• Tidak ada hasil yang ditemukan

Pengaruh Penggunaan Inverter Variable Speed Drive (VSD) Terhadap Kinerja Motor Induksi Tiga Fasa

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Membagikan "Pengaruh Penggunaan Inverter Variable Speed Drive (VSD) Terhadap Kinerja Motor Induksi Tiga Fasa"

Copied!
20
0
0

Teks penuh

(1)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Motor Induksi

Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik yang paling luas

digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan

diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai

akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating

magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator. Belitan stator yang dihubungkan

dengan sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang

berputar dengan kecepatan sinkron ( ns = 120f / P ). Medan putar pada stator

tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga terinduksi

arus sesuai hukum lentz. Rotor pun akan turut berputar mengikuti medan putar

stator. Perbedaan putaran relatif antara stator dengan rotor disebut slip.

Bertambahnya beban 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 bertambah,

putaran rotor cenderung menurun.[3]

Motor induksi sangat banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari baik

itu dalam industri maupun rumah tangga.Untuk kebutuhan dalam industri

biasanya digunakan motor induksi tiga fasa dengan kapasitas besar. Untuk

penggunaan dalam rumah tangga motor induksi satu fasa merupakan motor yang

(2)

2.1.1. konstruksi motor induksi

Konstruksi motor induksi terdiri dari 2 bagian utama, yaitu:

1. Stator: Merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan medan

yang berfungsi untuk menginduksikan medan elektromagnetik ke

kumparan rotornya.

2. Rotor: Merupakan bagian yang bergerak dari motor. Dalam penggunaan

motor induksi daya keluaran motor induksi akan ditransfer ke beban

melalui rotor.

Gambar 2.1 Penampang stator dan rotor motor induksi tiga fasa

Konstruksi motor induksi pada dasarnya terdiri dari bagian–bagian berikut:

1. Rumah stator (rangka stator) terbuat dari besi tuang.

2. Inti stator terbuat dari besi lunak atau baja silikon.

3. Alur, terbuat dari bahan yang sama dengan inti stator, alur ini merupakan

tempat meletakkan belitan (kumparan stator).

(3)

Rangka stator motor induksi didesain sedemikian rupa dengan tujuan yaitu:

1. Menutupi kumparan dan inti

2. Melindungi bagian mesin yang bergerak dari kontak langsung dengan

manusia dan gangguan dari udara terbuka.

3. Meyalurkan torsi ke bagian peralatan pendukung mesin, oleh karena itu

stator didesin untuk tahan terhadap gaya putaran dan goncangan.

4. Berguna sebagai sarana ventilasi sehingga pendinginan lebih efektif.

Ditinjau dari rotornya, motor induksi dibagi 2 yaitu motor induksi rotor

sangkar dan motor induksi rotor belitan. Motor induksi sangkar mempunyai

kecepatan putar dan torsi yang konstan atau sulit diatur, sedangkan motor induksi

rotor belitan mempunyai kecepatan putar dan torsi yang dapat diatur.[4]

Jenis rotor belitan terdiri dari satu set lengkap belitan tiga fasa. Belitan tiga

fasa pada rotor belitan biasanya tehubung Y, dan masing-masing ujung dari tiga

kawat belitan fasa rotor tersebut dihubungkan pada slip ring yang terdapat pada

poros rotor. Belitan-belitan rotor ini kemudian dihubung singkatkan melalui sikat

(4)

(a) (b)

Gambar 2.2 (a) Tampilan slip ring rotor belitan

(b) Motor induksi tiga fasa rotor belitan

Rotor sangkar mempunyai kumparan yang terdiri atas beberapa batang

konduktor yang disusun sedemikian rupa sehingga menyerupai sangkar. Rotor

terdiri dari tumpukan lempengan besi tipis yang dilaminasi batang konduktor yang

mengitarinya. Alumunium (sebagai batang konduktor) dimasukkan ke dalam slot

dari inti rotor untuk membentuk serangkaian konduktor yang mengelilingi inti

rotor. Rotor yang terdiri dari sederetan batang-batang konduktor yang terletak

pada alur-alur sekitar permukaan rotor, ujung-ujungnya dihubung singkat

menggunakan cincin hubung singkat.

