Analisis dan Simulasi Pengaturan Tegangan generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Static Synchronous Compensator (STATCOM)

LAMPIRAN

Lampiran 3. Rangkaian generator induksi berpenguatan sendiri menggunakan pengatur tegangan STATCOM

Lampiran 4. Hasil simulasi generator induksi berpenguatan sendiri 1. Grafik tegangan dan torsi masukan

Lampiran 5. Hasil simulasi generator induksi berpenguatan sendiri menggunakan pengatur tegangan STATCOM

DAFTAR PUSTAKA

Boldea, Ion dan Syed A. Nasar. 2002. “The Induction Machine Book”. Florida: CRC Press LLC

Chapman, Stephan J. 2005. Electric Machinery Fundamentals. Edisi ke-4. New York: McGraw-Hill

Cimbals, Raimonds., Oskars Krievs, dan Leonids Ribickis. 2011. “A Static

Synchronous Compensator for Reactive Power Compensation under Distorted Mains Voltage Conditions”, Pärnu: 10th International Symposium Topical Problems in the Field of Electrical and Power Engineering

Hunt, Brian R, dkk. 2006. A Guide to MATLAB for Beginners and Experienced

Users. Edisi ke-2. New York: Cambrige University Press

Karim, Mohamed Zaid A, dan A.Hakim Saeed Noman. 2014. Wind-Driven SEIG

Systems: A Comparison Study. International Journal of Engineering (IJE)

Ma, Dandan. 2012. Self-excited Induction Generator – A Study Based on Nonlinear Dynamic Methods. Newcastle University

Padiyar, K.R. 2007. FACTS Controllers in Power Transmission and Distribution. New Delhi: New Age International Publishers

Shekar, T. Chandra dan Bishnu P. Muni. 2004. “Voltage Regulator for Self Excited Induction Generator”, IEEE Power Engineering Journal

Smith, Nigel. 1994. Motor As Generator for Micro-hydro Power. London: ITDG Publishing

Staff of Festo Didactic. 2012. Static Synchronous Compensator (STATCOM). Quebec: Festo Didactic Ltd

Zuhal. 1993. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama

BAB 3

PEMODELAN DAN SIMULASI SISTEM 3.1. Parameter Mesin Induksi

Parameter mesin induksi diambil dari jurnal IEEE yang berjudul voltage

and frequency control of parallel operated synchronous generator and induction generator with STATCOM in microhydro scheme.

Berikut adalah parameter mesin induksi yang akan digunakan  Daya maksimum = 4 kW

 Tegangan = 400 V  Frekuensi = 50 Hz

 Resistansi stator (Rs ) = 0,035 pu  Reaktansi stator (Lls ) = 0,045 pu  Resistansi rotor (R'r ) = 0,034 pu  Reaktansi rotor (L'lr ) = 0,045 pu  Induktansi bersama (Lm ) = 2,8 pu  Jumlah kutub (P) = 4

 Nilai inertia (H) = 1,2 s

3.2. Parameter STATCOM

Parameter power data pada static synchronous compensator (STATCOM) diambil dari jurnal IEEE yang berjudul voltage and frequency control of parallel

operated synchronous generator and induction generator with STATCOM in microhydro scheme.

Berikut adalah parameter mesin induksi yang akan digunakan  Tegangan nominal : 400 V

 Resistansi konverter : 2,5 ohm  Induktansi konverter : 0,008 H  Tegangan DC : 600 V

3.3. Penentuan Nilai Kapasitansi Minimum Kapasitor Eksitasi

Berikut ini perhitungan kapasitansi kapasitor eksitasi. Langkah awal yang harus dilakukan ialah mencari besarnya daya reaktif yang dibutuhkan oleh mesin induksi.

P = 4000 W Cos = 0,8

S = = = 5000 VA

= arc 0,8 = 37 Sin = 0,6

Q = S x Sin = 5000 x 0,6 = 3000 var = Q / 3 = 1000 var

Selanjutnya ialah mencari besarnya arus yang mengalir pada mesin induksi. = = 230 V

= = 4,35 A

Besarnya kapasitansi kapasitor tiap fasa untuk kapasitor hubungan bintang menggunakan persamaan 2.11 ialah

= = = 60,23 µF

Dengan menggunakan persamaan 2.17, maka besarnya kapasitansi kapasitor eksitasi untuk hubungan delta ialah

= / 3 = 60,23 / 3 = 20,07 µF

3.4.Model Komponen Simulasi Pada Simulink MATLAB

MATLAB (Matrix Laboratory) adalah sebuah perangkat lunak yang untuk analisa dan komputasi numerik yang merupakan bahasa pemrograman

matematika lanjutan dengan dasar pemikiran menggunakan sifat dan bentuk matrik. MATLAB sering digunakan untuk:

 Matematika dan komputasi  Pengembangan dan algoritma

 Pemrograman modeling simulasi dan pembuatan prototipe  Analisa data, eksplorasi dan visualisasi

 Analisa numerik dan statistik  Pengembangan aplikasi teknik

Pada tugas akhir ini, simulasi akan dilakukan dengan menggukan toolbox Simulink yang terdapat pada MATLAB. Simulink adalah toolbox yang digunakan untuk melakukan simulasi sistem dinamik dengan tampilan grafis.

3.4.1.Mesin Induksi

Model mesin induksi pada simulink seperti pada Gambar 3.1.

(a) (b)

Gambar 3.1 Model mesin induksi: (a) rotor belitan (b) rotor sangkar

Mesin induksi dapat bekerja sebagai motor atau generator. Hal itu ditandai dengan mekanikal torsi masukannya (Tm):

 Jika Tm bernilai positif, maka mesin induksi beroperasi sebagai motor  Jika Tm bernilai negatif maka mesin induksi beroperasi sebagai generator

Model mesin induksi dilengkapi dengan kotak dialog untuk memasukkan nilai parameter mesin induksi yang digunakan dalam simulasi. Tampilan kotak dialog mesin induksi seperti Gambar 3.2.

(a) (b)

Gambar 3.2 Kotak dialog parameter mesin induksi

Pada kotak dialog tersebut dimasukkan nilai-nilai parameter mesin induksi yang telah diperoleh. Nilai faktor gesekan tidak terdapat pada data yang diperoleh, oleh karena itu nilai yang dimasukkan merupakan nilai awal yang terdapat pada MATLAB. Pada kondisi awal mesin induksi, nilai yang dimasukkan ialah nilai slip awal = 53 x , Nilai tersebut didapat melalui perhitungan sebagai berikut

= = = 1500 rpm

Berdasarkan tabel data performa motor pada lampiran 1, nilai kecepatan putar rotor pada keadaan beban penuh yaitu 1420 rpm. Maka besar slip adalah sebagai berikut:

S = = = 0.053 = 53 x ,

Arus sisa mesin induksi = 1 x pu, nilai tersebut penulis pilih secara sembarang. Sudut phasa awal masing-masing phasa = 0 . Reference frame/ kerangka acuan yang digunakan mesin induksi pada simulasi ini ialah kerangka acuan synchronous sehingga nilai tegangan pada simulasi seimbang pada tiap fasanya.

3.4.2. Static Synchronous Compensator (STATCOM)

Gambar 3.3 Model static synchronous compensator (STATCOM)

Pada kotak dialog parameter STATCOM (Gambar3.4), parameter STATCOM terdiri dari dua kategori yaitu power data dan control parameter.

Power data menunjukkan nilai-nilai parameter dari STATCOM tersebut. Control parameter menunjukkan nilai-nilai parameter yang akan digunakan untuk

mengatur tegangan yang besarnya sesuai dengan yang diinginkan.

(a) (b)

Gambar 3.4 Kotak dialog parameter STATCOM: (a) Power data (b) Control parameter

Nilai parameter yang telah diperoleh dimasukkan ke dalam kotak dialog. Nilai resistansi dan induktansi konverter diubah kedalam satuan pu, sehingga nilai

R = 78 x dan nilai L = 0,25 x . Nilai converter rating STATCOM didapatkan dengan melakukan perhitungan dari data yang telah diperoleh sebelumnya. Perhitungan menggunakan persamaan berikut:

(1/2 x C x )/( ) = 3 Oleh karena itu

(1/2 x 600 µF x )/( ) = 3

= 6000 VA

Dari perhitungan didapatkan nilai dari converter rating yaitu sebesar 6000 VA. Nilai Kp dan Ki pada Vac regulator, Vdc Regulator dan Current Regulator didapat dengan melakukan trial and error sampai diperoleh pengaturan tegangan yang tepat.

3.4.3.Kapasitor Eksitasi

Gambar 3.5 Model kapasitor eksitasi

Kapasitas dari kapasitor eksitasi sesuai dengan perhitungan yang telah dilakukan yaitu 3 kVar. Kapasitor eksitasi dihubungkan secara delta dengan masing-masing kapasitor memiliki nilai kapasitansi sebesar 20,07 µF.

3.4.4.Beban

Gambar 3.6 Model beban resistif

Beban yang digunakan pada simulasi ini ialah beban resistif. Besar daya dari beban resistif ini ialah 3 kW

3.2.Rangkaian Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri

Gambar 3.7 Rangkaian simulasi generator induksi berpenguatan sendiri

3.3.Rangkaian Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan STATCOM

Gambar 3.8 Rangkaian simulasi generator induksi berpenguatan sendiri menggunakan pengatur tegangan STATCOM

3.4.Simulasi Sistem

Simulasi yang akan dilakukan menggunakan toolbox yang terdapat pada perangkat lunak MATLAB. Simulasi dilakukan dalam rentang waktu tertentu, dimana pada selang waktu tertentu akan terjadi perubahan pada torsi masukan.

