TUGAS AKHIR
ANALISIS KARAKTERISTIK PERUBAHAN BEBAN TERHADAP KINERJA MOTOR INDUKSI DALAM 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 Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh
HENRY C.P SITUMORANG 110402076
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2016
ABSTRAK
Motor induksi adalah merupakan motor arus bolak-balik (ac) yang paling luas digunakan didunia industry ataupun dirumah tangga. Penamaanya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu , tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relative antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.
Dalam penggunaanya motor induksi tersebut tidak lepas dari beban yang akan dipikul sebagai upaya untuk mendapatkan atau penyaluran sumber energy kepada beban tersebut. Oleh karena itu dilakukan percobaan dan analisa untuk mengetahui seberapa besar kinerja kerja motor induksi akibat perubahan beban yang akan dibandingkan dengan motor induksi tanpa beban. Dalam konsep pengerjaanya penulis akan menggunakan beberapa metode starting motor yaitu srating langsung (direct online), starting wye-delta, starting autotransformer kemudian akan dilakukan penelitian terhadap pengaruh perubahan beban terhadap beberapa factor antara lain torsi start, efesiensi, dan kecepatan.
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunia-Nya yang diberikan kepada penulis, sehingga pada saat ini penulis diberikan kemampuan untuk menyelesaikan tugas akhir sebagai syarat dari kurikulum yang harus diselesaikan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan strata satu (S1) departemen teknik elektro universitas Sumatera Utara. Adapun judul dari tugas akhir ini adalah “ANALISIS KARAKTERISTIK PERUBAHAN BEBAN TERHADAP KINERJA MOTOR INDUKSI DALAM BERBAGAI METODE STARTING” .
Tugas akhir ini penulis persembahkan secara teristimewa kepada orangtua yang membesarkan penulis yang tiada hentinya selalu memberikan kasih sayang, support, bahkan dukungan secara rohani kepada penulis yaitu G. Situmorang dan D.Simanjuntak beserta saudara penulis ,Goretti Situmorang dan Bornok Situmorang yang selalu mendukunng penulis.
Selama masa perkuliahan dan pada masa menyeleseaikan tugas akhir ini penulis mendapat banyak dukungan ,bimbingan dan bantuan dari berbagi pihak.
Untuk itu dengan setulus hati penulis ingin mengucapakan banyak terima kasih yang mendalam kepada:
1. Bapak Ir. Raja Harahap,MT selaku dosen pembimbing dan dosen wali dari penulis yang selalu memberikan arahan dan bimbingan untuk menyelesaikan tugas akhir ini beserta dukungan dan nasehat dalam menjalani masa perkuliahan kepada penulis.
2. Bapak Ir. Syamsul Amien M.S dan bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen penguji Tugas Akhir penulis yang banyak memberikan masukan dan arahan dalam pengerjaan Tugas Akhir penulis
3. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis.
4. 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.
5. Seluruh Pegawai dan Karyawan departemen atas segala dukungannya dalam proses administrasi Tugas Akhir penulis.
6. Kepada sahabat seperjuangan penulis Aspar Nasution selaku Asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik yang selalu memberikan bantuan dalam menyelsesaikan Tugas Akhir penilis 7. Sahabat penulis terlebihnya saudara Bahagia Army ,Afrisanto
Pakpahan the martabak face ,Mangatur Sihombing the Hobbit ,Putra Vince the Black One , Ricky Sitorus the Jomblo, Ronny Arman Sihite The Good Manager . Beserta kawan-kawan Road To Moskow 2018 Risjen Sianturi the Old one, Cristo Surbakti siganteng maut, Fandri Panggabean siraja mesin, Andri Simamora the cute one, Trendy Harts, Fernando EP Manurung The playboy, Samgar S jenaka, Guntur Andy yang selalu membantu penulis dalam mengerjakan Tugas Akhir beserta Marluhut Sigiro My
brooo. Dan khususnya kepada sahabat penulis sub jurusan Komputer yaitu Longser Tampubolon mein Besten freund yang selalu banyak inpirasi, Harry Hasugian , Winner Roedly yeah the amazing one about girl, Frans dan Mian yang selalu menyediakan wi-finya Razornet dan SSID ,Erick Katio terima kasih saya ucapkan. Dan masih banyak kawan-kawan ELECRTRICAL 2011 yang tak bisa saya ucapkan satu persatu banyak kenangan yang sudah kita lewatkan bersama You are Wonderfull Friend. Dan terimakasih juga dukungan dari KERAMAT KOS.
8. Kepada saudara-saudara di PARYASOP MEDAN terima kasih atas dukungannya, terlebihnya kepada saudara YASOP’10 Medan Riel, Dedi Sukro , Sa’ban , Hendri jor, Rani, Maria my xel, Cennikon, Prana, dan Budi banyak kenangan yang sudah kita lalui selama 8 tahun bersama. Dan tidak lupa juga kepada PARYASOP TEAM adinda Lamhot, Bramento, Pingky, Joel, Lien , Arivin , Marluhut, Samuel, adinda Letare, Lien Jacky, Elias S ,
9. Dan masih banyak lagi rekan-rekan dari penulis yang tidak dapat diucapkan satu persatu terima kasih atas dukungannya kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa dalam pengerjaan tugasa akhir masih jauh dari kesempurnaan karena masih banyak terdapat kekurangan baik dari segi isi dan susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis
harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua.
