ANALISIS PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP KARAKTERISTIK (UNJUK KERJA) MOTOR
INDUKSI TIGA FASA
Baharudin
1, Samuel Jie
2, Mustamin
31,2 Teknik Elektro, Universitas Halu Oleo, 3 Teknik Elektronika, Universitas Halu Oleo Email Coprespondent Author :must.ray@gmail.com
Abstract — Three-phase induction motor is an electric motor that runs on the basis of rotation of the electromagnetic field caused the rotor to the stator windings. Speed rotation of the magnetic field is influenced by the frequency responses received engine. This study examines the effect of load on the characteristics (performance) three-phase induction motor.
This study aims to determine the effect of loading on the speed, efficiency, power factor and put three-phase induction motor.
The method used in this study is the method of calculation, the author calculates the output, input power, efficiency, and total work load of data collection results inserted in the work of the induction motor. From the results of this calculation shows that at the time of the engine and a load of 0.1 Nm, the motor rotates at a speed of 2973 rpm. Then raised to 1.8 Nm of torque, the engine speed drops to 2806 rpm. engine speed decreases with increasing load torque given. At the time of the engine and a load of 0.1 Nm and an efficiency of 21.609%, Cos Phi was 0.729, slip 0.009. Then slide raised to 1.8 Nm of torque, in the amount of 77,063% efficiency, power factor for 0,906, slip 0,066. The efficiency, power factor, and slip in an induction motor will increase with increasing load torque given.
Keywords: characteristics, induction motor and load.
Abstrak — Motor induksi tiga fasa merupakan motor listrik yang bekerja berdasarkan perputaran medan elektromagnetik yang di induksikan dari kumparan stator ke rotornya. Kecepatan putaran medan magnet ini dipengaruhi oleh frekuensi sumber yang masuk ke motor. Penelitian ini membahas tentang analisis efek pembebanan terhadap karakteristik (unjuk kerja) motor induksi tiga fasa. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pembebanan terhadap kecepatan, efisiensi, faktor daya dan slip motor induksi tiga fasa. Adapun metode yang digunakan dalam penelitian ini yaitu metode perhitungan, dimana penulis menghitung daya output, daya input, efisiensi, faktor daya serta slip dari hasil pengambilan data pembebanan terhadap faktor kerja motor induksi. Dari hasil perhitungan tersebut didapat bahwa pada saat torsi motor dan beban 0.1 Nm, motor berputar dengan kecepatan 2973 rpm. Kemudian Torsi dinaikkan menjadi 1.8 Nm, kecepatan motor turun menjadi 2806 rpm. Kecepatan motor akan mengalami penurunan seiring dengan meningkatnya beban torsi yang diberikan. Pada saat torsi motor dan beban 0.1 Nm, efisiensinya sebesar 21.609 %, cos phi sebesar 0.729, slip 0.009, lalu torsi dinaikkan menjadi 1.8 Nm, diperoleh efisiensinya sebesar 77.063 %, faktor daya menjadi 0.906, slip menjadi 0.066. Dengan demikian efisiensi, faktor daya, serta slip pada motor induksi akan meningkat seiring dengan meningkatnya beban torsi yang diberikan.
I. PENDAHULUAN
Motor induksi merupakan motor listrik yang paling luas digunakan dalam penerapan industri, komersil, dan rumah tangga. Oleh karena konstruksi yang sederhana dan kokoh, pemeliharaan yang tidak rumit, dan karakteristik operasi yang andal, motor induksi, khususnya tiga fasa, sangat populer dalam kehidupan sehari-hari. Perkiraan kasar, hampir 80% motor yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah motor induksi, motor inilah yang digunakan untuk memutar beban yang ada diperindustrian.
Motor induksi tiga fasa besaran keluarannya berupa torsi untuk menggerakkan beban. Jika torsi beban yang dipikul motor induksi tiga fasa lebih besar, maka motor induksi tiga fasa tidak akan berputar. Dan jika torsi beban yang dipikul motor induksi tiga fasa terlalu kecil, maka ini dianggap suatu hal yang berlebihan. Motor ini biasanya mempunyai arus start yang besar hingga mencapai 6 kali lipat dari arus nominalnya. Oleh karena itu perlu dicari suatu cara untuk memperkecil arus start motor agar tidak mengganggu sistem yang berada disekitarnya. Salah satu cara untuk melihat karakteristik motor saat start ini bisa dilakukan dengan menganalisa kondisi motor dengan beban yang bervariasi mulai dari kondisi beban rendah hingga kondisi beban maksimum yang membuat motor berhenti.
