SKRIPSI
ANALISIS PERBANDINGAN TEMPERATUR DAN TORSI MOTOR SINKRON TIGA FASA SAAT TEGANGAN SEIMBANG
DAN TIDAK SEIMBANG
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh
Alvi Handika Siregar NIM : 130402011
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2017
ABSTRAK
Motor sinkron akan beroperasi secara optimal jika tegangan yang mensuplai motor dalam tegangan seimbang. Permasalahan dalam pengoperasian motor sinkron ialah mendapat catu tegangan tidak seimbang pada terminalnya. Sehingga perlu dilakukan pengujian didalam laboratorium untuk mencari perbandingan saat motor disuplai tegangan seimbang dan tegangan tidak seimbang. Variabel yang diamati pada kasus ini adalah temperatur dan torsi motor sinkron. Metode yang digunakan untuk mencari nilai temperatur motor sinkron ialah dengan menggunakan thermometer infrared dan menggunakan pengukuran resistansi stator motor sinkron tiga fasa. Kemudian untuk mencari torsi motor sinkron dengan cara mencatat variable tegangan dan arus saat melakukan pengujian di laboratorium. Nilai temperatur dengan pengukuran thermometer infrared ketika tegangan seimbang lebih rendah yaitu 0.1214 0C/m, sedangkan untuk unbalance 2% yaitu
0.1952 0C/m dan unbalance 4% yaitu 0.57110C/m. Sedangkan dengan pengukuran
tahanan resistansi ketika tegangan simbang nilai temperatur yaitu 0.1358 0C/m, untuk unbalance 2% yaitu 0.205 0C/m dan unbalance 4% yaitu 0.5521 0C/m.
Untuk torsi motor ketika tegangan seimbang untuk faktor daya 0.8 lagging, unity, dan 0.8 leading secara berurut yaitu : 5.07 Nm, 1.7 Nm, dan 6.49 Nm. Sedangkan
ketika unbalance 2% yaitu : 6.68 Nm, 4.52 Nm, dan 6.88 Nm dan unbalance 4% yaitu : 9.91 Nm, 4.23 Nm, dan 10.78 Nm.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirabbil’alamin senantiasa penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, kesehatan, kesempatan dan kemudahan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan Skripsi ini. Juga shalawat beserta salam kepada Rasulullah Muhammad SAW yang selalu menjadi panutan umat manusia di seluruh dunia.
Skripsi ini penulis persembahkan kepada Ibunda dan Ayahanda tercinta dan Adik tersayang yang senantiasa mencurahkan kasih sayang dan doa yang tiada terhitung kepada penulis serta selalu membantu dan memberikan semangat kepada penulis untuk segera menyelesaikan Skripsi ini.
Skripsi 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 Skripsi ini adalah:
Analisis Perbandingan Temperatur Dan Torsi Motor Sinkron Tiga Fasa Saat Tegangan Seimbang Dan Tidak Seimbang
Selama masa kuliah sampai penyelesaian Skripsi ini, penulis juga banyak mendapat dukungan, bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin meyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S., selaku dosen Pembimbing Skirpsi serta Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Skripsi ini. 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen Penguji Skripsi dan dosen pembimbing akademik yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Skripsi ini dan telah banyak motivasi selama masa perkuliahan. 3. Bapak Drs. Hasdari Helmi Rangkuti, MT selaku dosen penguji Skripsi yang
4. Bapak Dr. Fahmi, ST, M.Sc, IPM selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU, dan Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.
5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU. 6. Sahabat Terhebat “ONLY US”, Aidil, Ryan, Dona, Pesal, Hanapi, Partot,
kemal yang telah banyak memberikan kritik, saran, dukungan, dan inspirasi selama penulis menjalani masa perkuliahan.
7. Seluruh kawan-kawan 2013 Salim, Bari, Apit, Sulpat, Alex, Johanes, Jackson, Maria, Angel, Winny, Ribel, Ingrid, Uti, Moses, Ajo, Sidik, Isman, Rozi, Budi the batu, Tongen, Kacmat, Aklipan, Dnik, Dirga, Handoko, Memet, Later, Sepai, Tika, Martin, Elsa, Ika, dan lain lain yang tidak saya sebutkan.
