Analisis Tegangan Tidak Seimbang Terhadap Unjuk Kerjamotor Induksi 3 Fasa Pada Berbagai Metode Starting

(1)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Wijaya Mochtar. 2001. Dasar-dasar Mesin Listrik. Jakarta: Penerbit

Djambatan.

[2] Lister Eugene C. 1988. Mesin dan Rangkaian Listrik. Edisi keenam.Jakarta:

Penerbit Erlangga.

[3] Purba Jupiter Arnold. Analisis Perbandingan Torsi Start dan Arus Start,

Dengan Menggunakan Pengasutan Autotrafo,Star Delta, dan Dol (Direct Online) Pada Motor Induksi 3 Fasa. Skripsi. Medan: Departemen Teknik

Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

[4] Theraja, B.L, Theraja., A.K. 1981. A Textbook Of Electrical Technology.

Volume II. New Delhi: Penerbit S. Chand.

[5] Fitzgerald, A.E., Jr,Charles Kingsley.,Umans Sthepen D. 1992. Mesin-mesin

Listrik. Edisi Keempat. Jakarta: Penerbit Erlangga.

[6] Zuhal. 1993. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Edisi

Keempat. Jakarta: Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama.

[7] NEMA MG-1. 2009: Motors and Generators. Washington, D.C. Published by

National Electrical Manufacturers Association.

[8] Silalahi Aprido. 2011.Analisis Simulasi Starting Motor Induksi Rotor

Sangkar Dengan Autotransformator. Skripsi. Medan: Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas SumateraUtara.

[9] Quispe, E., Gonzalez, G., Aguado, J.Influence of Unbalanced and Waveform

(2)

[10] Siddique, A., Yadava, G.S., Singh B. 2004. Effects Of Voltage Unbalance On

(3)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Dasar Konversi Energi Listrik

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penelitian dilaksanakan pada

minggu pertama bulan Mei. Lama penelitian yang dilakukan berkisar 2-3 jam.

3.2 Bahan dan Peralatan

Adapun bahan dan peralatan yang diperlukan dalam melaksanakan

penelitian sebagai berikut:

1. Motor induksi 3 fasa

Spesifikasi:

- Tipe rotor: rotor belitan

- AEG Typ C AM 112MU 4RI

- Δ / Υ 220/ 380 V; 10,7/ 6,2 A

- 2,2 Kw, cos ϕ 0,67

- Kelas Isolasi: B

2. Tachometer

3. Amperemeter

4. Voltmeter

5. Pengatur tegangan AC dan DC

6. Wattmeter

7. Timbangan torsi

8. Tahanan geser

9. Rangkaian kontrol Y-Δ

(4)

3.3 Pelaksanaan Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Konversi Energi Listrik

Departemen Teknik Elektro FT. USU yang akan dilaksanakan melalui beberapa

proses percobaan dan dilakukan sesuai dengan rangkaian percobaan, kemudian

akan diperoleh data yang akan dianalisis pada tahap berikutnya untuk memperoleh

hasil pengaruh tegangan tidak seimbang terhadap arus start, kecepatan

putaran,torsi start dan besar efisiensi yang dihasilkan. Cara ini dilakukan dengan

berbagai metode starting motor induksi, kemudian hasil yang didapat akan

dibandingkan dengan masing-masing metode starting sehingga dapat diketahui

seberapa besar pengaruh tegangan tidak seimbang terhadap faktor yang akan

diteliti terhadap masing-masing metode starting.

3.4 Variabel yang diamati

Pada penelitian ini variabel yang diamati adalah :

• Arus start motor pada kondisi tegangan seimbang dan tegangan tidak

seimbang dengan berbagai metode starting.

• Torsi start motor pada kondisi tegangan seimbang dan tegangan tidak

• Putaran motor pada kondisi tegangan seimbang dan tegangan tidak

• Efisiensi motor pada kondisi tegangan seimbang dan tegangan tidak

(5)

3.5 Flowchart Penelitian

Berdasarkan diagram alirberikut dijelaskan secara skematik prosedur

penelitian yang akan dilakukan:

(6)

Percobaan dengan

(7)

3.6 Prosedur penelitian 3.6.1 Rangkaian percobaan

Sebelum melakukan percobaan, terlebih dahulu dibuat rangkaian percobaan

sesuai dengan percobaan yang dilakukan. Adapun diagram skematik pecobaan

yang akan digunakan adalah seperti gambar berikut:

1. Diagram percobaan motor induksi 3 fasa tegangan seimbang

Gambar 3.2 Diagram percobaan motor induksi 3 fasa tegangan seimbang.

Dengan:

PTAC = Pengatur tegangan AC V = Voltmeter

M I = Motor induksi 3 fasa S = Switch

Gen DC = Generator DC RL = Tahanan geser

PTDC = Pengatur tegangan DC n = Tachometer

(8)

2. Diagram percobaan motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang

Gambar 3.3 Diagram percobaan motor induksi 3 tegangan tidak seimbang.

Dengan:

PTAC = Pengatur tegangan AC V = Voltmeter

M I = Motor induksi 3 fasa S = Switch

Gen DC = Generator DC RL = Tahanan geser

PTDC = Pengatur tegangan DC n = Tachometer

A = Amperemeter T = Timbangan torsi

(9)

3. Diagram kontrol starting Y-∆

Gambar 3.4 Diagram kontrol starting Y-∆ pada motor induksi 3 fasa.

Dengan:

M = MC motor OLR = Relai beban lebih

T = Relai waktu tunda STOP = Tombol stop

Y = MC Y START = Tombol Start

(10)

3.6.2 Prosedur percobaan

1. Prosedur percobaan tegangan seimbang.

a) Motor induksi 3 fasa dikopel dengan generator DC, kemudian rangkaian

percobaan disusun seperti Gambar 3.2.

b) Seluruh switch dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan dalam

keadaan posisi minimum, sedangkan posisi tahan RL diatur sedemikian

dan dijaga konstan.

c) Switch S1 ditutup, pengatur PTAC dinaikan sampai 220 V untuk starting

langsung, PTAC diatur 50%, 65%,dan 80% untuk starting autotrafo,dan

untuk starting Y-∆ rangkaian dihubungkan dengan rangkaian kontrol

seperti Gambar 3.4.

d) Switch S3 ditutup, pengatur PTDC dinaikan hingga A5 menunjukan arus

penguat nominal.

e) Switch S2 ditutup, tahanan RL tetap dijaga konstan. Kemudian dicatat

pengukuran arus, torsi , putaran, dan daya masukan motor.

f) Percobaan selesai.