Penelitian ini bertujuan untuk untuk mengetahui pengaruh pembebanan terhadap kecepatan, terhadap efisiensi, faktor kerja dan slip motor induksi tiga fasa
II. TINJUAN PUSTAKA 2.1. Pengertian
motor induksi tiga fasa
Motor induksi tiga fasa merupakan motor listrik yang bekerja berdasarkan perputaran medan elektromagnetik yang diinduksikan dari kumparan stator ke rotornya.
Kecepatan putaran medan magnet ini dipengaruhi oleh frekuensi sumber yang masuk ke motor.[1], selain itu putaran motor induksi juga dipengaruhi oleh jumlah kutub kuparan medan stator
Motor induksi tiga fasa adalah jenis motor yang paling umum dijumpai dan digunakan di industri. Karena motor ini
murah dan mudah pemeliharaannya. Motor induksi memiliki beberapa parameter yang bersifat non-linear, terutama resistansi rotor yang memiliki nilai bervariasi untuk operasi yang berbeda.[2]
2.2. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa
Dalam motor induksi, tidak ada hubungan listrik ke rotor, arus rotor merupakan hasil induksi dari stator. Tetapi ada kondisi yang sama seperti motor dc, yaitu konduktor rotor mengalirkan arus dalam medan magnetik sehingga terjadi gaya padanya yang berusaha menggerakkannya dalam arah tegak lurus medan. Jika lilitan stator diberi energi dari catu tiga fasa, dibangkitkan medan magnetik putar yang berputar pada kepesatan sinkron. Ketika medan melewati konduktor rotor, dalam konduktor ini di induksikan ggl yang sama seperti ggl yang diinduksikan dalam lilitan sekunder transformator oleh fluks arus primer. Rangkaian rotor adalah lengkap, baik melalui cincin-ujung atau tahanan luar, ggl induksi menyebabkan arus mengalir dalam konduktor rotor.
Jadi konduktor rotor yang mengalirkan arus dalam medan stator mempunyai gaya yang bekerja padanya. [4]
Menurut Muhammad Sarjan (Jurnal Foristek, maret 2011) bahwa terdapat 4 prinsip dasar yang menjelaskan bagaimana medan magnet dimanfaatkan dalam mesin-mesin listrik, baik untuk transformator, generator maupun motor listrik yaitu:
1) Suatu konduktor yang beraliran listrik akan membangkitkan medan magnet disekitar penghantar tersebut, yang arahnya ditentukan menurut hukum Ampere.
2) Medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu, jika melalui kawat belitan tersebut. Hal ini sesuai dengan hukum Faraday dan menjadi prinsip dasar transformator.
3) Suatu konduktor beraliran listrik yang berada di dalam medan magnet akan mengalami suatu gaya. Hal ini dijelaskan oleh Lorentz dan menjadi prinsip dasar motor listrik.
4) Suatu kawat belitan yang bergerak memotong garis gaya magnet, akan menghasilkan gaya gerak listrik (GGL) induksi pada kawat belitan tersebut. Demikian pula jika suatu garis gaya magnet bergerak memotong kawat belitan akan menginduksi gaya gerak lstrik (ggl) pada kawat belitan tersebut. Hal ini dijelaskan oleh hukum Faraday dan menjadi prinsip dasar generator listrik.
2.3. Konstruksi Motor Induksi
Motor induksi pada dasarnya mempunyai 3 bagian penting seperti :
1) Stator : Merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya.
2) Celah : Merupakan celah udara: Tempat berpindahnya energi dari stator ke rotor.
3) Rotor : Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya interaksi medan magnet dari kumparan stator yang diinduksikan kepada kumparan rotor.
