PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI 1 FASA KECEPATAN RENDAH
TUGAS AKHIR Disusun untuk Melengkapi Tugas Akhir dan Syarat-syarat untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh : IVAN ARIF PRASETYO D400110007
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2015
i
LEMBAR PERSETUJUAN
Tugas Akhir dengan judul “PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI 1 FASA KECEPATAN RENDAH” ini diajukan oleh :
Nama
: IVAN ARIF PRASETYO
NIM
: D400110007
Guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan program Sarjana jenjang pendidikan Strata-Satu (S1) pada Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta, telah diperiksa dan disetujui pada : Hari
:
Tanggal
:
Pembimbing I
Pembimbing II
(Agus Supardi, S.T., M.T.)
(Umar, S.T., M.T.)
ii
LEMBAR PENGESAHAN
Tugas Akhir dengan judul “PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI 1 FASA KECEPATAN RENDAH” ini telah diajukan dan dipertahankan di hadapan dewan penguji Tugas Akhir Fakultas Teknik Jurusan Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta, pada :
Hari
:
Tanggal
:
Dewan Penguji Tugas Akhir : 1. Agus Supardi, S.T., M.T.
............................
2. Umar, S.T., M.T.
............................
3. Hasyim Asy’ari, S.T., M.T.
............................
4. Aris Budiman, S.T., M.T.
............................
Mengetahui
Dekan Fakultas Teknik UMS
Ketua Jurusan Teknik Elektro UMS
( Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. )
( Umar, S.T., M.T. )
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kenikmatan, hidayah serta taufiqnya sehingga sampai saat ini masih diberikan kesempatan untuk beribadah dan meyembah padaNYA dan telah menjadikanku manusia yang berakal dan berguna dalam dunia ini. Sholawat serta salam untuk junjungan kami, Nabi Muhammad S.A.W yang senantiasa memberikan syafa’atnya kepada kami untuk terus dicapai dan raih dalam hidup dan kehidupan umat manusia. Hanya karena Allah SWT akhirnya penulis bisa melewati kendala dan tantangan dalam menyelesaikan dan menyusun laporan tugas akhir ini. Tugas akhir ini disusun dan diajukan sebagai syarat untuk kelulusan dan mendapatkan gelar Sarjana Teknik di jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. Adapun judul tugas akhir yang penulis ajukan : “PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI 1 FASA KECEPATAN RENDAH”. Selama penyusunan tugas akhir ini penulis mendapat dukungan, dan saran serta bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu dengan tulus ikhlas dan kerendahan hati penulis mengucapkan rasa terima kasih sebesar – besarnya kepada: 1.
Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2.
Bapak Umar, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.
iv
3.
Bapak Agus Supardi, S.T., M.T. dan Bapak Umar, S.T., M.T.. selaku Pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4.
Bapak Hasyim Asy’ari, S.T., M.T. dan Bapak Aris Budiman, S.T., M.T. Selaku penguji Tugas Akhir.
5.
Bapak dan Ibu dosen atas kesedianya membimbing dan memberikan waktunya kepada penulis selama di Teknik Elektro.
6.
Kedua orang tuaku tercinta dan seluruh keluarga terima kasih atas semua kasih sayang dan do’a yang tiada hentinya tidak pernah surut sehingga penulis bisa seperti saat ini.
7.
Seluruh Staf Tata Usaha, Staf Akademik maupun non Akademik, yang telah banyak membantu dan memberikan kemudahan kepada penulis selama menempuh studi di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.
8.
Rekan-rekan seperjuangan Teknik Elektro 2011, rekan-rekan kerja di KMTE dan temen-temen Elektro semuanya, semoga kekeluargaan ini tetap terjaga hingga nanti.
9.
Seluruh pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
10. Seluruh elemen kehidupan yang selalu menginspirasi perjalanan ini. Akhir kata, penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan.
v
Semoga karya ini dapat bermanfaat untuk rekan-rekan mahasiswa dan pihakpihak yang berkepentingan.
Surakarta, 1 Juni 2015
Penulis
vi
MOTTO
Tiada resah apabila kita berserah, Tiada keluh jikalau kita mampu bersimpuh, Tiada kalut jika kita mau bersujud.
Allah melapangkan keadaanmu agar engkau tidak tetap dalam kesempitan, dan Allah menyempitkan keadaanmu agar engkau tidak terus dalam kelapangan, dan Dia melepaskanmu dari keduanya agar engkau terbebas dari sesuatu selain-Nya.
