Pengaruh Eksitasi Satu Phasa Terbuka Terhadap Tegangan Yang Dihasilkan Generator Induksi
TUGAS AKHIR
PENGARUH EKSITASI SATU PHASA TERBUKA TERHADAP
TEGANGAN YANG DIHASILKAN GENERATOR INDUKSI
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik
OLEH :
NUR SYAH PUTRA HASIBUAN
NIM : 110402014
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penggunaan Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) telah banyak
diterapkan secara luas pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
(PLTMh). Namun generator
induksi
tidak
dapat
membangkitkan
tegangan jika tidak mendapatkan suplai daya reaktif untuk eksitasinya.
Eksitasi dibutuhkan untuk menghasilkan
kumparan
rotor
yang
nantinya
medan
magnet
pada
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. Tulisan ini menganalisa pengaruh
eksitasi satu phasa terbuka terhadap tegangan yang dihasilkan generator
induksi. Dari hasil percobaan yang dilakukan, diperoleh hasil yang
menunjukkan bahwa dengan keadaan eksitasi satu phasa terbuka tegangan
keluaran lebih kecil. Dimana pada kecepatan putaran yang sama (200)
rpm, perbedaan tegangan keluarannya sekitar 7 % untuk kapasitor eksitasi
20 mF dan 10 % untuk kapasitor eksitasi 40 mF.
Kata kunci : generator induksi, eksitasi dan tegangan
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah S.W.T, karena
atas berkat rahmat dan ridho-Nya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Tidak lupa
juga shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar
Muhammad S.A.W.
Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu
(S-1) di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul
Tugas Akhir ini adalah :
“PENGARUH EKSITASI SATU PHASA TERBUKA TERHADAP TEGANGAN
YANG DIHASILKAN GENERATOR INDUKSI ”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
Ayahanda (Ramli Hasibuan), Ibunda (Almh. Erpina Linda Harahap) serta saudara
saya (Indra Irama Hasibuan dan Johan Sahara Hasibuan) yang selalu memberikan
semangat dan mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini, penulis juga
banyak mendapatkan dukungan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu
penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada :
1. Bapak Ir. Syamsul Amin, M.S selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir
yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu
ii
Universitas Sumatera Utara
memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama
perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen Penguji Tugas Akhir
serta selaku ketua Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah
banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah
banyak motivasi selama masa perkuliahan.
3. Bapak Ir. Eddy Warman M.T selaku Dosen Penguji Tugas Akhir dan telah
banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini serta
senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.
4. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan
pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada
penulis.
5. Om Isroy Tanjung, ST (Om roy) selaku pegawai Lab. Koversi Energi
Listrik FT-USU yang banyak membantu penulis selama proses
pengambilan data maupun dalam keseharian di kampus.
6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah
membantu penulis dalam pengurusan administrasi saat perkuliahan serta
selama penyusunan tugas akhir.
7. Rekan- rekan satu angkatan 2011 Teknik Elektro Endrawan, Zein, Angga,
Yoga, Fikri, Rais, Hasan, Ikhyar, Aspar, Rido, Fandi, Faisal, Syahlan,
Dhani, Ferdi dll yang tidak bisa namanya disebutkan satu persatu yang
selalu saling memberi semangat, bantuan, cerita, selama perkuliahan.
8. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu.
iii
Universitas Sumatera Utara
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.
Medan, Juni 2016
Penulis
Nur Syah Putra Hasibuan
NIM. 110402014
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ....................................................................................................
i
KATA PENGANTAR ....................................................................................
iv
DAFTAR ISI ...................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
viii
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
x
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ........................................................................................
1
1.2. Rumusan Masalah...................................................................................
2
1.3. Tujuan Penelitian ....................................................................................
2
1.4. Batasan Masalah .....................................................................................
2
1.5. Manfaat Penelitian ..................................................................................
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Umum ....................................................................................................
4
2.2. Konstruksi Generator Induksi .................................................................
4
2.3. Karakteristik Mesin Induksi ...................................................................
8
2.4. Prinsip Kerja Generator Induksi ............................................................
9
2.5. Rangkaian Ekivalen Generator Induksi ..................................................
14
2.6
Kapasitor Eksitasi. ..................................................................................