Lamanya waktu dan besarnya torsi yang diberikan berdasarkan pemilihan penulis secara sembarang.

Simulasi dilakukan dalam rentang watu 20 detik. Pada rentang waktu 0 sampai 4 detik diberikan torsi masukan sebesar 1,2 pu. Pada rentang waktu 4 sampai 8 detik diberikan torsi masukan sebesar 0.8 pu. Pada rentang waktu 8 sampai 12 detik diberikan torsi masukan sebesar 1 pu. Pada rentang waktu 12 sampai 16 detik diberikan torsi masukan sebesar 0.9 pu. Pada rentang waktu 16 sampai 20 detik diberikan torsi masukan sebesar 1,1 pu.

BAB 4

ANALISIS HASIL SIMULASI 4.1.Data Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri

Gambar 4.1 Grafik tegangan keluaran V (pu) dan torsi masukan T (Nm)

Gambar 4.2 Grafik kecepatan putar generator n (rpm), Daya keluaran P(kW) dan Daya Reaktif (kVar)

4.2.Analisis Hasil Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri

Pada gambar 4.1 dapat dilihat bahwa pada t = 0 detik sampai t = 0,6 detik, besar tegangan masih bernilai 0. Hal tersebut menandakan terjadinya proses pembangkitan tegangan. Arus sisa pada generator induksi menimbulkan medan magnet yang sangat kecil medan magnet akan menimbulkan gaya gera listrik yang kecil pula. Gaya gerak listrik ini akan menimbulkan tegangan yang akan memicu kapasitor eksitasi menyalurkan daya reaktif. Pada proses ini, nilai tegangan kapasitor akan meningkat secara bertahap hingga seluruh tegangan dibangkitkan. Meningkatnya tegangan kapasitor ini akan meningkatkan besar tegangan yang diinduksikan pada rotor, akibatnya ada induksi ke rotor maka arus di rotor juga meningkat karena nilai tahanan pada rotor tetap. Arus rotor yang mingkat menyebabkan meningkatnya pula medan magnet pada rotor. Meningkatnya besar medan magnet rotor akan membuat gaya gerak listrik yang terjadi pada stator semakin besar akibat semakin membesarnya nilai fluks magnet. Gaya gerak listrik di stator yang membesar akan meningkatkan nilai arus stator generator atau arus yang mengalir ke kapasitor. Proses pembangkitan ini akan terus terjadi hingga seluruh tegangan dapat dibangkitkan.

Pada grafik tegangan keluaran V (pu) bangkitnya sluruh tegangan dapat terlihat pada saat tegangan mencapai nilai puncaknya. Setelah tegangan mencapai nilai puncak, nilai ini kemudian turun dan berosilasi selama keadaan transiennya dan mencapai sebuah nilai tegangan, pada grafik sekitar 1 pu, pada saat generator telah mencapai keadaan tunak.

Lamanya waktu transien dari generator induksi berpenguatan sendiri tergantung dari besar kecilnya torsi masukan yang diberikan pada generator. Semakin besar torsi yang diberikan, proses pembangkitan tegangan akan semakin cepat sehingga generator juga akan lebih cepat mencapai keadaan tunak. Hal ini dapat terjadi karena ketika torsi masukan yang diberikan semakin besar maka kecepatan putar generator juga semakin besar. Semakin besar kecepatan putar maka nilai GGL yang dihasilkan pada terminal generator juga semakin besar. Semakin besar arus generator ini akan membuat torsi elektromagnetik generator semakin besar juga. Torsi elektromagnetik ini akan melawan arah torsi input

generator sehingga akan menurunkan kecepatan putar generator. Torsi mekanik yang diberikan pada generator selanjutnya akan menyesuaikan besarnya dengan torsi elktromagnetik sehingga membuat grafik kecepatan berosilasi. Penyesuaian ini akan terjadi hingga generator mencapai kondisi tunak. Ketika telah mencapai keadaan tunak, nilai resultan antara torsi mekanik dan torsi elektromagnetik akan tetap. Hal ini terbukti dengan besar lecepatan putar generator yang sudah konstan. Dengan semakin besarnya torsi masukan yang diberikan, maka nilai torsi elektromagnetis yang terjadi ketika awal timbulnya arus akan semakin besar. Hal ini membuat penyesuaian besar resultan torsi akan semakin cepat sehingga keadaan tunak dapat tercapai dengan lebih cepat.

Pada setiap perubahan torsi terjadi osilasi pada grafik kecepatan, hal ini disebabkan terjadinya perubahan arus yang mengakibatkan terjadinya perubahan selisih torsi hingga generator kembali ke keadaan tunak dan selisih torsi menjadi konstan.

Pada grafik daya reaktif pada terminal generator induksi terlihat bahwa saat keadaan transien, daya reaktif bernilai negatif yang berarti daya reaktif generator disuplai oleh kapasitor yang terpasang delta pada terminal generator induksi berpenguatan sendiri. Pada saat awal pembangkitan tegangan terlihat bahwa daya reaktif yang dibutuhkan saat transien cukup besar.

4.3.Data Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan STATCOM

Gambar 4.3 Grafik tegangan keluaran V (pu) dan torsi masukan T (Nm)

Gambar 4.5 Grafik tegangan terminal STATCOM Vm (pu) dan daya reaktif STATCOM Qm (pu)

4.4.Analisis Hasil Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan STATCOM

Dari grafik terminal generator hasil simulasi terlihat bahwa secara umum tegangan keluaran generator pada simulasi ini berbeda dengan tegangan keluaran pada simulasi generator induksi berpenguatan sendiri tanpa pengendali tegangan. Perbedaan terjadi antara simulasi generator induksi berpenguatan sendiri tanpa pengendali tegangan dengan simulasi generator induksi berpenguatan sendiri dengan menggunakan STATCOM adalah pada tegangan yang dihasilkan pada ketiga fasa. Tegangan yang dihasilkan pada simulasi generator induksi berpenguatan sendiri dengan menggunakan STATCOM besarnya lebih konstan dan lebih halus tanpa adanya ripple. Tidak seperti tegangan yang dihasilkan pada simulasi generator induksi tanpa pengendai tegangan dimana besarnya berubah dan tidak stabil. Hal ini karena STATCOM memberikan daya reaktif pada sistem sehingga bisa menjaga tegangan pada sisi beban maupun bagian stator generator induksi agar tetap konstan.

Pada simulasi ini, STATCOM menghasilkan daya reaktif. Daya reaktif yang dihasilkan oleh STATCOM terhubung dengan bagian stator pada generator

induksi berpenguatan sendiri. Hal ini menyebabkan arus pada bagian stator generator induksi berpenguatan sendiri mengalami perubahan akibat daya reaktif yang dihasilkan oleh STATCOM. Apabila daya reaktif yang dihasilkan STATCOM semakin tinggi maka arus pada bagian stator generator juga semakin tinggi. Demikian pula sebaliknya apabila daya reaktif yang dihasilkan STATCOM berkurang maka pada bagian stator generator induksi berpenguatan sendiri juga berkurang. Perubahan arus tersebut juga mempengaruhi besar torsi elektromagnetik pada generator induksi berpenguatan sendiri. Apabila besar arus bertambah maka torsi elektromagnetis yang dihasilkan juga bertambah, demikian juga sebaliknya.

Dari simulasi ini dapat disimpulkan bahwa penggunaan STATCOM sebagai pengatur tegangan pada generator induksi berpenguatan sendiri mampu menghasilkan besar tegangan yang konstan dan stabil. Namun STATCOM tidak murah harganya seperti kapasitor serta bentuk fisiknya yang lumayan besar. Karakteristik STATCOM mampu mengatur tegangan untuk beban induktif maupun kapasitif, efektif digunakan pada tegangan tinggi.

BAB 5 KESIMPULAN

1. Pada proses awal pembangkitan tegangan, tegangan yang dibangkitkan sangat besar.

2. Setiap terjadi perubahan torsi masukan, tegangan naik/ turun beberapa saat, kemudian kembali normal sesuai dengan torsi masukannya

3. Setelah dipasang STATCOM, tegangan yang dihasilkan lebih halus tanpa adanya ripple

4. Perubahan nilai parameter Kp dan Ki pada Vac regulator, Vdc Regulator dan Current Regulator sangat mempengaruhi terhadap pegaturan tegangan

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Mesin Induksi

Mesin induksi ialah mesin yang bekerja berdasarkan perbedaan kecepatan putar antara stator dan rotor. Apabila kecepatan putar stator sama dengan kecepatan putar rotor ( = ), maka tidak ada tegangan yang terinduksi baik ke stator maupun ke rotor. Apabila kecepatan putar stator lebih besar daripada kecepatan rotor ( > ), maka tegangan akan terinduksi ke rotor sehingga mesin induksi beroperasi sebagai motor listrik. Apabila kecepatan putar rotor lebih besar daripada kecepatan putar rotor ( > ), maka tegangan akan terinduksi ke stator sehingga mesin induksi akan beroperasi sebagai generator listrik. Perbedaan kecepatan putar antara stator dan rotor dinamakan slip (S). Slip dinyatakan dengan:

S = ( - )/ (2.1)

2.1.1. Konstruksi Mesin Induksi

Mesin induksi terdiri dari tiga bagian utama yaitu stator, rotor dan celah udara. Stator adalah bagian yang diam dan rotor adalah bagian yang bergerak dalam bentuk putaran. Celah udara berada diantara stator dan rotor yang merupakan tempat terjadinya proses induksi elektromagnetik.

Konstruksi dari mesin induksi diperlihatkan secara jelas pada Gambar 2.1 baik itu dalam konstruksi sebenarnya maupun konstruksi sederhananya. Berikut adalah penjelasan dari bagian-bagian konstruksi yang terdapat pada mesin induksi.

