Analisis Pengaruh Pengaturan Arus Eksitasi Motor Sinkron Tiga Fasa Terhadap Perbaikan Faktor Daya Pada Sistem

Analisis Pengaruh Pengaturan Arus Eksitasi Motor Sinkron Tiga Fasa
Terhadap Perbaikan Faktor Daya Pada Sistem
(Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh
Ilham Bagus Setiawan
NIM : 120402022

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

Universitas Sumatera Utara

2

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Salah satu keuntungan dari penggunaan motor sinkron adalah untuk memperbaiki
faktor daya sistem. Ketika arus eksitasi pada motor sinkron diatur sedemikian rupa sehingga
melebihi arus nominalnya (over excitation), maka motor akan bekerja pada faktor daya
leading dan berperan juga sebagai kapasitor dengan menyuplai daya reaktif untuk sistem.
Tugas akhir ini berisi tentang bagaimana sebuah motor sinkron dapat berperan sebagai
kondensor sinkron dan memperbaiki faktor daya sistem, dan juga seberapa besar pengaruh
sebuah motor sinkron terhadap perubahan faktor daya dari beberapa sistem dengan nilai
beban yang berbeda-beda.
Dari hasil penelitian didapatkan bahwa sebuah motor sinkron baru akan menyuplai
daya reaktif untuk sistem pada saat motor bekerja pada faktor daya leading (over excitation),
motor belum menyuplai daya reaktif saat masih bekerja pada faktor daya lagging walaupun
faktor daya motor sudah lebih tinggi daripada faktor daya sistem. Pada saat motor sinkron
diberikan arus eksitasi sebesar 4 Ampere, maka didapat perubahan faktor daya sistem dari
sebelumnya 0,5 lagging menjadi 0,960 lagging pada beban sistem 3000VA; 0,696 lagging
pada beban sistem 6000VA; dan 0,640 lagging pada beban sistem 9000VA.
Kata Kunci : Motor Sinkron 3 Fasa, Faktor Daya, Arus Eksitasi


i
Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirabbil alamin senantiasa penulis ucapkan kehadirat Allah
SWT yang telah memberikan rahmat, kesehatan, kesempatan dan kemudahan
kepada penulis untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Juga shalawat beserta
salam kepada Rasulullah Muhammad SAW yang selalu menjadi panutan umat
manusia di seluruh dunia.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada Ibunda dan Ayahanda
tercinta dan Kakak tersayang yang senantiasa mencurahkan kasih sayang dan doa
yang tiada terhitung kepada penulis serta selalu membantu dan memberikan
semangat kepada penulis untuk segera menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun
judul Tugas Akhir ini adalah:
Analisis Pengaruh Pengaturan Arus Eksitasi Motor Sinkron Tiga Fasa
Terhadap Perbaikan Faktor Daya Pada Sistem

Selama masa kuliah sampai penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis juga
banyak mendapat dukungan, bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu
penulis ingin meyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1.

Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S., selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir serta
Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik yang telah banyak meluangkan
waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan, bimbingan, dan
pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas
Akhir ini.

2.

Bapak Ir. Eddy Warman, M.T. dan Bapak Ir. Raja Harahap M.T., selaku dosen
Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan
Tugas Akhir ini dan telah banyak motivasi selama masa perkuliahan.

ii
Universitas Sumatera Utara


3.

Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro
FT-USU, dan Bapak Rahmad Fauzi, S.T, M.T selaku Sekretaris Departemen
Teknik Elektro FT-USU.

4.

Ibu Ir. Windalina Syafiar, selaku dosen pembimbing akademik yang telah
banyak memberi arahan serta masukan selama masa studi.

5.

Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

6.

Sahabat Terhebat seluruh Penghuni dan Tamu kos Sei Bulan Gg. Siput yang
telah banyak memberikan kritik, saran, dukungan, dan inspirasi selama penulis
menjalani masa perkuliahan.


7.

Laboran dan Rekan Laboratorium Konversi Energi Listrik Om Roy, Wira,
Gading, Sahrul, bang Zein, bang Aspar, bang Jaka, Alvi, dan Akbar yang selalu
membantu dan tidak bosan-bosannya membagikan pengalaman selama masa
perkuliahan.

