PEMANFAATAN GENERATOR INDUKSI SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN SKALA RUMAH TANGGA DI MBULAK BARU KABUPATEN JEPARA
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sumber energi primer pada pembangkit listrik milik PLN (PLTU, PLTD,
PLTG, PLTGU) merupakan jenis energi tidak terbarukan (batubara, minyak dan
gas bumi) yang jumlahnya kian menipis, hal ini mendorong untuk berpaling dan
melakukan penelitian secara lebih intensif, terarah pada energi alternatif yang
cukup tersedia di bumi ini yang dapat diharapkan keberlanjutannya. Energi
terbarukan merupakan suatu pilihan tepat yang sesuai dengan potensi alam
persada nusantara yang diuntungkan oleh letak dan kondisi geografisnya. Yang
termasuk golongan energi terbarukan adalah energi matahari, angin, air, biomasa,
dan panas bumi (PSE UGM, 2002).
Cadangan minyak dunia yang semakin menipis dan kebutuhannya yang
semakin tinggi membuat harga minyak dunia semakin tinggi juga. Saat ini harga
minyak dunia mencapai US $ 105 per barel. Ketergantungan PT. PLN terhadap
minyak dan gas bumi sebagai sember utama pembangkitan listrik menuntut PT.
PLN untuk selalu berusaha menyesuaikan Tarif Dasar Listrik (TDL) (Kedaulatan
Rakyat, 2008). Kondisi demikian menuntut mencari dan mengkaji pemanfatan
sumber-sumber energi lain yang lebih murah dan berkelanjutan.
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh) merupakan suatu
pembangkit tenaga listrik berskala kecil dengan memanfatkan sumber tenaga air
sebagai sumber energi utamanya. Pengembangan PLTMh sangat cocok untuk
daerah terpencil atau pedesaan yang pada umumnya masih banyak terdapat
sumber daya air teristimewa daerah yang masih banyak ditumbuhi pepohonan.
Namun upaya pengembangan PLTMh ini juga memiliki hambatan karena biaya
yang diperlukan untuk membangun sebuah PLTMh masih lebih besar dibanding
Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) (Perdana Putra, 2004).Walaupun
demikian, untuk jangka panjang operasional PLTMh akan lebih murah, karena
sumber energinya tidak perlu membeli, hanya perlu peliharaan secara kontinuitas.
1
2
Kinerja motor induksi dapat dilihat dari berbagai aspek seperti hubungan
antara daya output dengan putaran rotor, efisiensi, faktor daya, dan arus masukan
motor (Zuriman, A, 2001).
Penggunaan
motor
induksi
sebagai
generator
memiliki
beberapa
keunggulan, antara lain harga dan biaya perawatannya jauh lebih murah dibanding
jenis mesin sinkron, konstruksinya kuat dan bentuk yang sederhana, banyak
tersedia dalam berbagai ukuran daya, memerlukan sedikit pemeliharaan dan
mudah dalam pengoperasian (Capallaz, 1992).
Chapallaz (1992) juga mengungkapkan bahwa bila menggunakan motor
induksi sebagai generator maka unjuk kerjanya akan mengalami penurunan
frekuensi, tegangan, faktor daya bila beban yang dipasang bertambah dan
sebaliknya akan mengalami peningkatan bila beban yang dipasang berkurang.
Beberapa beban listrik modern seperti lampu penerangan dan peralatan
elektronika seperti radio, televisi, komputer, mesin pendingin, sekarang dapat
dioperasikan dalam variasi tegangan listrik tidak kurang dari 15 % dan tidak lebih
dari 10 % dari tegangan normal, dan frekuensi 50 dan 60 Hz tanpa ada efek
samping. Beban yang berupa motor dan transformator lebih sensitif karena dapat
menyebabkan kerusakan pada lilitan.
Penggunaan generator induksi sebagai pembangkit tenaga listrik standalone sudah cukup luas di luar negeri, antara lain sebagai pembangkit listrik
tenaga angin. Di daerah pertanian Altamont Pass, US, semua turbin angin
menggunakan generator induksi jenis sangkar tupai. Demikian juga di Kanada dan
Belanda (www.eng-tips.com, www.wind-power.org).
Di samping keunggulan yang dimiliki, mesin induksi ternyata memiliki
beberapa kekurangan. Kebutuhan daya reaktif, masalah tegangan dan frekuensi
yang timbul dalam operasi generator induksi yang beroperasi secara sendiri. Juga
diungkapkan bahwa kapasitor dapat digunakan sebagai pembantu dalam eksitasi
dan kompensator faktor daya sistem (Capallaz, 1992).
Sugiarmadji dan Djojohardjo (1990) dalam penelitiannya mengenai
perancangan kincir angin sudu majemuk untuk pemompaan air/pertanian jenis
EN-SM-03 menyatakan bahwa dengan kincir angin sudu majemuk dapat
3
memberikan kapasitas 50 l/menit untuk tinggi pemompaan 6 m pada kecepatan
angin 3 m/s – 4 m/s.
Sedangkan Ginting (1990) yang melakukan pengkajian energi listrik yang
dihasilkan turbin angin 200 W untuk penggunaan pada rumah tangga di pedesaan
menyatakan bahwa penyediaan energi listrik oleh turbin angin 200 W sesuai
dengan karakteristik prestasinya dan bervariasi menurut distribusi kecepatan angin
yang tersedia di lokasi pemasangan. Disamping itu karena penyediaan energi
listrik oleh energi angin terbatas menurut distribusi dan jumlah energi yang
dihasilkan, maka energi yang berlebih pada saat energi turbin angin melebihi
kebutuhan dapat digunakan untuk beban berguna lainnya.
Soeripno
(1991)
yang
melakukan
penelitian
mengenai
uji
coba
pemanfaatan sistem konversi energi angin unrtuk pengairan sawah di Desa
Tenjoayu Serang menyatakan bahwa kecepatan angin 1 m/s dapat menghasilkan
air sejumlah 42 l/menit, sedangkan kecepatan angin 3,5 m/s dapat menghasilkan
air sejumlah 166,68 l/menit pada tinggi pemompaan 3 meter.
Himran (2000) dalam penelitiannya mengenai penggunaan energi angin di
Kota Makassar menyatakan bahwa dengan kecepatan angin rata-rata 2,27 m/s
penggunaan energi angin kurang efisien, sehingga perlu penyempurnaan pada
desain kincir angin.
Pakpahan (2000) yang meneliti mengenai identifikasi permasalahan dan
pemecahan pemakaian energi angin di Indonesia menyatakan bahwa potensi
energi angin di Indonesia besar namun dalam pengolahannya masih memerlukan
banyak perbaikan baik dalam hal sumber daya manusia yang menanganinya
maupun dalam hal desain peralatan yang digunakan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas dapat dirumuskan permasalahan yang akan
diteliti (pada generator induksi yang didapat dari memodifikasi motor induksi),
yaitu:
a) Bagaiamana pengaruh perubahan kapasitas kapasitor terhadap
tegangan output, frekuensi, dan rpm generator induksi.
4
b) Bagaimana pengaruh pembebanan terhadap kinerja (tegangan output,
frekuensi, rpm, daya aktif dan daya semu) generator induksi pada saat
sistem tanpa menggunakan storage (accu) dan sistem dengan storage
(accu).
c) Berapa besarnya arus yang bisa dihasilkan generator induksi untuk
proses pengisian batere/accu 12 V, 120 Ah.