2. Prosedur percobaan tegangan tidak seimbang.

a) Motor induksi 3 fasa dikopel dengan generator DC, kemudian rangkaian

pengukuran disusun seperti Gambar 3.3.

b) Seluruh switch dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan dalam

keadaan posisi minimum, sedangkan posisi tahan RL diatur sedemikian

dan dijaga konstan.

c) Switch S1 ditutup, pengatur PTAC dinaikan sampai 220 V untuk starting

(11)

untuk starting Y-∆ rangkaian dihubungkan dengan rangkaian kontrol

seperti Gambar 3.4.

d) Tegangan suplai diatur agar tidak seimbang dengan mengatur tahanan

geser pada fasa T, sedangkan tegangan pada fasa R dan fasa S dijaga tetap

seimbang.

e) Switch S3 ditutup, pengatur PTDC dinaikan hingga A5 menunjukan arus

penguat nominal.

f) Switch S2 ditutup, tahanan RL tetap dijaga konstan. Kemudian dicatat

pengukuran arus, torsi , putaran, dan daya masukan motor.

(12)

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

Motor induksi 3 fasa merupaka jenis motor AC yang paling sering

digunakan dalam dunia industri maupun rumah tangga. Hal ini disebabkan motor

induksi 3 fasa sangat mudah dalam pengoperasiannya.

Adanya ketidakseimbangan tegangan yang menyuplai motor induksi 3 fasa

akan berakibat terhadap unjuk kerja motor induksi 3 fasa. Tegangan tidak

seimbang yang menyuplai motor induksi 3 fasa dapat disebabkan oleh adanya

gangguan asimetri pada sistem tenaga dan kegagalan studi peramalan beban

sehingga distribusi beban disetiap fasanya tidak sama.

Dalam bab ini akan dibahas mengenai pengaruh suplai tegangan tidak

seimbang terhadap unjuk kerja motor induksi 3 fasa dengan menggunakan jenis

starting yang sering digunakan.

4.2 Data Percobaan

Dari hasil penelitian percobaan motor induksi 3 fasa dengan menggunakan

starting langsung, starting Y-∆, starting autotransformer di Laboratorium Konversi

Energi, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

diperoleh data pengujian sebagai berikut:

4. 2. 1 Data percobaan Motor induksi 3 fasa tegangan seimbang.

Berikut data yang diperoleh dari pengujian motor induksi 3 fasa di

Laboratorium Konversi Energi FT USU dengan menggunakan starting langsung,

(13)

Tabel 4.1 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

Tabel 4.2 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting Y-∆.

Vrs= 220V Vst= 220V Vtr=220V

autotransformer.

4. 2. 2 Data percobaan Motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang.

Berikut data yang diperoleh dari pengujian motor induksi 3 fasa di

Laboratorium Konversi Energi FT USU dengan menggunakan starting langsung,

(14)

4.2.2.1 Data percobaan Motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang sebesar 1%.

langsung.

(15)

4.2.2.2 Data percobaan Motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang sebesar 3%.

langsung.

(16)

4.3 Analisis Data

Dari data hasil penelitian di Laboratorium Konversi Energi FT. USU dapat

dilakukan analisis data sebagai berikut:

4.3.1 Motor induksi 3 fasa dengan suplai tegangan tidak seimbang.

Berdasarkan suplai tegangan yang digunakan dalam penelitian di

Laboratorium Konversi Energi FT. USU diperoleh nilai persentase

ketidakseimbangan tegangan suplainya dengan menggunakan Persamaan 2.30:

1. VR= 220V, VS= 220V, VT= 220V

Vrata-rata = 220+220+220 3

= 220V

Selisih maksimum Vrata-rata dengan Vline = 220-220

= 0 V

Vunbalanced= 0

220x 100%= 0%

2. VR= 220V, VS= 220V, VT = 216V

Vrata-rata = 220+220+216 3

= 218,7V

Selisih maksimum Vrata-rata dengan Vline = 218,7-216

= 2,7V

Vunbalanced= 2,7

218,7x 100%

(17)

Berdasarkan perhitungan tersebut diperoleh persentase ketidakseimbangan

tegangan sebesar 1,2 %. Untuk selanjutnya nilai 1,2 % sama dengan atau

dibulatkan menjadi 1%.

3. VR= 220V, VS= 220V, VT= 209V

Vrata-rata = 220+220+209 3

= 216,3V

Selisih maksimum Vrata-rata dengan Vline= 216,3-209

= 7,3V

Vunbalanced= 7,3

216,3x 100%

= 3,4%

Berdasarkan perhitungan tersebut diperoleh persentase ketidakseimbangan

tegangan sebesar 3,4 %. Untuk selanjutnya nilai 3,4 % sama dengan atau

dibulatkan menjadi 3 %.

Dari perhitungan tersebut pengoperasian motor induksi 3 fasa dengan

ketidakseimbangan tegangan sebesar 1% dan 3% masih diizinkan sebab masih

memenuhi persyaratan pengoperasian motor induksi dengan persentase

ketidakseimbangan tegangan dibawah 5 %.

4.3.2 Menghitung torsi motor induksi 3 fasa.

Dalam pengujian di Laboratorium Konversi Energi FT. USU untuk

memperoleh torsi motor menggunakan timbangan torsi dan yang diperoleh adalah

massa(gr). Untuk itu perlu dilakukan konversi kesatuan torsi (Nm) dengan

(18)

4.3.2.1 Menghitung torsi motor induksi 3 fasa tegangan seimbang. a. Starting langsung

m = 740 gr

c. Starting autotransformer

(19)

4.3.2.2 Menghitung torsi motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang 1.Tegangan tidak seimbang sebesar 1%.

a. Starting langsung

m = 735 gr

(20)

2.Tegangan tidak seimbang sebesar 3%. a. Starting langsung

m = 700 gr

(21)

4.3.3 Menghitung putaran motor induksi 3 fasa.

Putaran motor induksi 3 fasa yang diperoleh dari penelitian di

Laboratorium Konversi Energi FT. USU adalah dalam satuan rpm, agar dapat

dihitung daya keluaran motor maka putaran motor akan diubah dalam satuan rad/s

dengan Persamaan 4.1 berikut:

n�rad

s �= 2∏

60 × n (rpm)(4.1)

4.3.3.1 Menghitung putaran motor induksi 3 fasa tegangan seimbang.

n = 2∏

60 × 1410 rpm

= 147,58 rad/s

4.3.3.2 Menghitung putaran motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang. 1.Tegangan tidak seimbang 1%

n = 2∏

60 × 1405 rpm

= 147 rad/s

2.Tegangan tidak seimbang 3%

n = 2∏

60 × 1400 rpm

=146 rad/s

4.3.4 Menghitung daya keluaran(Pout) motor induksi 3 fasa.

Daya keluaran motor induksi 3 fasa dapat dihitung dengan mengetahui

besar torsi motor tersebut. Besar daya keluaran motor berdasarkan Persamaan

2.18 adalah sebagai berikut:

Pout= T.ω

Dengan, T = torsi motor(Nm)

(22)

4.3.4.1 Menghitung daya keluaran(Pout) motor induksi 3 fasa tegangan

seimbang. a. Starting Langsung

Pout = 1 Nm×147,58 rad/s

=147,58 W

b. StartingY-∆

Pout = 1 Nm×147,58 rad/s

=147,58 W

c. Starting Autotransformer

Pout = 1.1 Nm×147,58 rad/s

=162,3 W

4.3.4.2 Menghitung daya keluaran(Pout) motor induksi 3 fasa tegangan tidak

seimbang.

