PENDAHULUAN
Generator induksi mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan generator sinkron antara lain harga unitnya murah, konstruksinya kuat dan sederhana, mudah dalam pengoperasiannya, memerlukan sedikit perawatan, dan mempunyai keandalan yang tinggi (Capallaz, 1992; Ouhrouche, 1995). Menurut Bansal (2005) keunggulan generator induksi lainnya adalah reduksi unit cost dan ukuran, tanpa sikat, ketiadaan sumber DC terpisah, kemampuan proteksi diri terhadap beberapa kondisi beban lebih dan hubung singkat.
Generator induksi juga mempunyai beberapa kelemahan, antara lain masalah kebutuhan daya reaktif, masalah tegangan dan frekuensi yang timbul ketika beroperasi sendiri (stand alone) (Capallaz, 1992). Menurut Ouhrouche (1995), generator induksi yang dikompensasi dengan kapasitor akan mengalami tegangan lebih saat dilepaskan dari jala-jala listrik sehingga bisa membahayakan peralatan dan personelnya. Generator induksi juga menghasilkan harmonik akibat kejenuhan inti besinya (Grady and Santosa, 2001).
Fenomena harmonik menimbulkan suatu permasalahan kualitas pada sistem tenaga listrik. Abbreau et al (2003) mengamati bahwa pada sistem tenaga listrik terisolasi yang terhubung dengan beban non linear akan menghasilkan arus harmonik yang menyebabkan distorsi tegangan. Abbreau et al (2004) juga mengamati bahwa mesin induksi yang disuplai dengan tegangan tak sinusoidal akan mengalami pemanasan lebih pada rotornya. Arus dan tegangan harmonik juga dapat menyebabkan kenaikan arus pada penghantar netral sehingga mengakibatkan kenaikan rugi-rugi daya (Carpinelli, 2004). Urutan dan sudut fase harmonik dapat mempengaruhi unjuk kerja mesin induksi (Lee et al, 2000). Harmonik dapat menyebabkan pemutusan beban yang sensitif, penurunan keakuratan alat ukur, kegagalan kapasitor tenaga, pemanasan lebih pada transformator dan penghantar netral (Grady and Santosa, 2001). Harmonik juga mempengaruhi biaya energi listrik (Talacek and Watson, 2002), resonansi dalam sistem tenaga listrik (Rao et al, 1998) dan penurunan faktor daya listrik (Wolfe and Hurley, 2002). Dampak harmonik dikurangi dengan menggunakan filter harmonik. Berbagai desain filter harmonik telah diusulkan oleh Herbert and Ginn ( 2000), Maswood (2003), dan Zobaa (2006).
Penelitian terhadap harmonik dan dampaknya yang telah dilakukan peneliti sebelumnya, kebanyakan dilakukan pada sistem tenaga listrik yang terinterkoneksi menjadi satu kesatuan. Sedangkan penelitian harmonik dan pengeleminasian dampaknya pada sistem yang disuplai oleh generator induksi yang berdiri sendiri (stand alone) sepengetahuan penulis belum banyak dilakukan. Penelitian harmonik pada sistem generator induksi yang berdiri sendiri tersebut diperlukan untuk mengetahui kandungan harmonik yang nantinya dipakai sebagai data untuk merancang filter harmoniknya. Dengan demikian, bahaya yang mungkin ditimbulkan oleh harmonik generator induksi yang akan diterapkan sebagai pembangkit tenaga listrik di daerah terpencil bisa diperkecil. Pemanfaatan generator induksi sebagai pembangkit alternatif skala kecil di daerah terpencil dalam jumlah banyak untuk jangka panjangnya akan membantu mengatasi krisis energi listrik yang saat ini masih mengancam di Indonesia.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik distorsi harmonik pada keluaran generator induksi 3 fase yang berdiri sendiri pada saat tidak berbeban dan berbeban dengan berbagai nilai kapasitansi kapasitor eksitasi.