Medan, Mei 2016 Penulis
Henry C.P Situmorang 110402076
DAFTAR ISI
ABSTRAK……..………i
KATA PENGANTAR………...ii
DAFTAR I.………vi
DAFTAR GAMBAR………ix
DAFTAR TABEL…...………..xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 3
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Manfaat ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum ... 5
2.2 Konstruksi Motor Induksi ... 6
2.2.1 Stator ... 7
2.2.2 Rotor ... 8
2.3 Medan Putar ... 9
2.4 Slip ... 12
2.5 Prinsip Kerja Motor Induksi ... 14
2.6 Rangkaian Ekivalen motor Induksi ... 16
2.6.1 Rangkaian Stator Motor Induksi ... 16
2.6.2 Rangkaian Rotor Motor Induksi ... 18
2.7 Efesiensi Motor Induksi ... 23
2.8 Torsi Motor Induksi ... 25
2.9 Metode-metode starting motor induks……….26
2.9.1 Starting Langsung……….27
2.9.2 Starting wye-delta……….28
2.9.2 Starting autotransformer………29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu ... 31
3.2 Peralatan dan Bahan ... 31
3.3 Metode Penelitian ... 32
3.4 Pelaksanaan Penelitian ... 32
3.5 Variabel yang diamati ... 33
3.6 Pelaksanaan Penelitian ... 34
3.7 Prosedur Penelitian ... 35
BAB IV HASIL DAN ANALISA DATA 4.1 Pengujian motor induksi tanpa beban………..38
4.1.1 Data Percobaan……….38
4.1.1a Starting Langsung………...38
4.1.1b Starting Wye-Delta………..39
4.1.1c Starting Autotransformer………39
4.1.2 Penyelesaian Data Percobaan………...40
4.1.2a Penyelesaian data starting langsung……...40
4.1.2b Penyelesaian data starting wye-delta…….40
4.1.2c Penyelesaian starting autotransformer……41
4.2 Pengujian motor induksi menggunakan beban………....42
4.2.1 Data Percobaan……….42
4.2.1a Data percobaan beban 50% resistif……….42
4.2.1b Data percobaan beban 60% resistif……….44 4.2.1c Data percobaan beban 70% resistif……….45 4.2.2 Penyelesaian Data Percobaan………...46 4.2.2a Penyelesaian data beban 50% resistif…….46 4.2.2b Penyelesaian data beban 60% resistif…….49 4.2.2c Penyelesaian data beban 70% resistif…….51 4.2.3 Perbandingan hasil pengukuran perubahan beban dengan menggunakan tiga metode starting………...53
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan………..56 5.2 Saran………57 Lampiran
Daftar Pustaka
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Konstruksi umum motor induksi tiga phasa ... 6
Gambar 2. 2 Komponen stator motor induksi tiga phasa ... 7
Gambar 2. 3 Rotor sangkar (squirrel-cage rotor) ... 8
Gambar 2. 4 Konstruksi rotor belitan dan motor dengan rotor belitan ... 9
Gambar 2. 5 Medan putar motor induksi tiga phasa ... 10
Gambar 2. 6 Diagram phasor fluksi tiga phasa seimbang... 11
Gambar 2. 7 Medan putar motor induksi tiga phasa………..………..11
Gambar 2. 8 Rangkaian ekivalen stator motor induksi ... 17
Gambar 2. 9 Rangkaian ekivalen rotor motor induksi ... 19
Gambar 2. 10 Rangkaian ekivalen rotor motor induksi yang sudah dipengaruhi .. 19
Gambar 2. 11 Gambar rangkaian ekivalen rotor motor induksi ... 22
Gambar 2. 12 Rangkaian ekivalen motor induksi ………23
Gambar 2. 13 rangkaian ekivalen thevenin motor induksi………...25
Gambar 2.14 Rangkaian diagram starting langsung………..27
Gambar 2.15 Rangkaian Starting wye-delta………..29
Gambar 2.16 Rangkaian Starting dengan autotransformator………30
Gambar 3.1 Flowchart Penelitian ………33
Gambar 3.2 Rangkaian Percobaan Motor induksi Perubahan beban…………35
Gambar 3.3 Rangkaian control starting wye-delta………...36
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan kinerja motor induksi tanpa dibebani dan dibebani dengan starting langsung………53
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan kinerja motor induksi tanpa dibebani dan dibebani dengan wye-delta………54
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan kinerja motor induksi tanpa dibebani dan
dibebani dengan
autotransformer………55
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data motor induksi tanpa beban starting langsung………38 Tabel 4.2 Data pengukuran kinerja motor induksi tanpa beban starting Y-Δ…39 Tabel 4.3 Data kinerja motor induksi tanpa beban starting autotransformer…39 Tabel 4.4 Data kinerja motor induksi beban 50% starting langsung...42 Tabel 4.5 Data kinerja motor induksi beban 50% starting wye-delta ... 43 Tabel 4.6 Data kinerja motor induksi beban 50% starting autotransformer.. ... 43 Tabel 4.7 Data kinerja motor induksi beban 60% starting langsung………...44 Tabel 4.8 Data kinerja motor induksi beban 60% starting wye-delta ………44 Tabel 4.9 Data kinerja motor induksi beban 60% starting autotransformer…….45 Tabel 4.10 Data kinerja motor induksi beban 70% starting langsung………..45 Tabel 4.11 Data kinerja motor induksi beban 70% starting wye-delta…………..46 Tabel 4.12 Data kinerja motor induksi beban 70% starting autotransformer ... 46 Tabel 4.13 Perbandingan kinerja motor induksi starting langsung ... 53 Tabel 4.14 Perbandingan kinerja motor induksi starting wye-delta ... 54 Tabel 4.15 Perbandingan kinerja motor induksi starting Autotransfor
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Motor induksi atau yang disebut dengan asynchronous motor merupakan motor arus bolak-balik yang paling luas diaplikasikan dalam dunia industry baik itu dalam pembangkitan listrik tenaga air,uap,ataupun tenaga nuklir. Penggunaan motor induksi ini dalam system kelistrikan sangat dibutuhkan alasannya adalah karena kegunaannya sebagai penggerak utama dalam pembangkitan listrik. Hal ini dikarenakan motor ini memiliki konstruksi yang kuat ,sederhana serta membutuhkan perawatan yang tidak banyak ,dalam hal ini juga motor induksi menyediakan efesiensi yang baik dan putaran yang konstan untuk tiap perubahan beban.
