Pendahuluan
Latar Belakang
Mesin induksi pada dasarnya adalah mesin listrik multifasa yang terhubung ke jaringan listrik bolak-balik (ac), baik di stator maupun rotor. Medan magnet yang berputar akan menginduksi tegangan pada penghantar pada bagian mesin yang tidak terhubung dengan lilitan sekunder (rotor atau mesin pada umumnya). Dalam konsep mesin putar tadi, motor induksi memiliki biaya yang relatif murah dibandingkan dengan motor listrik lainnya.
Namun, kesederhanaan relatif dari konsep motor listrik ini menyembunyikan kompleksitas fungsional komputasi yang cukup besar, sehingga pemodelan dinamis motor induksi dirancang dan ditujukan untuk sistem kontrol konversi elektromekanis. Pertama, model mesin listrik ini dijelaskan dalam kerangka tiga sumbu terkait suplainya, kebanyakan digunakan dalam bentuk matriks. Ada beberapa perubahan variabel yang umum digunakan, dan setiap perubahan variabel pada awalnya dianggap berbeda, sehingga variabel-variabel tersebut diperlakukan secara terpisah.
Belakangan diketahui bahwa semua perubahan variabel digunakan untuk mengubah variabel nyata menjadi kerangka acuan arbitrer yang berputar dengan kecepatan sudut. Dia merumuskan perubahan variabel yang secara efektif menggantikan variabel (tegangan, arus dan hubungan fluks) yang terkait dengan belitan stator dari mesin sinkron dengan variabel yang terkait dengan belitan fiktif berputar dengan rotor.
Rumusan Masalah…
Kami menemukan bahwa beberapa induktansi mesin adalah fungsi dari kecepatan rotor, sedangkan koefisien persamaan diferensial (persamaan tegangan) yang menjelaskan perilaku mesin ini bervariasi terhadap waktu, kecuali ketika rotor dihubung pendek. Semua transformasi nyata yang diketahui dari transformasi ini diperoleh dengan menetapkan laju rotasi dalam kerangka acuan (Krause et al., 2013). Transformasi Park, yang merevolusi analisis mesin listrik, memiliki sifat unik untuk menghilangkan semua induktansi yang bervariasi waktu dari persamaan tegangan untuk mesin sinkron yang muncul dari sirkuit listrik dalam gerakan relatif dan sirkuit listrik dengan keengganan magnetik yang bervariasi (Krause et al., 2013).
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tinjauan Pustaka
- Kajian Pustaka
- Transformasi Tegangan Tiga Fasa Menjadi Dua Fasa
- Persamaan Transformasi Pada Rangkaian Stator
- Persamaan Transformasi Pada Rangkain Rotor
- Persamaan Tegangan Dalam Variabel Kerangka Acuan
- Pemodelan Motor Induksi
- Persamaan Torsi Elektromagnetik, Kecepatan Rotor, dan Daya Input
- Definisi Tegangan Tidak Seimbang
Model persamaan orde tinggi mesin induksi sangkar ganda disederhanakan dan diselesaikan dengan menggunakan metode Runge-Kutta, metode trapesium dan metode Euler pada platform Mat-lab. Untuk melakukan analisis mesin induksi diperlukan pengetahuan tentang teori kerangka acuan yang diperkenalkan oleh R. Perubahan variabel dalam persamaan transformasi tiga fase dari elemen rangkaian stasioner ke kerangka acuan arbitrer dapat ditulis sebagai.
Perubahan variabel dalam persamaan transformasi tiga fase dari rangkaian rotor dalam kerangka acuan arbitrer dapat ditulis sebagai. Substitusikan persamaan transformasi ke dalam persamaan fluks lingkup yang ditulis dalam variabel abc pada persamaan (12), persamaan fluks lingkup untuk sistem magnetik adalah sebagai berikut. Dengan mensubstitusi persamaan dan (35) ke dalam persamaan (31), maka untuk motor induksi bola persamaan fluks dapat dikembangkan dalam bentuk.
