RANCANG BANGUN ALAT PENGATUR KECEPATAN MOTOR INDUKSI DENGAN CARA MENGATUR FREKUENSI

Abstrak
RANCANG BANGUN ALAT PENGATUR KECEPATAN PUTAR MOTOR INDUKSI DENGAN
MENGUBAH FREKUENSI. Telah dilakukan rancang bangun alat pengatur kecepatan motor induksi
dengan mengubah frekuensi. Motor induksi mempunyai kecepatan yang hampir konstan, banyak digunakan
di dalam industri yang kadang-kadang memerlukan perubahan kecepatan putar. Cara pengubahan
kecepatan putar motor induksi yang paling baik adalah dengan mengubah frekuensi catu dayanya, walaupun
sedikit sulit dan mahal. Dalam rancang bangun ini dilakukan dengan cara menyearahkan sumber tegangan
PLN dengan frekuensi 50 Hz, lalu diubah menjadi tegangan bolak-balik kembali dengan frekuensi yang bisa
diatur dan selanjutnya dipakai sebagai suplai ke motor [ 8 ]. Rangkaian alat terdiri dari komponen penyearah,
penapis, inverter, osilator dan transformator. Dari pengujian diketahui bahwa peralatan dapat berfungsi
dengan baik walaupun ditemukan beberapa kesulitan namun, arus ke motor cukup stabil meskipun kecepatan
putar diubah-ubah. Putaran motor bisa diatur dengan mengubah frekuensi atau secara tidak langsung
dengan tahanan basis RB pada osilator. Jangkau putaran yang dapat dicapai sangat lebar yaitu dari 133
rpm dengan frekuensi 12 Hz sampai dengan 2200 rpm pada frekuensi 70 Hz pada keadaan tanpa beban.
Sedangkan perubahan putaran motor dapat halus, rata-rata 21,4 rpm/Hz
Kata kunci : Motor induksi, putaran, frekuensi
Abstract
DESIGN OF INDUCTION MOTOR SPEED REGULATION DEVICE BY FREQUENCY CHANGING.
Design of induction motor speed regulation device by frequency changing has been carried out. Induction
motor has almost constant speed much used in industry wich often desire the speed changing. The best result
of induction motor speed changing is done by changing its power supply frequency, although have many
difficulties and expensive. This design was done by rectified PLN’s voltage of 50 Hz, then changed again to
the alternating current wich has adjustable frequency and finally is used as power supply to the motor. The
device consist of many components i.e rectifier, filter, inverter, oscillator and transformer.From the
functional test which has been carried out shows the device in good condition although found many
difficulties, but the current input to the motor enough stable when motor speed is changed. Motor speed can
be changed by adjusting the frequency or by adjusting the basis resistance RB at the oscillator circuit. Range
of speed regulation which can be achieved is very width i.e from 133 rpm with frequenci of 12 Hz until 2200
rpm with frequenci of70 Hz at the no load condition. While the motor speed can change in smoothed i.e 21,4
rpm/Hz
Keywords : Induction motor, rotation, frequency
sekitar 3 sampai 5 kali dari arus nominal dan
putarannya relatif konstan atau sulit diatur[2, 6].
PENDAHULUAN
Pada hal dalam pemakaian motor listrik
Di industri banyak dipakai motor listrik
kadang-kadang diinginkan putaran yang dapat
jenis induksi rotor sangkar karena mempunyai
diubah-ubah sesuai dengan putaran beban,
banyak kelebihan dibanding dengan motor
dengan pengaturan perpindahan putaran yang
listrik jenis lain. Kekurangannya arus start besar
137
Yadi Yunus, dkk Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
yang lebar dapat dilakukan dengan mengatur
halus (smooth) dan range lebar, misalnya pada,
frekuensi. Catu daya dari PLN frekuensinya 50
blower atau exhaust fan penyegar udara pada
Hz, untuk mengubahnya diperlukan bebarapa
laboratorium gedung kimia dan lain-lain. Hal
komponen. Dalam rancang bangun ini catu
tersebut diperlukan dengan tujuan antara lain
daya AC , 50 Hz diubah menjadi DC (searah),
untuk mengurangi besarnya arus start,
kemudian diubah menjadi AC lagi dengan
meredam getaran dan hentakan mekanis saat
frekuensi yang dapat diatur. Jadi dalam rancang
starting. Karena itu maka banyak dilakukan
bangun ini diperlukan komponen utama seperti
usaha bagaimana cara mengatur putaran motor
penyearah, osilator sebagai pengubah frekuensi
induksi tersebut. Salah satunya adalah dengan
dan inverter[8].
cara mengubah frekuensi catu daya yang masuk
ke motor untuk mengatur kecepatan motor. Jadi
Penyearah
tujuan dari rancang bangun di sini adalah untuk
menghasilkan peralatan yang dapat dipakai Penyearah adalah alat pengubah sumber
untuk mengatur kecepatan putar motor induksi listrik dari AC menjadi DC. Alat tersebut
dengan range putaran yang lebar dan dengan berupa rangkaian elektronik dengan komponen
perubahan putaran yang smooth. utama dioda. Dalam penyearahan tegangan
bolak-balik digunakan penyearah gelombang
penuh dengan menggunakan sebuah dioda
DASAR TEORI
jembatan/bridge atau empat buah dioda.[3]
Ditinjau rotornya motor induksi dibagi 2
Gelombang keluarannya lebih baik bila
yaitu motor induksi sangkar tupai dan (squrrel
dibandingkan dengan penyearah setengah
cage induction motor) dan motor induksi rotor
gelombang, lihat Gambar 1.
lilit (wound rotor induction motor).[2, 6] Motor
induksi sangkar tupai mempunyai kecepatan
putar yang hampir konstan, sedangkan motor
induksi rotor lilit mempunyai kecepatan putar
dan torsi yang dapat diatur(adjustable).
Sebetulnya dengan motor induksi rotor lilit,
kelemahan motor induksi dapat diperbaiki,
tetapi motor induksi rotor lilit mempunyai
