Saran - Analisis dan Simulasi Karakteristik Motor Induksi Lima Fasa

Bab V Penutup

V.2 Saran

a) Bagi para pembaca yang ingin melanjutkan penelitian ini disarankan untuk menentukan efisiensi motor induksi lima fasa.

b) Bagi para pembaca dapat melanjutkannya penelitian dengan membuat prototype nyata.

c) Bagi para pembaca dapat melanjutkan penelitian ini dengan membuat serta membandingkan dengan motor multifasa lainnya (contoh: 6 fasa, 9 fasa, dll) dan menentukan kinerja mana yang terbaik.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Motor Induksi

II.1.1 Umum

Motor induksi merupakan motor arus bolak – balik (AC) yang paling luas digunakan dan dapat dijumpai dalam setiap aplikasi industri maupun rumah tangga. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan arus stator.

Motor ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana, handal serta berbiaya murah. Di samping itu motor ini juga memiliki efisiensi yang tinggi saat berbeban penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang banyak. Hampir semua motor AC yang digunakan adalah motor induksi, terutama motor induksi tiga fasa yang paling banyak dipakai di perindustrian.

Motor induksi tiga fasa sangat banyak dipakai sebagai penggerak di perindustrian karena banyak memiliki keuntungan, tetapi ada juga kelemahannya. Keuntungan motor induksi:

1. Motor induksi sederhana dan kuat 2. Biayanya murah dan dapat diandalkan

3. Motor induksi memiliki efisiensi yang tinggi pada kondisi kerja normal 4. Perawatannya mudah

BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Motor induksi (asinkron) merupakan salah satu elemen terpenting dalam dunia kelistrikan dan perindustrian. Motor jenis ini sangat luas penggunaannya dan mudah ditemui dimanapun. Motor induksi satu fasa dan tiga fasa sangat sering digunakan dikarenakan konstruksinya yang sederhana, ketahanannya dan performanya yang mumpuni. Akan tetapi motor induksi multifasa (lebih dari tiga) menjadi lebih terkenal dan telah dipelajari selama beberapa tahun terakhir. Hal ini disebabkan oleh keuntungan yang dimilikinya jika dibandingkan dengan motor induksi tiga fasa konvensional atau motor induksi yang memiliki jumlah fasa yang lebih sedikit. Beberapa keuntungannya adalah tingkat toleransi gangguan yang tinggi[1-4], efisiensi yang tinggi, riak arus yang rendah, ayunan torsi yang rendah, keandalan[5] dan besar torsi yang mampu dihasilkan dengan ukuran konstruksi yang sama[6-8]. Selain itu motor induksi multifasa mampu untuk mengurangi arus harmonis rotor per fasa tanpa menaikkan tegangan per fasanya[9].

Awalnya, motor multifasa ini jarang digunakan dikarenakan oleh ketidaktersediannya sumber multifasa. Namun seiring dengan perkembangan dan kemajuan di bidang elektronika daya, minat pada motor multifasa meningkat secara tajam. Bersamaan dengan itu, perangkat elektronika berdaya besar digunakan sebagai sakelar pada Voltage Source Inverter (VSI), hasil keluaran (output) dari VSI akan menjadi masukan (input) untuk motor multifasa. Penggerak (drive) multifasa ini diaplikasikan pada tempat yang spesial, dimana

keandalan yang tinggi dibutuhkan, seperti pada kendaraan listrik/ campuran (hybrid), aplikasi ruang angkasa, tenaga pendorong (propulsion) kapal dan daya tarik (traction) lokomotif kereta[10].

Pada tugas akhir ini, penulis akan menganalisis dan menyimulasi dari motor induksi lima fasa dengan menggunakan VSI sebagai sumbernya dengan menggunakan software Matlab (Simulink). Diharapkan melalui studi ini akan diperoleh hasil torsi, kecepatan dan parameter karakteristik dari motor induksi lima fasa.

I.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah pada tugas akhir ini adalah:

1. Berapa besar torsi yang mampu dihasilkan motor induksi lima fasa? 2. Berapa besar kecepatan rotor yang mampu dihasilkan motor induksi

lima fasa ?

