbeban.
Yang menjadi batasan analisis termasuk diantaranya adalah :
1. karakteristik tegangan keluaran Generator induksi tersebut.
2. kinerja generator tersebut terhadap perubahan beban.
1.4. Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan ini adalah sebagai berikut :
a. Mengetahui seberapa besara kemampuan generator induksi dengan
melakukan percobaan pengujian pada saat perubahan beban.
b. Mengetahui karakteristik, keunggulan dan kelayakan generator induksi
untuk digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga mikro hidro.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
4
c. Bagaimana regulasi tegangan motor induksi sisa pakai (eks) industri bila
digunakan sebagai generator induksi ?
1.5. Metode Pengumpulan Data
Metoda yang digunakan dalam penyelesaian tugas akhir ini adalah sebagai
berikut :
1. Studi Literature, yaitu pengumpulan data dengan mempelajari buku-buku,
diktat-diktat, dan brosur-brosur dari internet yang berhubungan dengan
bahan yang dibahas, khusus mengenai materi generator induksi.
2. Studi dokumentasi, yaitu pengumpulan data dengan melakukan
perbandingan data-data dari Buku, internet dll.
3. Diskusi, yaitu pengumpulan data dengan cara bertanya (diskusi) dengan
teman, dosen, dan rekan-rekan yang memahami permasalahan penulis.
1.6. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang digunakan dalam penyusunan laporan proyek
akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I Pendahuluan
Dalam BAB I ini berisikan tentang latar belakang pemilihan judul,
rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, pembatasan
masalah, metode pengumpulan data untuk mempermudah
penyusunan laporan , dan sistematika penulisan laporan.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
5
BAB II Landasan Teori Generator induksi
Dalam BAB II ini menjelaskan tentang dasar teori pendukung dari
Alat-alat dan bahan yang digunakan dalam Pengujian Generator
induksi yang diambil dari buku-buku referensi yang tercantum
dalam daftar pustaka.
BAB III Motor Induksi Sebagai Generator
Dalam BAB III ini berisikan tentang teori generator induksi dan
langkah-langkah yang perlu dilakukan dalam membuat percobaan
pengujian generator induksi dan pengambilan hasil dari pengujian.
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Pada bab ini akan dijabarkan hasil-hasil pengamatan pada
percobaan generator induksi, meliputi : karakteristik pembebanan
dan data-data yang menunjang untuk penelitian.
BAB V Kesimpulan dan Saran
BAB V berisikan tentang kesimpulan dari proses analisa, dan
kendala kekurangan dalam pembuatan proyek akhir ini. Serta saran
yang membangun baik bagi penulis maupun untuk semuanya.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
6
BAB II
GENERATOR, MOTOR DAN KAPASITOR
2.1. Konsep Dasar Generator
Seperti diketahui generator listrik adalah suatu mesin listrik yang
berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik (electrical energy).
Tenaga mekanis, disini digunakan untuk memutar kumparan kawat penghantar
dalam medan magnet ataupun sebaliknya memutar magnet diantara kumparan
kawat penghantar. Tenaga mekanis dapat berasal dari tenaga panas, tenaga
potensial air, motor diesel, motor bensin bahkan dari motor listrik.
Tenaga listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut bisa arus searah atau
arus bolak-balik, hal ini tergantung dari susunan/ konstruksi generator dan sistem
pengambilan arusnya. Sebab itu ada 2 macam generator :
a. Generator arus searah
b. Generator arus bolak-balik
2.1.1. Teori dasar Generator
“Prinsip dasar generator adalah suatu konduktor yang digerakan
memotong medan magnet akan membangkitkan tegangan induksi pada konduktor
tersebut”. (Zuhal 1991 : hal 1)
6
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
7
Gambar 2.1 Prinsip Kerja Generator (Zuhal 1991 : hal 1)
Prinsip dasar dari generator tersebut didukung oleh beberap teori dasar
yang dikemukakan oleh Faraday.
2.1.2. Hukum Faraday
Hukum faraday berbunyi “gaya-gaya listrik induksi yang terjadi dalam
suatu rangkaian besarnya berbanding lurus dengan perubahan-perubahan fluks
magnet yang dilingkupinya”. (Sutarman 2003: hal 182).
Fluks magnet adalah banyaknya garis magnet yang dilingkupi oleh luas
daerah.
φ = B.A
Dimana : φ = Fluks mangnetik (Wb)
B = Induksi Magnetik (Wb/m²)
A = Luas permukaan (m²)
Gambar 2.2. Fluks Magnetik
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
8
Jika ditinjau dari gambar 2-3 luas (A) adalah luas daerah ab’ab’,
pergeseran kawat ab sejauh s mengakibatkan terjadinya perubahan fluks magnet.
Δφ = A.B
Δφ = (l.s).B
Dari persamaan e = -B.l.(s/Δt) ; e. Δt = -B.l.s dan dari persamaan nilai (l.s) = Δφ/B
sehingga persamaan ggl e dari persamaan menjadi :
e.t = Δφ/ Δt
atau dapat ditulis
e = dtdφ
− ................................. 2
2.1.3. Prinsip Kerja Generator
Dalam prinsip kerja generator terdapat 3 hal pokok, yaitu :
1. Adanya fluks magnet, yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet.
2. Adanya kawat penghantar listrik yang merupakan tempat terbentuknya GGL.
3. Adanya gerakan relatif antara fluks magnet dengan kawat penghantar listrik.
Arah-arah GGL induksi, medan dan gerak dapat diingat dengan kaidah tangan
kanan.
GGL
FLUKS
GERAKAN
Gambar 2.3. Kaidah Tangan Kanan
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
9
Buat ibu jari, telunjuk dan jari tengah tangan kanan, hingga tegak lurus.
Apabila ibu jari di arahkan ke arah gerakan, telunjuk serah dengan medan, maka
jari tengah menunjuk ke arah GGL.
(Proyek akhir 2004 : Asep Soni : hal 9-10).
Gambar 2.4. Prinsip Kerja Generator 1
Dalam gambar bagian (a) adalah gambar yang menjelaskan prinsip kerja
generator, dimana generator terdiri dari medan magnet, konduktor, cincin geser
dan rangkaian listrik yang menyalurkan listrik dari generator. Ketika sebuah fluksi
magnetik dari medan magnet melintai sebuah konduktor (gambar b) akan terjadi
sebuah perpotongan. Perpotongan tersebut akan menyebabkan terjadinya gaya
lorentz yang akan berakibat perubahan fluksi persatuan waktu. Inilah yang disebut
gaya gerak listrik (ggl) seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Spins armature produces electricity
Gambar 2.5. Prinsip Kerja Generator 2
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
10
Besar kecilnya ggl induksi tergantung pada perubahan kecepatan dan kuat
medan itu sendiri. Bila dalam penghantar terdiri dari beberapa belitan, maka tiap
belitan akan terjadi gejala induksi, maka berlaku :
)( ϕϕ Ndtd
dtdNeind −=−=
atau dtdeindϕ
−= ................................. 3
dimana :
eind = Gaya gerak listrik yang diinduksikan (Volt)
Φ = Fluk tergabung (weber)
t = waktu (sekon)
N = Banyanya kumparan (lilitan) yang memotong medan magnet
Dengan demikian besarnya tegangan listrik bergantung dari jumlah
kumparan yang memotong medan magnet setiap detik. Makin banyak kumparan
pada generator yang memotong medan magnet setiap detik, demikian juga makin
kuat medan magnet yang dihasilkan kutub magnet, maka tegangan listrik yang
dibangkitkan generator semakin besar.
Belitan yang berputar dalam medan magnet dengan kecepatan tetap, maka
fluks yang terdapat dalam belitan itu pada saat t adalah fluks pada saat t = 0 yang
berputar dengan kecepatan sudut m.
ϕ =ϕmax Cos ωt.
Jika ω adalah jumlah belitan yang letaknya terkonsentrasi pada suatu
tempat maka ggl yang diinduksikan adalah :
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
11
dtdeindϕ
−= )cos( tNdtd
dtdN maks ωϕϕ
−=−
= Nϕmaks sin ωt.
atau e = emaks sin ωt.
T adalah periode waktu yang terjadi setelah gejala kembali pada besaran
semula.
T = ωπ2 atau
Tπω 2
=
Didefinisikan bahwa frekuensi adalah f = T1
Maka ω = 2π f
Gambar 2.6 Grafik Sinusoida
Nilai-nilai tegangan yang diinduksikan adalah mengintegrasikan ½ periode
sehingga diperoleh nilai rata-rata Er
π
πω
πω
ω
ω
π
maksr
maksmaksmaksr
maksr
eE
et
edtt
Te
E
dtteT
edtT
E
2
2)]cos(
2)sin(
2
)sin(22
0
5.0
0
5.0
0
5.0
0
=
===
==
∫
∫∫
Sedangkan untuk nilai efektif adalah dengan mengintegrasi kuadrat e
untuk satu perioda yang kemudian diakarkan.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
12
E = ∫T
dteT 0
21 ................................. 4
Misalkan e = emaks cos ωt, maka dapat ditulis :
2
2)()2cos1(
21
)()(coscos1
2
0
0
2
0
22
maks
maksT
maks
Tmaks
T
eE
etdt
eE
tdte
tdteT
E
=
=+=
==
∫
∫∫
ωωω
ωωω
ω
2.2. Motor Listrik
Secara umum, motor listrik berfungsi untuk mengubah energi listrik
menjadi energi mekanik yang berupa tenaga putar. Di dalam motor DC, energi
listrik disuplai langsung pada kumparan jangkar dengan melalui sikat-sikat dan
komutator, oleh karena itu motor DC disebut motor konduksi.