(a) (b)

Gambar 2.3 (a) Motor induksi tiga fasa rotor sangkar

(5)

Konstruksi rotor motor induksi terdiri dari bagian–bagian sebagai berikut:

1. Inti rotor, terbuat besi lunak atau baja silikon.

2. Alur, terbuat dari besi lunak atau baja silikon sama dengan inti. Alur

merupakan tempat meletakkan belitan kumparan rotor.

3. Belitan rotor, terbuat dari tembaga.

4. Poros atau as, sebagai penghubung rotor dengan beban.

Diantara stator dan rotor terdapat celah udara yang merupakan ruangan

antara stator dan rotor. Pada celah udara ini lewat fluks induksi stator yang

memotong kumparan rotor sehingga menyebabkan rotor berputar. Celah udara

yang terdapat diantara stator dan rotor diatur sedemikian rupa sehingga

didapatkan hasil kerja motor yang optimum. Celah udara yang terlalu besar akan

mengakibatkan efisiensi motor menjadi rendah, sebaliknya jika celah udara terlalu

kecil akan menimbulkan kesukaran mekanis dan besar kemungkinan akan terjadi

gesekan antara rotor dan stator.

2.1.2. Prinsip kerja motor induksi

Motor induksi merupakan motor yang bekerja berdasarkan induksi

elektromagnetik. Apabila sumber tegangan 3-fasa dipasang pada kumparan stator

maka akan timbul medan putar dengan kecepatan ns = 120 f / p. Medan putar

tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor sehingga dihasilkan

tegangan induksi pada kumparan rotor. Karena kumparan rotor merupakan

rangkaian tertutup, maka tegangan induksi (E) akan menghasilkan arus (I).

Adanya arus (I) di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya (F) pada

(6)

menggerakan rotor, maka rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.

Tegangan induksi timbul akibat terpotongnya batang konduktor pada rotor oleh

medan putar stator. Artinya agar tegangan terinduksi diperlukan adanya perbedaan

relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan berputar rotor

(nr). Perbedaan kecepatan antara nr dan ns disebut slip (S) dinyatakan dengan

S=(ns – nr)/ ns x 100 %.

2.1.3. Slip

Berubah–ubahnya kecepatan motor induksi (nr) mengakibatkan

berubahnya harga slip dari 100 % pada saat start sampai 0 % pada saat motor

diam (nr = ns ). Hubungan frekuensi dengan slip dapat dilihat sebagai berikut:

Bila f1 = frekuensi jala – jala,

=

120 �1atau

1

=

��� 120

pada rotor berlaku hubungan :

(7)

Pada saat start: S = 100 %; f2 = f1

2.1.4. Rangkaian ekivalen motor induksi

Motor induksi 3 fasa mempunyai kumparan stator dan kumparan rotor.

Pada saat rotor berputar tegangan induksi rotor (E2) dan reaktansi motor (X2) turut

dipengaruhi oleh slip. Maka arus pada rotor menjadi:

2

=

Dengan demikian rangkaian motor dapat digambarkan seperti pada gambar 2.4

R2

Gambar 2.4Rangkaian ekivalen rotor Per-fasa, (i) Menyatakan persamaan 2.5;

(ii) Menyatakan persamaan 2.6;

(8)

Dari rangkaian rotor pada gambar 2.4, perhatikan bahwa:

�22�2= daya yang hilang berupa panas

�22�2� 1−�

� �= daya keluar motor yang diubah menjadi daya mekanik

Kerja motor induksi hampir sama dengan prinsip kerja transformator yaitu

berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Oleh karena itu sebuah motor

induksi dapat dianggap sebagai transformator dengan rangkaian sekunder yang

berputar. Secara utuh rangkaian ekivalen motor induksi dapat digambarkan seperti

pada gambar 2.5.

