## PENGARUH KECEPATAN PUTAR DAN BEBAN TERHADAP KELUARAN GENERATOR INDUKSI 1 FASE KECEPATAN RENDAH
Agus Supardi, Aris Budiman, Nor Rahman Khairudin Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan Kartasura 57102 Telp 0271 717417 Email: Agus.Supardi@ums.ac.id

## ABSTRAKSI
Peningkatan  permintaan  energi  telah  mendorong  pemanfaatan  sumber  energi  terbarukan  untuk  membangkitkan energi  listrik.  Pada  daerah  –  daerah  terpencil  di  Indonesia  sering  kali  tersimpan  potensi  energi  yang  dapat dimanfaatkan  untuk  membangkitkan  energi  listrik.  Salah  satu  pilihan  dalam  pembangkitan  energi  listrik  dalam skala  kecil  di  daerah  yang  terisolir  adalah  dengan  memanfaatkan  generator  induksi  1  fase  sebagai  alat  konversi energinya. Makalah ini memaparkan pengaruh kecepatan putar dan beban terhadap keluaran generator induksi  1 fase kecepatan rendah.
Penelitian  dimulai  dengan  merancang  belitan  stator  generator  induksi  1  fase  dengan  jumlah  kutub  sebanyak  12 buah. Stator generator induksi yang digunakan mempunyai 48 buah slot. Berdasarkan hasil perancangan tersebut kemudian  dibuat  prototipe  generatornya.  Setelah  itu  dilakukan  serangkaian  pengujian  di  laboratorium  untuk mengetahui  kinerjanya.  Pengujian  dimulai  dengan  mengkopel  generator  induksi  dengan  penggerak  mula  yang berupa  motor  listrik.  Kapasitor  eksitasi  dan  multimeter  dihubungkan  secara  paralel  pada  terminal  belitan  stator. Generator  induksi  kemudian  diputar  hingga  mencapai  kecepatan  tertentu  dengan  jalan  mengatur  regulator tegangan  yang  terhubung  pada  motor  penggerak  mula.  Hasil  penunjukkan  tegangan  dan  frekuensi  dicatat  untuk pengujian dalam kondisi tanpa beban dan dalam kondisi berbeban.
Hasil  penelitian  menunjukkan  adanya  pengaruh  kecepatan  putar  dan  beban  terhadap  keluaran  generator  induksi kecepatan  rendah.  Semakin  tinggi  kecepatan  putarnya  maka  semakin  tinggi  tegangan  dan  frekuensinya.  Semakin besar  bebannya  maka  semakin  rendah  tegangan  dan  frekuensinya.  Dalam  kondisi  tanpa  beban,  generator  yang diuji  dapat  membangkitkan  tegangan  sebesar  220  volt  83,9  Hz  ketika  dihubungkan  dengan  kapasitor  sebesar  16 mikrofarad  dan  diputar  pada  kecepatan  850  rpm.  Ketika  kecepatan  putarnya  divariasi  dari  525  –  850  rpm  maka tegangannya  akan  bervariasi  dari  65  –  220  volt  dan  frekuensinya  akan  bervariasi  dari  52,1  –  83,9  Hz.  Variasi pembebanan  dari  5  –  15  watt  dengan  kecepatan  putar  dari  605  –  850  rpm  akan  menyebabkan  tegangannya bervariasi dari 101 – 214 volt dan frekuensinya akan bervariasi dari 51,8 – 85 Hz.
Kata kunci : generator induksi, 1 fase, kecepatan rendah

## 1. PENDAHULUAN
Energi  listrik  merupakan  salah  satu  bentuk energi  yang  tidak  bisa  dipisahkan  dalam kehidupan  di  era  modern.  Seiring  waktu  yang berjalan,  kebutuhan  energi  terus  meningkat sedangkan  cadangan  energi  fosil  semakin berkurang  bahkan  habis.  Oleh  karena  itu diperlukan  suatu  upaya  untuk  memanfaatkan berbagai  potensi  energi  terbarukan  untuk memenuhi  kebutuhan  energi  listrik  dalam  skala rumah tangga.
