PEMBANGKITAN   TEGANGAN   GENERATOR INDUKSI SATU FASA
M. Saleh Al Amin
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas PGRI Palembang e-mail : saleh.pgri@gmail.com
Abstrak--Dari beberapa mesin pembangkit tenaga listrik yang digunakan sekarang ini, generator induksi merupakan mesin pembangkit energi  listrik alternatif yang mulai digunakan, karena memiliki keunggulan, khususnya dibidang konstruksi yang dapat menurunkan biaya produksi pabrikasi mesin. Pada saat ini generator induksi diproduksi untuk daya kecil satu fasa, yang kebanyakan   digunakan   untuk   sektor   rumah   tangga   sebagai   pembangkit   cadangan.   Eksitasi Generator   induksi   satu   fasa   menggunakan   kumparan   eksiter   di   sisi   rotor   yang   merupakan rangkaian   loop   tertutup,   dan   sebuah   kumparan   di   sisi   stator   yang   diseri   dengan   kapasitor. Tegangan akan terbangkit karena adanya remanensi magnet di inti rotor, yang memnbangkitkan tegangan induksi di kumparan stator, sehingga kapasitor akan terisi muatan, yang akhirnya akan terbangkit tegangan yang nominal di sisi kumparan daya di stator.

## Kata kunci : generator induksi, kumparan eksiter, kumparan stator
Abstract   -   electric   power   generation   machines   currently   used,   induction   generators   are alternative   electric   energy   generation   machines   that   are   being   used,   because   they   have advantages, especially in the field of construction which can reduce the manufacturing costs of engine manufacturing. At this time an induction generator is produced for one phase small power, which is mostly used for the household sector as a backup generator. Excitation of a single phase induction generator uses an exciter coil on the side of the rotor which is a closed loop circuit, and a coil at the side of the stator which is supplied with a capacitor. The voltage will be generated due to the magnetic remanence in the rotor core, which generates an induced voltage in the stator coil, so that the capacitor will be charged, which will eventually generate a nominal voltage on the side of the power coil at the stator.
Keywords: generator induction, exciter coil, stator coil

## PENDAHULUAN
Pada   zaman   sekarang   ini   Energi   Listrik   merupakan   salah   satu   energi   primer   yang dibutuhkan, oleh karena itu terjadi peningkatan akan kebutuhan energi listrik setiap tahunnya, karena semakin banyak penduduk yang memerlukan energi listrik untuk menunjang aktifitas hidup   sehari-hari,   dan   munculnya   berbagai   industri   dengan   berbagai   skalanya.   Untuk memenuhi   semua   kebutuhan   tersebut   maka   dirancang   dan   dibuatlah   pembangkit   guna memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut.
Untuk kebutuhan daya listrik alternatif, pada umumnya digunakan pembangkit cadangan dengan mesin pembangkit berupa generator induksi yang sangat berbeda dengan generator DC atau generator sinkron, sehingga akan bermasalah dalam pemeliharaannya.

## TINJAUAN PUSTAKA Motor IInduksi 1 Fasa
Motor   induksi satu fasa adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik secara induksi [1]. Motor ini hanya memiliki sebuah lilitan stator jenis sangkar  tupai dan beroperasi dengan pasokan listrik satu fasa. Motor induksi merupakan motor  listrik arus bolak   balik yang paling banyak digunakan [5]. Dikatakan motor induksi karena motor ini bekerja berdasarkan induksi medan  magnet  dari  stator ke rotornya. Arus rotor motor induksi satu fasa    bukan diperoleh dari   sumber tertentu , tetapi  merupakan arus yang terinduks i sebagai akibat adanya perbedaan   relatif antara putaran rotor dengan medan putar ( rotating magnetic field)  yang  dihasilkan  oleh arus stator [6].

## Motor Induksi Satu Fasa Sebagai Generator
Motor induksi memiliki kecepatan putar rotor selalu lebih kecil dari kecepatan sinkron sedangkan kecepatan putar rotor pada generator induksi harus dibuat lebih besar dari kecepatan sinkron .Generator induksi dapat dioperasikan dengan menghubungkan motor induksi dengan mesin penggerak mula-mula, misalnya mesin disel. Slip pada generator induksi harus bernilai negative     agar   generator   induksi   dapat   mengeluarkan   tegangan   pada   kedua   ujung   lilitan kumparan stator [2]