Dalam penggunaanya motor induksi tidak lepas dari beban yang dipikul jika pada keaadan tanpa berbeban motor induksi ini akan menurunkan arus magnetisasi dalam jumlah besar dan sedikit komponen aktif untuk menutupi rugi- rugi tanpa beban. Maka motor induksi mengakibatkan arus tanpa beban tinggi.
Berbeda saat motor induksi dibebani, komponen aktif arus bertambah sedangkan magnetisasi komponen lainnya hampir sama. Sebagai akibatnya factor daya motor bertambah. Meskipun demikian, karena nilai besar arus magnetisasi yang ada kurang mendukung beban factor daya motor induksi tetap penuh dan jarang melebihi dari 0.9 lagging. Maka hal ini dapat mempengaruhi dari unjuk kerja motor induksi.
Oleh karena itu dilakukan percobaan dan analisa untuk mengetahui seberapa besar unjuk kerja motor induksi akibat perubahan beban yang akan dibandingkan dengan motor induksi tanpa beban. Dalam hal ini percobaan dan analisa akan dilakukan dengan metode-metode starting motor yaitu starting langsung, starting wye-delta, autotransformer, kemudian kita akan melihat perbandingan unjuk kerja yang diakibatkan oleh perubahan beban dengan tanpa berbeban dengan memakai metode-metode starting motor induksi. Sehingga kita dapat memperhatikan bagaimana relevansinya terhadap operasi motor induksi dalam perubahan beban dengan meggunakan metode starting (pengasutan) motor induksi.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun perumusan masalah dari tugas akhir ini adalah:
1. Bagaimana pengaruh perubahan beban terhadap unjuk kerja motor induksi 3 phasa dengan metode starting langsung
2. Bagaimana pengaruh perubahan beban terhadap unjuk kerja motor induksi 3 phasa dengan metode starting wye-delta
3. Bagaimana pengaruh perubahan beban terhadap unjuk kerja motor induksi 3 phasa dengan metode starting autotransformer
4. Bagaimana pengaruh motor induksi tanpa berbeban terhadap unjuk kerja motor induksi 3 phasa dengan metode starting langsung
5. Bagaimana pengaruh motor induksi tanpa berbeban terhadap unjuk kerja motor induksi 3 phasa dengan metode wye-delta
6. Bagaimana pengaruh motor induksi tanpa berbeban terhadap unjuk kerja motor induksi 3 phasa dengan metode autotransformer
7. Bagaimana perbandingan antara pengaruh perubahan beban dan tanpa berbeban untuk unjuk kerja motor induksi 3 phasa dengan menggunakan metode starting yang sudah ditetapkan
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh dari perubahan beban terhadap kinerja motor induksi dengan menggunakan metode-metode starting
2. Untuk mengetahui pengaruh tanpa berbeban terhadap kinerja motor induksi dengan menggunakan metode-metode starting
3. Untuk mengetahui perbandingan antara pengaruh beban berubah-ubah dan beban tanpa berbeban tehadap kinerja motor induksi dengan menggunakan metode-metode starting.
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penulisan dari penulisan tugas akhir ini adalah:
1. Tidak membahas dari ketidakseimbangan beban dari motor induksi 3 phasa
2. Analisis data berdasarkan penelitian di Laboritorium Konversi Energi Listrik Teknik Elektro USU
3. Kinerja yang dimaksud adalah kecepatan, torsi start dan efesiensi motor induksi 3 phasa
4. Tidak membahas ketidakseimbangan tegangan yang disebabkan oleh ketidakseimbangan sudut phasa dan tidak melibatkan teori komponen- komponen simetris dalam analisis tegangan tegangan tidak seimbang 5. Tidak membahas gangguan dan harmonisa yang terjadi pada system
tenaga
6. Metode starting yang digunakan adalah metode starting langsung (DOL), metode starting wye-delta, dan autotransformer
1.5 Manfaat
Adapun manfaat yang didapat dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh perubahan beban terhadap kinerja motor induksi dengan menggunakan metode starting
2. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh motor induksi tanpa berbeban terhadap kinerja motor induksi 3 phasa dengan metode starting
3. Untuk memberikan informasi kepada pembaca bagaimana pengaruh dari perubahan beban tersebut terhadap motor induksi dan kinerjanya dengan menggunakan metode starting.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Motor induksi atau yang dikenal dengan asynchronous motor adalah motor ac yang paling luas digunakan dan dapat dijumpai dalam setiap aplikasi industry- industri, pembangkit listrik, ataupun dalam rumah tangga. Motor ini bekerja dengan adanya perbedaan antara medan putar dictator dan dirotor atau yang disebut slip. Motor ini memiliki kelebihan tertentu yaitu kontruksinya yang kuat , sederhana, handal, serta berbiaya murah. Di samping itu motor induksi tersebut juga memiliki effesiensi 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.
Jika dilihat dari penggunaan sekarang ini motor induksi sangat berperan penting dalam industry ,khususnya motor induksi 3 phasa banyak dijumpai di perusahaan atau pabrik yang digunakan sebagai sumber penggerak peralatan yang digunakan. Hal ini dikarenakan motor induksi ini memiliki keuntungan tersendiri atau kelebihan tersendiri. keuntungan dari motor induksi ini antara lain:
1. Kontruksinya sangat kuat dan sederhana
2. Memiliki efesiensi yang tinggi dalam keadaan kerja normal 3. Untuk biaya perawatan atau maintenance murah
4. Dapat diandalkan dalam beberapa kondisi
Meskipun motor induksi paing banyak dipergunakan dalam motor, tetapi jarang dipergunakan sebagai generator; karakteristik penampilannya sebagai generator tidak memuaskan pada kebanyakan pemakaiannya. Mesin induksi dapat juga dipergunakan sebagai pengubah frekuensi.