Gambar 1. Penyearah Gelombang Penuh (A)
konstruksi yang tidak sesderhana. Rumus
Rangkaian (B) Gelombang Keluaran
kecepatan putar motor induksi adalah sebagai
berikut[2, 6]. Osilator
Osilator adalah rangkaian elektronik
(1 − s) f × 60
nm = yang bekerja sebagai pembangkit gelombang
(1)
p denyut. Berdasar cara kerjanya terdapat
berbagai macam osilator yang salah satu
Dengan :
diantaranya adalah multivibrator tak stabil.
nm : kecepatan putar motor (rpm)
Gambar 3 Ditunjukkan Rangkaian Pembangkit
ns : kecepatan putar medan sinkron (rpm)
Sinyal Dan Disebut Sebagai Rangkaian Osilator
s : slip
Dari Jenis Multivibrator Tak Stabil[5, 7].
f : frekuensi sumber atau catu daya (Hz)
p : jumlah pasang kutub
Besarnya slip tergantung dari beban
motor, beban yang konstan slip motor akan juga
tetap, maka dari persamaan (1) dapat diketahui
bahwa kecepatan putar motor nm dapat diatur
dengan cara mengubah frekuensi maupun
jumlah kutub. Mengatur kecepatan dengan cara
mengatur jumlah kutub sudah banyak dilakukan
namun daerah pengaturan putaran terbatas dan Gambar 2. Osilator Astable Multivibrator
perubahannya kasar, tetapi cara pengendalian
putaran yang halus dan dengan jangkau putaran
138
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN Yadi Yunus, dkk
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Proses kerjanya transistor Q1 dan Q2
bekerja ON (saturasi) dan OFF (cut off) secara
bergantian.. Proses tersebut terjadi terus hingga
terbentuk suatu sinyal tegangan denyut pada
kolektor pada ke dua transistor tersebut. Selang
waktu pergantian antar ON dan OFF dari ke
dua transistor disebut sebagai konstanta waktu
dari osilator yang besarnya adalah:[5]
Gambar 3. Rangkaian Inverter dengan SCR
(2)
T1 = 0,69 x RB1 x C1 Pada Gambar 3 SCR1 dan SCR2 disulut
bergantian melalui titik A dan titik B oleh
dengan :
sinyal yang dihasilkan osilator astable
T1 = waktu 1⁄2 dari periode ON ke OFF
multivibrator pada Gambar 2. Sedang
kembali ke ON lagi dari transistor
pemutusan SCR dilakukan oleh rangkaian
Q1(dt)
komutator berupa kapasitor C yang dipasang
RB1 = Rb1 + Rv adalah tahanan rangkaian
pada lilitan primer dari transformator. Dengan
basis transistor (Ω).
SCR ON dan OFF saling bergantian maka arus
C1 = kapasitansi kondensator rangkaian basis
dari sumber + (positif) melewati tap tengah
(F).
(centertap) trafo ke primer P1 dan P2 saling
dapat diperoleh mengunakan
T2
bergantian. Arus yang mengalir pada sisi primer
persamaan (2) dengan nilai tahanan dan
transformator selalu bergantian atau bolak-balik
kondensator adalah RB2 dan C2. Jadi :T1 + T2 =
sehingga dihasilkan tegangan induksi bolak-
T = 0,69 x (RB1 x C1 + RB2 x C2 ). Jika
balik (AC) pada sisi sekunder. Frekuensi dari
ditentukan RB1 = RB2 = RB dan C1 = C2 = C,
tegangan indukdsi tersebut dapat diatur oleh
maka diperoleh
osilator sebagai penyulut dua SCR tersebut.
T = 0,69 x 2 x RB x C
T = 1,38 x RB x C Perancangan
1
Sehingga frekuensi osilasi f = Perancangan meliputi perencanaan
(Hz) adalah
T penyearah, osilator, inverter, transformator,
1 sampai dengan pembuatan casing untuk
Jadi : f = (3)
pengaturan kecepatan putar motor induksi satu
1,38 xRB xC
satu fase jenis runing capacitor dengan daya
Dari persamaan (5) di atas diperoleh
120 watt , tegangan 220 VAC, arus 0,7 A,
besarnya frekuensi osilasi terantung RB dan atau
frekuensi 50 Hz dan putaran 2900 rpm.
C. Secara teknis lebih mudah dilakukan dengan
mengubah tahanan RB. Perancangan Rangkaian Penyearah.
Penyearah direncanakan memakai satu
Inverter
buah dioda bridge. Keluaran dari penyearah
Rangkaian elektronika yang bisa
dipakai untuk input ke ke inverter dan osilator
digunakan untuk mengubah tegangan DC
seperti yang ditujnjukkan pada Gambar 4.
menjadi AC disebut inverter. Rangkaian
bisa menggunakan komponen
inverter
transistor maupun thyristor SCR sebagai
komponen utama. Bila digunakan transistor
daya terbatas tetapi frekuensi tinggi serta tidak
perlu rangkaian komutasi. Bila menggunakan
SCR daya besar frekuensi rendah dan perlu Gambar 4. Penyearah dengan 4 dioda Lengkap
rangkaian komutasi sebagai pemutus SCR. dengan Filter dan Pembagi Tegangan
Gambar 4 adalah contoh rangkaian inverter Sebagai penyearah digunakan dioda
dengan SCR[1, 4]. bridge MDA 3504 dengan kapasitas arus 5 A
dan tegangan 400 V, filter dengan kondensator
33 μF, 450 V. Tahanan 220 dan 33 KΩ
dimaksudkan untuk memperoleh tegangan
139
Yadi Yunus, dkk Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
keluaran sebesar 50 V diumpankan ke Perancangan Rangkaian Inveter.
rangkaian osilator dan untuk arus triger SCR ±
Inverter dengan komponen utama SCR
5 mA.
5P4M rating arus 5 Ampere, tegangan 400 V.
Transformator dengan luas inti 22 cm2 daya
Perancangan Rangkaian Osilator
trafo ± 500 W, nilai aman untuk mensuplai
Rangkaian osilator menggunaka
motor 120 W. Setelah dihitung dengan asumsi
rangkaian astable multivibrator, dengan
tegangan primer 300 volt maka lilitan tiap
transistor PNP A1015, diharapkan mampu
kumparan adalah 750 lilit sehingga jumlah
mentriger SCR yang memerlukan tegangan 2
lilitan kumparan primer dan skunder 3 X 750.
V, arus ± 5 mA. Pada titik untuk penyulutan
Bila daya 500 W berarti arus maksimum 1.600
SCR dipasang dioda D1 dan D2 rating 1 A,
mA, dengan padat arus diambil 5 A/mm2, maka
sebagai penahan tegangan balik induksi dari
kumparan digunakan kawat email diameter 0,65