Untuk motor AC tak serempak (asinkron), kumparan rotornya tidak
menerima energi listrik langsung, tetapi secara induksi dari medan magnet putar
yang ada pada lilitan statornya. Sehingga motor jenis ini biasa disebut dengan
motor induksi dengan rotor lilit, ujung-ujung lilitanya selalu dihubungsingkatkan
melalui slip ring. Sedangkan rotor sangkar, unujg-ujung konduktor-konduktornya
telah dihubungsingkatkan.Motor induksi tiga fasa banyak dipakai dikalangan
industri, karena beberapa keuntungan antara lain sangat sederhana dengan daya
tahan kuat, harga relatif murah dan mudah perawatanya, dan memiliki efisiensi
cukup tinggi. (Yon Rijono, 1997 :266)
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
13
Hukum –hukum yang mendasari prinsip pembangkitan medan magnet
antara lain adalah hukum faraday, hukum pertama maxwel, hkum Lenz dan
hukum Hopkinson. (Abdul Kadir, 1983:2)
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama yaitu
1. Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya
2. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah
lingkaran/ loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan
magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
3. Pasangan gaya menghasilkan energi putar/torque untuk memutar
kumparan.
4. Motor-motor memilki pasangan loop pada dinamonya untuk
memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya
dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang
dimaksud beban motor. Beban mengacu pada keluaran tenaga putar/ torque sesuai
dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam
tiga kelompok (BEE India,2004):
1. Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran
energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak
bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah coveyors, rotary
kilns, dan pompa displacement konstan.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
14
2. Beban dengan variable torque adalah beban dengan torque yang bervariasi
dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variable torque adalh
pompa sentrifugal dan fan ( torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan )
3. Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque
yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk
untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
Motor Listrik
Motor DC
Motor AC
Universal
Penguat Terpisah
Penguat Sendiri
Seri
Shunt
Kompon Panjang
Pendek
Sinkron
Universal
Asinkron (Induksi)
Satu Fasa
Tiga Fasa
Panjang
Phasa Belah
Kapasitor
Shaded Pole
Rotor Lilit
Rotor sangkar
Repulsi
Gambar 2.7. Klasifikasi Jenis Utama Motor Listrik
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
15
Rotor sangkar Rotor belitan Kumparan stator
Gambar 2.8. Konstruksi Motor Listrik (Dasar Tenaga Listrik, Juhal, 1991)
2.2.1. Motor Arus Bolak-balik (AC)
Motor AC (motor arus bolak-balik) menggunakan arus listrik yang
membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik
memilki dua buah bagian dasar listrik : “stator” dan “rotor”. Stator merupakan
komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk
memutar as motor. Motor AC ini memilki 2 tipe yaitu motor sinkron dan
asinkron.
2.2.1.1.Motor Sinkron (Serempak)
Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada system
frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan
daya dan memilki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron
cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara,
perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk
memperbaiki faktor daya system, sehingga sering digunakan pada sistem yang
banyak listrik.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
16
Gambar 2.9. Motor Sinkron (Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org
2003)
Komponen utama motor sinkron adalah
1. Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah
bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan
perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnet
rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memilki magnet permanent atau arus DC-
excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan
dengan medan magnet lainnya.
2. Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding
dengan frekwensi yang dipasok.
Sifat-sifat motor serempak adalah :
1. Jumlah putaran medan magnet tetap, jika beban terlalu berat maka motor
akan berhenti.
2. Memerlukan gerak mula dengan motor lain.
3. Sanggup dioperasikan pada seluruh daerah factor kerja (leading atau
leaging ).
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
17
2.2.1.2.Motor Induksi (Asinkron)
Motor induksi merupakan salah satu jenis motor listrik yang paling banyak
digunakan dikalangan industri dibandingkan dengan jenis motor-motor listrik
lainya. Berdasarkan jumlah fasanya, motor induksi terdiri atas motor induksi satu
fasa dan motor induksi fasa banyak. Motor induksi satu fasa meliputi motor fasa
belah, motor kapasitor, motor shaded pole dan motor repulsi.
Motor induksi fasa banyak terdiri atas motor induksi dua fasa dan motor
induksi 3 fasa. Motor induksi dua fasa jarang digunakan, biasanya merupakan
motor bantu (servomotor) yang digunakan untuk pengendalian posisi (paul C.
Krause, 1987:164). Sementara itu, motor induksi tiga fasa merupakan motor
induksi yang paling banyak digunakan yang terdiri atas motor induksi dengan
rotor lilitan dan motor induksi dengan rotor sangkar.
Bagian-bagian motor induksi
Motor induksi terdiri dari dua bagian utama :
a. Stator ( bagian yang diam )
b. Rotor ( bagian yang bergerak )
Gambar 2.10. Kontruksi Motor Induksi (www.energyefficiencyasia.org)
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
18
a. Proteksi Motor induksi
Secara umum ada 2 macam proteksi atau pengaman yang perlu dilengkapi
dalam pengoperasian motor induksi, yaitu :
1. Pengaman beban lebih.
2. Pengaman hubung singkat.
Adapun skema yang umum dalam instalasi motor induksi untuk proteksi
adalah Gambar 2.15 sebagai berikut :
dayacatuleburpengaman
kontraktor
thermispengaman
induksimotorI
Gambar 2.11. Skema proteksi pada motor induksi
Umumnya untuk pengasutan, motor induksi dilengkapi dengan perangkat
proteksi yang berupa saklar pindah-gerak (switchgear) yang dibagi atas 2 jenis,
yaitu :
1. Kontaktor dengan pengaman lebur.
2. Pemutus tenaga (circuit breaker) yang dilengkapi dengan rele proteksi.
Kontaktor dan pengaman lebur umumnya digunakan untuk motor yang
dayanya Kurang atau sama dengan 150 DK (Daya Kuda). Untuk daya yang lebih
besar umumnya digunakan pemutus tenaga, untuk alasan ekonomis dan teknis.
Pengaman beban lebih, biasanya berupa peralatan dwi-logam ( bimetal ),
mempunyai respon terhadap besarnya arus yang mengalir, semakin besar arus
yang mengalir, semakin cepat waktu responnya.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
19
Pengaman beban lebih ini memberikan pengamanan terhadap kondisi
abnormal sebagai berikut :
1. Beban lebih (over load).
2. Salah satu kawat fasa terlepas (single phasing), yang mengakibatkan arus
pada kumparan stator tidak seimbang, sehingga menimbulkan komponen
arus urutan negatif yang akan menyebabkan panas pada rotor dan kenaikan
temperatur.
3. Rotor terkunci (stalling), biasanya akibat beban yang dipikul motor terlalu
berat atau bantalan yang tidak berpelumas lagi, yang mengakibatkan rotor
tidak dapat berputar, hanya terdengar suara mesin yang mendengung .
4. Tegangan rendah (undervoltage), dengan pasokan tegangan yang lebih
rendah daripada nilai nominalnya, maka arus yang mengalir akan lebih
besar dari nilai nominalnya untuk menanggung beban penuhnya.
5. Pengasutan yang berat (heavy starting).
Sedangkan pengaman hubung singkat hanya memberikan pengamanan
untuk arus yang tiba-tiba sangat membesar, seperti keadaan kegagalan
isolasi pada kumparan kerena kenaikan suhu yang mengakibatkan
terjadinya hubungan singkat antara fasa dengan tanah (ground). Waktu
responnya relatif jauh lebih singkat daripada waktu respon pengaman
beban lebih.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
20
b. Stator
Stator dari motor induksi, mempunyai prinsip sama dengan motor sinkron
atau generator. Apabila belitan-belitan stator disuplai dengan arus tiga fasa, maka
menghasilkan medan magnet atau fluksi yang mana adalah pada harga tetap asal
saja berputar pada kecepatan sinkron (Ns).
Dalam hal hubungannya : p
120Nsf
= ………………… 5
Ns = Kecepatan sinkron dalam cycle
f = frekwensi
p = jumlah kutub
c. Rotor
Rotor kurungan bajing (“Squirrel-cage”) motor-motor yang menggunakan
rotor tipe ini dikenel sebagai motor induksi kurungan-tupai..
Terputar-fasa atau Rotor-terputar motor-motor yang menggunakan tipe rotor ini
dikenal sebagai motor-motor “terputar-fasa” (“phase-wound”) atau motor-motor
terputar (“wound”) atau sebagai motor-motor “slip-ring”.
