BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Energi listrik merupakan suatu kebutuhan utama yang sangat dibutuhkan
pada zaman modern ini. Jika dilihat dari kebutuhan energi listrik tiap negara, maka semakin maju suatu negara, semakin besar energi listrik yang dibutuhkan. Di wilayah Indonesia, selama ini Migas masih dijadikan sumber utama untuk pengadaan energi listrik. Padahal sumber Migas yang terdapat di bumi sangat terbatas dan suatu saat akan habis, oleh karena itu berbagai penelitian dilakukan untuk menemukan sumber energi diluar Migas sebagai sumber alternatif. Negara Indonesia yang terletak di garis khatulistiwa memiliki daratan yang sebgaian besar adalah pegunungan dan bukit yang didalamnya terdapat banyak aliran sungaisungai yang mengalir dari hulu ke hilir sampai ke lautan lepas. Selain itu seluruh wilayah Indonesia memperoleh penyinaran sinar surya sepanjang tahun, dengan hembusan angin yang terdapat di seluruh wilayah Indonesia. Keberadaan wilayah Indonesia dengan berbagai macam sumber daya alam, merupakan tantangan sekaligus peluang bagi para peneliti untuk melakukan penelitian agar mendapatkan sumber energi alternatif yang dapat digunakan untuk memenuhi kebetuhan energi pada masa kini dan masa mendatang. Kebutuhan Indonesia akan sumber energi alternatif dan energi terbarukan begitu besar. Hal ini disebabkan karena beberapa hal, seperti naiknya kebutuhan
1
2
energi listrik, tuntutan penggunaan energi yang bersih yang semakin marak, bahan bakar fosil yang keberadaannya semakin langka dan mahal, naiknya biaya pembangunan saluran transmisi, dan naiknya keinginan untuk meningkatkan jaminan pasokan energi. Selain itu, rasio elektrifikasi di Indonesia yang rendah turut meningkatkan keinginan ditemukannya alat yang menggunakan sumber energi alternatif yang mampu diaplikasikan di beberapa tempat yang memiliki potensi untuk energi alternatif tersebut, diantaranya air berskala kecil (mikrohidro) dan angin. Dalam beberapa tahun terakhir, minat dunia terhadap pengembangan energi mikrohidro dan energi angin cukup besar karena lebih ramah lingkungan. Selain itu, energi alternatif yang memungkinkan untuk dikembangkan di Indonesia adalah energi yang bersumber dari air yang berskala kecil atau yang biasa disebut Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh) dan sumber energi yang berasal dari angin atau yang biasa disebut Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB). Potensi PLTMh di Indonesia cukup besar melihat letak geografis Indonesia yang terdiri dari pegunungan dan perbukitan, sehingga banyak aliran sungai di dalamnya yang dapat dimanfaatkan untuk pembangunan PLTMh. Sedangkan untuk sumber energi angin, letak geografis Indonesia yang berada di daerah khatulistiwa menyebabkan kecepatan angin tidak terlalu tinggi. Hal ini ditunjukan oleh Peta Angin Global (Gambar 1-1) yang merupakan hasil analisis data satelit oleh NASA/SSE. Secara umum kecepatan angin rata-rata tahunan
2
3
pada ketinggian 50 m di daerah daratan yang terletak sepanjang khatulistiwa umumnya berkisar 1,3 m/det sampai 5 m/det.
Gambar 0-1 Kecepatan Angin Rata-Rata Tahunan pada Ketinggian 50 m Berdasarkan Data Satelit GEOS-1 NASA (http://konversi.files.wordpress.com/2009/01/nemi10.jpg?w=640) Kecepatan angin dan aliran mikrohidro di Indonesia yang relatif kecil membutuhkan generator yang dapat bekerja dengan baik pada kecepatan rendah, generator magnet permanen fluks aksial merupakan alternatif terbaik yang dapat dikopling atau bahkan dihubungkan langsung dengan turbin angin maupun air tersebut. Karakter generator fluks aksial yang memiliki jumlah kutub magnet yang banyak, densitas daya listrik yang tinggi, massa yang ringan, pendinginan yang baik, perawatan dan konstruksi yang sederhana, serta mudah dalam meningkatkan kapasitas daya menjadi keunggulan tersendiri jika dibandingkan dengan generator radial (Bubi Maura, 2012). Dengan generator putaran rendah, maka dibutuhkan kutub yang cukup banyak untuk bisa menghasilkan suatu frekuensi yang cukup tinggi, sebagaimana rumus putaran pada generator AC, n
120. f , dengan jumlah kutub ( p ) p
berbanding terbalik dengan putaran generator ( n ) sehingga jika putarannya
3
4