 Stator

Gambar 2.2 Konstruksi stator mesin induksi

Stator adalah bagian terluar dari mesin yang merupakan gulungan kawat yang disusun sedemikian rupa dan ditempatkan pada alur-alur inti besi. Bagian stator dipisahkan dengan bagian rotor oleh celah udara yang sempit (air gap). Bagian stator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat belitan dililitkan yang berbentuk silinder. Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas, tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi. Tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Kawat belitan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapisi dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silinder.

Konstruksi stator terdiri dari beberapa bagian yaitu: 1. Rumah stator (rangka stator)

2. Inti stator

3. Alur, dimana alur ini merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan stator).

Rangka stator mesin induksi ini didesain dengan baik dengan empat tujuan yaitu:

1. Menutupi inti dan kumparannya.

2. Melindungi bagian-bagian mesin yang bergerak dari kontak langsung dengan manusia dan dari goresan yang disebabkan oleh gangguan objek atau gangguan udara terbuka (cuaca luar).

3. Menyalurkan torsi ke bagian peralatan pendukung mesin dan oleh karena itu stator didesain untuk tahan terhadap gaya putar dan goncangan.

4. Berguna sebagai sarana rumahan ventilasi udara sehingga pendinginan lebih efektif.

 Rotor

Rotor adalah bagian dari mesin induksi yang bergerak dalam bentuk putaran. Berdasarkan bentuk konstruksi rotornya, maka motor induksi dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu:

1. Mesin induksi dengan rotor sangkar (squirrel cage). 2. Mesin induksi dengan rotor belitan (wound rotor).

(a) (b)

Rotor sangkar atau rotor kurungan (Squirrel Cage) adalah konstruksi dari inti berlapis dengan konduktor dipasang paralel dengan poros dan mengelilingi permukaan inti. Konduktornya tidak terisolasi dari inti karena arus motor secara alamiah akan mengalir melalui tahanan yang paling kecil yaitu konduktor rotor. Pada setiap ujung rotor, konduktor rotor semuanya dihubung singkat dengan cincin ujung. Konduktor rotor dan cincin ujung serupa dengan sangkar tupai yang berputar sehingga dinamakan demikian.

Pada rotor ini terdapat juga alur-alur yang bentuknya lebih dalam daripada alur-alur pada rotor sangkar. Dalam alur-alur terdapat kawat yang dibelitkan pada sebuah rotor dengan hubungan bintang ataupun hubungan segitiga seperti belitan kawat pada stator. Dengan adanya hubungan ini, maka belitan-belitan pada rotor mempunyai tiga ujung. Ujung belitan rotor dihubungkan dengan suatu tahanan awal melalui tiga buah cincin geser yang ada pada poros. Kemudian melalui cincin geser ini ujung-ujung kumparan jangkar dihubungkan dengan tahanan luar atau dihubung singkat.

Konstruksi rotor mesin induksi terdiri atas beberapa bagian yaitu: 1. Inti rotor

2. Alur, Alur merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan) rotor. 3. Belitan rotor.

4. Poros atau as.

 Celah udara

Diantara stator dan rotor terdapat ruang yang disebut celah udara. Pada celah udara ini tempat berlangsungnya proses pengkonversian energi dalam bentuk induksi elektromagnetis. Celah udara sangat mempengaruhi efesiensi dari mesin induksi. Apabila celah udara besar, maka efisiensinya akan berkurang karena proses induksi listrik membutuhkan energi yang besar. Apabila celah udara sangat kecil, maka akan mengganggu perputaran rotor secara mekanis. Untuk itu celah udara antara stator dan rotor harus diatur sedemikian rupa agar mesin induksi dapat bekerja secara optimum

 Terminal box

Terminal box ialah tempat dihubungkannya mesin induksi dengan power

suplay (kondisi sebagai motor) atau tempat dihubungkannya mesin induksi

dengan beban (kondisi sebagai generator).  Kipas rotor

Pada saat mesin induksi beroperasi, mesin induksi menghasilkan rugi-rugi yaitu energi yang terbuang dalam bentuk panas. Semakin lama mesin induksi bekerja maka panas yang dihasilkan juga semakin besar. Hal itu akan mengganggu kinerja dari mesin induksi dan dapat menimbulkan kerusakan pada mesin induksi. Untuk itu pada rotor terdapat kipas yang dipasang seporos dengan rotor. Jadi pada saat mesin induksi beroperasi dalam bentuk putaran maka kipaspun akan berputar sehingga kipas dapat mengurangi panas yang ditimbulkan dari mesin induksi. 2.1.2. Karakteristik Mesin Induksi

Mesin induksi memiliki karakteristik sebagai berikut

Dari Gambar 2.4 dapat dijelaskan karakteristik dari mesin induksi. Mesin induksi beroperasi sebagai motor atau generator dapat dilihat dari kecepatan rotornya terhadap kecepatan sinkronnya. Kecepatan sinkron ialah kecepatan medan putar yang terjadi pada statornya. Apabila kecepatan mesin induksi lebih kecil dari kecepatan sinkronnya maka mesin induksi akan beroperasi sebagai motor listrik. Pada keadaan ini maka mesin induksi akan mempunyai nilai torsi yang positif sebanding dengan kecepatan motor induksi. Motor induksi dapat berputar sampai kecepatan maksimum mendekati kecepatan sinkronnya dengan nilai torsi yang dihasilkan semakin besar pula. Namun apabila pada kecepatan maksimum mendapatkan bantuan putaran eksternal berupa prime mover sehingga kecepatannya melebihi kecepatan sinkronnya, pada saat itu generator induksi akan beroperasi sebagai generator. Semakin besar torsi yang yang diberikan semakin besar pula daya yang dihasilkan. Torsi maksimum yang dapat diberikan pada generator induksi dinamakan torka pushover. Apabila torsi yang diberikan lebih besar dari torka pushover maka generator induksi akan mengalami overspeed. 2.2. Generator Induksi

Generator induksi adalah generator yang mamiliki prinsip kerja hampir sama dengan generator sinkron, hanya saja terdapat perbedaan pada kecepatan putar antara rotor dan stator, dimana rotor yang digerakkan dalam bentuk putaran oleh penggerak mula berputar lebih cepat daripada kecepatan medan putar pada stator ( > ).

Prinsip kerja generator induksi dapat dilihat pada Gambar 2.5. Sumber tegangan 3 fasa dipasang pada kumparan stator sehingga menimbulkan arus 3 fasa yang akan menghasilkan medan putar. Penggerak mula dipakai untuk memutar rotor searah dengan medan putar (arah medan putar). Kecepatan rotor (nr) harus lebih besar dari kecepatan medan putar stator (ns) sehingga menghasilkan slip negatif untuk dapat membangkitkan tegangan, maka mesin induksi berfungsi sebagai generator dan energi listrik akan dikembalikan pada sistem jala-jala 2.3. Jenis Generator Induksi

Generator induksi tidak dapat membangkitkan tegangan jika tidak mendapatkan suplai daya reaktif untuk eksitasinya. Eksitasi dibutuhkan untuk menghasilkan medan magnet pada kumparan rotor yang nantinya akan menginduksikan tegangan pada stator untuk menghasilkan energi listrik. Selain itu eksitasi juga dibutuhkan untuk mengkompensasi daya reaktif yang diperlukan generator untuk membangkitkan tegangan listrik. Generator induksi tidak dapat memproduksi daya reaktifnya sendiri, untuk itu generator induksi akan menyerap daya reaktif dari sistem jaringan listrik. Namun, mesin induksi biasanya dioperasikan di daerah terpencil dimana di daerah seperti itu tidak terdapat jaringan listrik. Oleh karena itu, generator induksi harus dapat memenuhi daya reaktifnya sendiri untuk keperluan eksitasinya.

Berdasarkan eksitasinya tersebut generator induksi dibagi menjadi dua jenis yaitu:

 Generator induksi masukan ganda (Double Fed Induction Generator (DFIG)) Eksitasi pada generator induksi masukan ganda didapatkan dari jaringan sistem yang telah terpasang. Generator jenis ini menyerap daya reaktif dari jaringan listrik untuk memenuhi medan magnet yang dibutuhkan untuk membangkitkan tegangan. Pada terminal generator ini dihubungkan dengan inverter yang untuk selanjutnya akan dihubungkan langsung pada kumparan rotor dari generator. Skema dari generator induksi masukan ganda ditunjukkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Generator induksi masukan ganda

Pada Gambar 2.6 ini menunjukkan aplikasi penggunaan generator induksi masukan ganda yang diputar oleh penggerak mula berupa turbin angin. Pada generator jenis ini, digunakan inverter untuk proses eksitasi. Pada inverter ini digunakan dua konverter yaitu konverter AC-DC dan konverter DC-AC. Kedua konverter ini saling terhubung dan dihubungkan dengan sumber arus searah yang didapatkan dari kapasitor. konverter DC-AC (konverter pada sisi jaringan) dihubungkan pada terminal generator yang juga terhubung pada jaringan sistem. konverter ini bekerja pada frekuensi sistem yang berguna untuk menyerap daya reaktif yang dibutuhkan oleh generator. konverter AC-DC (Konverter pada sisi rotor) dihubungkan langsung pada kumparan rotor untuk prosses eksitasinya. Konverter ini berfungsi untuk menyalurkan daya reaktif pada frekuensi yang sesuai dengan frekuensi putaran dari rotor. Proses eksitasi seperti ini, daya reaktid yang dibutuhkan dapat diatur sesuai dengan daya yang akan dibangkitkan.