2.4. Rotor
Ada dua jenis motor induksi berdasarkan rotornya yaitu : 1) Motor induksi tiga fasa rotor sangkar
2) Motor induksi tiga fasa rotor lilit A. Motor induksi tiga fasa rotor sangkar
Penampang motor rotor sangkar memiliki konstruksi yang sederhana. Inti stator pada rotor sangkar tiga fasa terbuat dari lapisan-lapisan plat baja yang dipabrikasi. Lilitan-lilitan kumparan stator diletakkan dalam alur stator yang terpisah 120 derajat listrik. Lilitan fasa ini dapat tersambung dalam hubungan delta (Δ) ataupun bintang (Υ). Rotor jenis rotor sangkar dapat ditunjukkan pada gambar di bawah ini :
Gambar 1. Rotor Sangkar
B. Motor induksi tiga fasa rotor belitan/lilit
Motor rotor belitan/lilit berbeda dengan motor rotor sangkar dalam hal konstruksi rotornya. Seprti namanya, rotor dililit dengan lilitan terisolasi serupa dengan lilitan stator. Lilitan fasa rotor di hubungkan secara Y dan masing- masing fasa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal yang berfungsi membatasi arus pengasutan dan yang bertanggung jawab terhadap peningkatan torsi rotor. Selama pengasutan, penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan menghasilkan torsi pengasutan yang lebih besar dari arus pengasutan yang lebih kecil dibanding motor rotor sangkar.
Konstruksi motor induksi tiga fasa rotor belitan ditunjukkan pada gambar dibawah ini.[5]
Gambar 2. Rotor Belitan/lilit
2.5. Slip
Selisih antara kecepatan rotor dan kecepatan sinkron disebut slip (S). Slip dapat dinyatakan dalam putaran setiap menit, tetapi lebih umum dinyatakan sebagai persen dari kecepatan sinkron.
Slip (S) = x 100% (1)
dimana:
nr = kecepatan rotor, rpm ns = kecepatan medan stator, rpm 2.6. Karakteristikmotor induksi
Karakteristik motor listrik menunjukkan kinerja motor tersebut dalam berbagai kondisi operasi. Karakteristik motor listrik yang utama, yang perlu diperhatikan adalah :
1) Karakteristik torsi-arus;
2) Karakteristik kecepatan-arus;
3) Karakteristik torsi-kecepatan
Kriteria yang penting untuk mengevaluasi dan memilih sebuah motor listrik adalah faktor daya (Cos ϕ), Efisiensi η, Kecepatan putaran n dan daya motor P. Hubungan antara variabel-variabel ini juga tidak kalah pentingnya. Untuk motor 3 fasa, hubungan antar variabel ini diplot dalam suatu grafik membentuk kurva beban dan kurva operasi.[2]
2.7. Pembebananpada motor induksi
Motor induksi 3-fasa merupakan motor listrik yang bekerja berdasarkan perputaran medan elektromagnetik yang diinduksikan dari kumparan stator ke rotornya.
Kecepatan putaran medan magnet ini dipengaruhi oleh frekuensi sumber yang masuk ke motor dengan mengacu ke persamaan berikut:[1]
ns = 120. f / p (2)
dimana :
f = frekuensi sumber listrik (Hz)
p = jumlah kutup yang terbentuk pada stator ns = kecepatan putaran medan magnet stator
(putaran/menit, rpm)
Jika beban ditambah, komponen aktif atau komponen daya dari arus bertambah, menghasilkan suatu faktor daya yng lebih tinggi. Tetapi karena besarnya arus pemagnetan, yang ada tanpa mempedulikan beban, faktor daya motor induksi sekalipun pada beban penuh jarang melebihi 90 persen.
Cos ϕ = (3)
dimana:
Cos ϕ = faktor daya.
P = daya aktif (Watt).
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa data hasil pengujian pengaturan torsi
Pada data tabel hasil pengujian motor induksi pengaturan Torsi didapatkan nilai arus (I), daya input (Pin), dan kecepatan putar untuk berbagai besar torsi (Nm), didapatkan dari hasil pengamatan pada alat ukur. Sedangkan daya output, daya input, efisiensi, factor daya (cos phi), slip, frekuensi stator dan frekuensi rotor didapatkan dengan analisa deskriptif sebagai berikut.
