## Perancangan Load Controller 1300 Watt Sebagai Pengendali Tegangan Generator Induksi Tiga Fasa
Hanny Madiawati # , Dedi Nono Suharno Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir,Ciwaruga, Kec. Parongpong, Kabupaten Bandung Barat, Jawa Barat, Indonesia
# hannymadiawati@polban.ac.id

## Abstrak
Energi  listrik  merupakan  suatu  kebutuhan  yang  sangat  vital  bagi  setiap  orang.  Hal  ini  memicu  semakin berkembangnya  teknologi  dibidang  pembangkit  tenaga  listrik  yang  memilikidaya  tinggi  maupun  rendah.  Pada pembangkit  listrik  berdaya  rendah  biasanya  memanfaatkansumber  daya  diesel,  mikrohidro,  dan  angin.  Untuk  sistem pembangkitannya pada umumnya  menggunakan generator induksi AC tiga atau satu fasa. Generator induksi memiliki banyak kelebihan namun juga terdapat beberapa kekurangan. Salah satu kekurangannya adalahtegangan keluaran yang dihasilkan berubah terhadap nilai pembebanannya. Agar tegangan keluaran generator konstan meskipun beban berubah maka  diperlukan    sistem  pengendali  tegangan.  Padapenelitian  ini  telah  dirancang  sistem  pengendalian  tegangan keluarangenerator  induksi  berbasis  mikrokontroler  Arduino. S istem  pengendalian  ini  memanfaatkan dummy  load sebagai beban tambahan agar  daya beban yang dicatu oleh generator   tetap meskipun beban utama berubah sehingga tegangan  keluaran  generator  berharga  konstan.  Sistem  pengendalian  tegangan  ini  dapat  menekan  perubahan  tegangan keluaran lebih kecil sekitar 5 % dari nilai tegangan nominal.
Kata kunci: e nergi listrik, generator AC tiga fasa, pengendalian, Arduino, dummy load

## Abstract
Electrical energy is a very vital need for everyone. This has triggered the development of technology in the field of electric power generation that has high and low power. Low power plants usually use diesel, micro hydro, and wind sources. The generation system generally uses a three or one phase AC induction generator. The induction generator has many advantages but also some disadvantages. One of the drawbacks is that the resulting output voltage changes with its loading value. In order for the generator output voltage to be constant even though the load changes, a voltage control system is needed. In this research, Arduino-based induction generator output voltage control system has been designed.  This  control  system  utilizes  dummy  load  as  an  additional  load  so  that  the  load  power  supplied  by  the generator remains even though the main load changes so that the generator output voltage can be constant. With this voltage control system, it can suppress the change in output voltage to be less than ± 5% of the nominal voltage value.
Keywords: electrical energy, three-phase AC generator, controlling,  Arduino, dummy load

## I. P ENDAHULUAN
Motor induksi AC tiga fasa rotor sangkar sudah banyak  sekali  kita  temui  sebagai  penggerak mekanik.  Hal  ini  karena  selain  konstruksinya  yang sederhana  sertaharga  yang  lebih  terjangkau  [1]. Pada  dasarnya  motor  induksi  menggubah  energi listrik  menjadi  energi  mekanik.  Namun  motor induksi  ini  dapat  dimanfaatkan  sebagai  generator induksi  yang  justru  merubah  energi  mekanik menjadi  energi  listrik  [2].  Hal  ini  dapat  dilakukan
karena  secara  umum  konstruksi  dari  keduanya sama. Namun, untuk menjadikan motor induksi tiga fasa  sebagai  generator  induksi  maka  kecepatan putaran  rotor  harus  lebih  besar  dari  kecepatan putaran sinkronnya.
Generator induksi banyak sekali digunakan pada pembangkit  yang  memiliki  daya  pembangkit  kecil dan  sedang.  Hal  ini    karena  harga  dari  generator induksi  relatif  lebih  murah  jika  dibandingkan dengan  generator  sinkron.  Selain  itu  sistem pengontrolannya  relatif  lebih  sederhana  [3]-[4].
Generator  induksi  juga  dapat  digunakan  untuk sistem  pembangkitan  dengan  tenaga  penggerak turbin  yang  memiliki  putaran  rendah  serta kecepatannya tidak tetap. Dengan demikiangenerator induksi banyak sekali digunakan pada  sistem  pembangkit  listrik  tenaga  mikrohidro, tenaga  angin,  dan  lainnya  dengan  beban  listrik rumah  tangga  [5].  Namun  generator  induksi memiliki kekurangan yaitu tegangan yang dihasilkannya
berubah
terhadap
nilai pembebanannya  [6].    Hal  ini  tentu  dapat mengurangi  kualitas  catu  daya  dimana  regulasi tegangan  pada  PUIL  2011  (amandemen  1:2013) yaitu  nilainya  sebesar  5%  dari  nilai  tegangan nominal [7].
Untuk  itu  pada  penelitian  ini  telah  dilakukan rancang  bangun load  controller 1300  Watt  sebagai pengendali  tegangan  generator  induksi  tiga  fasa berbasis  mikrokontroler  Arduino.  Tujuannya  untuk melakukan pengendalian tegangan keluaran generator  induksi  tiga  fasa  dengan  perubahan maksimum sebesar 5% dari nilai tegangan nominal berdasarkan PUIL2011(amandemen 1:2013).Sistem kontrol ini dapat juga digunakan untuk mengontrol tegangan  generator  induksi  tiga  fasa  yang berkapasitas lebih kecil dari 5000 Watt.