Keuntungan menggunakan generator jenis ini ialah tegangan dan frekuensinya akan tetap besarnya walaupun kecepatan putar penggerak mulanya berubah-ubah. Namun pada generator jenis ini hanya dapat digunakan pada mesin induksi dengan rotor belitan karena eksitasinya dihubungkan langsung pada kumparan rotornya. Hal itu sangat mustahil bila menggunakan mesin induksi dengan rotor sangkar tupai. Sehingga mesin induksi jenis yang lain tidak dapat digunakan untuk generator induksi jenis ini. Generator jenis ini juga harus terhubung dengan sistem dan membutuhkan inverter untuk dapat memenuhi kebutuhan eksitasinya.

 Generator induksi berpenguatan sendiri (Self Excitation Induction Generator (SEIG))

Pada generator induksi berpenguatan sendiri, proses eksitasinya didapatkan dari kapasitor bank yang dihubungkan paralel pada terminal keluarannnya. Skema dari generator induksi berpenguatan sendiri dapat dilihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Generator induksi berpenguatan sendiri

Dari gambar 2.7 diperlihatkan bahwa kapasitor tiga fasa yang terhubung delta dihubungkan pada terminal keluaran dari generator induksi. Kapasitor ini akan menyalurkan daya reaktif pada generator untuk proses eksitasi. Proses eksitasi yang terhubung pada terminalnya, mesin induksi rotor sangkar dan mesin induksi rotor belitan dapat digunakan untuk generator induksi berpenguatan sendiri. Generator induksi jenis ini dapat beroperasi sendiri tanpa jaringan listrik dan dapat juga beroperasi bersama sistem jaringan listri. Hal ini membuat generator jenis ini lebih fleksibel untuk digunakan. Keuntungan lain dari generator ini ialah harga yang murah, perawatannya yang mudah, desainnya yang sederhana dan proses instalasinya yang tidak rumit.

Namun generator jenis ini memiliki kekurangan berupa tegangan keluaran yang tidak stabil pada putaran yang tidak tetap dan pada beban yang berubah-ubah khususnya pada beban induktif. Untuk itu diperlukan adanya pengaturan tegangan untuk menjaga stabilitas dari tegangan keluaran dari generator jenis ini.

2.4. Kelebihan dan Kekurangan Generator Induksi Kelebihan dari generator induksi ialah sebagai berikut:

a. Ketersediaan

Motor induksi dapat ditemukan dengan mudah di pasaran dibandingkan dengan generator sinkron. Motor induksi inilah digunakan sebagai generator induksi dan dalam beberapa kasus, mesin induksi bekas dapat digunakan kembali untuk mengurangi biaya.

b. Harga

Generator induksi yang dilengkapi dengan kapasitor eksitasinya jauh lebih murah dibandingkan dengan generator sinkron. Khususnya untuk rating daya yang kecil. Contohnya 10 kW generator induksi, harganya hanya setengah dari generator sinkron

c. Ketahanan

Mesin induksi sangat kuat dan konstruksinya yang simpe. Tidak memerlukan dioda atau slip ring pada rotornya. Kokoh sehingga dapat menahan peristiwa

overspeed. Mesin induksi sendiri dapat beroperasi secara kontinu untuk

keadaan sesulit apapun.

Kekurangan dari generator induksi ialah sebagai berikut: a. Rating tegangan

Mesin induksi tidak selalu tersedia dengan tegangan yang diinginkan untuk digunakan sebagai generator. Modifikasi pada koneksi belitannya atau menggulung ulang belitannya diperlukan

b. Diperlukan perhitungan

Generator dapat langsung digunakan, sementara generator induksi memerlukan kapasitor eksitasi agar dapat beroperasi dan hal itu membutuhkan perhitungan terlebih dahulu untuk dapat menemukan nilai kapasitansi kapasitor eksitasi yang tepat

2.5. Generator Induksi Berpenguatan Sendiri

Generator induksi berpenguatan sendiri menggunakan kapasitor bank sebagai penyuplai daya reaktif yang dibutuhkan generator untuk membangkitkan tegangan. Generator induksi berpenguatan sendiri mempunyai cara kerja yang

hampir sama seperti cara kerja mesin induksi yang beroperasi pada daerah saturasi hanya saja terdapat kapasitor pada terminal.

2.5.1. Prinsip Kerja

Prinsip kerja generator induksi berpenguatan sendiri dapat dijelaskan dengan melihat Gambar 2.7. Seperti yang terlihat pada gambar tersebut, generator induksi menggunakan kapasitor bank menyuplai daya reaktif yang dibutuhkan generator.

Kapasitansi dari kapasitor harus sesuai dengan daya reaktif yang dibutuhkan. Besarnya daya reaktif yang dibutuhkan generator dapat ditinjau dari besar arus magnetisasi ( ) untuk proses eksitasi. Arus magnetisasi ( ) yang dibutuhkan dapat dicari dengan mengoperasi mesin induksi sebagai motor induksi pada keadaan tanpa beban dan mengukur tegangan statornya sebagai fungsi tegangan terminal generator. Penentuan nilai kapasitansi minimum yang dibutuhkan generator akan dijelaskan pada bab berikutnya. Kurva magnetisasi mesin induksi ditunjukkan pada gambar 2.8. Kurva magnetisasinya ini menrupakan plot tegangan terminal generator induksi sebagai fungsi arus magnetisasi. Untuk mencapai level tegangan yang diinginkan, maka kapasitor sebagai penyuplai daya reaktifnya harus dapat menyuplai arus magnetisasi yang dibutuhkan pada level tegangan tersebut.

Gambar 2.9 Kurva tegangan vs arus pada kapasitor bank

Arus reaktif yang dihasilkan oleh sebuah kapasitor berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan padanya, Untuk itu semua kemungkinan kombinasi tegangan dan arus yang melalui kapasitor berupa garis lurus. Jadi kurva tegangan vs arus dari sebuah kapasitor dapat digambarkan seperti pada Gambar 2.9. Semakin besar kapasitansinya, maka semakin besar pula arus kapasitifnya ( ) pada tegangan yang sama. Arus ini mendahului tegangan fasa (leading) sebesar 90 .

Jika sekelompok kapasitor tiga fasa dihubungkan kepada terminal generator induksi, tegangan tanpa beban generator induksi adalah perpotongan kurva magnetisasi generator dengan garis beban kapasitor. Jadi, tegangan keluaran dari generator induksi dengan penguatan sendiri berupa kapasitor bank tiga fasa untuk tiga kelompok kapasitor dengan besar yang berbeda-beda diperlihatkan pada Gambar 2.10. Tegangan terminal tanpa beban generator induksi berpenguatan sendiri dapat diperoleh dengan memplot bersama-sama kurva magnetisasi sebagai fungsi tegangan terminal generator (Gambar 2.8) dan kurva tegangan-arus kapasitor (Gambar 2.9). Perpotongan kedua kurva adalah titik dimana daya reaktif yang dibutuhkan oleh genarator induksi. Dan titik ini juga merupakan besar tegangan yang dibangkitkan oleh generator dalam keadaan tanpa beban.

Gambar 2.11 Proses pembangkitan tegangan

Proses pembangkitan tegangan dapat dilihat pada Gambar 2.11. Ketika generator induksi pertama kali diputar, magnet sisa pada kumparan medan yang ada pada rotor akan membentuk ggl induksi awal ( ) pada belitan stator. Timbulnya ini memicu kapasitor untuk mengalirkan arus reaktif kapasitif sebesar . Arus ini merupakan arus magnetisasi yang menghasilkan fluksi celah udara. Fluksi ini kemudian menambah jumlah fluksi yang sudah ada, sehingga kemudian menghasilkan ggl induksi di stator yang lebih besar lagi yaitu sebesar . Tegangan induksi ini akan memicu kembali kapasitor mengalirkan

arus kapasitif yang semakin besar pula yaitu sebesar , yang kemudian akan menambah jumlah fluksi celah udara, sehingga dihasilkan ggl induksi yang lebih besar lagi yaitu . ini kemudian menghasilkan arus , dan kemudian membentuk ggl induksi . Demikian proses ini berjalan terus sampai akhirnya mencapai titik kesetimbangan E = .

Namun proses itu dapat terjadi jika pada kumparan medan generator induksi terdapat magnet sisa. Jika tidak terdapat magnet sisa maka generator induksi harus dioperasikan sebagai motor terlebih dahulu. Ketika mesin induksi dioperasikan sebagai motor, maka mesin induksi akan menginduksikan gaya gerak listrik pada rotor. Gaya gerak listrik yang terinduksi pada rotor akan mengalirkan arus pada kumparan medan sehingga terbentuk medan magnet dan akhirnya motor berputar. Prinsip kerja motor induksi tidak dijelaskan secara detail disini.

Ketika motor telah beroperasi, maka kecepatan putar rotor akan lebih kecil dari kecepatan sinkronnya. Pada saat kecepatan motor sudah tinggi maka penggerak mula dinyalakan. Ketika penggerak mula dinyalakan, kecepatan penggerak mula harus lebuh besar dari kecepatan sinkronnya. Pada saat itu pula suplai daya yang diberikan untuk mengoperasikan motor dimatikan, dan pada terminal langsung dihubungkan pada beban. Putaran penggerak mula harus searah dengan arah putaran motor induksi. Ketika suplai daya dimatikan, maka kapasitor akan bekerja untuk menyalurkan daya reaktif dan menjaga kecepatan sinkronnya. Suplai daya reaktif yang disalurkan harus tepat untuk dapat membangkitkan tegangan yang ditentukan.

