PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP TEGANGAN DAN FREKUENSI PADA GENERATOR 3 FASA

## Ayu Latifah
Jurnal Algoritma Sekolah Tinggi Teknologi Garut Jl. Mayor Syamsu No. 1 Jayaraga Garut 44151 Indonesia Email : jurnal@sttgarut.ac.id

## ayulatifah@sttgarut.ac.id
Abstrak – Generator adalah alat yang mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik. Pada penelitian  ini,  dilakukan  pengukuran  terhadap  motor  generator  3  fasa  yang  dimaksudkan  untuk mengetahui pengaruh pembebanan terhadap keluaran generator yang dibatasi hanya sebagai simulasi saja, dimana komponen beban dengan nilai yang bervariatif dapat menimbulkan ketidaksetimbangan terhadap  nilai  yang  dihasilkan  oleh  generator.  Adapun  hasil  pengukurannya  dianalisa  dengan beberapa  metode  penelitian,  diantaranya  dengan  menggunakan  teknik  analisis  data  regresi  linear sederhana  dan  analisis  variance.  Data  hasil  pengukuran  dari  penelitian  ini  menunjukkan  bahwa perhitungan akhir dengan beban 3.3kOhm jumlah tegangan yang dihasilkan dari 12 kali percobaan dengan  nilai  tegangan  sumber  yang  berbeda-beda  adalah  14.48  lebih  besar  daripada  ketika  diberi beban  330kOhm  jumlah  tegangan  keluarannya  adalah  13.55,  sebaliknya  untuk  bagian  frekuensi menunjukkan  bahwa  dengan  beban  yang  diberikan  sebesar  3.3kOhm  jumlah  frekuensi  yang dihasilkan adalah 377.73 lebih kecil daripada ketika diberi beban 330kOhm jumlah frekuensi yang dihasilkan  adalah  384.87,  hal  ini  menunjukkan  bahwa  semakin  besar  beban  yang  diberikan  maka tegangan yang dihasilkan oleh generator akan semakin kecil, berbanding terbalik dengan pengaruh pembebanan terhadap frekuensi keluaran dimana semakin besar beban yang diberikan maka frekuensi yang dihasilkan akan besar.
Kata Kunci – Analisis Variance, Frekuensi, Generator, Regresi linier, Tegangan

## I. PENDAHULUAN
Pada  jaman  sekarang  ini,  sumber  tegangan  listrik  merupakan  kebutuhan  penting  bagi keberlangsungan hidup manusia, oleh karena itu kualitas dari sumber daya listrik adalah hal penting yang  harus  di  perhatikan.  Istilah  kualitas  daya  listrik  sendiri  merupakan  sebuah  konsep  yang menggambarkan  tentang  baik  buruknya  mutu  daya  listrik  yang  di  akibatkan  adanya  berbagai gangguan yang terjadi pada sistemnya.Daya listrik dikatakan baik kualitasnya jika arus, tegangan dan frekuensinya selalu konstan, namun pada kenyataannya tidak demikian [1]. Dengan perkembangan teknologi  yang  semakin  pesat,  berbagai  jenis  gangguan  terhadap  system  tenaga  listrik  semakin beragam yang dapat menimbulkan berbagai kerusakan terutama bagi peralatan elektronik.
Penggunaan  generator  sebagai  sumber  daya  listrik  sudah  merupakan  hal  yang  umum,  [2] mengungkapkan generator induksi dapat dioperasikan menggunakan motor induksi 3 fasa, disamping harga yang lebih murah, konstruksi sederhana juga kemudahan dalam mengoprasikannya [3]. Namun tetap saja penggunaan generator jenis ini tidak lepas dari masalah,  [4] menjelaskan bahwa generator 3  fasa  yang  tereksitasi  diri  dapat  menghasilkan  harmonic,  dimana  harmonic  merupakan  deretan gelombang arus atau tegangan yang frekuensinya merupakan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi dasar  arus  atau  tegangan  itu  sendiri.  Adanya  harmonik  ini  dapat  mempengaruhi  faktor  daya  dan kinerja dari peralatan-peralatan listrik yang terpasang pada sistem, terutama pada sumber penghasil energi listrik itu sendiri yaitu generator [5]. Hal ini akan berdampak terhadap kondisi tegangan dan frekuensi dari generator itu sendri. Oleh karena itu, dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh
dari  pembebanan  terhadap  tegangan  dan  frekuensi  motor  generator  yang  dibantu  dengan  analisa perhitungan menggunakan regresi linier sederhana dan analisis variance (ANAVA).