DAFTAR PUSTAKA
Abdulkadir, 1986, Mesin Tak Serempak, Penerbit Djambatan, Jakarta
Amirullah, M, 2000, Pengaruh Pemasangan Kapasitor pada Untai Belitan tator
terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi 3 Fase Sangkar Tupai, skripsi,
Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
Anthony, Z, 2001, Kinerja Pengoperasian Motor Induksi 3 Fase pada Sistem 1
Fase dengan Menggunakan KapasitorI, Tesis, Universitas Gadjah Mada,
Yogyakarta
Berahim, H, 1994, Pengantar Teknik Tenaga Listrik, Andi Offset, Yogyakarta
Berahim, H, 1997, Pengaruh Aspek Ratio pda Perancangan Motor Induksi, Tesis,
Gadjah Mada, Yogyakarta
Chapallaz, J.M. 1992, Manual on induction Motors Used as Generators, Deutches
Zentrum
fur
Entwicklungstechnologien-
GATEm
Braunschweig,
Germany
Fitzgerald, 1997, Mesin-mesin Listrik, alih bahasa oleh Djoko Achyanto, penerbit
Erlangga, Surabaya
Ginting, Dines., 1990, Pengkajian Energi Listrik Yang Dihasilkan Turbin Angin
200 W Untuk Penggunaan Pada Rumah Tangga di Pedesaan, Warta
LAPAN No. 32/33
Hanselman, D, 2002, MATLAB BahasaKomputasi Teknis, Pearson educaation
Asia Ltd, andi Offset, Yogyakarta
Himran, Syukri., 2001, Utilization of Wind Energy, CIRERD 2001, Denpasar Bali
Ojo, O.; Bhat, I., 1995, An analysis of single-fase self-excited induction
generators: model development and steady-state calculations, IEEE
Transactions on Energy Conversion
Ojo, O.; Omozusi, O., 2001, Parameter estimation of single-fase induction
machines, IEEE Industry Applications Conference
Perdana, IK, 2004, Penggunaan Kapasitor untuk Perbaikan Unjuk Kerja Motor
Induksi
Sebagai
Generator,
Yogyakarta
50
Tesis,
Universitas
Gadjag
Mada,
Soeripan, 1990, Uji Coba Pemanfaatan Sistem Konversi Angin Untuk Pengairan
Sawah di Desa Tenjoayu Wilayah Koperasi Unit Desa Tirtayasa Timur
Kabupaten Serang Jawa Barat, Majalah LAPAN NO. 60/61
Sugiarmadji, Djojodihardjo, Harijono., 1990, Perancangan Kincir Angin Sudu
Majemuk Untuk Pemompaan Air/Pertanian Jenis EN-SM-03, Pustegan
LAPAN, Jakarta
Tumiran, 2002, Kualitas Energi Listrik Menyongsong Pembahasan RUU
Ketenagalistrikan, Majalah Energi, Edisi 16 (Juni-Agustus 2002), Pusat
Studi Energi UGM, Yogakarta
www.eng-tips.com
www.wind-power.org
Zuhal,1988, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia,
Jakarta
51
REKAYASA
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
PEMANFAATAN GENERATOR INDUKSI SEBAGAI PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA ANGIN SKALA RUMAH TANGGA
DI MBULAK BARU KABUPATEN JEPARA
Ketua Peneliti :
Hasyim Asy’ari, S.T., M.T
Aris Budiman, S.T., M.T
Nurmuntaha Agung Nugraha, S.T
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
OKTOBER, 2009
PRAKATA
Bismillaahirrahmaanirrahiim,
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat,
hidayah, dan inayahNYA kepada penulis sejak awal melangkah mengerjakan penelitian
di tahun pertama ini dengan judul “Pemanfaatan generator induksi sebagai
pembangkit listrik tenaga angin skala rumah tangga di mbulak baru kabupaten
jepara”.
Pelaksanaan dan penyusunan laporan penelitian ditahun pertama ini, akan
memiliki manfaat yang besar jika di implementasikan secara real dilapangan pada tahun
kedua. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang
tulus kepada mereka yaitu:
1. Prof. Bambang Setiaji, selaku Rektor UMS
2. Dr. Harun Joko Prayitno., selaku Ketua Lembaga Penelitian UMS
3. Ir. H. Sri Widodo, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik UMS, atas dorongannya
yang besar dalam penelitian ini
4. Ir. Jatmiko, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro UMS, atas saran dan
masukannya
5. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, yang telah membantu
penulis selama pelaksanaan dan penulisan laporan penelitian ini.
Akhir kata, tiada sesuatu yang sempurna dari hasil karya manusia. Saran dan
kritik yang konstruktif dari para pembaca yang budiman akan penulis terima dengan
senang hati. Semoga laporan penelitian ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Surakarta, 20 Oktober 2009
Penulis
RINGKASAN
Pembangkit listrik tenaga angin (PLTB) sangat cocok untuk daerah pantai karena
kaya potensi alam berupa angin, generator induksi merupakan jenis pembangkit listrik
alternatif yang cocok untuk skala kecil atau beban rumah tangga (450 Va). Hal ini
disebabkan karena harga generator induksi relatif lebih murah dibanding dengan
generator sinkron. Kelemahan generator induksi adalah kinerjanya sangat dipengaruhi
oleh beban.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan storage terhadap
kinerja generator induksi. Parameter motor induksi yang digunakan sebagai generator
induksi adalah jenis rotor sangkar, 3 fase, dan 2 HP. Pengujian ini digunakan 4 buah
kapasitor (@ 12 µF) dipasang pada setiap fase, inverter, converter, dan accu 120 Ah
sebagai storage. Pengujian kinerja generator induksi dilakukan dengan pemasangan
kapasitor tiap fase secara bertahap dan memonitoring keluaran generator induksi
(tegangan, frekuensi, dan rpm) pada saat dibebani dan tanpa beban, pengujian ini
dilakukan pada saat tanpa menggunakan storage dan menggunakan storage.
Hasil penelitian secara keseluruhan menunjukkan penurunan kinerja generator
induksi (pengujian tanpa storage). Pada saat Vin 125 Volt dan kapasitas kapasitor
terpasang 12 µF, tegangan keluaran mengalami penurunan sebesar 63% (tanpa beban
6,3 volt, berbeban 60 watt = 2,2 volt). Kapasitas 24 µF, 36 µF, dan 48 µF tegangan
mengalami penurunan sebesar 2,7%, 1,6%, dan 1,5%. Untuk rpm dan frekuensi secara
keseluruhan (12 µF, 24 µF, 36 µF, dan 48 µF) mengalami penurunan sebesar 0,1% dan
0,2%. Sedangkan pengujian dengan menggunakan storage hasilnya menunjukkan bahwa
dengan adanya storage tegangan output, rpm dan frekuensi tidak mengalami penurunan
(pada saat berbeban dan tanpa beban), karena arus yang diserap oleh beban terpasang
diambil dari storage atau accu sehingga beban tidak mempengaruhi keluaran generator
induksi. Arus maksimal (9,98 A) yang digunakan untuk mengisi accu terjadi pada saat
besar kapasitas kapasitor 36 µF dan tegangan input pada prime mover 220 V (jika untuk
mengisi accu 120 Ah kurang lebih membutuhkan waktu sekitar 12,1 jam).
SUMMARY
Wind power station very suited for coast region because it has potential rich nature
of shaped wind, induction generator is alternative power station kind that suited for
small scale or household load (450 Va). Because it is price cheaper than synchronous
generator. Weakness of induction generator is the performance very influenced by load.