2.5.2. Rangkaian Ekivalen

Rangkaian ekivalen generator induksi berpenguatan sendiri hampir sama dengan rangkaian ekivalen generator tanpa penguatan, hanya saja ada penambahan kapasitor pada sisi statornya. Rangkaian ekivalen generator induksi berpenguatan sendiri ditunjukkan pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen generator induksi berpenguatan sendiri

Dimana:

= Resistansi stator = Reaktansi stator = Resistansi rotor = Reaktansi rotor

= Reaktansi magnetisasi = Reaktansi kapasitor eksitasi = Slip

= Arus stator = Arus beban = Arus magnetisasi V = Tegangan keluaran

Dari rangkaian ekivalen generator induksi berpenguatan sendiri (Gambar 2.11), hubungan antara tegangan keluaran dengan arus stator diperlihatkan pada persamaan berikut

= ( + j ) (2.3)

= + (2.4)

Dimana:

V = Tegangan keluaran generator (Volt)

= ggl induksi yang dibangkitkan pada sisi stator (Volt) = ggl yang dibangkitkan pada sisi rotor (Volt)

= Arus stator (Ampere) 2.6. Kapasitor Eksitasi

Dalam proses eksitasinya generator induksi membutuhkan daya reaktif untuk membangkitkan tegangannya. Jika generator induksi terhubung dengan sistem tenaga listrik maka daya reaktif yang dibutuhkan akan disuplai langsung oleh sistem. Tetapi jika generator induksi tidak terhubung dengan sistem atau bekerja sendiri maka generator induksi membutuhkan sumber daya reaktif untuk menyuplai kebutuhan daya reaktifnya. Untuk itu dipasang kapasitor sebagai penyuplai daya reaktifnya yang dipasang pada terminal generator.

2.6.1. Penggunaan Kapasitor Eksitasi

Kapasitor eksitasi dipasang untuk dapat menyuplai daya reaktif yang diperlukan generator induksi. Kapasitor ini dipasang paralel pada terminal keluaran generator induksi. Eksitasi dibutuhkan untuk dapat membangkitkan tegangan listrik. Dengan adanya eksitasi yang mencukupi, juga akan menambah efesiensi dan faktor daya, regulasi tegangan yang kecil dan akan meningkatkan perfomansi dari generator induksi.

2.6.2. Kapasitansi Minimum

Besarnya kapasitansi dari kapasitor eksitasi sangat berpengaruh pada proses pembangkitan tegangan pada generator induksi. Untuk dapat membangkitkan tegangan, nilai dari kapasitor harus lebih besar dari nilai kapasitansi minumum dari generator induksi untuk proses eksitasinya. Apabila

kapasior yang dipasang lebih kecil dari kapasitansi minimumnya maka tegangan tidak dapat dibangkitkan.

Cara menentukan kapasitansi minimum dari generator induksi ialah dengan menggunakan karakteristik magnetisasi dari mesin induksi saat beroperasi sebagai motor induksi. Karakteristik magnetisasi ini didapat dengan mengoperasikan motor induksi pada kondisi beban nol. Pada kondisi beban nol, arus yang mengalir pada kapasitor ( ) akan sama dengan arus magnetisasi ( ). Tegangan (V) yang dihasilkan akan meningkat secara linier hingga titik saturasi dari magnet inti tercapai. Sehingga dalam kondisi stabil

= (2.5)

= (2.6)

= (2.7)

Dalam kondisi beban nol motor induksi, dapat dihitung besar nilai reaktansi magnetisasi ( ) dengan memberikan catu tegangan (V) kemudian mengukur besar arus magnetisasinya

= (2.8)

= = (2.9)

Subtitusikan persamaan 2.8 ke dalam persamaan 2.9. =

=

I = V

C = (2.10)

Persamaan 2.10 ialah nilai masing-masing kapasitansi apabila kapasitor eksitasi dihubungkan secara bintang atau star.

= (2.11)

Pada sistem tiga fasa, kapasitor eksitasi dapat dihubungkan secara bintang atau secara delta. Hubungan bintang tidak dianjurkan untuk dihubungkan dengan generator karena hubungan bintang memiliki titik netral yang akan meningkatkan rugi-rugi.

Gambar 2.13 Hubungan bintang dan delta kapasitor eksitasi

Hubungan antara hubungan bintang dan delta adalah sebagai berikut:

= (2.12)

= / (2.13)

=

3 (2.14)

Besarnya kapasitansi dapat dirumuskan sebagai berikut

C = (2.15)

= (2.16)

Subtitusikan persamaan 2.16 pada persamaan 2.14 = 3

= 3 (

= (2.17)

Berdasarkan persamaan-persamaan diatas, kapasitor eksitasi akan lebih baik jika menggunakan hubungan delta. Hal itu dapat dilihat pada persamaan 2.17, jika dihubungkan delta besar kapasitansinya sebesar sepertiga dari besar kapasitansi jika dihubungkan bintang. Dan berdasarkan persamaan 2.12, kapasitor eksitasi apabila dihubungkan dengan hubungan delta maka kapasitor eksitasi dapat beroperasi pada tegangan yang lebih besar.

2.7. Metode Pengaturan Tegangan

Generator induksi berpenguatan sendiri memiliki kelemahan berupa tegangan keluarannya yang tidak stabil. Pada generator induksi berpenguatan sendiri tegangan keluarannya dipengaruhi oleh kecepatan penggerak mula memutar generator, beban dan kapasitansi dari kapasitor yang dipasang pada terminalnya. Pada kondisi generator induksi beroperasi pada kecepatan putar dari penggerak mula yang tidak tetap, menyebabkan tegangan keluaran yang dibangkitkan juga tidak tetap. Begitu juga dengan perubahan beban yang bervariasi menyebabkan naik turunnya tegangan, apalagi jika dihubungkan dengan beban induktif, akan mengalami penurunan tegangan yang drastis. Hal itu akan mengurangi kualitas daya yang dihasilkan generator induksi. Untuk itu generator induksi harus dibantu dengan pengaturan daya reaktif untuk mengatur tegangan keluarannya.

Penggunaan kapasitor bank saja tidak cukup untuk dapat mengatur tegangan keluarannya. Karena besar kapasitansi yang tetap maka penyaluran daya reaktif dari kapasitor bank juga tetap. Kapasitansi dari kapasitor bank hanya menyalurkan daya reaktif untuk dapat membangkitkan tegangan generator pada saat keadaan tanpa beban. Apabila terjadi perubahan kecepatan putar atau perubahan beban, maka tegangan keluarannya juga ikut berubah.

Kekurangan yang terdapat pada kapasitor bank, kemudian dikembangkan beberapa metoode pengaturan tegangan yang dapat mengatur besarnya daya

reaktif yang dibutuhkan baik pada kondisi normal, perubahan kecepatan putar prenggerak mula, dan perubahan beban. Berikut beberapa metode untuk mengatur tegangan generator induksi

 Pengaturan tap transformator

Tap transformator menggunakan prinsip mengubah rasio dari transformator. Rasio dapat diubah dengan cara mengubah jumlah lilitan pada kumparan transformator. Dengan cara itu tegangan pada sisi sekunder dapat diatur sedemikian rupa sehingga tegangan keluarannya sesuai dengaan tegangan yang diinginkan.

 Kondensor sinkron

Kondensor sinkron ialah motor sinkron yang beroperasi pada keadaan tanpa beban. Pada keadan ini motor sinkron dapat menimbulkan daya reaktif dan bekerja seperti kapasitor. Daya reaktif ini yang digunakan sebagai eksitasi sekaligus sebagai pengaturan tegangannya, karena daya reaktif yang dihasilkan besarnya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan.

 Static var compensator (SVC)

Static var compensator (SVC) terdiri dari thyristor, reaktor, dan kapasitor.

Kapasitor nilainya tetap dan dapat digunakan sebagai daya reaktif untuk membangkitkan tegangan pada kondisi tanpa beban. Pada saat terjadi perubahan tegangan, maka reaktor yang akan menyalurkan daya reaktif yang besarnya diatur dengan thyristor. Thyristor diatur sudut penyalaannya sedemikian rupa sehingga dapat menyalurkan daya reaktif yang sesuai besarnya sehingga dapat mengatur tegangan yang diinginkan.

 Konverter AC-DC-AC

Konverter ini terdiri dari penyearah AC-DC yang berfungsi sebagai penyearah arus bolak-balik menjadi arus searah dan kemudian diubah kembali menjadi arus bolak-balik menggunakan inverter DC-AC. Pada saat berada pada tegangan DC ini, tegangan diatur dengan menggunakan pengaturan tegangan

elekronika daya sehingga pada saat dikonversikan kembali ke tegangan AC, tegangan keluarannya sesuai dengan tegangan yang diinginkan.

 Static synchronous compensator (STATCOM)

Static synchronous compensator (STATCOM) adalah alat yang digunakan

untuk mengkompensasi daya reaktif yang dihubungkan paralel dengan sistem. STATCOM dapat membangkitkan dan atau menyerap daya reaktif dan keluarannya dapat bervariasi untuk mengontrol spesifikasi parameter dari sistem daya listrik. Apabila tegangan lebih rendah daripada tegangan nominal sistem maka STATCOM akan membangkitkan daya reaktif, pada keadaan ini maka STATCOM bersifat kapasitif. Apabila tegangan lebih tinggi daripada tegangan nominal sistem maka STATCOM akan menyerap daya reaktif, pada keadaan ini maka STATCOM bersifat induktif.

Dari beberapa metode pengaturan tegangan generator induksi berpenguatan sendiri yang telah dijelaskan, penulis menggunakan metode pengaturan tegangan dengan menggunakan Static synchronous compensator (STATCOM). STATCOM digunakan karena STATCOM merupakan metode terbaru dari beberapa metode yang telah dijelaskan diatas. Metode ini dapat menjaga tegangan tetap stabil, baik itu pada saat tegangan turun dan tegangan naik melebihi tegangan nominal. Metode pengaturan ini yang akan diaplikasikan pada simulasi generator induksi berpenguatan sendiri.

