View of ANALISA KANDUNGAN HARMONISA PADA MOTOR AC 3 PHASA 0,12 kW TERKENDALI INVERTER 3 PHASA

(1)

ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.13 NO.1 JULI 2018 p-ISSN 1979-4819 e-ISSN 2599-1930 31

ANALISA KANDUNGAN HARMONISA PADA MOTOR AC 3 PHASA

0,12 kW TERKENDALI INVERTER 3 PHASA

1

SYAFRUDIN

2

ANGGA PRATAMA

Program Studi Teknik Elektro, Sekolah Tinggi Teknologi Mandala Bandung JL. Soekarno-Hatta No. 597, Bandung 40284

Telp. (022) 7301738, 70791003 Fax. (022) 7304854

Abstract

A three-phase induction motor is an electrical machine that converts electrical energy into mechanical energy in the form of motor rotation with the principles of electromagnetic induction. The principle of electromagnetic induction makes an induction motor have saturation or saturation properties, that is a situation where at a certain point, the electric current produced is not proportional to the increase in voltage applied to the motor, and even tends to remain. Because of the saturation nature, the induction motor is grouped into a type of nonlinear load. The study of harmonics in three-phase induction motors, especially the type of squirrel cage rotors which are emphasized on the load side (induction motor) can be done by analyzing whether the harmonic level caused by the three-phase induction motor is influenced by factors such as motor power rating, voltage given or motor rotational speed. This research needs to be done to determine the dominant factors that influence the level of harmonics produced by the three-phase induction motor, by calculating THD (Total Harmonic Distortion). With the recognition of the factors that influence the level of harmonics in three-phase induction motors, the industrial sector as a user of this type of load can carry out certain steps to reduce the level of harmonics produced. The squirrel 3 phase induction motor type squirrel cage rotor tends to produce dominant harmonics in the 3rd order it causes, the load breaker can work under its rated current or may not work on the rated current, which results in a CB trip.

Keywords: Harmonics, currents, distortion.

Abstrak

(2)

dominan pada urutan ke-3 hal itu menyebabkan, pemutus beban dapat bekerja dibawah arus pengenalnya atau mungkin tidak bekerja pada arus pengenalnya, yang mengakibatkan tripnya CB.

Kata kunci: Harmonisa, arus, distortion.

1. PENDAHULUAN

Motor induksi tiga fasa adalah suatu mesin listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa putaran motor dengan

prinsip – prinsip induksi elektromagnetik.

Prinsip-prinsip induksi elektromagnetik ini

membuat motor induksi mempunyai sifat saturasi atau kejenuhan, yaitu suatu keadaan di mana pada titik tertentu, arus listrik yang dihasilkan tidak sebanding dengan kenaikan tegangan yang diberikan pada motor, dan bahkan akan cenderung tetap. Karena sifat

kejenuhan tersebut, maka motor induksi

dikelompokkan ke dalam jenis beban tak linier. Didalam sistem tenaga listrik, beban tak linier menghasilkan suatu harmonisa, yaitu

gelombang yang mempunyai frekuensi

dengan kelipatan frekuensi dasarnya.

Pengaruh harmonisa ini pada sistem tenaga listrik (sisi pemasok) adalah meningkatnya impedansi jaringan saluran transmisi sehingga meningkatkan rugi-rugi tembaga dan fluks. Pada transformator daya akan menyebabkan meningkatnya rugi-rugi besi, arus bocor dan

stress pada isolasi sehingga akan

mengakibatkan pemanasan berlebihan pada

transformator daya. Pada sisi beban

(konsumen listrik), pengaruh harmonisa

menyebabkan peralatan listrik akan bekerja

dengan tidak semestinya[2]. Harmonisa

adalah gejala pembentukan

gelombang-gelombang sinus (tegangan dan arus) dengan frekuensi kelipatan bilangan bulat (integer) dari frekuensi dasarnya (fundamental). Gelombang