SCR. agar transistor terhindar dari kerusakan.
mm. Untuk komutasi dipasang kondensator non
Kondensator C1 dan C2 disesuaikan
polar 4 μF/400V agar 2 SCR bekerja ON dan
dengan tahanan RB1 dan RB3 untuk memperoleh
OFF secara bergantian sebagai inverter dengan
frekuensi yang diinginkan. Tahanan RB terdiri
penyulutan di titik A dan B.
dari tahanan tetap Rb sebesar 1,2 KΩ dan
tahanan variabel 0 – 10 KΩ sebagi pengubah
frekuensi, sedangkan kapasitor dipilih 10 μF.
Dengan mengacu pada persamaan 3 maka
diperoleh jangkau frekuensi osilator dari 6
sampai dengan 60 Hz.
Gambar 6. Rangkaian Inverter dengan SCR 5P4M
PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Pengujian besaran tegangan, arus dan
frekuensi keluaran serta putaran dari motor
Gambar 5. Osilator Astable Multivibrator dengan dengan mengubah-ubah tahanan variabel
Transistor PNP A1015 R9.dan R10.sebagai pengubah frekuensi dari
osilator.
Tabel 1. Data Hasil Uji Coba Alat Pengendali Kecepatan Motor Induksi
RB2
RB1 Vo n
f Io
NO
(mA) (volt) (rpm)
(Hz)
(Ω)
(Ω)
1 10.000 10.000 12 200 40 133
2 8.000 8.000 20 200 45 256
3 6.500 6.500 25 250 50 405
4 4.700 4.700 35 250 55 655
5 3.200 3.200 39 350 60 975
6 2.700 2.700 40 350 70 1.180
7 2.200 2.200 42 395 95 1.485
8 2.005 2.000 47 405 100 1.600
9 1.730 1.610 48 430 110 1.930
10 1.620 1.600 61 480 115 2.075
11 1.570 1.520 70 500 125 2.200
Dari data pada Tabel 1, bila di buat keluaran seperti yang ditunjukkan pada
grafik tahanan basis versus frekuensi Gambar 7, nampak bahwa frekuensi yang
140
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN Yadi Yunus, dkk
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
dihasilkan benar berbanding terbalik dengan KESIMPULAN
besaran tahanan basis (RB) sesuai dengan
Dari rancang bangun dan pengujian yang
Persamaan 3,dan penurunannya secara
telah dilakukan dapat diambil beberapa
hiperbolis. Begitu juga putaran motor yang
kesimpulan sebagai berikut.
dihasilkan naik secara linier terhadap
1. Peralatan yang dibuat dapat berfungsi
kenaikan frekuensi. Di samping itu kenaikan
cukup baik,arus ke motor cukup stabil
frekuensi ternyata juga diikuti pula oleh
meskipun kecepatan putar diubah-ubah.
kenaikan tegangan output mengikuti
2. Putaran motor bisa diatur dengan
persamaan[10].
mengubah frekuensi dengan cara
menggeser tahanan basis RB .
V = 4,44 f n Φ (4)
3. Motor induksi dapat diatur putarannya
sedangkan tegangan input konstan. dengan jangkau yang lebar dari 133 rpm
dengan frekuensi 12 Hz sampai dengan
2200 rpm pada frekuensi 70 Hz pada
keadaan tanpa beban.
4. Perubahan putaran motor bisa benar-benar
smooth.
DAFTAR PUSTAKA
1. GEORGE M.CHUTE, ROBERT D. CHUTE,
Electronics in Industry, McGraw-Hill
Gambar 7. Kurva f vs RB1
Kogakusha, Ltd ,fith edition, 1981.
Keterangan :
2. SUMANTO,, Motor Listrik Arus Bolak-Balik,
R B=Rb + R v
Andi offset Yogyakarta, Edisi pertama ,
1993.
3. BARRY G. WOOLLARD , H .KRISTIONO,
Elektronika Praktis, Pradnya Paramita,
Jakarta, cetakan kelima, 2003.
4. WASITO S., Elektronika Dalam Industri,
Karya Utama, Jakarta, cetakan kedua, 1986.
5. ICHWAN HARYADI, Televisi Transistor,
Bina ilmu, Surabaya, cetakan pertama, 1985.
6. A.E. FITZGERALD, DJOKO ACHYANTO,
Gambar 8 Kurva n vs f Mesin –Mesin Listrik, Erlangga, Edisi ke
empat, Jakarta, 1992.
7. G.LOVEDAY, Pengujian Elektronik Dan
Elex Media
Diagnosa Kesalahan,
komputindo, Jakarta, 1994.
8. A.E. FITZGERALD, PANTUR SILABAN,
Dasar-Dasar Elektro Teknik, Erlangga, Edisi
ke lima, Jakarta, 1984.
9. EDWIN C.LOWENBERG, SUTISNA,
Rangkaian Elektronik, Erlangga, Edisi SI
(Metric), Jakarta, 1995.
10. A.R. MARGUNADI, Membuat Transformator
Gambar 9. Alat Pengatur Kecepatan Kecil, PT Gramedia, Jakarta 1986
Motor Induksi
141
Yadi Yunus, dkk Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
TANYA JAWAB
Pertanyaan
1. Rancangan ini untuk kapasitas berapa ?
(Ari Satmoko-PTRKN)
2. Perubahan frekuensi dilakukan dengan
cara bagaimana ? (Ari Satmoko-PTRKN)
3. Apakah cara manual di atas bisa diubah
menjadi otomatis dengan proses digital ?
(Ari Satmoko-PTRKN)
4. Trimakasih ! Mohon apa bila
dimungkinkan , saya mendapat makalah
lengkap dan di kirim ke satmoko @
batan.go.id(Ari Satmoko-PTRKN)
5. Apa fungsi osilator yang anda gunakan dan
bagaimana cara kerjanya ? (Aswin Anwir-
STTN)
6. Apakah dimungkinkan dilakukan pada
motor 3 fasa ? (Aswin Anwir-STTN)
7. Berapa daya maximum motor yang dapat
diatur kecepatannya dengan alat anda ?
(Aswin Anwir-STTN)
8. Bisakah SCRnya diganti dengan transistor
? Bila bisa apa pengaruh terhada kinerja
alat itu ? (Arief Noor.H-STTN)
Jawaban
1. Kapasistas maximum 200 watt 220 Volt
AC.
2. Perubahan frekuensi secara manual dengan
potensiometer stereo RB 1-2
3. Pada prinsipnya bisa diantaranya
ditambahkan dengan ADC
4. Soft copy makalah telah dikirim ke yang
bersangkutan
5. Fungsi osilator di sini adalah untuk
pembangkit frekuensi dan kemudian untuk
menyulut inverter agar mengubah tegangan
listrik DC menjadi AC.
6. Sangat mungkin dilakukan pada motor 3
fasa, tetapi tentu dengan jumlah dan jenis
komponen yang berbeda.
7. Daya motor yang bisa dilayani maximum
200 watt 220 volt AC
8. SCR bisa diganti dengan transistor. Tetapi
dengan kapasitas arus yang sama transistor
harganya relatif lebih mahal dibanding
dengan SCR. Pada daya sampai dengan
500 watt kinerja alat tetap sama namun
untuk daya yang lebih besar transistor sulit
dilaksanakan.