## II. METODELOGI
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah power supply sebagai sumber tegangan dari  simulasi  yang  akan  dilakukan,  oscilloscope  sebagai  alat  untuk  melihat  hasil  output  frekuensi, AVO meter sebagai alat ukur untuk tegangan, motor DC digunakan sebagai penggerak yang dikopel dengan  motor  BLDC  yang  akan  menghasilkan  tegangan  (generator)  dan  resistor  yang  bervariasi sebagai  beban  dari  rangkaian  generator  3  fasa.  Rangkaian  dijalankan  dengan  variasi  dari  sumber tegangan yang berbeda-beda terhadap generator, yang selanjutnya ditambahkan beban berupa resistor pada output generator. Hal ini dapat dilihat pada rangkaian Gambar 1:
Gambar 1. Rangkaian pengukuran pengaruh pembebanan terhadap generator tiga fasa
Gambar 2. Langkah pengujian
Hasil data dari pengukuran yang telah dilakukan akan diolah untuk dilihat hasil pengaruhnya dengan menggunakan teknik  analisa data  regresi linier sederhana dan  analisis variance (ANAVA). Dimana kedua teknik analisis data tersebut dapat dijelaskan secara sederhana sebagai berikut:

## A. Regresi linier sederhana
Regresi Linear Sederhana adalah Metode Statistik yang berfungsi untuk menguji sejauh mana hubung an  sebab  akibat  antara  Variabel  Faktor  Penyebab  (X)  terhadap  Variabel Akibatnya (Y) [11].
Model persamaan regresi linear sederhana adalah sebagai berikut:
Y = a + bx
Dimana  Y  adalah  Variabel  response  atau  variabel  akibat  (Dependent),  X  adalah  Variabel predictor  atau  variabel  faktor  penyebab  (Independent),  dan  a  adalah  konstanta,  b  adalah koefisien regresi (kemiringan); besaran response yang ditimbulkan oleh predictor.
B. Analisis Variance (ANAVA)
Teknik ini pada dasarnya adalah teknik matematika untuk memisahkan komponen-komponen variasi dalam suatu set hasil penelitian  [12]. Adapun karateristik yang harus dianalisis adalah jumlah kuadrat (Sum of Square), Derajat Kebebasan, rata-rata kuadrat, dan perbandingan nilai F.  Pengujian  hipotesis  dilakukan  dengan  membandingkan  hasil  perhitungan  Fhitung  dengan Ftabel dengan derajat kebebasan yaitu:
dk pembilang = k – 1 dk penyebut = n – k
Dimana k adalah  banyaknya  group  dan  n  adalah  jumlah  seluruh  sampel.  Kriteria pengujian hipotesis adalah sebagai berikut:
Fhitung ≥ Ftabel maka Ho ditolak dan HA diterima.
Fhitung < Ftabel maka Ho diterima HA ditolak.

## III. HUBUNGAN ANTARA TEGANGAN DAN FREKUENSI DENGAN BEBAN
Tegangan (V) merupakan beda potensial listrik diantara dua titik dalam rangkaian listrik dan dinyatakan dalam satuan volt [6]. Dimana besaran ini mengukur energy potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik [7].
Tahanan  /  beban  (R)  merupakan  komponen  elektronik  yang  memiliki  dua  saluran  untuk menahan arus liastrik (I) dengan memproduksi penurunan tegangan diantara kedua salurannya sesuai dengan  arus  yang  mengalirinya    [8].  Adapun  penjelasan  ini  dapat  digambarkan  dalam  bentuk formulasi sebagai berikut:
Frekuensi (f) merupakan jumlah getaran yang terjadi dalam waktu satu detik atau dapat juga digambarkan  dengan  banyak  gelombang  atau  getaran  listrik  yang  dihasilkan  tiap  detik  [9].  jika kecepatan perputaran sudut dinyatakan dengan ω, maka frekuensinya akan sama dengan kecepatan sidit  dibagi  dengan  besarnya  sudut  satu  putaran  penuh  (2π)  [10]  atau  dapdat  digambarkan  dengan formulasi sebagi berikut:

