perancangan generator induksi bertegangan 220 vac

PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI BERTEGANGAN 220 VAC
PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GELOMBANG LAUT
Dedik Agil Iprama Siska1), Ir.Sardono Sarwito M.Sc2), Indra Ranu Kusuma ST. M.Sc2)
1) Mahasiswa : Jurusan Teknik Sistem Perkapalan ITS, Surabaya 60111
2) Dosen Pembimbing 1 : Jurusan Teknik Sistem Perkapalan ITS, Surabaya 60111
3) Dosen Pembimbing 2 : Jurusan Teknik Sistem Perkapalan ITS, Surabaya 60111
dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik
yakni sekitar 20-60 kW permeter. Selain itu
juga komponen dari pembangkit ini
sangatlah sederhana salah satunya ialah
generator, generator disini sangat berperan
penting dalam menyuplaian energi listrik.
ABSTRAK
Energi alternatif saat ini mulai banyak
dikembangkan didunia. Di Indonesia, salah
satu energi
alternatif yang mulai
dikembangkan adalah pembangkit listrik
tenaga gelombang laut yang sederhana,
dengan memanfaatkan motor induksi yang
diubah menjadi generator induksi sebagai
penghasil energi listrik yang memiliki
banyak keuntungan mulai dari harga hingga
perawatannya. Generator induksi yang
bekerja stand alone diperlukan kapasitor
untuk membangkitkan arus eksitasnya. Dari
kajian yang dilakukan untuk membangkitkan
tegangan pada generator induksi besarnya
nilai kapasitor minimum yang digunakan
pada generator induksi ini sebesar 74,95 𝑢𝑢F.
Selain itu tipe, rangkaian kapasitor dan
besarnya daya magnetisasi dari motor juga
akan mempengaruhi terbangkitnya tegangan
220VAC pada generator induksi
Pada
umumnya
generator
yang
dipakai adalah jenis generator sinkron.
Karena generator tersebut lebih stabil saat
terjadinya perubahan beban. Pada kasus ini
sebagai bahan studi dipakai generator
induksi karena generator induksi ini
memiliki keunggulan dari segi harga dan
perawatannya selain itu kontruksinya yang
sederhana rotor tanpa
sikat
(rotor
sangkar), dan tidak memakai penguatan dc.
(Chairul, 2004)
Agar
generator
induksi
dapat
menghasilkan listrik maka diperlukan
kapasitor untuk membangkitkan arus
eksitasi, kapasitor tersebut mempengaruhi
tegangan keluar selain itu juga kecepatannya
diatur agar melebihi kecepatan singkronnya.
(Isnaeni,2005)
Kata kunci : Generator induksi, kapasitor,
tegangan 220VAC
1.
PENDAHULUAN
2.
Energi alternatif saat ini mulai banyak
dikembangkan
didunia
khususnya
diindonesia hal ini dikarenakan ketersediaan
sumbar daya fosil yang terus berkurang hal
ini akan menyebabkan berkurangnya supply
energy listrik di daerah-daerah, padahal
kebutuhan akan energy listrik diderah-daerah
terus meningkat. Salah satu alternatif untuk
pemenuhan kebutuhan energi listrik adalah
munculnya ide-ide mengenai pembangkitpembangkit listrik yang sederhana, salah
satunya ialah pembangkit listrik tenaga
gelombang laut yang mulai banyak
dikembangkan karena potensi gelombang
laut diindonesia sangatlah besar untuk
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pembangkit
Listrik
Gelombang Laut (PLTGL)
Tenaga
Pembangkit listrik tenaga gelombang
laut adalah teknologi pembangkit listrik yang
menggunakan tenaga gelombang laut sebagai
penggerak turbinnya. Menurut proses
terjadinya gelombang laut merupakan
gerakan yang terjadi dipermukaan laut
karena adanya waktu dan perbedaan
kekuatan penyinaran matahari serta pengaruh
iklim lokasi suatu daerah maka akan terjadi
tekanan udara yeng berbeda sehingga hal ini
akan terjadi aliran udara yang mengalir ke
1
tekanan tinggi ke rendah. Aliran inilah yang
disebut angin. Apabila angin melewati
daerah lautan yang terbuka serta bertiup
secara terus menerus pada permukaannya
akan menyebabkan riak pada permukaan
tersebut dan akan menjadi ombak apabila
riak tersebut bertambah besar.