Maka rangkaian ekuivalen pada persamaan tegangan dan fluks motor induksi menjadi seperti pada Gambar 2. Berdasarkan persamaan (36) sampai (41), persamaan tegangan dan fluks lingkup ditinjau dari reaktansi induktif dapat ditulis sebagai. Kemudian persamaan fluks lingkup (42) sampai (47) menjadi persamaan fluks lingkup dalam satuan tegangan per detik, yaitu. 66) Selanjutnya, persamaan untuk mensimulasikan motor induksi simetris dengan kerangka acuan arbitrer dapat dibuat dengan terlebih dahulu menyelesaikan persamaan fluks lingkup atau persamaan fluks per detik untuk arus.
Berdasarkan Persamaan (69) dan (70), persamaan torsi elektromagnetik dalam fluks peregangan kerangka acuan arbitrer dapat ditulis sebagai.
Metode Penelitian
Diagram Alir Penelitian
Implementasi Blok Sistem Penelitian
Secara fisik, hal ini dapat dipahami dengan mengubah tiga belitan motor induksi menjadi hanya dua belitan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. Untuk memudahkan analisis kinerja motor induksi, diperlukan pemodelan dinamik dengan menggunakan kerangka acuan pemodelan atau metode transformasi dq0. Gambar 18, 19 dan 20 menunjukkan karakteristik arus stator motor induksi dari start-up hingga steady state.
Gambar 23, 24 dan 25 menunjukkan karakteristik arus rotor motor induksi dari start hingga steady state. Pengaruh osilasi gelombang dan distorsi harmonik, selain meningkatkan arus rotor, juga dapat menyebabkan efek memanaskan rotor motor induksi. Implementasi dan pemodelan dinamik motor induksi tiga fasa menggunakan Matlab/Simulink disajikan langkah demi langkah.
Pemodelan simulasi kinerja motor induksi menggunakan metode kerangka acuan telah memberikan jawaban yang memuaskan, dalam hal kemampuan menganalisis karakteristik torsi elektromagnetik, kecepatan rotor, arus stator, arus rotor dan daya mesin. Hal ini dapat mengakibatkan peningkatan getaran motor, sehingga NEMA membatasi pengoperasian motor induksi tidak boleh melebihi 5% dari nilai ketidakseimbangan tegangan. Tegangan tidak seimbang tersebut dapat menyebabkan masalah serius pada motor induksi [1-3] dan perangkat induktif lainnya.
Analisis motor induksi juga berfokus pada transformasi variabel yang dikelompokkan dalam belitan rotor. Sehingga pada Gambar 6., memperlihatkan pemodelan full simulink yang dapat digunakan untuk menganalisis dinamika motor induksi tiga fasa. Tegangan dua fasa dq Tegangan input pemodelan motor induksi tiga fasa adalah tegangan tiga fasa.
Untuk memudahkan analisis kinerja motor induksi, diperlukan pemodelan dinamik menggunakan model atau metode kerangka acuan. Distorsi Harmonik Total Arus Stator Pada Tegangan Tak Seimbang 5% Gambar 9, 10 dan 11 menunjukkan karakteristik arus stator motor induksi dari kondisi start hingga kondisi steady state. Gambar 13, 14 dan 15 menunjukkan karakteristik arus rotor motor induksi dari kondisi start hingga kondisi steady state.
Analisis dan Pembahasan
Karakteristik Tegangan Stator
Karakteristik Arus Stator dan Arus Rotor
Pada saat tegangan seimbang, arus ketiga rotor memiliki nilai maksimum sebesar 68,7 Amps dengan durasi waktu 0,37 detik untuk mencapai keadaan tunak sebesar 1,4 Amps. Namun pada saat kondisi tegangan tidak seimbang 1% menjadi 5% maka arus rotor pada ketiga fasa tersebut mengalami peningkatan nilai amplitudo dari 3,3 Amps menjadi 6,7 Amps atau meningkat dari 135,7% menjadi 378,6%. Fenomena lain yang terjadi pada arus rotor saat tegangan tidak seimbang adalah adanya osilasi gelombang pada arus dan distorsi harmonik.