## IV. PERANCANGAN DAN TEKNIK ANALISIS DATA

## A. Hipotesis Penelitian
1. Uji kolom untuk tegangan input
Ho:  Tidak  terdapat  indikasi  bahwa  variasi  tegangan  input  mempengaruhi  nilai  tegangan output pada motor generator 3 fasa.
HA: Terdapat indikasi bahwa variasi tegangan input mempengaruhi nilai tegangan output pada motor generator 3 fasa.
2. Uji baris untuk pengaruh pembebanan terhadap tegangan output
Ho: Tidak terdapat indikasi bahwa pembebanan mempengaruhi nilai tegangan output pada motor generator 3 fasa.
HA:  Terdapat  indikasi  bahwa  pembebanan  mempengaruhi  nilai  tegangan  output  pada motor generator 3 fasa.
3. Uji baris untuk pengaruh pembebanan terhadap frekuensi output
Ho: Tidak terdapat indikasi bahwa pembebanan mempengaruhi nilai frekuensi output pada motor generator 3 fasa.
HA:  Terdapat  indikasi  bahwa  pembebanan  mempengaruhi  nilai  frekuensi  output  pada motor generator 3 fasa.
B. Perancangan Sistematis
Dalam penelitian ini, perancangan secara sistematis yang akan dihasilkan adalah sebagai berikut:
Untuk  bagian  F-1(x)  dilakukan  sebagai  simulasi  saja.  Adapun  Teknik  analisis  data  yang digunakan adalah regresi linear sederhana dan analisis variance.

## V. HASIL DAN DISKUSI

## A. Hasil Pengukuran
Hasil  pengukuran  tegangan  output  pada  motor  generator  3  fasa  dengan  tegangan  input  yang bervariasi. Adapun dari hasil pengukuran diperoleh data sebagai berikut.
Tabel 1: Hasil pengukuran pengaruh beban terhadap Tegangan Output
P V Reff (V) Tegangan Output (V rms ) Jumlah Baris Pembebanan (R=Ω) 0 330K 22K 3,3K 1 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2 2,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3 3,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4 4,00 0,89 0,52 0,53 0,55 2,49 5 5,00 1,37 0,80 0,83 0,85 3,85 6 6,00 1,84 1,01 1,11 1,11 5,07 7 7,00 2,29 1,14 1,38 1,39 6,20 8 8,00 2,75 1,57 1,65 1,65 7,62
9 9,00 3,22 1,91 1,89 1,91 8,93 10 10,00 3,65 1,92 2,18 2,20 9,95 11 11,00 4,13 2,18 2,44 2,46 11,21 12 12,00 4,58 2,50 2,67 2,72 12,47 Jumlah Kolom 24,72 13,55 14,68 14,84 67,79
Tabel 2: Hasil pengukuran pengaruh beban terhadap Frekuensi Output P V Reff (V) Frekuensi Output (Hz) Jumlah Baris Pembebanan (R=Ω) 0 330K 22K 3,3K 1 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2 2,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3 3,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4 4,00 14,60 16,00 15,65 15,65 61,90 5 5,00 21,40 23,13 22,22 22,27 89,02 6 6,00 27,80 30,03 29,07 28,25 115,15 7 7,00 34,13 35,00 36,04 35,21 140,38 8 8,00 40,73 43,20 42,40 41,93 168,26 9 9,00 47,62 49,63 48,90 48,31 194,46 10 10,00 53,91 55,87 56,18 55,25 221,21 11 11,00 60,98 62,00 62,89 62,05 247,92 12 12,00 67,57 70,01 69,36 68,81 275,75 Jumlah Kolom 368,74 384,87 382,71 377,73 1514,05
Dapat dilihat pada tabel diatas digunakan 4 nilai tahanan (resistor) untuk pembebanan pada tegangan outputnya yaitu sebesar 0 Ω; 3,3 KΩ; 22 KΩ dan 330 KΩ.

## B. Hasil Perhitungan Daya Input
Hasil perhitungan daya yang digunakan sebagai input pada motor generator 3 fasa diperoleh data sebagai berikut.
Tabel 3: Hasil perhitungan Daya Input P V Reff (V) Arus (A) Daya Input (Watt) 1 1,00 0,17 0,17 2 2,00 0,37 0,74 3 3,00 0,35 1,05 4 4,00 0,36 1,44 5 5,00 0,38 1,9 6 6,00 0,39 2,34 7 7,00 0,41 2,87 8 8,00 0,42 3,36 9 9,00 0,43 3,87 10 10,00 0,45 4,5 11 11,00 0,46 5,06 12 12,00 0,48 5,76 C. Pengolahan Data
Regresi Sederhana

