ANALISIS SIMULASI STARTING MOTOR INDUKSI ROTOR
SANGKAR DENGAN AUTOTRANSFORMATOR
OLEH :
NAMA : APRIDO SILALAHI
NIM : 08 0402 048
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ANALISIS SIMULASI STARTING MOTOR INDUKSI ROTOR
SANGKAR DENGAN AUTOTRANSFORMATOR
Oleh :
NAMA : APRIDO SILALAHI
NIM : 08 0402 048
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Sidang pada tanggal 09 bulan Januari tahun 2013 di depan penguji :
1) Ir. Panusur SM.L Tobing : Ketua Penguji : ………..
2) Ir. Zulkarnaen Pane : Anggota Penguji : ………..
3) Ir. Eddy Warman : Anggota Penguji : ………..
Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir
(Ir. Riswan Dinzi, MT) NIP : 19610404 198811 1 001
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si)
ANALISIS SIMULASI STARTING MOTOR INDUKSI ROTOR
SANGKAR DENGAN AUTOTRANSFORMATOR
Oleh :
NAMA : APRIDO SILALAHI
NIM : 08 0402 048
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Sidang pada tanggal 09 bulan Januari tahun 2013 di depan penguji
1) Ir. Panusur SM.L Tobing : Ketua Penguji
2) Ir. Zulkarnaen Pane : Anggota Penguji
3) Ir. Eddy Warman : Anggota Penguji
Diketahui oleh : Disetujui Oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro Pembimbing Tugas Akhir
(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si) (Ir. Riswan Dinzi, MT
NIP :19540531 198601 1 002 NIP : 19610404 198811 1 001
ABSTRAK
Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik (AC) yang paling luas
digunakan dalam perindustrian dimana motor induksi tiga fasa memiliki keluaran
berupa torsi untuk menggerakkan beban. Starting motor induksi tiga fasa dapat
dilakukan dengan berbagai metode, salah satunya starting dengan menggunakan
autotransformator.
Dalam Tugas Akhir ini dibahas karakteristik torsi dan arus start motor
induksi pada saat starting dengan autotransformator. Persentase tap 100% pada
autotransformator akan menghasilkan nilai torsi dan arus start yang besar serta
putaran rotor yang membutuhkan waktu yang relatif singkat untuk mencapai
putaran nominal. Jadi, dengan mengubah-ubah nilai persentase tap pada
transformator akan menghasilkan nilai karakteristik torsi, putaran rotor dan arus
start pada motor induksi yang bervariasi. Dimana semakin kecil nilai persentase
tap autotransformator akan menghasilkan nilai karakteristik torsi dan arus start
yang semakin kecil dan putaran rotor yang semakin lama untuk mencapai putaran
nominal.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
berkat dan rahmat-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir yang berjudul:
“ANALISIS SIMULASI STARTING MOTOR INDUKSI ROTOR
SANGKAR DENGAN AUTOTRANSFORMATOR”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah
membesarkan dan mengarahkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai
harganya, yaitu Gorisdin Silalahi dan Lentaria Purba, atas seluruh perhatian dan
dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis telah banyak mendapat
dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus
hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada:
1. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang
telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan,
bimbingan dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir
ini.
2. Bapak Ir. Natsir Amin, MM selaku Dosen Wali Penulis.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, MSi selaku Ketua Departermen Teknik elektro
FT USU dan Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen
4. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Teman-teman kerja praktek di Paya Pasir: Ler Frederick Sakaja Ginting, ST
dan Ler Junaydi Sipayung.
6. Teman-teman stambuk 2008 : Pryandi, Junedy P, Nico, David P, V. Basten,
Jean, Yusak, William, Herianto, Jhon, Esosia, Hisar, Doly dan teman-teman
2008 lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
7. Teman-teman non-Teknik Elektro: Rizky Trinadewi, Mawar, Fitri, Sentiana,
Juniarti, Berlianti, dan lainnya, terima kasih penulis ucapkan atas dukungannya
selama ini.
8. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan
terima kasih banyak.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan,
masih banyak terdapat kesalahan dan kekurangan. Untuk itu, penulis sangat
mengharapkan kritik dan saran yang membangun memperbaiki Tugas Akhir ini.
Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca dan bagi yang
memerlukannya.
Medan, Januari 2013
Penulis,
DAFTAR ISI
Hal.
ABSTRAK………. i
KATA PENGANTAR……….. ii
DAFTAR ISI………. iv
DAFTAR GAMBAR……… vii
BAB I PENDAHULUAN……… 1
1.1Latar Belakang………. 1
1.2Rumusan Masalah……… 2
1.3Tujuan dan Manfaat Penulisan……… 2
1.4Batasan Masalah……… 3
1.5Metode Penulisan………. 3
1.6Sistematika Penulisan……….. 3
BAB II MOTOR INDUKSI………. 5
2.1 Umum……….. 5
2.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa……… 5
2.2.1 Stator………. 6
2.2.2 Rotor………. 7
2.3 Medan Putar……….…… 9
2.4 Slip……….. 11
2.5 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa……….. 12
2.6 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa………... 14
2.6.1 Ditinjau Dari Sisi Rotor……….. 14
2.7 Aliran Daya dan Efisiensi Motor Induksi……….. 19
2.8 Torsi Motor Induksi Tiga Fasa………. 22
2.9 Kelas Motor Induksi Tiga Fasa…..……… 25
BAB III METODE STARTING MOTOR INDUKSI……….….. 27
3.1 Umum……..……… 27
3.2 Starting Langsung (Direct-on-line Starting)……… 29
3.3 Starting Wye-Delta……….. 30
3.4 Starting Dengan Tahanan Stator……….. 32
3.5 Starting Dengan Autotransformator……… 34
3.5.1 Pendahuluan……….. 34
3.5.2 Autotransformator……….. 34
3.5.3 Analisis Rangkaian Starting dengan Autotransformator… 36 3.5.3.1 Closed-circuit Transition……… 36
3.5.3.2 Open-circuit Transition………...……… 37
3.5.4 Arus Dan Torsi Starting Motor Induksi………. 39
BAB IV ANALISIS SIMULASI STARTING MOTOR INDUKSI ROTOR SANGKAR DENGAN AUTOTRANSFORMATOR ……… 41
4.1 Umum……….. 41
4.2 Rangkaian Simulasi……….. 41
4.3 Spesifikasi Model Rangkaian Simulasi……….… 42
4.4 Simulasi Dan Hasil Simulasi……….… 48
BAB V PENUTUP………. 77
5.1 Kesimpulan………. 77
5.2 Saran………... 78
DAFTAR PUSTAKA……….…… 79
DAFTAR GAMBAR
Hal.