Gambar 2.5Rangkaian ekivalen per-fasa motor induksi dengan bagian rangkaian rotor dinyatakan terhadap sisi stator

2.1.5. Daya dan rugi-rugi motor induksi

Motor induksi memiliki rugi-rugi daya karena didalam motor induksi

terdapat komponen resistor dan induktor. Komponen ini terdapat pada belitan

stator dan belitan rotor. Rugi-rugi pada motor induksi ini adalah rugi-rugi

tembaga, rugi inti, dan rugi akibat gesekan dan hambatan angin. Dengan

(9)

�1 = 3 �1 �1��� ∅ ... 2.8

Daya yang masuk ke rotor (terdapat celah udara)

�2 = 3 �1 �2′ ��� ∅

Daya keluar rotor (daya mekanik pada rotor termasuk rugi geser dan angin)

�� = 3(�2′)2�2�2� 1−�

� � ... 2.10

Rugi tembaga rotor:��� = 3 (�2′)22

2 ... 2.11

Bila dibuat perbandingan antara ketiga daya tersebut, dengan asumsi

rugi-rugi putar diabaikan, maka dapat dapat dibuat perbandingan sebagai berikut:

�2 ∶ �� ∶ ��� = 1 ∶(1− �)∶ � ... 2.12

Dengan demikian diperoleh cara menghitung yang lebih cepat. Daya keluar motor

dapat juga diperoleh dari daya masuk rotor dikurangi rugi tembaga rotor.

2.1.6. Efisiensi Motor Induksi

Efisiensi motor induksi dapat didefenisikan sebagai perbandingan daya

keluaran motor terhadap daya masukan motor. Secara metematis efisiensi motor

induksi dapat dirumuskan sebagai berikut:

� =����

(10)

Gambar 2.6 Kehilangan daya pada motor

Efesiensi motor induksi dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu:[5]

• Usia. Motor baru lebih efisien

• Kapasitas. Sebagaimana pada hampir kebanyakan peralatan, efisiensi

motor meningkat dengan laju kapasitasnya.

• Kecepatan. Motor dengan kecepatan yang lebih tinggi biasanya lebih

efisien.

• Jenis motor. Sebagai contoh, motor sangkar tupai biasanya lebih efisien

daripada motor belitan (cincin geser).

• Suhu. Motor yang didinginkan oleh fan dan tertutup total lebih efisien

daripada motor tanpa pendingin.

• Penggulungan ulang motor dapat mengakibatkan penurunan efisiensi.

Kinerja motor dipengaruhi oleh kualitas daya yang masuk, yang

ditentukan oleh tegangan dan frekuensi aktual dibandingkan dengan dengan nilai

dasar. Fluktuasi dalam tegangan dan frekuensi yang lebih besar daripada nilai

yang diterima memiliki dampak yang merugi pada kinerja motor.

Ketidakseimbangan tegangan bahkan dapat lebih merugikan terhadap kinerja

(11)

ini disebabkan oleh perbedaan pasokan tegangan untuk setiap fase dari tiga fase.

Dapat juga diakibatkan dari penggunaan kabel dengan ukuran yang berbeda pada

sistem distribusinya. Contoh dari pengaruh ketidakseimbangan tegangan pada

kinerja motor ditunjukkan pada pada tabel 1.[5]

Tabel 2.1Pengaruh ketidakseimbangan tegangan dalam motor induksi (BEE India, 2004)

Persentase ketidakseimbangan tegangan 0.30 2.30 5.40

Ketidakseimbangan arus (%) 0.40 17.70 40.0

Kenaikan suhu (oC) 0 30 40

Tegangan masing-masing fase pada sistem tiga fase besarnya harus sama,

simetris, dan dipisahkan oleh sudut 120o. keseimbangan fase harus 1% untuk

menghindarkan penurunan daya pada motor dan gagalnya garansi pabrik

pembuatnya. Beberapa faktor dapat mempengaruhi kesetimbangan tegangan:

beban fasa tunggal pada setiap fase, ukuran kabel yang berbeda, atau kegagalan

sirkuit. Ketidakseimbangan sistem meningkatkan kehilangan pada sistem

distribusi dan menurunkan efisiensi motor.Faktor lain yang mempengaruhi kinerja

motor induksi yaitu perubahan besar tegangan dan frekuensi sumber. Menurut

NEMA:[6]