The aim of research are influence storage with performance of induction generator.
This research the results of an investigation on electrical performances of a 2 HP
squirrel cage three phases induction machine used as generator. this testing used 4
capacitors (@ 12 f) installed in every phase, inverter, converter, and accumulator 120
ah as storage. The performance testing of induction generator is done with capacitor
installing every phase gradually and show output of induction generator (tension,
frequency, and rpm) at the (time) of loaded and without load, this testing done at the
(time) of without use storage and use storage.
The performance of induction generator is depreciation (testing without storage).
at the (time) of the input voltage 125 volt and capacitor capacity pair 12 µF, drop
voltage as big as 63% (without load 6,3 volt and use load 60 watt = 2,2 volt). Capacity
24 µF, 36 µF, and 48 µF drop voltage as big as 2,7%, 1,6% and 1,5%. to rpm and
frequency as a whole (12 µF, 24 µF, 36 µF, and 48 µF) drop as big as 0,1% and 0,2%.
while testing by using storage the result shows that with existence storage output
voltage, rpm and frequency doesn't drop (at the (time) of use load and without load),
because current that absorbed by load pair taken from storage or accumulator so that
load doesn't influence output of induction generator. the maximal current (9,98 a) that
used to fill accumulator happens at the (time) of big capacitor capacity 36 µF and input
voltage in prime mover 220 v (if to fill accumulator 120 ah approximately 12,1 clock).
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................
i
RINGKASAN DAN SUMMARY ........................................................
ii
PRAKATA ............................................................................................
iv
DAFTAR ISI .........................................................................................
v
DAFTAR TABEL ................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR ............................................................................
x
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................
xiii
PENDAHULUAN ................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...............................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah .......................................................................
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................
5
2.1 Telaah Penelitian ............................................................................
5
2.2 Landasan Teori ................................................................................
6
2.2.1 Prinsip kerja motor induksi ...................................................
7
2.2.2 Analisis rangkaian ekivalen sebuah motor induksi ...............
8
2.2.3 Rangkaian ekivalen generator induksi ...................................
8
2.2.4 Kapasitor sebagai kompensator daya reaktif ..........................
9
BAB I
2.2.5 Perhitungan kebutuhan kapasitor untuk mesin induksi
sebagai generator ..............................................
10
2.2.6 Generator induksi pada kondisi terbebani secara stand alone
12
2.2.7 Konverter (pengubah tegangan AC menjadi tegangan DC)....
13
2.2.8 Inverter (pengubah tegangan DC menjadi tegangan AC) .......
14
2.2.9 Mikrokontroller ATMega 8535
........................................
15
BAB III TUJAUN DAN MANFAAT PENELITIAN ......................
20
3.1 Tujuan Penelitian .........................................................................
20
3.2 Manfaat Penelitian .......................................................................
20
BAB IV METODE PENELITIAN .................................................
21
4.1 Waktu dan tempat
.........................................................................
21
4.2 Bahan dan alat penelitian ...............................................................
21
4.3 Perlakuan dan rancangan percobaan ................................................
22
4.4 Diagram alir penelitian
................................................................
25
BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ................
29
5.1 Pengujian generator induksi tanpa storage ......................................
30
5.1.1 Pengujian generator induksi berbeban tanpa storage ..............
30
5.1.2 Generator induksi berbeban resistif.......................................
32
5.1.3 Generator induksi berbeban resistif-induktif .........................
33
5.1.4 Generator induksi berbeban resistif dan resistif-induktif .......
34
5.2 Pengujian generator intuksi berbeban dengan storage .....................
35
5.2.1 Generator induksi tanpa beban ................................................
35
5.2.2 Generator induksi berbeban resistif ........................................
36
5.2.3 Generator induksi berbeban resistif-induktif ...........................
37
5.2.4 Generator induksi berbeban resistif dan resistif-induktif .........
38
5.3 Analisa dan pembahasan penelitian ................................................
5.3.1 Kondisis tegangan keluaran GI sebelum menggunakan storage
39
39
5.3.2 Kondisi tegangan keluaran GI dengan storage .......................
39
5.3.3 Kondisi kecepatan putar GI sebelum menggunakan storage ...
40
5.3.4 Kondisi kecepatan putar GI dengan storage ............................
42
5.3.5 Perbandingan keluarang GI tanpa dan dengan storage .............
43
5.3.6 Perbandingan kecepatan putar GI tanpa dan dengan storage ...
45
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ........................................
49
DAFTAR PUSTAKA
50
LAMPIRAN
52
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Motor induksi sangkar tupai .......................................
7
Gambar 2.2 Rangkaian ekivalen motor induksi ....................................
8
Gambar 2.3 Rangkaian ekivalen generator induksi ..............................
9
Gambar 2.4 Rangkaian penyearah tegangan ........................................
14
Gambar 2.5 Rangkaian pengisi accu otomatis .......................................
14
Gambar 2.6 Rangkaian Rpm switch .................................
16
Gambar 2.7 Rangkaian mikrokontroller ATMega8535 …………….
17
Gambar 2.8 Rangkaian LCD .................................................. .............
17
Gambar 2.9 Rangkaian relay .......................................
18
Gambar 2.10 Rangkaian rem otomatis .........................................
18
Gambar 2.11 Rangkaian tombol .............................
19
Gambar 4.1 Rankaian uji generator induksi tanpa beban .............
23
Gambar 4.2 Rangkaian uji generator berbeban tanpa storage ................
24
Gambar 4.3 Rangkaian uji generator berbeban dengan storage ............
25
Gambar 4.4 Diagram alir uji generator induksi tanpa beban .................
26
Gambar 4.5 Diagram alir generator induksi berbeban tanpa storage ....
27
Gambar 4.6 Diagram alir generator induksi berbeban dengan storage ..
28
Gambar 5.1
Hubungan antara kapasitas kapasitor terhadap tegangan
output generator pada berbagai tegangan input prime
mover .................................................
31
Gambar 5.2
Hubungan putaran rotor terhadap tegangan output
generator pada kondisi 12, 24, 36 dan 48 mikrofarad .........
31
Gambar 5.3 Hubungan antara tegangan keluaran generator induksi
sebelum menggunakan storage dengan jumlah kapasitor
terpasang ............................................................................
Gambar 5.4 Hubungan antara tegangan keluaran generator induksi
40
41
setelah menggunakan storage dengan jumlah kapasitor
yang terpasang .
Gambar 5.5 Hubungan antara kecepatan putar generator sebelum
42
menggunakan storage dengan jumlah kapasitor yang
terpasang ......
Gambar 5.6
Hubungan antara kecepatan putar generator setelah
43
menggunakan storage dengan jumlah kapasitor yang
terpasang
Gambar 5.7 Perbandingan tegangan keluaran generator induksi tanpa
44
dan dengan menggunakan storage ....................................
Gambar 5.8
Perbandingan kecepatan putar generator induksi tanpa
dan dengan storage .............................................................
.......
46
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 5.1 Hasil pengujian generator induksi tanpa beban......................
30
Tabel 5.2 Hasil pengujian generator induksi berbeban resistif 60 Watt .
32
Tabel 5.3 Hasil pengujian generator induksi berbeban resistif-indukti
33
120 Watt ...............................................................................
Tabel 5.4 Hasil pengujian generator induksi berbeban resistif 60 W
34
dan resistif-indukti 120 W ..................................................