## Konstruksi Generator Induksi
Generator induksi mempunyai stator dan rotor, seperti pada generator pada umumnya.

## 1.  Stator
Jumlah kumparan pada sisi stator generator induksi terdiri dari dua buah, yaitu :
a.  Kumparan Daya.
Yaitu kumparan tempat terbangkitnya tegangan untuk melayani  bebannya.
b.  Kumparan Eksitasi.
Yaitu   kumparan   yang   disuplai   dengan   sebuah   kapasitor,   dimana   kapasitor   tersebut berfungsi menghubung singkat kumparan eksitasi tersebut.   Konstruksi kumparan stator dilukiskan pada gambar berikut :

## Gambar 1.  Konstruksi Kumparan Stator

## 2.  Rotor
Rotor adalah bagian yang berputar, dimana rotor ini dibuat bentuknya sama seperti konstruksi   rotor   generator   sinkron,   yaitu   membentuk   sepatu   kutub   seperti   dilukiskan   pada gambar berikut :
Gambar  2.  Bentuk Rotor
Pada rotor tersebut ditempatkan kumparan rotor sebagai pembangkit medan magnet untuk   membangkitkan   tegangan   di   stator.   Kumparan   rotor   dihubung   singkat   dengan menggunakan resistor (R), untuk mengurangi arus yang mengalir pada kumparan agar tidak terlalu besar. Bentuk kumparan rotor adalah sebagai berikut :
Gambar  3.  Konstruksi kumparan rotor

## Prinsip Kerja
Generator induksi jenis ini akan bekerja sebagai berikut :
1. Rotor diputar dengan penggerak mula.
Pada rotor masih terdapat remanensi magnet yang membangkitkan tegangan induksi di sisi stator.
2. Karena adanya tegangan induksi tersebut, kapasitor di kumparan   eksitasi akan mengisi sampai penuh, kemudian membuang muatan ke kumparan eksitasi tersebut sehingga akan terjadi   aliran   arus,   kemudian   diinduksikan   ke   kumparan   rotor,   yang   mengakibatkan terjadinya tegangan induksi di kumparan rotor.
3. Pada   kumparan   rotor   akan   timbul   ggl   induksi   yang   semakin   besar,   sehingga menginduksikan tegangan di kumparan daya stator.
4. Fluksi medan semakin bertambah besar, karena kapasitor selalu  mengisi dan membuang seiring dengan fluktuasi tegangan sinusoidal di stator dan rotor.
5.   Pembangkitan tegangan induksi di kumparan daya akan semakin besar  Sehingga akan dicapai tegangan nominal.
6. Setelah tegangan pada kumparan daya nominal, maka generator telah siap mensuplai daya ke beban.

## Rangkaian Ekivalen
Generator induksi mempunyai 3 buah kumparan, yaitu :
1.  Kumparan Utama
2.  Kumparan rotor
3.  Kumparan eksiter di stator
Ketiga kumparan tersebut mempunyai fungsi masing – masing, yaitu :
1.   Kumparan Utama
Berfungsi membangkitkan tegangan di sisi stator untuk menyalurkan daya ke beban.
2.   Kumparan rotor
Berfungsi   membangkitkan   fluksi   medan,   untuk   membangkitkan   tegangan   di   kumparan utama.
3.   Kumparan eksiter di stator
Berfungsi menimbulkan fluksi pertama untuk membangkitkan tegangan induksi di rotor.
Dari kumparan – kumparan tersebut dapat dilukiskan rangkaian ekivalennya sebagai beriku
Gambar 4. Rangkaian ekivalen Generator Induksi.
Keterangan gambar :
Ra
:  Tahanan Jangkar.
Xa :  Reaktansi Jangkar.
ea :  Tegangan yang di bangkitkan di jangkar. e r :  Tegangan Induksi di rotor.
Rf1 :  Tahanan kumparan eksitasi dari rotor.
Rf2 :  Tahanan kumparan eksitasi dari stator.
If1
:  Arus eksitasi rotor.
If2 :  Arus eksitasi dari kapasitor.