Indonesia  sebagai  salah  satu  negara kepulauan memiliki banyak pulau – pulau  yang di  dalamnya  sering  dijumpai  potensi  energi potensial  air  yang  berupa  aliran  sungai  atau  air terjun. Pemanfaatan aliran air untuk membangkitkan  energi  listrik  akan  sangat
membantu    dalam  memenuhi  kebutuhan  energi listrik  di  daerah  –  daerah  terisolir  yang  belum terjangkau  oleh  jaringan  listrik  PLN.  Aliran  air tersebut  dapat  digunakan  untuk  menggerakan turbin  air  atau  kincir  air  yang  selanjutnya menjadi penggerak generator pembangkit listrik. Generator  tersebut  akan  mengkonversikan energi potensial air menjadi energi listrik.
Generator  induksi  dapat  digunakan  untuk membangkitkan  listrik  dalam  skala  kecil. Generator induksi telah banyak dimanfaatkan di berbagai  belahan  dunia  mulai  dari  skala penelitian  sampai  pemanfaatannya  dalam  suatu pembangkit  listrik.  Hadziselimovic  et  al  (2013) mengungkapkan  bahwa  mesin  induksi  dapat dioperasikan sebagai  generator maupun sebagai motor.  Generator  induksi  merupakan  mesin
induksi  yang  difungsikan  sebagai  generator. Generator  ini  merupakan  pilihan  yang  tepat untuk  diterapkan  di  daerah  terpencil.  Hal  itu disebabkan  generator  induksi  dapat  diterapkan dalam  kondisi  tanpa  jaringan  listrik  (Gupta  and Wadhwani,  2012),  dapat  beroperasi  secara optimal  dalam  kondisi stand  alone ,  mudah dioperasikan,  dan  mempunyai  kinerja  yang cukup baik dalam kondisi berbeban (Farraq and Putrus,
2014).
Senthilkumar (2010) memaparkan bahwa  generator induksi  memiliki beberapa keunggulan yaitu murah, kuat, handal, tidak perlu sumber dc untuk  eksitasi,  sederhana konstruksinya, dan mudah perawatannya.
Kapasitor  memiliki  peranan  yang  sangat penting  dalam  aplikasi  generator  induksi. Thakur  (2011)  memaparkan  bahwa  kapasitor diperlukan  oleh  generator  induksi  dalam  proses pembangkitkan  tegangan.  Kapasitor  tersebut dihubungkan  secara  paralel  pada  terminal belitan  stator.  Kapasitor  tersebut  akan  berlaku sebagai  suatu  eksitasi  bagi  generator  induksi. Menurut  Shilpa  and  Dias  (2013)  penggunaan kapasitor  yang  terhubung  seri  pada  generator induksi  akan  menghasilkan  tegangan  yang konstan dalam kondisi tanpa beban. Rakgati and Setlhaolo  (2011)  menyatakan  bahwa  ukuran kapasitor  akan  mempengaruhi  unjuk  kerja generator  induksi  dalam  kondisi  tanpa  beban maupun dalam kondisi berbeban.
Untuk  aplikasi  generator  induksi  dalam pembangkit listrik pikohidro dengan tinggi jatuh air  ( head )  yang  rendah,  biasanya  kecepatan putar  yang  dihasilkan  oleh  kincir  airnya  juga rendah.  Dalam  rangka  meningkatkan  kecepatan putar maka  seringkali  digunakan pully dan/atau gearbox dengan rasio tertentu. Pemakaian pully dan/atau gearbox akan  menimbulkan  rugi-rugi daya  yang  disebabkan  oleh  gaya  gesekan  antar komponennya sehingga efisiensi sistem pembangkit  juga  akan  turun.  Pemakaian  pully dan/atau gearbox juga  akan  membuat  sistem mekanik  pembangkit  menjadi  lebih  rumit, perawatannya  menjadi  lebih  susah,  biaya investasi  dan  biaya  perawatannya  juga  menjadi lebih tinggi.