Tabel 5.5 Hasil pengujian generator induksi tanpa beban .....................
35
Tabel 5.6 Hasil pengujian generator induksi berbeban resistif 60 W ....
37
Tabel 5.7 Hasil pengujian generator induksi berbeban resistif-indukti
37
120 W ..................................................................................
Tabel 5.8 Hasil pengujian generator induksi berbeban resistif 60 W dan
resistif-indukti 120 W ........................................................
38
RINGKASAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
PEMANFAATAN GENERATOR INDUKSI SEBAGAI PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA ANGIN SKALA RUMAH TANGGA
DI MBULAK BARU KABUPATEN JEPARA
Ketua Peneliti :
Hasyim Asy’ari, S.T., M.T
Aris Budiman, S.T., M.T
Nurmuntaha Agung Nugraha, S.T
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
OKTOBER, 2009
ii
RINGKASAN
Pendahuluan
Pembangkit listrik tenaga angin (PLTB) sangat cocok untuk daerah pantai
karena kaya potensi alam berupa angin, generator induksi merupakan jenis
pembangkit listrik alternatif yang cocok untuk skala kecil atau beban rumah
tangga (450 Va). Hal ini disebabkan karena harga generator induksi relatif lebih
murah dibanding dengan generator sinkron. Kelemahan generator induksi adalah
kinerjanya sangat dipengaruhi oleh beban.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan storage
terhadap kinerja generator induksi. Parameter motor induksi yang digunakan
sebagai generator induksi adalah jenis rotor sangkar, 3 fase, dan 2 HP. Pengujian
ini digunakan 4 buah kapasitor (@ 12 µF) dipasang pada setiap fase, inverter,
converter, dan accu 120 Ah sebagai storage. Pengujian kinerja generator induksi
dilakukan dengan pemasangan kapasitor tiap fase secara bertahap dan
memonitoring keluaran generator induksi (tegangan, frekuensi, dan rpm) pada saat
dibebani dan tanpa beban, pengujian ini dilakukan pada saat tanpa menggunakan
storage dan menggunakan storage.
Metode Penelitian
Pengujian dilakukan pada kondisi sistem tanpa menggunakan storage dan saat
menggunakan storage. Kinerja generator induksi diamati pada saat tanpa beban
dan berbeban resistif dan resistif-induktif dengan bantuan kapasitor terpasang
paralel sebagai sumber daya reaktif untuk eksitasi. Penelitian ini telah
dilaksanankan di Laboratorium Teknik Elektro UMS, dengan waktu pelaksanaan
sekitar 8 bulan. Peralatan yang dipakai 2 buah motor induksi (satu untuk generator
induksi dan satu untuk penggerak awal atau prime mover), 4 buah kapasitor
dengan kapasitas 12 µF, 450 V (digunakan untuk eksitasi pada generator induksi),
slide regulator dengan kapasitas 6 Kva, (mengatur masukan tegangan pada
iii
penggerak awal), tacho meter (mengukup putaran rotor generator induksi), dan
Power Quality Analyzer (alat untuk mengukur daya aktif, daya reaktif, daya semu,
tegangan, cos φ, arus dan frekuensi.
Peralatan pendukung yang lain antara lain, converter (mengubah tegangan AC –
DC), inverter (mengubah tegangan DC – AC), accumulator (sebagai penyimpan
energi), Lampu fluoresen 40 W (beban induktif), lampu pijar 20 W (beban
resistif), ampermeter (mengukur arus), voltmeter (mengukur tegangan)
Perlakuan percobaan ada empat kondisi yaitu: percobaan tanpa beban pada saat
tanpa storage, percobaan berbeban pada saat tanpa storage (beban resistif, beban
resistif-induktif, dan beban resistif dan resistif – induktif), percobaan tanpa beban
dengan storage, percobaan berbeban dengan storage (beban resistif, beban
resistif-induktif, dan beban resistif dan resistif – induktif)
Hasil dan Analisa Penelitian
Hasil dari pengujian tegangan keluaran generator induksi sebelum
menggunakan storage dibandingkan dengan setelah menggunakan storage untuk
mengetahui pengaruh pemanfaatan storage terhadap nilai tegangan keluaran
ketika beban ditambahkan, perbandingan tegangan keluaran generator induksi
tegangan keluaran G I (volt)
tanpa dan dengan menggunakan storage dapat dilihat pada gambar 1
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
sebelum menggunakan
storage
sesudah menggunakan
storage
tanpa
beban
resitif
resitifinduktif
kombinasi
jenis beban
Gambar 1Perbandingan tegangan keluaran generator induksi tanpa dan dengan
menggunakan storage.
iv
Gambar 1. menunjukkan perbandingan tegangan keluaran generator
induksi tanpa storage dan dengan storage, dari gambar 1 sebagai berikut :
Data dari gambar 1 :
Vout tanpa beban
: 2,22 volt
Vout beban resitif
: 1,52 volt
Vout beban resitif-induktif
: 2,169 volt
Vout beban kombinasi
: 1,662 volt
a. Penurunan tegangan saat dibebani resitif
= 0,346 x 100% = 1,5%
b.
Penurunan tegangan saat dibebani resitif-induktif
= 0,027 x100% = 2,7 %
c.
Penurunan tegangan saat dibebani kombinasi
= 0,249 x 100%
= 24,9 %
Sesuai dengan gambar 7, karakteristik tegangan keluaran generator induksi tanpa
storage ketika beban ditambahkan terjadi penurunan secara berturut-turut, beban resitif
turun 31,5% dari nilai tegangan semula, beban resitif-induktif turun 2,7 % dari tegangan
semula, dan beban kombinasi terjadi penurunan sebesar 24,9 %. sedangkan karakteristik
tegangan keluaran generator induksi dengan storage tidak terjadi penurunan tegangan
keluaran ketika beban ditambahkan, baik beban resitif, resitif-induktif, maupun
kombinasi. Hal ini karena beban tidak dibebankan ke generator induksi melainkan dipikul
oleh baterai sehingga penambahan beban tidak mempengaruhi karakteristik tegangan
keluaran generator induksi (dengan catatan beban tidak melebihi kapasitas dari baterai).
Perbandingan Kecepatan Putar GI tanpa dan dengan Storage
Hasil dari pengujian kecepatan putar generator induksi tanpa storage
dibandingkan dengan storage adalah untuk mengetahui pengaruh pemanfaatan storage
terhadap kecepatan puatar generator induksi ketika beban ditambahkan, perbandingan
kecepatan putar generator induksi sebelum dan setelah menggunakan storage dapat
dilihat pada gambar 2.
v
1.350
1.345
1.340
1.335
1.330
1.325
1.320
1.315
1.310
1.305
1.300
sebelum menggunakan
storage
i
bi
na
s
uk
tif
ko
m
nd
si
tif
-i
re
si
tif
sesudah menggunakan
storage
re
ta
np
a
be
ba
n
kec.putar generator (rpm)
kec. putar generator vs beban
jenis beban
Gambar 2 Perbandingan kecepatan putar generator induksi tanpa dan dengan storage.