- Pembuatan medan yang berputar :
Supply Dua-fasa, dimana :
1) Besar resultan fluksi adalah tetap dan sama dengan mφ , yaitu : fluksi
maksimum antara kedua fase.
2) Resultan fluksi memutar pada kecepatan sinkron dapat dirumuskan :
mr Φ=Φ , yaitu harga fluksi tetap atau tidak berubah dengan waktu.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
21
- Slip
Slip suatu motor adalah tergantung dari besar atau kecilnya beban motor,
makin besar beban makin besar pula slip. Slip adalah perbedaan antara kecepatan
sinkron Ns dan kecepatan sebenarnya N, dapat dituliskan :
Slip = ns – n
Ns – N adalah kadang - kadang disebut slip kecepatan.
Persentase slip dirumuskan sebagai :
100%n
nns slip %
s
s ×−
= ................................. 6
- Frekwensi Dari Arus Rotor :
Apabila motor diam, frekwensi arus rotor adalah sama seperti frekwensi
penyedia. Tapi apabila rotor start atau jalan, maka frekwensi tergantung atas
kecepatan relativ atau kecepatan slip. Frekwensi arus rotor f’ pada suatu
kecepatan slip hubungannya dapat dituliskan sebagai berikut :
p'120NNatau
p'120NN ss
ff−==−
Dimana p
120Nsf
=
Dapat pula ditulis :
ff'sN
NNff
S
S s Jadi ; '==
−= ………………………. 7
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
22
- Torsi Motor Induksi
Torsi adalah putaran atau pemutiran dari suatu gaya terhadap suatu poros.
Ini diukur dengan hasil kali gaya itu dengan jari-jari lingkaran dimana gaya
tersebut bekerja.
r
F
N
Gambar 2.12. Prinsip Terbentuknya Torsi
Pada suatu pulley dengan jari-jari r meter bekerja suatu gaya F Newton
yang menyebabkan pulley berputar dengan kecepatan n putaran per detik.
Torsi T = F x r Newton meter (N-m) ………………………. 8
Usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut pada satu putaran
= gaya x jarak
= F x 2 π r joule
Daya yang dibangkitkan = F x 2 π r x n joule
= ( F x r ) x 2 π n joule / detik
Bila : 2 π n = adalah kecepatan sudut (ω) dalam rad / detik
F x r = torsi ( T )
Jadi daya yang dibangkitkan = T x ω joule / detik
= T x ω
Pada motor induksi, torsi motor diperoleh dengan rumus : T = r
mk
ωP
Dimana Pmk adalah daya mekanik sudut, ωr kecepatan dari rotor ωr = ωs
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
23
(1s) T = ( )( ) ftlb.
60n π2
P 0,737Nm
60n π2
PωP
s-1 ωs1P
s
2
s
2
s
2
s
2 ===−
d. Rugi-rugi motor induksi
Dalam motor induksi pada dasarnya terdapat dua macam kerugian, yaitu :
1. Rugi-rugi tetap, terdiri atas ;
a. Rugi inti stator (Ph+e)
b. Rugi gesek (Pfr)
c. Rugi inti rotor
2. Rugi tembaga (rugi tidak tetap) terdiri atas :
a. Rugi tembaga pada lilitan stator (P (cu)s)
b. Rugi tembaga pada lilitan rotor (P (cu)r)
c. Rugi-rugi pada tahanan awal (untuk motor induksi dengan rotor
lilit)
e. Efesiensi Motor Induksi
Jumlah efesiensi motor induksi dapat ditentukan dengan ;
%100×=in
out
PPη
2.2.2. Perbaikan Faktor Daya pada motor
Motor kapasitor mempunyai prinsip seperti motor fasa belah tetapi pada
lilitan bantunya dipasang seri dengan kapasitor yang berfungsi untuk memperoleh
beda arus lilitan utama Iu dan arus lilitan Bantu Ib lebih besar ( diusahakan
mendekati n/2 ).
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
24
Penggunaan kapasitor pada motor induksi adalah untuk memperbaiki
factor daya. Pengertian dari factor daya dalam system tenaga listrik adalah adanya
perbedaan sudut fasa antara tegangan dan arus listrik dalam jala-jala yang
diakibatkan oleh sifat dari beban diantaranya ada beban yang bersifat resistip,
induktif dan kapasitif.
Factor daya ( cosφ ) rendah pada prinsipnya dapat mengakibatkan arusbeban akan
bertambah besar, sehingga dampaknya adalh efisiensi daya yang termanfaatkan
menjadi rendah, selain itu pula harus digunakan penampang konduktor yang lebih
besar, tentu akan berdampak pada biaya yang lebih mahal.
Meningkatkan factor daya ( cos φ ) beban listrik yang bersifat induktif yaitu
dengan memasang kondensator pada beban secara parallel, atau dapat pula
dipasang pada panel hubung bagi ( PHB ) secara terpusat.
Menentukan kapasitas kapasitor dan daya kapasitor yang dipasang untuk
perbaikan factor daya beban dapat dilakukan sebagai berikut
Beban yang bersifat induktip mengakibatkan arus terbelakang terhadap tegangan :
V
I
ϕ
Gambar 2.13. Arus Mengikuti Tegangan
Akibat dari arus yang terbelakang maka daya semu ( S ) akan semakin besar,
sehingga bila digambarkan dalam bentuk segitiga daya adalah :
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
25
P
S
ϕ1ϕ
2Q
1Q
Q
Gambar 2.14. Vektor Perbaikan Faktor Daya
Untuk memperkecil daya semu ( S ) menjadi S1 seperti pada gambar diatas
diperlukan daya buta Q2 yang dihasilkan kapasitor. Persamaan matematisnya
adalah :
Q2 = Q – Q1 ………………………. 9
Q = S sin φ ………………. (i)
Q1 = S1 sin φ1 ……………………. (ii)
Sedangkan S = P / cos φ ………………….. (iii)
S1 = P / cos φ1 …………………. (iv)
Substitusi (iii) ke (i), dan (iv) ke (ii), sehingga didapat
Q2 = P (sin φ / cos φ) – P (sin φ1 / cos φ1)
Dimana, sin φ / cos φ = tan φ
Q2 = P tan φ – P tan φ1
Q2 = P ( tan φ – tan φ1 ) VAR ………………. 10
Jadi dengan diperolehnya harga Q2 sebagai kapasitas daya kapasitor yang
diperlukan untuk perbaikan factor daya, selanjutnya dapat dihitung kapasitas
kapasitor dalam µF ( mikro farad atau 10-6 farad ) adalah :
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
26
Harga Xc = V2 / Q2 …………………………. 11
Sedangkan Xc = 1 / dimana f = 50 Hz ωC f π2ω =
μF V f 10 Q
C
μF X f π 2
10 1C
C f π 21X
2
6 2
c
6
c
π2×
=
×=
=
Jadi dengan mengetahui kapasitas C dalam , selanjutnya disesuiakan
dengan nilai kapasitor yang ada dipasaran.
μF
Untuk menghitung besarnya daya buta Q tiga fasa dapat dilakukan dengan
menghitung langsung yaitu :
Qtiga fasa = ) VAR dalam ( sin I V 3 L ϕ ……………………… 12
VAR = volt ampere reaktip
Apabila dihitung melalui daya buta per fasa, maka daya tiga fasa menjadi :
Qtiga fasa = 3 Qsatu fasa ( pada prinsip hasilnya sama )
Sejauh ini masih ditemui kesulitan dalam pemahaman arti dari akibat
factor daya rendah itu secara factual. Pemakai daya listrik masih belum mengerti
apa manfaat langsung yang dirasakan. Bahkan tidak jarang dikatakan bahwa
dengan memasang kapasitor dalam beban, seperti lampu TL dan lain sebagainya
putaran KWH tidak berkurang.
Secara cepat dapat dijawab, bahwa pemasangan kapasitor untuk
perbaikan factor daya beban ( lampu TL, motor listrik industri, transformator, dll.
) bukan untuk mengurangi putaran KWh, melainkan Si Pelanggan daya listrik
dapat memanfaatkan daya listrik secara optimal. Apabila PLN menerapkan system
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
27
denda yaitu melalui alat ukur KVARh, maka konsumen akan membayar rekening
listrik jauh lebih besar. Hal itu disebabkan pelanggan listrik selain membayar
KVARh meter yang nota bene putarannya akan lebih besar disbanding KWh
meter apabila factor daya beban rendah. Sejauh ini di Indonesia pemasangan
KVARh meter dan KWh meter baru diperuntukkan pelanggan industri-industri,
sedangkan pelanggan listrik rumah tangga belum.
Misal pelanggan rumah tangga dengan daya 900 watt, tegangan jala-jala adalah
220 V, frekwensi 50 Hz. Kebetulan dirumah tangga tersebut hamper seluruhnya
menggunakan lampu TL. Pada ballast lampu TL tertulis cos φ nya adalah 0,35.
jadi dengan demikian daya nyata (P) yang termanfaatkan oleh pelanggan hanya :
P = 900 x 0,35 = 315 watt.
Jadi daya yang hilang sebesar, P = 900 – 315 = 585 watt.