Dalam  makalah  ini  akan  dipaparkan karakteristik  tegangan  dan  frekuensi  generator
induksi  1  fase  kecepatan  rendah  yang  dapat digunakan sebagai pembangkit listrik berkapasitas  kecil  dan  tidak  terhubung  dengan jala-jala listrik ( stand alone ). Generator tersebut akan  dieksitasi  dengan  menggunakan  kapasitor yang  dihubungkan  secara  paralel  pada  belitan utama.

## 2. METODE PENELITIAN
2.1 Bahan dan Peralatan yang digunakan Bahan dan peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
a. Generator  induksi  1  fase  kecepatan  rendah yang  digunakan  untuk  membangkitkan listrik
b. Motor  listrik  yang  digunakan  untuk memutar generator induksi.
c. Voltage regulator untuk mengatur kecepatan putar motor listrik.
d. Sabuk  ( v  belt )  yang  digunakan  untuk mengkopel generator induksi dengan motor penggerak mula.
e. Puli  dengan  rasio  2  :  1  yang  digunakan untuk memasang sabuk transmisi mekanis.
f. Dudukan  besi  yang  digunakan menopang generator  induksi  dan  motor  listrik  penggerak mula .
g. Mur baut yang digunakan untuk mempertahankan  posisi  peralatan  pada dudukan besi.
h. Tachometer
yang  digunakan  untuk mengukur kecepatan    putar  generator induksi.
i. Multimeter  digital  yang  digunakan  untuk mengukur tegangan dan frekuensi generator induksi.
2.2 Langkah-langkah Pengujian
Langkah –  langkah  pengujian  yang dilakukan untuk mengamati pengaruh kecepatan putar  dan  beban  terhadap  keluaran  generator induksi  1  fase  kecepatan  rendah  ditunjukkan dalam diagram alir pada gambar 1.
Gambar 1 Diagram Alir Penelitian
Gambar 2 Pengaruh kecepatan putar terhadap tegangan generator induksi kecepatan rendah
dalam kondisi tanpa beban
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1  Hasil Pengujian Generator Tanpa Beban
Hasil  pengujian  generator  induksi  dalam kondisi tanpa beban ditunjukkan pada gambar 2 dan  gambar  3.  Ukuran  kapasitor  eksitasi  yang dihubungkan adalah 8 dan 16 mikrofarad.
Gambar  2  menunjukkan  adanya  pengaruh kecepatan  putar  terhadap  tegangan  keluaran generator  induksi  kecepatan  rendah  dalam kondisi tanpa beban. Tegangan tersebut berubah hampir  secara  linier  seiring  dengan  kenaikan kecepatan  putarnya.  Dalam  pengujian  ini, belitan  stator  generator  induksinya  didesain dengan jumlah kutub sebanyak 12 buah. Dengan demikian,  secara  teoritis  kecepatan  sinkron medan  magnetnya  adalah  sebesar  500  rpm dengan  frekuensi  sebesar  50  Hz.  Sehubungan generator  yang  diuji  adalah  jenis  induksi  maka akan  terjadi  slip  antara  kecepatan  putar  rotor dan  kecepatan  putar  medan  magnet  statornya. Oleh  karena  itu,  rotor  generator  induksi  perlu diputar  lebih  besar  dari  500  rpm.  Hasil pengujian menunjukkan agar dapat
menghasilkan  tegangan  sekitar  220  volt  dalam kondisi  tanpa  beban  maka  rotor  generator induksi  harus  diputar  dengan  kecepatan  sekitar 850  rpm.  Kecepatan  putar  ini  jauh  lebih  tinggi dari  kecepatan  putar  teoritisnya.  Data  juga menunjukkan  ketika  rotornya  diputar  di  sekitar kecepatan sinkronnya (525 rpm) maka tegangan yang  dibangkitkan  hanya  sekitar  65  volt.  Hasil pengujian ini mengindikasikan bahwa generator induksi  masih  perlu  disempurnakan  desainnya yaitu  terkait  dengan  desain  belitan  stator  atau desain  rotornya.  Sehubungan  generator  induksi yang dipakai dari jenis sangkar tupai maka akan lebih  mudah  untuk  memodifikasi  desain statornya.  Perubahan  yang  dapat  dilakukan adalah  dengan  memperbanyak  jumlah  lilitan karena  tegangan  generator  akan  berbanding lurus  dengan  jumlah  lilitannya.  Perubahan  ini dapat dilakukan dengan memperbesar atau tanpa memperbesar  ukuran  dari  slot  statornya.  Bila ukuran  slot  stator  dipertahankan  tetap  maka ukuran diameter lilitannya yang harus
