Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai

59  24  Download (3)

Teks penuh

(1)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

ANALISIS PENGARUH JATUH TEGANGAN JALA-JALA TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA

ROTOR SANGKAR TUPAI

(Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

O L E H

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2009

(2)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

ABSTRAK

Listrik merupakan salah satu kebutuhan yang sangat penting dan dibutuhkan oleh semua lapisan masyarakat. Listrik dipergunakan untuk kepentingan penerangan, menunjang proses produksi pada pabrik-pabrik seperti pengoperasian motor induksi. Pengoperasian motor induksi diharapkan dapat beroperasi secara normal sesuai dengan karakteristik kerja yang dikehendaki, namun tidak dapat di pungkiri adanya gangguan yang dapat menimbulkan kerusakan terhadap sistem kerja motor, salah satunya adalah jatuh tegangan jala-jala.

Jatuh tegangan jala-jala akan mengakibatkan putaran rotor turun, arus input motor besar seiring berkurangnya suplai tegangan jala-jala, dengan bertambahnya arus mengakibatkan panas pada motor induksi. Jatuh tegangan jala-jala mengakikibatkan turunnya daya input motor induksi tiga fasa, hal ini juga akan berpengaruh pada faktor daya yang semakin kecil.

(3)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... ( i )

ABSTRAK ...( iii )

DAFTAR ISI... ( iv )

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang ... 1

I.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 1

I.3. Batasan Masalah ... 2

I.4. Metode Penulisan ... 2

I.5. Sistematika Penulisan ... 3

BAB II MOTOR INDUKSI TIGA PHASA II.1. Umum ... 4

II.2. Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa ... 4

II.3. Prinsip Medan Putar ... 8

II.4. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa ... 12

II.5. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa ... 15

II.6. Aliran Daya Pada Motor Induksi ... 21

II.7. Torsi Motor Induksi Tiga Fasa ... 24

II.8. Efisiensi Motor Induksi Tiga Fasa ... 29

(4)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

BAB III PENGUJIAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA

III.1.Umum ... 33

III.2.Tujuan Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa ... 33

III.3.Peralatan Pengujian ... 36

III.4.Gambar Diagram Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa...37

III.5.Langkah Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa...37

III.6.Data Hasil Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa...38

BAB IV ANALISIS PENGARUH JATUH TEGANGAN JALA-JALA TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA IV.1.Umum ... 39

IV.2.Analisis Data Pengujian ... 48

1. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Arus Input Motor Induksi Tiga Fasa ... 43

2. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Putaran Rotor ... 44

3. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Faktor Daya ... 44

4. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Daya Input Motor ... 45

5. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Daya Output Motor ... 46

6. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Rugi Daya Motor ... 46

7. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Efisiensi Motor ... 47

IV.3.Analisa Perhitungan ... 47

(5)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

BAB V PENUTUP

(6)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

BAB I

PENDAHULUAN

I.1.

Latar Belakang

Motor induksi merupakan motor listrik yang banyak dimanfaatkan pada industri-industri dan peralatan rumah tangga. Namun seiring perkembangan teknologi dalam sistem tenaga listrik, ukuran tingkat keandalan menjadi faktor tuntutan yang utama.

Pada motor induksi tiga fasa jenis rotor sangkar tupai, adanya jatuh tegangan jala-jala akan dapat mempengaruhi sistem kerja dari motor induksi tiga fasa Jenis rotor sangkar tupai dalam pemakaiannya. Walaupun pengaruhnya berlangsung dalam waktu singkat, hal itu berpangaruh pada daya output motor pada saat dibebani dan saat start dari motor tersebut. Karena harga kopel yang dibangkitkan oleh motor induksi tiga fasa sebanding dengan kuadrat tegangan, maka motor ini menjadi sensitif sekali terhadap perubahan tegangan jala-jala.

Dalam penelitian ini Penulis akan mencoba menganalisa pengaruh perubahan tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja motor induksi tiga fasa jenis rotor sangkar tupai pada saat beroperasi. Dengan menggunakan cara yang sistematis, sehingga dapat diketahui seberapa besar pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja dari motor induksi tersebut.

I.2.

Tujuan Dan Manfaat Penulisan

(7)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Manfaat dari Tugas Akhir ini adalah sebagai informasi dalam memperkaya pengetahuan para pembaca tentang unjuk kerja Motor Induksi tiga fasa.

I.3.

Batasan Masalah

Untuk memfokuskan masalah yang ingin dibahas, perlu dibuat batasan masalah. Adapun batasan masalah dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Dalam tugas akhir ini penulis hanya membahas motor induksi rotor sangkar. 2. Tidak membahas pengasutan dan pengaturan kecepatan motor.

3. Rugi inti, gesek dan angin diabaikan.

4. Pembahasan dilakukan seputar keluaran dari motor yang merupakan masukan pada alat ukur.

5. Jenis beban tidak dibahas secara mendetail.

I.4.

Metode Penulisan

Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi diantaranya :

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 lapangan yaitu dengan melaksanakan percobaan di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU

(8)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

I.5.

Sistematika Penulisan

Tugas Akhir ini disusun berdasarkan sistematika sebagai berikut : BAB I : Pendahuluan

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.

BAB II : Teori Dasar

Bab ini menjelaskan tentang motor induksi tiga fasa secara umum, konstruksi motor induksi tiga fasa, prinsip medan putar, prinsip kerja motor induksi tiga fasa, rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa, torsi motor induksi tiga fasa, aliran daya motor induksi tiga fasa, effisiensi motor induksi tiga fasa dan jatuh tegangan jala-jala.

BAB III : Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa

Bab ini menjelaskan tentang tujuan pengujian motor induksi tiga fasa, peralatan yang digunakan dalam pengujian motor induksi tiga fasa, gambar rangkaian pengujian motor induksi tiga fasa, langkah-langkah pengujian motor induksi tiga fasa, dan data hasil pengujian motor induksi tiga fasa. BAB IV: Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Unjuk Kerja Motor

Induksi Tiga Fasa.

Bab ini menjelaskan tentang analisis data pengujian, analisis perhitungan, analisis pengukuran dan perhitungan.

BAB V: Kesimpulan dan Saran

(9)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

BAB II

MOTOR INDUKSI TIGA FASA

II.1. Umum

Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik (AC) yang paling luas digunakan dan dapat dijumpai dalam setiap aplikasi industri maupun rumah tangga. Pada motor ini putaran rotornya tidak sama dengan putaran medan stator, dengan kata lain putaran rotor dengan putaran medan pada stator terdapat selisih putaran yang disebut slip.