2.8. Static Synchronous Compensator (STATCOM)

Static synchronous compensator (STATCOM) merupakan salah satu shunt device dari Flexibel AC Transmission System (FACTS) yang terdiri dari peralatan

elektronika daya yang dapat mengatur aliran daya dan meningkat stabilitas transient sistem daya. STATCOM dapat mengkompensasi daya reaktif dengan cara menyuplai dan atau menyerap daya reaktif untuk mengontrol tegangan agar tetap stabil. Apabila tegangan lebih rendah dari tegangan nominal sistem, maka STATCOM akan menyuplai daya reaktif. Apabila tegangan lebih tinggi daripada tegangan nominal sistem maka STATCOM aka menyerap daya reaktif.

STATCOM terdiri dari beberapa bagian yaitu Voltage Source Converter (VSC), kapsitor DC, dan sistem kontrol. VSC ialah peralatan konverter elektronika daya yang berguna untuk mengkonversi tegangan masukan DC menjadi tegangan keluaran AC. Kapasitor DC berguna sebagai sumber tegangan untuk sistem kontrol STATCOM dan sebagai penyimpan energi (pada saat menyerap daya reaktif) dan sumber daya (pada saat menyuplai daya reaktif). Sistem kontrol berguna untuk mendeteksi arus dan tegangan pada sistem dan akan mengirimkan sinyal kepada VSC untuk menyuplai atau menyerap daya reaktif apabila terjadi perubahan tegangan.

2.8.1. Prinsip Kerja

Gambar 2.14 Struktur dasar sistem STATCOM

Prinsip kerja dari STATCOM dapat dilihat pada Gambar 2.14. Pengontrolan STATCOM diatur oleh sistem kontrol, dimana pada sistem kontrol menerima masukan dari tegangan dan arus sistem, dan tegangan dan arus STATCOM. pada sistem kontrol diatur besar tegangan normal dari sistem dan akan mengatur tegangan keluarannya sefasa dengan tegangan sistem dan. Pada kondisi normal, tegangan pada VSC dan sistem sama. Apabila terjadi perubahan tegangan yang terjadi pada sistem, maka sistem kontrol akan mengirimkan sinyal pada VSC untuk mengatur besarnya daya reaktif yang akan disuplai atau diserap. Pada saat tegangan sistem lebih besar dari tegangan VSC maka STATCOM akan

menyerap daya reaktif dari sistem. Pada saat tegangan sistem lebih kecil dari tegangan VSC maka STATCOM akan menyuplai daya reaktif ke sistem.

2.8.2. Karakteristrik V-I

Gambar 2.15 Karakteristik V-I STATCOM

Pada keadaan steady state karakteristrik kontrol dari STATCOM ditunjukkan pada Gambar 2.15. Rugi-rugi dari STATCOM diabaikan dan arus yang mengalir pada STATCOM ( ) dianggap arus reaktif murni. Arus negatif menandakan STATCOM sedang menyalurkan daya reaktif dan beroperasi pada keadaan kapasitif. Sedangkan arus positif menandakan STATCOM menyerap daya reaktif dan beroperasi pada keadaan induktif. Pada keadaan normal, tegangan STATCOM ( ) dan tegangan referensi ( ) besarnya sama dan sefasa. Apabila terjadi perubahan tegangan referensi, maka akan terjadi pertukaran daya reaktif. Batas maksimum arus kapasitif dan induktif adalah simetris ( , ). Slope BC pada karakteristik V-I untuk mencegah STATCOM mencapai batas terlalu sering dan untuk memungkinkan operasi palalel pada dua atau lebih unit.

2.8.3. Voltage Source Converter (VSC)

Voltage Source Converter (VSC) adalah bangunan utama dari STATCOM

dan peralatan FACTS lainnya. VSC adalah komponen elektronika daya yang dapat diatur proses penyaklarannya sehingga tujuan yang diinginkan. Tujuan utama VSC yaitu membangkitkan tegangan sinusoidal AC dari tegangan DC, oleh karena itu VSC disebut konverter DC-AC atau inverter. VSC harus dapat

membangkitkan tegangan AC dengan magnitudo dan frekuensi yang dinginkan. Variasi magnitudo dan frekuensi dapat diatur dan dikontrol sesuai dengan yang diinginkan.

Terdapat dua teknologi pada VSC yaitu:

 VSC berdasarkan penggunaan square-wave inverters GTO dan hubungan transformator spesial. Pada umumnya three-level inverter empat tingkat digunakan untuk membangun suatu bentuk gelombang tegangan 48-step. Interkoneksi spesial transformator digunakan untuk menetralkan harmonik yang terdapat didalam gelombang persegi yang dibangkitkan oleh individu inverter. Pada VSC jenis ini, komponen fundamental tegangan adalah proporsional terhadap . Oleh karena itu tegangan harus bervariasi untuk mengontrol daya reaktif.

 VSC berdasarkan penggunaan PWM inverte IGTB. Inverter jenis ini menggunakan teknik Pulse Width Modulation (PWM) untuk menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal dari sebuah sumber tegangan DC. Tegangan divariasikan dengan mengubah indeks modulasi dari PWM modulator.

2.8.4. Sistem Kontrol STATCOM

Sistem kontrol digunakan untuk memberikan sinyal pada VSC yang akan mengatur besarnya daya reaktif yang akan disalurkan atau diserap oleh STATCOM. Sistem kontrol juga akan menjaga tegangan VSC agar sefasa dengan tegangan sistem. Sistem kontrol pada STATCOM ditunjukkan pada Gambar 2.16.

Sistem kontrol pada STATCOM terdiri atas : 1. Sistem pengukuran

Sistem pengukuran terdiri dari pengukuran tegangan AC, pengukuran tegangan DC, pengukuran arus. Sistem pengukuran berguna untuk mengukur komponen d (direct axis) dan komponen q (quadrature axis) dari arus dan tegangan urutan positif untuk yang akan dikontrol sebagaimana tegangan DC

2. Phase Locked Loop (PLL).

PLL digunakan untuk menyinkronkan komponen urutan positif dari tegangan tiga fasa sistem yang menggunakan sistem abc agar dapat beroperasi pada sistem kontrol yang menggunakan sistem dq0. Keluaran dari PLL ( = ) digunakan untuk perhitungan komponen direct axis dan komponen quadrature axis yang dari arus dan tegangan AC tiga fasa (pada gambar dilambangkan sebagai , , dan ).

3. Regulator tegangan AC.

Keluaran dari regulator tegangan AC ialah yang didapat dari perhitungan tegangan terukur dan tegangan referensi. ini kemudian akan digunakan oleh regulator arus ( adalah arus dalam qudrature dengan tegangan yang mengontrol aliran daya reaktif)

4. Regulator tegangan DC.

Keluaran dari regulator tegangan DC ialah yang didapat dari perhitungan tegangan terukur dan tegangan referensi. ini kemudian akan digunakan oleh regulator arus ( adalah arus yang sefasa dengan tegangan untuk mengatur aliran daya aktif)

5. Regulator arus.

Regulator arus mengontrol magnitude dan fase dari tegangan yang akan dibangkitkan oleh PWM ( , ) dari arus referensi yang dihasilkan oleh regulator tegangan AC dan regulator tegangan DC. Regulator dinilai oleh regulator tipe feed forward yang memprediksi tegangan keluaran ( dan

6. Pulse Width Modulation (PWM) modulator

PWM berguna untuk menghasilkan magnitude dan fase tegangan dari komponen tegangan dan dalam bentuk pulse yang akan dikirimkan ke VSC untuk proses pensaklaran pada VSC sehingga dibangkitkan tegangan AC tiga fasa.

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang Masalah

Energi listrik sekarang sudah menjadi kebutuhan utama setiap orang. Tetapi belum semua orang bisa menikmati listrik. Beberapa daerah terpencil bahkan belum tersentuh oleh listrik. Untuk mengatasi permasalahan tersebut dibangun pembangkit-pembangkit listrik berdaya kecil yang dapat memenuhi kebutuhan listrik tersebut. Pembangkit listrik ini menggunakan potensi alam yang ada di daerah tersebut. Biasanya dibangun pembangkit energi listrik terbarukan seperti pembangkit listrik tenaga angin dan pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Pembangkit-pembangkit tersebut menggunakan generator induksi untuk membangkitkan energi listrik.

Generator induksi digunakan karena memiliki beberapa kelebihan yaitu biaya yang murah, perawatannya yang mudah dan mudah untuk mendapatkannya. Selain itu generator induksi dapat digunakan pada kecepatan yang rendah dan perubahan kecepatan yang tidak tentu. Pada keadaan dimana generator induksi harus melayani beban pada daerah yang terisolir, maka generator induksi harus dapat memenuhi kebutuhan daya reaktif yang diperlukannya. Oleh karena itu jenis generator induksi yang digunakan ialah generator induksi berpenguatan sendiri (self excited induction generator (SEIG)).

Digunakannya generator induksi pada pembangkit energi listrik terbarukan seperti pembangkit listrik tenaga angin, maka penggerak mula atau turbin berputar sesuai dengan perubahan kecepatan angin. Kecepatan putar turbin yang berubah-ubah ini mengakibatkan tegangan yang generator induksi juga berberubah-ubah-berubah-ubah. Perubahan beban yang bervariasi juga berdampak pada perubahan tegangan yang dibangkitkan. Hal itu mengakibatkan kualitas energi listrik yang dihasilkan menjadi buruk.

