TUGAS AKHIR
ANALISIS DAN SIMULASI PENGATURAN TEGANGAN GENERATOR INDUKSI BERPENGUATAN SENDIRI DENGAN MENGGUNAKAN STATIC VAR COMPENSATOR (SVC) Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Oleh
MARTUA NABABAN NIM:100402107
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Generator induksi adalah mesin induksi yang digunakan untuk mengubah energi mekanik dalam bentuk putaran menjadi energi listrik. Prinsip dan konstruksinya sama dengan motor induksi yang sudah umum digunakan, hanya saja dibutuhkan prime mover sehingga putaran rotor lebih besar daripada putaran stator (𝑛𝑟 > 𝑛𝑠 ) untuk membangkitkan tegangannya. Saat ini penggunaan generator induksi sudah semakin banyak digunakan untuk membangkitkan energi listrik seperti pada daerah terpencil atau daerah terisolasi yang belum terjangkau listrik dan berdaya kecil. Kecenderungan tersebut membuat generator induksi harus dapat mengeksitasi sendiri untuk kebutuhan daya reaktifnya. Oleh karena itu digunakan salah satu jenis generator induksi yaitu generator induksi berpenguatan sendiri. Generator induksi dapat digunakan pada pembangkit energi listrik terbarukan seperti pembangkit listrik tenaga angin, dimana kondisi perputaran rotornya yang tidak tetap sehingga tegangan dan frekuensinya yang terus berubahubah. Oleh karena itu dibutuhkan pengaturan tegangan supaya kualitas energi listrik yang dihasilkan tetap terjaga. Salah satu metode pengaturan tegangan ialah menggunakan static var compensator (SVC). Penelitian ini menjelaskan tentang simulasi generator induksi berpenguatan sendiri yang menggunakan static var compensator (SVC) untuk mengatur tegangannya. Simulasi yang dilakukan menggunakan perangkat lunak MATLAB. Dalam penelitian ini akan melihat seberapa besar pengaruh penggunaan static var compensator (SVC) untuk mengatur tegangan pada generator induksi berpenguatan sendiri. Kata Kunci : Generator Induksi, Static Var Compensator (SVC), Pengaturan Tegangan
i Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunia-Nya sehingga penulis diberikan kemampuan dan kesempatan untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul ”ANALISIS DAN SIMULASI PENGATURAN TEGANGAN GENERATOR INDUKSI BERPENGUATAN SENDIRI DENGAN MENGGUNAKAN STATIC VAR COMPENSATOR (SVC)” yang penulis susun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai, yaitu G.Nababan dan R.Situmorang, saudara kandung penulis, Putra Nababan, Ricoh Nababan, Satria Nababan, Lastri Nababan atas seluruh perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir.Raja Harahap,M.T selaku Dosen Pembimbing tugas akhir atas segala arahan, motivasi, dan bimbingannya dalam penyelesaian tugas akhir ini. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. dan Bapak Ir. Syamsul Amien, MS serta Ibu Ir. Windalina Syafiar selaku dosen pembanding tugas akhir ini. 3. Bapak Soeharwinto,S.T,M.T. selaku Dosen Wali penulis atas segala bimbingan dan nasehat serta motivasinya selama penulis menjalani kegiatan akademik. 4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. dan Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Seluruh
Dosen
Departemen
Teknik
Elektro
FT-USU
yang
telah
ii Universitas Sumatera Utara
membekali penulis dengan berbagai disiplin ilmu selama masa pendidikan. 6. Seluruh Pegawai dan Karyawan Departemen Teknik Elektro FT-USU atas segala bantuan dan dukungannya. 7. Siska Nelvi Anna Simangunsong yang selalu ada waktu untuk menemani, menghibur dan memberikan semangat serta motivasi. 8. Teman-teman stambuk 2010 : Yehezkiel Naibaho, Hugo Wijaya, Ronaldo Saragih, Edy Sembiring, Marthin Silalahi,Jones Milan Simatupang, Enda Duanta Ginting, Reikson Parhusip, Fontes Marpaung dan teman-teman 2010 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. 9. Semua abang-kakak senior dan adik-adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis. 10. Teman-teman anak Marakas atas waktu yang diberikan untuk menghibur. 11. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima kasih banyak.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu, dengan segala kerendahan hati penulis bersedia menerima saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga penulisan tugas akhir ini bermanfaat bagi siapapun yang membutuhkannya.