Motor ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana, handal, serta berbiaya murah. Di samping itu motor ini juga memiliki effisiensi yang tinggi saat berbeban penuh, tidak membutuhkan perawatan yang banyak dan dapat dihubungkan langsung ke sumber daya tiga fasa. Akan tetapi jika dibandingkan dengan motor DC, motor induksi masih memiliki kelemahan dalam hal pengaturan kecepatan. Dimana pada motor induksi pengaturan kecepatan sangat sukar untuk dilakukan, sementara pada motor DC hal yang sama tidak dijumpai.

II.2. Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa

(10)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap belitan tersebar dalam alur yang disebut belitan fasa dimana untuk motor tiga fasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120o. Kawat belitan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris (Gambar 2.1.(c)). Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang telah disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga fasa.

(a) (b)

(c)

Gambar 2.1. Komponen Stator Motor Induksi Tiga Fasa, (a) Lempengan Inti, (b) Tumpukan

Inti dengan Kertas Isolasi pada Beberapa Alurnya, (c) Tumpukan Inti dan Belitan Dalam

(11)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Rotor motor induksi tiga fasa dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu rotor sangkar (squirrel cage rotor) dan rotor belitan (wound rotor). 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 shorting rings.

Batang rotor dan cincin ujung motor sangkar yang lebih kecil adalah coran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Dalam motor yang lebih besar, batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan ke dalam alur rotor dan kemudian dilas dengan kuat ke cincin ujung. Batang rotor motor sangkar tidak selalu ditempatkan paralel terhadap poros motor tetapi kerapkali dimiringkan. Hal ini akan menghasilkan torsi yang lebih seragam dan juga mengurangi derau dengung magnetik sewaktu motor sedang berputar.

Pada ujung cincin penutup dilekatkan sirip yang berfungsi sebagai pendingin. Rotor jenis rotor sangkar standar tidak terisolasi, karena batangan membawa arus yang besar pada tegangan rendah. Motor induksi dengan rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.2

(a) (b)

Gambar 2.2. Rotor Sangkar, (a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Bagian-Bagian Rotor Sangkar

(12)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

(a) (b)

Gambar 2.3. (a) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Kecil,

(b) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Besar

(13)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Gambar 2.4. Skematik Rotor Belitan Motor Induksi

Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal yang berfungsi membatasi arus pengasutan dan yang bertanggung jawab terhadap pemanasan rotor. Selama pengasutan, penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan menghasilkan torsi pengasutan yang lebih besar dengan arus pengasutan yang lebih kecil dibanding dengan rotor sangkar. Konstruksi motor tiga fasa rotor belitan ditunjukkan pada gambar 2.5 di bawah ini.

(a) (b)

Gambar 2.5. (a) Rotor Belitan, (b) Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa dengan Rotor

Belitan

II.3. Prinsip Medan Putar

Apabila belitan stator dihubungkan dengan catu daya tiga fasa maka akan dihasilkan medan magnet yang berputar. Medan magnet ini dibentuk oleh kutub – kutubnya yang berada pada posisi yang tidak tetap pada stator tetapi berubah – ubah mengelilingi stator. Adapun magnitud dari medan putar ini selalu tetap yaitu sebesar 1.5 Φm dimana Φm adalah fluks yang disebabkan suatu fasa.

(14)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

ditunjukkan sebagai IR, IS, dan IT, maka fluks yang dihasilkan oleh arus – arus ini

adalah :

ΦR = Φm sin ωt ...( 2.1a )

ΦS = Φm sin (ωt – 120o)...( 2.1b )

ΦT = Φm sin (ωt – 240o)...( 2.1c )

Gambar 2.6. Gambar 2.7.

Arus Tiga Fasa Setimbang Diagram Phasor Fluksi Tiga Fasa Setimbang

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 2.8

(15)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

(a). Pada keadaan 1 ( gambar 2.8 ), ωt = 0 ; arus dalam fasa R bernilai nol sedangkan besarnya arus pada fasa S dan fasa T memiliki nilai yang sama dan arahnya berlawanan. Dalam keadaan seperti ini arus sedang mengalir ke luar dari konduktor sebelah atas dan memasuki konduktor sebelah bawah. Sementara resultan fluks yang dihasilkan memiliki besar yang konstan yaitu sebesar 1,5 Φm

dan dibuktikan sebagai berikut :

ΦR = 0 ; ΦS = Φm sin ( -120o ) =

2 3 − Φm ;

ΦT = Φm sin ( -240o ) =

2 3

Φm

Oleh karena itu resultan fluks, Φr adalah jumlah phasor dari ΦT dan – ΦS

Sehinngga resultan fluks, Φr = 2 x

2 3

Φm cos 30o = 1,5 Φm

(b). Pada keadaan 2, arus bernilai maksimum negatif pada fasa S, sedangkan pada R dan fasa T bernilai 0,5 maksimum pada fasa R dan fasa T, dan pada saat ini ωt = 30o, oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing – masing fasa :

ΦR = Φm sin ( -120o) = 0,5 Φm

ΦS= Φm sin ( -90o ) = - Φm

ΦT= Φm sin (-210o) = 0,5 Φm

Maka jumlah phasor ΦR dan - ΦT adalah = Φr’ = 2 x 0,5 Φmcos 60 = 0,5 Φm.

(16)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks berpindah sejauh 30o dari posisi pertama.

(c). Pada keadaan ini ωt = 60o, arus pada fasa R dan fasa T memiliki besar yang sama dan arahnya berlawanan ( 0,866 Φm ), oleh karena itu fluks yang diberikan oleh

masing – masing fasa :

ΦR = Φm sin ( 60o ) =

2 3

Φm

ΦS= Φm sin ( -60o ) =

2 3 − Φm

ΦT= Φm sin ( -180o ) = 0

Maka magnitud dari fluks resultan : Φr = 2 x

2 3

Φm cos 30o = 1,5 Φm

Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks berpindah sejauh 60o dari posisi pertama.

(d). Pada keadaan ini ωt = 90o, arus pada fasa R maksimum ( positif), dan arus pada fasa S dan fasa T = 0,5 Φm , oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing –

masing fasa

ΦR = Φm sin ( 90o) = Φm

ΦS= Φm sin ( -30o ) = - 0,5 Φm

ΦT= Φm sin (-150o) = - 0,5 Φm

Maka jumlah phasor - ΦT dan – ΦSadalah = Φr’ = 2 x 0,5 Φmcos 60 = 0,5 Φm.

(17)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks berpindah sejauh 90o dari posisi pertama.

II.4. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa

Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga fasa, maka pada stator akan dihasilkan arus tiga fasa, arus ini menghasilkan medan magnetik yang berputar dengan kecepatan sinkron. Ketika medan melewati konduktor rotor, dalam konduktor ini diinduksikan ggl yang sama seperti ggl yang diinduksikan dalam belitan sekunder transformator oleh fluksi arus primer. Rangkaian rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui cincin ujung atau tahanan luar, ggl induksi menyebabkan arus mengalir dalam konduktor rotor. Jadi arus yang mengalir pada konduktor rotor dalam medan magnet yang dihasilkan stator akan menghasilkan gaya (F) yang bekerja pada rotor.