1.2.Perumusan Masalah

Generator induksi membangkitkan tegangan yang tidak stabil, sementara itu generator induksi harus melayani beban dengan tegangan yang tetap. Untuk itu

harus dilakukan pengaturan tegangan supaya kualitas listriknya menjadi lebih baik. Ada beberapa metode untuk melakukan pengaturan tegangan pada generator induksi, salah satunya menggunakan static synchronous compensator (STATCOM).

STATCOM memiliki kemampuan untuk mengatur regulasi tegangan dengan cara membangkitkan dan atau menyerap daya reaktif. Apabila tegangan lebih rendah daripada tegangan nominal sistem maka STATCOM akan membangkitkan daya reaktif, pada keadaan ini maka STATCOM bersifat kapasitif. Apabila tegangan lebih tinggi daripada tegangan nominal sistem maka STATCOM akan menyerap daya reaktif, pada keadaan ini maka STATCOM bersifat induktif.

1.3.Tujuan dan Manfaat Penulisan

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini ialah untuk menganalisis dan mengetahui pengaruh penggunaan static synchronous compensator (STATCOM) untuk mengatur tegangan generator induksi yang beroperasi pada kecepatan yang berubah-ubah.

Manfaat dari penulisan tugas akhir ini ialah untuk dapat memperbaiki kualitas listrik yang dihasilkan oleh generator induksi.

1.4.Batasan Masalah

Agar pembahasan tugas akhir ini mendapatkan hasil yang maksimal serta terfokus pada judul dan bidang yang telah disebutkan di atas, maka penulis perlu membatasi permasalahan yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :

1. _{Data parameter mesin induksi dan STATCOM diambil dari dari jurnal}

IEEE yang berjudul voltage and frequency control of parallel operated

synchronous generator and induction generator with STATCOM in microhydro scheme

2. _{Beban yang digunakan ialah beban resistif dan besarnya tetap} 3. _{Pengukuran arus, tegangan, dan daya dilakukan pada kondisi ideal} 4. _{Pengukuran dan analisa rugi-rugi harmonik tidak dilakukan}

5. _{Perubahan frekuensi akibat pengaruh pengaturan tegangan generator}

induksi tidak dibahas

6. _{Simulasi yang digunakan menggunakan blok model dari perangkat lunak}

1.5.Metode Penulisan

Adapun metodologi yang digunakan untuk menyelesaikan penelitian ini diantaranya adalah:

1. Studi lapangan, yaitu pengambilan data spesifikasi dan data parameter mesin induksi yang akan disimulasi.

2. Studi literatur, yaitu buku referensi, jurnal, artikel dari internet, dan bahan kuliah yang berhubungan dengan penelitian ini.

3. Metode diskusi, yaitu berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing, asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro dan teman-teman sesama mahasiswa mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas askhir ini berlangsung

4. Perancangan atau simulasi sistem dengan menggunakan program simulink yang terdapat pada perangkat lunak MATLAB

5. Pengujian program simulasi

6. Menganalisa hasil perhitungan serta hasil simulasi

7. Membuat kesimpulan dari hasil analisa yang telah dilakukan

1.6.Sistematika Penulisan

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi teori umum dan prinsip kerja generator induksi berpenguatan sendiri, penentuan kapasitansi kapasitor eksitasi, dan teori umum dan prinsip kerja STATCOM

BAB III : PEMODELAN DAN SIMULASI SISTEM

Bab ini berisi perancangan rangkaian generator induksi berpenguatan sendiri dengan pengatur tegangan STATCOM dengan perangkat lunak MATLAB dan melakukan simulasi percobaan

BAB IV : ANALISIS HASIL SIMULASI

Bab ini berisi analisa dari hasil simulasi yang telah dilakukan dan membandingkan hasil simulasi yang diperoleh dengan teori BAB V : PENUTUP

Bab ini berisi kesimpulan yang diperoleh dari hasil simulasi dan dari analisa data yang telah dilakukan

ABSTRAK

Generator induksi adalah generarator yang memiliki prinsip dan konstruksinya sama dengan motor induksi yang sudah umum digunakan, hanya saja dibutuhkan prime mover sehingga putaran rotor lebih besar daripada putaran stator ( > ) untuk membangkitkan tegangannya. Generator induksi semakin banyak digunakan untuk membangkitkan energi listrik pada daerah terpencil yang belum terjangkau listrik dan berdaya kecil. Kecenderungan tersebut membuat generator induksi harus dapat mengeksitasi sendiri untuk kebutuhan daya reaktifnya. Oleh karena itu digunakan salah satu jenis generator induksi yaitu generator induksi berpenguatan sendiri.

Generator induksi digunakan pada pembangkit energi listrik terbarukan seperti pembangkit listrik tenaga angin, dimana kondisi perputaran rotornya yang tidak tetap sehingga tegangan dan frekuensinya yang terus berubah-ubah. Oleh karena itu dibutuhkan pengaturan tegangan agar kualitas energi listrik tetap terjaga. Salah satu metode pengaturan tegangan ialah menggunakan static

synchronous compensator (STATCOM).

Penelitian ini menjelaskan tentang simulasi generator induksi berpenguatan sendiri yang menggunakan STATCOM untuk mengatur tegangannya. Simulasi yang dilakukan menggunakan perangkat lunak MATLAB. Dalam penelitian ini akan melihat seberapa besar pengaruh penggunaan STATCOM untuk mengatur tegangan pada generator induksi berpenguatan sendiri.

Kata Kunci : Generator Induksi, Static Synchronous Compensator (STATCOM),

TUGAS AKHIR

ANALISIS DAN SIMULASI PENGATURAN TEGANGAN GENERATOR

INDUKSI BERPENGUATAN SENDIRI MENGGUNAKAN

STATIC

SYNCHRONOUS COMPENSATOR

_(STATCOM)

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Oleh

SUHENDRI

NIM : 100402091

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

Generator induksi adalah generarator yang memiliki prinsip dan konstruksinya sama dengan motor induksi yang sudah umum digunakan, hanya saja dibutuhkan prime mover sehingga putaran rotor lebih besar daripada putaran stator ( > ) untuk membangkitkan tegangannya. Generator induksi semakin banyak digunakan untuk membangkitkan energi listrik pada daerah terpencil yang belum terjangkau listrik dan berdaya kecil. Kecenderungan tersebut membuat generator induksi harus dapat mengeksitasi sendiri untuk kebutuhan daya reaktifnya. Oleh karena itu digunakan salah satu jenis generator induksi yaitu generator induksi berpenguatan sendiri.

Generator induksi digunakan pada pembangkit energi listrik terbarukan seperti pembangkit listrik tenaga angin, dimana kondisi perputaran rotornya yang tidak tetap sehingga tegangan dan frekuensinya yang terus berubah-ubah. Oleh karena itu dibutuhkan pengaturan tegangan agar kualitas energi listrik tetap terjaga. Salah satu metode pengaturan tegangan ialah menggunakan static

synchronous compensator (STATCOM).

Penelitian ini menjelaskan tentang simulasi generator induksi berpenguatan sendiri yang menggunakan STATCOM untuk mengatur tegangannya. Simulasi yang dilakukan menggunakan perangkat lunak MATLAB. Dalam penelitian ini akan melihat seberapa besar pengaruh penggunaan STATCOM untuk mengatur tegangan pada generator induksi berpenguatan sendiri.

Kata Kunci : Generator Induksi, Static Synchronous Compensator (STATCOM),

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan ridho-Nya tugas akhir ini dapat disusun dan diselesaikan, serta shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW.

Tugas akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah:

”ANALISIS DAN SIMULASI PENGATURAN TEGANGAN GENERATOR INDUKSI BERPENGUATAN SENDIRI MENGGUNAKAN STATIC

SYNCHRONOUS COMPENSATOR (STATCOM)”

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Suhemto) dan Ibunda (Rosnina, S.Pd) serta adikku tersayang (Dini Saputri), yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam penyelesaian studi hingga menyelesaikan tugas akhir ini.

Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini, penulis juga banyak mendapat dukungan, bimbingan, maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Raja Harahap, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T. dan Bapak Ir. Syamsul Amien, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Ir. M. Zulfin, M.T., selaku Dosen Wali penulis yang senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU serta Bapak Rachmad Fauzi S.T., M.T. selaku sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU yang banyak memberi motivasi selama penulis menjalani kuliah.

5. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik penulis menuju jenjang Sarjana.

6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi.

7. Riki dan Andi teman dalam mengarungi kerasnya kehidupan. Angel, Dani, Martin, dan Milan teman seperjuangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Dan teman-teman stambuk 2010 yg lainnya.

8. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah memberi dukungan dan bantuan.

9. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna karena masih banyak terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri.