Standarisasi Motor Listrik

Motor listrik yang umum digunakan di dunia Industri adalah motor listrik asinkron, dengan dua standar global yakni IEC dan NEMA. Motor asinkron IEC berbasis metrik (milimeter), sedangkan motor listrik NEMA berbasis imperial (inch), dalam aplikasi ada satuan daya dalam horsepower (hp) maupun kiloWatt (kW).

Motor listrik dalam standard IEC dibagi menjadi beberapa kelas sesuai dengan efisiensi yang dimilikinya. Sebagai standar di Uni Eropa, pembagian kelas ini menjadi EFF1, EFF2 dan EFF3. Untuk kelas EFF1 adalah motor listrik yang paling efisien, paling sedikit memboroskan tenaga, sedangkan EFF3 sudah tidak boleh dipergunakan dalam lingkungan uni eropa, sebab memboroskan bahan bakar di pembangkit listrik dan secara otomatis akan menimbulkan buangan karbon yang terbanyak, sehingga lebih mencemari lingkungan.

Standar IEC yang berlaku adalah IEC 34-1, ini adalah sebuah standar yang mengatur rotating equipment bertenaga listrik. Ada banyak pabrik elektrik motor, tetapi hanya sebagian saja yang benar-benar mengikuti arahan IEC 34-1 dan juga mengikuti arahan level efisiensi dari Uni Eropa.

Banyak produsen elektrik motor yang tidak mengikuti standar IEC dan Uni Eropa supaya produknya menjadi murah dan lebih banyak terjual, banyak negara berkembang manjdi pasar untuk produk ini, yang dalam jangka panjang memboroskan keuangan pemakai, sebab tagihan listrik yang semakin tinggi setiap tahunnya.

Lembaga yang mengatur dan menjamin level efisiensi ini adalah CEMEP, sebuah konsorsium di Eropa yang didirikan oleh pabrik-pabrik elektrik motor yang ternama, dengan tujuan untuk menyelamatkan lingkungan dengan mengurangi pencemaran karbon secara global, karena banyak daya diboroskan dalam pemakaian beban listrik.
Sebagai contoh, dalam sebuah industri rata-rata konsumsi listrik untuk motor listrik adalah sekitar 65-70% dari total biaya listrik, jadi memakai elektrik motor yang efisien akan mengurangi biaya overhead produksi, sehingga menaikkan daya saing produk, apalagi dengan kenaikan tarif listrik setiap tahun, maka pemakaian motor listrik EFF1 sudah waktunya menjadi keharusan.

Sumber: http://www.nema.org/

Motor Listrik

Motor Listrik

Pada artikel “klasifikasi mesin listrik”, Motor listrik termasuk kedalam kategori mesin listrik dinamis dan merupakan sebuah perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll di industri dan digunakan juga pada peralatan listrik rumah tangga (seperti: mixer, bor listrik,kipas angin).

Anda dapat melihat animasi prinsip kerja motor DC ini di sini.

Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri, sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor listrik secara umum sama (Gambar 1), yaitu:
• Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
• Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
• Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torsi untuk memutar kumparan.
• Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Dalam memahami sebuah motor listrik, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/torsi sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok:
• Beban torsi konstan, adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya, namun torsi nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torsi konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
• Beban dengan torsi variabel, adalah beban dengan torsi yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan torsi variabel adalah pompa sentrifugal dan fan (torsi bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
• Beban dengan energi konstan, adalah beban dengan permintaan torsi yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.


Gambar 1. Prinsip Dasar Kerja Motor Listrik.

JENIS MOTOR LISTRIK

Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: motor DC dan motor AC. Motor tersebut diklasifikasikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dalam bagan dibawah ini.


Gambar 2. Klasifikasi Motor Listrik.

1. Motor DC/Arus Searah
Motor DC/arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:
• Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
• Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
• Kommutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Kommutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.


Gambar 3. Motor DC.

Keuntungan utama motor DC adalah kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
• Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan.
• Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang, seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.

Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:

Gaya elektromagnetik: E = KΦN

Torsi: T = KΦIa

Dimana:
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torsi electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan

Jenis-Jenis Motor DC/Arus Searah

a. Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited, Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.

b. Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt. Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Gambar 4. Karakteristik Motor DC Shunt.

Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):
• Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 4) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
• Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).

c. Motor DC daya sendiri: motor seri. Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.

Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002):
• Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM.
• Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 5).

Gambar 5. Karakteristik Motor DC Seri.

d. Motor DC Kompon/Gabungan.
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok (myElectrical, 2005).

Gambar 6. Karakteristik Motor DC Kompon.

2. Motor AC/Arus Bolak-Balik

Motor AC/arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik AC memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan dalam Gambar 7.

Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).

Jenis-Jenis Motor AC/Arus Bolak-Balik

a. Motor sinkron. Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.

Komponen utama motor sinkron adalah (Gambar 7):
• Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
• Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.

Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh, 2003):

Ns = 120 f / P

Dimana:
f = frekwensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub

Gambar 7. Motor Sinkron.

b. Motor induksi. Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

Komponen Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 8):
• Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
- Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.
- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.
• Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat .

Klasifikasi motor induksi

Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003):
• Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
• Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.

Gambar 8. Motor Induksi.

Kecepatan motor induksi

Motor induksi bekerja sebagai berikut, Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar. Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser/slip ring motor”.

Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran(Parekh, 2003):

% Slip = (Ns – Nb)/Ns x 100

Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM

Hubungan antara beban, kecepatan dan torsi


Gambar 9. Grafik Torsi vs Kecepatan Motor Induksi.

Gambar 9 menunjukan grafik torsi vs kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003):
• Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torsi yang rendah (“pull-up torque”).
• Mencapai 80% kecepatan penuh, torsi berada pada tingkat tertinggi (“pull-out torque”) dan arus mulai turun.
• Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torsi dan stator turun ke nol.

Motor listrik

Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu.

Motor listrik yang umum digunakan di dunia Industri adalah motor listrik asinkron, dengan dua standar global yakni IEC dan NEMA. Motor asinkron IEC berbasis metrik (milimeter), sedangkan motor listrik NEMA berbasis imperial (inch), dalam aplikasi ada satuan daya dalam horsepower (hp) maupun kiloWatt (kW).

Motor listrik IEC dibagi menjadi beberapa kelas sesuai dengan efisiensi yang dimilikinya, sebagai standar di EU, pembagian kelas ini menjadi EFF1, EFF2 dan EFF3. EFF1 adalah motor listrik yang paling efisien, paling sedikit memboroskan tenaga, sedangkan EFF3 sudah tidak boleh dipergunakan dalam lingkungan EU, sebab memboroskan bahan bakar di pembangkit listrik dan secara otomatis akan menimbulkan buangan karbon yang terbanyak, sehingga lebih mencemari lingkungan.

Standar IEC yang berlaku adalah IEC 34-1, ini adalah sebuah standar yang mengatur rotating equipment bertenaga listrik. Ada banyak pabrik elektrik motor, tetapi hanya sebagian saja yang benar-benar mengikuti arahan IEC 34-1 dan juga mengikuti arahan level efisiensi dari EU.

Banyak produsen elektrik motor yang tidak mengikuti standar IEC dan EU supaya produknya menjadi murah dan lebih banyak terjual, banyak negara berkembang manjdi pasar untuk produk ini, yang dalam jangka panjang memboroskan keuangan pemakai, sebab tagihan listrik yang semakin tinggi setiap tahunnya.

Lembaga yang mengatur dan menjamin level efisiensi ini adalah CEMEP, sebuah konsorsium di Eropa yang didirikan oleh pabrik-pabrik elektrik motor yang ternama, dengan tujuan untuk menyelamatkan lingkungan dengan mengurangi pencemaran karbon secara global, karena banyak daya diboroskan dalam pemakaian beban listrik.

Sebagai contoh, dalam sebuah industri rata-rata konsumsi listrik untuk motor listrik adalah sekitar 65-70% dari total biaya listrik, jadi memakai elektrik motor yang efisien akan mengurangi biaya overhead produksi, sehingga menaikkan daya saing produk, apalagi dengan kenaikan tarif listrik setiap tahun, maka pemakaian motor listrik EFF1 sudah waktunya menjadi keharusan.

Prinsip kerja motor listrik

Prinsip kerja motor listrik

Pada motor listrik tenaga listrik dirubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan merubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnit. Sebagaimana kita ketahui bahwa : kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama, tarik-menarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap.

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN

Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi listrik ini biasanya akan disimpan ke dalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.

Tenaga angin menunjuk kepada pengumpulan energi yang berguna dari angin. Pada 2005, kapasitas generator tenaga-angin adalah 58.982 MW, hasil tersebut kurang dari 1% penggunaan listrik dunia. Meskipun masih berupa sumber energi listrik minor di kebanyakan negara, penghasilan tenaga angin lebih dari empat kali lipat antara 1999 dan 2005.

Tenaga angin digunakan dalam ladang angin skala besar untuk penghasilan listrik nasional dan juga dalam turbin individu kecil untuk menyediakan listrik di lokasi yang terisolir.

Tenaga angin banyak jumlahnya, tidak habis-habis, tersebar luas, bersih, dan merendahkan efek rumah kaca.

Indonesia, negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 Km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembanglit listrik tenaga angin, namun sayang potensi ini nampaknya belum dilirik oleh pemerintah. Sungguh ironis, disaat Indonesia menjadi tuan rumah konfrensi dunia mengenai pemanasan global di Nusa Dua, Bali pada akhir tahun 2007, pemerintah justru akan membangun pembangkit listrik berbahan bakar batubara yang merupakan penyebab nomor 1 pemanasan global.

Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbaru yang paling berkembang saat ini. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy Association), sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts, menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Amerika, Spanyol dan China merupakan negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin. Diharapkan pada tahun 2010 total kapasitas pembangkit listrik tenaga angin secara glogal mencapai 170 GigaWatt.

Di tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat ini kurang dari 800 kilowatt. Di seluruh Indonesia, lima unit kincir angin pembangkit berkapasitas masing-masing 80 kilowatt (kW) sudah dibangun. Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung, masing-masing satu unit. Mengacu pada kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada tahun 2025.

PLTB (pembangkit listrik tenaga bayu) saat ini cukup menjadi primadona di dunia barat dikarenakan potensi angin yang mereka miliki (daerah sub tropis) sangat besar. Berangsur-angsur tapi pasti, PLTN mulai diganti dengan penggunaan PLTB ataupun pembangkit renewable lainnya. Perlu diingat di lokasi-lokasi tersebut size kapasitas PLTB mereka sudah besar–besar (Min 1 MW). PLTB ukuran kecil seperti di Nusa penida dengan kapasitas 80 kW sangat teramat jarang sekarang ini.