Mulai
Pengkopelan generator induksi dan motor penggerak mula Perakitan kapasitor eksitasi dan multimeter Jalankan rangkaian pengujian Analisis data Selesai Pengujian berbeban lampu pijar Berjalan baik? Jenis pengujian? Perbaiki rangkaian pengujian Tanpa beban Catat tegangan, frekuensi dan kecepatan putar Berbeban Tidak Ya Pembuatan prototipe generator 1 fase induksi kecepatan rendah Perancangan generator induksi 1 fase kecepatan rendah 70 122 145 177 225 65 119 139 168 220 50 100 150 200 250 445 525 605 685 765 845 925 T e gan gan ( vol t) Kecepatan putar (rpm) C = 8 mikrofarad
C = 16 mikrofarad
diperkecil.  Hanya  saja,  dengan  cara  ini  akan mengakibatkan  resistansi  dan  reaktansi  dari belitan  stator  akan  naik  sehingga  akan berpengaruh  terhadap  kinerja  dari  generator induksi. Di sisi yang lain, dengan diameter yang semakin  kecil  maka  arus  yang  diijinkan mengalir dalam  lilitan  juga akan semakin kecil. Hal  ini  berarti  bahwa  kapasitas  /  daya  yang mampu  dipasok  dari  generator  nantinya  juga akan turun.
Gambar 2 juga menunjukkan bahwa ukuran kapasitor  akan  berpengaruh  terhadap  tegangan keluaran  generator  induksi.  Hal  ini  sejalan dengan  hasil  pengujian  Rakgati  (2011).  Data menunjukkan  dengan  ukuran  kapasitor  yang lebih besar ternyata tegangan keluarannya justru menjadi  lebih  kecil.  Untuk  kecepatan  putar sebesar  850  rpm  maka  dengan  menggunakan kapasitor sebesar 8 mikrofarad akan menghasilkan tegangan sebesar 225 volt. Ketika ukuran  kapasitornya  dinaikkan  menjadi  16 mikrofarad  maka  tegangannya  justru  turun menjadi  220  volt.  Kapasitor  yang  dipakai  pada generator  induksi  akan  berfungsi  sebagai sumber  eksitasi  dalam  proses  pembangkitan medan  magnet  dalam  generator  induksi  dengan menyediakan daya reaktif yang dibutuhkan oleh generator.  Secara  teoritis,  daya  reaktif  yang harus disediakan oleh kapasitor harus disesuaikan dengan kebutuhan generator induksi.  Bila  suplai  daya  reaktifnya  terlalu berlebihan  maka  kapasitor  tersebut  justru  akan membebani generator induksi sehingga tegangan induksinya menjadi lebih kecil.
Gambar 3 Pengaruh kecepatan putar terhadap frekuensi generator induksi kecepatan rendah dalam kondisi tanpa beban.
Gambar  3  menujukkan  adanya  pengaruh kecepatan  putar  terhadap  frekuensi  generator induksi  kecepatan  rendah  dalam  kondisi berbeban.  Frekuensi  generator  akan  berubah secara  proporsional  seiring  dengan  kenaikan kecepatan  putarnya.  Hal  ini  sesuai  dengan  teori mesin listrik yang menyatakan bahwa kecepatan putar  generator  akan  menentukan  frekuensi generator.  Semakin  tinggi  kecepatan  putarnya maka  semakin  tinggi  frekuensinya.  Generator yang  diuji  adalah  generator  induksi  12  kutub, sehingga secara teoritis ketika generator diputar dengan  kecepatan  500  rpm  maka  akan dihasilkan  frekuensi  sebesar  50  Hz.  Data pengujian menunjukkan bahwa ketika generator diputar  pada  kecepatan  sekitar  525  rpm  maka dihasilkan  frekuensi  sekitar  52  Hz.  Ketika kecepatan putarnya dinaikkan maka frekuensinya juga akan naik.
