Simulasi dan Deteksi Hubung Singkat
Impedansi Tinggi pada Stator
Motor Induksi Menggunakan
Arus Urutan Negatif
Muhammad Amirul Arif
2209100040
.
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industr Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Dosen Pembimbing :
1. Dimas Anton Asfani, ST., MT., Ph. D. 2. I G. N. Satriyadi Hernanda, ST., MT.
Presentasi ini berisi
1. Pendahuluan
2. Tujuan
3. Metodologi
4. Batasan masalah
5. Pemodelan yang digunakan
6. Simulasi dan analisa
7. Kesimpulan
8. Saran
PENDAHULUAN
36% ganggunan pada motor
induksi terjadi pada stator,
hal ini bisa disebabkan karena
hubung singkat pada belitan
stator
.Konstruksi Motor Induksi 3
Fasa yang Terhubung Singkat:
TUJUAN
Mendeteksi
gangguan hubung singkat pada belitan stator
motor induksi secara dini.
Mengetahui pemodelan yang tepat dan dapat mensimulasikan
motor induksi tiga fasa yang tidak seimbang dengan
menganalisa arus
urutan negatif, positif, dan nol pada
motor induksi tersebut.
Membandingkan arus mana yang paling baik mendeteksi
METODOLOGI
Pengambilan data motor
Mulai
Menentukan parameter yang digunakan untuk pengujian untuk
Analisa data hasil simulasi
Simulasi dan pengumpulan data
Kesimpulan
1. Kondisi awal
sumber tiga fasa diasumsikan seimbang.
2. Jenis simulasi adalah
A. Hubung singkat antar belitan stator (shorted turns).
B. Hubung singkat antar belitan di stator (shorted turn)
dengan
variasi impedansi
C. Kondisi
sumber pada stator motor tidak seimbang
D. Kondisi
belitan stator pada motor tidak seimbang
E. Motor induksi diberi
beban pada rotor
3. Fasa yang mengalami
gangguan dan hubung singkat
belitan adalah
fasa A
4. Deteksi gangguan saat motor dalam operasi
steady state
BATASAN MASALAH
PERMODELAN MOTOR INDUKSI
TIGA FASA
Permodelan Ideal Motor Induksi 3 Fasa
as axis + . + + + + + -br cr -ar br -cr ar as -as cs -cs bs -bs θr ωr9
Pemodelan dua fasa yang digunakan adalah
qd0 stationary reference frame
Pemodelan dua fasa yang digunakan adalah qd0 stationary reference frame. Dimana pada qd0 stationary reference frame dimana .
[ ] (6) 2 1 2 1 2 1 3 2 sin 3 2 sin sin 3 2 cos 3 2 cos cos 3 2 ) ( π θ π θ π θ π θ qdo + − + − = θ T
ω
=
θ
=
0
[
]
2 1 2 1 2 1 2 3 2 3 0 2 1 2 1 1 3 2 ) ( − − − = qdo θ T0
=
=
θ
ω
Model motor induksi yang yang dihubung
singkat pada belitan di q-axis
Hubungan antara q-axis sator dan rotor serta d-axis stator dan rotor bisa dilihat pada gambar dibawah ini. rext sh q v -+ + + + + s q
v
r qv
r dv
s q v(
)
(13) ) 11 ( dt i r v i r p v v sh q sh q sh q sh q s q s q s q sh q s q∫
− = + + = λ λ Sehingga ) 12 ( sh q sh q sh q sh q p r i v = λ − Dimana Dimana = s s s s s s s s s s qd r r r r r r r r r r 21 22 23 13 12 11 011
Jadi persamaan untuk fluks q-axis stator dan rotor adalah:
(
)
(
)
(
15
)
)
14
(
12 11dt
i
r
dt
i
r
i
r
v
v
r q r r r d r r q s d s s q s sh q s q s q∫
∫
−
=
−
−
−
=
λ
ω
λ
λ
Jadi persamaan untuk fluks d-axis stator dan rotor adalah:
(
)
(
)
(
17
)
)
16
(
22 21dt
i
r
dt
i
r
i
r
v
r d r r r q r r q s d s s q s s d s d∫
∫
+
=
−
−
=
λ
ω
λ
λ
Persamaan stator dan rotor pada
Sehingga persamaan arus tiga fasa dalam pemodelan ini adalah:
s s d s q s c s s d s q s b s s q s a 0 0 0 2 3 2 1 ) 19 ( 2 3 2 1 i i i i i i i i i i i + + − = + − − = + =[
]
(18) 1 3 2 sin 3 2 cos 1 3 2 sin 3 2 cos 1 sin cos ) ( 1 π θ π θ π θ π θ θ qdo + + − − = − θ T 0 = =θ ω[
]
=
− 0 1 0)
T
f
f
f
(θ
f
f
f
d q qd c b aqd0 stationary reference frame
Software Permodelan Motor Induksi 3 Fasa
Parameter Motor
Parameter Motor
Daya (rating) 750 Watt
Pf 0.8
Resistansi stator 3.35 ohm Inersia rotor (J) 0.1kg/m2
Induktansi rotor 6.94 mH. Tegangan rating 200 Volt
Jumlah kutub 4
Frekuensi 60 Hz
Jumlah belitan perphasa 252 Resistansi rotor 1.99 ohm
I(rating) 2.7 A
Simulasi motor induksi dengan
qd0 stationary reference frame
waktu Plot Characteristic Pers. Pers. Pers. abc to qd0 q-axis SC switch mux 1 mux d-axis x zero sequence rotor Load x qd0 to abc m1 Damping Coefficient 120π ∃ 15
MOTOR INDUKSI 3 FASA SEIMBANG MOTOR DALAM KONDISI BERBEBAN TIDAK SEIMBANG HUBUNG SINGKAT ANTAR BELITAN DI STATOR DENGAN VARIASI IMPEDANSI KONDISI SUMBER PADA MOTOR TIDAK SEIMBANG HUBUNG SINGKAT ANTAR BELITAN KONDISI BELITAN PADA STATOR TIDAK SEIMBANG
Arus Urutan Positif, Negatif, dan Nol
saat kondisi normal
19 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Waktu (detik) Aru s (A )
Arus Urutan Positif
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 Waktu (detik) Aru s (A )
Arus Urutan Negatif
0 0.5 1.0 1.5 2.0 -1 -0.5 0 0.5 1 Waktu (detik) Aru s (A )
Arus urutan nol
Arus Urutan Negatif = 0
Arus Urutan Nol = 0
Arus Urutan Positif
Muncul
Kondisi Hubung Singkat
Pada Salah Satu Fasa
a
b
c
Shorted Turn Pada Belitan Fasa a
Arus Urutan Positif, Negatif, dan Nol saat 5
belitan dihubung singkat
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2 4 6 8 10 12 14 16 Waktu (S) A ru s (A )
Arus Urutan Positif
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 -2 -1 0 1 2 Waktu (detik) A ru s (A )
Arus Urutan Negatif
Muncul signifikan Muncul tidak
Kondisi Belitan
Dihubung Singkat Pada Fasa A
Hubung Singkat (belitan) Arus (A) Urutan Negatif Urutan
Positif Urutan Nol
0 0.0000592 2.5 1.71E-09 1 0.0418 2.5413 1.67E-09 2 0.084 2.5484 4.8E-13 3 0.124 2.556 2.5E-09 4 0.167 2.556 1.75E-09 5 0.212 2.57 1.80E-09 10 0.431 2.66 5.11E-09 15 0.6515 2.68 2.98E-09 20 0.885 2.75 1.60E-09 25 1.1285 2.844 2.90E-09 23 KENAIKAN LINEAR DENGAN HUBUNG SINGKAT
Kondisi Belitan
Dihubung Singkat Pada Fasa A
Hubung singkat (belitan) Arus (A) Urutan Negatif Urutan
Positif Urutan Nol
30 1.3845 2.904 8.75E-10 40 1.9297 3.1211 9.58E-09 50 2.5045 3.4114 2.55E-09 60 3.1105 3.6676 3.21E-10 80 4.4445 4.679 2.19E-09 100 5.9587 5.4197 2.78E-09 120 7.5938 6.6704 2.60E-09 140 9.4029 8.0608 1.27E-10 150 9.9141 9.8776 1.58E-10 200 16.7238 16.7741 1.98E-09 252 17.5128 18.45 1.06E-09