harmonisa apabila digabungkan dengan

gelombang frekuensi dasarnya akan

menghasilkan gelombang yang terdistorsi

(non-sinus). Gelombang-gelombang ini

kemudian menumpang pada gelombang

aslinya sehingga terbentuk gelombang cacat yang merupakan jumlah antara gelombang

murni sesaat dengan gelombang

hormoniknya. Sehingga bentuk gelombang tegangan dan arus tidak sinusiodal murni lagi. [1]. Di dalam industri, suatu produk dihasilkan dari bahan baku atau bahan mentah, yang

kemudian melalui suatu tahapan-tahapan

yang disebut proses produksi. Setiap

industri mempunyai tahapan – tahapan

proses yang berbeda – beda, sesuai dengan jenis produk yang dihasilkanya. Studi tentang harmonisa pada motor induksi tiga fasa sebenarnya telah banyak dilakukan. Namun kajian tentang harmonisa selama ini lebih banyak pada akibat yang ditimbulkan harmonisa pada sistem tenaga listrik yang dihasilkan oleh motor induksi, atau kinerja motor induksi itu sendiri jika diberikan suatu

tegangan yang mengandung harmonisa,

bukan dititik beratkan pada motor induksi sebagai penghasil harmonisa. Kajian tentang

harmonisa pada motor induksi tiga fasa

khususnya tipe rotor sangkar tupai yang

dititik beratkan pada sisi beban (motor

induksi) dapat dilakukan dengan cara

menganalisa apakah tingkat harmonisa yang ditimbulkan oleh motor induksi tiga fasa tersebut dipengaruhi oleh faktor – faktor

seperti rating daya motor, tegangan yang

diberikan atau kecepatan putar motor.

Penelitian ini perlu dilakukan untuk mengetahui faktor dominan yang mempengaruhi tingkat harmonisa yang dihasilkan oleh motor induksi tiga fasa tersebut. Dengan diketahuinya faktor – faktor yang mempengaruhi tingkat harmonisa pada motor induksi tiga fasa, sektor industri sebagai pengguna beban jenis ini dapat melakukan suatu langkah-langkah tertentu untuk mengurangi tingkat harmonisa yang

dihasilkannya . Sehingga sektor industri

dapat menekan tingkat harmonisa yang

disumbangkan ke sistem tenaga listrik

karena penggunaan motor induksi tiga fasa tipe rotor sangkar tupai secara luas, di mana 70% beban listrik di industri adalah motor induksi tiga fasa[2].

2.

_{TINJAUAN PUSTAKA}

A.

Harmonisasi

Bentuk gelombang tegangan yang

(3)

ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.13 NO.1 JULI 2018 p-ISSN 1979-4819 e-ISSN 2599-1930 33

bentuk gelombang arus yang dihasilkan

dalam sistem tenaga listrik yang ideal

adalah gelombang sinus murni. Harmonisa

adalah gangguan yang terjadi dalam sistem

distribusi tenaga listrik yang disebabkan

adanya distorsi gelombang arus dan tegangan. Distorsi gelombang arus dan tegangan ini

disebabkan adanya pembentukan

gelombang-gelombang dengan frekuensi

kelipatan bulat dari frekuensi fundamentalnya. Harmonisa bisa muncul akibat adanya beban-beban non linier yang terhubung ke sistem distribusi. Beban non liner ini umumnya adalah peralatan elektronik yang didalamnya banyak terdapat komponen semi konduktor, yang dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan. Beberapa contoh

beban non linier adalah berupa aplikasi

elektronika daya antara lain: static power

converter (rectifiers atau inverters), pengisi

batere(bateray chargers), electronic ballast,

variable frequency, electric arc furnace, thyristor ac power controllers, thyristor-controlled reactor (TCR), silicon thyristor-controlled rectifier (SCR), dan adjustable speed drive