Gambar 3 juga menunjukkan bahwa ukuran kapasitor  akan  sedikit  mempengaruhi  frekuensi generator  induksi.  Untuk  kecepatan  putar  yang sama,  ukuran  kapasitor  yang  lebih  besar  akan menyebabkan frekuensinya menjadi turun. Hasil ini  mengindikasikan  bahwa  kapasitor  yang dipakai  selain  berperan  sebagai  sumber  eksitasi juga  berperan  sebagai  beban.  Hal  ini  diduga akibat  dari  ukuran  kapasitor  yang  dipasang melebihi kebutuhannya sehingga berubah menjadi beban kapasitif.

## 3.2  Hasil  Pengujian  Generator  Dengan Beban Resistif
Hasil  pengujian  generator  induksi  dalam kondisi  berbeban  yang  berupa  lampu  pijar ditunjukkan pada gambar 4 dan gambar 5.
52,5 57,5 65 77,5 85 52,1 56,7 64 76,4 83,9 50 60 70 80 90 445 525 605 685 765 845 925 F re k u en si ( H z) Kecepatan putar (rpm) C = 8 mikrofarad C = 16 mikrofarad 90 110 130 150 170 190 210 230 0 5 10 15 T egan gan ( V ol t) Beban (Watt) n = 605 rpm n = 685 rpm n = 765 rpm n = 850 rpm
Gambar 4 Pengaruh beban resistif terhadap tegangan generator induksi kecepatan rendah Gambar  4  menunjukkan  adanya  pengaruh beban  terhadap  tegangan  generator  induksi kecepatan rendah. Tegangan generator berbanding  terbalik  dengan  daya  beban. Semakin  besar  daya  bebannya  maka  semakin kecil  tegangan  generatornya.  Secara  teoritis, ketika  beban  dihubungkan  pada  terminal generator  induksi  maka  arus  akan  mulai mengalir  pada  belitan  stator.  Adanya  resistansi dan  reaktansi  pada  belitan  stator  akan mengakibatkan  munculnya  susut  tegangan. Menurut Hukum Ohm, besarnya susut tegangan ini  akan  berbanding  lurus  dengan  arus  yang mengalir.  Arus  tersebut  akan  ditentukan  oleh daya  bebannya.  Semakin  besar  daya  bebannya maka semakin besar arus yang perlu disuplai ke beban  tersebut.  Dengan  demikian,  ketika  beban dinaikkan  maka  susut  tegangan  akan  semakin naik sehingga tegangan pada terminal generatornya akan menjadi semakin turun.
Gambar  4  juga  menunjukkan  bahwa tegangan  generator  induksi  pada  saat  berbeban juga akan dipengaruhi oleh kecepatan putarnya. Data menunjukkan untuk daya beban yang sama maka  semakin  tinggi  kecepatan  putarnya  akan menghasilkan tegangan yang semakin tinggi.
Gambar 5 Pengaruh beban resistif terhadap frekuensi generator induksi
Gambar  5  menunjukkan  adanya  pengaruh beban  terhadap  frekuensi  generator  induksi walaupun  pengaruhnya  cukup  kecil.  Kecilnya pengaruh  beban  ini  diduga  akibat  dari  kecilnya variasi  daya  beban  yang  dihubungkan  pada terminal  generator  induksi.  Data  menunjukkan
bahwa  frekuensi  generator  akan  berbanding terbalik  dengan  daya  bebannya.  Semakin  besar daya bebannya maka semakin kecil frekuensinya. Secara teoritis, frekuensi generator  akan  ditentukan  oleh  kecepatan putarnya.  Beban  yang  dihubungkan  pada terminal  generator  induksi  akan  mempengaruhi kecepatan  putar  generatornya.  Bila  tenaga penggerak mula generator dipertahankan konstan ketika beban ditambah, maka kecepatan putar  generatornya  akan  semakin  turun  seiring dengan  kenaikan  daya  beban.  Hal  inilah  yang memperkuat  hasil  pengujian  terkait  dengan fenomena penurunan frekuensi generator induksi ketika daya beban dinaikkan.
