Pengaruh Pembebanan Terhadap Tegangan Dan Frekuensi Pada Generator 3 Fasa

  

Pengaruh Pembebanan Terhadap Tegangan Dan Frekuensi

Pada Generator 3 Fasa

  1

  2 Ayu Latifah , Iyas Munawar

1 Magister Teknik Kendali dan Sistem Cerdas, Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut

  Teknologi Bandung

  

2 Fakultas Teknik Elektro dan Informatika, Sekolah Teknik Elektro dan Informatika,

  Institut Teknologi Bandung

  

Abstrak - Generator adalah alat yang mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik. Pada

penelitian ini, dilakukan pengukuran terhadap motor generator 3 fasa yang dimaksudkan untuk

mengetahui pengaruh pembebanan terhadap keluaran generator yang dibatasi hanya sebagai

simulasi saja, dimana komponen beban dengan nilai yang bervariatif dapat menimbulkan

ketidaksetimbangan terhadap nilai yang dihasilkan oleh generator. Adapun hasil pengukurannya

dianalisa dengan beberapa metode penelitian, diantaranya dengan menggunakan teknik analisis

data regresi linear sederhana dan analisis anava. Hasil dari penelitian yang dilakukan menunjukkan

bahwa pembebanan terhadap motor generator 3 fasa mempengaruhi tegangan dan frekuensi

keluarannya.

  Kata kunci: Motor, Generator, Beban, Tegangan, Frekuensi.

I. PENDAHULUAN

  Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari dan menganalisa pengaruh pembebanan terhadap tegangan dan frekuensi pada motor generator 3 fasa yang dibatasi hanya sebagai simulasi saja.

II. STUDI PUSTAKA

  2.1 Pengertian

  Generator adalah alat yang mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik. Konstruksi generator tiga fasa terdiri dari stator dan rotor. Stator adalah bagian generator yang diam, diantaranya badan generator, lilitan stator, sikat arang, terminal box. Rotor merupakan bagian generator yang bergerak, terdiri dari kutub rotor, slipring. Rotor memiliki dua kutub utara (N) north, dan kutub se-

  

latan (S) south. Aliran listrik dari pembangkit, pengukuran tegangan dan penyaluran daya ke beban

  3 fasa, dalam hubungan bintang (Y) dan segitiga ( Δ).

  2.2 Hubungan antara Tegangan dengan Beban

  ISSN : 2302-7320 Vol. 14 No. 1 2017

  Tegangan adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan dinya- takan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik.

  Tahanan / beban adalah komponen elektronik dua saluran yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi penurunan tegangan diantara kedua salurannya sesuai dengan arus yang mengalirinya, berdasarkan hukum Ohm:

  Keterangan: R = Resistansi / Beban (Ohm) V = Tegangan (Volt) P = Daya (Watt)

  2.3 Hubungan antara Frekuensi dengan Beban

  Frekuensi adalah jumlah getaran yang terjadi dalam waktu satu detik atau banyaknya gelom- bang/getaran listrik yang dihasilkan tiap detik. Jika kecepatan perputaran sudut dinyatakan deng an ω, maka frekuensinya sama dengan kecepatan sudut dibagi dengan besarnya sudut satu putaran penuh

  (2π) atau dapat ditulis :

  2.4 Hipotesis Penelitian

  a. Uji kolom untuk Tegangan Input

  H o : Tidak terdapat indikasi bahwa variasi tegangan input mempengaruhi nilai tegangan output pada motor generator 3 fasa. H A : Terdapat indikasi bahwa variasi tegangan input mempengaruhi nilai tegangan output pada motor generator 3 fasa.

  b. Uji baris untuk pengaruh Pembebanan terhadap Tegangan Output

  H o : Tidak terdapat indikasi bahwa pembebanan mempengaruhi nilai tegangan output pada motor generator 3 fasa. H Terdapat indikasi bahwa pembebanan mempengaruhi nilai tegangan output pada motor

  A : generator 3 fasa.

  c. Uji baris untuk pengaruh Pembebanan terhadap Frekuensi Output

  H o : Tidak terdapat indikasi bahwa pembebanan mempengaruhi nilai frekuensi output pada motor generator 3 fasa. H A : Terdapat indikasi bahwa pembebanan mempengaruhi nilai frekuensi output pada motor generator 3 fasa.