Grafik Perbandingan Arus Urutan Positif,
Negatif, Nol Saat Belitan Dihubung Singkat
Pada Fasa A
25 0 50 100 150 200 250 300 0 2.383 10 15 20Jumlah belitan yang dihubung singkatkan pada fasa A
A
ru
s (A
)
Arus Urutan Positif, Arus Urutan Negatif, Arus Urutan Nol
Arus Urutan Negatif Arus Urutan Positif Arus Urutan Nol
0 10 20 30 40 50 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Belitan
()
Arus Urutan Negatif, Positif, Nol
Arus Urutan Negatif Arus Urutan Positif Arus Urutan Nol
Arus Urutan Negatif naik lebih signifikan dari Arus
Urutan Positif
Hubung Singkat
Dengan Variasi Impedansi
Simulasi Hubung Singkat
Dengan Variasi Impedansi
Parameter Impedansi :
1. Rf = 0.1
2. Rf = 0.5
3. Rf = 1
4. Rf = 2
Belitan Dihubung Singkat Di Fasa A
Dengan Variasi Impedansi
Hubung
Singkat Rf Arus Urutan Negatif Arus Urutan Positif Arus Urutan Nol
(belitan) Ω (A) (A) (A)
1 0 0.04174 2.541 1.31E-12 0.1 0.00752 2.535 2.52E-12 0.5 0.005459 2.531 4.86E-12 1 0.001139 2.538 9.80E-11 2 0.0007885 2.548 1.89E-11 5 0 0.2109 2.572 3.33E-09 0.1 0.092 2.55 1.25E-12 0.5 0.03737 2.54 7.64E-13 1 0.026669 2.538 1.51E-12 2 0.02097 2.537 3.51E-12 29
KENAIKAN IMPEDANSI BERBANDING TERBALIK DENGAN ARUS,
Arus urutan negatif dengan hubung singkat pada belitan di fasa A walaupun dalam impedansi tinggi ,masih lebih besar arusnya dari kondisi tanpa hubung singkat yang bernilai 0.000059
Belitan Dihubung Singkat Di Fasa A
Dengan Variasi Impedansi
Hubung
Singkat Rf Arus Urutan Negatif Arus Urutan Positif Arus Urutan Nol
(belitan) Ω (A) (A) (A)
15 0 0.6565 2.677 2.73E-09 0.1 0.4459 2.62 2.68E-09 0.5 0.2126 2.569 3.21E-09 1 0.1414 2.555 5.76E-09 2 0.09569 2.547 1.07E-12 30 0 1.388 2.913 2.87E-09 0.1 1.109 2.807 4.10E-09 0.5 0.6358 2.66 2.69E-09 1 0.4334 2.61 3.86E-09 2 0.2584 2.578 5.14E-09
Arus Urutan Positif, Negatif, Nol Saat
Kondisi Belitan Dihubung Singkat Dengan
Variasi Impedansi
0 0.1 0.5 1 2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5Impedansi tinggi (ohm)
A
ru
s
(A
)
Arus Urutan Negatif Dengan Perubahan Rf Hubung singkat 1 belitan Hubung singkat 5 belitan Hubung singkat 15 belitan Hubung singkat 30 belitan Hubung singkat 60 belitan
0 0.5 1 1.5 2
2.5 3 3.5 4
Impedansi Tinggi (ohm)
A
ru
s
(A
)
Arus Urutan Positif Dengan Perubahan Rf
Hubung singkat 1 belitan Hubung singkat 5 belitan Hubung singkat 15 belitan Hubung singkat 30 belitan Hubung singkat 60 belitan
0 0.1 0.5 1 2 -4 -2 0 2 4 x 10-4
Impedansi Tinggi (ohm)
A
ru
s
(A
)
Arus Urutan Nol Dengan Perubahan Rf
Hubung singkat 1 belitan Hubung singkat 5 belitan Hubung singkat 15 belitan Hubung singkat 30 belitan Hubung singkat 60 belitan
Motor Dengan Pembebanan
Dalam simulasi ini, rotor pada motor induksi diberikan
pembebanan dengan kondisi 10%, 20%, 30%, 40%, 50%,
60%, 70%, 80%, 90%, dan 100% maka akan dilihat kondisi
dari arus
urutan negatif, arus urutan positif, dan arus
urutan nol pada motor tersebut.