Gambar – 2.9 di bawah ini menggambarkan penampang stator dan rotor motor induksi, dengan medan magnet diumpamakan berputar searah jarum jam dan dengan statornya diam seperti pada saat start.

Gambar 2.9. Penampang Rotor dan Stator Motor Induksi Memperlihatkan Medan

(18)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Untuk arah fluksi dan gerak yang ditunjukkan gambar 2.9, penggunaan aturan tangan kanan fleming bahwa arah arus induksi dalam konduktor rotor menuju pembaca. Pada kondisi seperti itu, dengan konduktor yang mengalirkan arus berada dalam medan magnet seperti yang ditunjukkan, gaya pada konduktor mengarah ke atas karena medan magnet di bawah konduktor lebih kuat dari pada medan di atasnya. Agar sederhana, hanya satu konduktor rotor yang diperlihatkan. Tetapi, konduktor – konduktor rotor yang berdekatan lainnya dalam medan stator juga mengalirkan arus dalam arah seperti pada konduktor yang ditunjukkan, dan juga mempunyai suatu gaya ke arah atas yang dikerahkan pada mereka. Pada setengah siklus berikutnya, arah medan stator akan dibalik, tetapi arus rotor juga akan dibalik, sehingga gaya pada rotor tetap ke atas. Demikian pula konduktor rotor di bawah kutup – kutup medan stator lain akan mempunyai gaya yang semuanya cenderung memutarkan rotor searah jarum jam. Jika kopel yang dihasilkan cukup besar untuk mengatasi kopel beban yang menahan, motor akan melakukan percepatan searah jarum jam atau dalam arah yang sama dengan perputaran medan magnet stator.

Untuk memperjelas prinsip kerja motor induksi maka dapat dijabarkan langkah-langkah untuk menjalankan motor induksi adalah sebagai berikut :

1. Apabila belitan stator dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa yang setimbang maka akan dihasilkan arus pada tiap belitan fasa.

2. Arus pada tiap fasa menghasilkan fluksi bolak-balik yang berubah-ubah

3. Amplitudo fluksi yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan arahnya tegak lurus terhadap belitan fasa

(19)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

e1 =

5. Penjumlahan ketiga fluksi bolak-balik tersebut disebut medan putar yang berputar dengan kecepatan sinkron ns, besarnya nilai ns ditentukan oleh jumlah kutub p dan

frekuensi stator f yang dirumuskan dengan

p f

ns =120× ( rpm )

6. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada belitan rotor timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E2 yang

besarnya

E2 =4,44fN2Φm ( Volt )

dimana :

E2 = Tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (Volt) N2 = Jumlah belitan belitan rotor

Фm = Fluksi maksimum(Wb)

7. Karena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl tersebut akan menghasilkan arus I2

8. Adanya arus I2 di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F pada rotor

9. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah medan putar stator

10.Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan sinkron. Perbedaan kecepatan medan stator (ns) dan kecepatan rotor (nr) disebut slip (s)

dan dinyatakan dengan

(20)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

11.Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi pada belitan rotor akan bervariasi tergantung besarnya slip. Tegangan induksi ini dinyatakan dengan E2s yang besarnya

E2s = 4,44sfN2Φm ( Volt )

dimana

E2s = tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar (Volt)

f2 = s.f = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam

keadaan berputar)

12.Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada

belitan rotor, karenanya tidak dihasilkan kopel. Kopel ditimbulkan jika nr < ns

II.5. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa

Untuk menentukan rangkaian ekivalen dari motor induksi tiga fasa, pertama – tama perhatikan keadaan pada stator. Gelombang fluks pada celah udara yang berputar serempak membangkitkan ggl lawan tiga fasa yang seimbang di dalam fasa – fasa stator. Besarnya tegangan terminal stator berbeda dengan ggl lawan sebesar jatuh tegangan pada impedansi bocor stator, sehingga dapat dinyatakan dengan persamaan 2.2.

1

V = E1 + I1( R1 + jX1 ) Volt ………….(2.2)

Di mana: V1 = tegangan terminal stator (Volt)

1

(21)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

1

R = resistansi efektif stator (Ohm)

1

X = reaktansi bocor stator (Ohm)

Seperti halnya transformator, arus stator dapat dipecah menjadi dua komponen, komponen beban dan komponen penetralan. Komponen beban I 2 menghasilkan suatu fluks yang akan melawan fluks yang diakibatkan arus rotor. Komponen penetralan IΦ , merupakan arus stator tambahan yang diperlukan untuk menghasilkan fluks celah udara resultan. Arus penetralan dapat dipecah menjadi komponen rugi – rugi inti I yang sefasa dengan c E1 dan komponen magnetisasi I m

yang tertinggal dari E sebesar 1 90°. Sehingga dapat dibuat rangkaian ekivalen pada stator, seperti gambar – 2.10 di berikut ini.

Gambar 2.10. Rangkaian Ekivalen perfasa pada Stator

(22)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

diimbaskan pada rotor yang sebenarnya dan tegangan E2s yang diimbaskan pada

rotor ekivalen adalah

s

E2 = aErotor………..(2.3)

Bila rotor – rotor akan diganti secara magnetis, belitan – ampere masing – masing harus sama, dan hubungan antara arus rotor sebenarnya Irotor dan arus I2s

pada rotor ekivalen haruslah

s

I2 = a Irotor

……….(2.4)

Akibatnya hubungan antara impedansi bocor frekuensi slip Z2S dari rotor ekivalen dan impedansi bocor frekuensi slip Zrotor dari rotor yang sebenarnya haruslah sebagai berikut

Z2S= =

Karena rotor terhubung singkat, hubungan fasor antara ggl frekuensi slip E2s

yang dibangkitkan pada fasa patokan dari rotor patokan dan arus I2s pada fasa

tersebut adalah

=

Z2 = impedansi bocor rotor frekuensi slip tiap fasa berpatokan pada stator (Ohm)

2

R = tahanan rotor (Ohm)

2

(23)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Reaktansi yang didapat pada persamaan (2.6) dinyatakan dalam cara yang demikian karena sebanding dengan frekuensi rotor dan slip. Jadi X didefinisikan 2 sebagai harga yang akan dimiliki oleh reaktansi bocor pada rotor dengan patokan pada frekuensi stator.