16
2.6.1
Penggunaan Kapasitor Eksitasi ..................................................
16
2.6.2
Kapasitansi Minimum ................................................................
17
Pembebanan ............................................................................................
20
2.7
v
Universitas Sumatera Utara
2.7.1 Jenis-Jenis Beban ........................................................................
20
2.7.2 Pengaruh Beban Pada Generator Induksi ...................................
21
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu .................................................................................
24
3.2. Bahan dan Peralatan ..............................................................................
24
3.3. Pelaksanaan Penelitian ...........................................................................
25
3.4
Variabel yang Diamati ...........................................................................
25
3.5
Prosedur Penelitian ................................................................................
25
BAB IV
PENGUJIAN DAN HASIL PENGUKURAN
4.1. Umum ..................................................................................................
26
4.2. Penentuan nilai kapasitor ........................................................................
26
4.3
Percobaan Beban Nol Generator Induksi Penguatan sendiri ..................
28
4.4
Analisis Hasil Pengujian .........................................................................
37
4.4.1
Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi
Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF Terhadap Tegangan Percobaan
Beban Nol Gnerator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF dan
Eksitasi Satu Phasa Terbuka……………………………….. .
4.4.2
37
Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi
Dengan Kapasitor Eksitasi 40mF Terhadap Tegangan Percobaan
Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 40mF
dan Eksitasi Satu Phasa Terbuka……………………………
40
vi
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan .............................................................................................
43
5.2
Saran
44
................................................................................................
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Aplikasi Generator Induksi Pada Pembangkit Listrik
Lampiran 2 Jadwal Penelitian
Lampiran 3 Surat Pengesahan Pengambilan Data
Lampiran 4 Data Percobaan
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Konstruksi Generator Induksi .....................................................
5
Gambar 2. 2 Konstruksi Stator Generator induksi ...........................................
5
Gambar 2. 3 Konstruksi Rotor Generator Induksi ...........................................
7
Gambar 2. 4 Grafik Kurva Karakteristik Mesin Induksi .................................
8
Gambar 2. 5 Prinsip Kerja Generator Induksi ..................................................
10
Gambar 2. 6 Kurva Magnetisasi Mesin Induksi...............................................
11
Gambar 2. 7 Kurva Tegangan vs Arus Pada Kapasitor Bank ..........................
11
Gambar 2. 8 Kurva Tegangan Terminal Generator Induksi ............................
12
Gambar 2. 9 Proses Pembangkitan Tegangan ..................................................
13
Gambar 2. 10 Rangkaian ekivalen generator induksi ......................................
15
Gambar 2. 11 Hubungan bintang dan delta kapasitor eksitasi .........................
18
Gambar 2. 12 Vektor pada beban cos φ = 1 ......................................................
22
Gambar 2. 13 Vektor pada beban cos φ = Lagging .............................................
23
Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian ................................................................
25
Gambar 4. 1 Rangakaian percobaan beban nol generator induksi ...................
28
viii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4. 2 Rangkain percobaan beban nol generator induksi penguatan sendiri
dengan eksitasi satu phasa terbuka ..............................................
29
Gambar 4. 3 Kurva kecepatan putaran vs v out ...............................................
33
Gambar 4. 4 Kurva kecepatan putaran vs v out satu phasa eksitasi terbuka ....
34
Gambar 4. 5 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs v out ...............
34
Gambar 4. 6 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs vout eksitasi satu
phasa terbuka...............................................................................
35
Gambar 4. 7 Kurva kecepatan putaran vs Vout ...............................................
35
Gambar 4. 8 Kurva kecepatan putaran vs Vout satu phasa eksitasi terbuka ....
36
Gambar 4. 9 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs v out ..............
36
Gambar 4. 10 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs vout eksitasi satu
phasa terbuka .............................................................................
37
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 1 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 20 mF ..............
30
Table 4. 2 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 20 mF satu phasa
terbuka .............................................................................................
31
Table 4. 3 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 40 mF ..............
31
Table 4. 4 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 40 mF satu phasa
terbuka .............................................................................................