Gambar 2.1 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa………. 6
Gambar 2.2 Komponen stator motor induksi tiga fasa……….. 7
Gambar 2.3 Tipikal Rotor Sangkar dan Motor Induksi Rotor Sangkar……. 8
Gambar 2.4 Tipikal Rotor Belitan dan Motor Induksi Rotor Belitan……… 8
Gambar 2.5 Arus Tiga Fasa dan Diagram Phasor Fluksi Seimbang……….. 9
Gambar 2.6 Medan Putar Pada Motor Induksi Tiga Fasa……….. 10
Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Pendekatan Motor Induksi Tiga Fasa….. 15
Gambar 2.8 Rangkaian Ekivalen Saat Motor Bergerak Dilihat Dari Rotor 16
Gambar 2.9 Diagram Vektor Saat Motor Berputar Dilihat Dari Rotor... 16
Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Saat Motor Bergerak Dilihat Dari Stator 17
Gambar 2.11 Diagram Vektor Saat Motor Berputar Dilihat Dari Stator... 17
Gambar 2.12 Rangkaian Pengganti Saat Motor Berputar Dilihat Dari Stator 18
Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa Tanpa Rugi Inti 19
Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa………... 19
Gambar 2.15 Diagram Aliran Daya Pada Motor Induksi Tiga Fasa... 20
Gambar 2.16 Rangkaian Umum Jaringan Dan Rangkaian Ekivalen Thevenin 22
Gambar 2.17 Rangkaian Ekivalen Thevenin Pada Motor Induksi…………. 23
Gambar 2.18 Kurva Karakteristik Torsi-Kecepatan Pada Motor Induksi….. 24
Gambar 2.19 Kurva Karakteristik Kelas Motor Induksi………..….. 25
Gambar 3.1 Rangkaian Diagram Starting Langsung Dan Rangkaian Kontrol
Gambar 3.2 Rangkaian Starting wye – delta Dan Rangkaian kontrol
Starting wye-delta………. 31
Gambar 3.3 Rangkaian Starting Dengan Tahanan Stator Dan Diagram
Skematik Starting Dengan Tahanan Stator……….. 33
Gambar 3.4 Belitan Autotransformator………. 35
Gambar 3.5 Rangkaian Starting Dengan Autotransformator Dan Rangkaian
Kontrol Starting Dengan Autotransformator………. 35
Gambar 3.6 Rangkaian Starting Dengan Autotransformator - Closed
Transition…………………... 37
Gambar 3.7 Rangkaian Starting Dengan Autotransformator - Open
Transition………... 38
Gambar 4.1 Rangkaian Simulasi Starting Motor Induksi Rotor Sangkar
Dengan Autotransformator……… 42
Gambar 4.2 Grafik Torsi – Kecepatan dan Putaran Rotor Pada Starting
Motor Induksi Tanpa Autotransformator……….. 49
Gambar 4.3 Grafik Arus Stator Fasa a,b Dan c Pada Starting Motor
Induksi Tanpa Autotransformator………. 50
Gambar 4.4 Grafik Torsi Elektromagnetik Pada Starting Motor
Induksi Tanpa Autotransformator……… 51
Gambar 4.5 Grafik Torsi – Kecepatan Dan Putaran Rotor Pada Starting
Motor Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 45%... 52
Gambar 4.6 Grafik Arus Stator Fasa a,b Dan c Pada Starting Motor
Gambar 4.7 Grafik Torsi Elektromagnetik Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 45%... 54
Gambar 4.8 Grafik Torsi – Kecepatan Dan Putaran Rotor Pada Starting
Motor Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 55%... 55
Gambar 4.9 Grafik Arus Stator Fasa a,b Dan c Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 55%... 56
Gambar 4.10 Grafik Torsi Elektromagnetik Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 55%... 57
Gambar 4.11 Grafik Torsi – Kecepatan Dan Putaran Rotor Pada Starting
Motor Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 70%... 58
Gambar 4.12 Grafik Arus Stator Fasa a,b Dan c Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 70%... 59
Gambar 4.13 Grafik Torsi Elektromagnetik Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 70%... 60
Gambar 4.14 Grafik Torsi – Kecepatan Dan Putaran Rotor Pada Starting
Motor Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 85%... 61
Gambar 4.15 Grafik Arus Stator Fasa a,b Dan c Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 85%... 62
Gambar 4.16 Grafik Torsi Elektromagnetik Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 85%... 63
Gambar 4.17 Grafik Torsi – Kecepatan Dan Putaran Rotor Pada Starting
Motor Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 85%
Gambar 4.18 Grafik Arus Stator Fasa a,b Dan c Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 85%
Selama 2s Ke Tap 45%... 65
Gambar 4.19 Grafik Torsi Elektromagnetik Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 85%
Selama 2s Ke Tap 45%... 66
Gambar 4.20 Grafik Torsi – Kecepatan Dan Putaran Rotor Pada Starting
Motor Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 85%
Selama 2,5s Ke Tap 45%... 67
Gambar 4.21 Grafik Arus Stator Fasa a,b Dan c Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 85%
Selama 2,5s Ke Tap 45%... 68
Gambar 4.22 Grafik Torsi Elektromagnetik Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator Pada Tap 85%
Selama 0,25s Ke Tap 45%... 69
Gambar 4.23 Grafik Torsi – Kecepatan Dan Putaran Rotor Pada Starting
Motor Induksi Dengan Autotransformator dari tap 55% ke
70% ke 85% ke 100%... 70
Gambar 4.24 Grafik Arus Stator Fasa a,b Dan c Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator dari tap 55% ke 70%
ke 85% ke 100%... 71
Gambar 4.25 Grafik Torsi Elektromagnetik Pada Starting Motor
Induksi Dengan Autotransformator dari tap 55% ke 70%
ABSTRAK
Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik (AC) yang paling luas
digunakan dalam perindustrian dimana motor induksi tiga fasa memiliki keluaran
berupa torsi untuk menggerakkan beban. Starting motor induksi tiga fasa dapat
dilakukan dengan berbagai metode, salah satunya starting dengan menggunakan
autotransformator.
Dalam Tugas Akhir ini dibahas karakteristik torsi dan arus start motor
induksi pada saat starting dengan autotransformator. Persentase tap 100% pada
autotransformator akan menghasilkan nilai torsi dan arus start yang besar serta
putaran rotor yang membutuhkan waktu yang relatif singkat untuk mencapai
putaran nominal. Jadi, dengan mengubah-ubah nilai persentase tap pada
transformator akan menghasilkan nilai karakteristik torsi, putaran rotor dan arus
start pada motor induksi yang bervariasi. Dimana semakin kecil nilai persentase
tap autotransformator akan menghasilkan nilai karakteristik torsi dan arus start
yang semakin kecil dan putaran rotor yang semakin lama untuk mencapai putaran
nominal.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Motor induksi merupakan jenis motor yang paling banyak digunakan pada
perindustrian maupun pedesaan. Harganya yang relatif murah, konstruksi yang
kuat, sederhana dan mudah pemeliharaannya serta motor induksi mempunyai
efisiensi yang tinggi menjadikan motor induksi lebih banyak digunakan dalam
berbagai kegiatan perindustrian.
Secara umum motor induksi dapat distart secara langsung ke rangkaian
ataupun dengan mengenakan tegangan yang telah dikurangi ke motor selama
periode starting. Motor yang distart pada tegangan penuh akan menghasilkan torsi
dan arus start yang lebih besar dibandingkan jika motor distart pada tegangan
yang dikurangi. Tegangan yang dikurangi yang diberikan pada motor selama
periode start akan mengurangi arus start dan pada saat yang sama mengurangi
waktu percepatan karena torsi start juga berkurang.
Di lapangan, motor induksi dapat distart dengan berbagai metode, antara lain
starting langsung, starting dengan tahanan stator, starting autotransformator,
starting wye-delta dan starting dengan tahanan rotor. Pada tugas akhir ini, penulis
akan membahas tentang “ANALISIS SIMULASI STARTING MOTOR INDUKSI
ROTOR SANGKAR DENGAN AUTOTRANSFORMATOR” pada program
MATLAB 7.7.0.
Untuk membantu dalam melakukan analisis starting motor induksi rotor
program MATLAB 7.7.0. Simulink akan mencari data optimasi yang didasari oleh
mekanika ilmiah untuk menghasilkan suatu nilai optimal suatu fungsi atau sistem
serta pengaruh perubahan nilai parameter-parameter yang digunakan.