Pada stator ada gelombang fluks yang berputar pada kecepatan sinkron. Gelombang fluks ini akan mengimbaskan tegangan pada rotor dengan frekuensi slip sebesar E2s dan ggl lawan stator E . Bila bukan karena efek kecepatan, tegangan 1 rotor akan sama dengan tegangan stator, karena belitan rotor identik dengan belitan stator. Karena kecepatan relatif gelombang fluks terhadap rotor adalah s kali kecepatan terhadap stator, hubungan antara ggl efektif pada stator dan rotor adalah

s

E2 = sE1………..(2.7)

Gelombang fluks magnetik pada rotor dilawan oleh fluks magnetik yang dihasilkan komponen beban I dari arus stator, dan karenanya, untuk harga efektif 2

s

I2 = I ...(2.8) 2

Dengan membagi persamaan (2.7) dengan persamaan (2.8) didapatkan persamaan 2.9 berikut ini :

Didapat hubungan antara persamaan (2.8) dengan persamaan (2.9), yaitu

(24)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

1

Dengan membagi persamaan (2.10) dengan s, maka didapat

2

Dari persamaan (2.11) dapat dibuat rangkaian ekivalen untuk rotor

Dari persamaan (2.6) , (2.7) dan (2.11) maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen pada rotor pada gambar 2.11 di bawah ini.

Gambar 2.11. Rangkaian Ekivalen Perfasa pada Rotor

s

Dari penjelasan mengenai rangkaian ekivalen pada stator dan rotor di atas, maka dapat dibuat rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa pada masing – masing fasanya. Perhatikan gambar 2.12 .

(25)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

1

Untuk mempermudah perhitungan maka rangkaian ekivalen pada gambar– 2.12 diatas dapat dilihat dari sisi stator, rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa akan dapat digambarkan sebagai berikut.

Gambar 2.13. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator

Atau seperti gambar berikut.

Gambar 2.14. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator

(26)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

1

tinggi. Untuk itu dalam rangkaian ekivalen R dapat dihilangkan (diabaikan), seperti c terlihat pada gambar 2.15 di bawah ini.

Gambar 2.15. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator dengan

Mengabaikan Rc

II.6. Aliran Daya Pada Motor Induksi

Pada motor induksi, tidak ada sumber listrik yang langsung terhubung ke rotor, sehingga daya yang melewati celah udara sama dengan daya yang diinputkan ke rotor.

Dari rumus ini kita bisa mengambil kesimpulan terhadap hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (I), Daya Input (Pin) dan Faktor daya (cos θ).

(27)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

r

ditransfer melalui celah udara (PAG) sama dengan penjumlahan rugi-rugi tembaga

rotor (PRCL) dan daya yang dikonversi (Pconv). Daya yang melalui celah udara ini

sering juga disebut sebagai daya input rotor.

PAG =PRCL +Pconv (Watt)...(2.14)

Diagram aliran daya motor induksi dapat dilihat pada Gambar 2.16 di bawah ini.

Gambar 2.16 Aliran Daya Motor Induksi.

Dimana : - PSCL = rugi – rugi tembaga pada belitan stator (Watt)

(28)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Hubungan antara rugi-rugi tembaga rotor dan daya mekanis dengan daya masukan rotor dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

PRCL =3

( )

I2' 2R2' = sPAG ( Watt )...(2.16)

Dari gambar 2.16 dapat dilihat bahwa motor induksi juga mengalami rugi-rugi gesek + angin (PG&A), sehingga daya mekanis keluaran sama dengan daya yang

dikonversi (Pconv) dikurangi rugi-rugi gesek + angin.

Pout = Pconv – PG&A

Secara umum, perbandingan komponen daya pada motor induksi dapat dijabarkan dalam bentuk slip yaitu :

PAG : PRCL : Pconv = 1 : s : 1 – s

II.7. Torsi Motor Induksi Tiga Fasa

Dari rangkaian ekivalen dan diagram aliran daya motor induksi tiga fasa yang telah diperoleh sebelumnya dapat diturunkan suatu rumusan umum untuk torsi induksi sebagai fungsi dari kecepatan. Torsi motor induksi diberikan oleh persamaan:

τind =

(29)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

motor. Karena kecepatan sinkron selalu tetap, maka daya pada celah udara akan menentukan besar torsi induksi pada motor.

Meskipun terdapat berbagai cara menyelesaikan rangkaian seperti gambar 2.15, untuk menentukan besarnya arus I2, kemungkinan penyelesaian yang paling

mudah dapat dilakukan dengan menentukan rangkaian ekivalen Thevenin dari gambar tersebut.

Agar dapat menghitung ekivalen Thevenin dari sisi input rangkaian ekivalen motor induksi, pertama – tama terminal X’s dihubung buka (open - circuit ), kemudian tegangan open circuit di terminal tersebut ditentukan. Untuk menentukan impedansi Thevenin, maka tegangan fasa dihubung singkat ( short – circuit ) dan Zeq

ditentukan dengan melihat ke dalam sisi terminal.

Gambar 2.17. Tegangan Ekivalen Thevenin pada Sisi Rangkaian Input

Dari gambar 2.17 ditunjukkan bahwa terminal di open – circuit untuk mendapatkan tegangan ekivalen Thevenin. Oleh karena itu dengan aturan pembagi tegangan diperoleh :

TH V = V1

1 M

M Z Z

(30)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

(

)

2

Magnitud dari tegangan Thevenin VTH adalah :

TH

V = V1 ...(2.20)

Karena reaktansi magnetisasi XM >> X1 dan XM >> R1, harga pendekatan dari

magnitud tegangan ekivalen Thevenin :

TH

V V1 . ...(2.21)

Gambar 2.18 menunjukkan tegangan input dihubung singkat. Impedansi ekivalen Thevenin dibentuk oleh impedansi paralel yang terdapat pada rangkaian.

Gambar 2.18. Impedansi Ekivalen Thevenin pada Sisi Rangkaian Input

Impedansi Thevenin ZTH diberikan oleh :

(31)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Karena XM >> X1 dan XM + X1 >> R1, tahanan dan reaktansi Thevenin secara

pendekatan diberikan oleh : RTH R1

XTHX1

Gambar di bawah menunjukkan rangkaian ekivalen Thevenin :

Gambar 2.19. Rangkaian Ekivalen Thevenin Motor Induksi

Dari gambar di atas arus I2 diberikan oleh :

Magnitud dari arus

2 Daya pada celah udara diberikan oleh :

PAG = 3 I2

Sedangkan torsi induksi pada rotor

(32)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Gambar kurva torsi kecepatan (slip) pada motor induksi ditunjukkan pada gambar 2.20

Gambar 2.20

Karakteristik torsi – slip pada motor induksi

Sedangkan kurva torsi - kecepatan motor induksi yang menunjukkan kecepatan di luar daerah operasi normal ditunjukkan pada gambar 2.21

Gambar 2.21

Karakteristik torsi – putaran pada motor induksi

(33)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Dari kedua kurva karakteristik torsi motor induksi di atas dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Torsi motor induksi akan bernilai nol pada saat kecepatan sinkron

2. kurva torsi – kecepatan mendekati linear di antara beban nol dan beban penuh. Dalam daerah ini, tahanan rotor jauh lebih besar dari reaktansi rotor, oleh karena itu arus rotor, medan magnet rotor, dan torsi induksi meningkat secara linear dengan peningkatan slip.