3. Apa pengaruh perubahan beban pada torsi dan kecepatan motor induksi lima fasa ?

4. Bagaimana parameter karakteristik pada motor induksi lima fasa ?

I.3 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah yang penulis berikan pada tugas akhir ini adalah:

1. Analisis pemodelan dan simulasi motor induksi lima fasa

menggunakan software Matlab (Simulink) R2013a

2. Simulasi yang dilakukan tanpa mempertimbangkan adanya gangguan dan arus harmonis yang mungkin terjadi

4. Penelitian ini tidak membahas soal prinsip kerja dari inverter

5. Penelitian ini tidak membahas mengenai aliran daya dan efisiensi motor induksi

I.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini sesuai dengan judul di atas adalah:

1. Mensimulasikan dan menganalisis torsi dan kecepatan motor induksi lima fasa

2. Menghitung parameter karakteristik motor induksi lima

I.5 Manfaat Penelitian

Melalui tugas akhir ini diharapkan bisa menjadi referensi bacaan yang akan menambah wawasan para pembaca. Selain itu tugas akhir ini diharapkan dapat digunakan sebagai bahan ajar pembanding dengan teori motor induksi tiga fasa, serta dapat digunakan sebagai referensi untuk pengembangan penelitian berikutnya.

ABSTRAK

Motor induksi merupakan mesin listrik yang paling sering dijumpai di dunia kelistrikan dan perindustrian. Umumnya motor induksi tiga fasa dipilih dan digunakan untuk beroperasi. Tentunya motor induksi ini memiliki banyak kelebihan, namun tidak terhindar oleh beberapa kekurangan. Oleh karena itu perlu adanya penelitian lebih lanjut untuk mengembangkan potensi motor induksi agar dapat digunakan secara maksimal. Seiring berkembangnya teknologi elektronika memungkinkan para peneliti mengembangkan motor induksi multifasa. Tugas akhir ini berisi tentang analisis dan simulasi karakteristik motor induksi lima fasa yang menampilkan bentuk tegangan input lima fasa 260 Volt, torsi dan kecepatan yang dapat dihasilkan, serta cara menentukan apa pengaruh perubahan beban pada kinerja motor induksi lima fasa. Adapun penelitian dilakukan dimulai dari membuat diagram blok simulink yang diperoleh dari pemodelan matematis hingga menampilkan hasil simulasi. Dari hasil simulasi didapat torsi yang dihasilkan sangat besar mencapai 704,5 Nm yang tertinggi, kecepatan putaran rotor mencapai 641,3 rpm, mencapai kondisi steady state dalam waktu 0,045 detik dan perubahan beban tidak terlalu mengubah kinerja motor induksi lima fasa.

TUGAS AKHIR

ANALISIS DAN SIMULASI

KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI LIMA FASA

Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh

Josiah Jonathan Suatan NIM : 110402071

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

ANALISIS DAN SIMULASI KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI LIMA FASA

Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya dan juga kepada kakak penulis yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu ada dimanapun, kapanpun dan bagaimanapun kondisi penulis. Dialah satu-satunya Tuhan, sahabat dan pemimpin terbaik yang penulis miliki yang tiada pernah berhenti mencintai, mengajar, menyatakan kesalahan, memperbaiki kelakuan, memberkati, melindungi, menemani dan menyertai penulis disetiap hari

sepanjang hidup penulis; mulai dari penulis lahir hingga saat ini dan sampai selama-lamanya.

2. David Alexander Suatan dan Melia selaku orang tua penulis yang tiada putus berdoa dan berjuang yang terbaik untuk penulis tetap melanjutkan belajar studi Strata Satu dan memberikan wejangan.

3. Alexandra Tatgyana Suatan, S.Gz selaku kakak penulis yang luar biasa dalam memberi panutan dan menunjukkan tanggung jawabnya dalam hidup penulis.

4. Grace Nikensari Ginting selaku teman khusus yang selalu setia mendampingi dan memberi banyak pelajaran baru serta dukungan moral dalam hidup penulis.

5. Bapak Ir. Syamsul Amin, M.S selaku dosen pembimbing penulis yang telah banyak meluangkan waktu dan memberikan bimbingan serta bantuan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

6. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T dan Ibu Syiska Yana, S.T, M.T selaku dosen penguji penulis yang telah rela meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk mengoreksi serta memberi kritik dan saran kepada penulis demi menyelesaikan tugas akhir ini dengan sebaik-baiknya.

7. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Kepala Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi yang tiada henti-hentinya memberi semangat, dorongan, dan motivasi kepada penulis untuk berkarya dan belajar lebih lagi demi masa depan penulis.

8. Bapak Ir. Sihar P. Panjaitan, M.T selaku dosen wali penulis yang banyak memberikan masukan dan pengarahan selama perkuliahan.

9. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi S.T, M.T selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

10.Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

11.Keluarga Besar Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi FT USU : Sandro Levi Panggabean (a.k.a Juventini Cacat), Memory Hidyart (a.k.a Rival PES), Dewi Riska Sari Barus, Andi Hidayat, Wangto Ratta Halim dan Kentrick Pranoto.

12.Frans M. Silaban (a.k.a Propesong) yang banyak membantu penulis dalam mempelajari simulasi Matlab.

13.Keluarga besar S2-Eldas: Bpk. Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, Dpl. Ing, Bpk. Ir. Hasdari Helmi, M.T, Marthin Luther Tarigan, Arya Raja Pane, Jimme Jeje, Arthur Sagala, Friendly, Kak Nur, Dian Lesmana, Yohanes Butar-butar, Oloni Simanjuntak, Dea Reo Silalahi, Samuel Aland, Agustinus Ginting, Bobby B. Kewas, Sari Simanjuntak dan Latersia Makarona sebagai teman berbagi ilmu dan pengalaman.

14.Sahabat-sahabat seperjuangan: Emir L. Pahlevi (a.k.a Aceh Panevi), Rizky W Handalan (a.k.a Arab), Yoshua Bangun, Ferro Hudson (a.k.a Hercules Son of Zeus), Tidauccy S. M. H (a.k.a Leader Cupu), James Napitupulu (a.k.a Le-crot), Yosef D. S. Tarigan (a.k.a Bastanta), Ann Alberth Sitorus (a.k.a Udin Lento GoBet Tumor di P**tat), Frederik M. Silaban (a.k.a Tukang Ngembol), Andreas V. H. Simanjuntak (a.k.a Kapten), Riko Jogi

Pasaribu (a.k.a I.S Ketua IMTE Terbaik), Dedy W. Sitindaon, Yudha P. Simamora, Riandi F. Sembiring (a.k.a Saudara Persidangan), Canboy Doloksaribu, Riswanta Sembiring, Seprianti L. Hutasoit, Sakinah, Syahlan Hutagaol, M. Fikry Indra, M. Zein, Endrawan Surbakti, Aspar Nasution, Wahyu Yoga, M. Affandi Siagian, Angga Himawan, Faisal Idris, Hazijah Afni dan seluruh teman-teman angkatan 2011 yang tidak mungkin disebutkan satu per satu yang selalu memberi dukungan dan gelak tawa di saat penulis jenuh.

15.Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Januari 2016 Penulis,

DAFTAR ISI

Abstrak ……… i

Kata Pengantar ……… ii

Daftar Isi ……… vi

Daftar Gambar ……… viii

Bab I Pendahuluan I.1 Latar Belakang ……… 1

I.2 Rumusan Masalah ………... 2

I.3 Batasan Masalah ……… 2

I.4 Tujuan Penelitian ……… 3

I.5 Manfaat Penelitian ……… 3

Bab II Tinjauan Pustaka II.1 Motor Induksi ……… 4

II.1.1 Umum ……… 4

II.1.2 Konstruksi ……… 6

II.2 Sistem Kelistrikan Lima Fasa ……… 10

II.2.1 Umum ……… 10

II.2.2 Inverter Lima Fasa ……… 12

II.3 Prinsip Kerja Motor Induksi Lima Fasa ……… 14

Bab III Metode Penelitian

III.1 Jenis Penelitian ……… 27

III.2 Lokasi dan Waktu Penelitian ……… 27

III.3 Bahan dan Peralatan Penelitian ……… 27

III.4 Variabel atau Aspek Penelitian ……… 27

III.5 Flowchart Penelitian ……… 28

III.6 Prosedur Penelitian ………... 29

Bab IV Hasil Analisis dan Simulasi IV.1 Umum ……… 31

IV.2 Menentukan Tegangan Input ……… 31

IV.3 Menetukan Parameter ……… 33

IV.4 Simulasi ……… 36

IV.4.1 Torsi Beban 1 Nm ……… 36

IV.4 2 Torsi Beban 5 Nm ……… 38

IV.4.3 Torsi Beban 10 Nm ……… 40

IV.4.4 Torsi Beban 20 Nm ……… 41

IV.4.5 Torsi Beban 40 Nm ……… 43

Bab V Penutup V.1 Kesimpulan ……… 46

V.2 Saran ……… 47

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 (a) Bentuk Fisik Motor Induksi ……… 5

