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.
=
:
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.