2.2 Konstruksi Motor Induksi
Motor induksi pada dasarnya memiliki konstruksi yang sama dengan motor syncron yaitu memiliki stator dan memiliki perbedaan dalam hal konstruksi rotornya. Stator dibentuk dari laminasi-laminasi tipis yang terbuat 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
Gambar 2.1 Konstruksi umum motor induksi
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 dilitkan yang berbentuk silindris. Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi dapat ditunjukkan dalam 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 tiga phasa. Berikut konstruksi stator dan laminasi- laminasi stator ditunjukkan pada gambar berikut:
(a) (b) (c) Gambar 2.2 Komponen stator motor induksi tiga phasa
2.2.2 Rotor
Rotor merupakan bagian dari mesin induksi yang berputar dan terletak dibagian dalam motor induksi. Rotor dari motor induksi ini dibagi dari 2 bagian yaitu rotor sangkar (squirrel-cage rotor) dan rotor belitan (wound rotor). Pada motor belitan (wound rotor) memiliki perbedaan dengan rotor sangkar dalam hal konstruksi.
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 mengguakan 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 ditunjukkan dalam gambar 2.3
Gambar 2.3 Rotor sangkar (squirrel-cage rotor)
Berbeda dengan rotor belitan (wound rotor) atau yang sering dijumpai dalam motor rotor belitan, rotor dililit dengan lilitan terisolasi dengan lilitan stator.
Lilitan fasa rotor dihubungkan dengan hubungan wye dan masing-masing ujung fasa terbuka dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Slot rotor menampung belitan terisolasi yang mirip dengan belitan pada stator. Dalam hal
ini, sikat karbon menekan cincin slip, oleh karena itu tahanan eksternal dapat dihubungkan seri ke belitan rotor untuk mengontrol torsi start dan kecepatan selama pengasutan. Penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan mengahasilkan torsi yang lebih besar dengan arus starting yang lebih kecil dibandingkan dengan rotor sangkar. Konstruksi motor induksi tiga phasa dengan rotor belitan dapat ditunjukkan gambar 2.4.
Gambar 2.4 Konstruksi rotor belitan dan motor dengan rotor belitan
2.3 Medan Putar
Adanya putaran dalam motor induksi 3 phasa terjadi akibat adanya medan putar (fluks yang berputar) yang memotong rotor. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dengan suplai fasa banyak, umumnya fasa tiga.
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 putar, seperti gambar 2.5 berikut:
(a) (b)
Gambar 2.5 (a) Medan putar motor induksi tiga phasa (b) Arus tiga phasa seimbang
Sehingga fluks yang dihasilkan oleh arus tiga phasa tersebut adalah:
Gambar 2.6 Diagram phasor fluksi tiga phasa seimbang
(a) (b) (c) (d) Gambar 2.7 Medan putar motor induksi tiga phasa pada (a) kondisi to dan t4, (b)
kondisi t1, (c) kondisi t2 , (d) kondisi t3
a) Pada kondisi t0 dan t4 :
Ia= Imax Fa = Fmax
Ib = - 𝐼𝑚𝑎𝑥
2 Fb = - 1
2 𝐹𝑚𝑎𝑥 Ic = - 𝐼𝑚𝑎𝑥
2 Fc = - 1
2𝐹𝑚𝑎𝑥 b) Pada kondisi t1 :
Ia = 0 Fa = 0 Ib = √3𝐼𝑚𝑎𝑥
2 Fb = √3
2 Fmax
Ic = - √3𝐼𝑚𝑎𝑥
2 Fc = - √3
2 Fmax
c) Pada kondisi t2 :
Ia = -Imax Fa = - Fmax
Ib = 𝐼𝑚𝑎𝑥
2 Fb = 1
2 Fmax
Ic = 𝐼𝑚𝑎𝑥
2 Fc = 1
2 Fmax
d) Pada kondisi t3 :
Ia = 0 Fa = 0
Ib = - √3𝐼𝑚𝑎𝑥
2 Fb = - √3
2 Fmax
Ic = √3𝐼𝑚𝑎𝑥
2 Fc = √3
2 Fmax
Kecepatan putaran medan putar stator dinamakan kecepatan sinkron, medan putar stator kemudian memotong konduktor pada batang rotor sehingga pada konduktor rotor timbul tegangan induksi yang mengakibatkan rotor timbul tengan induksi yang mengakibatkan rotor ikut berputar setelah melalui beberapa proses. Arah putaran rotor motor induksi searah dengan putaran medan putar, namun kecepatan putaran rotor lebih rendah daripada kecepatan sinkronnya. Perbedaan dari kecepatan putar ini disebut dengan slip motor induksi.
2.4 Slip
Motor induksi tidak dapat berputar pada kecepatan sinkron. Jika hal ini terjadi maka rotor tidak akan berputar relative terhadap fluksi yang berputar.
Maka tidak aka nada ggl yang diinduksikan dalam rotor sehingga tidak ada arus yang mengalir pada rotor dan tidak akan menghasilkan kopel. Apabila rotor motor induksi berputar dengan kecepatan nr dan kecepatan medan putar stator adalah ns
maka slip (s) adalah
𝑆 =𝑛𝑠−𝑛𝑟
𝑛𝑠 x100% (2.1)
dimana : ns = kecepatan medan putar distator
nr = kecepatan rotor
Dalam hal ini kecepatan relatif rotor terhadap kecepatan medan putar stator adalah nrel, dimana nrel = ns- nr.Maka frekuensi yang dibangkitkan pada belitan rotor adalah f2,dimana
f2 = 𝑁𝑠−𝑁𝑟
120 𝑃 (2.2)
Sedangkan frekuensi medan putar stator adalah f1, dimana :
f1 = 120𝑁𝑠
𝑝 (2.3)
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 efesiensi 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 :
1. Apabila sumber tegangan tiga fasa dihubungkan kekumpran stator maka kumpran stator akan mengalirkan arus tiga fasa.
2. Arus tiga fasa tersebut akan menghasilkan fluksi bolak-balik yang berubah – ubah
3. Interaksi ketiga fluksi bolak-balik tersebut akan menghasilkan medan putar yang berputar dengan kecepatan sinkron ns dimana:
Ns = 120𝑓
𝑝 (2.4)
4. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor, akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E2 yakni:
E2 = 4,44fN2Фm (volt) (2.5)
dimama: E2 = Tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam
N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor Фm = Fluksi maksimum (Wb)
5. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl akan menghasilkan arus I2.