Dalam sistem pembangkitan tenaga
gelombang laut, ada beberapa peralatan
penting yang sangat berperan mulai dari awal
proses pembangkitan hingga tenaga listrik
dihasilkan yang nantinya tenaga listrik
tersebut akan disalurkan kepada para
konsumen.
Gambar 2. Kurva karakteristik mesin
induksi (Rheinisch, 2004)
2.3 Parameter Generator Induksi
Generator induksi memerlukan kapasitor
minimum sebagai penyedia daya reaktif
untuk membangkitkan tegangan pada
generator induksi, parameter-perameter yang
harus diketahui ialah :
1. Resistansi stator
2. Resistansi rotor
3. Reaktansi stator
4. Reaktansi rotor
5. Reaktansi magnetisasi
Sistem pembangkitan pada pembangkit
listrik tenaga gelombang ini dapat dijelaskan
melalui skema dibawah ini.
Dari parameter-perameter diatas perlu
dilakukan
pengujian-pengujian
untuk
mendapatkan nilai dari paremeter tersebut
meliputi :
Gambar 1. Skema sistem pembangkitan
Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang
(I Wayan Arta)
2.2 Generator Induksi
Generator induksi dapat
dikatakan
sebagai hasil dari perubahan motor induksi
menjadi generator induksi dengan syaratsyarat yang harus dipenuhi untuk menjadi
generator induksi salah satunya ialah pada
generator induksi kecepatan putar rotor harus
dibuat
lebih
besar
dari kecepatan
singkronnya ( n > ns ) dengan kata lain slip
harus bernilai negatif sehingga energi listrik
akan dikembalikan pada sistem jala-jala.
berbeda dengan motor induksi yang
kecepatan putar rotor selalu lebih kecil dari
kecepatan singkronnya ( n < ns ).
Karakteristik
mesin
diperlihatkan pada gambar 2
a.
Pengukuran resistansi stator
A
Vdc
V
MI
1~
Gambar 3. Rangkaian Pengukuran Resistansi
Motor
Pengukuran resistansi stator dilakukan untuk
mengetahui nilai resistansi dari stator dengan
membuat rangkaian seperti gambar diatas
b. Percobaan beban nol
induksi
2
Sumber
tegangan
satu fasa
variabel
W
metodologi digambarkan secara lengkap
melalui alur pengerjaan skripsi berikut ini
:
Motor
induksi
1~
V
A
Gambar 4. Rangkaian Percobaan Beban Nol
Percobaan beban nol ini dilakukan untuk
mendapatkan nilai tegangan (V0), arus (I0),
dan dayanya (P0) pada saat beban nol
kemudian nilai ini digunakan untuk
menghitung reaktansi magnet dari motor
c. Percobaan hubungan singkat
Sumber
tegangan
satu fasa
variabel
W
V
A
Motor
induksi
1~
Rotor ditahan
Gambar 5. Rangkaian percobaan motor
hubungan singkat
Percobaan hubungan singkat ini dilakukan
untuk mendapatkan nilai tegangan (Vhs),
arus (Ihs), dan dayanya (Phs) kemudian nilai
ini digunakan untuk menghitung nilai
resistansi dan reaktansi dari rotor
4 ANALISA DATA DAN
PEMBAHASAN
Setelah dilakukan parameter –parameter
tersebut selanjutnya diperoleh nilai reaktansi
magnet
dan reaktansi rotor
untuk
menentukan nilai kapasitor minimun yang
dibutuhkan oleh generator sebagai penyedia
daya reaktif. Berikut perhitungan nilai
kapasitansi generator :
C min =
4.1 Perancangan Generator Induksi
1. Perhitungan nilai kapasitor minimum
Nilai kapasitor ini didapatkan dari
perhitungan – perhitungan resistansi,
reaktansi maupun induktansi dari motor
sehingga didapatkan nlai kapasitor minimum
yang dibutuhkan ialah :
1
ϖb (X 1 + Xm )
2
Dimana : ϖ
b
X1
Xm
C min =
= 2.π .f
= nr/ns
= Raktansi rotor
= Reaktansi magnet
1
ϖb (X1 + Xm )
1
2
2
 1430 
2.π .50.
 .(4.045 + 42,68)
 1500 
= 74,95µF
3 METODOLOGI PENELITIHAN
Untuk membantu dalam pengerjaan
skripsi ini, maka perlu dilakukan urutan
pengerjaan
untuk
menyelesaikan
permasalahan
skripsi
ini.