1.2Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, dapat dirumuskan beberapa permasalahan yang
akan dibahas dalam tugas akhir ini, yaitu:
1. Apakah ada pengaruh penggunaan autotransformator pada periode starting
motor induksi rotor sangkar ?
2. Bagaimana nilai arus start dan torsi start yang didapat pada periode
starting dengan menggunakan autotransformator?
1.3Tujuan dan Manfaat Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk menganalisis
simulasi starting motor induksi rotor sangkar dengan autotransformator,
menampilkan hasil simulasi dalam bentuk grafik seperti torsi, arus dan putaran
rotor.
Manfaat penulisan Tugas Akhir ini adalah memberikan informasi tentang
penggunaan autotransformator pada starting motor induksi tiga fasa rotor sangkar.
1.4Batasan Masalah
Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada Tugas Akhir ini, maka
penulis membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini bertujuan
mencapai hasil yang diharapkan. Adapun batasan masalah pada penulisan Tugas
Akhir ini adalah :
1. Membahas karakteristik arus start dan torsi start pada saat starting motor
induksi rotor sangkar dengan autotransformator.
2. Simulasi menggunakan MATLAB 7.7.0 R2008b.
3. Tidak membahas sistem proteksi.
4. Autotransformator hanya dibahas secara umum.
5. Parameter input untuk setiap parameter ditentukan oleh pengguna.
1.5Metode Penulisan
Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah:
1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik
tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau
di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain.
2. Studi simulasi dengan menggunakan software MATLAB R2008b.
3. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini
dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak departemen Teknik
Elektro USU dan teman-teman sesama mahasiswa.
1.6Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pemahaman terhadap tugas akhir ini, penulis menyusun
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan
penulisan, manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika
penulisan.
BAB II MOTOR INDUKSI TIGA FASA
Bab ini berisikan penjelasan tentang motor induksi tiga fasa secara umum,
konstruksi, prinsip kerja, jenis-jenis motor induksi tiga fasa, rangkaian ekivalen,
analisis aliran daya dan efisiensi motor induksi tiga fasa, torsi serta kelas motor
induksi tiga fasa.
BAB III METODE STARTING MOTOR INDUKSI TIGA FASA
Bab ini membahas berbagai metode starting motor induksi tiga fasa secara
umum
BAB IV ANALISIS SIMULASI STARTING MOTOR INDUKSI ROTOR
SANGKAR DENGAN AUTOTRANSFORMATOR
Bab ini berisi analisis dari simulasi starting motor induksi rotor sangkar
dengan metode autotransformator pada MATLAB 7.7.0.
BAB V : PENUTUP
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil percobaan dan saran dari tugas
BAB II
MOTOR INDUKSI TIGA FASA
2.1 Umum
Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik (AC) yang paling luas
digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja
berdasarkan induksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor
ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi
sebagai akibat adanya perbedaan relatif antar putaran rotor dengan medan putar
(rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.
Motor induksi banyak digunakan pada perindustrian karena harganya yang
relatif murah, konstruksi yang kuat, sederhana dan mudah pemeliharaannya serta
motor induksi mempunyai efisiensi yang tinggi. Akan tetapi jika dibandingkan
dengan motor DC, motor induksi masih memiliki kelemahan dalam pengaturan
kecepatan. Pada motor induksi pengaturan kecepatan sulit untuk dilakukan karena
untuk mengatur kecepatannya, efisiensi dari motor induksi tersebut akan berubah
juga, sedangkan pada motor DC hal ini tidak dijumpai.
2.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa
Secara umum konstruksi motor induksi tiga fasa terdiri dari stator dan
rotor. Stator merupakan bagian mesin yang tidak berputar dan terletak di bagian
luar, sedangkan rotor merupakan bagian dari mesin yang berputar dan terletak di
Gambar 2.1 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa
2.2.1 Stator
Stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam
dan tempat mengalirkan arus fasa (Gambar 2.2(a)). Stator terdiri atas tumpukan
laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang
berbentuk silindris.. Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi
(Gambar 2.2(b)). Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas
(Gambar 2.2(c)). Tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan
beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam
alur yang disebut belitan fasa yang terpisah secara listrik sebesar 1200. Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis.
Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris
(Gambar 2.2(d)). Lempengan laminasi inti, lempengan inti yang telah disatukan,
belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga
fasa dapat dilihat pada Gambar 2.2.
a b c d
Gambar 2.2 Komponen stator motor induksi tiga fasa:
(a) Stator pada motor induksi,
(b) Lempengan inti,
(c) Tumpukan inti dengan kertas isolasi pada beberapa alurnya,
(d) Tumpukan inti dan kumparan dalam cangkang stator
2.2.2 Rotor
Rotor merupakan bagian dari mesin yang berputar dan terletak di bagian
dalam. Rotor motor induksi tiga fasa dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu
rotor sangkar (squirrel-cage rotor) dan rotor belitan (wound rotor)
.
Pada motorbelitan (motor cincin slip) berbeda dengan motor sangkar tupai dalam hal
konstruksinya.
Pada rotor sangkar terdiri dari susunan batang konduktor yang
dibentangkan ke dalam slot – slot yang terdapat pada permukaan rotor dan tiap –
tiap ujungnya dihubung singkat dengan menggunakan cincin aluminium. Batang
rotor dan cincin ujung sangkar tupai yang kecil merupakan coran tembaga atau
aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor, maka batang rotor ini kelihatan
seperti kandang tupai sehingga disebut motor induksi rotor sangkar tupai
(a)
Gambar 2.3 (a) Tipikal rotor sangkar, (b) motor induksi rotor sangkar
Pada motor belitan, rotor dililit dengan lilitan terisolasi serupa dengan
lilitan stator. Lilitan fasa rotor dihubungkan secara wye dan masing-masing ujung
fasa terbuka dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Slot rotor
menampung belitan terisolasi yang mirip dengan belitan pada stator. Dalam hal
ini, sikat karbon menekan cincin slip, oleh karena itu tahanan eksternal dapat
dihubungkan seri ke belitan rotor untuk mengontrol torsi start dan kecepatan
selama pengasutan. Penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan
menghasilkan torsi yang lebih besar dengan arus pengasutan yang lebih kecil
dibanding rotor sangkar. Konstruksi motor induksi tiga fasa rotor belitan
ditunjukkan pada Gambar 2.4.
(a)
2.3 Medan Putar
Perputaran rotor pada motor arus bolak – balik terjadi akibat adanya
medan putar ( fluks yang berputar ) yang memotong rotor. Medan putar ini terjadi
apabila kumparan stator dihubungkan dengan suplai fasa banyak, umumnya tiga
fasa. Pada saat terminal tiga fasa motor induksi dihubungkan dengan suplai tiga
fasa maka arus bolak – balik tiga fasa ia, ib, ic yang terpisah sebesar 1200 derajat
satu sama lain akan mengalir pada kumparan stator. Arus – arus ini akan
menghasilkan gaya gerak magnet yang kemudian menghasilkan fluks yang
berputar atau disebut juga medan putar.