(ASD), yang ini semuanya merupakan

penyumbang harmonik. Distorsi harmonisa

diterjemahkan melalui suatu distorsi dari

gelombang arus dan tegangan di jaringan

yang tidak lagi sinusoidal, hal tersebut akan menyebabkan timbulnya arus, tegangan dan

daya harmonik di dalam jaringan yang

mengandung beban-beban non linier. Distorsi

harmonisa, yang membentuk suatu bentuk

distorsi mutu dari pada arus, tegangan,

daya jaringan adalah besaran variabel yang

berubah-ubah, besaran distorsi tersebut

dapat dinyatakan dengan total harmonic

distortion (THD). Beban non liner antara lain:

variable speed drive, komputer, printer, lampu

fluorescent yang menggunakan elektronik

ballas

B.

Induksi

Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (ac) yang paling luas digunakan Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja berdasarkan induksi medan magnet stator ke rotornya, dimana 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. Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di industri maupun di rumah tangga. Motor induksi yang umum dipakai

adalah motor induksi 3-fase dan motor

induksi 1-fase. Motor induksi 3-fase

dioperasikan pada sistem tenaga 3-fase dan

banyak digunakan di dalam berbagai

bidang industri dengan kapasitas yang

besar. Motor induksi 1-fase dioperasikan pada sistem tenaga 1-fase dan banyak digunakan terutama untuk peralatan rumah

tangga seperti kipas angin, lemari es,

pompa air, mesin cuci dan sebagainya karena

motor induksi 1-fase mempunyai daya

keluaran ya

ng rendah.

3.

_{METODE PENELITIAN}

Dari segi batasan populasi maka penelitian ini termasuk menggunakan populasi terbatas atau terhingga. Alasannya adalah populasinya

memiliki batas yang jelas dan memiliki

karakteristik yang terbatas pula yakni

populasi dari seluruh mesin yang

menggunakan motor induksi dan pengendali yang sama. Adapun populasi pada satu unit mesin Boiler dengan kapasitas 10 TPH

yang dipilih oleh peneliti dengan rincian

sebagai berikut:

Tabel 3. Komponen daya pada mesin boiler kapasitas 10 Ton Per Hour (TPH)

N

o

Nama

Komponen

Daya

Motor

(kW)

Invert

er

(kW)

Kabel

(mm2)

1 ID Fan 45 55 35

2 FD Fan 11 11 4

3 Stoker 0.12 0.37 1.5

4 Swing Chut 0.37 - 1.5

5 Rotary Ash

Valve 1 0.37 - 1.5

6 Rotary Ash

Valve 0.37 - 1.5

7 Ash

Conveyor 1.5 - 1.5

8 Feed Pump 1 11 - 4

(4)

Dari populasi yang dipaparka peneliti mengambil sampel yait Motor Stoker, karena pada yang terjadi kendala sering me beban bertambah.

Pengukuran dan Pengambilan d

Gambar 12 .Pengambilan dat

Alat ukur yang digunakan did

ini adalah Power Quality A

dapat mengukur parameter

seperti, arus dan tegangan tingkat harmonisa (THD) total

betuk gelombang tegangan

flicker, ketidak seimbangan si

daya, faktor daya, serta kua

secara umum.

Gambar di bawah ini memp ukur Power Quality Analyzer.

Gambar 13.Alat ukur Power Q

Pada penelitian ini, motor ind mendapatkan dua perlakuan yaitu :

1.