6. Adanya arus I2 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 sinkron dan diperlukan adanya erbedaan relatif antara kecepatan 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 = 4,44f N2Фm (volt) (2.6)
dimana :
E2S = Tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor
F = frekuensi rotor yang berputar
10. Bila nr = ns, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan jangkar rotor, dengan demikian tidak dihasilkan torka. Torka 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 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 dengan hal yang sama sebagaimana sebuah transformator. Semua parameter- parameter rangkaian ekivalen yang dijelaskan berikut mempunyai nilai-nilai perfasa.
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 phasa 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:
V1 = E1 + I1 ( R1 + X1)Volt (2.7)
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). Salah komponen yang lainnya adalah arus eksitasi Ie (excitting current). Dan arus eksitasi ini dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu, komponen rugi-rugi inti Ic yang sephasa 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 tiga phasa tidak, hal ini dikarenakan pada motor induksi arus beban nol menghasilkan fluks celah udara dan menghasilkan rugi-rugi tanpa beban ( rugi inti + rugi gesek angin + rugi I2R dalam jumlah kecil ) sedangkan pada trafo fungsi eksitasi untuk menghasilkan fluksi dan menghasilkan rugi inti.
Rangkaian ekivalen dari stator ini dapat ditunjukkan dalam gambar berikut.
Gambar 2.8 Rangkaian 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.
E2S = s E2 (2.8)
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 kepada induktansi rotor dan frekuensi dari tegangan dan arus pada rotor. Dengan induktansi pada rotor adalah L2, maka reaktansi pada rotor diberikan persamaan:
X2 = s X2 (Ohm) (2.9)
dimana :
X2 = Reaktansi dalam keadaan diam (Ohm)
Rangkaian rotor dapat ditunjukkan dalam gambar berikut:
Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen rotor motor induksi
Sehingga arus yang mengalir pada gambar 2.9 adalah:
I2 = 𝐸2
𝑅2+𝐽𝑋2 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 (2.10)
Pada saat diberikan beban atau dipengaruhi slip, maka besarnya arus yang mengalir pada rotor adalah:
I2S = 𝑠𝐸2
𝑅2+𝐽𝑠𝑋2𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 (2.11)
I2S = 𝐸2
𝑅2/2+𝐽𝑋2𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 (2.12)
Maka rangkaian ekivalen rotor yang dipengaruhi slip adalah :
Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen rotor motor induksi yang sudah dipengaruhi slip
Impedansi ekivalen rotor motor induksi pada gambar 2.10 adalah :
Z2S = 𝑅2
𝑆 + 𝐽𝑋2 (Ohm) (2.13)
Pada motor induksi rotor belitan, maka rotor pada motor induksi dapat diganti dengan rangkaian ekivalen rotor yang memiliki belitan dengan jumlah phasa dan belitan yang sama dengan stator akan tetapi gaya gerak magnet (mmf) dan fluksi yang dihasilkan harus sama dengan rotor sebenarnya, maka performansi rotor yang dilihat dari sisi primer tidak akan mengalami perubahan.
Sehingga hubungan antara tegangan yang diinduksikan pada rotor yang sebenarnya (Erotor) dan tegangan yang diinduksikan pada rangkaian ekivalen rotor (E2S) adalah :
E2S = a Erotor (2.14)
dimana :
a adalah perbandingan belitan stator dengan belitan rotor sebenarnya Sedangkan hubungan antara arus rotor sebenarnya (IRotor) dengan arus I2S
pada rangkaian ekivalen haruslah
I2S = 𝐼𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟
𝑎 (2.15)
Rotor dari motor induksi adalah terhubung singkat, sehingga impedansi yang diinduksikan tegangan dapat disedarhanakan 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:
Z2S = 𝐸2𝑠
𝐼2𝑠 =𝑎 2 𝐸𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟
𝐼𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟 = a2Zrotor (2.16)
Dengan mengingat kembali impedansi dari rangkaian ekivalen rotor yang sudah dipengaruhi oleh slip seperti persamaan (2.12) maka besarnya arus impedansi bocor slip frekuensi dari rangkaian ekivalen rotor :
Z2S = 𝐸2𝑠
𝐼2𝑠 =R2 + JsX2 (2.17)
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) akan sama dengan ggl induksi lawan pada rangkaian stator (E2) karena rangkaian 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 :
E2S = s E1 (2.18)
I
2R
2E
2X
2Karena resultan fluks celah udara ditentukan oleh phasor 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 :
I2S = I2 (2.19)
Apabila persamaan 2.18 dibagi dengan persamaan 2.19 maka diperoleh :
𝐸2𝑠 𝐼2𝑠 = 𝑠𝐸2
𝐼2 (2.20)
Dengan mensubtitusikan persamaan 2.20 kepersamaan 2.17 maka diperoleh :
𝐸2𝑠 𝐼2𝑠 = 𝑠𝐸1
𝐼1 = R2 + JsX2 (2.21)
Dengan membagi persamaan 2.21 berikut dengan s maka diperoleh
𝐸1 𝐼2 = 𝑅2
𝑆 + JX2 (2.22)
Sehingga dari persamaan-persamaan yang sudah dijabarkan diatas diperoleh suatu rangkaian umum dari rangkaian ekivalen stator yang ditunjukkan oleh gambar 2.11 berikut :
Gambar 2.11 gambar rangkaian ekivalen rotor motor induksi
Dari penjelasan diatas maka dapat dibuat rangkaian ekivalen per phasa motor induksi gambar 2.12 menunjukkan gambar rangkaian ekivalen per phasa motor induksi :
R1 JX1
I2
Rc
Ic sE2
I2
jsX2
jXm R2
Im E1
I1
V
Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen motor induksi
2.7 Efesiensi Motor Induksi
Efisiensi motor induksi adalah ukuran keefektifan motor induksi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik 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 masukan total dan biasanya dinyatakan dalam persen juga sering dinyatakan dengan perbandingan antara keluaran dengan keluaran ditambah rugi - rugi, yang dirumuskan dalam persamaan berikut.