## II. M ETODE P ENELITIAN
A. Perancangan Fungsional
Diagram blok sistem yang dirancang diperlihatkan  pada  Gambar  1.  Secara  konsep, sistem  yang  dibuat  pada  penelitian  ini  memiliki fungsi  untuk mengatur  atau  mengendalikan tegangan output dari  generator  induksi.  Cara kerjanya  yaitu  dengan  membuat  nilai  dari pembebanan  pada  generator  tetap,s ehingga dengan daya  beban  yang  tetap  maka  tegangan  dan  arus pada  generator  akan  konstan.  Untuk  menjadikan nilai  daya  pembebanan  tetap  maka  dibutuhkan dummyload yang  akan  berubah  nilainya  terbalik dengan  perubahan  nilai  beban  utama.  Dengan demikian  maka  beban  total  yang  dicatu  generator adalah  beban  utama  ditambah  beban dummy  load. Perubahan nilai dummy load diatur secara otomatis oleh  mikrokontroler  Arduinoyang  dikoneksikan dengan sensor arus. Sensor arus akan membaca arus yang  mengalir  ke  beban  utama.  Nilai  arus  yang terukur  akan  diolah  sehingga  sinyal  keluaran mikrokontrolerArduino  dapat  sesuai  dengan input optocoupler . Sinyal keluaran tersebut akan diterima oleh optocoupler yang  kemudian  akan  menjadi trigger ke gate TRIAC pada rangkaian switching.
Gambar 1.  Diagram blok sistem pengendalian
Tabel 1. Spesifikasi generator induksi rotor sangkar
No Spesifikasi Nilai 1 Tegangan hubungan  Δ/Y 220/380 Volt 2 Arus hubunganΔ/Y 6,6/3,8 Ampere 3 Daya 1,5 kW 4 Faktor daya 0,79 5 Putaran generator 1416 rpm 6 Frekuensi 50 Hz