Berikut
2. Rewinding Generator Induksi
Pada proses rewinding untuk memperbesar
daya megnetisasi pada generator induksi ini
3
Tabel 1. Tanpa beban dengan kecepatan konstan
menggunakan luas penampang lilitan 0,4mm
dengan lilitan sebanyak 112 per slot dengan
tipe lilitan sepusat.
No
C (uF)
V
(Volt)
F (Hz)
nr (rpm)
1
50
-
50
3000
2
55
-
50
3000
3
60
-
50
3000
4
65
157
50
3000
5
70
182
50
3000
6
75
208
50
3000
7
80
218
50
3000
8
85
247
50
3000
3. Rangkaian Generator Induksi
Proses perubahan rangkaian pada generator
induksi ini sangatlah penting karena akan
mempengaruhi tegangan keluaran pada
generator induksi karena apabila salah dalam
menentukan rangakaian kapasitor maka
tegangan tidak akan pernah terbangkit.
Berikut gambar rangkaian kapasitor pada
generator induksi.
D4
D3
Kumparan
Bantu
D1
D2
Kumparan
Utama
Pada tabel 1
menunjukkan hasil
percobaan generator induksi tanpa beban
dangan kecapatan konstan dan kapasitor
berubah-ubah, percobaan ini dilakukan
dengan tujuan untuk mengetahui tegangan
yang dihasilkan oleh generator induksi dan
pengaruh kapasitor terhadap tegangan yang
nantinya akan dianalisa pada grafik 1
Kapasitor
Gambar 6. Rangkaian kapasitor pada generator
induksi
4. Hasil perancangan generator induksi
2. Pengujian tanpa beban dengan tegangan
konstan
Dari hasil penentuan kapasitor sampai
dengan penentuan rangkaian generator
induksi maka didapatkan skema rangkaian
generator induksi satu fase bertegangan 220
VAC
Motor
Penggerak
Transmisi
Generator
Induksi 1 Phase
Tabel 2 Tanpa beban dengan tegangan konstan
No
C (uF)
V
(Volt)
F (Hz)
nr
(rpm)
1
50
220
59,17
3550
2
55
220
56,97
3418
3
60
220
55,57
3334
4
65
220
54,07
3244
5
70
220
52,70
3162
6
75
220
51,30
3078
7
80
220
50,33
3021
8
85
220
47,90
2874
Kapasitor
Gambar 7. Skema Rangkaian Generator Induksi
Satu Fasa
4.2 Pengujian Generator Induksi
1. Pengujian tanpa beban dengan kecepatan
konstan
Pada tabel 2 menunjukkan hasil
percobaan generator induksi tanpa beban
dangan tegangan konstan dan kapasitor
4
berubah-ubah, percobaan ini dilakukan
dengan tujuan untuk mengetahui berapa
kapasitor yang sesuai dan paling ideal pada
tegangan 220 VAC dengan frekuensi 50 Hz
dan pengaruh tegangan dan putaran terhadap
kapasitor yang nantinya akan dianalisa pada
grafik 2
nilai kapasitornya maka semakin rendah nilai
putarannya dan semakin rendah pula nilai
frekuensinya sebaliknya semakin rendah
nilai kapasitornya maka semakin tinggi pula
nilai putarannya atau nilai frekuensiny. Dari
grafik diatas dapat disimpulkan untuk dapat
memperoleh tegangan nominal 220 VAC
dengan putaran 3000 Rpm dan frekuensi 50
Hz yakni dengan penggunaan kapasitor 80
uF yang paling mendekati dan sesuai dengan
tegangan maupun frekuensi yang ideal.