## Eksitasi
Eksitasi adalah pembentukan medan magnet untuk keperluan pembangkitan tegangan (ggl)   induksi   pada   sebuah   generator.   Tetapi   dalam   pengertian   sehari-hari   eksitasi   adalah penguatan. Yang dimaksud dengan penguatan disini adalah penguatan medan magnet, dimana medan magnet tersebut dapat menghasilkan fluksi. Fluksi tersebut nantinya dapat digunakan sebagai media pembangkitan ggl induksi pada generator.
Dalam pembangkitan tegangan yang telah dikemukakan dalam bab 2, yang dirumuskan sebagai berikut :
e = -N dt d 
Dari persamaan tersebut, ggl induksi (e) berbanding lurus terhadap jumlah lilitan (N) dan fluksi magnet (Ø). Fluksi magnet (Ø) inilah yang diartikan sebagai eksitasi.
Eksitasi pada generator ada dua macam, yaitu eksitasi dengan menggunakan magnet permanen,   dan   eksitasi   dengan   menggunakan   magnet   buatan   atau  elektromagnet.   Eksitasi magnet permanen umumnya hanya digunakan untuk mesin-mesin yang kecil, yang kurang dari 1   HP.  Tetapi,   untuk   mesin-mesin   yang   besar   digunakan   magnet   buatan   atau   yang   dikenal dengan elektromagnet.
Generator   Induksi   selama   ini   jarang   digunakan   karena   efisiensinya   yang   rendah. Tegangan yang dihasilkan hanya mencapai 25 % dari tegangan nominalnya. Hal tersebut terjadi karena permasalahan eksitasi. Bahan pembuat rotor dari mesin induksi bukanlah bahan yang dapat menyimpan energi magnet secara lama, tetapi terbuat dari besi lunak yang remanensi magnetnya sangat rendah.
Tetapi untuk generator induksi jenis ini mempunyai efisiensi yang tinggi, karena telah menggunakan kapasitor sebagai penguatan medan eksitasinya, yang dipasang pada kumparan yang khusus.
Konstanta generator.
Konstanta generator (C), dapat digunakan persamaan dasar dari generator, yang ditulis kembali sebagai berikut :
60 . z a p C  ............................................................................... (1)
Dimana :
C : Konstanta generator P : Jumlah kutub z : Jumlah lilitan
a : Konstanta belitan
dengan ketentuan bahwa untuk belitan gelombang (a = 2)   sedangkan untuk belitan gelung (a = 1).

## Waktu pengisian dan pembuangan kapasitor.
Tegangan   kapasitor   eksitasi   yang   digunakan   adalah   dengan   rating   240   volt. Tegangan tersebut akan tercapai bila kapasitor penuh. Waktu pengisian kapasitor terjadi setiap setengah putaran dan pelepasan setengah putaran seperti gambar berikut:
Gambar 5. Pengisian dan pelepasan kapasitor
Waktu yang dibutuhkan untuk pengisian dan pelepasan kapasitor adalah :
t =              f 1 4 1 detik    ..................................................................  (2)

## Fluksi eksitasi.
Fluksi medan yang terjadi pada generator dihasilkan oleh arus eksitasi,  besarnya adalah sebagai berikut :
ф  =  f f I N . .................................................................................  (3)
Dimana N f dan  adalah konstanta, sehingga persamaan di atas akan menjadi persamaan berikut :
ф  = f I K . ...................................................................................  (4)
Dimana :
K  =  faktor pengali fluksi.
Faktor pengali ini ditentukan berdasarkan pada pengujian beban nol dari generator induksi, sehingga fluksi yang terjadi pada generator adalah sebagai berikut :
ф  = f I ). 0044213 , 0 ( .....................................................................  (5)

## Tegangan Induksi Generator.
Tegangan induksi yang dibangkitkan oleh generator induksi dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
e =   C . n . ф      .............................................................................  (6)

## Kapasitas Kapasitor.
Untuk perubahan arus yang diberikan pada kapasitor dengan memasang resistor variabel seperti pada gambar pengujian, maka kapasitas kapasitor akan berubah sesuai dengan perubahan   arus   tersebut.     Besarnya   kapasitas   kapasitor   tersebut   dapat   ditentukan   dengan menggunakan persamaan berikut :
i . t  =  C . V    ...................................................................................  (7)
Maka besarnya kapasitas kapasitor dapat ditentukan sebagai berikut :
C = V t i . ..........................................................................................  (8)

## METODA PENELITIAN
Untuk   mendapatkan   data-data   yang   diinginkan   yang   dapat   menunjang   proses perhitungan, maka pada penelitian ini dilakukan pengujian dalam keadaan tanpa beban dan berbeban. Untuk kondisi berbeban, diberikan beban berupa lampu pijar dengan daya sebesar 100 watt.
Pada pengujian berbeban ini arus eksitasi diatur dengan menggunakan V R atau resistor variabel yang dipasang seri dengan kapasitor C k , dan dilakukan pengukuran tegangan, arus eksitasi dan putaran generator.
Gambar 6. Rangkaian pengujian Generator induksi.
Pada rangkaian pengujian tersebut, generator dioperasikan secara normal, tetapi arus yang   mengalir   pada   kapasitor   eksitasi   diukur   dengan   menggunakan   amperemeter,   dan digunakan resistor variable untuk mengatur arus kapasitor.

