o B`r-. A` O A ra) v

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
lde Dasar Kompensasi Tegangan
2.1.
Dari gambar 2.1a, terlihat penambahan arus beban menyebabkan terjadinya
pengurangan arus eksitasi dan drop tegangan pada tegangan keluaran sebesar
AVyaitu tegangan beban nol (V,) turun menjadi Vr. Dengan asumsi, bahwa bila
drop tegangan dapat dihilangkan, maka tegangan keluaran menjadi konstan, maka
disini kita dapat menghilangkan pengaruh drop tegangan AV ini dengan nenambah
tegangan kompensasi AVhyang besamya +AVseperti diperlihatkan pada gambar
2.1b. dibawah ini
o
B'r-.
ra)
A'
O
v
A
lm
(b)
B'
Gambar 2.1. Tegangan keluaran generator induksi [V] sebagai fungsi arus eksitasi
ilml
Dengan adanya penambahan tegangan AVh, maka tegangan keluaran akan
nrenjadi terbebas dari pengaruh drop tegangan AV, diharapkan tegangan keluaran
generator induksi terbebas dari drop tegangan dan penurunan arus eksitasi yang
besar. Kompensasi drop tegangan keluaran terjadi dikarenakan oleh arus yang
mengalir ke beban telah dikompensasi oleh arus yang berasal kapasitor, maka
tegangan keluaran juga menjadi bebas dari drop tegangan akibat penambahan
beban. Untuk menghasilkan sumber tegangan AVhdan arus eksitasi konstan dapat
digunakan kapasitor.
Cara yang dikemukakan pada penelitian ini adalah mengkompensasi drop
tegangan sebesar AV,akibat penambahan beban dengan menggunakan kapasitor
yang diserikan disisi beban.
2.2. Analisis Mesin Induksi Penguatan sendiri yang dilengkapi dengan
kompensasi Tegangan.
Untuk menentukan kinerja mesin induksi saat menghasilkan tegangan disisi
stator, maka dilakukan analisis konstruksi rangkaian seperti diperlihatkan pada
gambar 2.2. dibawah ini:
Kapasitor kompensasi
' y'-\
I
Generator
\*-9'
induksi
1
Rotor
eksitasi
Beban
Gambar 2.2. Rangkaian rnesin induksi hubungan kompensasidisisi beban
Kumparan
stator
Kapasitor
Untuk mempermudah penentuan perumusan mesin-mesin listrik yang
digunakan dalam analisis penelitian ini, maka bentuk fisik nesin listrik pada gambar
2:2 diatas dapat disederhanakan ke dalam bentuk rangkaian ekivalen perfasa
seperti ditunjukan pada gambar 2.3 dibawah ini
:
I
I
Vr-
jx2
BD
Gambar 2.3. Rangkaian ekivalen per fasa nesin induksi hubungan kompensasi
disisi beban.
Keterangan
s= ' -o-'
c)_
:Sllp
o.
<rr.
=
:
2n{
: kecepatan sudut
stator
r,sJ,
= 2Rf,
f,
stator
Rz
stator
Rr
X2
Xr : reaktansi bocor stator
X"
)q_ : reaktansi bocor beban
X*
seri
Xo, : reaktansi kapasitif
Er : tegangan induksi pada celah udara lr
Vr :tegangan beban
f,
: frekuensi
: tahanan
11
: kecepatan sudut rotor
: frekuensi rotor
: tahanan rotor
: reaktansi boepr rotor
: reaktansi kapasitif shunt
: reaktansi magnetisasi
: arus stator
: arus beban
Dari rangkaian gambar 2.2 dapat sederhanakan menjadi rangkaian ekivalen
seperti diperlihatkan pada gambar 2.3. Dari rangkaian ekivalen tersebut, dapat
diturunkan persarnaan reaktansi minimum
(XJ yang
dibutuhkan untuk
membangkitkan tegangan generator pada kondisi beban nol dan reaktansi minimum
(&.) yang digunakan untuk
rnengkompensasi drop tegangan pada saat dibebani.
Adapun metode analisis yang dilakukan dengan mengunakan metode administrasi
nodal seperti yang diajukan.
Berdasarkan admitansi nodal maka loop ABCD dari rangkaian ekivalen pada
gambar 2.3, dapat diperoleh persamaan tegangan sebagai berikut
1.,. (Z^o + Zu. + Z"o)
- jX"(R,
7
LcA
-
+
:
0
j(X, +x*)
Rr+j(Xr-x"-x*)
.