3. Akan terdapat torsi maksimum yang tak mungkin akan dapat dilampaui. Torsi ini disebut juga dengan pull – out torque atau break down torque, yang besarnya 2 – 3 kali torsi beban penuh dari motor.

4. Torsi start pada motor sedikit lebih besar daripada torsi beban penuhnya, oleh karena itu motor ini akan start dengan suatu beban tertentu yang dapat disuplai pada daya penuh.

5. torsi pada motor akan memberikan harga slip yang bervariasi sebagai harga kuadrat dari tegangan yang diberikan. Hal ini sangat penting dalam membentuk pengaturan kecepatan dari motor.

6. jika rotor motor induksi digerakkan lebih cepat dari kecepatan sinkron, kemudian arah dari torsi induksi di dalam mesin menjadi terbalik dan mesin akan bekerja sebagai generator, yang mengkonversikan daya mekanik menjadi daya elektrik. 7. jika motor induksi bergerak mundur relatif arah dari medan magnet, torsi induksi

(34)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

II.8. Efisiensi Motor Induksi Tiga Fasa

Efisiensi motor induksi adalah ukuran keefektifan motor induksi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanis yang dinyatakan sebagai perbandingan antara masukan dan keluaran atau dalam bentuk energi listrik berupa perbandingan watt keluaran dan watt masukan. Defenisi NEMA terhadap efisiensi energi adalah bahwa efisiensi merupakan perbandingan atau rasio dari daya keluaran yang berguna terhadap daya input total dan biasanya dinyatakan dalam persen Juga sering dinyatakan dengan perbandingan antara keluaran dengan keluaran ditambah rugi-rugi, yang dirumuskan dalam persamaan (2.26)

Dari persamaan 2.26 terlihat bahwa efisiensi motor bergantung pada besar rugi-ruginya. Rugi-rugi pada persamaan tersebut adalah penjumlahan keseluruhan komponen rugi-rugi yang dibahas pada sub bab sebelumnya.

Pada motor induksi pengukuran efisiensi motor induksi ini sering dilakukan dengan beberapa cara seperti:

- Mengukur langsung daya elektris masukan dan daya mekanis keluaran - Mengukur langsung seluruh rugi-rugi dan daya masukan

- Mengukur setiap komponen rugi-rugi dan daya masukan,

(35)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

kalorimetri. Walaupun pengukuran dengan metode ini relatif sulit dilakukan, keakuratan yang dihasilkan dapat dibandingkan dengan hasil yang didapat dengan pengukuran langsung pada daya keluarannya.

Kebanyakan pabrikan lebih memilih melakukan pengukuran komponen rugi-rugi secara individual, karena dalam teorinya metode ini tidak memerlukan pembebanan pada motor, dan ini adalah suatu keuntungan bagi pabrikan.

II.9. Jatuh Tegangan (Voltage Drop)

Seperti kita ketahui PLN memproduksi tegangan listrik dengan nilai nominal 220V/380 Volt tiga fasa pada frekuensi 50 Hz, dan dalam bentuk gelombang sinus. Besar tegangan listrik ini berbeda pada setiap negara, sebagai contoh di Amerika tegangan jala jala ialah 110 V/60 Hz di Australia 240V/ 50 Hz, dll.

Dalam penyediaan tenaga listrik disyaratkan suatu level standard tertentu untuk menentukan kualitas tegangan pelayanan. Secara umum ada tiga hal yang perlu dijaga kualitasnya :

1. Frekuensi (50Hz)

2. Tegangan (220/380) Volt : ± 5 %-10%) 3. Keandalan.

(36)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Pada kenyataannya tegangan listrik produk PLN bukanlah tegangan sinus murni yang berkualitas sempurna. Tengangan listrik PLN ini seringkali disalurkan kepada konsumen dengan berbagai kelemahan.

Akibat terjadinya rugi tegangan pada saluran maka tegangan khususnya ditempat yang paling jauh dengan sumber tenaga akan lebih kecil dari tegangan nominal. Rugi tegangan pada saluran yang menyebabkan adanya jatuh tegangan (Vd) dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :

Voltage drop = Vs – Vr ...(2.27) Keterangan :

Vs : tegangan pengiriman dari sumber Vr : tegangan penerimaan disisi beban.

(37)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

BAB III

PENGUJIAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA

3.1 Umum

Pada motor induksi tiga fasa jenis rotor sangkar tupai adanya jatuh tegangan jala-jala akan dapat mempengaruhi sistem kerja dari motor induksi tiga fasa Jenis rotor sangkar tupai dalam pemakaiannya. Walaupun pengaruhnya berlangsung dalam waktu singkat, hal itu berpangaruh pada daya output motor pada saat dibebani dan saat start dari motor tersebut. Karena harga kopel yang dibangkitkan oleh motor induksi tiga fasa sebanding dengan kuadrat tegangan, maka hal itu menunjukkan bahwa motor sensitif sekali terhadap perubahan tegangan jala-jala.

3.2 Tujuan Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa

Maksud dan tujuan pengujian motor induksi tiga fasa ini adalah sebagai simulasi gangguan yang terjadi pada industri yang banyak menggunakan motor induksi tiga fasa sebagai alat penunjang proses produksi. Gangguan pada motor induksi tiga fasa salah satunya adalah jatuh tegangan jala-jala, untuk itu Penulis melakukan pengujian pada motor induksi tiga fasa. Sehingga dari percobaan ini Penulis dapat menganalisa pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja motor induksi tiga fasa pada dunia industri .

(38)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

tegangan jala-jala akan berdampak menurunnya putaran rotor. Pengujian ini juga dimaksudkan untuk memperoleh harga arus input (Iin) akibat jatuh tegangan, apakah

dengan menurunnya tegangan jala-jala arus input semakin tinggi atau makin rendah Disamping itu juga dalam percobaan ini dimaksudkan untuk memperoleh harga daya input motor induksi tiga fasa itu (Pout), memperoleh besar faktor daya (Cos

φ) dari motor induksi tiga fasa itu. Tak lupa dalam pengukuran atau pengujian motor induksi tiga fasa ini digunakan untuk mengetahui tegangan terendah yang mampu membangkitkan motor induksi tiga fasa untuk dapat bekerja.