Apabila cos φ adalah 0,9 maka daya nyata yang termanfaatkan adalah :
P = 900 x 0,9 = 810
Perhatikan gambar vektor dibawah ini :
W810P =
W315P = W900P =
S
Q
S0,35 cos =ϕ
0,9cos =ϕ
Q
Gambar 2.15. Vektor diagram perbaikan factor daya beban
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
28
Memperhatikan gambar di atas, tampak dengan jelas bahwa makin kecil
factor daya beban makin besar daya yang hilang. Untuk itu sebaiknya factor daya
beban diusahakan adalah 1 ( cos φ = 1 ) agar daya listrik seoptimal mungkin.
Dalam gambar dapat pula dilihat bahwa dengan memperbesar cos φ, maka Q akan
bertambah kecil dengan P bertambah besar dan S tetap. Apabila cos φ = 1 maka
Q = 0; P = S
Sisi lain dari rendahnya factor daya beban adalah arus beban akan bertambah
besar. Melalui gambar diatas dapat dijelaskan perhitungannya :
Untuk daya nyata P = 315 watt, cos φ = 0,35; maka
S = 315 / 0,35 = 900 VA
Maka I = S / V = 900 / 220 = 4,09
Sedangkan daya nyata (P) = 315, maka I menjadi :
I = P / V cos φ cos φ = 1
Jadi I = 315 / 220 = 1,43 A
Jelas terlihat bahwa arus berkurang dari 4,09 A menjadi 1,43 A.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
29
BAB III
MOTOR INDUKSI SEBAGAI GENERATOR
3.1. Pendahuluan
Motor induksi tiga fase merupakan motor yang banyak digunakan. Hal ini
dikarenakan motor induksi mempunyai keuntungan sebagai berikut :
1. Bentuknya sederhana, konstruksinya cukup kuat.
2. Biayanya murah dan dapat diandalkan.
3. Efisiensi tinggi. Pada keadaan normal, tidak memerlukan sikat
sehingga rugi-rugi gesekan dapat dikurangi.
4. Perawatan yang minimum.
5. Pada waktu mulai beroperasi tidak memerlukan tambahan peralatan
khusus.
Namun disamping hal tersebut diatas, perlu juga diperhatikan faktor-faktor
yang tidak menguntungkan sebagai berikut :
1. Pengaturan kecepatannya sangat mempengaruhi efisiensinya.
2. Kecepatannya akan berkurang jika bebannya bertambah.
3. Kopel mulanya lebih rendah daripada mesin arus searah paralel.
Motor induksi tiga fase dapat dioperasikan sebagai generator dengan cara
memutar rotor pada kecepatan diatas kecepatan medan putar. Motor listrik tiga
fase dapat juga dioperasikan sebagai generator satu fase maupun tiga fase.
29
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
30
3.2. Generator Induksi
Generator induksi pada prinsipnya sama dengan motor induksi. Motor
induksi juga disebut motor asinkron atau motor tak serempak. Penggunaan Motor
Induksi Sebagai Generator (MISG) telah diterapkan secara luas pada PLTMh dan
diakui keandalannya, meskipun dari segi efesiensi- khususnya pada beban tidak
penuh MISG tidak sebaik generator sinkron, tetapi karena motor induksi banyak
tersedia dipasaran dengan range daya yang luas dan kontruksi motor induksi jauh
lebih sederhana dibandingkan generator sinkron.
Prinsip kerja kerja MISG (motor induksi sebagai generator) dapat
dipahami dari prinsip motor induksi atau tak serempak adalah dimana jika motor
induksi di hubungkan pada jala-jala tiga fasa, pada kumaran statornya akan timbul
medan magnet putar. Kecepatan medan magnet putar tergantung dari frekuensi
tegangan listrik yang dihubungkan dan jumlah kutub statornya. Medan magnet
putar pada kumparan stator akan memotong batang konduktor pada kumparan
rotor, akibatnya pada kumparan akan dibangkitkan tegangan induksi. Tegangan
induksi pada rotor yang disebabkan oleh medan magnet putar stator akan
mengahasilkan arus listrik. Interaksi antara medan magnet putar pada stator pada
arus rotor akan menimbulkan kopel yang akan memutar rotor searah dengan
medan magnet putar pada stator.
(http://www.ccitonline.com/mekanikal/tiki-print_article.php?articleld=70)
Tegangan induksi pada rotor tibul karena perpotongan batang konduk pada
rotor oleh medan magnet putar, agar tegangan induksi selalu dapat dibangkitkan
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
31
pada rotor maka diperlukan perbedaan relatif antara kecepatan medan magnet
putar dengan kecepatan rotor yang dikenal adanya slip (s) dalam satuan persen
100%N
NNs R
×−
= RS
s = slip (%)
ns = putaran medan stator
nr = putaran rotor (rpm)
Untuk putaran medan stator dapat ditentukan dari, frekuensi tegangan jala-
jala listrik (f), jumlah kutub pada motor (P), dan dalam putaran setiap detik (1
menit = 60 detik), persamaannya sbb:
ns = P
f.120
F = frekuensi tegangan jala (HZ)
P = jumlah kutub magnet
Bentuk fisik motor induksi digunakan sebagai Motor induksi sebagai
generator sbb:
Stator
rotor sangkar
Gambar 3.1. Motor Induksi rotor sangkar tupai (www.energyefficiencyasia.org)
Seperti dijelaskan sebelumnya, generator listrik adalah suatu mesin listrik
yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Atas dasar konsep tersebut
apabila motor induksi dihubungkan tegangan tiga fasa, pada kumparan statornya
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
32
akan timbul medan magnet putar. Kecepatan medan magnet putar (tergantung
disebut sebagai kecepatan sinkron
Besarnya gaya gerak listrik (ggl) E adalah:
E = 4,44 f. Φ T. kd. kp volt
T = jumlah lilitan konduktor
Φ = fluk per kutub
f = frekuensi
kd = faktor distribusi konduktor jangkar
kp = faktor jarak kanduktor
Efisiensi generator η, induksi dapat ditentukan melalui persamaan
Efisiensi, η = (Pout / Pin) x 100 %
Pout = daya keluaran/ output (Watt)
Pin = daya masukan / input (Watt)
Konsep perubahan motor induksi menjadi generator induksi yaitu sama
dengan motor akan tetapi agar pada kumparan stator dapat dibangkitkan tegangan
listrik diperlukan daya reaktif untuk membangkitkan medan magnet putar. Tidak
semua motor induksi bisa dipakai sebagai Generator Induksi maka motor yang
lebih cocok digunakan sebagai MISG adalah motor induksi jenis sangkar tupai.
Dalam MISG daya reaktif didapat dengan memasang kapasitor secara paralel pada
terminal motor induksi, seperti pada gambar di bawah. Tujuan dipasang kapasitor
adalah agar terjadi arus eksitasi pada generator induksi.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
33
Kapasitor umumnya dipakai sebagai kompensator. Sebagai generator slip
yang terjadi harus mempunyai kecepatan rotor harus selalu Menentukan besaran
kapasitor untuk generator induksi atas pertimbangan faktor daya (cos ) mesin
menjadi 1 (satu). Seperti diketahui motor induksi bekerja pada arus induktif.
Agar motor bekerja pada cos = 1 dapat ditentukan besarnya daya capasitor
dalam VAR dan capasitas capasitor dalam mikro farad.
Daya capaitor, Q = P (tan - tan 1 )
P = daya motor
= diperoleh dari faktor daya awal dari motor induksi
1 = diperoleh dari faktor daya setelah diperbaiki.
Setelah diperoleh besaran Q, lalu dihitung besarnya capasitas capasitor per
phasa dalam mikro farad yaitu:
fVQC
π2310
2
6×=
V = tegangan jala-jala
f = frekuensi jala-jala
Q = daya reaktif motor
Seperti diketahui generator induksi tidak mempunyai kutub magnet
layaknya alternator (generator sinkron) yang dapat diperkuat melalui arus eksitasi.
Bila generator induksi dibebani maka akan terjadi penurunan tegangan pada jala-
jala. Tegangan tidak bisa dinaikan dengan memberi eksitasi (penguatan) pada
kutub magnet karena generator induksi tidak mempunyai. Salah satu jalan adalah
dengan cara menaikan putaran mesin.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
34
Menurut Ambarsi (1903), perubahan tegangan pada generator induksi
dapat dilakukan dengan memasang Induction Generator Controller (IGC). Alat ini
merupakan piranti elektronik berbasis komputer yang menyensor tegangan,
kemudian mengatur besar beban penyeimbang. Pada prinsipnya generator induksi
tiga phasa sedapat mungkin bebannya sehimbang. Bila terjadi beban yang tidak
sehimbang dapat dilakukan berbagai metode agar beban menjadi sehimbang.
Untuk menstabilkan tegangan dan frekuensi generator induksi karena ada
perubahan beban yang tidak sehimbang menurut M. Isnaeni. B.S dapat digunakan
peralatan rele over-under voltage, kontaktor, dan beban penyeimbang. Peralatan
tersebut dirangkai sedemikian rupa, bila terjadi ketidak sehimbangan beban maka
salah satu beban akan menutup atau membuka yang dikendalikan oleh rele dan
kontaktor.