8. Laboran dan Rekan Laboratorium Konversi Energi Listrik Om Roy, Bg Wira, Bg Gading, Bg Sahrul, bang Zein, bang Aspar, bang Jaka, Ade, Fajri, Wahyu, Teguh yang selalu membantu dan tidak bosan-bosannya membagikan pengalaman selama masa perkuliahan.
9. Seluruh pihak yang juga berperan dan tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung selama menjalani masa perkuliahan.
Penulis menyadari bahwa dalam penulis Skirpsi ini masih belum sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun 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 Skripsi ini dapat berguna bagi kita semua dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri.
Medan, 01 Mei 2017 Penulis
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... ix
PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Batasan masalah ... 3
1.5 Manfaat Penulisan ... 4
BAB II DASAR TEORI ... 5
2.1 Motor Sinkron Tiga Fasa ... 5
2.2 Konstruksi Motor Sinkron Tiga Fasa ... 6
2.2.1 Stator ... 6
2.2.2 Rotor ... 7
2.3 Prinsip Kerja Motor Sinkron Tiga Fasa ... 8
2.4 Rangkaian Ekivalen Motor Sinkron ... 12
2.5 Metode Starting Motor Sinkron ... 16
2.5.1 Starting Dengan Penggerak Mula ... 17
2.5.2 Starting Dengan Mereduksi Frekuensi ... 17
2.5.3 Starting Dengan Kumparan Peredam ... 18
2.6 Tegangan Tidak Seimbang ... 19
2.7 Metode Menentukan Temperatur Motor Sinkron ... 24
2.7.2 Mengguakan Embedded Detector ... 24
2.7.3 Mengukur Tahanan Lilitan Motor ... 24
2.8 Torsi Motor Sinkron Tiga Fasa ... 25
BAB III METODE PENELITIAN ... 28
3.1 Tempat dan Waktu ... 28
3.2 Peralatan yang Digunakan ... 28
3.3 Variabel yang diamati ... 29
3.4 Prosedur Penelitian ... 29
3.4.1 Percobaan Pengukuran Temperatur Motor Sinkron Saat Tegangan Seimbang Dan Tidak Seimbang Menggunakan Termometer Infrared. ... 30
3.4.2 Percobaan Pengukuran Temperatur Motor Sinkron Saat Tegangan Seimbang Dan Tidak Seimbang Menggunakan Metode Pengukuran Resistansi Motor. ... 31
3.4.3 Percobaan Penghitungan Torsi Motor Sinkron Saat Tegangan Seimbang Dan Tidak Seimbang Menggunakan Data yang Diperoleh Melalui Pengujian. ... 33
3.5 Pelaksanaan Penelitian ... 34
3.5.1 Proses Pengumpulan Data ... 34
3.5.2 Melakukan Analisa Data ... 34
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 35
4.1 Umum ... 35
4.2 Data Percobaan ... 35
4.2.1 Motor Sinkron Tiga Fasa dengan Suplai Tegangan Seimbang ... 36
4.2.2 Motor Sinkron Tiga Fasa dengan Suplai Tegangan Tidak Seimbang .. 39
4.3 Analisa Data ... 45
4.3.1 Motor Sinkron Tiga Fasa Dengan Suplai Tegangan Seimbang ... 45
4.3.3 Perbandingan Hasil Pengukuran Temperatur Motor Sinkron Tiga Fasa
Suplai Tegangan Seimbang dengan Suplai Tegangan Tidak Seimbang... 62
4.3.4 Perbandingan Hasil Pengukuran Temperatur Motor Sinkron Tiga Fasa Menggunakan Thermometer Infrared dan Hasil Perhitungan Temperatur Menggunakan Metode Pengukuran Resistansi Motor ... 66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 68
5.1 Kesimpulan ... 68
5.2 Saran ... 69
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Konstruksi Motor Sinkron ... 6
Gambar 2. 2 Kumparan a-a, b-b, c-c ... 9
Gambar 2. 3 Distribusi ia, ib, ic sebagai fungsi waktu ... 9
Gambar 2. 4 Arah Fluks Secara Vektoris... 10