Setelah diketahui data-data dalam pengujian motor induksi tersebut maka besarnya unjuk kerja motor induksi tiga fasa dapat ditentukan melalui persamaan sebagai berikut :

Kecepatan Medan Putar Stator

P f

ns=120

(3.1) Dimana :

ns : Kecepatan Medan Putar Stator (Rpm)

f : Frekuensi Motor Induksi (Hz) P : Jumlah Kutub Motor Induksi

Apabila rotor dari motor induksi berputar dengan kecepatan nr, dan medan

putar stator adalah ns maka slip (ns) adalah sebagai berikut :

% 100 x ns

nr ns

S = − (3.2)

(39)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

)

Nr : Putaran rotor motor induksi (Rpm)

Daya Output motor induksi adalah daya mekanis yang dihasilkan rotor dan dari data hasil pengukuran dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut

60

Jadi daya output motor induksi tiga fasa juga dapat diperoleh melalui persamaan sebagai berikut :

r out T

(40)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Prugi total = Pin - Pout

(3.7)

Efisiensi motor induksi tiga fasa dapat dinyatakan sebagai berikut :

% 100 x P P

in out

=

η (3.8)

3.3 Peralatan Pengujian

Untuk mendapatkan data pengukuran yang sesungguhnya maka diperlukan peralatan sebagai penunjang dalam menganalisa pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja motor induksi tiga fasa. peralatan tersebut dapat kita lihat dibawah ini:

1. Motor induksi tiga phasa Tipe : rotor sangkar tupai Spesifikasi :

- AEG Typ B AL 90 LA - 4

- Δ / Y 220/ 380 V ; 6,3 / 3,6 A

- 1,5 Kw, cos φ 0,82

- 1415 rpm, 50 Hz - Kelas isolasi : B 2. Auto Trafo tiga fasa 3. Tank ampere

4. Tacho meter

(41)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

3.4 Gambar Diagram Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa

P

Gambar 3.1. Rangkaian Percobaan Pembebanan Motor Induksi 3 Fasa

3.5 Langkah Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa

Agar dalam pengujian tidak terjadi kesalahan baik pengukuran maupun pengamatan maka harus berdasarkan langkah-lagkah percobaan. Langkah pengujian motor induksi tersebut adalah sebagai berikut :

1. Membuat rangkaian seperti pada gambar 3.1.

2. Menghubungkan rangkaian dengan sumber tegangan dan mengaktifkan saklar auto travo tiga fasa.

(42)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

4. Mengatur beban motor induksi tiga fasa sebesar 5 N-m dengan menggunakan tahanan geser yg dihubungkan untuk membebani Generator DC yang di kopel ke motor induksi 3 fasa.

5. Mengaktifkan motor induksi tiga fasa dengan menggunakan saklar penghubung.

6. Mengamati pengukuran atau pengujian arus input (Iin), daya input (Pin), faktor

daya (Cos φ) dengan menggunakan alat ukur listrik (Tree Phase and Single Phase Maesurument) dan mengukur besar kecepatan putar rotor pada saat

dibebani dengan menggunakan tacho meter.

7. Mencatat hasil pengukuran atau pengujian pada tabel percobaan.

3.6 Data Hasil Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa

Tabel hasil Pengukuran dapat di lihat pada dibawah ini : 1. Beban 6 N-m

Tabel 3.1 Pengukuran motor induksi tiga fasa dengan beban 6 N-m

No VS

(Volt)

IIn

(A)

Nr

(Rpm)

Pf

(Cos φ)

PIn

(Watt)

1 380 3,4 1415 0,70 1560

2 360 3,56 1315 0,68 1500

3 340 3,72 1220 0,67 1460

(43)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

BAB IV

ANALISIS PENGARUH JATUH TEGANGAN JALA-JALA TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA

4.1Umum

Pada bab ini Penulis akan mencoba menganalisa pengaruh perubahan tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja motor induksi tiga fasa jenis rotor sangkar tupai saat beroperasi. Dengan menggunakan cara yang sistematis nantinya dapat diketahui seberapa besar pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja dari motor induksi tersebut. Untuk mendapatkan data yang falit dan nyata maka Penulis mencoba menguji motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai 1500 Watt. Data dari hasil pengukuran ini kemudian digunakan untuk menganalisa seberapa besar pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap kecepatan putar rotor (Nr), arus input motor (IIn), daya input motor (Watt) dan faktor daya (Cosϕ), Selanjutnya data-data

dari hasil pengukuran tersebut dipakai untuk perhitungan slip motor, daya output motor, rugi daya total dan efisiensi motor akibat adanya jatuh tegangan jala-jala.

(44)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

motor induksi tiga fasa sebagai alat penunjang proses produksi. Gangguan pada motor induksi tiga fasa salah satunya adalah adanya jatuh tegangan jala-jala. Dalam menganalisa, Penulis menggunakan data-data teknik motor yang diperoleh dari hasil pengujian langsung pada motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai 1500 Watt di Laboratorium Konversi Energi Listrik USU.

4.2 Analisis Data Pengujian

Dalam menganalisa pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai diperlukan data teknis atau spesifikasi dari motor induksi tersebut. Data teknis tersebut dipergunakan sebagai penunjang dalam menganalisa disamping teori praktis yang terdapat dalam reverensi. Data teknis dapat dilihat dibawah ini.

Data Teknis Motor

Type : AEG Typ B AL 90 LA - 4 Tegangan : Δ / Y 220/ 380 Volt Daya : 1500 Watt

Arus : 6,3 / 3,6 A Nr : 1415 Rpm F : 50 Hz Cos θ : 0,82

(45)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Dari hasil pengujian dan dengan berdasarkan teori penunjang tentang motor induksi tiga fasa maka besarnya daya output dan rugi daya total dapat kita cari. Untuk itu penulis mengambil contoh pada tegangan 380 Volt dengan beban 6 N-m

a. Kecepatan medan putar stator

(46)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Besar daya output motor induksi tiga fasa 1500 Watt sebagai berikut :

r

e. Efisiensi motor induksi

%

Untuk memudahkan dalam menganalisa Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala terhadap unjuk Kerja Motor Induksi Rotor Sangkar Tupai, maka Penulis tuangkan dalam tabel. Dari hasil perhitungan daya output, rugi daya total, efisiensi motor pada tegangan nominal sampai tegangan terendah dapat dilihat dari tabel dibawah ini.

