Saklar Energi Pemulih Magnetik untuk Soft Starting Motor Induksi Tipe
Sangkar Tupai
Ken Hasto1), Margono2) , Muhammad Amiruddin3) 1 Fakultas Teknik Progdi Teknik Elektro, Universitas PGRI Semarang email: [email protected] 2 Fakultas Teknik Progdi Teknik Elektro, Universitas PGRI Semarang email: [email protected] 3 Fakultas Teknik Progdi Teknik Elektro, Universitas PGRI Semarang email: [email protected] ABSTRAK Motor sangkar tupai, jenis motor ini yang paling umum digunakan di industri. Hal ini relatif handal dan biaya pemeliharaan rendah. Banyak berbagai produsen berbeda yang menjual berbagai ukuran daya watt, akan tetapi tidak semua motor memiliki kinerja yang sama seperti faktor daya. Jenis motor ini tidak bisa dijalankan secara langsung, terutama motor yang memiliki kapasitas tinggi arus asutnya akan lebih besar mencapai 1,5 s/d 3 kali arus nominal bahkan lebih. Konsep penelitian ini menjalankan motor menggunakan suatu alat rangkaian kompensasi seri, kontrol tegangan input dan faktor daya dengan menggunakan saklar pemulih energi magnetik (MERS : Magnetic Energy Recovery Switch ). Prinsip kerja dari MERS adalah dengan melakukan pensaklaran setengah siklus pertama pada pemicu MOSFET dapat memberikan energi ke sebuah kapasitor, setengah siklus berikutnya energi yang sudah terkumpul dalam kapasitor diinjeksikan ke beban, dengan pensaklar tersebut sekaligus dapat mengatur besar tegangan pada terminal beban. Dengan simulasi PSIM, untai MERS diaplikasi untuk menjalankan motor induksi tipe sangkar tupai 2 HP. Metode yang dipakai adalah penundaan sudut picuan MOSFET untai MERS untuk meningkatkan faktor daya dan mengatur lebar pulsa picuan MOSFET untuk mengatur tegangan output untai MERS. Dengan simulasi dengan metode tersebut, penelitian ini mampu memberikan keluaran Vrms sebesar 0,44 V berangsur membesar sampai 220,46 V dan Irms
sebesar 0,0008 A berangsur membesar sampai 6,68 A dan dapat memperbaiki unjuk kerja motor dengan meningkatkan faktor daya menjadi semakin mendekati 1.
Kata kunci: MERS, MOSFET, faktor daya, motor induksi
1. PENDAHULUAN
Saklar pemulih energi magnetik berasal dari alih bahasa Magnetic Energy Recovery
Swicth disingkat MERS. Dasar tata letak dan
penempatan perangkat saklar pemulih energi magnetik seperti full‐bridge converter, terdiri dari sebuah kapasitor dihubungkan ke empat pasang dioda‐transistor. Proses pengisian dan pengosongan kapasitor dikendalikan oleh transistor sebagai saklar berpasangan, yang terdiri dari dua saklar letaknya berlawanan diagonal satu sama lainya dengan satu pasang diaktifkan dan yang lain tidak diaktifkan dalam setiap periode listrik.
MERS bekerja berdasarkan pengisian dan
pengosongan sebuah kapasitor dengan pengaturan aktif dan non aktif dari transistor sebagai saklar berpasangan, pasangan satu
diaktifkan dan yang lain tidak diaktifkan dalam setiap periode listrik. Ketika MOSFET on, drain lebih positif dari source maka arus akan mengalir melewati transistor. Akan tetapi jika
MOSFET off , drain lebih negatif dari sourse
maka arus mengalir melalui dioda.
Untai MERS dapat digunakan untuk
memperbaiki faktor daya beban
induktif,dengan contoh beban adalah motor induksi 1 phasa (KIPAS AC) [1].Aplikasi MERS pernah dilakukan untuk peredup lampu fluorescent. Penggunaan untai MERS, selain berguna untuk memperbaiki faktor daya, tundaan picuan MOSFET pada untai MERS
berpengaruh pada tegangan beban.
Perubahan tegangan beban mengakibatkan perubahan intensitas lampu fluorescent[2].