2.1
2.4
dan [2.4] disubsitusikan ke persamaan [2.1] maka
diperoleh persarn€ran untuk rnenentukan pararneter reaktansi minimum dalam
mengkompensasi tegangan akibat variasi beban seperti ditunjukkan pada
Jika persamaan (2.2),
persarn€ran dibawah ini
12.31,
;
X0l'ri,t.u,n=
Kr
-K,
-K
2.5
x"(E +xrri)- &R, +xn')
dengan
l-o
K, = X"l !(*,
ls
.,[n,XK, = X,l-+
ISSJ
.l
-Rr)*X*)*Xr(X, *1,)
Ro
'"t +X,(X, +X-))lI
I
|
*, : B&(x, + x.)+ R,R,.(x, + x-)
S
Sehingga untuk mengkompensasi drop tegangan akibat kenaikkan beban
dibutuhkan kapasitor minimum sebagai berikut
:
x"(x,+xm)-*rt(n,+xm)
2.6
Ccs,r,u, =
o. (K, - K, - Kr)
Untuk rnenentukan kebutuhan nilai kapasitor minimum dalam
membangkitkan tegangan eksitasi dapat dilakukan dari analisis rangkaian beban nol
sepertidibawah ini:
Gambar 2.4. Rangkaian ekivalen gerarator induksitanpa beban
Sedangkan untuk kondisi tanpa beban, slip berharga sangat kecil, sehingga
frekuensi yang dihasilkan akan sebanding dengan kecepatan putaran rotor
(r, =r.) Dengan menggunakan metode admitansi nodal, jumlah loop reaktansi
tertutup pada rangkaian ekivalen gamfur
dirumuskan sebagai berikut
jX,+jX--jX"=0
:
2.4
sarn€l dengan nol, sehingga dapat
2.7
X"-rri' i-rrr = Xl + X.t .'' "' '"'
Jadi untuk membangkitkan tegangan mula saat beban nol dibutuhkan nilai kapasitor
eksitasi minimum seperti dibawah ini
:--mmmum
1
Cc
ro(X, +
X-)
;
""' ""
""""'2'8
Dari persamaan (2.8) untuk menentukan nilai kapasitor yang akan digunakan
untuk proses eksitasi sebagai pembangkit fluksi sisa dalam proses membangkitkan
tegangan generator induksi (E1), diperlukan nilai parameter reaktansi magnetisasi
dari mesin induksi tersebut.
Oleh sebab itu dalam menentukan nilai reaktansi magnetisasi diperlukan
kurva rnagnetisasi dari rnesin induksi yang digunakan sebagai peralatan untuk
menghasilkan tegangan.
Dari rangkaian ekivalen gambar 2.4 dapat ditentukan formulasi untuk
nenentukan tegangan yang dibangkitkan saat beban nol seperti dibawah ini.
E, =X,r'It,
" "'2'9
""
Dari gambar
2.4 dapat ditentukan formulasi arus beban nol (lon) sebagai
berikut.
V.
I,* = b
...2.1O
Zn,
Kemudian impedansi beban nol (Zon) adalah:
Z*
= R, + j(X, + X-
).
... .....2.11
Dari persamaan (2.11) dapat ditentukan parameter reaktansi magnetisasi
(Xn,) sebagai berikut.
ff- --.
X* = J(Zo,t -R,'J-
x,.
......,.2.12
Dengan nensubsitusikan persarnaan (2.10) dan (2.12) ke persamaan (2.9)
diperoleh rumus tegangan yang dibangkitkan generator induksi seperti dibawah ini
',
:(JE;:RJ-',).*
:
2.13
Untuk menentukan nilai reaktansi magnetisasi, tidak cukup dilakukan
pengukuran beban nol saja, tapi rnasih dibutuhkan pengukuran hubung singkat
dalam menentukan reaktansi stator (Xr).
Pada pengukuran hubung singkat terukur besaran tegangan hubung singkat,
arus hubung singkat, dan daya hubung singkat, diharapkan dari pengukuran
berguna untuk menentukan nilai tahanan dan reaktansi bocor ekivalen, setelah nilai
tahanan ekivalen diperoleh dapat ditentukan nilai tahanan rotor dan reaktansi bocor
stator dan reaktansi rotor.
Rangkaian pengganti dalam keadaan hubung singkat ditunjukkan pada
gambar 2.5 seperti dibawah ini:
Gambar 2. 5. Rangkaian ekivalen generator induksi dalam keadaan hubung
singkat.