Gambar 2 menunjukkan perbandingan kecepatan putar generator induksi
tanpa dan dengan storage, tidak mengalami perubahan atau stabil
Kesimpulan
Penggunaan accumulator sebagai storage mampu memperbaiki kinerja generator induksi
(tegangan output, kecepatan putar, dan frekuensi) pada saat generator induksi diberikan
beban (sebatas beban tidak melebihi kapasitas accumulator).
vi
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sumber energi primer pada pembangkit listrik milik PLN (PLTU, PLTD,
PLTG, PLTGU) merupakan jenis energi tidak terbarukan (batubara, minyak dan
gas bumi) yang jumlahnya kian menipis, hal ini mendorong untuk berpaling dan
melakukan penelitian secara lebih intensif, terarah pada energi alternatif yang
cukup tersedia di bumi ini yang dapat diharapkan keberlanjutannya. Energi
terbarukan merupakan suatu pilihan tepat yang sesuai dengan potensi alam
persada nusantara yang diuntungkan oleh letak dan kondisi geografisnya. Yang
termasuk golongan energi terbarukan adalah energi matahari, angin, air, biomasa,
dan panas bumi (PSE UGM, 2002).
Cadangan minyak dunia yang semakin menipis dan kebutuhannya yang
semakin tinggi membuat harga minyak dunia semakin tinggi juga. Saat ini harga
minyak dunia mencapai US $ 105 per barel. Ketergantungan PT. PLN terhadap
minyak dan gas bumi sebagai sember utama pembangkitan listrik menuntut PT.
PLN untuk selalu berusaha menyesuaikan Tarif Dasar Listrik (TDL) (Kedaulatan
Rakyat, 2008). Kondisi demikian menuntut mencari dan mengkaji pemanfatan
sumber-sumber energi lain yang lebih murah dan berkelanjutan.
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh) merupakan suatu
pembangkit tenaga listrik berskala kecil dengan memanfatkan sumber tenaga air
sebagai sumber energi utamanya. Pengembangan PLTMh sangat cocok untuk
daerah terpencil atau pedesaan yang pada umumnya masih banyak terdapat
sumber daya air teristimewa daerah yang masih banyak ditumbuhi pepohonan.
Namun upaya pengembangan PLTMh ini juga memiliki hambatan karena biaya
yang diperlukan untuk membangun sebuah PLTMh masih lebih besar dibanding
Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) (Perdana Putra, 2004).Walaupun
demikian, untuk jangka panjang operasional PLTMh akan lebih murah, karena
sumber energinya tidak perlu membeli, hanya perlu peliharaan secara kontinuitas.
1
2
Kinerja motor induksi dapat dilihat dari berbagai aspek seperti hubungan
antara daya output dengan putaran rotor, efisiensi, faktor daya, dan arus masukan
motor (Zuriman, A, 2001).
Penggunaan
motor
induksi
sebagai
generator
memiliki
beberapa
keunggulan, antara lain harga dan biaya perawatannya jauh lebih murah dibanding
jenis mesin sinkron, konstruksinya kuat dan bentuk yang sederhana, banyak
tersedia dalam berbagai ukuran daya, memerlukan sedikit pemeliharaan dan
mudah dalam pengoperasian (Capallaz, 1992).
Chapallaz (1992) juga mengungkapkan bahwa bila menggunakan motor
induksi sebagai generator maka unjuk kerjanya akan mengalami penurunan
frekuensi, tegangan, faktor daya bila beban yang dipasang bertambah dan
sebaliknya akan mengalami peningkatan bila beban yang dipasang berkurang.
Beberapa beban listrik modern seperti lampu penerangan dan peralatan
elektronika seperti radio, televisi, komputer, mesin pendingin, sekarang dapat
dioperasikan dalam variasi tegangan listrik tidak kurang dari 15 % dan tidak lebih
dari 10 % dari tegangan normal, dan frekuensi 50 dan 60 Hz tanpa ada efek
samping. Beban yang berupa motor dan transformator lebih sensitif karena dapat
menyebabkan kerusakan pada lilitan.
Penggunaan generator induksi sebagai pembangkit tenaga listrik standalone sudah cukup luas di luar negeri, antara lain sebagai pembangkit listrik
tenaga angin. Di daerah pertanian Altamont Pass, US, semua turbin angin
menggunakan generator induksi jenis sangkar tupai. Demikian juga di Kanada dan
Belanda (www.eng-tips.com, www.wind-power.org).
Di samping keunggulan yang dimiliki, mesin induksi ternyata memiliki
beberapa kekurangan. Kebutuhan daya reaktif, masalah tegangan dan frekuensi
yang timbul dalam operasi generator induksi yang beroperasi secara sendiri. Juga
diungkapkan bahwa kapasitor dapat digunakan sebagai pembantu dalam eksitasi
dan kompensator faktor daya sistem (Capallaz, 1992).
Sugiarmadji dan Djojohardjo (1990) dalam penelitiannya mengenai
perancangan kincir angin sudu majemuk untuk pemompaan air/pertanian jenis
EN-SM-03 menyatakan bahwa dengan kincir angin sudu majemuk dapat
3
memberikan kapasitas 50 l/menit untuk tinggi pemompaan 6 m pada kecepatan
angin 3 m/s – 4 m/s.
Sedangkan Ginting (1990) yang melakukan pengkajian energi listrik yang
dihasilkan turbin angin 200 W untuk penggunaan pada rumah tangga di pedesaan
menyatakan bahwa penyediaan energi listrik oleh turbin angin 200 W sesuai
dengan karakteristik prestasinya dan bervariasi menurut distribusi kecepatan angin
yang tersedia di lokasi pemasangan. Disamping itu karena penyediaan energi
listrik oleh energi angin terbatas menurut distribusi dan jumlah energi yang
dihasilkan, maka energi yang berlebih pada saat energi turbin angin melebihi
kebutuhan dapat digunakan untuk beban berguna lainnya.
Soeripno
(1991)
yang
melakukan
penelitian
mengenai
uji
coba
pemanfaatan sistem konversi energi angin unrtuk pengairan sawah di Desa
Tenjoayu Serang menyatakan bahwa kecepatan angin 1 m/s dapat menghasilkan
air sejumlah 42 l/menit, sedangkan kecepatan angin 3,5 m/s dapat menghasilkan
air sejumlah 166,68 l/menit pada tinggi pemompaan 3 meter.
Himran (2000) dalam penelitiannya mengenai penggunaan energi angin di
Kota Makassar menyatakan bahwa dengan kecepatan angin rata-rata 2,27 m/s
penggunaan energi angin kurang efisien, sehingga perlu penyempurnaan pada
desain kincir angin.
Pakpahan (2000) yang meneliti mengenai identifikasi permasalahan dan
pemecahan pemakaian energi angin di Indonesia menyatakan bahwa potensi
energi angin di Indonesia besar namun dalam pengolahannya masih memerlukan
banyak perbaikan baik dalam hal sumber daya manusia yang menanganinya
maupun dalam hal desain peralatan yang digunakan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas dapat dirumuskan permasalahan yang akan
diteliti (pada generator induksi yang didapat dari memodifikasi motor induksi),
yaitu:
a) Bagaiamana pengaruh perubahan kapasitas kapasitor terhadap
tegangan output, frekuensi, dan rpm generator induksi.
4
b) Bagaimana pengaruh pembebanan terhadap kinerja (tegangan output,
frekuensi, rpm, daya aktif dan daya semu) generator induksi pada saat
sistem tanpa menggunakan storage (accu) dan sistem dengan storage
(accu).
c) Berapa besarnya arus yang bisa dihasilkan generator induksi untuk
proses pengisian batere/accu 12 V, 120 Ah.