8.

Seluruh Asisten Laboratorium Transmisi dan Distribusi juga Laboratorium
Pengukuran Listrik yang telah memberi dukungan pemikiran dan juga
peralatan demi kelancaran proses penelitian tugas akhir ini.

9.

Seluruh pihak yang juga berperan dan tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu
yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung
selama menjalani masa perkuliahan.
Penulis menyadari bahwa dalam penulis Tugas Akhir ini masih belum


sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun
susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan
dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata,
penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua
dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri.
Medan, 01 Februari 2017
Penulis

Ilham Bagus Setiawan
NIM. 120402022
iii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

ABSTRAK ............................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii
DAFTAR ISI.......................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii

DAFTAR TABEL.................................................................................................. ix
BAB 1 I

PENDAHULUAN................................................................... 1
Latar Belakangan........................................................................... 1
Rumusan Masalah ......................................................................... 2
Tujuan Penelitian........................................................................... 2
Batasan Masalah............................................................................ 2
Manfaat Penulisan ......................................................................... 3

BAB 2 II

DASAR TEORI....................................................................... 4
Motor Sinkron Tiga Fasa............................................................... 4
Konstruksi Motor Sinkron Tiga Fasa ............................................ 5
2.2.1 Stator.......................................................................................... 5
2.2.2 Rotor .......................................................................................... 6
Prinsip Kerja Motor Sinkron Tiga Fasa ........................................ 7
Rangkaian Ekivalen Motor Sinkron ............................................ 12
Metode Starting Motor Sinkron .................................................. 16


iv
Universitas Sumatera Utara

2.5.1 Starting Dengan Penggerak Mula ............................................ 17
2.5.2 Starting Dengan Mereduksi Frekuensi .................................... 17
2.5.3 Starting Dengan Kumparan Peredam ...................................... 18
Pengaruh Perubahan Arus Eksitasi Motor Sinkron ..................... 19
2.6.1 Karakteristik Kurva V Motor Sinkron ..................................... 20
2.6.2 Karakteristik Kurva V Invers Motor Sinkron .......................... 21
BAB 3III

METODE PENELITIAN ...................................................... 22
Tempat dan Waktu ...................................................................... 22
Peralatan yang Digunakan........................................................... 22
Variabel yang Diamati................................................................. 23
Prosedur Penelitian...................................................................... 23
3.4.1 Percobaan Pengujian Beban Nol Mesin Sinkron (Dioperasikan
Sebagai Generator) ................................................................. 24
3.4.2 Percobaan Pengujian Hubung Singkat Mesin Sinkron ............ 25

3.4.3 Percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar Mesin Sinkron........ 26
3.4.4 Percobaan Pengujian Motor Sinkron Pada Sistem .................. 28
Pelaksanaan Penelitian ................................................................ 30
3.5.1 Proses Pengumpulan Data ....................................................... 30
3.5.2 Melakukan Analisis Data......................................................... 31

BAB 4IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN..................... 32
Data Percobaan............................................................................ 32

v
Universitas Sumatera Utara

4.1.1 Percobaan Pengujian Beban Nol Mesin Sinkron..................... 32
4.1.2 Percobaan Pengujian Hubung Singkat Mesin Sinkron ............ 33
4.1.3 Percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar Mesin Sinkron........ 34
4.1.4 Percobaan Pengaruh Arus Eksitasi Terhadap Cos Phi dan Arus
Jangkar Motor Beban Nol ...................................................... 35
4.1.5 Percobaan Pengujian Motor Sinkron Pada Sistem .................. 36

Analisa Data ................................................................................ 39
Grafik........................................................................................... 46
BAB 5V

KESIMPULAN DAN SARAN ............................................. 53
Kesimpulan.................................................................................. 53
Saran ............................................................................................ 54

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 55

vi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konstruksi Motor Sinkron................................................................... 5
Gambar 2.2 Kumparan a-a, b-b, c-c........................................................................ 8
Gambar 2.3 Distribusi ia, ib, ic sebagai fungsi waktu .............................................. 8
Gambar 2.4 Arah Fluks Secara Vektoris................................................................. 9
Gambar 2.5 Diagram medan magnet motor sinkron............................................. 10
Gambar 2.6 Kedudukan kutub rotor terhadap kutub khayal pada saat ................. 12