Dari hasil penelitian yang dilakukan oleh M. Isnaeni BS. (2005), motor
induksi dengan kapasitas 2 HP (1,5 kW) bila difungsikan sebagai generator maka
daya keluarannya adalah konstanta dikali daya motor yang tertera dalam name
plate. Dalam hal ini konstanta (k) generator induksi kapasitas 2 HP dari hasil
penelitiannya adalah 0,775.
3.2.1. Karakteristik
Karakteristik dari generator induksi seperti arus, faktor kerja, daya dan
momen pada berbagai harga slip dapat ditentukan dari sebuah diagram lingkaran,
seperti yang diperlihatkan pada gambar (3.2) dibawah :
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
35
1I
mI
1V
a bc
d
e
Gambar 3.2. Diagram lingkaran
Garis ae pada gambar mewakili daya input mekanis, garis ab mewakili
rugi tembaga di rotor dan garis bc mewakili rugi tembaga di stator. Rugi-rugi
konstan ditentukan oleh garis cd dan daya keluaran listrik diwakili oleh garis de.
Faktor kerja merupakan perbandingan antara garis de dengan , perbandingan
antara de dengan ae menunjukan efisiensi dari generator induksi.
1I
Ketika fasor arus primer berubah dari daerah kerja motor ke daerah
kerja generator, sudut antara dan menjadi lebih besar dari 90° karena pada
kerja motor arus yang ditarik sefase dengan tegangannya, sedangkan pada kerja
generator arus yang ditarik berlawanan fase dengan tegangan. Faktor kerja dari
generator dapat dianggap sebagai cosinus dari sudut θ
1I
1I 1V
1.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
36
3.2.2. Keuntungan Generator induksi
Didalam hal penggunaannya, generator induksi banyak memiliki
keuntungan antara lain :
1. Motor induksi lebih mudah didapat dari pada generator sinkron.
2. Generator induksi pada umumnya lebih murah daripada generator
sinkron.
3. Mesin induksi sangat kuat dan konstruksinya sederhana.
4. Pemeliharaannya lebih mudah dibandingkan mesin sinkron.
3.2.3. Kerugian Generator Induksi
Adapun kelemahan yang dimiliki generator induksi, antara lain :
1. Tidak dapat menghasilkan daya reaktif, bahkan sebaliknya, generator
induksi mengkonsumsi daya reaktif, sehingga diperlukan sumber
daya reaktif eksternal untuk menjaga keberadaan medan magnet stator.
2. Pengontrolan tegangan harus juga dilakukan oleh sumber daya reaktif
tersebut, dikarenakan tidak ada arus medan, sehingga generator induksi
tidak dapat mengontrol tegangan keluarannya sendiri.
3. Perubahan tegangan dan frekuensi generator induksi sangat besar atau
bervariasi akibat adanya perubahan beban.
Hal-hal diatas yang menyebabkan motor induksi jarang digunakan, kecuali
untuk sumber daya alternatif, misalnya penggerak kincir angin dan kincir air.
Namun walaupun demikian generator tersebut memiliki beberapa keuntungan dari
kesederhanaannya, tidak memerlukan rangkaian medan yang harus terus menerus
diputar pada kecepatan tetap, serta sangat sedikit sekali perawatannya.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
37
3.3. Kapasitor
Kapasitor merupakan salah satu elemen pasif dalam suatu rangkaian
listrik, yang biasanya berupa ruang antara dua buah konduktor, dimana pada ruang
tersebut merupakan isolator, dan padanya terdapat muatan listrik positif pada satu
sisi dan muatan listrik negatif pada sisi lainnya, sehingga terbentuk medan listrik.
Lihat gambar (3.1)
d
konduktor
)dielektrik(isolator
Gambar 3.3. Konstruksi kapasitor
Pada elektroda positif (elektroda yang diberikan tegangan positif) akan
timbul lapisan oksida (lapisan dielektrik) yang sangat tipis (kurang dari 1 μm).
Tebal lapisan dielektrik tergantung pada kemurnian logam yang digunakan dan
beda tegangan yang dipasang .
Adapun besarnya medan magnet ditentukan oleh :
dVE =
dimana :
d = tebal lapisan dielektrik (meter)
V = tegangan yang diberikan / tegangan kerja (volt)
Elemen pasif ini juga mempunyai kemampuan untuk menyerap
(menyimpan) dan membuang muatan listrik, yang tergantung besarnya kapasitas
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
38
kapasitor tersebut (kapasitansi). Kapasitor sering juga disebut sebagai kondensator
atau condenser.
Besarnya kapasitansi suatu kapasitor dinyatakan sebagai :
VQC =
dimana :
C = kapasitansi ( Farad )
Q = muatan listrik ( Coulomb )
V = beda potensial ( Volt )
Seperti halnya pada tahanan dan induktor, kapasitor pun dapat
dihubungkan secara seri, paralel, maupun seri-paralel.
Besarnya kapasitansi total pada rangkaian seri :
∑=
=n
a aT CC 1
11
Sedangkan pada rangkaian paralel :
∑=
=n
a aT C
C1
1
PolarNon)a( Polar)b(
Gambar 3.4. Jenis kapasitor berdasarkan polaritasnya
Untuk besarnya arus dan tegangan pada kapasitor :
( )dtdvCti =
( ) ∫= dt.iC
tv 1
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
39
Pada kapasitor polar pemberian kutub catu dayanya harus sesuai dengan
kutub dari kapasitor polar tersebut. Kutub (elektroda) positif dari kapasitor diberi
nama anoda dan kutub negatif diberi nama katoda. Elektroda positif merupakan
logam murni (misal Al berkadar 99,99%), sedangkan elektroda negatif merupakan
logam yang kurang murni (misal Al 98%).
Kapasitor akan memiliki kapasitansi sesuai dengan yang tertera padanya
bila diberikan tegangan kerja (working voltage) sesuai dengan yang tertera.
Sebuah kapasitor polar apabila diberikan catu daya dengan kutub yang
terbalik, sehingga plat logam yang berunsur lebih murni bekerja sebagai katoda,
maka lapisan oksida anoda akan terjadi pada plat logam yang kurang murni.
Akibatnya lapisan yang terjadi menjadi jauh lebih tipis, dan apabila diberi beda
tegangan yang kecil saja dapat menghasilkan medan listrik yang sangat besar
didalamnya, sehingga dapat menyebabkan kerusakan (breakdown). Demikian pula
halnya jika kapasitor diberikan tegangan kerja jauh diatas kemampuannya
(rating), dari persamaan (3.3) diatas, terlihat bahwa medan listrik yang akan
dihasilkan akan sangat besar sekali (karena nilai d sangat kecil), inipun akan
berakibat kerusakan pada kapasitor.
3.3.1 Pemasangan Kapasitor
Untuk sistem 3 fase, kapasitor dapat dihubung bintang dan dihubung delta.
Lihat gambar (3.5) dan gambar (3.6) dibawah :
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
40
• • ••
•
••
•
CSV csI
Gambar 3.5 Kapasitor terhubung bintang
•
•
•ΔcV
ΔCI
Gambar 3.6 Kapasitor terhubung delta Kapasitor terhubung bintang dan delta memiliki persamaan sebagai berikut :
33 S
S
CCCC
IIdanVV ==
ΔΔ
S
S
S
S
SC
C
C
C
C
C
CC X
IV
IV
IV
X 33
3
3====
Δ
Δ
Δ
Untuk kapasitor yang terhubung bintang, kapasitor yang dibutuhkan tiga
kali kapasitor yang terhubung delta.
3.3.2 Pemasangan Kapasitor pada MISG
Untuk dapat bekerja, sebuah generator induksi membutuhkan daya reaktif
yang dapat diambil dari jala-jala maupun dari kapasitor yang dipasang pada
generator. Jadi generator induksi dapat bekerja paralel dengan jala–jala atau
bekerja sendiri dengan mengambil daya reaktif dari kapasitor.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
41
Berhubung lokasi pembangkit PLTMh terletak pada daerah yang terpencil,
sehingga tidak dimungkinkan diadakan operasi paralel dengan jala-jala, maka
pada bagian ini hanya dibicarakan generator induksi yang berpenguatan sendiri.
Sebuah generator induksi dapat bekerja sendiri jika kapasitornya mampu
menyediakan daya reaktif yang dibutuhkan oleh generator beserta bebannya.