Untuk di Indonesia, dengan iklim tropisnya mungkin akan cukup sulit untuk menemukan daerah dengan potensi angin (distribusi anginnya) yang konstan/baik. Ada beberapa daerah di Indonesia yang katanya memiliki kecepatan angin cukup tinggi (gust wind) berdasarkan survei yang dilakukan selama 3 bulan, tapi hal ini tidak berguna bagi PLTB bila kecepatan angin itu hanya cuma bertahan beberapa menit/detik saja dan kemudian hilang. Perlu adanya survei/studi berkesinambungan yang memerlukan data selama minimal satu tahun untuk mevalidasi potensi angin didaerah tersebut. Rata-rata PLTB yang dijual di pasaran untuk kapasitas kecil (kurang dari 100 kW), cut in dan cut out mereka adalah 3 dan 25 m/s dengan kecepatan optimumnya adalah 12 m/s.

Di dunia saat ini banyak ditemukan PLTB stand alone yang beredar dipasaran (untuk ukuran 10 kW). Penggunanya adalah daerah-daerah terpencil yang tidak tersentuh oleh ataupun terlalu mahal untuk dihubungkan oleh grid. Kebanyakan dari mereka tidak pure hanya menggunakan PLTB tapi juga menggunakan PV.

Selain karena disebabkan kebutuhan listrik yang cukup besar juga disertai dengan diversikasi energi apabila tiba-tiba tidak terdapat anginya yang cukup. Untuk memenuhi kebutuhan listrik di Indonesia saat ini untuk daerah-daerah terpecil seperti di kepulauan-kepulauan, diperlukan hybrid system antara potensi renewable energy yang ada di lokasi (seperti PLTB-PV-baterai, PV-PLTMH-Fuel Cell, dll). Akan tetapi perlu menjadi catatan, semua teknologi untuk penggunaan energi-energi tersebut masih cukup mahal bila dilihat dari kelayakan ekonominya terutama FC dan PV.

Kondisi Angin

Kombinasi dari penggunaan listrik tenaga angin, tenaga surya, dan tenaga micro hidro mampu mengatasi krisis energi dan mengurangi pencemaran lingkungan. Untuk tenaga angin selama kincir berputar maka suplai listrik terus terpenuhi walau hari sudah gelap. Ingatlah bahwa matahari meradiasi 1,74 x 1.014 kilowatt jam energi ke bumi setiap jam. Jadi bumi menerima 1,74 x 1.017 watt daya. Kelemahan listrik tenaga angin pada bunyi bising kincir dan resiko tersambar petir serta tidak cocok untuk daerah jalur penerbangan. Apalagi kalau banyak yang bermain layang-layang atau banyak burung terbang jadi mudah tersangkut.

Kali ini akan dibahas mini pembangkit listrik tenaga angin atau mini wind energy terutama aplikasinya untuk kalangan nelayan yang akibat kondisi ekonomi dan iklim tak kondusif membuat kehidupan mereka kian terjepit. Pesisir pantai Indonesia kaya akan hembusan angin. Sayangnya potensi energi terbarukan ini tidak dioptimalkan dan justru dianggap musibah. Saat musim angin kencang bertiup mengakibatkan himbauan dan larangan untuk tidak melaut. Karena tidak bisa bekerja mencari ikan efeknya jelas para nelayan kecil tak punya uang dan semakin terjerat lintah darat.

Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Lebih daripada kelas 8 adalah angin yang bukan dapat dimanfaatkan, tetapi membawa bencana.

Sekarang pemerintah tengah menggalakan program PnPM yang tujuannya membantu masyarakat terutama di pedesaan untuk memberdayakan diri sesuai potensi SDM dan SDA yang ada agar kesejahteraan mereka meningkat. Kaitannya dengan hal ini setidaknya penduduk pesisir pantai yang kebanyakan nelayan miskin tidak ada salahnya meniru para saudaranya di pegunungan telah berhasil memberdayakan alamnya yaitu sungai menjadi PLTMH atau micro hydro energy yang menghasilkan listrik baik untuk konsumsi warga juga bisa dijual ke PLN. Karena pantai kaya akan angin jadi usulkan saja pembuatan pembangkit listrik tenaga angin atau wind energy. Saat para nelayan tak melaut setidaknya tetap punya penghasilan dari penjualan listrik. Bisa juga dana hasil penjualan listrik dikelola oleh koperasi nelayan untuk mengurangi ketergantungan pada lintah darat. Manfaat lain karena ada listrik gratis bisa dimanfaatkan untuk mendukung usaha pengolahan ikan menjadi lebih kompentitif dan ekonomis. Sebelumnya mari kita pelajari dahulu soal pemeliharaan alat agar tidak dibodohi dan alat terjaga kinerjanya.

Kembali ke teknis pembangkit listrik tenaga angin. Ada dua alternatif yaitu beli yang sudah jadi atau dibuat sendiri listrik tenaga angin. Beli sudah jadi tentunya lebih praktis dan sudah diuji serta bisa memilih sesuai kebutuhan. Jika bikin sendiri memang repot tapi jelas bisa menekan pengeluaran. Cara-cara membuat sendiri listrik tenaga angin mutlak dipahami agar hasil optimal. Kalau beli jadi biasanya buatan RRC atau rekayasa lokal dengan paket daya 350 watt, 500 watt, 1000 watt, 2000 watt hingga puluhan kilowatt. Secara harga memang belum ekonomis karena masih mahal. Paket jadi listrik tenaga angin untuk 350 watt buatan China harganya mulai Rp. 6 jutaan, untuk 500 watt hampir Rp. 15 juta, sedangkan yang 2000 watt sekitar Rp. 30 juta.

Mekanisme Turbin Angin

Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dibuat dengan menggabungkan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik ke unit penyalur listrik. Listrik dialirkan melalui kabel transmisi dan didistribusikan ke rumah-rumah, kantor, sekolah, dan sebagainya. Turbin angin dapat memiliki tiga buah bilah turbin. Jenis lain yang umum adalah jenis turbin dua bilah.

Jadi, bagaimana turbin angin menghasilkan listrik? Turbin angin bekerja sebagai kebalikan dari kipas angin. Bukannya menggunakan listrik untuk membuat angin, seperti pada kipas angin, turbin angin menggunakan angin untuk membuat listrik.

Angin akan memutar sudut turbin, kemudian memutar sebuah poros yang dihubungkan dengan generator, lalu menghasilkan listrik. Turbin untuk pemakaian umum berukuran 50-750 kilowatt. Sebuah turbin kecil, kapasitas 50 kilowatt, digunakan untuk perumahan, piringan parabola, atau pemompaan air.