DAFTAR PUSTAKA
Abdulkadir, 1986, Mesin Tak Serempak, Penerbit Djambatan, Jakarta
Amirullah, M, 2000, Pengaruh Pemasangan Kapasitor pada Untai Belitan tator
terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi 3 Fase Sangkar Tupai, skripsi,
Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
Anthony, Z, 2001, Kinerja Pengoperasian Motor Induksi 3 Fase pada Sistem 1
Fase dengan Menggunakan KapasitorI, Tesis, Universitas Gadjah Mada,
Yogyakarta
Berahim, H, 1994, Pengantar Teknik Tenaga Listrik, Andi Offset, Yogyakarta
Berahim, H, 1997, Pengaruh Aspek Ratio pda Perancangan Motor Induksi, Tesis,
Gadjah Mada, Yogyakarta
Chapallaz, J.M. 1992, Manual on induction Motors Used as Generators, Deutches
Zentrum
fur
Entwicklungstechnologien-
GATEm
Braunschweig,
Germany
Fitzgerald, 1997, Mesin-mesin Listrik, alih bahasa oleh Djoko Achyanto, penerbit
Erlangga, Surabaya
Ginting, Dines., 1990, Pengkajian Energi Listrik Yang Dihasilkan Turbin Angin
200 W Untuk Penggunaan Pada Rumah Tangga di Pedesaan, Warta
LAPAN No. 32/33
Hanselman, D, 2002, MATLAB BahasaKomputasi Teknis, Pearson educaation
Asia Ltd, andi Offset, Yogyakarta
Himran, Syukri., 2001, Utilization of Wind Energy, CIRERD 2001, Denpasar Bali
Ojo, O.; Bhat, I., 1995, An analysis of single-fase self-excited induction
generators: model development and steady-state calculations, IEEE
Transactions on Energy Conversion
Ojo, O.; Omozusi, O., 2001, Parameter estimation of single-fase induction
machines, IEEE Industry Applications Conference
Perdana, IK, 2004, Penggunaan Kapasitor untuk Perbaikan Unjuk Kerja Motor
Induksi
Sebagai
Generator,
Yogyakarta
50
Tesis,
Universitas
Gadjag
Mada,
Soeripan, 1990, Uji Coba Pemanfaatan Sistem Konversi Angin Untuk Pengairan
Sawah di Desa Tenjoayu Wilayah Koperasi Unit Desa Tirtayasa Timur
Kabupaten Serang Jawa Barat, Majalah LAPAN NO. 60/61
Sugiarmadji, Djojodihardjo, Harijono., 1990, Perancangan Kincir Angin Sudu
Majemuk Untuk Pemompaan Air/Pertanian Jenis EN-SM-03, Pustegan
LAPAN, Jakarta
Tumiran, 2002, Kualitas Energi Listrik Menyongsong Pembahasan RUU
Ketenagalistrikan, Majalah Energi, Edisi 16 (Juni-Agustus 2002), Pusat
Studi Energi UGM, Yogakarta
www.eng-tips.com
www.wind-power.org
Zuhal,1988, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia,
Jakarta
51
REKAYASA
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
PEMANFAATAN GENERATOR INDUKSI SEBAGAI PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA ANGIN SKALA RUMAH TANGGA
DI MBULAK BARU KABUPATEN JEPARA
Ketua Peneliti :
Hasyim Asy’ari, S.T., M.T
Aris Budiman, S.T., M.T
Nurmuntaha Agung Nugraha, S.T
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
OKTOBER, 2009
PRAKATA
Bismillaahirrahmaanirrahiim,
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat,
hidayah, dan inayahNYA kepada penulis sejak awal melangkah mengerjakan penelitian
di tahun pertama ini dengan judul “Pemanfaatan generator induksi sebagai
pembangkit listrik tenaga angin skala rumah tangga di mbulak baru kabupaten
jepara”.
Pelaksanaan dan penyusunan laporan penelitian ditahun pertama ini, akan
memiliki manfaat yang besar jika di implementasikan secara real dilapangan pada tahun
kedua. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang
tulus kepada mereka yaitu:
1. Prof. Bambang Setiaji, selaku Rektor UMS
2. Dr. Harun Joko Prayitno., selaku Ketua Lembaga Penelitian UMS
3. Ir. H. Sri Widodo, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik UMS, atas dorongannya
yang besar dalam penelitian ini
4. Ir. Jatmiko, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro UMS, atas saran dan
masukannya
5. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, yang telah membantu
penulis selama pelaksanaan dan penulisan laporan penelitian ini.
Akhir kata, tiada sesuatu yang sempurna dari hasil karya manusia. Saran dan
kritik yang konstruktif dari para pembaca yang budiman akan penulis terima dengan
senang hati. Semoga laporan penelitian ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Surakarta, 20 Oktober 2009
Penulis
RINGKASAN
Pembangkit listrik tenaga angin (PLTB) sangat cocok untuk daerah pantai karena
kaya potensi alam berupa angin, generator induksi merupakan jenis pembangkit listrik
alternatif yang cocok untuk skala kecil atau beban rumah tangga (450 Va). Hal ini
disebabkan karena harga generator induksi relatif lebih murah dibanding dengan
generator sinkron. Kelemahan generator induksi adalah kinerjanya sangat dipengaruhi
oleh beban.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan storage terhadap
kinerja generator induksi. Parameter motor induksi yang digunakan sebagai generator
induksi adalah jenis rotor sangkar, 3 fase, dan 2 HP. Pengujian ini digunakan 4 buah
kapasitor (@ 12 µF) dipasang pada setiap fase, inverter, converter, dan accu 120 Ah
sebagai storage. Pengujian kinerja generator induksi dilakukan dengan pemasangan
kapasitor tiap fase secara bertahap dan memonitoring keluaran generator induksi
(tegangan, frekuensi, dan rpm) pada saat dibebani dan tanpa beban, pengujian ini
dilakukan pada saat tanpa menggunakan storage dan menggunakan storage.
Hasil penelitian secara keseluruhan menunjukkan penurunan kinerja generator
induksi (pengujian tanpa storage). Pada saat Vin 125 Volt dan kapasitas kapasitor
terpasang 12 µF, tegangan keluaran mengalami penurunan sebesar 63% (tanpa beban
6,3 volt, berbeban 60 watt = 2,2 volt). Kapasitas 24 µF, 36 µF, dan 48 µF tegangan
mengalami penurunan sebesar 2,7%, 1,6%, dan 1,5%. Untuk rpm dan frekuensi secara
keseluruhan (12 µF, 24 µF, 36 µF, dan 48 µF) mengalami penurunan sebesar 0,1% dan
0,2%. Sedangkan pengujian dengan menggunakan storage hasilnya menunjukkan bahwa
dengan adanya storage tegangan output, rpm dan frekuensi tidak mengalami penurunan
(pada saat berbeban dan tanpa beban), karena arus yang diserap oleh beban terpasang
diambil dari storage atau accu sehingga beban tidak mempengaruhi keluaran generator
induksi. Arus maksimal (9,98 A) yang digunakan untuk mengisi accu terjadi pada saat
besar kapasitas kapasitor 36 µF dan tegangan input pada prime mover 220 V (jika untuk
mengisi accu 120 Ah kurang lebih membutuhkan waktu sekitar 12,1 jam).
SUMMARY
Wind power station very suited for coast region because it has potential rich nature
of shaped wind, induction generator is alternative power station kind that suited for
small scale or household load (450 Va). Because it is price cheaper than synchronous
generator. Weakness of induction generator is the performance very influenced by load.