Tabel 4.1 Pengukuran motor induksi tiga fasa dengan beban 6 N-m

(47)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

(Volt) (A) (Rpm) (Cos φ) (Watt) (Watt) (Watt) (%)

1 380 3,4 1415 0,70 1560 889,248 670,752 57

2 360 3,56 1315 0,68 1500 825,82 674,18 55,05

3 340 3,72 1220 0,67 1460 765,84 694,154 52,46

4 320 3,9 1110 0,66 1420 697,08 722,92 49,09

Dalam menganalisa pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap arus, putaran rotor, daya input, factor daya, daya output, rugi daya total, dan efisiensi motor maka dapat dilihat pada grafik dibawah ini.

1. Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap arus input motor induksi tiga fasa.

Gambar 4.1 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap arus input motor.

(48)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

2. Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap putaran rotor

Gambar 4.2 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap putaran rotor

Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap putaran rotor adalah semakin rendah tegangan yang diberikan ke motor maka semakin kecil gaya yang dihasilkan untuk memutar motor, akibatnya membuat putaran rotor menurun akibat terbebanin oleh beban.

(49)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Gambar 4.3 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap faktor daya (Cos θ) Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap faktor daya adalah semakin rendah tegangan yang di berikan ke motor maka arus kemagnitan akan bertambah besar sehingga Cos θ dari motor akan turun. Faktor daya tergantung besar nilai daya input motor apabila daya input motor besar maka faktor daya pun bertambah besar begitupun sebaliknya. Faktor daya berbanding lurus dengan tegangan jala-jala dan berbanding terbalik dengan arus input.

(50)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Gambar 4.4 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap daya input motor

Besarnya daya input motor sangat tergantung pada besarnya tegangan jala-jala yang mensuplai dan besar beban yang dipikul motor induksi tersebut. Semakin rendah tegangan yang diberikan ke motor maka akan semakin kecil daya input yg di hasilkan motor induksi tiga fasa tersebut.

5. Pengaruh tegangan jala-jala terhadap daya output motor.

Gambar 4.5 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap daya output motor.

(51)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Gambar 4.6 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap rugi-rugi daya motor Rugi daya total yang hilang akan semakin besar seiring merosotnya tegangan jala-jala. Hal ini dapat dilihat dari grafik diatas yg nilainya semakin bertambah seiring jatuhnya tegangan jala-jala.

7. Pengaruh tegangan jala-jala terhadap efisiensi motor.

(52)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Seiring merosotnya tegangan jala-jala yang di berikan ke motor akan membuat efisiensi motor menurun. Hal ini sangat merugikan performansi motor induksi tersebut.

.

4.3 Analisis Perhitungan

Besar pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja motor induksi tiga fasa dapat di tentukan melalui pengujian dan perhitungan. Untuk mendapatkan perbandingan besarnya kinerja motor dalam perhitungan materi yang digunakan data hasil pengujian, bedanya untuk mencari besar daya input motor digunakan persamaan P = 3 .V.I. Cos θ. Dari hasil perhitungan daya input motor ini dapat dicari besar rugi daya dan efisiensi motor. Dengan menggunakan persamaan ini diharapkan antara data pengukuran dan perhitungan selisihnya kecil bahkan sama.

Untuk memperoleh besarnya daya input motor penulis mengambil contoh pada tegangan 380 Volt dengan beban 6 N-m dan dapat kita lihat dalam perhitungan dibawah ini :

a. Kecepatan medan putar stator

(53)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

P = 3 .V.I. Cos θ

Besar daya output motor induksi tiga fasa 1500 Watt sebagai berikut :

r

(54)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Tabel 4.2 Perhitungan motor induksi tiga fasa dengan beban 6 N-m. No VS

4.4 Analisa Pengukuran dan Perhitungan

Motor induksi dapat berputar jika tegangan terinduksi oleh medan magnet putar stator, artinya agar tegangan terinduksi maka di perlukan adanya perbedaan-perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (Ns) dengan kecepatan medan putar rotor (Nr). Bila Ns=Nr tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada batang konduktor rotor, sehingga tidak menghasilkan kopel, kopel akan timbul jika Ns > Nr. Perbedaan antara Ns dan Nr disebut dengan slip, hubungannya dengan pengukuran perhitungan diatas adalah jika beban bertambah akan memperbesar kopel motor yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi bila beban motor bertambah putaran rotor cenderung menurun dan slip motor akan bertamah besar.

(55)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

Daya output motor adalah merupakan daya yang dihasilkan oleh putaran rotor. Daya output dihasilkan dari daya input motor dikurangi total rugi-rugi pada motor induksi. Rugi pada motor diantaranya rugi tembaga (Pcu), rugi inti, rugi celah udara (Pag). Rugi inti dan rugi celah udara relatif konstan tetapi rugi tembaga akan bertambah besar seiring naiknya beban motor. Jika beban motor ditambah pada tegangan yang sama maka daya input dan arus input bertambah besar sehingga menghasilkan daya output yang lebih besar. Hal ini terlihat pada tabel pengukuran dan tabel perhitungan. Semakin besar beban yang dipikul motor maka arus input dan daya input motor akan bertambah besar, bertambahnya besar komponen aktif tersebut mengakibatkan bertambahnya daya output motor.

Dari perhitungan efisiensi motor terlihat bertambahnya beban yang dipikul motor akan mempengaruhi nilai efisiensi. Semakin bertambahnya beban motor maka semakin kecil efisiensi motor tersebut.

Selisih antara perhitungan dan pengukuran kecil, antara pengukuran dan berhitungan besar daya input motor pada pengukuran lebih besar hal ini disebabkan faktor ketelitian dari alat ukur itu sendiri atau faktor usia motor itu sendiri. Dari perhitungan nilai daya input motor lebih kecil dari hasil percobaan, hal ini juga mempengaruhi rugi daya pada motor meskipun selisihnya kecil. Percobaan dan perhitungan ini dikatakan telah sesuai landasan teori yang ada hal ini dibuktikan dengan selisih yang tidak terlalu besar.

(56)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

seiring dengan bertambahnya beban motor sehingga putaran rotor pun akan semakin turun.

Adapun pengaruh jatuh tegangan tersebut dinyatakan bahwa semakin besar tegangan sumber yang menjalankan motor, maka daya output semakin besar. Efisiensi motor juga akan semakin besar sejalan dengan bertambahnya daya output motor induksi tersebut. Demikian sebaliknya jika terjadi penurunan tegangan jala-jala. Dari hasil perhitungan pengaruh jatuh tegangan jala-jala pada beban yang sama dapat mempengaruhi unjuk kerja motor induksi . Semakin kecil tegangan jala-jala maka semakin kecil daya output dan efisiensi motor semakin kecil pula putaran rotor. Berkurangnya tegangan jala-jala berpengaruh besar slip yang dihasilkan oleh motor induksi, semakin kecil tegangan jala-jala maka semakin besar slip motor induksi tersebut.