Dalam perkembangannya, turbin angin dibagi menjadi jenis turbin angin propeler dan turbin angin Darrieus. Kedua jenis turbin inilah yang kini memperoleh perhatian besar untuk dikembangkan. Pemanfaatannya yang umum sekarang sudah digunakan adalah untuk memompa air dan pembangkit tenaga listrik.

Turbin angin propeler adalah jenis turbin angin dengan poros horizontal seperti baling-baling pesawat terbang pada umumnya. Turbin angin ini harus diarahkan sesuai dengan arah angin yang paling tinggi kecepatannya. Kecepatan angin diukur dengan alat yang disebut anemometer. Anemometer jenis mangkok adalah yang paling banyak digunakan. Anemometer mangkok mempunyai sumbu vertikal dan tiga buah mangkok yang berfungsi menangkap angin.

Jumlah putaran per menit dari poros anemometer dihitung secara elektronik. Biasanya, anemometer dilengkapi dengan sudut angin untuk mendeteksi arah angin. Jenis anemometer lain adalah anemometer ultrasonik atau jenis laser yang mendeteksi perbedaan fase dari suara atau cahaya koheren yang dipantulkan dari molekul-molekul udara.

Turbin angin Darrieus merupakan suatu sistem konversi energi angin yang digolongkan dalam jenis turbin angin berporos tegak. Turbin angin ini pertama kali ditemukan oleh GJM Darrieus tahun 1920. Keuntungan dari turbin angin jenis Darrieus adalah tidak memerlukan mekanisme orientasi pada arah angin (tidak perlu mendeteksi arah angin yang paling tinggi kecepatannya) seperti pada turbin angin propeler.

Saran Prof. Paijo, pakar eksperimen tehnologi tepat guna, PLTA sebenarnya merupakan prinsip sederhananya, kita harus menyediakan propeler (baling-baling), bisa dibuat sendiri atau baling-baling bekas kipas angin besar. Bagian pokok lainnya adalah generator yang dapat dibeli baru di toko teknik atau bekas dinamo pada kendaraan. Secara prinsip, angin akan memutar baling-baling dan poros baling-baling memutar generator menghasilkan listrik. Supaya baling-baling dapat menerima angin dari segala arah, maka rangkaian baling-baling dan generator musti ditempatkan pada sebuah tiang vertikal seperti dudukan kipas angin. Di bagian belakang baling-baling dibuatkan sebuah sirip ekor (tail) yang cukup besar agar posisi baling-baling bisa menyesuaikan diri secara otomatis dengan arah angin.

Untuk membuat kincir angin, pada prinsipnya dapat digunakan generator jenis apapun asal kondisinya bagus dan dayanya cocok. Jadi alternator mobil juga bisa dipakai. Pada sebagaian besar jenis alternator mobil, tidak menggunakan magnet permanen tetapi menggunakan magnet listrik (elektromagnet). Untuk mengaktifkan elektromagnet tersebut diperlukan listrik arus searah (DC) yang bisa diperoleh dari akumulator (aki). Mengenai cara pembuatan, ada beberapa hal yang musti mendapat perhatian khusus. Pertama, daya dari kincir angin musti lebih besar daripada daya generator (alternator). Yang kedua, jika kecepatan kerja (RPM) dari kincir berbeda jauh dengan kecepatan kerja (RPM) dari generator (alternator) maka poros kincir dan poros generator tidak bisa disambung secara langsung. Jika RPM kincir lebih tinggi daripada RPM generator, maka diperlukan sistem pereduksi. Jika RPM kincir lebih rendah daripada RPM generator, maka diperlukan sistem multiplikasi.Intinya putaran baling–baling dihubungkan dengan alternator agar menghasilkan arus listrik untuk mensuplai aki. Dioda berfungsi sebagai penyearah agar arus yang telah disimpan aki tidak kembali ke alternator. Kalau ada dana lebih bisa juga dipasang ampere meter dan anemomter agar akurat. Walau listrik yang dihasilkan gratis namun gunakan dengan bijak agar tidak tekor.

Dampak Lingkungan Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal ini berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil. Oleh karenanya tenaga angin dapat berkontribusi dalam ketahanan energi dunia di masa depan. Tenaga angin juga merupakan sumber energi yang ramah lingkungan, dimana penggunaannya tidak mengakibatkan emisi gas buang atau polusi yang berarti ke lingkungan. Penetapan sumber daya angin dan persetujuan untuk pengadaan ladang angin merupakan proses yang paling lama untuk pengembangan proyek energi angin. Hal ini dapat memakan waktu hingga 4 tahun dalam kasus ladang angin yang besar yang membutuhkan studi dampak lingkungan yang luas.

Emisi karbon ke lingkungan dalam sumber listrik tenaga angin diperoleh dari proses manufaktur komponen serta proses pengerjaannya di tempat yang akan didirikan pembangkit listrik tenaga angin. Namun dalam operasinya membangkitkan listrik, secara praktis pembangkit listrik tenaga angin ini tidak menghasilkan emisi yang berarti. Jika dibandingkan dengan pembangkit listrik dengan batubara, emisi karbon dioksida pembangkit listrik tenaga angin ini hanya seperseratusnya saja. Di samping karbon dioksida, pembangkit listrik tenaga angin menghasilkan sulfur dioksida, nitrogen oksida, polutan atmosfir yang lebih sedikit jika dibandingkan dengan pembangkit listrik dengan menggunakan batubara ataupun gas. Namun begitu, pembangkit listrik tenaga angin ini tidak sepenuhnya ramah lingkungan, terdapat beberapa masalah yang terjadi akibat penggunaan sumber energi angin sebagai pembangkit listrik, diantaranya adalah dampak visual, derau suara, beberapa masalah ekologi, dan keindahan.

Dampak visual biasanya merupakan hal yang paling serius dikritik. Penggunaan ladang angin sebagai pembangkit listrik membutuhkan luas lahan yang tidak sedikit dan tidak mungkin untuk disembunyikan. Penempatan ladang angin pada lahan yang masih dapat digunakan untuk keperluan yang lain dapat menjadi persoalan tersendiri bagi penduduk setempat. Selain mengganggu pandangan akibat pemasangan barisan pembangkit angin, penggunaan lahan untuk pembangkit angin dapat mengurangi lahan pertanian serta pemukiman. Hal ini yang membuat pembangkitan tenaga angin di daratan menjadi terbatas. Beberapa aturan mengenai tinggi bangunan juga telah membuat pembangunan pembangkit listrik tenaga angin dapat terhambat. Penggunaan tiang yang tinggi untuk turbin angin juga dapat menyebabkan terganggunya cahaya matahari yang masuk ke rumah-rumah penduduk. Perputaran sudu-sudu menyebabkan cahaya matahari yang berkelap-kelip dan dapat mengganggu pandangan penduduk setempat.