A. Untuk torsi 0.1 Nm
S =
=
= 197.454 VA
Cos =
=
= 0.729
Pout =
=
= 31.117 watt
Pin = x I x V x cos
= x 0.3 x 380 x 0.729
= watt
Ƞ = x 100%
= x 100%
= 21.609 %
Slip =
=
= 0.009
= 0.009 x 100%
= 0.9%
fs =
=
= 50 Hz
fr = S fs
= 0.009 50
= 0.045 Hz
4.2 Analisa data hasil pengujian pengaturan kecepatan Pada data tabel hasil pengujian motor induksi pengaturan kecepatan didapatkan nilai arus (I), daya input (Pin), dan kecepatan putar untuk berbagai besar torsi (Nm), didapatkan dari hasil pengamatan pada alat ukur. Sedangkan daya output, daya input, efisiensi, factor daya (cos phi), slip (S), frekuensi stator (fs) dan frekuensi rotor (fr) didapatkan dengan analisa deskriptif sebagai berikut.
B. Untuk kecepatan 2960 rpm
S =
=
= 263.272 VA
Cos =
=
= 0.593
Pout =
=
= 43.374 watt
Pin = I x V cos
= 0.40 380 0.593
= 156 watt
Ƞ = x 100%
= x 100%
= 27.803 %
Slip =
=
= 0.013
= 0.013 x 100%
= 1.3%
fs =
=
= 50 Hz
fr = S fs
= 0.013 50
= 0.5 Hz 4.3 Grafik analisa data
Kurva karakteristik yang menggambarkan relasi setiap variabel motor disajikan pada diagram berikut.
Gambar 3. Kurva karakteristik torsi (Nm) dan kecepatan (rpm)
Gambar 4.2 Kurva Karakteristik Torsi (Nm) terhadap Arus (I)
V. KESIPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1) Pada saat torsi motor dan beban 0.1 Nm, motor berputar dengan kecepatan 2973 rpm. Kemudian Torsi dinaikkan menjadi 1.8 Nm, kecepatan motor turun menjadi 2806 rpm. Kecepatan motor akan mengalami
penurunan seiring dengan meningkatnya beban torsi yang diberikan.
2) Pada saat torsi motor dan beban 0.1 Nm, efisiensinya sebesar 21.609 %, cos phi sebesar 0.729, slip 0.009.
Lalu torsi dinaikkan dari 0.1 Nm menjadi 1.8 Nm, efisiensinya sebesar 77.063 %, faktor daya menjadi 0.906, slip menjadi 0.066. Diperoleh peningkatan efisiensi, faktor daya, serta slip pada motor induksi seiring dengan meningkatnya beban torsi yang diberikan.
5.2. Saran
1) Pada penelitian ini variabel yang digunakan yaitu pengaturn torsi dan pengaturan kecepatan pada motor, untuk penelitian selanjutnya diharapkan diikutsertakan variabel pengaturan tegangan.
2) Pada penelitian ini digunakan motor daya kecil yang berskala laboratorium, untuk penelitian berikutnya diharapkan menggunakan motor berskala indutri.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Tjahjono, H., Yusnita. 2012. “Sistem Pengendali Arus Start Motor Induksi Phasa Tiga Dengan Variasi Beban”, Jurnal Teknik Elektro ITP. 1(2): 19-23.
[2] Sarjan, M.. 2011. “Perbandingan Karakteristik Motor Induksi Belitan Gelung Dengan Belitan Spiral”, Jurnal Ilmiah Foristek. 1(1):6-15.
[3] Muchsin, I. “Elektronika dan Motor Listrik”, Pusat Pengembangan Bahan Ajar. Universitas Mercu Buana.
[4] Eugene C. Lister. “Mesin dan Rangkaian Listrik”. Jakarta.
Erlangga. 1993.
[5] Sirait H. David. “Analisis Starting Motor Induksi Tiga Phasa Pada PT. Berlian Unggas Sakti TJ. Morawa”. Medan.
Universitas Sumatera Utara. 2008.
.