1. Tegangan tidak seimbang 1% a. Starting Langsung

Pout = 0,97 Nm×147 rad/s

=143,3 W

b. StartingY-∆

=140 W

Pout = 1 Nm×147 rad/s

(23)

2. Tegangan tidak seimbang 3% a. Starting Langsung

=136 W

b. StartingY-∆

Pout = 0.9 Nm×146 rad/s

=131 W

Pout = 0.95 Nm×146 rad/s

=139 W

4.3.5 Menghitung efisiensi(η) motor induksi 3 fasa.

Efisiensi motor induksi 3 fasa dapat dihitung dengan membandingkan

daya keluaran motor dengan daya masukan motor. Berdasarkan Persamaan 2.19

nilai efisiensi motor induksi 3 fasa adalah sebagai berikut:

4.3.5.1 Menghitung efisiensi(η) motor induksi 3 fasa tegangan seimbang. a. Starting langsung

η(%) =148

η(%) =162

(24)

4.3.5.2 Menghitung efisiensi(η) motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang.

1. Tegangan tidak seimbang 1% a. Starting langsung

η(%) =143

c. Starting autotransformer η(%) =147

275× 100%

=53%

2. Tegangan tidak seimbang 3% a. Starting langsung

η(%) =136

η(%) =139

290× 100%

(25)

Berdasrkan tabel data percobaan dan perhitungan tersebut, maka dapat

dibuat tabel baru untuk melihat perbandingan arus,torsi,putaran, dan efisiensi

motor terhadap tingkat ketidakseimbangan tegangan yang menyuplai motor.

Berikut adalah tabel perbandingan Arus terhadap tingkat

ketidakseimbangan tegangan dengan berbagai starting:

Tabel 4.10 Perbandingan Arus (I) terhadap tingkat ketidakseimbangan tegangan

dengan starting langsung.

Kondisi

Tabel 4.11 Perbandingan Arus (I) terhadap tingkat ketidakseimbangan tegangan

(26)

Tabel 4.12 Perbandingan Arus (I) terhadap tingkat ketidakseimbang tegangan

dengan starting autotransformer.

Kondisi

Berdasarkan Tabel 4.10, Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 dapat dilihat bahwa

tegangan tidak seimbang menyebabkan kenaikan arus pada pengoperasian motor

induksi, baik arus start maupun arus nominalnya. Selain itu suplai tegangan yang

tidak seimbang juga menyebabkan arus yang menyuplai motor tidak terdistribusi

secara merata, hal tersebut disebabkan tegangan yang menyuplai motor tidak

seimbang lagi.

Berikut adalah tabel perbandingan Torsi (Nm), dan Putaran (rpm) terhadap

tingkat ketidakseimbangan tegangan dengan berbagai starting:

Tabel 4.13 Perbandingan Torsi(Nm), dan Putaran(rpm) terhadap tingkat

ketidakseimbangan tegangan starting langsung.

(27)

ketidakseimbangan tegangan starting Y-∆.

Kondisi tegangan Torsi (Nm) Putaran (rpm) Ts Tn

Seimbang 3 1 1410

tidak seimbang

1% 2,75 0,95 1410

tidak seimbang

3% 2,75 0,9 1405

ketidakseimbangan tegangan starting autotransformer.

Kondisi tegangan Torsi (Nm) Putaran (rpm) Ts Tn

Seimbang 2,75 1,1 1410 tidak seimbang

1% 2,4 1 1410

tidak seimbang

3% 2,3 0,95 1405

Berdasarkan Tabel 4.13, Tabel 4.14 dan Tabel 4.15 tersebut dapat dibuat

Grafik 4.1 yang menggambarkan perbandingan torsi start(Ts) dengan

(28)

Grafik 4.1 Perbandingan torsi (Nm) dengan suplai tegangan tidak seimbang.

Berdasarkan Grafik 4.1 tersebut dapat dilihat bahwa torsi start yang paling

besar terjadi pada starting langsung, hal tersebut disebabkan starting langsung

membutuhkan arus start yang tinggi dibandingkan starting yang lainnya. Grafik

4.1 juga menggambarkan bahwa suplai tegangan tidak seimbang menyebabkan

penurunan torsi start dan torsi nominal dibandingkan dengan suplai tegangan

seimbang.

Tabel 4.13, Tabel 4.14 dan Tabel 4.15 juga memberikan informasi bahwa

suplai tegangan tidak seimbang juga menyebabkan penurunan putaran motor

induksi, hal ini terlihat bahwa putaran motor turun dari 1410 rpm menjadi 1405

pada saat ketidakseimbangan tegangan mencapai 3%.

0

Torsi vs Tegangan tidak seimbang

Ts DOL Ts wye-delta TS autotrafo

(29)

Berikut adalah tabel perbandingan efisiensi terhadap tingkat

ketidakseimbangan tegangan dengan berbagai starting:

Tabel 4.16 Perbandingan efisiensi terhadap ketidakseimbangan tegangan dengan

starting langsung.

Tabel 4.17 Perbandingan efisiensi terhadap ketidakseimbangan teganagan dengan

starting Y-∆.

Tabel 4.18 Perbandingan efisiensi terhadap ketidakseimbangan teganagan dengan

(30)

Berdasarkan Tabel 4.16, Tabel 4.17, dan Tabel 4.18 dapat dibuat Grafik

4.2 yang menunjukan perbandingan efisiensi motor pada saat tegangan seimbang

dan pada saat tegangan tidak seimbang sebagai berikut:

Grafik 4.2 Perbandingan efisieni terhadap suplai tegangan tidak seimbang.

Berdasarkan Grafik 4.2 tersebut dapat dilihat bahwa tingkat efisiensi

motor menurun saat terjadi suplai tegangan yang tidak seimbang pada motor.

Penurunan efisiensi yang paling drastis terjadi pada saat starting autotransformer

dengan tingkat ketidakseimbangan tegangan yang sama, yaitu dari 60% pada

suplai tegangan seimbang menjadi 48% pada tingkat ketidakseimbangan tegangan

3%.

Efisiensi vs Tegangan tidak seimbang

(31)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil percobaan dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan

sebagai berikut:

1. Pada saat suplai tegangan seimbang, arus start terbesar terjadi pada

starting langsung, yaitu sebesar 5 A dengan dengan torsi start 3,7 Nm,

sedangkan arus start terkecil terjadi pada starting autotrafo yaitu sebesar

3,1 A dengan torsi start 2,75 Nm. Efisiensi paling besar terjadi pada

starting autotrafo yaitu sebesar 60%.