III. PERANCANGAN DAN TEKNIK ANALISIS DATA

  Perancangan adalah proses menuangkan ide dan gagasan berdasarkan teori-teori dasar yang mendukung ide atau Perancangan secara sistematis yang akan dihasilkan:

  Gambar 1. Diagram blok sistem eksperimen secara matematis Jurnal Kalibrasi Sekolah Tinggi Teknologi Garut

• 1

  Dalam penelitian ini, untuk bagian F (x) dilakukan sebagai simulasi saja. Adapun Teknik analisis data yang digunakan adalah regresi linear sederhana dan analisis variance. Dimana kedua teknik analisis data tersebut dapat dijelaskan secara sederhana sebagai berikut:

3.1 Perangkat Keras yang Digunakan

  Adapun perangkat keras yang digunakan dalam eksperimen pada penelitian ini, diantaranya:

  a. Power Supply;

  b. Oscilloscope ;

  c. AVO Meter;

  d. Motor DC;

  e. Motor BLDC; f.

  Resistor 3,3KΩ, 22KΩ, 330KΩ; g. Kabel-kabel.

  3.2 Rangkaian Pengukuran Alat Eksperimen untuk Motor Generator 3 Fasa

  Perancangan untuk mengukur hasil output dari alat eksperimen motor generator 3 fasa adalah sebagai berikut:

  Gambar 2. Rangkaian pengukuran alat eksperimen untuk motor Generator 3 Fasa

  3.3 Regresi Sederhana Linear

  Regresi Linear Sederhana adalah Metode Statistik yang berfungsi untuk menguji sejauh mana hubungan sebab akibat antara Variabel Faktor Penyebab (X) terhadap Variabel Akibatnya (Y). Model persamaan regresi linear sederhana adalah sebagai berikut: Y = a + bx

  Dimana: Y = Variabel response atau variabel akibat (Dependent) X = Variabel predictor atau variabel faktor penyebab (Independent) a = konstanta b = koefisien regresi (kemiringan); besaran response yang ditimbulkan oleh predictor.

  3.4 Analisis Variance (ANAVA)

  Teknik ini pada dasarnya adalah teknik matematika untuk memisahkan komponen-komponen variasi dalam suatu set hasil penelitian (Nazir, 2014). Adapun karateristik yang harus dianalisis adalah jumlah kuadrat (Sum of Square), Derajat Kebebasan, rata-rata kuadrat, dan perbandingan nilai F. Pengujian hipotesis dilakukan dengan membandingkan hasil perhitungan Fhitung dengan Ftabel dengan derajat kebebasan yaitu: dk pembilang = k – 1 dk penyebut = n – k dimana: k = banyaknya group n = jumlah seluruh sampel Kriteria pengujian hipotesis adalah sebagai berikut: Fhitung ≥ Ftabel maka H o ditolak dan H A diterima.

  ISSN : 2302-7320 Vol. 14 No. 1 2017

  Fhitung < Ftabel maka H o diterima H A ditolak.

IV. HASIL DAN ANALISIS DATA PENGUKURAN

  4.2 Hasil Pengukuran

  Hasil pengukuran tegangan output pada motor generator 3 fasa dengan tegangan input yang bervariasi. Adapun dari hasil pengukuran diperoleh data sebagai berikut.

Tabel 4.1 Hasil pengukuran pengaruh beban terhadap Tegangan Output

  P

  V Reff (V)

Tegangan Output (V rms )

Jumlah Baris

  

Pembebanan (R=Ω)

330K 22K 3,3K

  4.1 Hasil Implementasi Rangkaian Alat Eksperimen Gambar 3. Hasil Implementasi Rangkaian Alat Eksperimen

  11 11,00 4,13 2,18 2,44 2,46 11,21 12 12,00 4,58 2,50 2,67 2,72 12,47

  Jumlah Kolom 24,72 13,55 14,68 14,84 67,79

Tabel 4.2 Hasil pengukuran pengaruh beban terhadap Frekuensi Output

  P

  V Reff (V)

Frekuensi Output (Hz)

Jumlah Baris

  

Pembebanan (R=Ω)

330K

  22K 3,3K

  1 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2 2,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3 3,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4 4,00 14,60 16,00 15,65 15,65 61,90 5 5,00 21,40 23,13 22,22 22,27 89,02

  1 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2 2,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3 3,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4 4,00 0,89 0,52 0,53 0,55 2,49 5 5,00 1,37 0,80 0,83 0,85 3,85 6 6,00 1,84 1,01 1,11 1,11 5,07 7 7,00 2,29 1,14 1,38 1,39 6,20 8 8,00 2,75 1,57 1,65 1,65 7,62 9 9,00 3,22 1,91 1,89 1,91 8,93 10 10,00 3,65 1,92 2,18 2,20 9,95 Jurnal Kalibrasi Sekolah Tinggi Teknologi Garut