Arus Ketika Motor Diberi Pembebanan
Load(%) Negative Sequence Positive Sequence Zero Sequence
10 3.01E-05 2.54 6.00E-09 20 8.07E-05 2.548 2.59E-09 30 4.98E-05 2.548 9.89E-10 40 4.74E-05 2.573 4.05E-09 50 1.56E-04 2.589 8.46E-10 60 1.07E-04 2.608 3.57E-10 70 8.72E-05 2.63 8.38E-11 80 8.06E-05 2.653 1.02E-10 90 1.27E-04 2.679 1.89E-10 100 1.11E-04 2.708 7.26E-11
Arus Urutan Positif , Negatif Dan Nol
Saat Motor Diberi Pembebanan
35 0 20 40 60 80 100 -1 0 1 2 3 4 Pembebanan (%) Aru s (A )
Arus Urutan Positif, Negatif, Nol
Arus Urutan Negatif Arus Urutan Positif Arus Urutan Nol
Arus Urutan Negatif dan Arus Urutan Nol yang
Arus Urutan Positif naik linier dengan besar beban yang diberikan Arus Urutan Negatif tetap bernilai nol
Kondisi Motor Dengan
Kondisi Motor Dengan
Sumber Yang Tidak Seimbang
C A
B
a
Kondisi Sumber Pada Fasa A
Tidak Seimbang
Nilai Vs Negative Sequence Positive Sequence Zero Sequence 50% 3.372 2.11 0.003403 60% 2.698 2.195 0.002723 70% 2.024 2.28 0.002042 80% 1.349 2.365 0.001361 90% 0.6748 2.45 0.0006806 100% 0.0000622 2.535 1.16E-09 110% 0.6749 2.619 0.0006806 120% 1.35 2.701 0.001361 130% 2.025 2.787 0.002042 140% 2.7 2.871 0.002723 150% 3.375 2.955 0.003403
Ketika mendekati kondisi sumber seimbang arus urutan negatif mengecil sedangkan arus urutan positif membesar mengikuti besar tegangan
Grafik Arus Urutan Positif, Negatif dan Nol
Ketika Kondisi Sumber Tidak Seimbang
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 -1 0 1 2 3 4
Sumber tidak seimbang (%)
A
ru
s (A
)
Arus Urutan Positif, Negatif, Nol
Arus Urutan Negatif Arus Urutan Positif Arus Urutan Nol
Kondisi Belitan Pada Fasa A
Tidak Seimbang Dengan
Kondisi Belitan Pada Fasa A
Tidak Seimbang Dengan Fasa Yang Lainnya
a
Na ≠ Nb
Nb = Nc
Arus Ketika Kondisi Belitan Pada Fasa A
Tidak Seimbang
Na Negative sequence positive sequence zero sequence
0 29.27 25.64 7.66E-09 1 28.93 25.25 4.29E-09 2 28.6 24.86 9.85E-10 3 28.26 24.47 5.93E-09 4 27.93 24.09 5.32E-09 5 27.62 23.71 4.16E-09 10 26.03 21.92 5.99E-09 15 24.54 20.27 5.81E-09 20 23.13 18.75 7.73E-10 25 21.79 17.35 5.16E-09
Arus Ketika Kondisi Belitan Pada Fasa A
Tidak Seimbang
Na Negative sequence positive sequence zero sequence