Penelitian dalam meningkatkan
turbin angin pernah dilakukan dalam upaya perbaikan daya sistem konversi generator turbin angin menggunakan Saklar Pemulih Energi Magnetik atau MERS. Dengan MERS, dapat mengkompensasi reaktansi generator sinkron yang dipakai dalam sistem konversi tenaga, sehingga faktor daya dapat diperbaiki menjadi lebih baik[5].
Dalam penelitian ini, MERS akan digunakan sebagai aplikasi soft starting motor induksi sangkar tupai untuk menghindari arus asut motor yang melonjak. Untuk itu diperlukan tegangan motor yang berangsur‐ angsur naik sampai tegangan kerjanya. Dan
juga diharapkan untai MERS dapat
memperbaiki unjuk kerja dengan
meningkatkan nilai faktor daya motor induksi sangkar tupai 2 HP.
2. METODE PENELITIAN
Penelitian diawali dengan pengambilan nilai parameter arus (Irms) dan faktor daya dari
beban motor induksi 2 HP. Dari hasil pengukuran , menunjukkan seperti pada Tabel 1 berikut ini. Tabel 1. Tabel hasil pengukuran beban Vrms 228 Volt f 50 Hz Irms 6,89 Amp PF (faktor daya) 0,187
Dari data tersebut dapat dihitung besar impedansi ( ) dari motor induksi 2 HP tersebut. cos 0,187 79,22° 228 6,89 33,09 33,09 79,22 cos 33,09 cos 79,22 6,18 Ω sin 33,09sin79,22 32,34Ω 2 32,5 2 3,14 50 0,103 Terhitung resistansi dan reaktansi induktif motor induksi 2 HP yaitu 6,18 Ω dan besar 0,103 . Langkah selanjutnya adalah mensimulasikan dalam perangkat lunak PSIM dengan parameter L dan R terhitung. Skema penelitian dapat dilihat pada Gambar 1.
Dalam penelitian ini nilai dihitung agar , yaitu terjadi kondisi resonansi, MERS akan bekerja pada mode balance. Diharapkan dari kondisi ini, faktor daya hasil uji coba tundaan picuan dengan untai MERS dapat meningkat semakin mendekati 1.
1
2 32,34
97,99
Untuk menghindari kenaikan tegangan pada keluaran untai MERS, transformator
diberikan pada input untai MERS.
Transformator tersebut berjenis step down dengan rasio NP:NS = 5,32 : 1.
2.1. Tundaan Picuan
Yang dimaksud dengan tundaan picuan pada penelitian ini adalah tundaan picuan
MOSFET S1&S3 dan S2&S4. setelah titik nol
pada tegangan AC (zero cross) seperti pada Gambar 2 berikut.
Gambar 2. Tundaan picuan MOSFET
Pada penelitian ini, divariasikan tundaan picuan dari 10° sampai dengan 180° dengan lebar pulsa 180°.
2.2. Lebar Pulsa Picuan
Lebar pulsa pada penelitian ini seperti
pada Gambar 3, dimaksudkan untuk
mengatur besar tegangan (Vrms) keluaran dari
Gambar 3. Lebar pulsa picuan MOSFET Pada penelitian ini, divariasikan lebar pulsa sebesar 10° sampai dengan 180° dengan tundaan picuan 90°.