Medan, Oktober 2015 Penulis

Suhendri NIM. 100402091

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ... 1

1.2. Perumusan Masalah ... 1

1.3. Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 2

1.4. Batasan Masalah ... 2

1.5. Metode Penulisan ... 3

1.6. Sistematika Penulisan ... 3

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Mesin Induksi ... 5

2.1.1. Konstruksi Mesin Induksi ... 5

2.1.2. Karakteristik Mesin Induksi ... 9

2.2. Generator Induksi ... 10

2.3. Jenis-jenis Generator Induksi ... 11

2.4. Kelebihan dan Kekurangan Generator Induksi ... 13

2.5. Generator Induksi Berpenguatan Sendiri ... 14

2.5.1. Prinsip Kerja ... 15

2.5.2. Rangkaian Ekivalen ... 18

2.6. Kapasitor Eksitasi ... 20

2.6.1. Penggunaan Kapasitor Eksitasi ... 20

2.6.2. Kapasitansi Minimum ... 20

2.7. Metode Pengaturan Tegangan ... 23

2.8. Static Synchronous Compensator (STATCOM) ... 25

2.8.1. Prinsip Kerja ... 26

2.8.2. Karakteristrik V-I ... 27

2.8.3. Voltage Source Converter (VSC) ... 27

BAB 3. PEMODELAN DAN SIMULASI SISTEM

3.1. Parameter Mesin Induksi ... 31

3.2. Parameter STATCOM ... 31

3.3. Penentuan Nilai Kapasitansi Minimum Kapasitor Eksitasi ... 32

3.4. Model Komponen Simulasi Pada MATLAB ... 32

3.4.1. Mesin Induksi ... 33

3.4.2. Static Synchronous Compensator (STATCOM) ... 35

3.4.3. Kapasitor Eksitasi ... 36

3.4.4. Beban ... 36

3.5. Rangkaian Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri ... 37

3.6. Rangkaian Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan STATCOM ... 37

3.7. Simulasi Sistem ... 37

BAB 4. ANALISIS HASIL SIMULASI 4.1. Data Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri ... 39

4.2. Analisis Hasil Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri ... 40

4.3. Data Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan STATCOM ... 42

4.4. Analisis Hasil Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan STATCOM ... 43

BAB 5. KESIMPULAN ... 45

DAFTAR PUSTAKA ... 46

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konstruksi mesin induksi ... 5

Gambar 2.2 Konstruksi stator mesin induksi ... 6

Gambar 2.3 Konstruksi rotor mesin induksi ... 7

Gambar 2.4 Grafik kurva karakteristik mesin induksi ... 9

Gambar 2.5 Prinsip kerja generator induksi ... 10

Gambar 2.6 Generator induksi masukan ganda ... 12

Gambar 2.7 Generator induksi berpenguatan sendiri ... 13

Gambar 2.8 Kurva magnetisasi mesin induksi ... 15

Gambar 2.9 Kurva tegangan vs arus pada kapasitor bank ... 16

Gambar 2.10 Kurva tegangan terminal generator induksi berpenguatan sendiri ... 16

Gambar 2.11 Proses pembangkitan tegangan ... 17

Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen generator induksi berpenguatan sendiri ... 19

Gambar 2.13 Hubungan bintang dan delta kapasitor eksitasi ... 22

Gambar 2.14 Struktur dasar sistem STATCOM ... 26

Gambar 2.15 Karakteristik V-I STATCOM ... 27

Gambar 2.16 Diagram garis STATCOM dan diagram blok sistem kontrolnya . 28 Gambar 3.1 Model mesin induksi: (a) rotor belitan (b) rotor sangkar ... 33

Gambar 3.2 Kotak dialog parameter mesin induksi ... 34

Gambar 3.3 Model static synchronous compensator (STATCOM) ... 35

Gambar 3.4 Kotak dialog parameter STATCOM: (a) Power data (b) Control parameter ... 35

Gambar 3.5 Model kapasitor eksitasi ... 36

Gambar 3.6 Model beban resistif ... 36

Gambar 3.7 Rangkaian simulasi generator induksi berpenguatan sendiri ... 37

Gambar 3.8 Rangkaian simulasi generator induksi berpenguatan sendiri menggunakan pengatur tegangan STATCOM ... 37

Gambar 4.1 Grafik tegangan keluaran V (pu) dan torsi masukan T (Nm) ... 39

Gambar 4.2 Grafik kecepatan putar generator n (rpm), Daya keluaran P(kW) dan Daya Reaktif (kVar) ... 39

Gambar 4.4 Grafik kecepatan putar generator n (rpm) dan Daya

keluaran P(kW) ... 42 Gambar 4.5 Grafik tegangan terminal STATCOM Vm (pu) dan

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan ridho-Nya tugas akhir ini dapat disusun dan diselesaikan, serta shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW.

Tugas akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah:

”ANALISIS DAN SIMULASI PENGATURAN TEGANGAN GENERATOR

INDUKSI BERPENGUATAN SENDIRI MENGGUNAKAN STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR (STATCOM)”

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Suhemto) dan Ibunda (Rosnina, S.Pd) serta adikku tersayang (Dini Saputri), yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam penyelesaian studi hingga menyelesaikan tugas akhir ini.

Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini, penulis juga banyak mendapat dukungan, bimbingan, maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Raja Harahap, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T. dan Bapak Ir. Syamsul Amien, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Ir. M. Zulfin, M.T., selaku Dosen Wali penulis yang senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU serta Bapak Rachmad Fauzi S.T., M.T. selaku sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU yang banyak memberi motivasi selama penulis menjalani kuliah.

5. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik penulis menuju jenjang Sarjana.

6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi.

7. Riki dan Andi teman dalam mengarungi kerasnya kehidupan. Angel, Dani, Martin, dan Milan teman seperjuangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Dan teman-teman stambuk 2010 yg lainnya.

8. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah memberi dukungan dan bantuan.

9. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna karena masih banyak terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri.

Medan, Oktober 2015 Penulis

Suhendri NIM. 100402091

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ... 1

1.2. Perumusan Masalah ... 1

1.3. Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 2

1.4. Batasan Masalah ... 2

1.5. Metode Penulisan ... 3

1.6. Sistematika Penulisan ... 3

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Mesin Induksi ... 5

2.1.1. Konstruksi Mesin Induksi ... 5

2.1.2. Karakteristik Mesin Induksi ... 9

2.2. Generator Induksi ... 10

2.3. Jenis-jenis Generator Induksi ... 11

2.4. Kelebihan dan Kekurangan Generator Induksi ... 13

2.5. Generator Induksi Berpenguatan Sendiri ... 14

2.5.1. Prinsip Kerja ... 15

2.5.2. Rangkaian Ekivalen ... 18

2.6. Kapasitor Eksitasi ... 20

2.6.1. Penggunaan Kapasitor Eksitasi ... 20

2.6.2. Kapasitansi Minimum ... 20

2.7. Metode Pengaturan Tegangan ... 23

2.8. Static Synchronous Compensator (STATCOM) ... 25

2.8.1. Prinsip Kerja ... 26

2.8.2. Karakteristrik V-I ... 27

2.8.3. Voltage Source Converter (VSC) ... 27

BAB 3. PEMODELAN DAN SIMULASI SISTEM

3.1. Parameter Mesin Induksi ... 31

3.2. Parameter STATCOM ... 31

3.3. Penentuan Nilai Kapasitansi Minimum Kapasitor Eksitasi ... 32

3.4. Model Komponen Simulasi Pada MATLAB ... 32

3.4.1. Mesin Induksi ... 33

3.4.2. Static Synchronous Compensator (STATCOM) ... 35

3.4.3. Kapasitor Eksitasi ... 36

3.4.4. Beban ... 36

3.5. Rangkaian Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri ... 37

3.6. Rangkaian Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan STATCOM ... 37

3.7. Simulasi Sistem ... 37

BAB 4. ANALISIS HASIL SIMULASI 4.1. Data Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri ... 39

4.2. Analisis Hasil Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri ... 40

4.3. Data Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan STATCOM ... 42

4.4. Analisis Hasil Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan STATCOM ... 43

BAB 5. KESIMPULAN ... 45

DAFTAR PUSTAKA ... 46

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konstruksi mesin induksi ... 5

Gambar 2.2 Konstruksi stator mesin induksi ... 6

Gambar 2.3 Konstruksi rotor mesin induksi ... 7

Gambar 2.4 Grafik kurva karakteristik mesin induksi ... 9

Gambar 2.5 Prinsip kerja generator induksi ... 10

Gambar 2.6 Generator induksi masukan ganda ... 12

Gambar 2.7 Generator induksi berpenguatan sendiri ... 13

Gambar 2.8 Kurva magnetisasi mesin induksi ... 15

Gambar 2.9 Kurva tegangan vs arus pada kapasitor bank ... 16

Gambar 2.10 Kurva tegangan terminal generator induksi berpenguatan sendiri ... 16

Gambar 2.11 Proses pembangkitan tegangan ... 17

Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen generator induksi berpenguatan sendiri ... 19

Gambar 2.13 Hubungan bintang dan delta kapasitor eksitasi ... 22

Gambar 2.14 Struktur dasar sistem STATCOM ... 26

Gambar 2.15 Karakteristik V-I STATCOM ... 27

Gambar 2.16 Diagram garis STATCOM dan diagram blok sistem kontrolnya . 28 Gambar 3.1 Model mesin induksi: (a) rotor belitan (b) rotor sangkar ... 33

Gambar 3.2 Kotak dialog parameter mesin induksi ... 34

Gambar 3.3 Model static synchronous compensator (STATCOM) ... 35

Gambar 3.4 Kotak dialog parameter STATCOM: (a) Power data (b) Control parameter ... 35

Gambar 3.5 Model kapasitor eksitasi ... 36

Gambar 3.6 Model beban resistif ... 36

Gambar 3.7 Rangkaian simulasi generator induksi berpenguatan sendiri ... 37

Gambar 3.8 Rangkaian simulasi generator induksi berpenguatan sendiri menggunakan pengatur tegangan STATCOM ... 37

Gambar 4.1 Grafik tegangan keluaran V (pu) dan torsi masukan T (Nm) ... 39

Gambar 4.2 Grafik kecepatan putar generator n (rpm), Daya keluaran P(kW) dan Daya Reaktif (kVar) ... 39

Gambar 4.4 Grafik kecepatan putar generator n (rpm) dan Daya

keluaran P(kW) ... 42 Gambar 4.5 Grafik tegangan terminal STATCOM Vm (pu) dan