## B. Menetukan Nilai Kapasitor
Kapasitor  digunakan  sebagai  eksitasi  untuk generator  induksi  karena  pada  dasarnyagenerator induksi  yang  digunakan  adalahmotor  induksi  rotor sangkar  yang  tidakmempunyai  sistem  eksitasi sendiri  ketikadigunakan  sebagai  generator  [8]. Terdapatdua cara dalam menentukan nilaikapasitor, cara  pertama  yaitu  melalui  perhitungan  dengan melihat nameplate ,cara  kedua  melalui  percobaan ketika running tanpa  beban  dengan  beberapa  nilai kapasitor  yang  berbeda.  Spesifikasi  generator  yang digunakandicantumkan dalam Tabel 1. Berdasarkan data  padaTabel  1,  daya  semu  total  dapat  dihitung berdasarkan [9]:
√ (1)
dengan adalah  daya  total adalah  tegangan beban, adalah arus beban, dan adalah faktor daya  Setelah  diketahui  nilai  daya  aktifnya,  daya reaktif dihitung dengan rumus sebagai berikut:
(2)
Dari data reaktif total tersebut, daya reaktif per fasa bernilai:
(3)
Setelah didapatkan daya reaktif per fasa, nilaikapasitorpadakonfigurasi Ydapat dicari sebagai berikut:
(4)
Tabel 2. Hasil tegangan generator untuk beberapa nilai kapasitor C (μF) Vout L-N (V) Nr (rpm) 30 162 1600 34 186 1600 36 203 1600 40 222 1600 44 238 1600
Sedangkan untuk nilai kapasitor jika dihubung delta dapat diketahui dengan cara
(5)
Dari  hasil  perhitungan  didapatkan  dua  hasil yaitu 33,8 µF untuk kapasitor dihubung Y dan 11,3 µF  untuk  kapasitor  dihubung  ∆.  Berdasarkan  hasil tersebut maka dipilih nilai kapasitor yang dihubung Y  karena  dalam  proses  perangkaiannya  akan  lebih mudah serta konfigurasi generator yang dihubung Y juga  meskipun  nilai  kapasitor  ketika  dihubung  ∆ lebih kecil nilainya. Nilai kapasitor 33,8 µF adalah nilai minimum.
Untuk  menentukan  nilai  kapasitor  juga  dapat dilakukan  dengan  cara running tanpa  beban. Generator  dioperasikan  tanpa  beban  dengan  nilai kapasitor  34µF,  36µF,  40µF,  dan  44µF.  Hasil pengukuran  tegangan  keluaran  generator  dapat dilihat pada Tabel 2. Dari hasil pengukuran terlihat bahwa  tegangan  generator  yang  mendekati  nilai tegangan  nominal  (220V)  yaitu  222  V  yang dihasilkan generator ketika kapasitor bernilai 40µF.

## C. Dummy Load
Konsep  utama  sistem  pengendalian  yang  dibuat padapenelitianiniadalah  dengan  mengatur  beban yang  dicatu  oleh  generator  induksi  agar  nilainya tetap.  Dengan  demikian,  selain  beban  nyata  yang dicatu oleh generator induksi maka harus ada beban dummy load untuk menggenapkan beban total yang dicatu generator induksi, sehingga secara sederhana ketika beban nyata nilainya naik maka dummy load akandiatur  agar  nilainya  turun.  Sebaliknya,  jika beban nyata nilainya turunmaka nilai beban dummy load akan  dinaikan.  Berdasarkan  konsep  tersebut maka dummy load harus memiliki nilai daya yang sama  dengan  nilai  daya  pembebanan  maksimum dari  generator.  Berdasarkan name  plate generator induksi yang digunakan, daya total dari dummyload adalah  1,3  kW  (80%  dari  daya maksimum  generator).  Penentuan  ini  berdasarkan keamanan  serta durability dari  generator  induksi. Pada name  plate, beban  maksimum  (100%)  dari generator  adalah  1500  Watt,  maka  dengan menurunkan pembebanan menjadi 80%, diharapkan
Tabel 3. Spesifikasi Sensor TA 12-100
No Spesifikasi Nilai 1 Kemampuan pengukuran arus 0-5 Ampere 2 Frekuensi kerja 20 Hz-20 kHz 3 Arus keluaran 0-5 mA 4 Rasio lilitan 1000:1
5 Resistor sampling 200 Ω
Gambar 3.  Skematik sensor arus TA 12-100
generator  akan  lebih  aman  dari  adanya  arus  beban lebih serta umur generator akan lebih panjang.

## D. Sensor Arus TA12-100
Sensor ini banyak  sekali digunakan pada sistem kendali  tegangan.  Meskipun  memiliki  ukuran  yang cukup kecil, namun mampu mengukur arus dari 0 A sampai  dengan  5  A.  Didalam  sensor  arus  ini terdapat current  transformer yang  memiliki  ratio 1000:1  [10].  Dengan  adanya  trafo  arus  ini  maka kehandalan  dalam  mengukur  arus  AC  lebih  tinggi. Selain itu juga dengan adanya trafo arus maka dapat mengisolasi  rangkaian  dengan  peralatan  yang diukur  [11].  Spesifikasi  sensor  arus  TA  12-100 diberikan  pada  Tabel  3.Adapun  skematik  dari sensor  arus  TA  12-100  yang  digunakan  pada penelitian ini diberikan pada Gambar 3.