Untuk menganalisa pengaru

motor induksi terhadap

dihasilkan, maka tegangan

induksi dipertahankan k

tegangan 220 V, dan var

Deskripsi DATA Keterangan

1 2 3 4 5 6 bara 260 mm

Settingmotor Breaker dalamAmpere

sebelum 1,0 A

Sesudah 1,3 A pada Inverter

Sebelum 0,68 A

Sesudah 0,46 A

Setting Torsi dalam %

Sebelum 150 150 150 150 150 150 Sesudah 100 100 100 100 100 100

DATA FREKUENSI

DATA ARUS PADA INVERTER

IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT rkan diatas maka

yaitu pada bagian a bagian tersebut mengalami trip jika

n data

n data Visual

didalam penelitian

Analyzer. Alat ini

ter – parameter

n listrik, frekuensi,

tal dan individual,

n dan arus listrik, sistem tiga fasa, kualitas daya listrik

mperlihatkan alat er.

er Quality Meter

induksi tiga fasa n yang berbeda,

aruh rating daya

ap THD yang

n masukan motor

konstan pada

variabel bebasnya

adalah Frekuensi y inverter yang men

serta variabel

adalah THDV dan

2.

Untuk menganalisa

putar motor induk dihasilkan, maka te

induksi dipertaha

tegangan 220 V, se adalah kecepatan dan variabel tergan THDV dan THDI. U teknik pengumpula data dapat dilihat d Tabel 4. Rekapitulasi kW terkendali inverte

1 2 3 4 5 6 bara 260 mm

sebelum 1,0 A

Sebelum 0,68 A

Sesudah 0,46 A

Sebelum 150 150 150 150 150 150 Sesudah 100 100 100 100 100 100

DATA FREKUENSI

IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT

si yang dapat diubah melalui engendalikan motor induksi

l tergantung (dependent)

an THDI.

lisa pengaruh kecepatan uksi terhadap THD yang tegangan masukan motor

hankan konstan pada

sehingga variabel bebasnya

tan putar motor induksi

antung (dependent) adalah I. Untuk lebih lengkapnya, ulan data dan instrumen at dalam tabel berikut ini:

si data motor induksi 0.12 rter 3 phasa

1 2 3 4 5 6 bara 260 mm

sebelum 1,0 A

Sebelum 0,68 A

Sesudah 0,46 A

Sebelum 150 150 150 150 150 150 Sesudah 100 100 100 100 100 100

DATA FREKUENSI

(5)

ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.13 NO.1 JULI 2018 p-ISSN 1979-4819 e-ISSN 2599-1930 35 Temperatur

motor 50 47 47 48 48 47

Dalam derajat Celcius

Temperatur

MCCB 55 43 47 51 52 48

Dalam derajat Celcius

4.HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam penelitian ini data yang diperoleh

melalui simulasi dan pengukuran langsung

dilapangan. Pembahasan ini berangkat dari uraian tentang gambaran umum penelitian.

Yaitu membahas tentang kandungan

harmonisa pada rangkaian pengendali motor Induksi 3 phasa yang menggunakan pegendali

berupa Inverter 3 phasa dengan input

tegangan 220 V yang ditunjukan pada gambar pemodelan dibawah ini :

Gambar 14. Wiring Diagram Motor Induksi 3phasa 0.12 kW Terkendali Inverter 3phasa.

Spesifikasi rangkaian :

1. Spesifikasi Motor Induksi

Daya Motor : 0.12 kW

Kecepatan Putaran : 1380 rpm

Arus : 0.68 A

Tegangan Input Δ / Υ : 230 V / 380 V

Power Factor (cos φ) : 0.69

Frekuensi : 50 Hz

Kutub : 4 pole

Eff : 63.8

2. Spesifikasi Inverter

Tegangan Input : 200 – 240 V± 10%

Tegangan Output : 0 – 100% dari

tegangan input Daya : 0.37 kW

Arus Continuous: 2.2 A (3 x 200 – 240 V)

Arus Intermittent : 3.3 A (3 x 200 – 240V)

3. Spesifikasi Motor Circuit Breaker

Range Arus : 1 – 1.6 A

Arus Maksimum trip : 22.5 A id± 20% Range

Daya : 0.37 kW – 0.75 kW

4.Spesifikasi Kontaktor Magnet

Tegangan Coil : 220 V

Type : 3P(3 NO)