Gambar 2.7 Rangkaian ekuivalen motor sinkron 3 fasa ....................................... 13
Gambar 2.8 Rangkaian ekuivalen motor sinkron per fasanya .............................. 13
Gambar 2.9 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Satu (Unity) ... 14
Gambar 2.10 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Leading........ 15
Gambar 2.11 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Lagging........ 15
Gambar 2.12 Diagram Fasor Yang Disederhanakan Dengan RA Diabaikan ........ 16
Gambar 2.13 Diagram vektor motor sinkron dengan beban tetap arus penguat
diubah-ubah ................................................................................... 20
Gambar 2.14 Kurva V Motor Sinkron .................................................................. 21
Gambar 2.15 Kurva V Invers Motor Sinkron ....................................................... 21
Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan Pengujian Beban Nol Mesin Sinkron ............ 24
Gambar 3.2 Rangkaian Percobaan Pengujian Hubung Singkat Mesin Sinkron ... 26
Gambar 3.3 Rangkaian Percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar Mesin Sinkron 27
Gambar 3.4 Rangkaian Percobaan Pengujian Motor Sinkron Pada Sistem.......... 28
Gambar 3.5 Diagram Alur Proses Pengambilan data............................................ 30
Gambar 4.1 Grafik Arus Eksitasi vs Tegangan pada percobaan pengujian
beban nol ....................................................................................... 46

vii
Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.2 Grafik Arus Eksitasi vs Arus Hubung Singkat pada percobaan
pengujian hubung singkat.............................................................. 47
Gambar 4.3 Grafik Arus Eksitasi vs Cos Phi Motor Beban Nol........................... 48
Gambar 4.4 Grafik Arus Eksitasi vs Arus Jangkar Motor Beban Nol .................. 49
Gambar 4.5 Grafik Arus Eksitasi vs Arus Beban Total pada pengujian motor
sinkron pada sistem.......................................................................... 50
Gambar 4.6 Grafik Arus Eksitasi vs Arus Beban pada pengujian motor sinkron pada
sistem ............................................................................................... 51
Gambar 4.7 Grafik Arus Eksitasi vs Cos Phi (Grafik V Invers) pada pengujian
motor sinkron pada system .............................................................. 52

viii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi Motor Sinkron .................................................................... 22
Tabel 4.1 Data Hasil Percobaan Pengujian Beban Nol Mesin Sinkron ................ 32
Tabel 4.2 Data Hasil Percobaan Pengujian Hubung Singkat Mesin Sinkron ....... 33
Tabel 4.3 Data Hasil Percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar Mesin Sinkron ... 35
Tabel 4.4 Data Hasil Percobaan Pengaruh Arus Eksitasi Terhadap Cos Phi dan Arus
Jangkar Motor Beban Nol .................................................................... 35
Tabel 4.5 Tabel Data Hasil Percobaan Pengujian Motor Sinkron Pada Sistem
Berbeban 3000VA ................................................................................ 36
Tabel 4.6 Tabel Data Hasil Percobaan Pengujian Motor Sinkron Pada Sistem
Berbeban 6000VA ................................................................................ 37
Tabel 4.7 Tabel Data Hasil Percobaan Pengujian Motor Sinkron Pada Sistem
Berbeban 9000VA ................................................................................ 38
Tabel 4.8 Data Hasil Perhitungan Reaktansi Sinkron........................................... 40
Tabel 4.9 Data Hasil Perhitungan Daya Aktif dan Daya Reaktif Sistem Berbeban
3000VA ................................................................................................ 42
Tabel 4.10 Data Hasil Perhitungan Daya Aktif dan Daya Reaktif Sistem Berbeban
6000VA ................................................................................................ 43
Tabel 4.11 Data Hasil Perhitungan Daya Aktif dan Daya Reaktif Sistem Berbeban
9000VA ................................................................................................ 44

ix
Universitas Sumatera Utara