(b) Isi Dalam Motor Induksi ……… 5

Gambar 2.2 Contoh Plat Nama pada Motor Induksi ………... 6

Gambar 2.3 (a) Stator dan Rotor Sangkar ……… 7

(b) Rotor Belitan ……… 7

Gambar 2.4 (a) Stator MI ……… 7

(b) Rotor MI Lima Fasa ………... 7

Gambar 2.5 Gambaran Sederhana Bentuk Alur/ Slot Motor Induksi …… 9

Gambar 2.6 Gambaran Sederhana Motor Induksi dengan 1 Kumparan Stator dan 1 Kumparan Rotor ……… 9

Gambar 2.7 Diagram Fasor Tegangan dan Arus Lima Fasa ……… 10

Gambar 2.8 Topologi Rangkaian Inverter Lima Fasa……… 12

Gambar 2.9 Rangkaian Ekivalen saat Kondisi 0 ≤ ωt ≤ π/5 ……… 13

Gambar 2.10 Representasi Skematik Motor Induksi Lima Fasa ………… 15

Gambar 2.11 Sirkuit Motor Induksi Lima Fasa ……… 15

Gambar 2.12 Gelombang Fluksi 5 fasa ……… 16

Gambar 2.13 Gaya Resultan saat T1 dan T2 ……… 17

Gambar 2.14 Kaidah Tangan Kanan Fleming ……… 17

Gambar 2.15 Proses Induksi Medan Putar Stator pada Kumparan Rotor … 18 Gambar 2.16 Konduktor Berarus dalam Ruang Medan Magnet …………... 19

Gambar 2.17 Pemodelan Mesin Lima Fasa pada Koordinat d-q ………… 21

Gambar 4.1 Blok Model Sumber Tegangan ……… 31

Gambar 4.2 Isi dari Model Blok Sumber Tegangan………... 32

Gambar 4.3 Bentuk Gelombang Tegangan Output……… 33

Gambar 4.4 Inisialisasi Parameter Motor Induksi Lima Fasa……… 33

Gambar 4.5 Diagram Blok Motor Induksi pada Simulink ……… 36

Gambar 4.6 Grafik Arus Setiap Fasa (T_L = 1 Nm) ……… 37

Gambar 4.7 Grafik Te vs TL (TL = 1 Nm) ……… 37

Gambar 4.8 Grafik ω_r (TL = 1 Nm) ……… 38

Gambar 4.9 Grafik Arus Setiap Fasa (T_L = 5 Nm) ……… 38

Gambar 4.10 Grafik Te vs TL (TL = 5 Nm) ……… 39

Gambar 4.11 Grafik ω_r (TL = 5 Nm) ……… 39

Gambar 4.12 Grafik arus setiap fasa (T_L = 10 Nm) ……… 40

Gambar 4.13 Grafik Te vs TL (TL = 10 Nm) ……… 40

Gambar 4.14 Grafik ω_r (T_L = 10 Nm) ……… 41

Gambar 4.15 Grafik Arus Setiap Fasa (T_L = 20 Nm) ……… 42

Gambar 4.16 Grafik Te vs TL (TL = 20 Nm) ……… 42

Gambar 4.17 Grafik ω_r (T_L = 20 Nm) ……… 43

Gambar 4.18 Grafik Arus Setiap Fasa (TL = 40 Nm) ……… 43

Gambar 4.19 Grafik T_e vs T_L (T_L = 40 Nm) ……… 44

Gambar 4.20 Grafik ω_r (T_L = 40 Nm) ……… 44

Dalam dokumen Analisis dan Simulasi Karakteristik Motor Induksi Lima Fasa (Halaman 23-39)