3. Hasil dan Pembahasan
Dari hasil simulasi, tundaan picuan
MOSFET mempengaruhi besar tegangan
output untai MERS dan nilai faktor daya. Dari hasil simulasi, menghasilkan data perubahan parameter seperti padaTabel 2 berikut. Tabel 2. Hasil simulasi tundaan picuan MOSFET tundaan picuan Vrms (Volt) Irms (A) PF 0 21.36 0.17 0.99 lagg ing 10 43.66 0.117 0.177 20 77.99 2.29 0.343 30 111.69 3.34 0.5 40 142.55 4.3 0.64 50 169.3 5.12 0.76 60 191.07 5.79 0.86 70 207.11 6.28 0.93 80 216.95 6.58 0.98 90 220.26 6.68 0.99 100 217.74 6.61 0.98 le ad in g 110 210.35 6.38 0.95 120 198.5 6.02 0.9
Tundaan picuan pada rentang 0° sampai dengan <90°, arus tertinggal dari tegangan (lagging) . Waktu pengosongan muatan kapasitor ke beban lebih lama dari pada waktu pengisiannya. Pada kondisi tersebut, menyebabkan MERS bekerja pada
mode DC offset dengan ciri bentuk tegangan
pada kapasitor pada Gambar 4. Gambar 4. Tegangan pada kapasitor MERS mode DC offset
Nilai faktor daya paling optimal adalah pada saat tundaan picuan 90° yaitu 0,99. Pada kondisi ini pula MERS mengalami mode
balance karena dapat dilihat dari bentuk tegangan pada kapasitor seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. Tegangan pada kapasitor MERS mode
balance
Tundaan picuan MOSFET lebih dari 90°, memberikan hasil arus mendahului daripada tegangan (leading) dan nilai faktor daya berangsur menurun. Waktu pengosongan Gambar 1. Untai penelitian MERS
kapasitor lebih singkat daripada waktu pengisiannya. Pada kondisi tersebut,
MERS bekerja pada mode not continuous
dengan ciri bentuk tegangan pada kapasitor pada Gambar 6. Gambar 5. Tegangan pada kapasitor MERS mode not countinous
Setelah mendapatkan nilai faktor daya yang optimal mendekati 1 (0,99) sebagai acuan unjuk kerja motor yang optimal, untuk memenuhi kebutuhan soft starting motor induksi yaitu kenaikan tegangan yang berangsur‐angsur untuk menghindari nilai arus asut yang melonjak, penelitian dilanjutkan dengan pengaturan lebar pulsa. Dari hasil simulasi pengaturan lebar pulsa, dihasilkan data seperti pada Tabel 3 berikut.
Tabel 3. Hasil simulasi perubahan lebar pulsa lebar pulsa (°) Vrms (Volt) Irms(A) PF
20 0.44 0.0008 0.23 30 6.03 0.0035 0.006 40 8.21 0.01 0.02 50 11.37 0.022 0.02 60 14.53 0.044 0.02 70 17.77 0.08 0.03 80 20.68 0.139 0.04 90 22.82 0.25 0.05 100 43.66 1.17 0.17 110 77.99 2.29 0.34 120 111.69 3.34 0.5 130 142.54 4.3 0.64 140 169.3 5.12 0.76 150 191.06 5.79 0.78 160 207.11 6.24 0.93 170 216.95 6.58 0.98 180 220.26 6.68 1
Pengaturan lebar pulsa dari rentang 10° sampai dengan 180° menghasilkan besar tegangan keluaran yang berbanding lurus dengan lebar pulsa.
4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. MERS dapat meningkatkan faktor daya motor induksi yang semula 0,187 menjadi 0,99 (mendekati 1)
dengan nilai pada
tundaan picuan MOSFET sebesar 90°.
2. Dengan metode pengaturan lebar pulsa picuan, nilai tegangan (Vrms)
keluaran untai MERS sebesar 0,44 Volt sampai dengan 220,26 Volt. 3. Metode MERS dapat digunakan
sebagai soft starting motor induksi dengan cara pengaturan lebar pulsa untuk pengaturan besar tegangan motor dan pengaturan tundaan
picuan MOSFET untuk
meningkatkan nilai faktor daya.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Fauzan, F.Danang Wijaya, Bambang Sutopo, (2012), Studi Perbaikan
Faktor Daya Beban Induktif Dengan Kompensator Reaktif Seri Menggunakan Sakelar Pemulih Energi Magnetik, Jurnal Penelitian Inovasi
Universitas Tidar Magelang.
[2] Margono, F.Danang Wijaya, Bambang Sutopo, (2012), Perancangan Peredup
Lampu Fluorescent Dengan Saklar Pemulih Energi Magnetik, Jurnal
Penelitian Inovasi Universitas Tidar Magelang.
[3] Narushima, Jun., Kouta Inoue, Taku Takaku,Takanori Isobe, Tadayuki Kitahara, Ryuichi Shimada, (2005),
Application of Magnetic Energy Recovery Switch (MERS) for Power Factor Correction, Tokyo Institute of
Technology.
[4] Sudirham, Sudaryatno., (2002),
Analisis Rangkaian Listrik, Penerbit
ITB.
[5] Takaku, Taku., Jan Wilk, Seiki Igarashi, Yoshisuki Uchida, and Ryuichi Shimada, (2006), Improved Power
Conversion System for Wind Turbine Generator Using Magnetic Energy Recovery Switch, Tokyo Institute of
