TUGAS AKHIR
ANALISIS DAN SIMULASI
KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI LIMA FASA
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh
Josiah Jonathan Suatan NIM : 110402071
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Motor induksi merupakan mesin listrik yang paling sering dijumpai di
dunia kelistrikan dan perindustrian. Umumnya motor induksi tiga fasa dipilih dan
digunakan untuk beroperasi. Tentunya motor induksi ini memiliki banyak
kelebihan, namun tidak terhindar oleh beberapa kekurangan. Oleh karena itu perlu
adanya penelitian lebih lanjut untuk mengembangkan potensi motor induksi agar
dapat digunakan secara maksimal. Seiring berkembangnya teknologi elektronika
memungkinkan para peneliti mengembangkan motor induksi multifasa. Tugas
akhir ini berisi tentang analisis dan simulasi karakteristik motor induksi lima fasa
yang menampilkan bentuk tegangan input lima fasa 260 Volt, torsi dan kecepatan
yang dapat dihasilkan, serta cara menentukan apa pengaruh perubahan beban pada
kinerja motor induksi lima fasa. Adapun penelitian dilakukan dimulai dari
membuat diagram blok simulink yang diperoleh dari pemodelan matematis hingga
menampilkan hasil simulasi. Dari hasil simulasi didapat torsi yang dihasilkan
sangat besar mencapai 704,5 Nm yang tertinggi, kecepatan putaran rotor
mencapai 641,3 rpm, mencapai kondisi steady state dalam waktu 0,045 detik dan
perubahan beban tidak terlalu mengubah kinerja motor induksi lima fasa.
ii KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yesus Kristus
yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:
ANALISIS DAN SIMULASI KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI LIMA FASA
Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah
membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya dan juga
kepada kakak penulis yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis
dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya
Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan
dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan
terima kasih kepada:
1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu ada dimanapun, kapanpun dan
bagaimanapun kondisi penulis. Dialah satu-satunya Tuhan, sahabat dan
pemimpin terbaik yang penulis miliki yang tiada pernah berhenti
mencintai, mengajar, menyatakan kesalahan, memperbaiki kelakuan,
sepanjang hidup penulis; mulai dari penulis lahir hingga saat ini dan
sampai selama-lamanya.
2. David Alexander Suatan dan Melia selaku orang tua penulis yang tiada
putus berdoa dan berjuang yang terbaik untuk penulis tetap melanjutkan
belajar studi Strata Satu dan memberikan wejangan.
3. Alexandra Tatgyana Suatan, S.Gz selaku kakak penulis yang luar biasa
dalam memberi panutan dan menunjukkan tanggung jawabnya dalam
hidup penulis.
4. Grace Nikensari Ginting selaku teman khusus yang selalu setia
mendampingi dan memberi banyak pelajaran baru serta dukungan moral
dalam hidup penulis.
5. Bapak Ir. Syamsul Amin, M.S selaku dosen pembimbing penulis yang
telah banyak meluangkan waktu dan memberikan bimbingan serta bantuan
dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
6. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T dan Ibu Syiska Yana, S.T, M.T selaku
dosen penguji penulis yang telah rela meluangkan waktu, tenaga, dan
pikirannya untuk mengoreksi serta memberi kritik dan saran kepada
penulis demi menyelesaikan tugas akhir ini dengan sebaik-baiknya.
7. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Kepala Laboratorium Teknik Tegangan
Tinggi yang tiada henti-hentinya memberi semangat, dorongan, dan
motivasi kepada penulis untuk berkarya dan belajar lebih lagi demi masa
depan penulis.
8. Bapak Ir. Sihar P. Panjaitan, M.T selaku dosen wali penulis yang banyak
iv 9. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi S.T, M.T
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
10.Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro yang telah memberikan
bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
11.Keluarga Besar Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi FT USU : Sandro
Levi Panggabean (a.k.a Juventini Cacat), Memory Hidyart (a.k.a Rival
PES), Dewi Riska Sari Barus, Andi Hidayat, Wangto Ratta Halim dan
Kentrick Pranoto.
12.Frans M. Silaban (a.k.a Propesong) yang banyak membantu penulis dalam
mempelajari simulasi Matlab.
13.Keluarga besar S2-Eldas: Bpk. Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, Dpl. Ing, Bpk.
Ir. Hasdari Helmi, M.T, Marthin Luther Tarigan, Arya Raja Pane, Jimme
Jeje, Arthur Sagala, Friendly, Kak Nur, Dian Lesmana, Yohanes
Butar-butar, Oloni Simanjuntak, Dea Reo Silalahi, Samuel Aland, Agustinus
Ginting, Bobby B. Kewas, Sari Simanjuntak dan Latersia Makarona
sebagai teman berbagi ilmu dan pengalaman.
14.Sahabat-sahabat seperjuangan: Emir L. Pahlevi (a.k.a Aceh Panevi), Rizky
W Handalan (a.k.a Arab), Yoshua Bangun, Ferro Hudson (a.k.a Hercules
Son of Zeus), Tidauccy S. M. H (a.k.a Leader Cupu), James Napitupulu
(a.k.a Le-crot), Yosef D. S. Tarigan (a.k.a Bastanta), Ann Alberth Sitorus
(a.k.a Udin Lento GoBet Tumor di P**tat), Frederik M. Silaban (a.k.a
Pasaribu (a.k.a I.S Ketua IMTE Terbaik), Dedy W. Sitindaon, Yudha P.
Simamora, Riandi F. Sembiring (a.k.a Saudara Persidangan), Canboy
Doloksaribu, Riswanta Sembiring, Seprianti L. Hutasoit, Sakinah, Syahlan
Hutagaol, M. Fikry Indra, M. Zein, Endrawan Surbakti, Aspar Nasution,
Wahyu Yoga, M. Affandi Siagian, Angga Himawan, Faisal Idris, Hazijah
Afni dan seluruh teman-teman angkatan 2011 yang tidak mungkin
disebutkan satu per satu yang selalu memberi dukungan dan gelak tawa di
saat penulis jenuh.