Untuk melihat bagaimana medan putar dihasilkan, maka dapat diambil
contoh sebuah motor induksi tiga fasa yang dihubungkan dengan sumber tiga fasa
sehingga pada stator mengalir arus tiga fasa yang kemudian menghasilkan medan
putar, seperti Gambar 2.5 berikut ini :
Gambar 2.5 Arus tiga fasa yang seimbang
Pada kondisi t0 dan t4 :
ia = Imax Fa = Fmax
ib = Fb = Fmax
Pada kondisi t1:
ia = 0 Fa = 0
ib = Fb = Fmax
ic = Fc = Fmax
Pada kondisi t2:
ia = - Imax Fa = - Fmax
ib = Fb = Fmax
ic = Fc = Fmax
Pada kondisi t3 :
ia = 0 Fa = 0
ib = Fb = Fmax
ic = Fc = Fmax
Gambar 2.6 Medan putar pada motor induksi tiga fasa pada (a) kondisi t0 dan t4,
(b) kondisi t1, (c) kondisi t2, (d) kondisi t3.
Kecepatan putaran medan putar stator dinamakan kecepatan sinkron,
medan putar stator kemudian memotong konduktor pada batang rotor sehingga
pada konduktor rotor timbul tegangan induksi yang mengakibatkan rotor ikut
berputar setelah melalui beberapa proses. Arah putaran rotor motor induksi searah
dengan arah putaran medan putar, namun kecepatan putaran rotor lebih rendah
dari kecepatan sinkronnya. Perbedaan kecepatan putaran ini dinamakan slip motor
induksi.
2.4 Slip
Motor induksi tidak dapat berputar pada kecepatan sinkron. Jika hal ini
terjadi maka rotor tidak akan berputar (diam) relatif terhadap fluksi yang berputar.
Maka tidak akan ada ggl yang diinduksikan dalam rotor sehingga tidak ada arus
yang mengalir pada rotor dan tidak akan menghasilkan kopel. Apabila rotor dari
motor induksi berputar dengan kecepatan nr dan kecepatan medan putar stator
adalah ns maka slip (s) adalah
% 100
x n
n n s
s r s −
= (2.1)
Dalam hal ini kecepatan relatif rotor terhadap kecepatan medan putar
stator adalah nrel, dimana nrel = ns – nr. Maka frekuensi yang dibangkitkan pada
belitan rotor adalah f2, di mana
P n n f s r
120
2
−
= (2.2)
Sedangkan frekuensi medan putar stator adalah f1, di mana
p n
Dari persamaan (2.2) dan persamaan (2.3) di atas diperoleh:
s r s
n n n f
f −
=
1
2 , maka
1
2 sf
f = (2.4)
Apabila slip = 0 (ns = nr), maka f2 = 0. Apabila rotor ditahan dengan slip=1
(nr = 0), maka f2 = f1. Dari persamaan (2.4), diketahui bahwa frekuensi rotor
dipengaruhi oleh slip. Oleh karena itu, ggl induksi dan reaktansi pada rotor
merupakan fungsi frekuensi yang besarnya juga dipengaruhi oleh slip.
2.5 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa
Motor induksi adalah peralatan pengubah energi listrik ke energi mekanik.
Listrik yang diubah merupakan listrik tiga fasa. Arus pada rotor didapat dari arus
induksi dimana arus ini berada dalam medan magnetik sehingga akan terjadi gaya
(F) pada rotor yang akan menggerakkan rotor dalam arah tegak lurus medan.
Untuk memperjelas prinsip kerja motor induksi tiga fasa adalah sebagai berikut:
1. Apabila sumber tegangan tiga fasa dihubungkan ke kumparan stator maka
pada kumparan stator akan mengalir arus tiga fasa.
2. Arus tiga fasa tersebut akan menghasilkan fluksi bolak-balik yang
berubah-ubah.
3. Interaksi ketiga fluksi bolak-balik tersebut akan menghasilkan medan putar
yang berputar dengan kecepatan putar sinkron ns, dimana
p f
ns =120 (2.5)
4. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor,
akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E2
E2 = 4,44fN2Фm (volt) (2.6)
dimana:
E2 = Tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam.
N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor.
Фm = Fluksi maksimum (Wb).
5. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl akan
menghasilkan arus I2.
6. Adanya arus I2 di dalam medan magnet menimbulkan gaya F pada rotor.
7. Bila torka mula yang dihasilkan oleh gaya F pada rotor cukup besar untuk
memikul torka beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.
8. Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan
sinkron dan diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan
putar stator (ns) dengan kecepatan berputar rotor (nr). Perbedaan kecepatan
antara ns dan nr disebut slip dinyatakan pada persamaan (2.1).
9. Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi
pada kumparan rotor tergantung besarnya slip. Tegangan induksi ini
dinyatakan dengan E2s yaitu
E2s = 4,44sfN2Фm(volt) (2.7)
dimana:
E2s = Tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar
N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor
f2=sf= frekuensi rotor ( dalam keadaan berputar)
10. Bila nr = ns, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada
akan timbul apabila nr < ns dan apabila nr > ns maka motor induksi beroperasi
sebagai generator induksi yang akan menghasilkan energi listrik.
2.6 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa
Pada prinsipnya proses “induksi” yang terjadi pada motor induksi hampir
sama seperti pada transformator yang berbeban resistif, sehingga penggambaran
rangkaian ekivalen motor induksi berdasarkan rangkaian ekivalen transformator,
dimana stator identik dengan sisi primer transformator dan rotor identik dengan
sisi sekunder transformator. Perbedaannya, pada kumparan rotor (sekunder) motor
induksi terhubung singkat dan berputar. Disamping itu perbedaan yang mendasar
antara keduanya adalah transformator merupakan mesin listrik statis, sedangkan
motor induksi adalah mesin listrik dinamis.
Rangkaian ekivalen motor induksi untuk masing-masing sisi dapat
diperlihatkan seperti berikut ini :
2.6.1 Ditinjau Dari Sisi Rotor
Pada saat motor induksi bergerak nr > 0 dan nr < ns, maka berdasarkan
persamaan (2.1) akan terjadi slip (s). Jika kumparan rotor dihubungkan dengan
suatu beban, maka pada kumparan rotor akan mengalir arus Ir yang sumbernya
r
E .
(
r r)
r
r I R X
E = . + (2.8)
Apabila harga-harga ggl induksi dilihat dari rotor, maka :
a E E s
r = (2.9)
' r r r s I I E E
a= = (2.10)
a : adalah konstanta perbandingan.
Berdasarkan persamaan (2.8) didapat ggl induksi pada bagian rotor yaitu:
r r r r
r I R I X
E = . + .
r r r r
r sI R sI X
E
s. = . . + . .
r r r r
rs sI R sI X
E = . . + . . (2.11)
Karena frekuensi rotor maupun frekuensi stator tidak mempengaruhi
resistansi rotor, sehingga persamaan (2.11) menjadi :
r r r r
rs I R sI X
E = . + . . (2.12)
Rangkaian ekivalen pada persamaan (2.12) ditunjukkan pada gambar (2.7) berikut
ini:
Gambar 2.7 Rangkaian ekivalen pendekatan motor induksi tiga fasa
Bila persamaan (2.10) disubsitusikan ke persamaan (2.11) maka diperoleh :
r s r s rs I a X s I a R s
E = .2 . + . 2 . (2.13)
Mengingat bahwa frekuensi rotor maupun frekuensi stator tidak
mempengaruhi resistansi stator ( fr = fs.s), maka persamaan (2.13) menjadi :
r s r s rs I a X s I a R
E = 2. + . 2 . (2.14)
φ m I o I c I s I ϕ r r R I . r I r r X I . 2 . a R I s r rs E 2 . . a X s I s r s E
a. rs
r X r R 2 . a X s s 2 a Rs r I s I o I m I m X c R c I rs E s E a. rs
Dari persamaan (2.14) didapat :
(
s s)
rs r X js R E a I . . 2 + = (2.15) r r X R
Cosϕ = (2.16)
Dari persamaan (2.14) rangkaian ekivalen motor ditunjukkan pada gambar (2.8)
berikut ini :
Gambar 2.8 Rangkaian ekivalen pada saat motor bergerak dilihat dari rotor
Diagram vektor dari motor induksi tiga fasa pada gambar (2.8)
ditunjukkan pada gambar (2.9) berikut ini :
φ
sI
oI
' r I s R I a . r. r' 2
r r X
I a2. '.
m
I
s E s r XI'.
s rR
I'.