••
•
kerBreaCircuit
Kapasitor
sistorsReeargDisch
Beban
Gambar 3.7 Skema pemasangan kapasitor sebagai penguatan sendiri pada MISG
Arus penguat yang dibutuhkan oleh sebuah mesin induksi sebagai
fungsi dari tegangan terminal dapat diperoleh dengan cara menjalankannya
sebagai motor induksi pada keadaan tidak berbeban. Lengkung pemagnetannya
ditunjukan pada gambar (3.6) dibawah. Untuk mendapatkan tingkat tegangan
tertentu pada sebuah generator induksi, kapasitor harus mampu menyediakan arus
penguat pada tingkat tegangan yang diinginkan.
mI
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
42
V
A,Im Gambar 3.8 lengkung pemagnetan
Arus reaktif yang dapat dihasilkan oleh kapasitor berbanding lurus dengan
tegangannya. Gambar (3.8) menunjukkan bahwa karakteristik antara tegangan
dengan arus reaktif adalah berbentuk garis lurus. Jika sebuah perangkat kapasitor
tiga fase dihubungkan pada terminal sebuah generator induksi, tegangan generator
pada keadaan tidak berbeban akan merupakan perpotongan lengkung penguatan
generator dengan garis beban kapasitor. Karakteristik tegangan generator induksi
pada keadaan tidak berbeban untuk tiga perangkat kapasitor yang berbeda
ditunjukkan oleh gambar (3.9)
1C2C
3C
A,Ic
C,Vc
Gambar 3.9 Karakteristik V-Ic kapasitor
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
43
1C 2C 3C
A,I,I cm
V,VT
3V2V1V
Gambar 3.10 Tegangan generator induksi pada beban nol
3.4. Langkah-langkah dalam melakukan penelitian
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan kerja motor
induksi yang digunakan sebagai generator, Adapun langkah yang ditempuh untuk
melaksanakan penelitian ini adalah :
1. Merancang model pengujian generator induksi
2. Menguji kemampuan generator induksi dengan melakukan beberapa
bentuk pengujian dan dengan menggunakan dua buah capasitor.
3. Mencari data dari hasil pengujian dan pengukuran
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
44
MULAI
Pencarian ide
Perencanaan kerja
Setuju
Pembuatan model pengujian
Sesuai
Pengujian
Telah Sesuai
SELESAI
Pengecekan
Tidak
Tidak
Tidak
Ya
Ya
Ya
Gambar 3.11. Flowchart pengerjaan
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
45
3.4.1. Merancang model pengujian generator induksi
Dalam tahap ini ada beberapa hal yang harus dilakukan yaitu menyediakan
peralatan dan bahan pengujian Generator induksi dan membuat percobaan
pengujianya, kemudian membuat diagram blok pengujian.
3.4.1.1. Peralatan dan bahan percobaan pengujian
Dalam penelitian ini dilakukan pengujian generator induksi yaitu:
pengujian generator tanpa beban dan pengujian generator berbeban. Motor
induksi sebagai generator yang digunakan dalam penelitian ini adalah motor
induksi rotor sangkar 3 phasa, kapasitas daya 1,5 HP., 220/380 atau delta/ star,
empat kutub, efisensi 80%, faktor daya 0,8 Untuk penggeraknya digunakan motor
induksi rotor sangkar, 3 phasa, 3HP.
Peralatan dan bahan yang digunakan dalam pengujian ini adalah:
1. inverter telemecanic yang berfungsi untuk mengatur putaran motor,
sehingga dimungkinkan motor dikendalikan pada kecepatan konstan
walau beban diubah.
2. Dua buah capasitor masing-masing 5 kVAR (3 x 1,6 kVAR).
3. Alat ukur yang digunakan adalah Ampere meter digital, volt meter
digital, watt meter digital.
4. Beban generator berupa beban resistive variable menggunakan
elektrode yang dimasukan dalam air dan diberi garam dapur.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
46
3.4.1.2. Membuat model pengujian generator induksi
b ini.
M G beban inverter
Gambar. 3.12. Skema Pengujian Generator Induksi
Model pengujian Generator indusksi ini dibuat untuk mendapatkan hasil
pengukuran tepat sebagai input data yang kemuadian akan diolah untuk
mendapatkan kesimpulan.
A. Motor Listrik sebagai penggerak Generator induksi
Motor listrik merupakan peralatan listrik yang berfungsi mengubah energi
Listrik menjadi energi mekanik (putaran), oleh karena itu motor listrik digunakan
sebagai simulasi pembangkit mikrohidro sebagai penggerak generator dengan
mengopel bagian luar rotor motorr listrik dengan generator induksi menggunakan
pulli, dengan cara itu maka putaran yang dihasilkan motor sama dengan putaran
yang diperoleh generator. Pada gambar (3.5) terlihat hubungan antara motor –
generator.
Gambar 3.13. hubungan Motor-Motor induksi sebagai generator (MISG)
(Laboratorium Listrik Tenaga FPTK-UPI)
Motor induksi sebagai generator (MISG) Motor listrik
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
47
B. merangkai Capasitor
Kapasitor, berfungsi untuk membangkitkan arus eksitasi pada motor
induksi yang digunakan sebagai generator. Kapasitor ini dipasang pada teminal
keluaran dari generator induksi.
Pada percobaan ini masing-masing kapasitor yang berbeda ukuran
dihubungkan ke generator induksi dirangkai melalui kontaktor magnet, kontaktor
magnet berfungsi sebagai kontak bantu untuk menghubungkan generator-
capasitor dan load (beban).
Kapasitor 1,67 kVar
Terminal Generator dan Beban
Kontaktor
MCB
Kapasitor 5 kVar
Gambar 3.14. kontak –kontak kapasitor (laboratorium Listrik Tenaga FPTK-UPI)
Pada kontak-kontak kapasitor ini dipasang 2 buah kapasitor yang berbeda
dengan hubungan Delta (Δ), kapasitor dihubungkan pada kontak-kontak kontaktor
magnet untuk memudahkan dalam pengukuran regulasi tegangan yang berbeda
ketika dihubungkan dengan kapasitor dengan nilai tertentu.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
48
Generator Induksi
Kontaktor
Kapasitor 3 x 1,6 kVar Kapasitor 5 kVar
Saklar
220 V AC
K1 K2 K3
Kapasitor 3 x 1,6 kVar
F N
Gambar 3.15. rangkaian kontak-kontak kapasitor
C. Merangkai percobaan pengujian generator induksi
Bahan rangkaian percoban pengujian :
1. Inverter Telemecanic, berfungsi sebagai pemberi catu daya
untuk motor listrik penggerak generator dengan V=220 line to
line kemudian inverter ini berfungsi untuk merubah kecepatan
motor dengan cara mengubah frekwensi. karena dengan cara
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
49
memutar rotor diatas kecepatan medan putarnya maka generator
akan menghasilkan energi listrik.
2. Kapasitor
3. MCB
4. Beban resistif, digunakan sebagai besaran tahanan yang bisa di
rubah-rubah dengan memasangnya pada bagian keluaran
generator induksi dan pada pengukuran ini beban resistif
digunakan untuk pengukuran berbeban
5. Alat ukur
Pada bagian ini Inverter sebagai suplay daya untuk motor listrik dan motor
tersebut dipasang dengan hubungan bintang (Y). Dan rangkaian lainya terpasang
seperti gambar dibawah ini :
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
50
Inverter
Motor Listrik 3 Fasa 380/220
Motor Induksi Sebagai Generator
AC 220 v
Load/ Beban
Kapasitor
MCB
V
A
Gambar 3.16. rangkaian Pengujian MISG
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
51
Gambar 3.17. Pengujian generator induksi (laboratorium Listrik Tenaga FPTK-
UPI)
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
52
3.4.2. mencari data spesifik motor induksi yang akan diteliti
untuk mendapatkan data yang spesifik dari rangkian percobaan yang
dibuat banyak jenis pengukuran:
1. Analisa terhadap kecepatan putaran motor.
2. Analisa dari Regulator tegangan yang dihasilkan
Generator Induksi
3. Analisa terjadinya penurunan kemampuan kerja
Generator Induksi pada saat terjadinya pembebanan yang
tidak seimbang.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
53
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Pegujian
4.1.1. Rangkaian Dasar Pengujian
Peralatan yang digunakan dalam pengujian motor induksi 3 fase sebagai
generator di labolatorium adalah sebagai berikut :
1. Motor Induksi 3 fasa :
P = 1,5 Kw / 2 HP
V = 380/ 220 Volt
I = 5,9/ 3,4A
n = 2940 rpm
f = 50 Hz
2. Mesin induksi/ Generator Induksi 3 fase :
P = 1,5 Kw / 2 HP
V = 380 Volt
I = 6,47/ 3,8 A
n = 1350 rpm
f = 50 Hz
3. Beban lampu:
3 lampu SL / lampu hemat energi masing-masing 25 Watt
4. Sumber tegangan
5. Beban Resistif
53
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
54
6. Inverter
7. Pengaman MCB
8. Alat ukur :
rpm meter
frekuensi meter
voltmeter
ampermeter
cos meter
Rangkaian dasar pengukuran ini dapat dilihat seperti gambar (4.1) dibawah ini :
Kapasitor
GEN
ERA
TOR
IN
DU
KSI
Inverter
MOTOR
Gambar 4.1 Rangkaian dasar pengujian
Dalam pembahasan dilakukan percobaan :
1. Percobaan beban nol
percobaan ini dilakukan untuk menentukan nilai , , cr cx φcos
2. Percobaan berbeban
percobaan ini dilakukan untuk melihat karakteristik pembebanan
motor induksi sebagai generator.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
55
4.1.2. Perhitungan nilai kapasitor
Jika diketahui motor yang digunakan sebagai generator memiliki data
sebagai berikut :
V = 380 Volt
I = 3.8 A
F = 50 Hz
Rpm = 1450 rpm
P = 1500 watt (2 HP)
Maka dapat dihitung :
P = 1500 watt
Cos ϕ = 0,7
ϕ = Cos 0,7
= 45,5 o
Q = P ( tan ϕ 1 – tan)
= 1500 ( tan 45,5 o – tan 0)
= 1500 (1,02 – 0)
= 1500 x 1,02
= 1530
= 1,5 kVAR
Saat motor Induksi dioperasikan sebagai generator, nilai kapasitor per fase adalah
35,1 = 0,5 kvar per fase. Tegangan per fase adalah 380 karena kapasitor terhubung
delta. Sehingga nilai arus kapasitif per fase adalah :
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
56
CfX c 2π= 2 2VQCf =π
2VQX c = 2VXQ c ×=
C fV
Qπ2.3
10.2
6
= fμ
502).380(3
10105,12
63
π××
= fμ
f
f
f
f
f
μ
μ
μ
μπ
μπ
15101,0105,1
8,13609379105,1
300)144400(105,1
502).380(3105,1
9
9
9
9
2
9
=××
=
×=
×=
×=
Jadi kapasitor antar fase terhubung delta yang dibutuhkan generator untuk
dapat membangkitkan tenaga listrik sebesar 15 μF. Untuk kapasitor yang
terhubung bintang, kapasitor perfase yang dibutuhkan tiga kali kapasitor yang
terhubung delta, yaitu 45 μF.