32
x
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH EKSITASI SATU PHASA TERBUKA TERHADAP
TEGANGAN YANG DIHASILKAN GENERATOR INDUKSI
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik
OLEH :
NUR SYAH PUTRA HASIBUAN
NIM : 110402014
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penggunaan Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) telah banyak
diterapkan secara luas pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
(PLTMh). Namun generator
induksi
tidak
dapat
membangkitkan
tegangan jika tidak mendapatkan suplai daya reaktif untuk eksitasinya.
Eksitasi dibutuhkan untuk menghasilkan
kumparan
rotor
yang
nantinya
medan
magnet
pada
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. Tulisan ini menganalisa pengaruh
eksitasi satu phasa terbuka terhadap tegangan yang dihasilkan generator
induksi. Dari hasil percobaan yang dilakukan, diperoleh hasil yang
menunjukkan bahwa dengan keadaan eksitasi satu phasa terbuka tegangan
keluaran lebih kecil. Dimana pada kecepatan putaran yang sama (200)
rpm, perbedaan tegangan keluarannya sekitar 7 % untuk kapasitor eksitasi
20 mF dan 10 % untuk kapasitor eksitasi 40 mF.
Kata kunci : generator induksi, eksitasi dan tegangan
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah S.W.T, karena
atas berkat rahmat dan ridho-Nya Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. Tidak lupa
juga shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar
Muhammad S.A.W.
Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu
(S-1) di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul
Tugas Akhir ini adalah :
“PENGARUH EKSITASI SATU PHASA TERBUKA TERHADAP TEGANGAN
YANG DIHASILKAN GENERATOR INDUKSI ”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
Ayahanda (Ramli Hasibuan), Ibunda (Almh. Erpina Linda Harahap) serta saudara
saya (Indra Irama Hasibuan dan Johan Sahara Hasibuan) yang selalu memberikan
semangat dan mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini, penulis juga
banyak mendapatkan dukungan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu
penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada :
1. Bapak Ir. Syamsul Amin, M.S selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir
yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu
ii
Universitas Sumatera Utara
memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama
perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen Penguji Tugas Akhir
serta selaku ketua Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah
banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah
banyak motivasi selama masa perkuliahan.
3. Bapak Ir. Eddy Warman M.T selaku Dosen Penguji Tugas Akhir dan telah
banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini serta
senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.
4. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan
pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada
penulis.
5. Om Isroy Tanjung, ST (Om roy) selaku pegawai Lab. Koversi Energi
Listrik FT-USU yang banyak membantu penulis selama proses
pengambilan data maupun dalam keseharian di kampus.
6. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah
membantu penulis dalam pengurusan administrasi saat perkuliahan serta
selama penyusunan tugas akhir.
7. Rekan- rekan satu angkatan 2011 Teknik Elektro Endrawan, Zein, Angga,
Yoga, Fikri, Rais, Hasan, Ikhyar, Aspar, Rido, Fandi, Faisal, Syahlan,
Dhani, Ferdi dll yang tidak bisa namanya disebutkan satu persatu yang
selalu saling memberi semangat, bantuan, cerita, selama perkuliahan.
8. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu.
iii
Universitas Sumatera Utara
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.
Medan, Juni 2016
Penulis
Nur Syah Putra Hasibuan
NIM. 110402014
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ....................................................................................................
i
KATA PENGANTAR ....................................................................................
iv
DAFTAR ISI ...................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
viii
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
x
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ........................................................................................
1
1.2. Rumusan Masalah...................................................................................
2
1.3. Tujuan Penelitian ....................................................................................
2
1.4. Batasan Masalah .....................................................................................
2
1.5. Manfaat Penelitian ..................................................................................
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Umum ....................................................................................................
4
2.2. Konstruksi Generator Induksi .................................................................
4
2.3. Karakteristik Mesin Induksi ...................................................................
8
2.4. Prinsip Kerja Generator Induksi ............................................................
9
2.5. Rangkaian Ekivalen Generator Induksi ..................................................
14
2.6
Kapasitor Eksitasi. ..................................................................................
16
2.6.1
Penggunaan Kapasitor Eksitasi ..................................................
16
2.6.2
Kapasitansi Minimum ................................................................
17
Pembebanan ............................................................................................