Efek lain akibat penggunaan turbin angin adalah terjadinya derau frekuensi rendah. Putaran dari sudu-sudu turbin angin dengan frekuensi konstan lebih mengganggu daripada suara angin pada ranting pohon. Selain derau dari sudu-sudu turbin, penggunaan gearbox serta generator dapat menyebabkan derau suara mekanis dan juga derau suara listrik. Derau mekanik yang terjadi disebabkan oleh operasi mekanis elemen-elemen yang berada dalam nacelle atau rumah pembangkit listrik tenaga angin. Dalam keadaan tertentu turbin angin dapat juga menyebabkan interferensi elektromagnetik, mengganggu penerimaan sinyal televisi atau transmisi gelombang mikro untuk perkomunikasian.

Penentuan ketinggian dari turbin angin dilakukan dengan menganalisa data turbulensi angin dan kekuatan angin. Derau aerodinamis merupakan fungsi dari banyak faktor seperti desain sudu, kecepatan perputaran, kecepatan angin, turbulensi aliran masuk. Derau aerodinamis merupakan masalah lingkungan, oleh karena itu kecepatan perputaran rotor perlu dibatasi di bawah 70m/s. Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa penggunaan skala besar dari pembangkit listrik tenaga angin dapat merubah iklim lokal maupun global karena menggunakan energi kinetik angin dan mengubah turbulensi udara pada daerah atmosfir.

Pengaruh ekologi yang terjadi dari penggunaan pembangkit tenaga angin adalah terhadap populasi burung dan kelelawar. Burung dan kelelawar dapat terluka atau bahkan mati akibat terbang melewati sudu-sudu yang sedang berputar. Namun dampak ini masih lebih kecil jika dibandingkan dengan kematian burung-burung akibat kendaraan, saluran transmisi listrik dan aktivitas manusia lainnya yang melibatkan pembakaran bahan bakar fosil. Dalam beberapa studi yang telah dilakukan, adanya pembangkit listrik tenaga angin ini dapat mengganggu migrasi populasi burung dan kelelawar. Pembangunan pembangkit angin pada lahan yang bertanah kurang bagus juga dapat menyebabkan rusaknya lahan di daerah tersebut.

Ladang angin lepas pantai memiliki masalah tersendiri yang dapat mengganggu pelaut dan kapal-kapal yang berlayar. Konstruksi tiang pembangkit listrik tenaga angin dapat mengganggu permukaan dasar laut. Hal lain yang terjadi dengan konstruksi di lepas pantai adalah terganggunya kehidupan bawah laut. Efek negatifnya dapat terjadi seperti di Irlandia, dimana terjadinya polusi yang bertanggung jawab atas berkurangnya stok ikan di daerah pemasangan turbin angin. Studi baru-baru ini menemukan bahwa ladang pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai menambah 80 – 110 dB kepada noise frekuensi rendah yang dapat mengganggu komunikasi ikan paus dan kemungkinan distribusi predator laut. Namun begitu, ladang angin lepas pantai diharapkan dapat menjadi tempat pertumbuhan bibit-bibit ikan yang baru. Karena memancing dan berlayar di daerah sekitar ladang angin dilarang, maka spesies ikan dapat terjaga akibat adanya pemancingan berlebih di laut.

Dalam operasinya, pembangkit listrik tenaga angin bukan tanpa kegagalan dan kecelakaan. Kegagalan operasi sudu-sudu dan juga jatuhnya es akibat perputaran telah menyebabkan beberapa kecalakaan dan kematian. Kematian juga terjadi kepada beberapa penerjun dan pesawat terbang kecil yang melewati turbin angin. Reruntuhan puing-puing berat yang dapat terjadi merupakan bahaya yang perlu diwaspadai, terutama di daerah padat penduduk dan jalan raya. Kebakaran pada turbin angin dapat terjadi dan akan sangat sulit untuk dipadamkan akibat tingginya posisi api sehingga dibiarkan begitu saja hingga terbakar habis. Hal ini dapat menyebarkan asap beracun dan juga dapat menyebabkan kebakaran berantai yang membakar habis ratusan acre lahan pertanian. Hal ini pernah terjadi pada Taman Nasional Australia dimana 800 km² tanah terbakar. Kebocoran minyak pelumas juga dapat teradi dan dapat menyebabkan terjadinya polusi daerah setempat, dalam beberapa kasus dapat mengkontaminasi air minum.

Meskipun dampak-dampak lingkungan ini menjadi ancaman dalam pembangunan pembangkit listrik tenaga angin, namun jika dibandingkan dengan penggunaan energi fosil, dampaknya masih jauh lebih kecil. Selain itu penggunaan energi angin dalam kelistrikan telah turut serta dalam mengurangi emisi gas buang.

Penggunaan inovasi dalam teknologi, bagaimanapun selalu memunculkan permasalahan baru yang memerlukan pemecahan dengan terknologi baru lagi. Oleh karena itu kita sebagai orang-orang yang bergerak di bidang science dan teknologi haruslah dapat terus mengembangkan teknologi yang lebih ramah lingkungan yang memiliki efek negatif sekecil mungkin.

Kesimpulan

Pembangkit Listrik Tenaga Angin sampai dengan tahun 2007 menghasilkan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts, menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Keuntungan utama dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal ini berarti eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil.

Dampak visual biasanya merupakan hal yang paling serius dikritik. Penggunaan ladang angin sebagai pembangkit listrik membutuhkan luas lahan yang tidak sedikit dan tidak mungkin untuk disembunyikan. Efek lain akibat penggunaan turbin angin adalah terjadinya derau frekuensi rendah. Putaran dari sudu-sudu turbin angin dengan frekuensi konstan lebih mengganggu daripada suara angin pada ranting pohon.