Pada penelitian ini, motor yang difungsikan sebagai generator dibebani
lebih. Kapasitor yang digunakan adalah 3 x 33,2 μF dan 3 x 27,4 μF dihubung
delta, yang diperoleh di labolatorium. Hal ini bertujuan untuk membandingkan
tegangan keluaran yang dihasilkan oleh motor induksi sebagai generator tersebut
dengan nilai kapasitor yang berbeda. Rangkaian berbeban dapat dilihat pada
gambar (4.2) dibawah.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
57
Inve
rter
Gambar 4.2 skema pengujian berbeban
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
58
4.2. Hasil pengukuran
4.2.1. Pengukuran Beban Nol
A. Pengukuran Beban dengan menggunakan kapasitor 5 kVAR
Tabel 4.1. hasil pengukuran beban nol dengan menggunakan kapasitor 5
kVar
GENERATOR INDUKSI MOTOR
Vout NO f Iin
Rpm RS ST TR RN SN TN
1 10 0.28 600 - - - - - - 2 15 0.68 847.2 200 198 200 118 115 1183 18 1.4 945.5 250 249 250 149 149 1494 20 2.08 1000 280 275 280 165 162 1655 24 3.48 1056 305 303 308 185 183 1856 25 3.73 1063 310 306 310 185 182 185
0
50
100
150
200
250
300
350
600 847.2 945.5 1000 1056
Rpm
V O
ut
Line to Netral Line to Line
Gambar 4.3. grafik perbandingan tengangan terhadap putaran
Pada hasil pengukuran beban nol dengan menggunakan kapasitor 5 kVar
diperoleh kesimpulan bahwa hasil dari generator induksi pada 1063 Rpm
diperoleh rata rata 310 volt line to line, dan regulasi tegangan yang dihasilkan
cukup stabil.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
59
B. Pengukuran Beban Nol dengan menggunakan kapasitor 3 X 1,67 kVAR
Tabel 4.2. hasil pengukuran beban nol dengan menggunakan kapasitor 3 X
1,67 kVar
GENERATOR INDUKSI MOTOR Vout NO Rpm
f Iin RS ST TR RN SN TN 1 600 - - - - - -
2 15 0.42 898 - - - - - - 3 18 0.62 1043 200 208 208 125 114 1304 20 0.93 1127 247 258 258 157 140 1645 24 1.98 1263 310 324 324 200 175 2006 25 2.27 1290 322 335 375 210 182 218
0
50
100
150
200
250
300
350
400
600 898 1043 1127
Rpm
V O
ut
Line to Netral Line to Line
Gambar 4.4. grafik perbandingan tengangan terhadap putaran
Pada hasil pengukuran beban nol dengan menggunakan kapasitor 3 X 1,67
kVar diperoleh kesimpulan bahwa hasil dari generator induksi pada 1290 Rpm
diperoleh rata rata 335 volt line to line, dan regulasi tegangan yang dihasilkan
tidak stabil. Tetapi tegangan yang dihasilkan lebih besar daripada percobaan
menggunakan capasitor 5 kVar.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
60
4.2.2. Pengukuran Berbeban
Hasil percobaan pembebanan motor induksi sebagai generator dapat
dilihat pada tabel-tabel dibawah. Hasil pengukuran ini didapat dengan membebani
motor induksi tersebut hingga 410 Watt. Adapun kapasitor yang digunakan pada
pengukuran ini adalah senilai 5 kVar karena masih cukup baik digunakan pada
percobaan beban nol.
Tabel 4.3. Hasil pengukuran pembebanan MISG dengan menggunakan
kapasitor 5 kVar
GENERATOR INDUKSI No
IL (ampere) V (volt) Frekuensi Rpm Motor P (watt)
80 1 0.16 402 40.2 1233 100 2 0.22 386 39.5 1213 140 3 0.3 372 38.7 1194 160 4 0.38 361 38.3 1177 170 5 0.44 355 37.9 1165 180 6 0.48 345 37.4 1155 190 7 0,52 338 37.2 1145 200 8 0.56 331 36.9 1135 390 9 1.29 265 33.7 1047 320 10 1.3 232 32.4 1003 410 11 1.9 202 33.2 1080
Pada Gambar (4.5) dan Gambar (4.6) diperlihatkan grafik tegangan fungsi
beban dan grafik frekuensi fungsi beban . Terlihat pada gambar (4.5) bahwa
hubungan tegangan dan beban tidak linear. Tegangan juga sangat dipengaruhi
oleh nilai beban, yaitu bila beban semakin besar, maka tegangan semakin kecil.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
61
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1233
1213
1194
1177
1165
1155
1145
1135
1047
1003
1080
Rpm
V ou
t
Gambar 4.5. Grafik Tegangan (volt) fungsi Putaran (n)
050
100
150200
250300
350
400450
80 100 140 160 170 180 190 200 390 320 410
Watt
Volt
Gambar 4.6. Grafik Tegangan (volt) fungsi Beban (watt)
Dari hasil percobaan diatas terlihat bahwa nilai kapasitor dan putaran
mempengaruhi besarnya nilai tegangan keluaran dari motor induksi yang
beroperasi sebagai generator. Pada percobaan menggunakan kapasitor 5 kVar
terlihat bahwa penurunan tegangan keluaran sangat besar ketika terjadinya
perubahan beban. Tetapi nilai dari tegangan yang dikeluarkan sudah mencukupi.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
62
4.3. Pembahasan
4.3.1. Hasil Percobaan pengujian
Dengan mengunakan motor induksi 2 HP/ 1500 watt, dan rendemen motor
induksi adalah 80% berarti daya input motor (Pin-motor) adalah:
0,81500 motor -Pin = = 1875 watt
Motor induksi tersebut mempunyai faktor daya 0,7 lag, Agar faktor daya
menjadi 1 diperlukan capasitor sebesar:
Q = P ( tan – tan) ϕ 1
o = 1500 ( tan 45,5 – tan 0)
= 1500 (1,02 – 0)
= 1530 VAR
= 1,5 kVAR
Karena umumnya sulit untuk mencari capasitor dengan besaran yang
tertentu maka besaran daya capasitor yang ada dipasaran yang mendekati nilai
tersebut ukurannya 2,5 kVAR, dan di atasnya adalah 5 kVAR, jadi yang paling
sesuai digunakan kapasitor 2,5 kVAR.
Selanjutnya motor induksi tersebut digunakan sebagai generator induksi
maka daya out dari generator (Pout-gen) adalah :
P = k x Pout-gen out-motor
= 0,775 x 1500 = 1162,5 watt Pout-gen
I380 x 1,732
1162,5 = 1,77 A n =
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
63
Dari data hasil pengukuran tegangan keluaran fungsi dari arus beban (V
fungsi (IL) didapat grafik pengukuran sbb:
050
100150200250300350400450
0.16
0.22 0.3 0.3
80.4
40.4
80,5
20.5
61.2
9 1.3 1.9
Arus Beban
tega
ngan
V
L
IL
Gambar 4.7. Grafik hasil pengukuran VL fungsi IL
VL = tegangan jala-jala phasa-phasa;
3LV
= tegangan phasa netral; VVf f =
Memperhatikan grafik di atas, terlihat bahwa pada pembebanan sampai
0,56 ampere tegangan jala-jala pada kondisi 331 volt atau tegangan Phasa-neutral
191 volt. Pada kondisi ini tegangan jala-jala masih dalam batas tolerasi dengan
mempertimbangkan tegangan phasa-neutral 220 volt. Artinya terjadi penurunan
tegangan sebesar : 220 – 191 = 29 volt
10022029
× % =
= 13,2 %
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
64
Bahkan pada tegangan sampai 153 volt dimana saat itu dibebani arus
sebesar 1,29 A, jenis lampu hemat energi masih dapat menyala dengan baik.