ϕ
c
I
s
V
2.6.2 Ditinjau Dari Sisi Stator
Dengan mensubsitusi persamaan (2.10) pada persamaan (2.11) maka
didapat :
r r r
r
s a I X
s R I a
E . . . 2. '.
'
2 +
= (2.17)
Dari persamaan (2.17) rangkaian ekivalen motor ditunjukkan pada gambar pada
gambar (2.10) berikut ini :
Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen pada saat motor bergerak dilihat dari stator
Diagram vektor dari motor induksi tiga fasa pada gambar (2.10)
ditunjukkan pada gambar (2.11) berikut ini :
Gambar 2.11 Diagram vektor pada saat motor berputar dilihat dari stator
Nilai
s Rr
dapat dijabarkan menjadi :
s
E
r
X a2.
s R a2. r
r r r
r R R
s R s
R = + −
r r r r R s R R s R − + = − + = s s R R s R r r r 1 (2.18)
Bila persamaan (2.18) disubsitusikan ke persamaan (2.17), maka didapat
rangkaian ekivalen motor induksi menjadi:
s
E
r
X a2.
r
R a2.
s X s R ' r I s I o I m I c I m X c R s V − s s R
a2. r 1
Gambar 2.12 Rangkaian pengganti pada saat motor berputar dilihat dari stator
Dari persamaan 2.17 didapat nilai :
+ = r r s r jX s R a E I . 2 ' (2.19) r r r jX s R s R + = ϕ cos (2.20)
Dalam teori transformator-statika, analisis rangkaian ekivalen sering
disederhanakan dengan mengabaikan seluruh cabang penalaran atau melakukan
pendekatan dengan memindahkan langsung ke terminal primer. Pendekatan
demikian tidak dibenarkan dalam motor induksi yang bekerja dalam keadaan
pemagnetan yang sangat besar dan karena reaktansi bocor juga perlu lebih tinggi.
Untuk itu dalam rangkaian ekivalen Rc dapat dihilangkan (diabaikan). Rangkaian
ekivalennya menjadi seperti Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa tanpa rugi inti
2.7 Aliran Daya dan Efisiensi Motor Induksi Tiga Fasa
Telah kita ketahui bersama, bahwa arus start motor induksi 3 fasa lebih
besar 5 sampai 7 kali arus nominalnya. Untuk membuktikan arus start tersebut,
dapat kita lihat pada rangkaian ekivalen berikut :
Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa
Dengan memperhatikan model rangkaian diketahui bahwa daya masuk
stator untuk motor induksi tiga fasa adalah :
ϕ
cos . . . 3 s s
s V I
P = (2.21)
Dimana : Vs =tegangan sumber
( )
volts
E
r
X a2.
r
R a2.
s X s R ' r I s I o I m I c I m X c R s V − s s R
Is =arus masukan
(
ampere)
ϕ = perbedaan sudut fasa antara arus masukan dan tegangan sumber. Daya masuk rotor (terdapat pada celah udara) :
ϕ
cos . . . 3 s r'
r E I
P = (2.22)
Bila persamaan (2.19) dan persamaan (2.20) disubsitusikan ke persamaan (2.22),
maka besar daya input rotor pada motor induksi tiga fasa adalah :
(
2) (
2 2)
22 2 ) ( . . . . . . 3 s X a R a s R a E P r r r s in r +
= (2.23)
Sebelum daya ditransfer melewati celah udara, motor induksi mengalami
rugi-rugi berupa rugi-rugi tembaga stator (Pts =3.Is2.Rs) dan rugi-rugi inti stator
(
Pis 3.Es /Rc)
2
= . Daya yang ditransfer melalui celah udara
(
3.Pcu)
sama denganpenjumlahan rugi-rugi tembaga rotor
(
3.Ptr)
dan daya mekanik(
3.Pd)
. Daya yangditransfer melalui celah udara ini sering disebut dengan daya input rotor.
d tr
cu P P
P 3. 3. .
3 = +
( )
( )
( )
s R I R s s I R IPcu r r r r r r
2 ' ' 2 ' . 3 1 . 3 . . 3 .
3 =
− +
= (2.24)
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar (2.15) yang
menggambarkan diagram aliran daya motor induksi tiga fasa.
Gambar 2.15 Diagram aliran daya pada motor induksi tiga fasa
θ
cos . . . 3VsIs
Rugi – rugi tembaga stator s s R I . . 3 2
Rugi – rugi Inti stator c s R E / . 3 2
( )
I R s Pcu 3. r . / .3 = ' 2 2'
Rugi – rugi tembaga rotor
( )
' 2. '. 3 Ir Rr
Konversi daya
Daya Mekanik
( )
' 2( )
1 '.
3 r Rr s
s I −
Rugi – rugi gesek dan angin g a P& s P s s
Hubungan antara rugi-rugi tembaga rotor dan daya mekanik dengan daya
masukan rotor, masing-masing dalam besaran dapat ditulis sebagai berikut :
( )
r r cutr I R sP
P =3. ' 2. = . (2.25)
( )
r r(
)
cud s P
s s R I
P ' 2. 1 = 1− .
− = (2.26)
Dari gambar (2.14) dapat dilihat bahwa motor induksi juga mengalami
rugi-rugi gesek dan angin
( )
Pa&g sehingga daya output mekanik yang merupakandaya pengerak poros
( )
n sama dengan daya mekanik total(
3.Pd)
dikurangirugi-rugi gesek dan angin
( )
Pa&g .m s g a d
o P P T
P =3. − & = ω (2.27)
dengan : Ts = torsi pengerak poros
(
N.m)
ωm = kecepatan sudut poros
(
rad/s)
Effisiensi suatu motor induksi dapat dinyatakan dengan persamaan
berikut;
%
100
%
100
x
P
P
P
x
P
P
i rugi i io
=
−
Σ
=
η
(2.28)b g a tr is ts
rugi P P P P P
P = + + + +
Σ & (2.29)
ϕ
cos . . . 3 s s
i V I
P = (2.30)
dimana: η =effisiensi
Po = daya keluaran (watt)
Pi = daya masukan (watt)
=
=
ts
P rugi tembaga stator (watt)
=
is
P rugi inti stator (watt)
=
tr
P rugi tembaga rotor (watt)
= g a
P& rugi gesek dan angin (watt)
=
b
P rugi buta / lain-lain (watt)
2.8 Torsi Motor Induksi Tiga Fasa
Suatu persamaan torsi pada motor induksi dapat dihasilkan dengan
bantuan teori rangkaian Thevenin. Dalam bentuk umumya, teori Thevenin
mengijinkan penggantian sembarang jaringan yang terdiri atas unsur-unsur
rangkaian linier dan sumber tegangan phasor seperti pada terminal a dan b
(Gambar 2.16a), serta juga sumber tegangan phasor Vˆ dalam hubungan seri eq
dengan impedansi Zeq (Gambar 2.16b). Rangkaian ekivalen Thevenin, Vˆ berada eq
di antara terminal a dan b dari sistem jaringan rangkaian terbuka. Aplikasi dari
rangkaian ekivalen motor induksi, titik a dan b didesain pada Gambar 2.13.