Gambar 2. 5 Diagram medan magnet motor sinkron ... 11
Gambar 2. 6 Kedudukan kutub rotor terhadap kutub khayal pada saat motor berbeban ... 12
Gambar 2. 7 Rangkaian ekuivalen motor sinkron 3 fasa ... 13
Gambar 2. 8 Rangkaian ekuivalen motor sinkron per fasanya ... 14
Gambar 2. 9 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Unity ... 14
Gambar 2. 10 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Leading ... 15
Gambar 2. 11 Diagram Fasor Motor Sinkron Dengan Faktor Daya Lagging ... 15
Gambar 2. 12 Diagram Fasor Yang Disederhanakan Dengan RA Diabaikan ... 16
Gambar 2. 13 diagram vector tegangan seimbang; diagram vector tegangan tidak seimbang ... 20
Gambar 2. 14 Diagram vector urutan positif (i) ; diagram vektor urutan negatif (ii); diagram vektor urutan nol (iii) ... 20
Gambar 2. 15 Kurva penurunan rating motor sinkron (NEMA) ... 23
Gambar 2. 16 Aliran daya motor sinkron 3 fasa ... 25
Gambar 3. 1 Rangkian pecobaan pengukuran dengan thermometer infrared ... 31
Gambar 3. 1 Rangkian pecobaan pengukuran dengan thermometer infrared ... 31
Gambar 3. 2 Rangkaian untuk pengukuran dengan mengukur tahanan motor ... 32
Gambar 3. 2 Rangkaian untuk pengukuran dengan mengukur tahanan motor ... 32
Gambar 3. 3 Rangkaian percobaan pengukuran torsi motor sinkron ... 33
Gambar 4. 1 Grafik temperatur -vs waktu untuk motor sinkron tiga fasa suplai tegangan seimbang pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared ... 49
Gambar 4. 2 Grafik temperatur -vs- waktu untuk motor sinkron tiga fasa suplai tegangan seimbang pengukuran suhu menggunakan metode pengukuran resistansi stator ... 49
Gambar 4. 4 Grafik temperatur -vs- waktu untuk motor sinkron tiga fasa suplai tegangan tidak seimbang 2% pengukuran suhu menggunakan thermometer
infrared ... 58 Gambar 4. 5 Grafik temperatur -vs- untuk motor sinkron tiga fasa suplai tegangan tidak seimbang 4% pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared ... 58 Gambar 4. 6 Grafik temperatur -vs- untuk motor sinkron tiga fasa suplai tegangan tidak seimbang 2% pengukuran suhu menggunakan metode pengukuran resistansi stator ... 59 Gambar 4. 7 Grafik temperatur -vs- waktu untuk motor sinkron suplai tegangan tidak seimbang 4% pengukuran suhu menggunakan metode pengukuran resistansi stator ... 59 Gambar 4. 8 Grafik Torsi motor Sinkron saat lagging, unity, dan leading untuk tegangan tidak seimbang 2% ... 61 Gambar 4. 9 Grafik Torsi motor Sinkron saat lagging, unity, dan leading untuk tegangan tidak seimbang 4% ... 62 Gambar 4. 10 Grafik temperatur -vs- waktu motor sinkron tiga fasa suplai
tegangan seimbang dan suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4% pengukuran suhu menggunakan thermometer infrared ... 64 Gambar 4. 11 Grafik temperatur -vs- waktu untuk motor sinkron tiga fasa suplai tegangan seimbang dan suplai tegangan tidak seimbang 2% dan 4% pengukuran suhu menggunakan metode pengukuran resistansi stator ... 65 Gambar 4. 12 Grafik perbandingan hasil pengukuran temperatur menggunakan thermometer infrared dan perhitungan menggunakan metode pengukuran
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 16 Data hasil perhitungan suhu motor sinkron tiga fasa tegangan