Ƞ= 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛 = 𝑃𝑖𝑛−𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠
𝑃𝑖𝑛 = 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑜𝑢𝑡+𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠 𝑥 100% (2.23)
Dari persamaan terlihat bahwa efisiensi motor bergantung pada besar rugi-ruginya. Rugi-rugi pada persamaan tersebut adalah penjumlahan keseluruhan komponen rugi – rugi yang dibahas sebelumnya. Pada motor induksi pengukuran motor induksi ini 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 dibutuhkan 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 efesiensi yang tepat. Pengukuran kepada keseluruhan rugi- rugi ada yang berdasarkan kalometri. Walupun pengukran dengan metode ini sangat sulit dilakukan, keakuratan yang dihasilkan dapat dibandingkan dengan hasil yang 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 efesiensi. Keuntungannya terutama adalah fakta ada kemungkinan koreksi untuk temperature lingkungan yang berbeda. Biasanya data efefsiensi 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 mengijinkan pergantian sembarang yang terdiri dari unsur-unsur rangkaian linear dan sumber tegangan phasor. Rangkaian thevenin diasumsikan dengan gambar 2.13 diman sumber tegangan V1eq terhubung seri dengan impedansi Z1eq = R1eq + Jx1eq
Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Thevenin motor induksi
Dari gambar 2.13(a) dapat dihitung tegangan Thevenin (V1eq) dan impedansi thevenin (Z1eq)
V1eq = V1( 𝑗𝑋𝑚
𝑅1+𝐽(𝑋1+𝑋𝑚)) (2.24)
Z1eq = R1eq + Jx1eq = 𝑗𝑋𝑚 (𝑅1+𝑗𝑋1)
𝑅1+𝑗(𝑋+𝑋𝑚) (2.25)
Dari gambar 2.13(b) nilai I2 dapat dihitung dengan persamaan :
I2 = 𝑉1𝑒𝑞
𝑍1𝑒𝑞+𝑗𝑋2+𝑅2/𝑠 (2.26)
Torsi mekanik pada motor induksi dapat dihitung dengan persamaan berikut:
(2.27)
dimana
(2.28)
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 diasut langsung 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 tahanan ini tidak hanya menyebabkan torsi start meningkat tetapi juga 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 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 2.13 berikut [5]:
Gambar 2.14 (a) Rangkaian diagram starting langsung (b) Rangkaian control starting langsung.
Keterangan:
So = tombol OFF
S1 = tombol ON K1 = Start Contactor
F1 = Thermal Overload Relay
F2 = Overload Relay F3 = Control circuit fuse
U, V, W = Motor winding M = Motor
2.9.2. Starting wye-delta
Metode ini dipergunakan untuk motor induksi rotor sangkar yang dirancang untuk memberikan keluaran nominal bila kumparan stator dihubungkan delta dan biasanya dipakai pada motor yang mempunyai keluaran nominal sampai 25HP.
Belitan stator didesain beroperasi pada hubungan delta dan pada saat starting belitan tersebut terhubung dengan hubungan bintang/wye. Mula-mula motor distart pada hubungan bintang ketika kecepatan motor meningkat maka hubungan pada motor tersebut berganti dari hubungan bintang ke delta.
Pada starting hubungan delta [5]:
Arus start per phasa, Isc = V ∕ Zsc (Ampere) (2.29) Arus starting = √3Isc (Ampere) ( 2.30)
Pada starting hubungan wye [5]:
Arus start per phasa, Isc = 𝑉 /√3
𝑍𝑠𝑐 (Ampere) (2.31) Arus starting = 1
√3Isc (Ampere) (2.32) Berikut adalah rangkaian starting wye-delta :
Gambar 2.15 (a) Rangkaian daya Starting wye-delta (b) Rangkaian kontrol.
2.9.3 Starting Autotransformer
Metode starting dengan autotransformator adalah suatu metode starting yang digunakan untuk mengurangi tegangan pada stator pada saat start, yang akan membatasi arus start. Metode starting dengan autotransformator dapat dijalankan dengan cara open atau cloce transition.
Starting dengan autotransformator digunakan untuk mengurangi tegangan pada saat start. Dengan berkurangnya tegangan pada saat start, maka arus start
yang dihasilkan akan rendah juga. Setelah waktu tunda ditetapkan, autotransformator dilepas dari rangkaian dan selanjutnya motor induksi rotor sangkar akan beroperasi pada tegangan penuh. Autotransformator dilengkapi dengan tap yang terdiri dari 50%, 65% atau 80% dari tegangan saluran sebagai tegangan start dengan pengurangan arus saluran sebagai tegangan start dengan pengurangan arus yang sesuai. Tap dapat dipilih agar sesuai dengan kopel start yang diperlukan oleh motor untuk dapat mengatasi beban yang dikemudikan.
Penstart autotransformator dapat dioperasikan secara manual maupun otomatis (magnetik).