Rangkaian ekivalen Thevenin diasumsikan pada Gambar 2.17 dimana sumber
tegangan Vˆ1,eqterhubung seri dengan impedansi Z1,eq = R1,eq + jX1,eq.
Jaringan Elektrik dari elemen rangkaian linear dan sumber phasor-tegangan
konstan
Dihubungkan ke jaringan lainnya
eq
Vˆ
e q
Zˆ
Sumber Tegangan
Impedansi Konstan
Dihubungkan ke jaringan lainnya
a b
a
b a
b
Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen Thevenin pada motor induksi
Dari Gambar 2.17(a) dapat dihitung tegangan Thevenin (Vˆ1,eq) dan
Impedansi Thevenin (Z1,eq).
+ + = ) ( ˆ ˆ 1 1 1 , 1 m m eq X X j R jX V
V (2.31)
(
)
(
m)
m eq eq eq X X j R jX R jX jX R Z + + + = + = 1 1 1 , 1 , 1 , 1 (2.32)
Dari Gambar 2.17(b) nilai Iˆ2dapat dihitung dengan persamaan:
s R jX Z V I eq eq / ˆ ˆ 2 2 , 1 , 1
2 = + + (2.33)
Torsi mekanik pada motor induksi dapat dihitung dengan persamaan berikut:
(
)
(
)
(
) (
)
+ + + = 2 2 , 1 2 2 , 1 2 2 , 1 / / 1 X X s R R s R V n T eq eq eq ph smech ω (2.34)
dimana, c c s poles poles f ω π ω =
Bentuk umum dari kurva torsi-kecepatan atau torsi-slip pada motor
induksi dengan tegangan konstan dan frekuensi konstan ditunjukkan pada Gambar
2.18. Pada keadaan motor bekerja normal, rotor berputar pada arah putaran medan
magnetik yang dihasilkan oleh arus stator, kecepatannya diantara nol sampai
kecepatan serempak dan slipnya diantara nol dengan satu dimana slip daripada
motor adalah satu.
Kecepatan (%)
Slip
Daerah Generator Daerah
Motor Daerah
Pengereman
Torsi
Gambar 2.18 Kurva karakteristik torsi-kecepatan pada motor induksi
Untuk mendapatkan mesin induksi yang bekerja sebagai generator, maka
terminal stator dihubungkan pada suatu sumber tegangan dengan frekuensi tetap
dan rotornya digerakkan di atas kecepatan serempak dengan suatu penggerak
mula.
2.9 Kelas Motor Induksi Tiga Fasa
Standar NEMA pada dasarnya mengkategorikan motor induksi ke dalam
empat kelas yakni desain A, B, C dan D. Karakteristik torsi-kecepatannya dapat
dilihat pada Gambar 2.19.
Torsi beban penuh
(%)
Kelas A
Kelas B Kelas C
Kelas D
[image:39.595.154.436.205.482.2]Kecepatan (%)
Gambar 2.19 Kurva karakteristik kelas motor induksi
Macam-macam konstruksi motor induksi diklasifikasikan untuk
memudahkan memilih motor yang sesuai. Klasifikasi itu sebagai berikut:
- Motor rotor sangkar kelas A, torsi start sekitar 125 sampai 175% torsi
nominal dengan arus start 5 sampai dengan 7 kali arus nominal. Motor ini
umumnya dijalankan (distart) dengan tegangan tidak penuh. (torsi awal
- Motor rotor sangkar kelas B, biasanya distart langsung dengan tegangan
penuh. Reaktansinya relatif tinggi. Arus start sekitar 4,5 sampai dengan 5
kali arus nominal dengan torsi 125 sampai dengan 175 persen. Cos φ
motor kelas B lebih rendah dibanding cos φ motor kelas A. (torsi awal
normal, arus start rendah).
- Motor rotor sangkar kelas C, menggunakan rotor sangkar rangkap (double
squirrel cage), biasanya distart dengan tegangan penuh. Arus startnya 4
sampai dengan 5 kali arus nominal dengan torsi start sekitar 2 kali torsi
nominal. (torsi start tinggi, arus start rendah).
- Motor rotor sangkar kelas D, reaktansinya relatif tinggi, digunakan untuk
pelayanan yang startingnya sangat berat. Efisiensi motor ini selalu lebih
rendah dibandingkan efisiensi motor kelas A, B dan C. Motor distart
dengan tegangan penuh dengan arus start 4 sampai dengan 5 kali arus
nominal. Sedangkan torsi awalnya sekitar 2 sampai 3 kali torsi
nominalnya. Digunakan misal pada bulldozers. (torsi start tinggi, slip
BAB III
METODE STARTING MOTOR INDUKSI TIGA FASA
3.1 Umum
Motor induksi tiga fasa tidak mengalami masalah starting seperti pada
motor sinkron. Motor induksi dapat distarting langsung dengan menghubungkan
langsung dengan sumber tegangan. Namun kadang-kadang hal ini tidak dilakukan
dengan pertimbangan yang lebih baik. Sebagai contoh, arus start yang dihasilkan
dapat menyebabkan suatu “dip” pada sistem tenaga karena arus starting yang
besar.
Untuk motor induksi rotor belitan, starting dapat dilakukan pada arus yang
relatif kecil dengan menambahkan tahanan pada belitan rotor melalui cincin slip.
Penambahan tahanan ini tidak hanya menyebabkan torsi start meningkat tetapi
juga memperkecil arus start.
Untuk motor induksi tipe rotor sangkar, starting motor induksi dapat
dilakukan dengan banyak cara tergantung pada daya nominal motor dan tahanan
efektif rotor saat motor distart. Untuk menentukan arus rotor pada saat starting,
semua rotor sangkar saat ini mempunyai code letter (agar tidak bingung dengan
desain kelas motor) pada name platenya. Code letter menentukan jumlah arus
pada saat start.
Batas ini dinyatakan sebagai fungsi daya kuda (hp). Tabel 3.1 adalah suatu
tabel yang berisi kVA/hp untuk setiap code letter. Untuk menentukan arus start
suatu motor induksi, baca tegangan nominal daya motor (hp) dan code letter dari
Sstart = (daya kuda nominal)(factor code letter) (3.1)
Dan arus start dapat dihitung dengan rumus
T start L
V S I
3
= (Ampere) (3.2)
Tabel 3.1 Tabel NEMA, kVA/hp untuk setiap code letter
Nominal code
letter
Locked rotor,
kVA/hp
Nominal code
letter
Locked rotor,
kVA/hp
A 0-3.14 L 9.00-9.99
B 3.15-3.54 M 10.00-11.19
C 3.55-3.99 N 11.20-12.49
D 4.00-4.49 P 12.50-13.99
E 4.50-4.99 R 14.00-15.99
F 5.00-5.59 S 16.00-17.99
G 5.60-6.29 T 18.00-19.99
H 6.30-7.09 U 20.00-22.39
J 7.70-7.99 V 22.40<
K 8.00-8.99
Dengan berkurangnya arus start pada starting motor induksi hal ini juga
akan mengurangi besar torsi start pada motor induksi tersebut. Ada beberapa
metode starting motor induksi tiga fasa antara lain:
1. Starting langsung (direct-on-line starting)
2. Starting wye-delta
3. Starting dengan tahanan stator
3.2 Starting Langsung (direct-on-line starting)
Starting langsung merupakan cara paling sederhana, dimana stator
langsung dihubungkan langsung dengan sumber tegangan, artinya tidak perlu
mengatur atau menurunkan tegangan pada saat starting (Gambar 3.1).