  6 6,00 27,80 30,03 29,07 28,25 115,15 7 7,00 34,13 35,00 36,04 35,21 140,38 8 8,00 40,73 43,20 42,40 41,93 168,26 9 9,00 47,62 49,63 48,90 48,31 194,46

  10 10,00 53,91 55,87 56,18 55,25 221,21 11 11,00 60,98 62,00 62,89 62,05 247,92 12 12,00 67,57 70,01 69,36 68,81 275,75

  Jumlah Kolom 368,74 384,87 382,71 377,73 1514,05

  Dapat dilihat pada tabel diatas digunakan 4 nilai tahanan (resistor) untuk pembebanan pada tegangan outputnya yaitu sebesar 0 Ω; 3,3 KΩ; 22 KΩ dan 330 KΩ.

  4.3 Hasil Perhitungan Daya Input

  Hasil perhitungan daya yang digunakan sebagai input pada motor generator 3 fasa diperoleh data sebagai berikut.

Tabel 4.3 Hasil perhitungan Daya Input

  

P V Reff (V) Arus (A) Daya Input (Watt)

  1 1,00 0,17 0,17 2 2,00 0,37 0,74 3 3,00 0,35 1,05 4 4,00 0,36 1,44 5 5,00 0,38 1,9 6 6,00 0,39 2,34 7 7,00 0,41 2,87 8 8,00 0,42 3,36 9 9,00 0,43 3,87 10 10,00 0,45 4,5

  11 11,00 0,46 5,06 12 12,00 0,48 5,76

  4.4 Pengolahan Data

  1. Regresi Sederhana

Tabel 4.4 Regresi sederhana pengaruh beban terhadap Tegangan Output

  X1 (Inde) Y (Dep) X1^2 Y^2 X1.Y Vreff(V) Vrms (V)

  1,00 0,00 1,00 0,00 2,00 0,00 4,00 0,00 3,00 0,00 9,00 0,00 4,00 0,55 16,00 0,14 1,52 5,00 0,85 25,00 0,37 3,05 6,00 1,11 36,00 0,71 5,04 7,00 1,39 49,00 1,10 7,35 8,00 1,65 64,00 1,74 10,56

  10,00 55,25 81,00 2510,01 450,90

  ∑ Y− 1 ∑

  2

  12

  = 10,50

  1

  =

  ∑ XY ∑

  2

  =

  38,47 143

  = 0,27 =

  =

  = 28,85 -

  14,84−0,27 78

  12

  = -0,52 Jadi, fungsi pembebanan terhadap tegangan output motor generator 3 fasa (F(x)) adalah: :

  

Y = -0,52 + 0,27X1

  Sedangkan F

  (x) adalah:

  X1 =

Tabel 4.5 Regresi sederhana pengaruh beban terhadap Frekuensi Output

  X1 (Inde) Y (Dep) X1^2 Y^2

  X1.Y Vreff(V) f (Hz)

  1,00 0,00 1,00 0,00 0,00 2,00 0,00 4,00 0,00 0,00 3,00 0,00 9,00 0,00 0,00 4,00 15,65 16,00 133,40 46,20 5,00 22,27 25,00 311,52 88,25 6,00 28,25 36,00 596,82 146,58 7,00 35,21 49,00 922,94 212,66 8,00 41,93 49,00 1355,71 257,74 9,00 48,31 64,00 1878,36 346,72

  (14,84)

  2

  ISSN : 2302-7320 Vol. 14 No. 1 2017

  2

  9,00 1,91 81,00 2,37 13,86 10,00 2,20 100,00 3,20 17,9

  11,00 2,46 121,00 4,08 22,22 12,00 2,72 144,00 5,02 26,88 78,00 11,79 650,00 18,74 108,38

  Gambar 4. Pengaruh pembebanan terhadap Tegangan Output

  ΣXY = ΣXY −

  ΣX ΣY

  = 134,93 -

  78,00 14,84

  12

  = 38,47 Σ

  2

  = ΣX

  −

  (ΣY)

  (ΣX)

  2

  = 650 -

  (78)

  2

  12

  = 143 Σ

  2

  = ΣY

  2

  −

• 1
• , ,
Jurnal Kalibrasi Sekolah Tinggi Teknologi Garut

  11,00 62,05 100,00 3180,96 564,00 12,00 68,81 121,00 3994,24 695,20 45,00 249,86 415,00 12919,28 2314,56

  Gambar 5. Pengaruh pembebanan terhadap frekuensi Output ΣX ΣY 45 276,35

  = 2554,65 - = 1518,34 ΣXY = ΣXY −

  12

  2

  2 (ΣX) (45)

  2

  2

  = 415 - = 246,25 Σ = ΣX −

  12

  2

  2 (ΣY) (276,35)

  2

  2

  = 15729,56 - = 9365,45 Σ = ΣY −

  12 ∑ XY 1518,34

  = = = 5,59

  1

  2 ∑ 246,25 ∑ Y− ∑

  1 276,35−5,59 45

  = = = 0,05

12 Jadi, fungsi pembebanan terhadap frekuensi output motor generator 3 fasa (F(x)) adalah:

  Y = 0,05 + 5,59X1

• 1

  Sedangkan F (x) adalah:

  − , X1 =

  , 2.