[Ie] Rated Opr.Current : 9 A

Motor Power kW : 2.2 kW – 5.5 kW

Deskripsi Variabel

Dari deskipsi motor, inverter, dan MCCB dapat terlihat dari perhitungan dengan rumusan sebagai berikut :

Dan menghasilkan yang terdapat pada tabel berikut :

Tabel 5. Data perhitungan motor dengan variabel Frekuensi

NO Frekuens Hzi

Konstant a kutub

Putaran-n (rpm)

SLIP (%)

Torsi (lb ft) cos ϕ

Daya (Watt) HP

Tegangan input (Volt) 1 10 120 4 300 80 1,575 0,69 120 0,09 230 2 20 120 4 600 60 0,7875 0,69 120 0,09 230 3 30 120 4 900 40 0,525 0,69 120 0,09 230 4 40 120 4 1200 20 0,39375 0,69 120 0,09 230 5 46 120 4 1380 8 0,3423913 0,69 120 0,09 230 6 50 120 4 1500 0 0,315 0,69 120 0,09 230

(6)

Dari tabel 5 dan grafik 1 diatas menunjukan

bahwa frekuensi rendah menghasilkan

putaran rendah. Dan apabila frekuensi ditambah atau di perbesar maka putaran akan bertambah sesuai dengan frekuensi yang dirubah.

Grafik 2. Perubahan Putaran terhadap Torsi

Dari grafik 4.2.2 menunjukan bahawa putaran

lambat menghasilkan torsi yang besar dan

sebaliknya apabila putaran cepat torsi yang dihasilkan sangatlah rendah.

Pengaruh Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa Terhadap THD

Dari pengujian terhadap sebuah motor induksi tiga fasa yang mempunyai spesifikasi kecepatan putar berbeda namun mempunyai spesifikasi rating daya yang sama yaitu 0.09 HP, dengan suatu perlakuan di mana tegangan yang diberikan dipertahankan konstan pada tegangan kerja 220 V, diperoleh hasil sebagai berikut :

Tabel 6. Hasil pengujian pengaruh kecepatan motor Induksi 3 phasa terhadap THD dengan

tegangan Konstan 220 VAC/230 VAC.

NO

Frekuensi Kecepatan

THD TEGANGAN THD ARUS

THDVA THDVB THDVC THDIA THDIB THDIC

(Hz) (rpm) (%) (%) (%) (%) (%) (%)

1 20 600 1,9 2,1 1,9 4 3,9 4

2 40 1200 2,4 2,5 2,4 1,3 1,3 1,2

3 46 1380 2 2,1 1,4 1,4 1,5 1,2

Dari tabel 6 bila disajikan dalam bentuk grafik THD V , THD I terhadap kecepatan putar

motor induksi dalam rpm, maka diperlihatkan pada gambar berikut.

Grafik 3. Kecepatan terhadap THD tegangan

Grafik 4. Kecepatan terhadap THD arus

5.KESIMPULAN

Rating daya suatu motor Induksi 3 fasa,cenderung mempengaruhi besarnya THD tegangan dan THD arus yang dihasilkan. Semakin besar rating daya dari motor induksi 3 fasa,maka semakin besar pulah THD nya. Dan kecepatan suatu motor AC 3 fasa, cenderung mempengaruhi besarnya THD tegangan dan THD arus yang dihasilkan. Semakin tinggi kecepatan motor induksi 3 fasa semakin kecil THDnya. “Kesimpulan motor induksi 3 fasa tipe rotor sangkar tupai cenderung menghasilkan harmonisa dominan pada urutan ke 3 hal itu menyebabkan, pemutus beban dapat bekerja dibawah arus pengenalnya atau mungkin tidak bekerja pada arus pengenalnya”. Suatu sistem tenaga listrik dipengaruhi banyak faktor, salah satunya adalah Harmonisa. Adanya harmonisa pada sistem tenaga listrik akan menyebabkan timbulnya rugi-rugi pada konduktor kabel dan

kawat transmisi, generator sinkron,

transformator, sistem proteksi, dan motor listrik. Sehingga harmonisa harus diredam dalam

sistem tenaga. Cara untuk meredam

(7)

ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.13 NO.1 JULI 2018 p-ISSN 1979-4819 e-ISSN 2599-1930 37 sistem kapasitif dan trafo isolasi hubungan Δ -Υ

padaSistem.