The aim of research are influence storage with performance of induction generator.
This research the results of an investigation on electrical performances of a 2 HP
squirrel cage three phases induction machine used as generator. this testing used 4
capacitors (@ 12 f) installed in every phase, inverter, converter, and accumulator 120
ah as storage. The performance testing of induction generator is done with capacitor
installing every phase gradually and show output of induction generator (tension,
frequency, and rpm) at the (time) of loaded and without load, this testing done at the
(time) of without use storage and use storage.
The performance of induction generator is depreciation (testing without storage).
at the (time) of the input voltage 125 volt and capacitor capacity pair 12 µF, drop
voltage as big as 63% (without load 6,3 volt and use load 60 watt = 2,2 volt). Capacity
24 µF, 36 µF, and 48 µF drop voltage as big as 2,7%, 1,6% and 1,5%. to rpm and
frequency as a whole (12 µF, 24 µF, 36 µF, and 48 µF) drop as big as 0,1% and 0,2%.
while testing by using storage the result shows that with existence storage output
voltage, rpm and frequency doesn't drop (at the (time) of use load and without load),
because current that absorbed by load pair taken from storage or accumulator so that
load doesn't influence output of induction generator. the maximal current (9,98 a) that
used to fill accumulator happens at the (time) of big capacitor capacity 36 µF and input
voltage in prime mover 220 v (if to fill accumulator 120 ah approximately 12,1 clock).
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................
i
RINGKASAN DAN SUMMARY ........................................................
ii
PRAKATA ............................................................................................
iv
DAFTAR ISI .........................................................................................
v
DAFTAR TABEL ................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR ............................................................................
x
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................
xiii
PENDAHULUAN ................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...............................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah .......................................................................
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................
5
2.1 Telaah Penelitian ............................................................................
5
2.2 Landasan Teori ................................................................................
6
2.2.1 Prinsip kerja motor induksi ...................................................
7
2.2.2 Analisis rangkaian ekivalen sebuah motor induksi ...............
8
2.2.3 Rangkaian ekivalen generator induksi ...................................
8
2.2.4 Kapasitor sebagai kompensator daya reaktif ..........................
9
BAB I
2.2.5 Perhitungan kebutuhan kapasitor untuk mesin induksi
sebagai generator ..............................................
10
2.2.6 Generator induksi pada kondisi terbebani secara stand alone
12
2.2.7 Konverter (pengubah tegangan AC menjadi tegangan DC)....
13
2.2.8 Inverter (pengubah tegangan DC menjadi tegangan AC) .......
14
2.2.9 Mikrokontroller ATMega 8535
........................................
15
BAB III TUJAUN DAN MANFAAT PENELITIAN ......................
20
3.1 Tujuan Penelitian .........................................................................
20
3.2 Manfaat Penelitian .......................................................................
20
BAB IV METODE PENELITIAN .................................................
21
4.1 Waktu dan tempat
.........................................................................
21
4.2 Bahan dan alat penelitian ...............................................................
21
4.3 Perlakuan dan rancangan percobaan ................................................
22
4.4 Diagram alir penelitian
................................................................
25
BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ................
29
5.1 Pengujian generator induksi tanpa storage ......................................
30
5.1.1 Pengujian generator induksi berbeban tanpa storage ..............
30
5.1.2 Generator induksi berbeban resistif.......................................
32
5.1.3 Generator induksi berbeban resistif-induktif .........................
33
5.1.4 Generator induksi berbeban resistif dan resistif-induktif .......
34
5.2 Pengujian generator intuksi berbeban dengan storage .....................
35
5.2.1 Generator induksi tanpa beban ................................................
35
5.2.2 Generator induksi berbeban resistif ........................................
36
5.2.3 Generator induksi berbeban resistif-induktif ...........................
37
5.2.4 Generator induksi berbeban resistif dan resistif-induktif .........
38
5.3 Analisa dan pembahasan penelitian ................................................
5.3.1 Kondisis tegangan keluaran GI sebelum menggunakan storage
39
39
5.3.2 Kondisi tegangan keluaran GI dengan storage .......................
39
5.3.3 Kondisi kecepatan putar GI sebelum menggunakan storage ...
40
5.3.4 Kondisi kecepatan putar GI dengan storage ............................
42
5.3.5 Perbandingan keluarang GI tanpa dan dengan storage .............
43
5.3.6 Perbandingan kecepatan putar GI tanpa dan dengan storage ...
45
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ........................................
49
DAFTAR PUSTAKA
50
LAMPIRAN
52
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Motor induksi sangkar tupai .......................................
7
Gambar 2.2 Rangkaian ekivalen motor induksi ....................................
8
Gambar 2.3 Rangkaian ekivalen generator induksi ..............................
9
Gambar 2.4 Rangkaian penyearah tegangan ........................................
14
Gambar 2.5 Rangkaian pengisi accu otomatis .......................................
14
Gambar 2.6 Rangkaian Rpm switch .................................
16
Gambar 2.7 Rangkaian mikrokontroller ATMega8535 …………….
17
Gambar 2.8 Rangkaian LCD .................................................. .............
17
Gambar 2.9 Rangkaian relay .......................................
18
Gambar 2.10 Rangkaian rem otomatis .........................................
18
Gambar 2.11 Rangkaian tombol .............................
19
Gambar 4.1 Rankaian uji generator induksi tanpa beban .............
23
Gambar 4.2 Rangkaian uji generator berbeban tanpa storage ................
24
Gambar 4.3 Rangkaian uji generator berbeban dengan storage ............
25
Gambar 4.4 Diagram alir uji generator induksi tanpa beban .................
26
Gambar 4.5 Diagram alir generator induksi berbeban tanpa storage ....
27
Gambar 4.6 Diagram alir generator induksi berbeban dengan storage ..
28
Gambar 5.1
Hubungan antara kapasitas kapasitor terhadap tegangan
output generator pada berbagai tegangan input prime
mover .................................................
31
Gambar 5.2
Hubungan putaran rotor terhadap tegangan output
generator pada kondisi 12, 24, 36 dan 48 mikrofarad .........
31
Gambar 5.3 Hubungan antara tegangan keluaran generator induksi
sebelum menggunakan storage dengan jumlah kapasitor
terpasang ............................................................................
Gambar 5.4 Hubungan antara tegangan keluaran generator induksi
40
41
setelah menggunakan storage dengan jumlah kapasitor
yang terpasang .
Gambar 5.5 Hubungan antara kecepatan putar generator sebelum
42
menggunakan storage dengan jumlah kapasitor yang
terpasang ......
Gambar 5.6
Hubungan antara kecepatan putar generator setelah
43
menggunakan storage dengan jumlah kapasitor yang
terpasang
Gambar 5.7 Perbandingan tegangan keluaran generator induksi tanpa
44
dan dengan menggunakan storage ....................................
Gambar 5.8
Perbandingan kecepatan putar generator induksi tanpa
dan dengan storage .............................................................
.......
46
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 5.1 Hasil pengujian generator induksi tanpa beban......................
30
Tabel 5.2 Hasil pengujian generator induksi berbeban resistif 60 Watt .
32
Tabel 5.3 Hasil pengujian generator induksi berbeban resistif-indukti
33
120 Watt ...............................................................................
Tabel 5.4 Hasil pengujian generator induksi berbeban resistif 60 W
34
dan resistif-indukti 120 W ..................................................