## E. MikrokontrolerArduino Uno
Mikrokontroler  Arduino  Uno  digunakan  untuk memproses  data  yang  dikirimkan  oleh  sensor  arus. Setelah data tersebut diolah kemudian mikrokontroler  Arduino  akan  memberikan  sinyal yang nantinya akan  menjadi acuan untuk  mengatur nilai dummy load. Adapun spesifikasi mikrokontroler  Arduino  Uno  yang  digunakan dicantumkan dalam Tabel 4.
Tabel 4. Spesifikasi Arduino Uno No Spesifikasi Keterangan 1 Mikrokontroler ATmega328 2 Tegangan pengoperasian 5V 3 Batas tegangan input 6-20V 4 Jumlah pin I/O digital 14(6 menyediakan keluaran PWM) 5 Jumlah pin input analog 6 6 Arus DC tiap pin I/O 40 mA 7 Arus DC untuk pin 3.3V 50 mA 8 Memori Flash 32Kb 9 SRAM 2 Kb 10 EEPROM 1 Kb 11 Clock Speed 16 MHz

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN

## A. Pengujian Berbeban Tanpa Pengendali
Pengujian  dilakukan  dengan  nilai  kapasitor  40 µF  dengan  beban  berbeda-beda.  Beban  yang digunakan  dalam  pengukuran  adalah rheostat tiga fasa.  Untuk  rangkaian  pengujian  dapat  dilihat pada Gambar 4. Hasil pengujian generator induksi tanpa pengendali diberikan dalam Tabel 5.
Gambar 4.  Rangkaian pengujian generator berbeban tanpa pengendalian
Tabel 5. Hasil pengujian generator tanpa pengendali tegangan
Arus main load (A) Arus generator (A) Tegangan generator (V) 2,0 2,07 222,3 1,8 2,04 243,0 1,6 1,96 245,2 1,4 1,96 261,5 1,2 1,93 265,6
Gambar 5.  Rangkaian pengujian generator berbeban dengan pengendalian
Tabel 5. Hasil pengujian generator dengan pengendali tegangan Arus main load (A) Arus generator (A) Tegangan generator (V) 2,05 2,07 221,3 1,9 2,07 222,8 1,8 2,04 223,0 1,7 1,97 224,7 1,6 1,96 225,6 1,5 1,98 226,5 1,4 1,96 225,4 1,3 1,96 226,6 1,2 1,93 227,8 1,1 1,94 227,4 1,0 2,00 223,6
Dari  hasil  pengujian  tanpa  beban  terlihat  tegangan keluaran  generator    menurun  seiring  kenaikan  arus beban  (I L ),  dikarenakan  adanya  drop  tegangan didalam  generator  yang  berbanding  lurus  dengan kenaikan beban.

## B. Pengujian Berbeban dengan Pengendali
Setelah  dipastikan  rangkaian  pengendalian bekerja  dengan  baik  maka  selanjutnya  rangkaian tersebut  dikoneksikan  dengan  rangkaian  seperti diperlihatkan pada Gambar 5. Pengujian  dilakukan dengan  nilai  beban main  load yang  bervariasi  dan hasil pengujian dapat dilihat dalam Tabel 5.
Berdasarkan  pengujian  dengan  pengendali, maka  dapat  dilihat  bahwa  setelah  menggunakan sistem  pengendalian  tegangan  tegangan  keluaran generator  mendekati  nilai  nominal  sebesar  220 Volt.  Untuk  nilai  tegangan  yang  melebihi  nilai nominal  paling  besar  adalah  227,8  Volt.  Besarnya perubahan  tegangan  generator  terbesar  dapat dihitung menggunakan persamaan berikut.
(6)
Gambar 6.  Kurva perbandingan tegangan keluaran tanpa pengendali dan dengan pengendali
200 225 250 275 300 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 Dengan Pengendalian Tanpa Pengendalia Te g an g an o u tp u t (V ) Arus beban (A)
Dari  hasil  perhitungan  diperoleh  perubahan tegangan terbesar yaitu 3,54%. Kurva perbandingan tegangan
keluarangenerator induksitanpa pengendali  dengan  tegangan  generator  yang dilengkapidenganpengendali  digambarkan  dalam Gambar 6. Setelah menggunakan sistem pengendalian,  maka  perubahan  tegangan  generator maksimum sebesar 227,8 Volt. Perubahan tegangan tersebut  adalah  3,54%  dari  tegangan  nominal sebesar  220  Volt.  Dengan  demikian,  perubahan tegangan  ini  masih  sesuai  standar  PUIL  2011 (amandemen  1:2013)  dimana  perubahan  tegangan maksimum sebesar 5%.