Bisa jadi Allah memberimu maka menolakmu, dan bisa jadi Dia menolakmu maka memberimu.
Ketika Allah membukakan pintu pengertian bagimu tentang penolakan-Nya, maka penolakan itu pun berubah menjadi pemberian
Bila engkau menuntut imbalan atas suatu amal, pasti engkau pun akan dituntut untuk tulus dalam melakukannya. Dan bagi yang belum sempurna, cukuplah bila ia telah selamat dari tuntutan.
Saat diberi sesuatu engkau gembira, dan saat ditolak engkau kecewa, maka simpulkanlah bahwa yang demikian itu adalah bukti kekanak-kanakanmu dan ketidaktulusan penghambaanmu.
vii
PERSEMBAHAN
Sedikit karya ini kupersembahkan untuk yang tercinta dan terkasih : Allah SWT yang senantiasa melimpahkan nikmat, karunia dan hidayahNya kepada kami semua. Ayah dan Ibuku tercinta. Kasih sayang, cinta serta pengorbanan dan doa sepanjang masa yang telah kalian berikan kepada anakmu. Saudara-saudaraku tercinta Hendi Nuswantoro Bekti, Dwi Utami Rias Pertiwi dan Ana Imro’atun Arifah yang selalu mendukung dan memberikan semangat untukku. Guruku Bapak H.M Adi Timor Wijaya yang senantiasa membimbingku dan memberikan do’a untukku. Kotaku Tercinta “Powered Of Java” PEKALONGAN KOTA BATIK Sahabat-sahabatku yang selalu berbagi kisah, tawa, canda dan kebahagiaan. Segenap Keluarga Mahasiswa Teknik Elektro ( KMTE ) Teman-teman Seperjuangan Teknik Elektro 2011
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL........................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN .........................................................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN ..........................................................................
iii
KATA PENGANTAR .....................................................................................
iv
MOTTO ...........................................................................................................
vii
PERSEMBAHAN ............................................................................................
viii
DAFTAR ISI ....................................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................
xv
ABSTRAKSI ...................................................................................................
xvi
DAFTAR KONTRIBUSI................................................................................. xvii BAB I. PENDAHULUAN ...............................................................................
1
1.1. Latar Belakang ............................................................................
1
1.2. Perumusan Masalah ...................................................................
3
1.3. Batasan Masalah ........................................................................
4
1.4. Tujuan Penelitian .......................................................................
4
1.5. Manfaat Penelitian .....................................................................
5
1.6. Sistematika Penulisan .................................................................
5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA.....................................................................
7
2.1. Telaah Penelitian .........................................................................
7
2.2. Landasan Teori............................................................................
8
ix
2.2.1. Generator ...................................................................
8
2.2.1.1. Generator AC .........................................................
9
2.2.1.2. Generator DC .........................................................
15
BAB III. METODE PENELITIAN..................................................................
21
3.1. WaktudanTempat ........................................................................
21
3.2. BahandanPeralatan ......................................................................
21
3.2.1. Bahan Perancangan ...................................................
21
3.2.2 Bahan Penelitian .........................................................
21
3.2.3 Peralatan .....................................................................
22
3.3. Alur Penelitian ............................................................................
22
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...............................
25
4.1.Generator Induksi.........................................................................
26
4.1.1. Alur Perancangan Belitan Generator Induksi …….…. 26 4.2. Hasil Penelitian dan Pembahasan ......................…………….….
28
4.2.1. Pengujian generator induksi tanpa beban dengan eksitasi bank kapasitor 28 µF .................................................... 29 4.2.2. Pengujian generator induksi tanpa beban dengan eksitasi bank kapasitor 40 µF .................................................... 32 4.2.3. Pengujian generator induksi dengan beban dengan eksitasi bank kapasitor 28 µF .................................................... 35 4.2.4. Pengujian generator induksi dengan beban dengan eksitasi bank kapasitor 40 µF .................................................... 39
x
BAB V. PENUTUP .........................................................................................
50
5.1. Kesimpulan .................................................................................
50
5.2. Saran ...........................................................................................
52
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................