METODE PENELITIAN
Peralatan yang dipakai dalam penelitian ini antara lain motor induksi 3 fase sangkar tupai, kapasitor eksitasi, motor DC sebagai sebagai penggerak mula, slide regulator untuk mengatur tegangan AC, seperangkat penyearah gelombang penuh, tachometer digital untuk mengukur kecepatan generator induksi, Power Quality Analyzer sebagai alat ukur distorsi harmonik, dan beban listrik berupa lampu TL dan lampu LHE.
Penelitian diawali dengan membuat panel untuk penempatan beban dan kapasitor eksitasi. Belitan generator induksi dirangkai dalam hubungan bintang. Sebagai penggerak mulanya dipakai mesin DC yang dirangkai dengan penguatan medan terpisah. Pengaturan kecepatan generator induksi dilakukan dengan mengatur slide regulator yang mencatu penyearah gelombang penuh pada masukan mesin DC. Pengukuran distorsi harmonik dilakukan pada keluaran generator induksi dengan menggunakan power quality analyzer yang terhubung dengan komputer. Hasil pengukuran disimpan dalam bentuk file.
Pengukuran distorsi harmonik dilakukan setelah mesin diputar sampai kecepatan nominalnya. Pengukuran dilakukan pada saat kondisi berbeban maupun tidak berbeban. Percobaan berbeban dilakukan dengan memvariasi daya, jenis dan merk beban. Kapasitansi kapasitor dinaikkan jika tegangan keluaran mesin tidak stabil, sedangkan jika frekuensinya turun maka kecepatan generatornya yang dinaikkan. Frekuensi keluaran generator induksi dipertahankan pada nilai  50 Hz pada setiap percobaan. Rangkaian uji pada saat berbeban ditunjukkan pada gambar1.

Gambar 1. Rangkaian uji
generator berbeban
Beban yang dipasang pada generator induksi adalah lampu TL dengan ballast lilitan dan lampu LHE dengan ballast elektronis. Kedua jenis beban ini termasuk dalam kategori beban non linear yang bisa menyebabkan timbulnya harmonik. Lampu LHE yang dipakai terdiri dari 3 merk yaitu Phillips, Spyron, dan Mimouse yang mewakili harga lampu dari mahal, sedang, dan murah. Lampu TL dengan ballast konvensional divariasi dayanya yaitu 40, 80, dan 120 W/fase. Untuk beban lampu LHE dengan ballast elektronis divariasi dayanya yaitu 5, 9, 14, 19, 23 dan 28 W/fase.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian pada kondisi generator induksi tidak berbeban ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Kandungan harmonik pada generator induksi saat tanpa beban
C (μF)
Magnitude tegangan keluaran generator (volt) pada frekuensi
50
100
150
200
250
300
30
217,6
4,3
44,5
1,2
5,2
0,2
42
213,6
3,7
42
1,1
5,4
0,1
54
210,9
2,4
40,8
0,7
5
0,1
66
206,1
2,4
38,5
0,7
4,3
0,1
78
203,2
1,6
33,6
0,2
3,8
0,3

Tabel 1 menunjukkan bahwa gelombang keluaran generator induksi tidak cuma terdiri dari gelombang sinusoidal murni pada frekuensi 50 Hz (frekuensi fundamental), tetapi terdiri dari berbagai frekuensi yang merupakan kelipatan dari 50 Hz sampai frekuensi 300 Hz. Dengan kata lain terdapat distorsi harmonik pada keluaran generator induksi. Komponen harmonik yang dominan adalah harmonik ganjil urutan ke-3 (150Hz) yang mencapai nilai 16,5 – 20,4% dari komponen fundamentalnya. Nilai distorsi harmonik total (THD-V) ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2 THD-V generator induksi saat tanpa beban

Gambar 2 menunjukkan nilai distorsi harmonik total berkisar antara 16,7% – 20,7% yang jauh lebih tinggi dari nilai yang ditetapkan dalam standar IEEE 519 sebesar 5%. Distorsi harmonik yang besar ini menyebabkan pemanasan lebih pada belitan generator induksi. Permasalahan ini diatasi dengan memberi pendingin eksternal pada generator induksi dan pengujian dihentikan setelah selang waku tertentu untuk memberikan waktu pendinginan yang cukup sehingga generatornya tidak rusak. Kapasitor eksitasi yang dipakai sebagai sumber magnetisasi belitan stator generator induksi dalam penelitian ini berpengaruh besar terhadap nilai distorsi harmonik. Semakin besar kapasitansi kapasitornya ternyata semakin kecil pula nilai distorsi harmoniknya.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa generator induksi tersebut sebaiknya diberi peralatan filter harmonik terutama untuk mengeliminasi harmonik urutan ke-3 yang sangat dominan nilainya.
Hasil penelitian tentang pengaruh variasi daya beban lampu LHE terhadap distorsi harmonik total ditunjukkan pada gambar 3 dan gambar 4.