  Analisis Variance (ANAVA) untuk Tegangan Output Pengolahan data menggunakan metoda Analisis of Variance (Anova) dengan desain blok lengkap random. Langkah- langkah perhitungannya adalah sebagai berikut: a. Jumlah Kuadrat (Sum of Square)

  ℎ ( )

  2

  2

  = ∑ ∑ ∑( ) −

  =1 =1 =1

  2

  67,79

  2

  2

  2

  = 0,00 + 0,00 + ⋯ + 2,72 −

  48 = 65,96 ℎ ℎ ( )

  2

  2

  ∑

  =1

  = −

  ISSN : 2302-7320 Vol. 14 No. 1 2017

  2

  2

  2

  24,72 + ⋯ + 14,84 67,79 = − 12 48 = 6,79 ℎ ( )

  2

  2

  ∑

  =1

  = −

  2

  2

  2

  2

  0,00 + 0,00 + ⋯ + 2,72 67,79 = − 4 48 = 55,05 ℎ ( ) = − − = 65,96 − 6,79 − 55,05

  = 4,12

  b. Derajat Kebebasan (Degree of Freedom) − ( )

  = − 1 = 4 − 1 = 3 −

  = − 1 = 12 − 1 = 11 ( )

  = ∗ = 11 ∗ 3 = 33 = 47

  c. Rata-rata Kuadrat (Mean Square) − ( )

  6,79 = = 3 = 2,26 − ( )

  55,05 = = 11 = 5,00 − ( )

  4,12 = = 33 = 0,12 d. Perbandingan nilai F (F ratio)

  ℎ ( ) 2,26

  = = 0,12 = 18,13

  ( ) 5,00

  = = 0,12 = 40,06

Tabel 4.6 Tabel Hasil Perhitungan Manual ANOVA Df ss ms fp ft (1%) ft (5%)

  2,56

  v 11 55,05 5,00 40,06 3,44

  3.44

  r 3 6,79 2,26 18,13 5.72 e 33 4,12 0,12 t 47 65,96 Jurnal Kalibrasi Sekolah Tinggi Teknologi Garut

  Keterangan : df = degree of fredoom ss = sum of squares ms = mean of squares fp = f pengukuran ft = f tabel v = tegangan input r = tahanan e = error t = total

3. Analisis Variance (ANAVA) untuk Frekuensi Output

  Pengolahan data menggunakan metoda Analisis of Variance (Anova) dengan desain blok lengkap random. Langkah- langkah perhitungannya adalah sebagai berikut: a. Jumlah Kuadrat (Sum of Square)

  ℎ ( )

  2

  2

  = ∑ ∑ ∑( ) −

  =1 =1 =1

  = 26584,73 ℎ ℎ ( )

  2

  2

  ∑

  =1

  = − = 12,85 ℎ ( )

  2

  2

  ∑

  =1

  = − = 26563,91 ℎ ( ) = − − = 26584,73 − 12,85 − 26563,91

  = 7,97

  b. Derajat Kebebasan (Degree of Freedom) − ( )

  = − 1 = 4 − 1 = 3 −

  = − 1 = 12 − 1 = 11 ( )

  = ∗ = 11 ∗ 3 = 33 = 47

  c. Rata-rata Kuadrat (Mean Square) − ( ) = = 4,28

  ISSN : 2302-7320 Vol. 14 No. 1 2017

  r 3

  4

  2,4x10

  3

  10x10

  4

  3,44 2,56

  12,85 4,28 17,74 2,26 2,22

  − ( ) = = 2414,90 − ( ) = = 0,24

  e 33

  7,97 0,24

  t 47 2,7x10

  4

  Keterangan : df = degree of fredoom ss = sum of squares ms = mean of squares fp = f pengukuran ft = f tabel v = tegangan input r = tahanan e = error t = total

Tabel 4.7 Tabel Hasil Perhitungan Manual ANOVA

  d. Perbandingan nilai F (F ratio) ℎ ( ) = = 17,74 ( ) = = 10003,21

  Df ss ms fp ft (1%) ft (5%) v 11 2,7 10

4.5 Analisis Data

  Uji baris untuk Pembebanan Terhadap Tegangan Output (F hitung =18,13 )

  tabel 0,05 = 2.56) maka H o ditolak dan

  Dari hasil perhitungan diperoleh hasil perhitungan nilai F untuk tegangan output yakni Fta- hanan = 18,13; F

  Vreff

  = 40,06 dan untuk frekuensi output yakni Ftahanan = 17,74; F

  Vreff = 10003,21.