Berikut adalah rangkaian fasa dan rangkaian kontrol pada starting dengan autotransformer :
Gambar 2.16 (a) Rangkaian Starting dengan autotransformator (b) Rangkaian kontrol starting dengan autotransformator.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Dasar Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Sumatera Utara. Penelitian ini akan dilaksanakan setelah selesai seminar proposal disetujui. Peneltian ini akan dilaksanakan dengan durasi waktu 2 jam dan lama penelitian yang dilakukan berkisar 2 bulan.
3.2 Peralatan dan Bahan
Adapun peralatan dan bahan yang diperlukan dalam melaksanakan penelitian:
1. Motor induksi tiga phasa Tipe : rotor belitan Spesifikasi :
- 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. Power Suplai ( AC dan DC )
6. Motor DC 7. Tahanan geser
3.3 Metode Penelitian
Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Studi literatur
Yaitu dengan mempelajari buku referensi atau jurnal panduan baik dari internet dan bahan-bahan kuliah yang mendukung dengan penelitian yang dilakukan dan berkaitan dengan topik-topik yang dibahas
2. Metode diskusi
Yaitu metode tanya jawab dengan dosen pembimbing, asisten konversi energi listrik dan teman-teman sesama mahasiswa mengenai masalah- masalah yang timbul dalam penelitian
3. Studi lapangan
Melakukan percobaan dilaboratorium Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik serta mempelajari masalah yang timbul dilapangan
4. Melakukan analisa dan pengumpulan data 3.4 Pelaksanaan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan sekaligus pada laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro USU yang akan dilaksanakan melalui proses percobaan yang dilakukan sesuai dengan rangkaian percobaan dan kemudian akan diperoleh data yang akan dianalisis pada tahap berikutnya untuk memperoleh hasil pengaruh perubahan beban terhadap kecepatan,torsi start dan bagaimana efesiensi yang dihasilkan. Cara ini dilakukan dengan metode starting motor induksi,
kemudian hasil yang didapat akan dibandingkan dengan unjuk kerja motor induksi tanpa berbeban dengan masing-masing metode starting. Sehingga diperoleh perbandingan perubahan beban dengan tanpa berbeban terhadap unjuk kerja motor induksi.
3.5 Variabel yang diamati
Pada penelitian ini variabel yang diamati adalah :
• Lamanya waktu dari motor induksi beroperasi
• Persentasi perubahan beban terhadap unjuk kerja motor induksi dengan metode starting yang digunakan
• Harga slip motor induksi yang digunakan
• Persentasi daya output yang dihasilkan dari metode starting
3.6 Pelaksanaan Penelitian
Berdasarkan diagram alir atau flowchart dijelaskan secara skematik prosedur penelitian yang akan dilakukan:
Mempersiapakan peralatan percobaan
Membuat rangkaian percobaan
Melakukan percobaan dengan metode
wye-delta Melakukan
percobaan dengan metode
DOL
Melakukan percoaan dengan
metode autotransformer
Pengambila n data Pengambila
n data
Pengambila n data
Melakukan perhitungan
Melakukan perhitungan
Melakukan perhitungan Mulai
Apakah sesuai perhitungan dengan
percobaan?
1
Apakah sesuai perhitungan dengan
percobaan?
Apakah sesuai perhitungan dengan
percobaan?
2 3
1 2 3
Menampilakan hasil perhitungan
dan pengukuran
Menampilakan hasil perhitungan dan pengukuran
Menampilakan hasil perhitungan
dan pengukuran
Menampilkan perbandingan unjuk kerja motor
tanpa berbeban dan berbeban
Menampilkan perbandingan unjuk kerja motor
tanpa berbeban dan berbeban
Menampilkan perbandingan unjuk kerja motor
tanpa berbeban dan berbeban
selesai selesai selesai
Ya Ya Ya
Tidak Tidak Tidak
Gambar 3.1 Flowchart Penelitian
3.7 Prosedur Penelitian
Sebelum melakukan percobaan terlebih dahulu merangkai rangkaian percobaan sesuai dengan percobaan yang dilakukan. Adapun rangkaian percobaan sebagai berikut
1. Rangkaian percobaan motor induksi 3 fasa perubahan beban.
Gambar 3.2 Rangakain percobaan motor induksi 3 fasa perubahan beban.
2. Rangkaian kontrol starting Y-∆.
Gambar 3.3 Rangkaian kontrol starting Y-∆ pada motor induksi 3 fasa.
3.7.1 Pengambilan Data
Adapun prosedur pengambilan data percobaan adalah sebagai berikut:
1) Motor induksi 3 fasa dikopel dengan generator DC, kemudian rangkaian pengukuran disusun seperti Gambar 3.2
2) Seluruh switch dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan dalam keadaan posisi minimum, sedangkan posisi tahan RL diatur sedemikian dan dijaga konstan.
3) Switch S1 ditutup, pengatur PTAC dinaikan sampai 220V untuk starting langsung, PTAC diatur 50%, 65%,dan 80% untuk starting autotrafo,dan untuk starting Y-∆ rangkaian dihubungkan dengan rangkaian kontrol Gambar 3.3
4) Switch S3 ditutup, pengatur PTDC dinaikan hingga A5 menunjukan arus penguat nominal.
5) Switch S2 ditutup, tahanan RL diatur persentasenya yaitu 0% (ketika motor induksinya tidak dihubungkan dengan tahanan), 50%, 60%, 70%.
Kemudian dicatat pengukuran arus start, torsi , kecepatan putaran, dan daya masukan motor. Dengan syarat setiap perubahan persentase dari beban dicatat kondisi kinerja motor.