Penggunaan metode ini sering dilakukan untuk motor-motor AC yang mempunyai
kapasitas daya yang kecil.
Legenda:
So = tombol OFF S1 = tombol ON K1 = Start Contactor
F1 = Thermal Overload Relay F2 = Overload Relay
F3 = Control circuit fuse U, V,W = Motor winding M = Motor
Gambar 3.1(a) Rangkaian diagram starting langsung (b) Rangkaian kontrol
starting langsung
Besar arus start motor induksi pada saat starting dari 4 sampai 10 dari arus
beban penuhnya pada faktor daya yang rendah. Hal ini terjadi karena motor pada
itu dibutuhkan arus yang besar. Oleh karena itu, metode starting langsung sering
digunakan pada motor induksi dengan daya yang relatif kecil (dibawah 7,5 kW).
Torsi start dapat ditentukan dengan persamaan:
f f sc f
st xs
I I T T
2
= (3.3)
Dimana:
Tst = Torsi start motor induksi (starting torque)
Tf = Torsi beban penuh (full-load torque)
Isc = Arus hubung singkat (short-circuit current)
If = Arus beban penuh (full-load current)
Sf = Slip beban penuh (full-load slip)
3.3 Starting Wye-Delta
Pada metode ini dipergunakan untuk motor induksi rotor sangkar yang
dirancang untuk memberikan keluaran nominal bila kumparan stator dihubungkan
delta dan biasanya dipakai pada motor yang mempunyai keluaran nominal sampai
25HP. Belitan stator didesain beroperasi pada hubungan delta dan pada saat
starting belitan tersebut terhubung dengan hubungan bintang. Mula-mula motor
distart pada hubungan bintang ketika kecepatan motor meningkat maka hubungan
pada motor tersebut berganti dari hubungan bintang ke delta (Gambar 3.3). Ketika
motor terhubung bintang maka tegangan pada stator adalah 3
v .
Sehingga arus yang masuk ke terminal motor juga berkurang dan nilai
torsi start pada motor adalah
2
3
1
atau
3
Pada starting hubungan delta,
Arus starting /fasa,
sc sc V Z
I = ; Arus starting = 3Isc
Pada starting hubungan bintang,
Arus starting /fasa, sc
sc st I Z V I 3 1 3 = =
Sehingga : f
[image:45.595.102.524.145.665.2]f sc f f st f st xs xI I xs I I T T 2 2 3 = = f f sc f st xs I I T T 2 3 1 = (3.4)
Gambar 3.2 (a) Rangkaian Starting wye – delta (b) Rangkaian kontrol starting
3.4 Starting Dengan Tahanan Stator
Pada metode ini, tahanan luar dihubungserikan dengan masing-masing
fasa dari kumparan stator pada saat motor distart. Hal ini bertujuan untuk
menurunkan tegangan di dalam tahanan sehingga terminal motor dapat beroperasi
karena arus yang masuk juga berkurang. Starting dengan penambahan tahanan
stator memiliki dua kekurangan. Pertama, tegangan berkurang pada saat motor
distart sehingga torsi start juga berkurang dan karena itu waktu akselarasi
meningkat. Kedua, banyaknya daya yang dibutuhkan akan menghasilkan
pemborosan pada saat starting.
Hubungan antara torsi start dan torsi beban penuh pada saat starting dapat
ditulis dengan persamaan:
sc st xI
I = (3.5)
f f sc f st xs I I T T 2 = f f sc f st xs I I X T
T 2 2
= (3.6)
Jadi, ketika arus pada saat starting berkurang sebesar faktor x dari arus
dasar pada tegangan starting (Isc), torsi start pada saat motor distart juga
berkurang sebesar factor x2. Oleh karena itu, metode starting ini hanya digunakan pada starting motor-motor berdaya kecil. Untuk rangkaian starting dengan
MCCB
S
OFF
ON
R T
S
T T
S R
MC-S MC-R
80% 50%
OLR
M ~
65% REAKTOR
N
[image:47.595.135.494.86.654.2]OLR
Gambar 3.3 (a) Rangkaian Starting dengan tahanan stator (b) Diagram skematik
starting dengan tahanan stator
3.5 Starting Dengan Autotransformator
3.5.1 Pendahuluan
Metode starting dengan autotransformator adalah suatu metode starting
yang digunakan untuk mengurangi tegangan pada stator pada saat start, yang akan
membatasi arus start. Metode starting dengan autotransformator dapat dijalankan
dengan cara open-atau-cloce-transition.
Starting dengan autotransformator digunakan untuk mengurangi tegangan
pada saat start. Dengan berkurangnya tegangan pada saat start, maka arus start
yang dihasilkan akan rendah juga. Setelah waktu tunda ditetapkan,
autotransformator dilepas dari rangkaian dan selanjutnya motor induksi rotor
sangkar akan beroperasi pada tegangan penuh.
Autotransformator dilengkapi dengan tap yang terdiri dari 50%, 65% atau
80% dari tegangan saluran sebagai tegangan start dengan pengurangan arus
saluran sebagai tegangan start dengan pengurangan arus yang sesuai. Tap dapat
dipilih agar sesuai dengan kopel start yang diperlukan oleh motor untuk dapat
mengatasi beban yang dikemudikan. Penstart autotransformator dapat
dioperasikan secara manual maupun otomatis (magnetik).
3.5.2 Autotransformator
Autotransformator adalah salah satu jenis dari transformator yang
memiliki satu belitan dan dapat diatur tegangan outputnya. Pada transformator
yang memiliki satu belitan, antara belitan primer dan sekunder tidak dilakukan
isolasi elektrik seperti pada transformator biasa dengan dua belitan. Namun,
autotransformator yang terdiri dari belitan tunggal dimana L1 dan L2 membentuk
[image:49.595.110.514.457.685.2]belitan primer dan bagian % tap dan T2 membentuk belitan sekunder.
Gambar 3.4 Belitan autotransformator
Starting dengan autotransformator mempunyai dua atau tiga
autotransformator untuk mengurangi tegangan start. Jika digunakan dua
autotransformator, maka akan dilakukan hubungan open delta, sedangkan jika
digunakan tiga autotransformator akan dilakukan hubungan bintang (wye).
Starting dengan metode ini sering digunakan pada motor induksi yang memiliki
daya keluaran lebih dari 25HP.
Untuk rangkaian starting motor induksi dengan autotransformator dapat
dilihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 (a) Rangkaian Starting dengan autotransformator (b) Rangkaian
kontrol starting dengan autotransformator %Tap
T2 Supply voltage
L1
3.5.3 Analisis Rangkaian Starting Dengan Autotransformator
Starting dengan autotransformator dapat dilakukan dengan dua cara yaitu:
1. Closed-circuit transition
2. Open-circuit transition.
3.5.3.1 Rangkaian Transisi Tertutup (Close-circuit Transition)
Jika tombol start ditekan (Gambar 3.6), maka arus akan mengalir melalui
coil TR, 2S dan 1S. Sesaat setelah coil 2R dan 1S dialiri arus maka coil-coil
tersebut akan terisi daya (energize) sehingga kontak 2S dan 1S yang terbuka
(normally open) akan menutup dan kontak yang tertutup (normally closed) akan
membuka, sehingga pada rangkaian autotransformator akan dialiri arus dan
beroperasi.