Gambar  5  juga  menunjukkan  bahwa frekuensi  generator  induksi  pada  saat  berbeban juga dipengaruhi oleh kecepatan putarnya. Data menunjukkan  untuk  daya  beban  yang  sama maka  semakin  tinggi  kecepatan  putarnya  akan menghasilkan frekuensi yang semakin tinggi.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan  dapat  ditarik  kesimpulan  sebagai berikut :
1. Kecepatan putar dan beban akan berpengaruh terhadap  keluaran  generator  induksi  1  fase kecepatan  rendah.  Semakin  tinggi  kecepatan putarnya  maka  semakin  tinggi  tegangan  dan frekuensinya. Semakin besar bebannya maka semakin rendah tegangan dan frekuensinya.
2. Dalam  kondisi  tanpa  beban,  generator  yang diuji dapat membangkitkan tegangan sebesar 220 volt 83,9 Hz ketika dihubungkan dengan kapasitor  sebesar  16  mikrofarad  dan  diputar pada  kecepatan  850  rpm.  Ketika  kecepatan putarnya  divariasi  dari  525  –  850  rpm  maka tegangannya  akan  bervariasi  dari  65  –  220 volt  dan  frekuensinya  akan  bervariasi  dari 52,1 – 83,9 Hz.
3. Variasi pembebanan dari 5 – 15 watt dengan kecepatan  putar  dari  605  –  850  rpm  akan menyebabkan  tegangannya  bervariasi  dari 101  –  214  volt  dan  frekuensinya  akan bervariasi dari 51,8 – 85 Hz.
5. UCAPAN TERIMA KASIH
45 55 65 75 85 95 0 5 10 15 F re k u en si ( H z) Beban (Watt) n = 605 rpm n = 685 rpm n = 765 rpm n = 850 rpm
Ucapan  terima  kasih  disampaikan  kepada Kemenristek  Dikti  selaku  penyandang  dana penelitian hibah bersaing sehingga penelitian ini dapat  dilaksanakan.  Ucapan  terima  kasih  juga disampaikan  kepada  Lembaga  Penelitian  dan
Pengabdian Masyarakat Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah memfasilitasi penyelenggaraan berbagai kegiatan terkait pelaksanaan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Farrag,  M.  E.  A.,  and  Putrus,  G.  A.,  2014,  Analysis  of  the  Dynamic  Performance  of  Self-Excited Induction Generators Employed in Renewable Energy Generation, Energies, 7: 278 – 294
Gupta,  A.,  and    Wadhwani,  S.,    2012,  Analysis  of  Self-Excited  Induction  Generator  for  Isolated System,  International  Journal  of  Computational  Engineering  Research  (IJCER),  2(2):  353  – 358
Hadziselimovic, M., Zagradisnik, I., and Stumberger, B., 2013, Induction Machine: Comparison of Motor and Generator Characteristics, Acta Technica Jaurinensis, 6(1): 39-47
Rakgati,  E.  K.,  and  Setlhaolo,  D.A.,  2011,  Design  and  Loading  Effects  of  a  Capacitor  Excited Induction  Generator , International  Journal  of  Energy  Systems  Computers  and  Control (IJeESCC), 2(1): 25 – 34
Senthilkumar, M., 2010, Optimal Capacitor for Maximum Output Power Tracking  of Self Excited Induction  Generator  Using  Fuzzy  Logic  Approach,  International  Journal  on  Computer Science and Engineering (IJCSE),  02(05): 1758-1762
Shilpa,  G.  K.  and  Dias,  P.  F.,  2013,  Stability  of  Voltage  Using  Different  Control  Strategies  in Isolated  Self  Excited  Induction  Generator  for  Variable  Speed  Aplications,  International Journal of Engineering Trends and Technology (IJEET) , 4(3): 2366 – 2370
Thakur,  K.,  2011,  A  Reliable  and  Accurate  Calculation  of  Excitation  Capacitance  Value  for  an Induction  Generator  Based  on  Interval  Computation  Technique,  International  Journal  of Automation and Computing, 8(4): 429 – 436