## Tabel 4: Regresi sederhana pengaruh beban terhadap Tegangan Output
X1 (Inde) Y (Dep) X1^2 Y^2 X1.Y Vreff(V) Vrms (V) 1,00 0,00 1,00 0,00 0 2,00 0,00 4,00 0,00 0 3,00 0,00 9,00 0,00 0 4,00 0,55 16,00 0,14 1,52 5,00 0,85 25,00 0,37 3,05 6,00 1,11 36,00 0,71 5,04 7,00 1,39 49,00 1,10 7,35 8,00 1,65 64,00 1,74 10,56 9,00 1,91 81,00 2,37 13,86 10,00 2,20 100,00 3,20 17,9 11,00 2,46 121,00 4,08 22,22 12,00 2,72 144,00 5,02 26,88 78,00 11,79 650,00 18,74 108,38
Dengan  menggunakan  perhitungan  regresi  linier,  fungsi  pembebanan  terhadap  tegangan output motor generator 3 fasa (F(x)) adalah:
Y = -0,52 + 0,27X1
Sedangkan F -1 (x) adalah:
X1 =
Tabel 5. Regresi sederhana pengaruh beban terhadap Frekuensi Output
X1 (Inde) Y (Dep) X1^2 Y^2 X1.Y Vreff(V) f (Hz) 1,00 0,00 1,00 0,00 0,00 2,00 0,00 4,00 0,00 0,00 3,00 0,00 9,00 0,00 0,00 4,00 15,65 16,00 133,40 46,20 5,00 22,27 25,00 311,52 88,25 6,00 28,25 36,00 596,82 146,58 7,00 35,21 49,00 922,94 212,66 8,00 41,93 49,00 1355,71 257,74 9,00 48,31 64,00 1878,36 346,72 10,00 55,25 81,00 2510,01 450,90 11,00 62,05 100,00 3180,96 564,00 12,00 68,81 121,00 3994,24 695,20 45,00 249,86 415,00 12919,28 2314,56
Dengan  menggunakan  perhitungan  regresi  linier,  fungsi  pembebanan  terhadap  frekuensi output motor generator 3 fasa (F(x)) adalah:
Sedangkan F -1 (x) adalah:

## X1 =

## D. Analisis Variance (ANAVA) untuk Tegangan Output
Pengolahan  data  menggunakan  metoda Analisis  of  Variance ( Anova )  dengan  desain  blok lengkap random. Didapatkan hasil data seperti pada Table 4.6:

## Tabel 4.6: Tabel hasil perhitungan manual ANAVA
Pada table diatas,  df adalah degree of fredoom,  ss  adalah sum  of squares,  ms  adalah mean of squares, fp adalah f pengukuran, ft adalah f tabel, v adalah tegangan input, r adalah tahanan, e adalah error dan t adalah total.

## E. Analisis Variance (ANAVA) untuk Frekuensi Output
Pengolahan data menggunakan metoda Analisis of Variance ( Anava ) dengan desain blok lengkap random. Didapatkan hasil data seperti pada Table 4.7:

## Tabel 4.7: Tabel hasil perhitungan manual ANAVA

## F. Analisis Data
Dari hasil perhitungan diperoleh hasil perhitungan nilai F untuk tegangan output yakni Ftahanan =  18,13;  F Vreff =  40,06  dan  untuk  frekuensi  output  yakni  Ftahanan  =  17,74;  F Vreff =  10003,21. Berdasarkan kriteria pengujian hipotesis diperoleh:
a. Uji kolom untuk Tegangan Input
(F hitung =40,06 ) ≥ ( F tabel 0,01 = 3,44) dan ( F hitung =40,06 ) ≥ ( F tabel 0,05 = 2.56) maka H o ditolak dan H A diterima,  artinya  terdapat  indikasi  bahwa  variasi  tegangan  input  mempengaruhi  nilai tegangan output pada motor generator 3 fasa..
b. Uji baris untuk Pembebanan Terhadap Tegangan Output
(F hitung =18,13 ) ≥ ( F tabel 0,01 = 5,72) dan ( F hitung =18,13 ) ≥ ( F tabel 0,05 = 3,44) maka H o ditolak dan H A diterima, artinya Terdapat indikasi bahwa pembebanan mempengaruhi nilai tegangan output pada motor generator 3 fasa.
c. Uji baris untuk Pembebanan Terhadap Frekuensi Output
(F hitung =17,74) ≥ ( F tabel 0,01 = 2,26) dan ( F hitung =17,74 ) ≥ ( F tabel 0,05 = 3,22) maka H o ditolak dan H A diterima, artinya terdapat indikasi bahwa pembebanan mempengaruhi nilai frekuensi output pada motor generator 3 fasa.
df ss ms fp ft (1%) ft (5%) v  11 23,41 2,13 478,56 3,44 2,56 r 2 0,04 0,02 4,1 5.72 3.44 e  18 0,1 0,00 - - - t  29 23,54 - - - - df ss ms fp ft (1%) ft (5%) v 11 2,7𝑥10 7 2,5x10 5 8,7 3,44 2,56 r 2 1,4x1 0 7 7x10 7 24,6 8 2,26 2,22 e 18 6,2x1 0 6 3x10 5 - - - t 29 2,3x1 0 7 - - - -