53
LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1.Struktur generator AC ..................................................................... 10 Gambar 2.2. Rotor jenis kutub menonjol (salient pole) ...................................... 13 Gambar 2.3. Rotor jenis kutub silinder (non salient pole) .................................. 14 Gambar 2.4. Konstruksi generator DC ................................................................ 15 Gambar 2.5. Struktur generator DC .................................................................... 16 Gambar 2.6. Efek komutasi ................................................................................. 18 Gambar 2.7. Tegangan rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator ....................................................................................... 18 Gambar 3.1. Alur Penelitian................................................................................ 25 Gambar 4.1. Alur perancangan belitan generator induksi .................................
26
Gambar 4.2. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap frekuensi pada generator induksi tanpa beban dengan kapasitor 28 µF.……….... 30 Gambar 4.3. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap tegangan pada generator induksi tanpa beban dengan kapasitor 28 µF. ................ 31 Gambar 4.4. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap frekuensi pada generator induksi tanpa beban dengan kapasitor 40 µF. ................ 33 Gambar 4.5. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap tegangan pada generator induksi tanpa beban dengan kapasitor 40 µF. ................ 34 Gambar 4.6. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap frekuensi pada generator induksi dengan beban resistif 5 Watt dengan kapasitor 28 µF ............................................................................... 36
xii
Gambar 4.7. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap tegangan pada generator induksi dengan beban resistif 5 Watt dengan kapasitor 28 µF...... ......................................................................... 37 Gambar 4.8. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap arus pada generator induksi dengan beban resistif 5 Watt dengan kapasitor 28 µF.... ........................................................................... 38 Gambar 4.9. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap frekuensi pada generator induksi dengan beban resistif berukuran 5 Watt dengan kapasitor 40 µF. ................................................................. 41 Gambar 4.10. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap frekuensi pada generator induksi dengan beban resistif berukuran 10 Watt dengan kapasitor 40 µF. ................................................................. 42 Gambar 4.11. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap frekuensi pada generator induksi dengan beban resistif berukuran 15 Watt dengan kapasitor 40 µF. ................................................................. 42 Gambar 4.12. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap tegangan pada generator induksi dengan beban resistif berukuran 5 Watt dengan kapasitor 40 µF. ................................................................. 44 Gambar 4.13. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap tegangan pada generator induksi dengan beban resistif berukuran 10 Watt dengan kapasitor 40 µF. ................................................................. 44
xiii
Gambar 4.14. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap tegangan pada generator induksi dengan beban resistif berukuran 15 Watt dengan kapasitor 40 µF. ................................................................. 45 Gambar 4.15. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap arus pada generator induksi dengan beban resistif berukuran 5 Watt dengan kapasitor 40 µF .......................................................... ....... 46 Gambar 4.16. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap arus pada generator induksi dengan beban resistif berukuran 10 Watt dengan kapasitor 40 µF.. ................................................................ 47 Gambar 4.17. Grafik hubungan kecepatan putar terhadap arus pada generator induksi dengan beban resistif berukuran 15 Watt dengan kapasitor 40 µF ......................................................... ........ 47