15.Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk
menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis
berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Januari 2016
Penulis,
vi DAFTAR ISI
Abstrak ……… i
Kata Pengantar ……… ii
Daftar Isi ……… vi
Daftar Gambar ……… viii
Bab I Pendahuluan I.1 Latar Belakang ……… 1
I.2 Rumusan Masalah ………... 2
I.3 Batasan Masalah ……… 2
I.4 Tujuan Penelitian ……… 3
I.5 Manfaat Penelitian ……… 3
Bab II Tinjauan Pustaka II.1 Motor Induksi ……… 4
II.1.1 Umum ……… 4
II.1.2 Konstruksi ……… 6
II.2 Sistem Kelistrikan Lima Fasa ……… 10
II.2.1 Umum ……… 10
II.2.2 Inverter Lima Fasa ……… 12
II.3 Prinsip Kerja Motor Induksi Lima Fasa ……… 14
Bab III Metode Penelitian
III.1 Jenis Penelitian ……… 27
III.2 Lokasi dan Waktu Penelitian ……… 27
III.3 Bahan dan Peralatan Penelitian ……… 27
III.4 Variabel atau Aspek Penelitian ……… 27
III.5 Flowchart Penelitian ……… 28
III.6 Prosedur Penelitian ………... 29
Bab IV Hasil Analisis dan Simulasi IV.1 Umum ……… 31
IV.2 Menentukan Tegangan Input ……… 31
IV.3 Menetukan Parameter ……… 33
IV.4 Simulasi ……… 36
IV.4.1 Torsi Beban 1 Nm ……… 36
IV.4 2 Torsi Beban 5 Nm ……… 38
IV.4.3 Torsi Beban 10 Nm ……… 40
IV.4.4 Torsi Beban 20 Nm ……… 41
IV.4.5 Torsi Beban 40 Nm ……… 43
Bab V Penutup V.1 Kesimpulan ……… 46
V.2 Saran ……… 47
viii DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 (a) Bentuk Fisik Motor Induksi ……… 5
(b) Isi Dalam Motor Induksi ……… 5
Gambar 2.2 Contoh Plat Nama pada Motor Induksi ………... 6
Gambar 2.3 (a) Stator dan Rotor Sangkar ……… 7
(b) Rotor Belitan ……… 7
Gambar 2.4 (a) Stator MI ……… 7
(b) Rotor MI Lima Fasa ………... 7
Gambar 2.5 Gambaran Sederhana Bentuk Alur/ Slot Motor Induksi …… 9
Gambar 2.6 Gambaran Sederhana Motor Induksi dengan 1 Kumparan Stator dan 1 Kumparan Rotor ……… 9
Gambar 2.7 Diagram Fasor Tegangan dan Arus Lima Fasa ……… 10
Gambar 2.8 Topologi Rangkaian Inverter Lima Fasa……… 12
Gambar 2.9 Rangkaian Ekivalen saat Kondisi 0 ≤ ωt ≤ π/5 ……… 13
Gambar 2.10 Representasi Skematik Motor Induksi Lima Fasa ………… 15
Gambar 2.11 Sirkuit Motor Induksi Lima Fasa ……… 15
Gambar 2.12 Gelombang Fluksi 5 fasa ……… 16
Gambar 2.13 Gaya Resultan saat T1 dan T2 ……… 17
Gambar 2.14 Kaidah Tangan Kanan Fleming ……… 17
Gambar 2.15 Proses Induksi Medan Putar Stator pada Kumparan Rotor … 18 Gambar 2.16 Konduktor Berarus dalam Ruang Medan Magnet …………... 19
Gambar 2.17 Pemodelan Mesin Lima Fasa pada Koordinat d-q ………… 21
Gambar 4.1 Blok Model Sumber Tegangan ……… 31
Gambar 4.2 Isi dari Model Blok Sumber Tegangan………... 32
Gambar 4.3 Bentuk Gelombang Tegangan Output……… 33
Gambar 4.4 Inisialisasi Parameter Motor Induksi Lima Fasa……… 33
Gambar 4.5 Diagram Blok Motor Induksi pada Simulink ……… 36
Gambar 4.6 Grafik Arus Setiap Fasa (TL = 1 Nm) ……… 37
Gambar 4.7 Grafik Te vs TL (TL = 1 Nm) ……… 37
Gambar 4.8 Grafik ωr (TL = 1 Nm) ……… 38
Gambar 4.9 Grafik Arus Setiap Fasa (TL = 5 Nm) ……… 38
Gambar 4.10 Grafik Te vs TL (TL = 5 Nm) ……… 39
Gambar 4.11 Grafik ωr (TL = 5 Nm) ……… 39
Gambar 4.12 Grafik arus setiap fasa (TL = 10 Nm) ……… 40
Gambar 4.13 Grafik Te vs TL (TL = 10 Nm) ……… 40
Gambar 4.14 Grafik ωr (TL = 10 Nm) ……… 41
Gambar 4.15 Grafik Arus Setiap Fasa (TL = 20 Nm) ……… 42
Gambar 4.16 Grafik Te vs TL (TL = 20 Nm) ……… 42
Gambar 4.17 Grafik ωr (TL = 20 Nm) ……… 43
Gambar 4.18 Grafik Arus Setiap Fasa (TL = 40 Nm) ……… 43
Gambar 4.19 Grafik Te vs TL (TL = 40 Nm) ……… 44
Gambar 4.20 Grafik ωr (TL = 40 Nm) ……… 44