## IV. K ESIMPULAN
Pada  penelitian  ini  telah  berhasil    dilakukan rancang  bangun load controller 1300  Watt  sebagai pengendali  tegangan  generator  induksi  tiga  fasa berbasis mikrokontroler Arduino. Dengan pengendalian,  nilai  tegangan  generator  maksimum dicapai  sebesar  227,8  Volt  dengan error atau simpangan  sebesar  3,54%  dari  tegangan  nominal sebesar 220 Volt. Nilai inisudah memenuhi standar PUIL 2011 dimana perubahan tegangan maksimum sebesar  5%.Penelitian  ini  dapat  dikembangkan untuk  menghasilkan error yang  lebih  kecil  dari dengan merancang metode pengendalian yang lebih handal seperti kontrol fuzzy .

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Unit Penelitian  dan  Pengabdian  Masyarakat  Politeknik Negeri  Bandung  yang  telah  mendukung  dan mendanai dalam menyelesaikan penelitian ini.

## R EFERENSI
[1] A.  Kurniawan  and  A.  Harumwidiah,  “Strategi Kendali  Kecepatan  Motor  Induksi  Menggunakan PWM  Inverter  Berbasis  Jaringan  Saraf  Tiruan,” Jurnal Transmisi , vol. 17, no. 2, pp.83-88, 2015.
[2] S. Sonong, H. Nawir, and M. R. Djalal, “Designing Electric  Workshop  Learning  Modules,” Journal  of Electrical  and  Electronic  Engineering-UMSIDA , vol. 3, no. 1, pp. 1-39, 2019.
[3] R.  Berlianti,  “Analisis  Motor  Induksi  Fasa  Tiga Tipe  Rotor  Sangkar  Sebagai  Generator  Induksi Dengan  Variasi  Hubungan  Kapasitor  Untuk Eksitasi,” Jurnal  Nasional  Teknik  Elektro ,  vol.4, no. 1, pp. 110-119, 2015.
[4] D.  Dzikri,  N.  Muhammad,  and  A.Supardi, “Perancangan Pembangkit Listrik Dengan
Mengkonversi  Motor  Induksi  Sebagai  Generator Induksi  Magnet  Permanen,” Thesis,  Universitas Muhammadiyah Surakarta , 2016.
[5] H.  M.  A.  S.  Kelian,  “  Kajian  Potensi  Pembangkit Listrik  Tenaga  Mikrohidro  Di  Sungai  Wae  Bobot Kecamatan  Werinama  Kabupaten  Seram  Bagian Timur,” Jurnal  Simetrik ,  vol.  7,  no.1,  pp.  8-12, 2017.
[6] A. Parastiwi, “Pengaturan Tegangan Dan Frekuensi Pada  Motor  Induksi  Sebagai  Generator,” Jurnal ELTEK , vol. 12, no. 2, pp. 16-29, 2017.
[7] B. Sayogo, F. Widjaja, S.T. Sinaga, S.
Soemarjanto, D.S. Soetarman, and S.Simangunsong, Penjelasan PUIL
2011(Persyaratan  Umum  Instalasi  Listrik  2011) ,
Direktorat Jendral Ketenagalistrikan, 2014.
[8] R. Berlianti, A. Multi, and B. Abhi, “Motor Induksi Fasa  Tiga  Tipe  Rotor  Sangkar  Sebagai  Generator Induksi Dengan Variasi Hubungan Kapasitor Untuk Eksitasi,” Sainstech , vol. 26, no. 2, pp. 22-41, 2016.
[9] Z.  Zuhal,  “Dasar  Tenaga  Listrik”, Institut Teknologi Bandung , 1988.
[10] Beijing  Yaohuadechang  Electronic  Co.,  2011, “Epoxy  Resin  Encapsulated  Precision  Current Transformer”, Datasheet . Beijing.
[11] P.  Richardo,  “Perancangan  Transformator  Arus Untuk  Pengukuran  Arus  Bocor  Pada  Isolator,” Diploma Thesis, Universitas Andalas , 2018.