rendah harus menggunakan kutub yang cukup banyak untuk mendapatkan besarnya frekuensi yang ideal untuk sebuah pembangkitan tenaga listrik, yakni 50-60 Hz. Pada generator konvensional biasanya menggunakan mesin induksi kecepatan tinggi fluks radial memiliki kesulitan yakni mesin jenis ini membutuhkan transmisi gearbox untuk mendapatkan putaran tinggi serta membutuhkan energi listrik awal untuk membuat medan magnetnya. Sebagai solusinya maka pada penelitian ini digunakan mesin jenis magnet permanen fluks aksial (MPFA) 3 fase kutub banyak untuk mengatasi kekurangan yang dimiliki oleh pengganti eksitasi. Generator fluks aksial adalah salah satu jenis mesin listrik yang dapat membangkitkan energi listrik dengan arah aliran fluks secara aksial. Generator jenis ini terus dikembangkan dengan berbagai variasi desain agar didapat tingkat efisiensi yang tinggi untuk diimplementasikan dengan sumber daya alam yang ada. Generator fluks aksial tipe rotor ganda stator tunggal tanpa inti besi adalah salah satu dari pengembangan generator fluks aksial. Generator ini biasanya digunakan untuk pembangkitan energi listrik pada putaran rendah. Generator ini menggunakan rotor ganda yang mengapit bagian stator di tengah-tengahnya. Bagian stator merupakan kumparan tanpa inti besi sedangkan bagian rotor terdiri dari beberapa pasang magnet permanen yang berfungsi sebagai pembangkit medan utama. Semakin besar luas permukaan permanen magnet yang digunakan, semakin banyak pula fluks magnetik yang dibangkitkan oleh magnet permanen
4
5
tersebut dan menembus kumparan pada stator, sehingga gaya gerak listrik (GGL) induksi yang dibangkitkan juga semakin tinggi (Willy, 2006). 1.2
Tujuan Penelitian Tujuan yang akan dicapai dalam penelitian dengan judul “Analisis
Pengaruh Kapasitor Seri Terhadap Operasi Generator Sinkron Magnet Permanen Fluks Aksial Putaran Rendah“ ini antara lain: 1. Menguji dan menganalisis keluaran generator saat tanpa beban dan berbeban resistif. 2. Menguji dan menganalisis pengaruh pemasangan rangkaian penyearah terhadap keluaran generator saat tanpa beban dan saat berbeban resistif. 3. Menguji dan menganalisis pengaruh pemasangan kapasitor secara seri pada keluaran generator saat tanpa beban dan saat berbeban resistif. 1.3
Perumusan Masalah Secara umum perumusan masalah skripsi ini adalah: 1. Bagaimana pengaruh putaran generator terhadap tegangan keluaran saat tanpa beban? 2. Bagaimana pengaruh pembebanan dan variasi nilai beban terhadap tegangan keluaran? 3. Bagaimana karakteristik generator saat dibebani dengan beban resistif dan penyearah? 4. Bagaimana pengaruh pemasangan kapasitor secara seri pada keluaran generator dan pemasangan kapasitor elektrolit secara paralel pada rangkaian penyearah?
5
6
1.4
Batasan Masalah Berdasarkan rumusan masalah yang telah disebutkan, akan dibuat suatu
batasan masalah agar penyusunan Tugas Akhir ini lebih terarah dan tidak menyimpang dari judul yang telah ditetapkan. Adapun batasan masalah yang akan dibahas dalam Tugas Akhir ini adalah: 1. Generator yang dirancang merupakan Generator Sinkron Magnet Permanen Fluks Aksial tipe cakram dengan rotor ganda stator tunggal tanpa inti. 2. Pengujian dilakukan menggunakan beban resistif, pemasangan kapasitor, dan pemasangan rangkaian penyearah. 3. Karakteristik utama yang ingin diketahui adalah pengaruh beban terhadap perubahan tegangan terminal dan frekuensi listrik yang dihasilkan. 4. Tidak membahas tentang perancangan generator dan mekanik generator sinkron magnet permanen fluks aksial. 1.5
Sistematika Penulisan Adapun sistematika yang penulis gunakan dalam penulisan penelitian
adalah sebagai berikut:
BAB I
Pendahuluan Pada bagian ini berupa gambaran umum tentang tugas akhir yang menjelaskan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah,
6
7
batasan masalah, tujuan penulisan, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan BAB II
Dasar Teori Pada bagian ini tentang dasar teori maupun perhitungan mengenai generator sinkron secara umum, maupun mengenai generator sinkron magnet permanen fluks aksial, rangkaian ekivalen dari generator sinkron. Selain itu bagian ini membahas tentang rangkaian penyearah dan kapasitor.
BAB III
Metode Penelitian Pada bagian ini berisi tentang cara pengujian karakteristik generator sinkron magnet permanen fluks aksial dalam berbagai model beban yang berbeda.
BAB IV
Hasil dan Pembahasan Pada bagian ini berisi tentang pengujian generator sinkron magnet permanen fluks aksial dalam berbagai model beban yang berbeda dan kemudian menganalisis hasil yang didapat dan disusun dalam tabel dan grafik.
BAB V
Kesimpulan dan Saran Pada bagian ini berisi tentang kesimpulan dan saran mengenai tugas akhir ini.
7