## DATA-DATA GENERATOR INDUKSI
Dalam pengujian ini digunakan generator induksi dengan data-data sebagai berikut :
-  Tegangan/Fasa : 220 volt/1 fasa
-  Daya
:  450 watt -  Frekwensi :  50 Hz -  Putaran :  3000 rpm -  Kutub :  2 -  Eksitasi :  Kapasitor Sedangkan motor penggeraknya adalah : -  Jenis : Motor Induksi -  Daya : 1 HP -  Fasa : 1 -  Tegangan : 220 volt -  Frekwensi : 50 Hz -  Kutub : 4 -  Putaran : 1500 rpm
Kopling   antara   penggerak   mula   dan   generator   digunakan   rubberbelt   dengan perbandingan puley 2 : 1.
Hasil Pengujian
Pengujian rangkaian dilakukan untuk dua kondisi pengujian yaitu kondisi tanpa beban dan kondisi berbeban, yang data-data hasilnya diberikan pada tabel 1 dan tabel 2.

## Tabel 1. Hasil pengujian generator induksi tanpa beban
No V out (volt) V eks (volt) I eks (amp) n (rpm) 1 220 240 0,85 1600 2 220 240 0,85 1600 3 219 240 0,81 1600 4 220 240 0,85 1598 5 219 240 0,80 1600

## Tabel 2. Hasil pengujian generator induksi berbeban
No Beban (watt) V out (volt) V eks (volt) I eks (amp) n (rpm) 1 100 220 240 1,55 1600 2 100 195 240 1,40 1590 3 100 175 240 1,25 1595 4 100 150 240 1,10 1600 5 100 130 240 0,95 1595 Hasil Perhitungan.

## Tabel 3. Hasil Perhitungan
No Beban (watt) V out (volt) V eks (volt) I eks (amp) n (rpm) ϕ (wb) e (volt) C (µF) 1 100 220 240 1,55 1600 0,0068530 219,296 32,3 2 100 195 240 1,40 1590 0,0061920 196,842 29,3 3 100 175 240 1,25 1595 0,0055270 176,311 26,1 4 100 150 240 1,10 1600 0,0048630 155,616 22,4 5 100 130 240 0,95 1595 0,0042002 133,986 19,8
Dari tabel 3 tersebut dapat dilihat bahwa dengan adanya penurunan arus eksitasi yang diatur dari arus pada kapasitor, maka akan mengakibatkan penurunan fluksi pada penguatan medan, dan juga penurunan tegangan keluaran generator, sehingga kapasitas kapasitor yang terisi juga akan menurun.  Hubungan tersebut dapat dilihat pada gambar kurva- kurva berikut berikut :
Gambar  7.  Kurva hubungan arus eksitasi dan fluksi medan.
Gambar 8.  Kurva hubungan arus eksitasi dan tegangan generator.
Gambar 9.  Kurva hubungan arus eksitasi dan kapasitas kapasitor.

## KESIMPULAN.
Dari hasil perhitungan  dan analisa serta pembahasan yang telah diberikan pada bab sebelumnya, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Dengan terjadinya penurunan arus eksitasi generator, maka akan mengakibatkan penurunan fluksi medan generator.
2. Penurunan fluksi medan akan mengakibatkan penurunan tegangan induksi keluaran dari generator.
3.  Penurunan   arus   eksitasi   dan   fluksi   medan   generator   tersebut   akan   mengakibatkan penurunan kapasitas kapasitor eksitasi.
4. Penurunan parameter generator tersebut tidak mempengaruhi putaran generator.

## DAFTAR PUSTAKA.
[1] Gunawan H., 1993, Mesin Listrik dan Rangkaian Listrik,  Erlangga, Jakarta.
[2] Joni Alpensusu, 2013, Pemanfaatan Motor Induksi saru Fasa Sebagai generator, https://repository.usd.ac.id/7606/1/085114001_Full.pdf
[3] Marappung muslimin, Ir, 1980, “ Teknik tenaga listrik “ Amrico, Bandung.
[4]     Siskind. 1983, “Electrical Machines”. 2 nd Edition. Mc Graw Hill. Tokyo..
[5]     Sumanto, 1993,“ Motor listrik Arus bolak balik “, andi offset, Yogyakarta.
[6]  Tri, Dede ,2012, Motor Induksi, http://blog.unsri.ac.id/download3/23965.pdf,
[7]      Zuhal ,1991.” dasar tenaga listrik “ Erlangga, Bandung.