DAFTAR PUSTAKA

1. Sugiarto,Hadi.2012.”Kaj an Harmonisa

Arus Dan Tegangan Listrik di Gedung

Administrasi Politeknik Negeri Pontianak”.dalam jurnal vokasi,8(Juni 20

2. Assafat,Luqman.2010.”Analisa

Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Tingkat

Harmonisa Pada Motor Induksi Tiga

Fasa Tipe Rotor Sangkar Tupai”.Dalam

Prosiding Semnar Nasional Unimus 2010.(ISBN:978.979.7

3. Kadir,Abdul.2000.”Distribusi dan Utilisasi

Tenaga Listrik”,Jakarta:UI Press

4. Sumanto.1991.”Teori

Transformator”.Yogyakarta:Andi Offset.

5. Tribuana,Wanhar.1999.”Pengaruh

Harmonik pada Transformasi

Distribusi”.http://www.elektroindonesia.c om/elektro/ener25.html.

6. Dist F.C.D.L.Rosa.2006.”Harmonic and Power Sistem”.CRC P

7. Suryajaya,Ahmad.2011.”Pengaruh Total

Harmonic Distortion (THD)Pada Suatu Sistem”, Semarang:Program Studi Teknik Elektro Jurusan Teknologi Industri

Universitas Katolik Soegijapranata.

8. Rusli,Muhammad.2009.”Analisis dan

Evaluasi Dampak Harmonisa Pada Transformator”.Sumatra Utara: PT.

PLN ( Persero ) Penyaluran dan

pusat penyalur beban Sumatra Utara. 9. Dugan, M. And Beaty.1996.”Electrical

Power System Quality”. McGraw – Hill. United States of America.

10. Farzanehrafat Ali, Mohammad Taghi Bathaee S. Suboptimal Size and Location of Distributed Generation for Maintaining the Protectio Coordination, Electrical engineering in Azad University of Science and Research, and with Ghods Niroo Consulting Engineers (GNCE) Tehran, Iran (e-mail:

‘afarzanehrafat@ghods- niroo.com).

11.

MujangDwi,Pengertian-Dasar-Inverter,(mujangdwi.blogspot.co.id,27 Januari 2013).Sejahtera Teknik. 12. Margono. Metodelogi Penelitian

Pendidikan. (Jakarta: Rineke

Cipta,1997),h.105.

13. Tarmudzi dan Sri Hartini. Metode

Statistika, (Malang: UIN Malang Press,2008),h.18.

14. Suharsini Arikunto.

Prosedur,,,,Ibid,h.149.

15. Sugiyono.Metode Penelitian Kualitatif

Kuantitatif dan R&D,(Bandung: Alafabetha,2008), Cet.IV,h222.

16. Mardalis. Metode Penelitian Suatu

Pendekatan Proposal,(Jakarta:Bumi Aksara,1995),Cet.III,h53.

17. Ibnu Hajar. Dasar-dasar Metodelogi

Penelitian Kuantitatif Dalam Pendidikan,(Jakarta:Raja Grafindo Persada,1999),Cet.II,h.133.

18. Hotman Simbolon.

Statistika,(Yogyakarta: Graha Ilmu,2009)h5.

19. Sutrisno Hadi. Metodologi

Research,(Yogyakarta: Fakultas Psikologi UGM,1980),h.

20. Sugiyono.Metode Penelitian Kualitatif