Tabel 5.5 Hasil pengujian generator induksi tanpa beban .....................
35
Tabel 5.6 Hasil pengujian generator induksi berbeban resistif 60 W ....
37
Tabel 5.7 Hasil pengujian generator induksi berbeban resistif-indukti
37
120 W ..................................................................................
Tabel 5.8 Hasil pengujian generator induksi berbeban resistif 60 W dan
resistif-indukti 120 W ........................................................
38
RINGKASAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
PEMANFAATAN GENERATOR INDUKSI SEBAGAI PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA ANGIN SKALA RUMAH TANGGA
DI MBULAK BARU KABUPATEN JEPARA
Ketua Peneliti :
Hasyim Asy’ari, S.T., M.T
Aris Budiman, S.T., M.T
Nurmuntaha Agung Nugraha, S.T
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
OKTOBER, 2009
ii
RINGKASAN
Pendahuluan
Pembangkit listrik tenaga angin (PLTB) sangat cocok untuk daerah pantai
karena kaya potensi alam berupa angin, generator induksi merupakan jenis
pembangkit listrik alternatif yang cocok untuk skala kecil atau beban rumah
tangga (450 Va). Hal ini disebabkan karena harga generator induksi relatif lebih
murah dibanding dengan generator sinkron. Kelemahan generator induksi adalah
kinerjanya sangat dipengaruhi oleh beban.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan storage
terhadap kinerja generator induksi. Parameter motor induksi yang digunakan
sebagai generator induksi adalah jenis rotor sangkar, 3 fase, dan 2 HP. Pengujian
ini digunakan 4 buah kapasitor (@ 12 µF) dipasang pada setiap fase, inverter,
converter, dan accu 120 Ah sebagai storage. Pengujian kinerja generator induksi
dilakukan dengan pemasangan kapasitor tiap fase secara bertahap dan
memonitoring keluaran generator induksi (tegangan, frekuensi, dan rpm) pada saat
dibebani dan tanpa beban, pengujian ini dilakukan pada saat tanpa menggunakan
storage dan menggunakan storage.
Metode Penelitian
Pengujian dilakukan pada kondisi sistem tanpa menggunakan storage dan saat
menggunakan storage. Kinerja generator induksi diamati pada saat tanpa beban
dan berbeban resistif dan resistif-induktif dengan bantuan kapasitor terpasang
paralel sebagai sumber daya reaktif untuk eksitasi. Penelitian ini telah
dilaksanankan di Laboratorium Teknik Elektro UMS, dengan waktu pelaksanaan
sekitar 8 bulan. Peralatan yang dipakai 2 buah motor induksi (satu untuk generator
induksi dan satu untuk penggerak awal atau prime mover), 4 buah kapasitor
dengan kapasitas 12 µF, 450 V (digunakan untuk eksitasi pada generator induksi),
slide regulator dengan kapasitas 6 Kva, (mengatur masukan tegangan pada
iii
penggerak awal), tacho meter (mengukup putaran rotor generator induksi), dan
Power Quality Analyzer (alat untuk mengukur daya aktif, daya reaktif, daya semu,
tegangan, cos φ, arus dan frekuensi.
Peralatan pendukung yang lain antara lain, converter (mengubah tegangan AC –
DC), inverter (mengubah tegangan DC – AC), accumulator (sebagai penyimpan
energi), Lampu fluoresen 40 W (beban induktif), lampu pijar 20 W (beban
resistif), ampermeter (mengukur arus), voltmeter (mengukur tegangan)
Perlakuan percobaan ada empat kondisi yaitu: percobaan tanpa beban pada saat
tanpa storage, percobaan berbeban pada saat tanpa storage (beban resistif, beban
resistif-induktif, dan beban resistif dan resistif – induktif), percobaan tanpa beban
dengan storage, percobaan berbeban dengan storage (beban resistif, beban
resistif-induktif, dan beban resistif dan resistif – induktif)
Hasil dan Analisa Penelitian
Hasil dari pengujian tegangan keluaran generator induksi sebelum
menggunakan storage dibandingkan dengan setelah menggunakan storage untuk
mengetahui pengaruh pemanfaatan storage terhadap nilai tegangan keluaran
ketika beban ditambahkan, perbandingan tegangan keluaran generator induksi
tegangan keluaran G I (volt)
tanpa dan dengan menggunakan storage dapat dilihat pada gambar 1
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
sebelum menggunakan
storage
sesudah menggunakan
storage
tanpa
beban
resitif
resitifinduktif
kombinasi
jenis beban
Gambar 1Perbandingan tegangan keluaran generator induksi tanpa dan dengan
menggunakan storage.
iv
Gambar 1. menunjukkan perbandingan tegangan keluaran generator
induksi tanpa storage dan dengan storage, dari gambar 1 sebagai berikut :
Data dari gambar 1 :
Vout tanpa beban
: 2,22 volt
Vout beban resitif
: 1,52 volt
Vout beban resitif-induktif
: 2,169 volt
Vout beban kombinasi
: 1,662 volt
a. Penurunan tegangan saat dibebani resitif
= 0,346 x 100% = 1,5%
b.
Penurunan tegangan saat dibebani resitif-induktif
= 0,027 x100% = 2,7 %
c.
Penurunan tegangan saat dibebani kombinasi
= 0,249 x 100%
= 24,9 %
Sesuai dengan gambar 7, karakteristik tegangan keluaran generator induksi tanpa
storage ketika beban ditambahkan terjadi penurunan secara berturut-turut, beban resitif
turun 31,5% dari nilai tegangan semula, beban resitif-induktif turun 2,7 % dari tegangan
semula, dan beban kombinasi terjadi penurunan sebesar 24,9 %. sedangkan karakteristik
tegangan keluaran generator induksi dengan storage tidak terjadi penurunan tegangan
keluaran ketika beban ditambahkan, baik beban resitif, resitif-induktif, maupun
kombinasi. Hal ini karena beban tidak dibebankan ke generator induksi melainkan dipikul
oleh baterai sehingga penambahan beban tidak mempengaruhi karakteristik tegangan
keluaran generator induksi (dengan catatan beban tidak melebihi kapasitas dari baterai).
Perbandingan Kecepatan Putar GI tanpa dan dengan Storage
Hasil dari pengujian kecepatan putar generator induksi tanpa storage
dibandingkan dengan storage adalah untuk mengetahui pengaruh pemanfaatan storage
terhadap kecepatan puatar generator induksi ketika beban ditambahkan, perbandingan
kecepatan putar generator induksi sebelum dan setelah menggunakan storage dapat
dilihat pada gambar 2.
v
1.350
1.345
1.340
1.335
1.330
1.325
1.320
1.315
1.310
1.305
1.300
sebelum menggunakan
storage
i
bi
na
s
uk
tif
ko
m
nd
si
tif
-i
re
si
tif
sesudah menggunakan
storage
re
ta
np
a
be
ba
n
kec.putar generator (rpm)
kec. putar generator vs beban
jenis beban
Gambar 2 Perbandingan kecepatan putar generator induksi tanpa dan dengan storage.
Gambar 2 menunjukkan perbandingan kecepatan putar generator induksi
tanpa dan dengan storage, tidak mengalami perubahan atau stabil
Kesimpulan
Penggunaan accumulator sebagai storage mampu memperbaiki kinerja generator induksi
(tegangan output, kecepatan putar, dan frekuensi) pada saat generator induksi diberikan
beban (sebatas beban tidak melebihi kapasitas accumulator).
vi