Penambahan tegangan sebesar 10% dari tegangan nominal pada nameplate

motor akan mengakibatkan peningkatan tempeatur motor pada beban

nominal motor. Jika pengoperasian motor berlangsung lama akan

(12)

• Frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi nominal motor biasanya akan

meningkatkan power factor tetapi mengurangi torsi motor, meningkatkan

kecepatan motor, dan gesekan.

Karena perubahan frekuensi dan tegangan berperan dalam meningkatkan

suhu motor pada beban normal, maka frekuensi dan tegangan juga akan

mempengaruhi umur isolasi motor, dan umur pelumas bearing pada rotor.

(13)

2.1.7. Desain Motor Induksi Tiga Fasa

Standard NEMA pada dasarnya mengkategorikan motor induksi ke dalam

empat kelas yakni disain A,B,C, dan D. Karakteristik torsi – kecepatannya dapat

dilihat pada gambar

Gambar 2.8Grafik kecepatan vs torsi

• Kelas A : disain ini memiliki torsi start normal (150 – 170%) dari nilai

ratingnya) dan arus start relatif tinggi. Torsi break down nya merupakan

yang paling tinggi dari semua disain NEMA. Motor ini mampu menangani

beban lebih dalam jumlah besar selama waktu yang singkat. Slip < = 5%

• Kelas B : merupakan disain yang paling sering dijumpai di pasaran. Motor

ini memiliki torsi start yang normal seperti halnya disain kelas A, akan

tetapi motor ini memberikan arus start yang rendah. Torsi locked rotor

cukup baik untuk menstart berbagai beban yang dijumpai dalam aplikasi

industri. Slip motor ini < =5 %. Effisiensi dan faktor dayanya pada saat

(14)

Aplikasinya dapat dijumpai pada pompa, kipas angin/ fan, dan peralatan –

peralatan mesin.

• Kelas C : memiliki torsi start lebih tinggi (200 % dari nilai ratingnya) dari

dua disain yang sebelumnya. Aplikasinya dijumpai pada beban – beban

seperti Universitas Sumatera Utara

• konveyor, mesin penghancur (crusher ), komperessor,dll. Operasi dari

motor ini mendekati kecepatan penuh tanpa overload dalam jumlah besar.

Arus startnya rendah, slipnya < = 5 %

• Kelas D : memiliki torsi start yang paling tinggi. Arus start dan kecepatan

beban penuhnya rendah. Memiliki nilai slip yang tinggi ( 5-13 % ),

sehingga motor ini cocok untuk aplikasi dengan perubahan beban dan

perubahan kecepatan secara mendadak pada motor. Contoh aplikasinya :

elevator, crane, dan ekstraktor.

2.2. Pengaturan putaran motor induksi

Motor induksi pada umumnya berputar dengan kecepatan konstan,

mendekati kecepatan sinkronnya. Namun untuk penggunaan tertentu diperlukan

suatu pengaturan agar kecepatan motor induksi dapat diubah-ubah sesuai dengan

kebutuhan. Pengaturan motor induksi memerlukan biaya yang agak tinggi.

Biasanya pengaturan ini dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu dengan

mengubah jumlah kutub motor, mengubah frekuensi jala-jala, mengatur tegangan

(15)

2.2.1. Mengubah Jumlah Kutub Motor

Karena � = 120� �⁄ , maka perubahan kutub (p) atau frekuensi (f) akan

mempengaruhi putaran rotor. Jumlah kutub dapat diubah dengan merencanakan

kumparan stator sedemikian rupa sehingga dapat menerima tegangan masuk pada

posisi kumparan yang berbeda-beda. Biasanya diperoleh dua perubahan kecepatan

sinkron dengan mengubah kutub dari 2 menjadi 4.[3]

2.2.2. Mengubah Frekuensi Jala-jala

Pengaturan putaran motor induksi dapat dilakukan dengan mengubah nilai

frekuensi tegangan. Hanya saja untuk menjaga keseimbangan kerapatan fluks,

perubahan tegangan harus dilakukan bersamaan dengan perubahan nilai frekuensi.