  Berdasarkan kriteria pengujian hipotesis diperoleh: a.

  Uji kolom untuk Tegangan Input (F hitung =40,06 )

  ≥ ( F

  tabel 0,01 = 3,44) dan ( F hitung =40,06 )

  ≥ ( F

  H

  ≥ ( F

  A

  diterima, artinya terdapat indikasi bahwa variasi tegangan input mempengaruhi nilai tegangan output pada motor generator 3 fasa..

  Uji baris untuk Pembebanan Terhadap Frekuensi Output

  c.

  diterima, artinya Terdapat indikasi bahwa pembebanan mempengaruhi nilai tegangan output pada motor generator 3 fasa.

  A

  H

  tabel 0,05 = 3,44) maka H o ditolak dan

  ≥ ( F

  b.

  tabel 0,01 = 5,72) dan ( F hitung =18,13 ) Jurnal Kalibrasi Sekolah Tinggi Teknologi Garut

  (F hitung =17,74) tabel 0,01 = 2,26) dan ( F hitung =17,74 ) tabel 0,05 = 3,22) maka H o ditolak dan ≥ ( F ≥ ( F

  H A diterima, artinya terdapat indikasi bahwa pembebanan mempengaruhi nilai frekuensi output pada motor generator 3 fasa.

4.6 Simulasi Penggerak Motor Generator 3 Fasa dengan LDR

  Simulasi ini dilakukan untuk melihat pengaruh dari besar kecilnya cahaya yang akan dideteksi oleh sensor LDR (Light Dependent Resistor) sehingga mempengaruhi kecepatan motor generator 3 fasa terhadap tegangan keluarannya.

  Gambar 6. Penggerak motor generator 3 fasa dengan LDR

  Adapun cara kerja rangkaian diatas dimana ketika salah satu pin 7 dan 8 digital arduino diberi logika 1 maka motor akan berputar ke arah kanan atau kiri. Pengaturan kecepatan motor dilakukan melalui bacaan dari besarnya tegangan dari sensor LDR dimana akan mempengaruhi kecepatan motor generator 3 fasa. Hasil tegangan keluaran dari motor generator 3 fasa diatas adalah tegangan AC, sehingga agar dapat dibaca oleh arduino digunakan rangkaian regulator untuk mengubah tegangan AC menjadi DC. Dimana hasilnya menunjukkan semakin cerah cahaya yang dideteksi oleh sensor maka tegangan keluaran motor generator semakin besar.

  Adapun flowchart dari rangkaian diatas adalah sebagai berikut:

  Gambar 6. Flowchart simulasi penggerak motor generator 3 fasa dengan LDR

  ISSN : 2302-7320 Vol. 14 No. 1 2017

V. KESIMPULAN Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut.

  1. Fungsi hubungan tegangan input motor dan tegangan output merupakan fungsi linier meningkat. Sehingga semakin besar input yang diberikan dimana putaran motor semakin cepat maka hasil tegangan output (Vrms) pada motor generator akan semakin naik.

  2. Terdapat perbedaan rata-rata pembebanan terhadap tegangan ouput motor generator 3 fasa untuk tegangan input yang bervariasi atau terdapat pengaruh dari pembebanan terhadap tegangan dan frekuensi pada motor generator 3 fasa.

  3. Perbedaan nilai tegangan input yang diberikan terhadap hasil tegangan output motor generator 3 fasa sangat signifikan.

  4. Hasil simulasi untuk pengaruh besar tegangan yang dihasilkan oleh sensor LDR memperlihatkan bahwa semakin cerah cahaya yang terdeteksi makan tegangan keluaran motor generator semakin besar.

VI. DAFTAR PUSTAKA

  Chapallaz, J.M. (1992): Manual on induction Motors Used as Generators, Deutches Zentrum fur Entwicklungstechnologien- GATEm Braunschweig, Germany. Nazir, M. (2014): Metode Penelitian. Bogor: Penerbit Ghalia Indonesia. Perdana, IK. (2004): Penggunaan Kapasitor Untuk Perbaikan Unjuk Kerja Motor Induksi Sebagai Generator, Tesis, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Zuhal. (1988): Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia, Jakarta.