30 20.53 16.07 5.08E-09 40 18.23 13.84 4.28E-09 50 16.19 11.98 1.35E-09 60 14.38 10.43 4.23E-09 80 11.34 8.077 4.26E-09 100 8.898 6.436 4.89E-09 120 6.922 5.275 2.02E-09 140 5.301 4.443 4.14E-09 150 4.598 4.117 3.98E-09 200 1.877 3.059 4.10E-09 252 0.0001331 2.535 3.36E-09 43
Grafik arus urutan positif, negatif, nol
ketika belitan pada fasa A tidak seimbang
0
50
100
150
200
250
300
-5
0
5
10
15
20
25
30
Belitan di fasa A
A
ru
s
Arus Urutan Positif, Negatif, Nol
Arus Urutan Negatif
Arus Urutan Positif
Arus Urutan Nol
Dari kelima percobaan diatas didapat tabel
seperti dibawah ini
Simulasi kondisi motor Arus urutan negatif Arus urutan positif Arus urutan nol
Hubung singkat
pada fasa A seimbang 0.000592 2.5 1.71E-09
Tidak seimbang 100% 17.5128 18.45 1.06E-09
Hubung singkat pada fasa A dengan variasi resistansi Hubung singkat 60 impedansi 0 Ω 3.1105 3.6676 3.21E-10
Hubung singkat 60 impedansi 2Ω 0.8984 2.712 7.43E-10
Sumber pada fasa
A seimbang 6.22E-05 2.535 1.16E-09
tidak seimbang 50% 3.375 2.955 0.003403
Belitan pada fasa
A seimbang 0.0001331 2.535 3.36E-09
Tidak seimbang 100% 29.27 25.64 7.66E-09
Kesimpulan
1.
Arus urutan negatif
dapat mendeteksi kondisi hubung
singkat pada motor induksi di fasa A dengan baik karena
arus urutan negatif bernilai
mendekati nol
saat kondisi
tidak ada hubung singkat dan bernilai
17,5128 A saat
hubung singkat 100%
lebih
signifikan dari
arus urutan
positif
. Yang bernilai
2.5A
pada saat tidak ada hubung
singkat dan bernilai
18.5A
saat kondisi
hubung singkat
100%
2.
Arus urutan negatif masih punya kelemahan
yaitu arus
tersebut masih
terpengaruh kondisi sumber tidak
seimbang
dan
belitan tidak seimbang
sehingga bila
dipakai langsung metode ini bisa menimbulkan
salah
deteksi hubung singkat
dengan ketidak seimbangan yang
lain.
Saran
Simulasi yang dirancang dapat di aplikasikan untuk
pendeteksian
hubung singkat di belitan stat
or motor induksi
secara dini, tapi masi butuh metode lain agar
arus urutan
negative
tidak terpengaruh oleh
kondisi tidak seimbang
saat
TERIMA KASIH
Permodelan Motor Induksi 3 Fasa
( )
) 3 ( ... ... 3 2 cos ) 2 ( ... ... 3 2 cos ) 1 ( ... ... ... cos + = − = =π
ω
π
ω
ω
e m g c e m g b e m g a v v v v v v (rps) stator sinkron medan Perputaran sumber Tegangan fasa masing masing Tegangan , , e m = = = − = b g c g b g a v v v v ω ω51