Pengaturan frekuensi ini dapat dilakukan dengan menggunakan inverter.

Tegangan searah yang masuk ke inverter akan diubah menjadi tegangan

bolak-balik. Dengan mempercepat atau memperlambat periode pulsa yang memacu

thyristor, frekuensi dan kecepatan motor dapat diatur.[3]

2.2.3. Mengatur Tegangan Jala-jala

Dari persamaan kopel motor induksi τ~V2 diketahui bahwa kopel

sebanding dengan pangkat dua tegangan yang diberikan. Salah satu pengaturan

tegangan adalah dengan menggunakan thyristor. Penyalaan thyristor dilakukan

dengan perbedaan sudut fasa 120. Dengan mengatur sudut penyalaan terhadap

perpotongan sumbu nol sedemikian rupa akan diperoleh pengaturan antara 0 < V

(16)

2.2.4. Pengaturan Tahanan Luar

Tahanan luar dari motor induksi rotor belitan dapat diatur, hal ini

memungkinkan dilakukan karena pada motor induksi rotor belitan terdapat

slipring. Melalui slip ring ini tahanan luar dihubungkan dengan tahan rotor.

dengan demikian dihasilkan karakteristik kopel kecepatan yang berbeda-beda.[3]

2.3.Inverter

Inverteradalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk mengubah tegangan

masukan arus searah (DC) menjadi tegangan keluaran arus bolak-balik (AC).

Tegangan dan frekuensi dapat diatur sesuai yang diinginkan. Pengaturan tegangan

inverter yang umum digunakan adalah dengan metode Modulasi Lebar Pulsa

(Pulse Width Modulation). Inverter yang diatur dengan metode ini selanjutnya

disebut dengan inverter PWM.[7]

Inverter DC-AC sudah banyak digunakan dalam aplikasi industri seperti

Uninterruptible Power Supply (UPS), AC motor drives. Belakangan ini inverter

juga berperan penting dalam berbagai jenis energi terbarukan untuk mengubah

tegangan DCdari energi surya menjadi tegangan AC. PWM sangat berkembang

dan teknik yang sangat berguna dimana dengan teknik ini pulsa gate dari

transistor dikontrol dengan berbagai mekanisme. Inverter biasa mempunyai

tegangan output yang berubah sesuai dengan perubahan beban, dengan

menggunakan inverter PWM hal ini dapat diperbaiki dengan mengubah lebar

pulsa. Keluaran AC bergantung kepada frekuensi pensaklaran dan lebar pulsa.[8]

(17)

1. Inverter dengan frekuensi dan tegangan keluar yang konstan CVCF

(Constant Voltage Constant Frequency)

2. Inverter dengan frekuensi dan tegangan berubah-ubah. Umumnya inverter

dengan frekuensi dan tegangan keluaran yang berubah-ubah digunakan

untuk pemakaian khusus, seperti pemakaian pada pompa listrik 3 fasa

dengan menggunakan sumber DC.Inverter Variable SpeedDrive (VSD)

termasuk pada jenis inverter dengan frekuensi dan tegangan berubah.

Dipasaran baik itu inverter tegangan dan frekuensi konstan maupun

inverter tegangan dan frekuensi variabel terdiri dari inverter satu fasa dan tiga

fasa. Untuk penggunaan dalam rumah tangga yang berkapasitas kecil biasanya

menggunakan inverter satu fasa. Untuk penggunaan di industri dan untuk

keperluan interkoneksi Pusat Listrik Tenaga Surya (PLTS) dengan jaringan

digunakan inverter tiga fasa.