2. Pada saat suplai tegangan tidak seimbang, arus yang mengalir pada motor

tidak terdistribusi secara merata, yaitu IR = 6 A, IS = 6,2 A, IT = 5,9 A pada

starting langsung , IR = 3,4 A, IS = 3,5 A, IT = 3,3 A pada starting Y-∆, dan

IR = 3,3 A, IS = 3,1 A, IT = 3,4 A pada starting autotrafo, hal ini

disebabkan suplai tegangan yang dibutuhkan motor sudah terganggu. Dan

terjadi peningkatan arus dan penurunan torsi dan putaran motor yang

mengakibatkan terjadinya penurunan efisiensi motor.

3. Semakin besar persentase ketidakseimbangan tegangan akan semakin

(32)

5.2 Saran

Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari tugas akhir ini adalah

sebagai berikut:

1. Melakukan penelitian tegangan tidak seimbang yang diakibatkan

perbedaan sudut fasa dan magnitude.

2. Melakukan penelitan tegangan tidak seimbang dengan kondisi

ketidakseimbangan tegangan yang berbeda dan terhadap kapasitas motor

(33)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

Motor induksi merupakan motor AC yang paling luas digunakan dan dapat

dijumpai dalam setiap penggunaannya pada industri-industri, pembangkit listrik,

ataupun dalam rumah tangga. Motor induksi bekerja dengan adanya perbedaan

antara medan putar distator dan dirotor atau yang disebut slip. Motor induksi

memiliki kelebihan tertentu yaitu kontruksinya yang kuat, sederhana, handal, serta

berbiaya murah. Disamping itu motor induksi juga memiliki efisiensi yang tinggi

saat berbeban penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang banyak. Jika

dibandingkan dengan motor arus searah (dc), motor induksi ini masih memiliki

beberapa kekurangan khususnya dalam hal pengaturan kecepatan. Dimana pada

motor induksi pengaturan kecepatannya masih sukar dilakukan,sementara pada

motor DC hal ini sangat jarang ditemukan [1].

Jika dilihat dari penggunaan sekarang ini motor induksi sangat berperan

penting dalam industri,khususnya motor induksi 3 fasa banyak dijumpai di

perusahaan atau pabrik yang digunakan sebagai sumber penggerak peralatan yang

digunakan. Hal ini dikarenakan motor induksi memiliki keuntungan tersendiri.

Keuntungan dari motor induksi ini antara lain[4]:

1. Bentuknya sederhana, konstruksinya cukup kuat,

2. Biayanya murah dan dapat diandalkan,

3. Efisiensinya tinggi,

(34)

5. Pada waktu mulai beroperasi tidak memerlukan tambahan peralatan

khusus.

Meskipun mesin induksi paling banyak dipergunakan sebagai motor, tetapi

jarang dipergunakan sebagai generator, karakteristik penampilannya sebagai

generator tidak memuaskan pada kebanyakan pemakaiannya disebabkan

diperlukannya pengaturan daya reaktifnya[5].

2.2 Konstruksi Motor Induksi

Motor induksi pada dasarnya memiliki konstruksi yang sama dengan motor

sinkronyaitu memiliki stator dan memiliki perbedaan dalam hal konstruksi

rotornya. Stator dibentuk dari laminasi-laminasi tipis yang terbuat dari aluminium

ataupun dari besi tuang dan kemudian dipasang bersama-sama sehingga

membentuk inti stator dengan slot. Kemudian bagian yang berputar disebut

dengan rotor, rotor ini terletak dibagian dalam dari motor induksi tepatnya

dibagian dalam dari stator. Untuk lebih jelasnya konstrusi dari motor induksi

dapat ditunjukkan oleh Gambar 2.1 berikut:

(35)

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 dilapisi dengan isolasi tipis.

Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris

(Gambar 2.2(c)). Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang

disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor

induksi 3 fasa. Berikut konstruksi stator dan laminasi-laminasi stator ditunjukkan

pada Gambar 2.2 berikut:

a.Stator dan tumpukan laminasi b. Lempengan inti stator c. Tumpukan inti dan

kertas isolasi

(36)

2.2.2 Rotor

Rotor merupakan bagian dari mesin induksi yang berputar dan terletak di

dalam motor induksi. Rotor dari motor induksi terdiri dari 2 bagian yaitu rotor

sangkar (squirrel cage rotor)dan rotor belitan (wound rotor)[6].

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 hasil cetakan tembaga atau

aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor, maka batang rotor ini kelihatan

seperti kandang tupai sehingga disebut motor induksi rotor sangkar tupai.

Berikut gambar rotor sangkar tupai yang ditunjukan oleh Gambar 2.3:

Gambar 2.3 Rotor sangkar tupai

Berbeda dengan rotor belitan (wound rotor), rotor dililit dengan lilitan

terisolasi dengan lilitan stator. Lilitan fasa rotor dihubungkan dengan hubungan

wyedan 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 mengahasilkan torsi yang lebih besar

(37)

Konstruksi motor induksi 3 fasa dengan rotor belitan dapat ditunjukkan

Gambar 2.4 berikut [6]:

Gambar 2.4 Konstruksi rotor belitan 2.3 Medan Putar

Adanya putaran dalam motor induksi 3 fasa 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 [6].

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 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, 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

(38)

Gambar 2.5 Medan putar motor induksi 3 fasa, dan arus 3 fasa seimbang Pada t1 fluks resultan mempunyai arah yang sama dengan arah fluks yang

dihasilkan ole kumparan a-a, pada t2 fluks resultannya dihasilkan oleh kumparan

b-b. Untuk t4, fluks resultannya berlawanan arah dengan fluks resultan yang

dihasilkan pada saat t1 [6].

Arah putaran rotor motor induksi searah dengan putaran medan putar stator,

namun kecepatan putaran rotor lebih rendah daripada kecepatan sinkronnya.

Perbedaan dari kecepatan putar ini disebut dengan slip motor induksi.

2.4 Slip

Perbedaan antara kecepatan sinkron dengan keceptan rotor disebut slip [4].

Motor induksi tidak dapat berputar pada kecepatan sinkron. Jika hal ini terjadi

maka rotor tidak akan berputar relatif terhadap fluksi yang berputar. Maka tidak

(39)

ada arus yang mengalir pada rotor dan tidak akan menghasilkan torsi. Apabila

rotor motor induksi berputar dengan kecepatan nr dan kecepatan medan putar

stator adalah ns maka slip (s) adalah[1]:

�= ns−nr

ns x100% (2.1)

Dimana : ns= kecepatan medan putar distator (Rpm)

nr = kecepatan rotor (Rpm)

Persamaan (2.1) memberikan informasi yaitu:

1. Saat s = 1 dimana nr = 0, ini berarti rotor masih dalam keadaan diam atau

akan berputar.

2. s = 0 menyatakan bahwa ns = nr, ini berarti rotor berputar sampai

kecepatan sinkron. Hal ini dapat terjadi jika arus dc yang diinjeksikan ke

belitan rotor, atau rotor digerakkan secara mekanik.