Karakteristik Torsi Elektromagnetik dan Kecepatan Putaran Rotor
Namun pada saat tegangan tidak seimbang sebesar 1% hingga 5%, torsi elektromagnetik turun dari nilai maksimum 3,95 Nm menjadi 18,85 Nm dan mengalami waktu yang lebih lama untuk mencapai keadaan tunak 0,01 detik hingga 0,02 detik, dan untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 29. Gambar 27 dan Gambar 28 menunjukkan karakteristik kecepatan putaran rotor saat start-up hingga steady state. Namun pada saat tegangan tidak seimbang sebesar 1%, hingga 5%, kecepatan putaran rotor berkurang 1 rpm menjadi 6,6 rpm dan mengalami periode waktu yang lebih lama untuk mencapai keadaan tunak 0,01 detik hingga 0,02 detik, dan lebih detail. ini dapat dilihat pada gambar 30.
Namun pada saat terjadi ketidakseimbangan tegangan dari 1% menjadi 5%, input daya maksimum motor mengalami penurunan sebesar 1,23 Kw menjadi 6,97 Kw atau sebesar 16,33% menjadi 25,68%. Namun ketika terjadi kondisi tegangan unbalance 1% sampai 5%, input daya maksimum motor berkurang 930W menjadi 6.14Kw, atau berkurang 14.24% sampai 21.5%. Motor induksi adalah salah satu jenis motor listrik yang bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik.
Motor induksi memiliki sumber energi listrik yaitu pada sisi stator, sedangkan sistem kelistrikan pada sisi rotor diinduksikan melalui celah udara dari stator dengan media elektromagnetik, sehingga hal inilah yang menyebabkan motor disebut sebagai motor induksi. . Penggunaan motor induksi di industri adalah sebagai penggerak kipas angin, kompresor, pompa, motor penggerak untuk proses produksi atau pabrik dan lain sebagainya. Selain masalah tersebut, tegangan yang tidak seimbang juga dapat menyebabkan arus pada motor induksi menjadi tidak seimbang dan meningkat beberapa kali lipat, dan juga dapat memberikan efek panas pada motor sehingga mengurangi efisiensi motor induksi.
Metode transformasi kuadrat langsung merupakan metode transformasi yang mengubah sistem abc tiga fasa menjadi sistem dua fasa dengan konfigurasi dq0 [5-12], dengan tujuan untuk memudahkan perhitungan parameter dan komponen motor induksi. yang kemudian disimulasikan dengan Matlab Simlink. Kemudian persamaan fluks lingkup (35) sampai (40) menjadi persamaan fluks lingkup dalam satuan satuan tegangan per detik, yaitu. 52) Selanjutnya, persamaan untuk mensimulasikan motor induksi simetris dengan kerangka acuan arbitrer dapat dibuat dengan terlebih dahulu menyelesaikan persamaan fluks lingkup atau persamaan fluks per detik untuk arus. Namun pada saat kondisi tegangan tidak seimbang dari 1%, menjadi 5%, arus stator pada salah satu fasa (fase a) mengalami peningkatan nilai amplitudo dari 3,1 Amps menjadi 8,3 Amps atau naik 29,1% hingga 245,8 %.
Dan pada arus stator fasa kedua (fase c) terjadi penurunan nilai arus sebesar 0,1 Ampere menjadi 0,7 Ampere, sehingga dapat dikatakan terjadi arus beban yang tidak seimbang antara ketiga fasa pada saat tegangan tidak seimbang. Saat tegangan diseimbangkan, torsi elektromagnetik memiliki nilai maksimum 136,3 Nm dengan durasi 0,37 detik. Namun pada saat tegangan tidak seimbang sebesar 1%, hingga 5%, torsi elektromagnetik turun dari nilai maksimum 3,95 Nm menjadi 18,85 Nm dan mengalami waktu yang lebih lama untuk mencapai kondisi stabil 0,01 detik hingga 0,02 detik dan lebih. jelasnya dapat dilihat pada Gambar 19.
Gambar 17 dan Gambar 18 menunjukkan karakteristik kecepatan putaran rotor saat start-up hingga steady state. Namun pada saat tegangan unbalance sebesar 1% hingga 5% kecepatan putaran rotor berkurang sebesar 1 Rpm menjadi 6,6 Rpm dan mengalami rentang waktu yang lebih lama untuk mencapai kondisi steady state dari 0,01 detik menjadi 0,02 detik dan lebih jelasnya anda dapat lihat di gambar 20.
Karakteristik Daya Masukan dan Daya Keluaran Rotor
Kesimpulan