Gambar 3. Hubungan daya terhadap
THD-V pada lampu LHE dengan merk
(a) Mimouse (b) Spyron (c) Phillips






Gambar 4. Hubungan daya terhadap
THD-I pada lampu LHE dengan merk
(a) Mimouse (b) Spyron (c) Phillips

Gambar 3 dan gambar 4 menunjukkan semakin besar daya lampu LHE yang dipakai maka THD-V dan THD-I generator induksi cenderung turun. Secara umum, kenaikan kapasitor eksitasi akan cenderung menurunkan THD-V dan THD-I generator induksi. Pengecualian berlaku untuk variasi dari 30μF menjadi 42μF, kenaikan kapasitor eksitasi mengakibatkan THD-V naik juga. Merk lampu LHE juga berpengaruh terhadap nilai THD-V generator induksi. Secara umum, berturut-turut nilainya dari yang paling kecil adalah lampu LHE merk Phillips, Spyron, dan Mimouse. Kalau dilihat dari harga lampunya, berturut-turut dari yang paling mahal adalah Phillips, Spyron, dan Mimouse. Harga lampu biasanya berkaitan dengan mutu dari lampu tersebut. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa lampu dengan mutu yang lebih baik menyumbang THD-V yang lebih kecil. THD-V yang lebih kecil akan mengakibatkan pemanasan belitan generator yang lebih kecil juga.
Nilai THD-I generator induksi saat dibebani lampu Phillips berkisar antara 56,9 – 66,5%, lampu Spyron berkisar antara 50,4 – 65,7%, dan lampu Mimouse berkisar antara 59,5 – 67,5%. Semuanya jauh lebih tinggi dari standard IEEE 519 sebesar 10%.
Nilai THD-V generator induksi pada saat dibebani dengan lampu LHE lebih besar bila dibandingkan dengan saat tanpa dibebani. Rerata kenaikan THD-V untuk lampu LHE merk Phillips sebesar 4,34%, merk Spyron sebesar 4,44% dan merk Mimouse sebesar 4,99%. Kenaikan THD-V ini disebabkan beban lampu LHE menggunakan ballast elektronis yang didalamnya terdapat piranti semikonduktor. Piranti semikonduktor ini akan menyearahkan gelombang keluaran generator induksi, kemudian diubah lagi menjadi gelombang bolak-balik frekuensi tinggi. Gelombang bolak-balik berfrekuensi tinggi inilah yang mencatu lampu fluoresen pada lampu LHE sehingga bisa berpendar putih. Adanya proses perubahan dari gelombang AC frekuensi rendah menjadi DC menjadi AC frekuensi tinggi inilah yang menjadi penyebab kenaikan distorsi harmonik pada keluaran generator induksi.
Hasil penelitian tentang pengaruh penambahan lampu TL dengan ballast lilitan pada percobaan sebelumnya ditunjukkan pada gambar 5 dan gambar 6.

(a)

(b)

(c)
Gambar 5 Hubungan daya terhadap
THD-V pada lampu LHE dan lampu TL dengan daya lampu TL sebesar
(a) 40 W (b) 80W (c) 120W

(a)

(b)

(c)

Gambar 6 Hubungan daya terhadap
THD-I pada lampu LHE dan lampu TL dengan daya lampu TL sebesar
(a) 40 W (b) 80W (c) 120W

Gambar 5 dan gambar 6 menunjukkan bahwa penambahan lampu TL dengan ballast lilitan pada beban lampu LHE akan menaikkan THD-V dan THD-I generator induksi walaupun secara keseluruhan kenaikannya kecil sekali. Sumbangan lampu TL dengan ballast lilitan terhadap distorsi harmonik jauh lebih kecil dari lampu LHE dengan ballast elektronis. Hal ini karena sebagian kecil saja dari kurva magnetisasi ballast lilitan yang tidak linear sehingga gelombang masukan pada ballast akan menjadi lebih sedikit terdistorsi.
Seperti hasil percobaan sebelumnya, secara umum kenaikan daya lampu TL dengan ballast magnetis, kenaikan daya lampu LHE dan kenaikan kapasitor eksitasi semuanya cenderung akan menurunkan THD-V dan THD-I generator induksi.

KESIMPULAN
Keluaran generator induksi saat tanpa beban sudah mengalami distorsi sebesar 16,7–20,7% dari komponen fundamentalnya. Komponen harmonik urutan ke-3 adalah yang paling dominan dibanding dengan yang lainnya. Pemasangan beban lampu LHE dan lampu TL dengan ballast lilitan mengakibatkan keluaran generator menjadi lebih terdistorsi. Sumbangan lampu LHE terhadap distorsi harmonik lebih besar dari lampu TL dengan ballast lilitan. Kenaikan daya beban dan kapasitansi kapasitor eksitasi cenderung menurunkan distorsi harmonik total generator induksi.

SARAN
Generator yang dipakai dalam penelitian ini hanya satu jenis. Jenis beban yang dipakai dalam penelitian ini hanya menggunakan lampu LHE dan lampu TL. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan menggunakan generator induksi dan jenis beban yang lainnya untuk mendapatkan gambaran yang lebih menyeluruh terhadap karakteristik harmonik generator induksi 3 fase tereksitasi diri.