Coil TR juga dialiri arus sehingga kontak tundaan waktu (TR-TO) akan
membuka dan sesaat itu juga kontak TR-TC akan menutup sehingga coil 1S tidak
lagi terisi daya (deenergize) sehingga semua kontak 1S yang tadinya telah
menutup akan membuka dan sebaliknya. Sesaat setelah kontak TR-TC menutup
maka coil R juga akan dialiri arus sehingga energize dan mengakibatkan semua
kontak R akan menutup. Karena setelah kontak 1S membuka pada
autotransformator sehingga arus mengalir dari L1-R-T1, L2-R-T2 dan L3-R-T3.
Pada saat perpindahan dari autotransformator, motor tidak mengalami kehilangan
daya maka metode starting ini disebut rangkaian transisi tertutup (close- circuit
transition)
Gambar 3.6 Rangkaian starting dengan autotransformator-closed transition
3.5.3.2 Rangkaian Transisi Terbuka (Open-circuit Transition)
Jika tombol start ditekan (Gambar 3.7), maka rangkaian akan dialiri arus
melalui kontak yang menutup yaitu TR-TO dan R. Coil S akan terisi daya
(energize) sehingga sesaat setelah coil S energize maka semua kontak S yang
membuka (normally open) akan menutup dan yang menutup (normally closed)
akan membuka. Kontak S menutup maka coil TR akan energize karena telah
dialiri arus dan autotransformator akan beroperasi. Sesaat setelah coil TR energize
maka kontak tundaan waktu yang menutup akan membuka dan sebaliknya yaitu
TR-TO akan membuka dan TR-TC akan menutup sehingga pada coil S akan
deenergize sehingga kontak-kontak S yang tadinya telah menutup akan membuka
dan yang telah membuka akan menutup kembali mengakibatkan
autotransformator juga tidak beroperasi lagi.
Dengan adanya energize pada coil TR maka coil R akan energize
mengakibatkan semua kontak R yang membuka akan menutup dan sebaliknya
sehingga arus langsung mengalir melalui L1-R-T1, L2-R-T2 dan L3-R-T3.
Karena pada saat start motor kehilangan daya selama perpindahan dari
autotransformator, maka start ini disebut rangkaian transisi terbuka (open-circuit
transition).
[image:52.595.170.491.301.628.2]
Gambar 3.7 Rangkaian starting dengan autotransformator-open transition
3.5.4 Arus Dan Torsi Starting Motor Induksi
Hubungan antara arus dan torsi pada starting motor induksi dengan
autotransformator, apabila motor induksi mendapat tegangan langsung sebesar V
dari sistem maka tegangan yang melalui motor per fasa adalah 3
V dan arus
startnya Ist =Isc. Pada metode starting motor induksi dengan autotransformator,
jika rasio dari tap pada autotransformator sebesar K, maka tegangan per fasa yang
melalui motor adalah KV 3 dan persamaan arusnya adalah:
sc st KI
I = (3.7)
dimana : K = tapping transformator
Isc= arus start langsung
Untuk menentukan torsi start dapat dinyatakan dengan persamaan:
(
) (
)
[
' 2 ' 2]
2 ' 3 r s r s s s r X X R R V R Ts + + + = ω (3.8)Dimana : Ts = Torsi start
s
V = Tegangan perfasa
'
r
R = Tahanan Rotor
s
R = Tahanan Stator
s
ω = Kecepatan angular stator
s
X = Reaktansi Stator
'
r
Torsi start dengan autotransformator dapat juga dinyatakan dengan persamaan: fl fl st fl st S I I T T × = 2 fl fl sc fl st S I KI T T × = 2 fl fl sc fl st S I I K T T × = 2 2 (3.9)
Dimana: Tfl = Torsi beban penuh
fl
S = Slip beban penuh
Sedangkan torsi beban penuh dan slip beban penuh dapat ditentukan dari
persamaan: ωin fl P T = 60 / 2 N P Tfl = π in
N P
T in
BAB IV
ANALISIS SIMULASI STARTING MOTOR INDUKSI ROTOR SANGKAR
DENGAN AUTOTRANSFORMATOR
4.1 Umum
Matlab (Matrix Laboratory) merupakan suatu program komputer yang
dirancang untuk memecahkan berbagai masalah matematis yang kerap kita
ditemui dalam bidang teknis. Matlab dapat dimanfaatkan untuk menemukan solusi
dari berbagai masalah numerik secara cepat dan tepat mulai dari masalah yang
sederhana hingga masalah yang kompleks. Salah satu aspek yang sangat berguna
dari Matlab ialah kemampuannya untuk menggambarkan berbagai jenis grafik,
sehingga kita bisa menvisualisasikan data dan fungsi yang kompleks. Dalam
program matlab juga dilengkapi dengan simulink, yaitu perangkat lunak yang
digunakan dalam pemodelan, simulasi dan juga menganalisis sistem dinamis yang
mendukung sistem.
Dengan menggunakan aplikasi simulink pada matlab, pengguna dapat
dengan mudah membangun suatu model dari awal atau mengambil model yang
sudah ada kemudian melakukan modifikasi untuk melakukan eksplorasi model
nonlinier dengan lebih realistis.
4.2 Rangkaian Simulasi
Model rangkaian untuk mensimulasikan starting motor induksi rotor
Gambar 4.1 Rangkaian simulasi starting motor induksi rotor sangkar dengan autotransformator
4.3 Spesifikasi Model Rangkaian Simulasi
Berikut ini merupakan spesifikasi model parameter elemen-elemen yang
digunakan dalam membangun rangkaian simulasi, yaitu:
a. Main
Pada spesifikasi model “main” terdapat tiga buah blok parameter (L1, L2
dan L3) sebagai masukan fasa a, b dan c yang disebut sebagai sine wave
(gelombang sinus).
main Sine Wave (Gelombang Sinus)
Sine Wave atau gelombang sinus dibentuk untuk menyediakan grafik
berupa gelombang sinus. Blok ini dapat beroperasi pada time-based atau
berdasarkan waktu atau sample-base berdasarkan contoh. Dalam Tugas Akhir ini,
tap
main
Te (N.m)
Te VS n
Putaran (rpm)
Arus Stator (A)
0.85 tap
Discret e, Ts = 0.0001 s.
powergui
Te
n
ia,ib,ic
measuring
L1
L2
L3
main
100 Load
saklar
tap
L 1
L 2
L 3
tap
main
L1
L2
L3
Autotransformator
Tm
m
A
B
C
penulis menggunakan time-based mode dimana hasil gelombang yang dihasilkan
dari sine-wave ini dapat dituliskan dengan persamaan:
y = amplitude x sin(frekuensi x time + fasa) + bias.
Time-based mode memiliki dua submode yaitu mode berlanjut (continuous mode)
dan mode diskrit (discrete mode). Pada mode diskrit, parameter contoh waktu
yang digunakan lebih besar dari 0 (nol). Hal ini bertujuan untuk menunjukkan
nilai hasil waktu yang kita inginkan.
b. Scope
Pada simulink matlab, scope digunakan untuk menampilkan hasil simulasi
dalam bentuk grafik. Pada blok scope dapat ditentukan beberapa sumbu masukan
dalam satu port. Ruang scope memungkinkan pengguna menyesuaikan jumlah
waktu dan kisaran nilai input yang akan ditampilkan. Pada hasil simulasi yang <