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Pengujian generator induksi tanpa beban dengan kapasitor 28 µF. .................................................................................................... 29 Tabel 4.2. Pengujian generator induksi tanpa beban dengan kapasitor 40 µF ..................................................................................................... 32 Tabel 4.3. Pengujian generator induksi dengan beban resisitif 5 Watt dengan kapasitor 28 µF .................................................................... 35 Tabel 4.4. Perngujian generator induksi dengan beban resistif 5-15 Watt dengan kapasitor 40 µF. ................................................................... 39
xv
ABSTRAKSI Generator induksi menjadi salah satu alternatif pilihan untuk aplikasi pembangkit listrik berdaya kecil pada daerah yang terpencil lokasinya. Apabila generator induksi hendak diterapkan pada suatu sistem pembangkit di lokasi terpencil, maka akan dijumpai kenyataan bahwa potensi tenaga penggerak mula yang digunakan untuk memutar generator tersebut adalah tidak konstan. Pada pembangkit tenaga mikrohidro sering dijumpai debit air yang berbeda-beda akibat pengaruh musim. Di sisi lain, beban harian yang harus dipikul oleh sistem pembangkit tersebut juga tidak konstan. Kondisi ini akan berdampak besar terhadap tegangan dan frekuensi pembangkit tersebut. Oleh karena itu, perlu dilakukan suatu penelitian untuk membuat suatu prototipe generator induksi kecepatan rendah yang dapat menghasilkan tegangan dan frekuensi dalam debit air yang kecil dan berbeda-beda walaupun untuk implementasi di daerah terpencil. Penelitian yang dilakukan mengenai kecepatan putar dari generator yang dikopelkan dengan motor listrik sebagai penggeraknya dipasang switch controller bank kapasitor, selanjutnya dilakukan pengujian generator induksi tanpa beban dengan eksitasi kapasitor 28 µF dengan kecepatan putar antara 770 sampai dengan 795 RPM dan dengan eksitasi kapasitor 40 µF dengan kecepatan putar antara 700 sampai dengan 735 RPM. Setelah itu dengan memasang beban resistif berukuran 5 Watt untuk eksitasi kapasitor 28 µF dan beban resistif berukuran 515 Watt untuk eksitasi kapasitor 40 µF pada instalasi listrik sederhana. Setelah dilakukan pengujian dilanjutkan mengukur keluaran dari tegangan, frekuensi dan arus, selanjutnya data tersebut dianalisis. Hasil penelitian pada generator induksi1 fasa kecepatan rendah dengan eksitasi kapasitor 28 µF dengan beban resistif berukuran 5 Watt dengan kecepatan putar antara 793 sampai dengan 801 RPM diperoleh tegangan sebesar 71 sampai 114 Volt dan frekuensi sebesar 52,8 sampai 53,4 Hz. Penelitian selanjutnya dengan eksitasi kapasitor 40 µF dengan kecepatan putar antara 705 sampai dengan 735 RPM dengan beban resistif berukuran 5 Watt diperoleh tegangan sebesar 84 sampai 116 Volt dan frekuensi sebesar 48,2 sampai 49,7 Hz. Selanjutnya beban resistif berukuran 10 Watt diperoleh tegangan sebesar 87 sampai 105 Volt dan frekuensi sebesar 49,4 sampai 50,6 Hz. Penelitian terakhir beban resistif berukuran 15 Watt diperoleh tegangan sebesar 77 sampai 90 Volt dan frekuensi sebesar 50,7 sampai 51,6 Hz. Kata kunci : generator induksi, kecepatanputar, tegangan, frekuensi
xvi
DAFTAR KONTRIBUSI
Tugas Akhir ini berawal dari ketertarikan penulis terhadap energi alternatif dan yang terbarukan, khususnya energi tersebut mempunyai peran yang sangat penting dalam memenuhi kebutuhan listrik bagi masyarakat yang betempat tinggal didaerah terpencil. Ide Tugas Akhir ini berasal dari Bapak Agus Supardi, S.T., M.T. sebagai pembimbing pertama, beliau menawarkan judul Tugas Akhir mengenai generator induksi 1 fasa kecepatan rendah. Setelah berkonsultasi dan diberikan penjelasan, akhirnya penulis berminat untuk melakukan perancangan dan penelitian. Beliau juga menyarankan untuk dosen pembimbing kedua tugas akhir ini adalah Bapak Umar, S.T., M.T. Setelah berkonsultasi dengan Bapak Umar, S.T., M.T. mengenai judul Tugas Akhir dan beliau bersedia untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan serta menyusun laporan Tugas Akhir ini. Setelah seminar Proposal Tugas Akhir ada beberapa saran dan masukkan dari dosen penguji demi perbaikkan Tugas Akhir ini. Perancangan generator induksi 1 fasa kecepatan rendah ini dilakukan di luar Laboraturium Jurusan Teknik Elektro dan penelitian tugas akhir ini dilakukan penulis di Laboraturium Jurusan Teknik Elektro. Untuk pengambilan data dilakukan beberapa kali percobaan untuk mendapatkan seluruh data yang diperlukan dalam penelitian ini. Setiap
ada
perubahan
penulis
selalu
berkonsultasi
dengan
pembimbing, hingga akhirnya seluruh data yang diperlukan terkumpul. Kemudian
xvii
penulis menganalisis data yang terkumpul. Hasil pengujian dan analisis disusun dalam sebuah laporan Tugas Akhir.
Demikian daftar konstribusi penulis menyusun dengan sejujurjujurnya.
Surakarta, 1 Juni 2015
Mahasiswa Tugas Akhir
Ivan Arif Prasetyo
Mengetahui
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Agus Supardi, S.T., M.T.
Umar, S.T., M.T.
xviii