3. 0 < s < 1, ini berarti kecepatan rotor diantara keadaan diam dengan

kecepatan sinkron. Kecepatan rotor dalam keadaan inilah dikatakan

kecepatan tidak sinkron. Biasanya slip untuk mendapatkan efisiensi yang

tinggi pada saat beban penuh adalah 0,04.

2.5 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa

Motor induksi adalah peralatan pengubah energi listrik keenergi mekanik.

Listrik yang diubah merupakan listrik tiga phasa. 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

(40)

1. Apabila sumber tegangan 3 fasa dihubungkan kekumparan stator maka

kumparan stator akan mengalirkan arus 3 fasa.

2. Arus 3 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 sinkron ns dimana:

Ns = 120�

� (2.2)

4. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada

rotor, akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi

(ggl) sebesar E2 yakni:

5. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl akan

menghasilkan arus I2.

6. Adanya arus I2 didalam medan magnet menimbulkan gaya F pada

rotor.

7. Bila torsi awal yang dihasilkan oleh gaya F pada rotor cukup besar

untuk memikul torsi beban, rotor akan berputar searah dengan medan

putar stator.

8. Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan

(41)

medan putar stator (ns) dengan kecepatan putar rotor (nr). Perbedaan

kecepatan antara ns dan nr disebut dengan slip.

9. Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang

terinduksi pada kumparan rotor tergantung dari besarnya slip.

Tegangan ini dinyatakan E2s yaitu

E2S = 4,44fN2Фm (Volt) (2.4)

Dimana:

E2S = Tegangan induksi pada saat rotor berputar (Volt)

N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor

f = frekuensi rotor yang berputar (Hertz)

10.Bila nr = ns, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan

mengalir pada kumparan jangkar rotor, dengan demikian tidak

dihasilkan torsi. Torsi motor akan timbul apabila nr< ns,dan apabila nr

> ns maka motor induksi beroperasi sebagai generator induksi yang

menghasilkan energi listrik.

2.6 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi

Pada prinsipnya, proses dalam motor induksi identik dengan sebuah

transformator, dengan demikian rangkaian ekivalen motor induksi sama dengan

rangkaian ekivalen transformator. Perbedaan yang ada hanyalah karena pada

kenyataan bahwa kumparan rotor (kumparan sekunder pada transformator) dari

motor induksi berputar, yang mana berfungsi untuk menghasilkan daya mekanik.

Awal dari rangkaian ekivalen motor induksi dihasilkan dengan cara yang sama

(42)

Rangkaian ekivalen motor induksi untuk masing-masing sisi dapat

diperlihatkan sebagai berikut:

2.6.1 Rangkaian Stator Motor Induksi

Fluks pada celah udara yang berputar menghasilkan ggl induksi lawan pada

setiap fasa dari stator. Sehingga tegangan terminal V1 menjadi ggl induksi lawan

dari E1 dan jatuh tegangan pada impedansi bocor stator. Sehingga diperoleh

persamaan tegangan pada stator adalah[5]:

V1 = E1 + I1 ( R1 + X1) (Volt) (2.5)

Dimana:

V1 = Tegangan nominal stator (Volt)

E1 = Ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah udara (Volt)

I1 = Arus stator ( Ampere)

R1 = Resistansi stator (Ohm)

X1 = Reaktansi bocor stator (Ohm)

Sama seperti halnya trafo, maka arus stator (I1) terdiri dari dua buah

komponen. Salah satunya adalah komponen beban (I2). Dan komponen yang

lainnya adalah arus eksitasi Ic (excitting current). Dan arus eksitasi ini dapat

dibagi menjadi dua bagian yaitu, komponen rugi-rugi inti Ic yang sefasa dengan

E1 dan komponen magnetisasi Im yang tertinggal 900 dengan E1. Arus Ic akan

menghasilkan rugi-rugi inti dan arus Im akan menghasilkan resultan fluks celah

udara. Pada trafo arus eksitasi disebut juga arus beban nol, akan tetapi dalam

motor induksi 3 fasa tidak, hal ini disebabkan pada motor induksi arus beban nol

(43)

+ rugi gesek angin + rugi I2R dalam jumlah kecil ) sedangkan pada trafo fungsi

eksitasi untuk menghasilkan fluksi dan menghasilkan rugi-rugi inti.

Rangkaian ekivalen dari stator ini dapat ditunjukkan oleh Gambar 2.6 berikut:

Gambar 2.6Rangkaian ekivalen stator motor induksi

2.6.2 Rangkaian Rotor Motor Induksi

Pada saat motor start dan rotor belum berputar, maka stator dan rotor

memiliki frekuensi yang sama. Tegangan induksi pada rotor dalam kondisi ini

dilambangkan dengan E2. Pada saat rotor sudah berputar, maka besarnya tegangan

induksi pada rotor sudah dipengaruhi slip. Besarnya tegangan induksi pada rotor

pada saat berputar untuk berbagai slip sesuai dengan persamaan berikut[5].

E2S = s E2 (2.6)

Dimana:

E2 = Tegangan Induksi pada rotor pada saat diam (Volt)

E2S = Tegangan induksi pada rotor saat berputar ( Volt)

Tegangan induksi pada saat motor berputar akan mempengaruhi tahanan

dan reaktansi pada rotor. Tahanan pada rotor adalah konstan, dan tidak

dipengaruhi oleh slip. Reaktansi dari motor induksi tergantung pada induktansi

(44)

Pada saat diberikan beban atau dipengaruhi slip, maka besarnya arus yang

mengalir pada rotor adalah:

I2S = E2

R2/s+JX 2 (Ampere) (2.7)

Maka rangkaian ekivalen rotor yang dipengaruhi slip adalah seperti pada Gambar

2.7 berikut :

R2/S

I2S

E2

jX2

Gambar 2.7Rangkaian ekivalen rotor motor induksi yang sudah dipengaruhi slip. Impedansi ekivalen rotor motor induksi pada Gambar 2.7 adalah[5]:

Z2S = R2

S + JX2 (Ohm) (2.8)

Padamotorinduksirotorbelitan,makarotorpadamotorinduksidapatdigantideng

an rangkaian ekivalen rotoryangmemilikibelitan denganjumlah

fasadanbelitanyang samadenganstatorakan tetapi

gayagerakmagnetdanfluksiyangdihasilkan

harussamadenganrotorsebenarnya,makaperformansi rotoryangdilihatdari sisi

primertidakakanmengalamiperubahan.

Sehinggahubunganantarateganganyangdiinduksikanpadarotoryangsebenarny

a (Erotor) dan tegangan yang diinduksikan pada rangkaian ekivalen rotor (E2S)

adalah[5]:

(45)

Dimana:

a adalah perbandingan belitan stator dengan belitan rotor sebenarnya.