Dari gambar 2.5 diperoleh perumusan sebagai berikut
R,.
''-:
:
P.
+'
..2.14
I,,.
z,"' : V.'o'
...2.1s
Io.
i- I n L-
A,-rbl = rj 2,.. - I(
..2.16
dari persarnaan (2.16) diperoleh nilai reaktansi stator dan reaktansi rotor
sebagai berikut:
X,
=X-:
v
A*
......2.17
2
Tahanan rotor dapat ditentukan perumusan seperti dibawah ini:
p
R,- ='h.
In."
-R,..
..2.18
Penentuan nilai reaktansi kapasitor minimum yang digunakan untuk proses
berpenguatan pada generator induksi harus lebih besar dari nilai reaktansi rnesin
yang digunakan sebagi generator. Untuk menentukan reaktansi generator induksi
dapat diperoleh dari kurva magnetisasi dari nesin induksitersebut.
Kurva magnetisasi dapat diperoleh dari percobaan/pengukuran karakteristik
magnetisasi, seperti gambar 2.6 dibawah ini:
Gambar 2.6. Rangkaian percobaan rnenentukan kurva rnagnetisasi.
Untuk memperoleh kurva magnetisasi
;
Putar motor dc pada kecepatan
sinkron mesin induksi, selama pelaksanaan pengukuran putaran dijaga konstan,
selanjutnya tegangan
ac diatur secara bertahap. fujuan percobaan ini
untuk
nemperoleh harga nilai arus rmgnetisasi (A) dan tegangan (V) seperti ditinjukkan
pada gambar 6 diatas. Penentuan reaktansi magnetisasi dilakukan dengan mencari
nilai arus magnetisasi pada tegangan nominal rnesin (220 Volt per fasa). Dari data
pereobaan ini atau dari kurva magnetisasi didapat nilai arus magnetisasi yang
didinginkan.
Dari rangkaian ekivalen gambar 2.3, dapat ditentukan perumusan arus dan
tegangan beban beserta daya keluaran generator;
Er
Arus stator (Ir) =
Regulasitegangan (V*
dengan
V611
):
: tegangan tanpa
2.19
2.23
"tt
beban
dan VpL : tegangan beban penuh.
Sehingga dengan menganalisa persamaan (2.1) sampai dengan persamaan
(2.23) beserta konfigurasi rangkaian yang diajukan, nantinya dapat digunakan untuk
mendisain mesin induksi tiga fasa yang dapat mengkompensasi drop tegangan yang
diakibatkan kenaikkan beban.
Kurva magnetisasi dapat diperoleh dari percobaanlpengukuran karakteristik
magnetisasi, seperti gambar 2.6 dibawah ini:
Gambar 2.6. Rangkaian percobaan menentukan kurva rnagnetisasi.
Untuk memperoleh kurva magnetisasi ; Putar motor dc pada kecepatan
sinkron mesin induksi, selama pelaksanaan pengukuran putaran dijaga konstan,
selanjutnya tegangan
ac diatur secara bertahap. Tujuan percobaan ini
untuk
rnemperoleh harga nilai arus rnagnetisasi (A) dan tegangan (V) seperti ditinjukkan
pada gambar 6 diatas. Penentuan reaktansi magnetisasi dilakukan dengan mencari
nilai arus rnagnetisasi pada tegangan nominal mesin (220 Volt per fasa). Dari data
percobaan ini atau dari kurva magnetisasi didapat nilai arus magnetisasi yang
didinginkan.
Dari rangkaian ekivalen gambar 2.3, dapat ditentukan perumusan arus dan
tegangan beban beserta daya keluaran generator;
Arus stator (I, ) =
Er
j(}.. -x, X- jx.)l
R, + iX, * {*, -
'
Arus beban(IL) =
V51;-
-j(X*+X.-X,)
-Ir(Rr +jx,)
RL- j(X", -X.)
Er
Regulasitegangan (V*
dengan
R,
.2.20
): \]tl.
: tegangan tanpa
2.19
beban
2.23
dan V61 : tegangan beban penuh.
Sehingga dengan menganalisa persamaan (2.1) sampai dengan persamaan
(2.23) beserta konfigurasi rangkaian yang diajukan, nantinya dapat digunakan untuk
mendisain mesin induksi tiga fasa yang dapat mengkompensasi drop tegangan yang
diakibatkan kenaikkan beban.