Medan,
Juni 2016
Penulis
Martua Nababan
iii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI ABSTRAK ..……………………………………………………………… i KATA PENGANTAR………….……………………………………….. ii DAFTAR ISI ……………………………………………………………
iv
DAFTAR GAMBAR …………………………………………………
vii
BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ......…………………………………… 1 1.2. Perumusan Masalah .………………………………………….... 2 1.3. Tujuan dan Manfaat Penulisan ........……………………………
2
1.4. Batasan Masalah ......…………………………………………… 3 1.5. Metode Penulisan ....……….…………………………………… 3 1.6. Sistematika Penulisan ...........…………………………………… 4 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Mesin Induksi …………………………………………………… 5 2.1.1. Konstruksi Mesin Induksi ..........………………………… 5 2.1.2. Karakteristik Mesin Induksi ......………………………… 10 2.2.Generator Induksi…..............……………………………………
11
2.2.1. Rangkaian Ekivalen ...…………………………………… 12 2.2.2. Jenis Generator Induksi ..........…………………………… 12 2.3.Generator Induksi Berpenguatan Sendiri………..………………
15
2.3.1. Prinsip Kerja ...............…………………………………… 15 2.3.2. Rangkaian Ekivalen ............……………………………… 18 2.4.Kapasitor Eksitasi ..................…………………………………… 19 2.4.1. Penggunaan Kapasitor Eksitasi .......................................... 19 2.4.2. Kapasitansi Minimum ..………………………………….. 19 2.5.Metode Pengaturan Tegangan ...........…………………………… 20 2.6.Static Var Compensator(SVC) ……..…………………………… 23 2.6.1. Prinsip Kerja SVC
………………..…………………… 23
2.6.2. Karakteristrik V-I .......…………………………………… 25
iv Universitas Sumatera Utara
BAB III. METODOLOGI PENGUJIAN DAN PEMODELAN SERTA SIMULASI SISTEM 3.1.Metodologi Pengujian ……...…………………………………… 27 3.1.1. Bahan & Peralatan …..…………………………………… 27 3.1.2. Jenis Pengujian …………………………………………… 27 3.1.3. Prosedur Penelitian …..…………………………………… 29 3.2.Pemodelan Dan Simulasi Sistem ………………………………… 31 3.2.1. Parameter Mesin Induksi …………………………………. 31 3.2.2. Parameter SVC …………………………………………… 32 3.2.3. Penentuan Nilai Kapasitansi Minimum Kapasitor Eksitasi ………………………………………… 32 3.2.4. Model Komponen Simulasi Pada MATLAB ...................... 32 3.2.4.1.Mesin Induksi………………………………………
33
3.2.4.2.Static Var Compensator (SVC) …………………...
34
3.2.4.3.Kapasitor Eksitasi .....…...…………………………
35
3.2.4.4.Beban ……………………………………………...
35
3.2.5. Rangkaian Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri …………………..………………………………… 36 3.2.6. Rangkaian Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan SVC ………... 36 3.2.7. Simulasi Sistem ...............………………………………… 36 BAB IV. HASIL DAN ANALISA DATA 4.1.Pengujian Parameter Motor Induksi ..…………………………… 37 4.1.1. Data Pengujian ................………………………………… 37 4.1.2. Perhitungan Data Pengujian ……………………………… 38 4.2.Data Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri .………... 40 4.3.Analisis Hasil Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri .................………………………………… 42 4.4.Data Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan SVC ........................................ 44
v Universitas Sumatera Utara
4.5.Analisis Hasil Simulasi Generator Induksi Berpenguatan Sendiri Menggunakan Pengatur Tegangan SVC ............................ 46 BAB V. KESIMPULAN ........................………………………………… 48 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Karakteristik mesin induksi
6
Gambar 2.2
Konstruksi stator mesin induksi
6
Gambar 2.3
Konstruksi rotor mesin induksi: (a) rotor belitan (b) rotor sangkar
8
Gambar 2.4
Grafik kurva karakteristik mesin induksi
10
Gambar 2.5
Rangkaian ekivalen generator induksi
12
Gambar 2.6
Generator induksi masukan ganda
13
Gambar 2.7
Generator induksi berpenguatan sendiri
14
Gambar 2.8
Skema prinsip kerja generator induksi berpenguatan sendiri………16
Gambar 2.9
Kurva tegangan terminal generator induksi berpenguatan sendiri …17
Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen generator Induksi berpenguatan sendiri
18
Gambar 2.11 Skema single line diagram dan diagram blok sistem kontrol SVC
23
Gambar 2.12 Karakteristik V-I dari SVC
25
Gambar 3.1
Rangkaian pengujianuji arus searah
28
Gambar 3.2
Rangkaian pengujian beban nol
29
Gambar 3.3
Rangkaian pengujian hubung singkat
29
Gambar 3.4
Model mesin induksi
32
vii Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.5
Kotak dialog parameter mesin induksi
33
Gambar 3.6
Model Static Var Compensator (SVC)
33
Gambar 3.7
Kotak dialog parameter SVC
34
Gambar 3.8
Model kapasitor eksitasi
34
Gambar 3.9
Model beban resistif
34
Gambar 3.10 Rangkaian simulasi generator induksi berpenguatan sendiri
35
Gambar 3.11 Rangkaian simulasi generator induksi berpenguatan sendiri menggunakan pengatur tegangan SVC Gambar 4.1
35
Grafik tegangan keluaran (v) dan torsi masukan (Nm) berpenguatan sendiri
Gambar 4.2
39
Grafik kecepatan putar generator (rpm), daya keluaran (kW) dan daya reaktif (kVar) berpenguatan sendiri
Gambar 4.3
40
Grafik tegangan keluaran (v) dan torsi masukan (Nm) berpenguatan sendiri menggunakan pengatur tegangan SVC
Gambar 4.4
43
Grafik kecepatan putar generator (rpm), daya keluaran (kW) dan daya reaktif (kVar) berpenguatan sendiri menggunakan pengatur tegangan SVC
44
viii Universitas Sumatera Utara