2.4. Pembentukan Gelombang AC Pada Inverter

R

(18)

Prinsip dasar dari inverter 3 fasa dengan menggunakan switching

transistorPengaturan on-off transistor Tr1 sampai dengan Tr6 dilakukan oleh

pulsa-pulsa trigger A1 sampai dengan A6. Munculnya pulsa-pulsa trigger ini diatur

sedemikian rupa sehingga urutannya mulai dari A1, A2, A3, A4, A5,dan terakhir A6

dengan referensi gambar diatas.

Perbedaan periode A1 ke A2, A2 ke A3, dan seterusnya adalah 60 derajat

elektris, sedangkan periode pada tiap-tiap pulsa itu sendiri (pulsa A1 yang pertama

ke pulsa A1 yang kedua) sebesar 360 derajat elektris. Selain itu waktu kontak (on)

untuk tiap transistor diatur sedemikian rupa yaitu sebesar 180 derajat elektris.

Bentuk pulsa-pulsa A1 sampai A6 dan kondisi on-off Tr1 sampai Tr6 dapat dilihat

pada gambar 2.10.

Penjelasan terjadinya gelombang di titik R, S, T adalah sebagai

berikut:Pada siklus 0 derajat sampai 60 derajat, Tr2, Tr3, dan Tr4 on dan yang

lainnya off. Pada keadaan ini tegangan di titik R = 0, di titik S = Vdc, di titik T = 0.

Demikian pula pada siklus 60 derajat sampai 120 derajat, disini Tr3, Tr4, Tr5 on

dan yang lainya off. Hal ini akan menimbulkan tegangan di titik R = 0, di titik S =

Vdc, dititik T = Vdc. Tegangan antar fasa dari keluaran inverter adalah perbedaan

tegangan antara kaki-kaki dari inverter yang dapat dirumuskan sebagai berikut:

��� = ��− ��

��� =��− ��

(19)

Bentuk Vrs, Vst, dan Vtr dapat dilihat pada Gambar 2.11. Pada gambar 2.11 terlihat

bahwa hasil output tegangan Vrs, Vts, dan Vtr, belum berbentuk sinus murni

meskipun sudah tampak merupakan tegangan AC 3 fasa.

Tr1

(20)

60o

VRS

VST

VTR

t

t

t

Gambar

Gambar 2.1 Penampang stator dan rotor motor induksi tiga fasa
Gambar 2.2 (a) Tampilan slip ring rotor belitan
Gambar 2.5Rangkaian ekivalen per-fasa motor induksi dengan bagian
Gambar 2.6 Kehilangan daya pada motor
+7

Referensi

Dokumen terkait

Orang Karo zaman sekarang, hanya melihat rumah adat khususnya simbol pengeret-ret sebagai peninggalan budaya yang bisa dimanfaatkan untuk mata pencaharian yang

Untuk melakukan login sebagai administrator , a dministrator harus memasukkan username dan password agar dapat mengakses sistem informasi akademik yang berupa

Seperti penelitian yang dilakukan Nita Prasetia (2016) dengan judul “Pengaruh Bauran Pemasaran Terhadap Keputusan Pembelian Pada Restoran Cepat Saji (Studi Kasus di Popeye

Artinya terdapat perbedaan yang signifikan antara posttest kelompok eksperimen dan posttest kelompok kontrol, dan dapat ditarik kesimpulan bahwa terdapat pengaruh yang

Pakan yang diberikan selama pemeliharaan benih ikan Kakap Putih harus sesuai dengan kebutuhan benih yang dipelihara, baik dari segi jumlah, waktu, syarat fisik (ukuran dan bentuk)

Bila tidak dapat mengirimkan keterangan nama dan kewaganegaraan pemegang saham/pemodal, harus kirimkan bukti kewarganegaraan pemegang saham besar di badan usaha tersebut yang

Cara unuk mencapai salat dapat dilakukan dengan khusyuk dimulai dari hal yang terkecil sampai hal yang besar.maksud dari hal yang kecil sampai hal yang besar adalah

menunjukkan bahwa penelitian belum pernah dilakukan sebelumnya dan penelitian yang diajukan akan memberikan sesuatu yang baru terhadap literatur yang sudah ada ■ Anda dapat