Sedangkan hubungan antara arus rotor sebenarnya (IRotor) dengan arus I2S

pada rangkaian ekivalen haruslah[2]:

I2S = I rotor

a (2.10)

Rotor dari motor induksi adalah terhubung singkat, sehingga impedansi

yang diinduksikan tegangan dapat disederhanakan dengan impedansi rotor hubung

singkat. Sehingga hubungan anatara impedansi bocor, slip dan frekuensi dari

rangkaian ekivalen rotor (Z2S) dengan impedansi bocor, slip dan frekuensi rotor

sebenarnya (ZRotor) adalah[5]:

Z2S =

Dengan mengingat kembali impedansi dari rangkaian ekivalen rotor yang

sudah dipengaruhi oleh slip seperti Persamaan (2.8) maka besarnya arus

impedansi bocor slip frekuensi dari rangkaian ekivalen rotor[5]:

Z2S = E2s

I2s =R2 + JsX2 (2.12)

Dimana:

R2 = Tahanan rotor (Ohm)

sX = Reaktansi rotor yang sudah berputar (Ohm)

Z2S = Impedansi slip bocor frekuensi dari rangkaian ekivalen rotor (Ohm)

Pada stator dihasilkan medan putar yang berputar dengan kecepatan sinkron.

Medan putar ini akan menginduksikan ggl induksi pada rangkaian rotor (E2S) dan

menginduksikan ggl lawan pada stator sebesar E2. Bila bukan karena efek

kecepatan, maka tegangan yang diinduksikan pada rangkaian ekivalen rotor (E2S)

(46)

ekivalen rotor memiliki jumlah belitan yang sama dengan rangkaian ekivalen

stator. Akan tetapi dengan kecepatan relative medan putar yang direferensikan

pada sisi rotor adalah s kali kecepatan medan putar yang direfensikan pada sisi

stator, maka hubungan kedua ggl adalah [5]:

E2S = s E1 (2.13)

Karena resultan fluks celah udara ditentukan oleh fasor penjumlahan dari arus stator

dan arus rotor baik itu arus dari rotor sebenarnya maupun arus dari rangkaian ekivalen

rotor, maka dalam hal ini dikarenakan jumlah belitan stator dan rangkaian ekivalen

rotor adalah sama maka hubungan arus yang mengalir pada stator dan rotor adalah [5]:

I2S = I2 (2.14)

Apabila Persamaan (2.13) dibagi dengan Persamaan (2.14) maka diperoleh [5]:

E2s I2s =

sE 2

I2 (2.15)

Dengan mensubtitusikan Persamaan (2.15) kePersamaan (2.12) maka diperoleh [5]:

E2s I2s =

sE 1

I1 = R2 + JsX2 (2.16)

Dengan membagi Persamaan (2.16) berikut dengan s maka diperoleh[5]:

E1 I2 =

R2

S + JX2 (2.17)

Sehingga dari persamaan-persamaan yang sudah dijabarkan diatas diperoleh

suatu rangkaian umum dari rangkaian ekivalen rotor seperti yang ditunjukkan oleh

(47)

X

2

R

2

I

2

E

2

Gambar 2.8Rangkaian ekivalen rotor motor induksi.

Dari penjelasan diatas maka dapat dibuat rangkaian ekivalen perfasa motor

induksi. Gambar 2.9 berikutmenunjukkan gambar rangkaian ekivalen perfasa

motor induksi [6]:

R1 JX1 _I2

Gambar 2.9Rangkaian ekivalen motor induksi

2.7 Efisiensi Motor Induksi

Efisiensimotorinduksi adalah ukuran keefektifanmotorinduksi

untukmengubah energilistrikmenjadienergimekanikyang dinyatakan

sebagaiperbandingan antara masukan dan keluaranataudalambentuk

energilistrikberupaperbandingan Watt keluarandanWattmasukan.

Daya keluaran motor induksi adalah daya mekanis yang dihasilkan motor

(48)

Pout= T.ω (2.18)

Dengan, T = torsi motor (Nm)

ω = Kecepatan putaran (rad/s)

DefinisiNEMA terhadapefisiensienergiadalahbahwa efisiensi merupakan

perbandingan atau rasio dari daya keluaran yang berguna terhadapdayamasukan

total danbiasanyadinyatakan dalampersen. Efisiensi jugasering

dinyatakandengan perbandinganantaradaya keluarandengan daya keluaran

ditambah rugi - rugi,yangdirumuskandalamPersamaan (2.19)berikut[7]:

Ƞ=Pout

rugipadapersamaantersebutadalahpenjumlahankeseluruhankomponenrugi – rugi

yang dibahas sebelumnya. Pada motor induksi pengukuran efisiensi motor induksi

sering dilakukan dengan beberapa cara seperti:

1. Mengukur langsung daya listrik masukan dan daya mekanik keluaran

2. Mengukur langsung seluruh rugi-rugi dan daya masukan

3. Mengukur setiap komponen rugi-rugi dan daya masukan

Dimana pengukuran daya masukan tetap membutuhkan ketiga cara

diatas.Umumnya,daya listrik dapat diukur dengan sangat tepat, keberadaan daya

mekanik lebih sulit untuk diukur. Saat ini lebih dimungkinkan untuk mengukur

torsi dan kecepatan dengan akurat yang bertujuan untuk mengetahui harga

efisiensi yang tepat. Pengukuran kepada keseluruhan rugi-rugi ada yang

berdasarkan kalometri. Walupun pengukran dengan metode ini sangat sulit

(49)

didapat dengan pengukuran langsung pada daya keluaran.

Kebanyakan pabrik menggunakan pengukuran komponen rugi-rugi secara

individual, karena dalam teorinya metode ini tidak memerlukan pembebanan pada

motor dan ini adalah suatu keuntungan pada suatu pabrikan. Keuntungan lainnya

yang sering dibicarakan adalah bahwa benar error pada komponen rugi-rugi tidak

mempengaruhi keseluran efisiensi. Keuntungannya terutama adalah fakta ada

kemungkinan koreksi untuk temperatur lingkungan yang berbeda. Biasanya data

efisiensi yang disediakan oleh pembuat diukur atau dihitung berdasarkan data

tertentu.

2.8 Torsi Motor Induksi

Suatu persamaan torsi dari motor induksi dapat dihasilkan dan dijelaskan

dengan rangkaian Thevenin. Dalam bentuk umumnya, teori thevenin mengizinkan

pergantian sembarang yang terdiri dari unsur-unsur rangkaian linear dan sumber

tegangan tetap [5].