(57)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan

Dari hasil pembahasan dan perhitungan mengenai Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi tiga fasa jenis rotor sangkar tupai, maka penulis disini menyimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

1. Nilai arus input motor induksi tiga fasa naik jika terjadi jatuh tegangan jala-jala begitupun sebaliknya hal ini sesuai dengan rumus Pin = 3V1I1cosθ. Dimana

tegangan (V) berbanding terbalik dengan (I).

2. Daya input motor ikut berkurang seiring dengan jatuhnya tegangan jala – jala karena Tegangan berbanding lurus dengan Daya input sesuai gengan rumus

θ

cos 3 1 1 in VI

P = .

(58)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

4. Efisiensi motor akan menurun seiring berkurangnya tegangan sumber. 5.2 Saran

1. Dalam penggunaan motor induksi tiga fasa sebaiknya dilakukan perawatan yang kontinu, supaya tidak terjadi kerusakan yang lebih fatal yang dapat menggangu sistem produksi.

2. Untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi dalam penggunaannya, sebaiknya diusahakan agar tegangan sumber yang masuk sesuai dengan kapasitas tegangan maksimum motor.

3. Untuk mendapatkan tegangan yang ideal diperlukan pemasangan AVR (Automatic Voltage Regulator) pada sisi tegangan jala-jala

DAFTAR PUSTAKA

1. A.E. Fitz Gerald dan Charles Kingsley Jr., 1992, Mesin-mesin Listrik, Edisi ke-IV, Cetakan ke-III, Penerbit Erlangga, Jakarta.

2. A. Kadir, Prof, Ir, 1993, Pengantar Tenaga Listrik, Cetakan Pertama, Penerbit Lembaga Penelitian dan Penerangan Ekonomi dan Sosial (LP3ES), Jakarta. 3. A. Kadir, Prof, Ir, 1986, Mesin Tak Serempak, Cetakan ke-II, Penerbit

Djamban, Jakarta.

4. B.L Theraja, Tex Book of Electrical Technologi, Publication Division of Nirja Construction Development CO (P) Ltd. Ram Nagar, New Delhi.

5. Hanafi Gunawan, Ir, Drs, 1993, Mesin dan Rangkaian Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta.

(59)

Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010

7. S.A Nasar, 1993, Electromecanics and Electrical Machines, 2nd Edition, Published by University of Kentucky, New York.

8. Sumanto, Drs, MA., 1992, Motor Arus Bolak-balik, Penerbit Andy Offset, Yogyakarta.

9. Yon Rijono, Drs., 1997, Dasar Teknik Tenaga Listrik, Penerbit Andy Offset, Yogyakarta.

Figur

Gambar 2.1. Komponen Stator Motor Induksi Tiga Fasa, (a) Lempengan Inti, (b) Tumpukan

Gambar 2.1.

Komponen Stator Motor Induksi Tiga Fasa, (a) Lempengan Inti, (b) Tumpukan p.10
Gambar 2.2. Rotor Sangkar, (a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Bagian-Bagian Rotor Sangkar

Gambar 2.2.

Rotor Sangkar, (a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Bagian-Bagian Rotor Sangkar p.11
Gambar 2.3. (a) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Kecil,

Gambar 2.3.

(a) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Kecil, p.12
Gambar 2.5.  (a) Rotor Belitan, (b) Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa dengan Rotor

Gambar 2.5.

(a) Rotor Belitan, (b) Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa dengan Rotor p.13
Gambar 2.8 Medan Putar Pada Motor Induksi Tiga Fasa

Gambar 2.8

Medan Putar Pada Motor Induksi Tiga Fasa p.14
Gambar 2.9. Penampang Rotor dan Stator Motor Induksi Memperlihatkan Medan

Gambar 2.9.

Penampang Rotor dan Stator Motor Induksi Memperlihatkan Medan p.17
Gambar 2.10. Rangkaian Ekivalen perfasa pada Stator

Gambar 2.10.

Rangkaian Ekivalen perfasa pada Stator p.21
Gambar 2.11. Rangkaian Ekivalen Perfasa pada Rotor

Gambar 2.11.

Rangkaian Ekivalen Perfasa pada Rotor p.24
Gambar 2.12. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi

Gambar 2.12.

Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi p.24
Gambar 2.13. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator

Gambar 2.13.

Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator p.25
Gambar 2.14. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator

Gambar 2.14.

Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator p.25
Gambar 2.15. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator dengan

Gambar 2.15.

Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator dengan p.26
Gambar 2.16 Aliran Daya Motor Induksi.

Gambar 2.16

Aliran Daya Motor Induksi. p.27
Gambar 2.17. Tegangan Ekivalen Thevenin pada Sisi Rangkaian Input

Gambar 2.17.

Tegangan Ekivalen Thevenin pada Sisi Rangkaian Input p.29
Gambar 2.18. Impedansi Ekivalen Thevenin pada Sisi Rangkaian Input

Gambar 2.18.

Impedansi Ekivalen Thevenin pada Sisi Rangkaian Input p.30
Gambar di bawah menunjukkan rangkaian ekivalen Thevenin :

Gambar di

bawah menunjukkan rangkaian ekivalen Thevenin : p.31
gambar 2.20

gambar 2.20

p.32
Gambar 2.21

Gambar 2.21

p.32
Gambar 3.1. Rangkaian Percobaan Pembebanan Motor Induksi 3 Fasa

Gambar 3.1.

Rangkaian Percobaan Pembebanan Motor Induksi 3 Fasa p.41
Tabel 3.1 Pengukuran motor induksi tiga fasa dengan beban 6 N-m

Tabel 3.1

Pengukuran motor induksi tiga fasa dengan beban 6 N-m p.42
Tabel 4.1 Pengukuran motor induksi tiga fasa dengan beban 6 N-m

Tabel 4.1

Pengukuran motor induksi tiga fasa dengan beban 6 N-m p.46
Gambar 4.2 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap putaran rotor

Gambar 4.2

grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap putaran rotor p.48
Gambar 4.3 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap faktor daya (Cos θ )

Gambar 4.3

grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap faktor daya (Cos θ ) p.49
Gambar 4.5 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap daya output motor.

Gambar 4.5

grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap daya output motor. p.50
Gambar 4.6 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap rugi-rugi daya motor

Gambar 4.6

grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap rugi-rugi daya motor p.51
Gambar 4.7  grafik hubungan Tegangan jala-jala terhadap efisiensi motor

Gambar 4.7

grafik hubungan Tegangan jala-jala terhadap efisiensi motor p.51
Tabel 4.2 Perhitungan motor induksi tiga fasa dengan beban 6 N-m.

Tabel 4.2

Perhitungan motor induksi tiga fasa dengan beban 6 N-m. p.54

Referensi

Memperbarui...