4.3 Analisa Data
300
250
KESIMPULAN
Tegangan ( V )
200
150
1. Nilai kapasitor minimum yang
dibutuhkan untuk mengoperasikan
generator induksi sebesar 74,95 uF
100
50
2. Perancangan generator induksi untuk
menghasilkan tegangan 220 VAC ini
harus memperhatikan
0
50 55 60 65 70 75 80 85
Kapasitor (uF)
a. Tipe dan rangkaian kapasitor yang
digunakan
b. Besarnya
ggl
induksi
yang
dihasilkan
karena
akan
mempengaruhi
terbangkitnya
tegangan pada generator induksi,
semakin besar ggl induksi yeng
dihasilkan maka terbangkitnya
tegangan akan semakin besar begitu
pula sebaliknya
Grafik 1. Pengujian Tanpa beban dengan putaran
konstan
Dari grafik 1 diatas dapat dilihat bahwa
semakin tinggi nilai kapasitor maka nilai
tegangan keluaran dari generator semakin
besar pula begitu sebaliknya dan dari
percobaan tersebut terlihat bahwa generator
induksi dapat menghasilkan tegangan
nominalnya antara 208 VAC – 247 VAC
dengan menggunakan kapasitor minimum
yang didapat dari perhitungan yakni 74,95
uF
3. Dari hasil pengujian dapat disimpulkan
:
a. Nilai kapasitor yang ideal ialah
kapasitor 80 uF karena pada
kapasitor tersebut nilai tegangannya
mencapai 220VAC dengan putaran
3000 rpm atau frekuensi 50 Hz
b. Semakin besar nilai kapasitor yang
digunakan maka tegangan yang
dihasilkan akan semakin besar pula
dengan putaran konstan
c. Semakin besar putaran rotor maka
tegangan yang dihasilkan akan
semakin
besar
pula
dengan
kapasitor konstan
d. Apabila nilai kapasitor jauh lebih
kecil dari nilai kapasitor minimum
yang diperlukan maka tidak akan
terbangkit tegangan.
90
Kapasitor (uF)
80
70
60
50
40
Putaran (Rpm)
Grafik 2. pengujian tanpa Beban dengan
Tegangan Konstan
Dari grafik 2 didapatkan semakin tinggi nilai
kapasitor maka akan mempengaruhi nilai
putaran dan frukuensi. Yakni Semakin tinggi
5
Surya,Wasimudin.Analisa Karakteristik Motor
Induksi Sebagai Generator (MISG) Pada
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
(PLTMH)
4. Generator induksi dapat sebagai suplai
tenaga listik pada PLTGL karena
gelombang laut di perairan indonesia
memiliki prosentase gelombang yang
besar yakni 2-3 meter tidak pecah
hingga pantai dan juga dapat
menghasilkan listrik sebesar 2-3 terra
watt, selain itu juga generator induksi
memiliki keuntungan perawatannya
yang mudah dan harganya yang murah.
Joko dkk. 2010, Paper single phase motor.
Depok :Teknik elektro UI
McCormick, Michael, “Ocean Wave Energy
Conversion”,1981
http://dunia-listrik.blogspot.com/motor-listrik-acsatu-fasa.html.
DAFTAR PUSTAKA
B.S, M. Isnaeni. 2005. Motor Induksi Sebagai
Generator (MISG), Seminar Nasional
Teknik Ketenagalistrikan, Teknik Elektro
Fak Teknik- Universitas Diponegoro.
http://maritim.bmkg.go.id/index.php/main/prakir
aan_gelombang_7hari
Irianto,
Chairul
Gagarin.
2004.
Studi
Penggunaan Motor Induksi Sebagai
Generator: Penentuan Nilai Kapasitor
untuk Penyedia Daya Reaktip. Jakarta:
Jurusan Teknik Elektro-FTI, Universitas
Trisakti.
http://soemarno.org/2008/09/15/typicalkerusakan-winding/
http://hamadun.blogspot.com/2010/05/motorfasa-belah-splite-phasa-motor.html
http://circuitbooks.wordpress.com/2012/10/13/m
otor-induksi-3-fasa/
http://iskandarrumii.blogspot.com/2013/05/vbehaviorurldefaultvmlo_28.html
Zair, Devidiandri. 2003. Penggunaan Motor
Induksi 3 Fasa sebagai Generator Induksi
3 Fasa pada PLTMH. Bandung: Institut
Teknologi Nasional.
Yahya sofyan, Toto Tohir. 2012 Motor induksi
split phase sebagai generator induksi satu
fasa. Bandung, Politeknik Negri Bandung
Perdana,Lintang.2013.
Perancangan
dan
Implementasi
Pengendali
Tegangan
Generator Induksi Satu Fasa 370 W.
Surabaya : Teknik Elektro Industri PENS.
Wijaya,Tirta.2013. Kajian Teknis Motor Induksi
Sebagai Generator Pada Pembangkit
Listrik Tenaga Gelombang Laut.Surabaya
:Teknik Sistem Perkapalan ITS
Wijaya,I Wayan Arta.2010. Pembangkit Listrik
Tenaga Gelombang Laut Menggunakan
Teknologi Oscilating Water Column Di
Perairan Bali.Bali :Teknik Elektro
Universitas Udayana
SMK Kejuruan,Melilit dan Membongkar
Kumparan : Program Keahlian Teknik
Pemanfaatan Tenaga Listrik
6