Dengan demikian dapat dikatakan kemampuan kerja generator induksi tersebut
adalah :
100I
×nI
% =
77,129,1 x 100% =
= 72,9 % artinya dapat dikatakan cukup bagus.
4.3.2. Analisa hasil pembahasan terhadap teori.
Dari hasil pembahasan diketahui bahwa Motor Induksi sebagai generator
mempunyai kemampuan kerja ± 72,9 % tergantung dari kondisi motor induksi
yang dipakai. Maka dapat dibandingkan dengan teori yang ada bahwa:
A. Perbandingan Analisa terhadap Generator sinkron
Pada Hasil Analisa pengukuran yang dilakukan abdul kadir, yaitu dengan
menggunakan penguatan terpisah pada generator sinkron maka didapatkan hasil:
gambar 4.8. percobaan generator sinkron dengan medan luar
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
65
• hasil pengukuran tanpa beban
Gambar 4.9. grafik pengukuran tanpa beban generator sinkron dengan
penguatan terpisah.
Dari hasil diatas terlihat bahwa dengan menggunakan generator DC,
dengan daya 2,5 kW, arus nominal 21,7 A, teganga 115 volt dan putaran 1500 per
menit. Dalam gambar di atas terlihat dua buah lengkungan beban, untuk putaran
1200 dan 1500 mendapatkan hasil yang maksimal dan seimbang.
• Hasil pengukuran berbeban
Gambar 4.10. grafik pengukuran berbeban generator sinkron dengan
penguatan terpisah.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
66
Dari hasil pengukuran berbeban dapat dilihat generator sinkron ini
memiliki keseimbangan tegangan ketika terjadinya perubahan beban, lain halnya
dengan MISG Tegangan yang dihasilkan sangat terpengaruh oleh perubahan
beban.
B. Perbandingan Analisa terhadap Penelitian
Pada seminar teknik ketenaga listrikan 2005 M.Isnaeni B.S.
mengemukakan hasil penelitiannya mengenai MISG dan pada penelitian ini beliau
memakai pengendali daya masukan yaitu mengatur tegangan maupun frekuensi
dan mengatur beban output.
Pada penelitian ini bahan utama yang digunakan adalah motor induksi
sangkar tupai 3 fase, 3 hp, 220/3 80 Volt sebagai penggerak dan motor induksi 3
fase, 380 V, kutub empat, kecepatan nominal 1420 rpm, daya nominal P=1 ,5 kW,
efisiensi ç=80%, faktor daya pf=0,79 sebagai pembangkit (generator) serta
kontaktor 220 Volt
Gambar 4.11. pengujian MISG
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
67
Gambar 4.12. pengendalian daya masuk
Gambar 4.13. pengendalian daya Keluaran
Pada pembangkit Mokro hidro umumnya pengendalian seperti ini jarang
dipakai, walaupun pengendalian tegangan dan pengaturan beban yang membuat
MISG merasakan beban yang relatif konstan meskipun beban konsumen berubah-
ubah.
Tampak pada Gambar 4.14. bahwa tegangan relatif konstan pada berbagai
nilai beban. Dengan adanya pengendali tegangan, batas atas dan batas bawah
tegangan tidak dilanggar. Tegangan berada dalam jangkauan 198 Volt s/d 231
Volt sehingga tidak merusak peralatan.
Penggunaan pengendali tegangan juga dapat memperkecil persentase
ketakseimbangan tegangan. Persentase ketakseimbangan didefinisikan sebagai:
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
68
Persentase tersebut menyatakan besarnya simpangan terhadap rata-rata.
Pada Gambar 4.15. diperlihatkan grafik persentase ketakseimbangan tegangan
fungsi persentase ketakseimbangan beban. Tanpa pengendali tegangan, persentase
ketakseimbangan tegangan tertinggi sekitar 5%, sedangkan dengan pengendali
tegangan hanya sekitar
Fase R tanpa Pengendali Fase S tanpa Pengendali Fase T tanpa Pengendali
Fase R dg Pengendali Fase S dg PengendaliFase T dg
PengendaliBeban (Watt)
Gambar 4.14. Grafik Persentase ketakseimbangan tegangan
Gambar.4.15. Grafik frekuensi fungsi beban
Pada tabel 4.4. dikemukakan persentase perbandingan pengujian MISG
tidak atau dengan pengendali tegangan. Terlihat perbedaan frekuensi dan
tegangan yang dihasilkan sebagai berikut :
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
69
Tabel 4.4. Perbandingan MISG tanpa dan dengan pengedali
Tanpa Pengendali Dengan Pengendali Tegangan *Tidak terlalu *sangat
dipengaruhi dipengaruhi beban (te- beban gangan relatif konstan)
* 234 s/d 335 * 198 s/d 224 Volt Volt
Persentase 2,8 % 0,6 % Ketakseim
bangan Tegangan rata-rata Frekuensi 49,4 s/d 57,47 Hz 47,87 s/d 49,33 Hz
Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan didapat bahwa Motor induksi
yang digunakan sebagai generator sangat terpengaruh akan perubahan beban, dan
yang diteliti merupakan pengaturan/ pengendalian beban dengan cara memasang
(IGC) Induction Generator Controler yang merupakan piranti elektronis yang
menyensor tegangan, kemudian mengatur besar beban penyeimbang. Dan
kelemahan IGC adalah berharga mahal dan menggunakan teknologi yang tidak
sederhana.
Pada laporan proyek akhir ini percobaan dilakukan tanpa IGC dan
dilakukan dengan peralatan dah bahan seadanya, dah hasil yang didapat tidak jauh
berbeda, hanya tegangan yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh perubahan
beban yang terjadi. Dan generator induksi ini cukup baik untuk digunakan
sebagai PLTMh walaupun dari segi hasil yang dikeluarkan tidak sebaik generator
sinkron.
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
70
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
1. Motor induksi eks industri (sisa pakai) dengan daya 1500 watt/ 2 HP
dengan kondisi barang lebih kurang 80 %, ternyata masih dapat
dimanfaatkan cukup baik untuk digunakan sebagai generator induksi.
2. Motor induksi sebagai generator (MISG) masih memperlihatkan
kemampuan kerja yang cukup bagus, yaitu regulasi tegangan masih dalam
batas memenuhi syarat, bahkan dengan diberi beban sampai 1,29 A dan
penurunan tegangan sampai 153 volt lampu hemat energi masih dapat
menyala dengan baik.
3. Pada Gambar 4.4. grafik menunjukan regulasi tegangan yang tak seimbang
bisa diakibatkan dari kurang baiknya kapasitor yang dipakai atau besaran
kapasitor yang tidak mencukupi sebagai eksitasi pada generator induksi.
4. Dari hasil pengukuran dapat dikatakan bahwa Motor induksi sebagai
generator ini memiliki kemampuan menghasilkan arus listrik 72,9 % dari
arus nominal generator.
5. Dari hasil pengukuran berbeban atau pada gambar 4.7. Grafik menunjukan
Generator induksi 3 phasa memiliki kelemahan, bila beban yang dipasang
tidak seimbang, terjadi penurunan tegangan yang signifikan sehingga
berpengaruh terhadap kemampuan kerja generator.
70
Analisis karakteristik Generator Induksi Rd. Dwi Cahyo wibowo (053469)
71
6. Perbandingan antara MISG dengan generator sinkron tidaklah jauh
berbeda hanya dari segi efesiensi dan regulator tegangan yang dihasilkan
generator sinkron lebih memiliki kestabilan pada saat perubahan beban.
5.2. Saran
1. Untuk melakukan pegujian diperlukan acuan teori dan peralatan pengujian
yang mendukung agar mendapatkan hasil yang tepat dan optimal.
2. jika motor induksi yang digunakan sebagai generator mengeluarkan
tegangan rata-rata kurang dari 380 volt pada 1500 putaran per menit maka
bisa dikatakan motor induksi yang digunakan sudah tidak optimal atau
kapasitor yang digunakan tidak mencukupi dan sudah tidak layak
digunakan, oleh karena itu diperlukan Perhitungan, ujicoba dan
pengukuran yang tepat untuk mengetahui karakteristik barang yang
hendak dimanfaatkan.
3. Motor Induksi sebagai generator memiliki karakteristik yaitu penurunan
tegangan apabila terjadi perubahan beban, untuk mengantisipasi hal ini
diperlukan peralatan lain seperti IGC (Induction Generator Controler)
sebagai penyensor tegangan agar bisa diatur kestabilan tegangan serta
frekuensinya.
4. Dalam memilih barang-barang sisa pakai (loak) jangan dilihat dari bentuk
(fisik), kemampuannyapun harus diketahui dan perlu adanya sertifikasi uji
kelayakan untuk mengetahui kemampuan kerja barang sisa pakai yang bisa
termanfaatkan kembali.