Rangkaian thevenin diasumsikan dengan Gambar 2.10[5] berikut, dimana

sumber tegangan V1eqterhubung seri dengan impedansi Z1eq = R1eq + Jx1eq

Gambar 2.10Rangkaian Ekivalen Thevenin motor induksi

Dari Gambar 2.10(a) besar tegangan Thevenin (V1eq) dan impedansi thevenin

(50)

V1eq = V1(

Dari Gambar 2.10(b) nilai I2dapat dihitung dengan Persamaan (2.22) berikut:

I2 =

V1eq

Z1eq +jX 2+(R2/s) (2.22)

Torsi mekanik pada motor induksi dapat dihitung dengan persamaan berikut:

(2.23)

Dimana:

(2.24)

Torsi motor juga dapat diperoleh dengan meggunakan timbangan torsi, yaitu

dengan menggunakan Persamaan 2.25 berikut:

T(Nm) = m .g.l

1000 (2.25)

Dengan: m = massa (gr)

g = gravitasi (10 ms-2)

l = lengan torsi (0.5 m)

2.9 Metode-metode starting motor induksi 3 fasa

Motor induksi tiga fasa tidak mengalami masalah pengasutan/starting

seperti pada motor sinkron. Motor induksi dapat diasutlangsung dengan

menghubungkan langsung dengan sumber tegangan.Untuk motor induksi rotor

belitan, pengasutan dapat dilakukan pada arus yang relatif kecil dengan

menambahkan tahanan pada belitan rotor melalui cincin slip. Penambahan

(51)

memperkecil arus start. Untuk motor induksi tipe rotor sangkar, pengasutan

motor induksi dapat dilakukan dengan banyak cara tergantung pada daya nominal

motor dan tahanan efektif rotor saat motor distart. Ada beberapa metode starting

motor induksi tiga fasa antara lain [1]:

1. Starting langsung (Direct online starting)

2. Starting wye-delta

3. Starting dengan autotransformator

2.9.1 Starting Langsung (Direct online starting)

Starting langsung (Direct Online Starting)merupakan cara paling

sederhana, dimana stator langsung dihubungkan langsung dengan sumber

tegangan, artinya tidak perlu mengatur atau menurunkan tegangan pada saat

starting. Penggunaan metode ini sering dilakukan untuk motor-motor AC yang

mempunyai kapasitas daya yang kecil[1]. Untuk memperjelas mengenai metode

starting secara langsung perhatikan Gambar 2.11 berikut [8]:

(52)

Keterangan:

So = tombol OFF F2 = Overload Relay

S1 = tombol ON F3 = Control circuit fuse

K1 = Start Contactor U,V,W = Motor winding

F1 = Thermal Overload Relay M = Motor

2.9.2. Starting wye-delta

Metode starting wye-delta 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 dirancang beroperasi pada hubungan delta

dan pada saat starting belitan tersebut terhubung dengan hubungan bintang/wye.

Mula-mula motor distart pada hubungan bintang, ketika kecepatan motor

meningkat maka hubungan pada motor tersebut berganti dari hubungan bintang

ke hubungan delta.

Pada starting hubungan delta [8]:

Arus start per phasa, Isc = V

Zsc (Ampere) (2.26)

Arus starting = √3Isc(Ampere) (2.27)

Pada starting hubungan wye [8]:

Arus start per phasa, Isc = � /√3

�� (Ampere) (2.28)

Arus starting = 1

√3Isc (Ampere) (2.29)

Untuk memperjelas mengenai starting wye-delta, perhatikan diagram skematik

(53)

Gambar 2.12 (a) Diagramdaya starting Y-∆. (b) Diagram kontrol Y-∆. 2.9.3 Starting Autotransformator

Metode starting dengan autotransformator adalah suatu metode starting

yang digunakan untuk mengurangi tegangan pada stator pada saat start, yang

akan membatasi arus start.

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 yang sesuai. Tap dapat dipilih agar

sesuai dengan kopel start yang diperlukan oleh motor untuk dapat mengatasi

beban yang dipikul oleh motor. Pengasutan autotransformator dapat dioperasikan

(54)

Diagram skematik fasa dan diagram kontrol pada starting autotransformer

ditunjukan oleh Gambar 2.13 [8] berikut:

Gambar 2.13 (a) Diagram startingautotransformator (b) Diagramkontrol starting autotransformator

2.10 Tegangan tidak seimbang

Ketika sumber tegangan yang disuplai pada motor induksi 3 fasa tidak

merata, maka akan dihasilkan arus tidak seimbang pada kumparan stator.

Tegangan tidak seimbang dalam persentase yang kecil akan menghasilkan arus

tidak seimbang dalam jumlah besar. Jika sumber tegangan tidak seimbang, maka

nilai daya pada motor induksi 3 fasa rotor sangkar tupai harus dikali dengan faktor

pengali seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.14 untuk kemungkinan

pengurangan beban pada motor. Mengoperasikan motor dengan

(55)

Hubungan faktor derating motor induksi dengan tingkat ketidakseimbangan

tegangan dalam persen ditunjukan oleh Gambar 2.14 [7] berikut:

Gambar 2.14 Kurva penurunan rating motor induksi 3 fasa.

Berdasarkan gambar kurva penurunan rating motor induksi 3 fasa terhadap

suplai tegangan tidak seimbang, jika terjadi ketidakseimbangan tegangan sebesar

1% maka tidak ada masalah, jika ketidakseimbangan tegangan sebesar 2% maka

terjadi penurunan rating motor sebesar 0,96. Demikian seterusnya tergantung pada

persentase ketidakseimbangan tegangan hingga mencapai penurunan rating

sebesar 0,76 pada ketidakseimbangan tegangan 5% [9].

Ada banyak kondisi ketidakseimbangan tegangan yang terjadi dengan VUF

(Voltage Unbalanced Factor) yang sama, salah satunya adalah Single Phase

Under Voltage Unbalance. Dimana pada kondisi tersebut salah satu fasa dari sistem tiga fasa bertegangan lebih rendah dibandingkan dengan tegangan

nominalnya [10].

Tegangan tidak seimbang dalam persen didefinisikan berdasarkan

Persamaan 2.30 berikut [7][9]:

V��(%) =Selisih tegangan maksimum dari tegangan rata−rata

(56)

Sebagai contoh, jika tegangan tidak seimbang yang menyuplai motor

induksi 3 fasa adalah Vab= 450 V, Vbc= 363,6 V, Vca= 405 V [7][9]. Maka

tegangan rata-rata yang masuk ke motor adalah 406,2 V dan selisih tegangan

maksimum dari tegangan rata-rata adalah 43,8 V. Berdasarkan Persamaan 2.30

akan diperoleh besar persentase ketidakseimbangan tegangan yang menyuplai

motor. Yaitu:

% �� = 43.8

406.2� 100 = 10.78 %

Penyebab tegangan tidak seimbang termasuk impedansi saluran transmisi

dan saluran distribusi yang tidak sama, distribusi beban-beban satu fasa yang tidak

merata dalam jumlah besar, dan lain-lain. Ketika beban tiga fasa seimbang

dihubungkan dengan sistem suplai yang tidak seimbang, maka arus yang dialirkan

ke beban juga tidak seimbang. Oleh karena itu sangat sulit atau tidak mungkin

untuk menyediakan suatu sistem suplai tegangan seimbang yang sempurna kepada

konsumen, sehingga perlu dilakukan berbagai upaya untuk meminimalisasikan

pengaruh ketidakseimbangan tegangan dan mengurangi pengaruhnya pada beban–

(57)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Motor induksi 3 fasa merupakan motor arus bolak-balik yang paling luas

digunakan dalam dunia industri sebagai penggerak. Harganya yang relatif murah,

konstruksi yang kuat, sederhana, mudah pemeliharaanya dan cukup tingginya

nilai efisiensi yang dimilikinya menjadikan motor induksi 3 fasa lebih banyak

digunakan dalam berbagai kegiatan perindustrian [1].