## VI.   KESIMPULAN
Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Fungsi  hubungan  tegangan  input  motor  dan  tegangan  output  merupakan  fungsi  linier meningkat. Sehingga semakin besar input yang diberikan dimana putaran motor semakin cepat maka hasil tegangan output (Vrms) pada motor generator akan semakin naik.
2. Terdapat perbedaan rata-rata pembebanan terhadap tegangan ouput motor generator 3 fasa untuk tegangan input yang bervariasi atau terdapat pengaruh dari pembebanan motor generator 3  fasa,  dimana  daya  yang  semakin  besar  menyebabkan  turunnya  tegangan  yang  dikeluarkan oleh  motor  generator  sedangkan  untuk  bagian  frekuensi  akan  semakin  besar,  hal  ini  terlihat ketika  beban  yang  diberikan  sebesar  330kOhm  dan  tegangan  12V  output  tegangan  yang dihasilkan menurun dari beban yang lebih kecil dan frekuensi malah lebih besar.
3. Dari hipotesis penelitian terbukti bahwa pembebanan yang diberikan pada motor generator 3 fasa mempengaruhi tegangan dan frekuensi hasil keluaran dari motor generator.
Untuk  penelitian  selanjutkan  diharapkan  data  hasil  pengukuran  dapat  diolah  dengan menggunakan  metode  analisis  yang  lebih  baik,  hal  ini  dapat  terlihat  dari  perbedaan  nilai  hasil pengukuran yang signifikan dan dengan pengolahan data yang lebih sederhana namun hipotesis yang dihasilkan lebih akurat.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Z. a. M. L. Wang, "Stability Analysis of Weak Rural Electrification Microgrids with Droop- Controlled Rotational and Electronic Distributed Generators," IEEE Power & Energy Society General Meeting, 2015.
[2] B. e. a. Wen, "Impedance-Based Analysis of Grid-Synchronization Stability for Three-Phase Paralleled Converters," IEEE Transactions on Power Electronics 31.1, pp. 26-38, 2016.
[3] D.  W.  B.  B.  D.  M.  P.  &.  X.  Y.  Dong,  "Analysis  of  Phase-Locked  Loop  Low-Frequency Stability  in  Three-Phase  Grid-Connected  Power  Converters  Considering  Impedance Interactions," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 62(1), pp. 310-321, 2015.
[4] K.  &.  L.  A.  Makowski,  "Analysis  of  Self-Excitation  and  Performance  Characteristics  of  a Single-Phase  Self-Excited  Induction  Generator  by  Field-Circuit  Method,"  COMPEL:  The International  Journal  for  Computation  and  Mathematics  in  Electrical  and  Electronic Engineering, vol. 35(1), pp. 200-224, 2016.
[5] Y. L. M. Z. X. G. J. M. &. X. L. Han, "Comparative Performance Evaluation of Orthogonal- Signal-Generators-Based  Single-Phase  PLL  Algorithms,"  IEEE  Transactions  on  Power Electronics, vol. 31(5), pp. 3932-3944, 2016.
[6] P. M. &. B. V. B. Meshram, "A Simplified Nearest Level Control (NLC) Voltage Balancing Method for Modular Multilevel Converter (MMC)," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30(1), pp. 450-462, 2015.
[7] S. R. M. F. E. G. &. K. A. Kvatinsky, "VTEAM: A General Model  for Voltage-Controlled Memristors," IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 62(8), pp. 786-790, 2015.
[8] K. T. F. N. S. A. A. H.  L.  &. N. H. P. (.  Ilves,  "A Submodule  Implementation  for Parallel Connection of Capacitors in Modular Multilevel Converters," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30(7), pp. 3518-3527, 2015.
[9] D. F.-G. B. &. U. I. Filipović-Grčić, "High-frequency model of the power transformer based on frequency-response measurements," IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 30(1), pp. 34-42, 2015.
[10]   F. W. C. M. J. &. S. Y. D. Guo, "Distributed Secondary Voltage and Frequency Restoration Control  of  Droop-Controlled  Inverter-Based  Microgrids,"  IEEE  Transactions  on  industrial Electronics, vol. 62(7), pp. 4355-4364, 2015.
[11] P. C. &. S. E. W. Austin, "The Number of Subjects per Variable Required in Linear Regression Analyses," Journal of clinical epidemiology, vol. 68(6), pp. 627-636, 2015.
[12]   P.  &.  J.  M.  Ray,  "Mean-Variance  Analysis  of  Sourcing  Decision  Under  Disruption  Risk," European Journal of Operational Research, vol. 250(2), pp. 679-689, 2016.