6) Percobaan selesai
BAB IV
HASIL DAN ANALISA DATA
4.1 Pengujian motor induksi tanpa beban
Untuk memperoleh hasil pengujian tanpa beban, motor induksi tidak diberikan beban berupa beban resistif 60 Ohm kemudian akan dianalisa kinerja motor induksi tersebut dengan menggunakan peralatan pengukuran tachometer, voltmeter, dan ampermeter. Sehingga data yang didapat dari Laboratorium Koversi Energi Listrik adalah:
4.1.1 Data Percobaan
4.1.1a Starting Langsung
VL-L = 220V
Tabel 4.1 Data pengukuran kinerja motor induksi tanpa beban starting langsung
Metode Starting
Kecepatan Putaran
Torsi Start Arus
Start Pin (W)
Pout (W)
Ƞ(%) N(rpm) N(rad/s) TYs TΔs TS TN IS IN
Starting DOL
1415 148.10 - - 3.68 0.6 5 1.6 408.48 88.86 21.75
4.1.1b Starting wye-delta VL-L = 220V
Tabel 4.2 Data pengukuran kinerja motor induksi tanpa beban starting wye-delta
Metode Starting
Kecepatan Putaran
Torsi Start Arus
Start Pin (W)
Pout (W)
Ƞ(%) N(rpm) N(rad/s) TYs TΔs TS TN IS IN
Starting Y- Δ 1415 148.10 1.2 2.25 - 0.6 3 1.6 408.48 88.86 21.75
4.1.1c Starting auto transformer VL-L = 220V
Tabel 4.3 Data pengukuran kinerja motor induksi tanpa beban starting autotransform
Metode Starting
Kecepatan Putaran
Torsi Start Arus
Start Pin (W)
Pout (W)
Ƞ(%)
N(rpm) N(rad/s) TYs TΔs TS TN IS IN
Starting
Autotransformer 1415 148.10 - - 0.92 0.6 2.5 1.33 339.5 88.86 26.16
4.1.2 Penyelesaian Data Percobaan
4.1.2a Penyelesaian data Starting Langsung
• N(rad/s) = ( 2𝜋60
).
N(rpm) 𝜋=3.14= ( 2𝑥3.14
60
)
.1415 rpm=148.10 rad/s
• PIN = √3.V. IN. Cos ϕ Cos ϕ = 0.67
= √3. 220. 1.6. 0.67
= 408.48W
• POut = T(N.m) . N(rad/s) = 0.6 N.m . 148.10 = 88.86 W
• Ƞ=𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛 𝑥 100% = 88.86 𝑊
408.48 𝑊 x100 % = 21.75 %
4.1.2b Penyelesaian data Starting wye-delta
• N(rad/s) = ( 2𝜋60
).
N(rpm) 𝜋=3.14= ( 2𝑥3.14
60
)
.1415 rpm=148.10 rad/s
• PIN = √3.V. IN. Cos ϕ Cos ϕ = 0.67
= √3. 220. 1.6. 0.67
= 408.48W
• POut = T(N.m) . N(rad/s) = 0.6 N.m . 148.10 = 88.86 W
• Ƞ=𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛 𝑥 100% = 88.86 𝑊
408.48 𝑊 x100 % = 21.75 %
4.1.2c Penyelesaian data Starting autotransformer
• N(rad/s) = ( 2𝜋60
).
N(rpm) 𝜋=3.14= ( 2𝑥3.14
60
)
.1415 rpm=148.10 rad/s
• PIN = √3.V. IN. Cos ϕ Cos ϕ = 0.67
= √3. 220. 1.33. 0.67
= 339.55W
• POut = T(N.m) . N(rad/s) = 0.6 N.m . 148.10 = 88.86 W
• Ƞ=𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛 𝑥 100% = 88.86 𝑊
339.55 𝑊 x100 % = 26.16 % 4.2 Pengujian motor induksi dengan menggunakan beban
Untuk memperoleh pengujian dengan menggunakan beban, motor induksi yang dikopel dengan generator sinkron akan dihubungkan kembali dengan beban
resistif 60 Ohm. Analisa yang dilakukan dengan perhitungan beban 50%, 60%, dan 70% dari beban resistif kemudian dianalisa kinerja dari motor induksinya.
4.2.1 Data Percobaan
4.2.1a Data Percobaan beban 50% beban resistif
1.Starting Langsung VL-L = 220V
Tabel 4.4 Data pengukuran kinerja motor induksi beban 50% starting langsung
Metode Starting
Kecepatan Putaran Torsi Start Arus Start
Pin (W)
Pout (W)
Ƞ(%) N(rpm) N(rad/s) TYs TΔs TS TN IYs IΔs IS IN
Starting DOL
1415 148.10 - - 3.69 0.6 5 1.6 408.48 88.86 21.75
2.Starting Wye-Delta VL-L = 220V
Tabel 4.5 Data pengukuran kinerja motor induksi beban 50% starting wye-delta
Metode Starting
Kecepatan Putaran
Torsi Start Arus Start
Pin (W)
Pout (W)
Ƞ(%) N(rpm) N(rad/s) TYs TΔs TS TN IYs IΔs IS IN
Y- Δ 1415 148.10 1.2 2 - 0.6 3 4 - 2.75 702.08 88.86 12.6
3.Starting Autotransformer VL-L = 220V
Tabel 4.6 Data pengukuran kinerja motor induksi beban 50% starting autotransform
Metode Starting
Kecepatan Putaran
Torsi Start Arus Start
Pin (W)
Pout (W)
Ƞ(%) N(rpm) N(rad/s) TYs TΔs TS TN IYs IΔs IS IN
AutoTrans former
1415 148.10 - - 0.9
2
0.6 - - 2.5 1.3 3
339 .55
88.8 6
26.1 6
4.2.1b Data Percobaan beban 60% beban resistif
1.Starting Langsung VL-L = 220V
Tabel 4.7 Data pengukuran kinerja motor induksi beban 60% starting langsung
Metode Starting
Kecepatan Putaran
Torsi Start Arus Start
Pin (W)
Pout (W)
Ƞ(%) N
(rpm) N (rad/s)
TYs TΔs TS TN IYs IΔs I
S
IN
DOL 1415 148.10 - - 3.6 9
0.6 - - 5 1.6 408.
48
88.8 6
21.75
2.Starting Wye-Delta VL-L = 220V