Secara umum, motor induksi dapat dioperasikan baik dengan

menghubungkan motor secara langsung ke rangkaian pencatu ataupun dengan

mengenakan tegangan yang telah dikurangi ke motor selama periode starting [2].

Permasalahan tegangan tidak seimbang yang menyuplai motor induksi 3

fasa merupakan salah satu masalah dalam pengoperasian motor induksi 3 fasa.

Tegangan tidak seimbang dapat disebabkan oleh berbagai macam gangguan

asimetri pada sistem tenaga dan kegagalan studi peramalan beban sehingga

distribusi beban disetiap fasanya tidak sama.

Adanya ketidakseimbangan tegangan suplai 3 fasa pada motor induksi 3

fasa akan mempengaruhi unjuk kerja motor induksi 3 fasa, hal ini disebabkan

adanya arus yang berlebih pada salah satu fasa yang menyuplai motor induksi 3

fasa yang berakibat pada perubahan torsi start, putaran, dan efisiensinya.

Di lapangan, motor induksi 3 fasa dapat diasut/start dengan berbagai metode

starting, antara lain yang umum digunakan yaitu starting langsung, starting

(58)

Salah satu masalah yang sering muncul pada saat pengasutan adalah

besarnya nilai arus start yang dihasilkan yang bisa mencapai 5-6 kali dari arus

nominal motor [3]. Untuk motor-motor yang besar hal ini tidak dapat diizinkan,

karena akan menggangu jaringan, dan akan merusak motor itu sendiri. Hal ini

perlu diperhatikan untuk metode starting yang digunakan sesuai dengan keperluan

pengoperasin motor induksi tiga fasa tersebut[1].

Oleh sebab itu perlu dilakukan percobaan dan analisis untuk mengetahui

seberapa besar pengaruh tegangan tidak seimbang terhadap unjuk kerja motor

induksi 3 fasa dengan berbagai metode starting yang digunakan dalam

pengoperasiannya. Sehingga dapat diperhatikan bagaimana relevansinya terhadap

operasi motor induksi pada tegangan yang tidak seimbang dengan menggunakan

metode pengasutanmotor induksi 3 fasa.

1.2 Perumusan Masalah

Adapun perumusan masalah dari tugas akhir ini adalah:

1. Bagaimana unjuk kerja motor induksi 3 fasapada tegangan seimbang

dengan metode starting langsung.

2. Bagaimana unjuk kerja motor induksi 3 fasa pada tegangan seimbang

dengan metode starting wye-delta.

3. Bagaimana unjuk kerja motor induksi 3 fasa pada tegangan seimbang

dengan metode starting autotransformer.

4. Bagaimana unjuk kerja motor induksi 3 fasa pada tegangan tidak seimbang

dengan metode starting langsung.

(59)

dengan metode autotransformer.

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir adalah:

1. Untuk mengetahuiunjuk kerja motor induksi 3 fasa pada tegangan

seimbang dengan menggunakan berbagai metode starting.

2. Untuk mengetahui unjuk kerja motor induksi 3 fasa pada tegangan tidak

seimbang dengan menggunakan berbagai metode starting.

3. Untuk mengetahui perbandingan antara pengaruh tegangan seimbang dan

tegangan tidak seimbang tehadap unjuk kerja motor induksi dengan

menggunakan metode-metode starting.

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dari penulisan dari penulisan tugas akhir ini

adalah:

1. Definisi tegangan tidak seimbang yang digunakan dalam tulisan ini adalah

definisi yang digunakan NEMA standard MG1. 2009.

2. Analisis data berdasarkan penelitian di Laboratorium Konversi Energi

Listrik FT. USU.

3. Unjuk kerja yang diamati dalam tulisan ini adalah arus start, kecepatan

putaran, torsi start dan efisiensi motor induksi 3 fasa.

4. Tidak membahas ketidakseimbangan tegangan yang disebabkan oleh

ketidakseimbangan sudut fasa dan tidak melibatkan teori

(60)

5. Beban yang dipikul oleh motor induksi 3 fasa adalah beban tetap (beban

tidak berubah-ubah).

6. Motor induksi yang digunakan adalah motor induksi 3 fasa yang terdapat

pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT. USU.

7. Metode starting yang digunakan adalah metode starting langsung, metode

starting wye-delta, dan metode starting autotransformer.

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui karateristik unjuk kerja motor induksi 3 fasa saat tegangan

seimbang dan tegangan tidak seimbang dengan menggunakan berbagai

metode starting.

2. Mengetahui metode starting terbaik dalam pengoperasian motor induksi

akibat pengaruh ketidakseimbangan tegangan.

3. Memberikan informasi kepada pembaca bagaimana pengaruh tegangan

tidak seimbang tersebut terhadap unjuk kerja motor induksi 3 fasa pada

(61)

ABSTRAK

Motor induksi 3 fasa merupakan motor AC yang paling sering digunakan

dalam dunia industri dan rumah tangga, hal ini disebabkan konstruksinya yang

sederhana dan kehandalannya yang tangguh. Motor induksi dapat dioperasikan

dengan starting langsung, Y-∆, dan autotransformer. Motor induksi disuplai oleh

tegangan 3 fasa yang seimbang agar dapat beroperasi dengan baik. Namun apabila

suplai tegangannya tidak seimbang akan mempengaruhi unjuk kerja motor induksi

3 fasa.

Pada Tugas Akhir ini, penulis menganalisis pengaruh tegangan tidak

seimbang terhadap unjuk kerja motor induksi 3 fasa dengan menggunakan

berbagai macam starting. Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan, terjadi

peningkatan arus akibat suplai tegangan tidak seimbang dan terjadi penurunan

torsi dan putaran motor akibat suplai tegangan yang tidak seimbang yang

mengakibatkan efisiensi motor ikut menurun. Peningkatan arus terbesar tejadi

pada starting langsung yaitu 5 A pada saat tegangan seimbang dan 6.3 A pada

ketidakseimbangan 3%. Penurunan efisiensi terbesar terjadi pada starting

autotransformer yaitu 60% pada saat tegangan seimbang dan menurun hingga

48% pada saat ketidakseimbangan 3%.

(62)

TUGAS AKHIR

ANALISIS TEGANGAN TIDAK SEIMBANG TERHADAP UNJUK KERJAMOTOR INDUKSI 3 FASA PADA BERBAGAI METODE

STARTING

(Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik USU) Diajukan untuk memenuhi syarat dalam

Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik ElektroFakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh

110402078

AFRISANTO PAKPAHAN

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(63)

(64)