20
2.7
v
Universitas Sumatera Utara
2.7.1 Jenis-Jenis Beban ........................................................................
20
2.7.2 Pengaruh Beban Pada Generator Induksi ...................................
21
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu .................................................................................
24
3.2. Bahan dan Peralatan ..............................................................................
24
3.3. Pelaksanaan Penelitian ...........................................................................
25
3.4
Variabel yang Diamati ...........................................................................
25
3.5
Prosedur Penelitian ................................................................................
25
BAB IV
PENGUJIAN DAN HASIL PENGUKURAN
4.1. Umum ..................................................................................................
26
4.2. Penentuan nilai kapasitor ........................................................................
26
4.3
Percobaan Beban Nol Generator Induksi Penguatan sendiri ..................
28
4.4
Analisis Hasil Pengujian .........................................................................
37
4.4.1
Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi
Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF Terhadap Tegangan Percobaan
Beban Nol Gnerator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 20mF dan
Eksitasi Satu Phasa Terbuka……………………………….. .
4.4.2
37
Perbandingan Tegangan Percobaan Beban Nol Generator Induksi
Dengan Kapasitor Eksitasi 40mF Terhadap Tegangan Percobaan
Beban Nol Generator Induksi Dengan Kapasitor Eksitasi 40mF
dan Eksitasi Satu Phasa Terbuka……………………………
40
vi
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan .............................................................................................
43
5.2
Saran
44
................................................................................................
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Aplikasi Generator Induksi Pada Pembangkit Listrik
Lampiran 2 Jadwal Penelitian
Lampiran 3 Surat Pengesahan Pengambilan Data
Lampiran 4 Data Percobaan
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Konstruksi Generator Induksi .....................................................
5
Gambar 2. 2 Konstruksi Stator Generator induksi ...........................................
5
Gambar 2. 3 Konstruksi Rotor Generator Induksi ...........................................
7
Gambar 2. 4 Grafik Kurva Karakteristik Mesin Induksi .................................
8
Gambar 2. 5 Prinsip Kerja Generator Induksi ..................................................
10
Gambar 2. 6 Kurva Magnetisasi Mesin Induksi...............................................
11
Gambar 2. 7 Kurva Tegangan vs Arus Pada Kapasitor Bank ..........................
11
Gambar 2. 8 Kurva Tegangan Terminal Generator Induksi ............................
12
Gambar 2. 9 Proses Pembangkitan Tegangan ..................................................
13
Gambar 2. 10 Rangkaian ekivalen generator induksi ......................................
15
Gambar 2. 11 Hubungan bintang dan delta kapasitor eksitasi .........................
18
Gambar 2. 12 Vektor pada beban cos φ = 1 ......................................................
22
Gambar 2. 13 Vektor pada beban cos φ = Lagging .............................................
23
Gambar 3. 1 Diagram alir penelitian ................................................................
25
Gambar 4. 1 Rangakaian percobaan beban nol generator induksi ...................
28
viii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4. 2 Rangkain percobaan beban nol generator induksi penguatan sendiri
dengan eksitasi satu phasa terbuka ..............................................
29
Gambar 4. 3 Kurva kecepatan putaran vs v out ...............................................
33
Gambar 4. 4 Kurva kecepatan putaran vs v out satu phasa eksitasi terbuka ....
34
Gambar 4. 5 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs v out ...............
34
Gambar 4. 6 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs vout eksitasi satu
phasa terbuka...............................................................................
35
Gambar 4. 7 Kurva kecepatan putaran vs Vout ...............................................
35
Gambar 4. 8 Kurva kecepatan putaran vs Vout satu phasa eksitasi terbuka ....
36
Gambar 4. 9 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs v out ..............
36
Gambar 4. 10 Kurva tegangan per phasa kecepatan putaran vs vout eksitasi satu
phasa terbuka .............................................................................
37
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 1 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 20 mF ..............
30
Table 4. 2 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 20 mF satu phasa
terbuka .............................................................................................
31
Table 4. 3 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 40 mF ..............
31
Table 4. 4 Data hasil pengukuran tegangan dengan kapasitor 40 mF satu phasa
terbuka .............................................................................................
32
x
Universitas Sumatera Utara