Analisis Kedip Tegangan (Voltage Sag) Akibat Pengasutan Motor Induksi Menggunakan Program Matlab (Aplikasi Pada Bengkel Listrik Balai Besar Latihan Kerja (BBLKI) Medan

(1)

TUGAS AKHIR

ANALISIS KEDIP TEGANGAN (VOLTAGE SAG) AKIBAT PENGASUTAN MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN PROGRAM

MATLAB

(Aplikasi pada Bengkel Listrik Balai Besar Latihan Kerja (BBLKI) Medan)

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

O l e h

NIM : 090422037 SORGANDA SIMBOLON

D E P A R T E M E N T E K N I K E L E K T R O F A K U L T A S T E K N I K

U N I V E R S I T AS S U M A T E R A U T A R A M E D A N

(2)

ABSTRAK

Kedip tegangan adalah keadaan transient dari suatu tegangan sistem selama interval waktu tertentu yang diakibatkan oleh gangguan sistem karena pengasutan motor berkapasitas besar dan hubung singkat. Saat pengasutan motor listrik arus startingnya dapat mencapai 5-10 kali nilai nominalnya sehingga terjadi kedip tegangan.

Kedip tegangan pada motor induksi rotor sangkar 5 hp, 220 V, 1440 rpm untuk percobaan dengan metode pengasutan Direct On Line (DOL) tegangan berkedip hingga 46,159% degan arus start sebesar 16,879 A , enam kali lebih besar dari arus normal yang besarnya 2,678 A . Untuk pengasutan StarDelta tegangan berkedip hingga 46,15% degan arus start sebesar 9,745 A ,enam kali lebih besar dari arus normal yang besarnya 1,5447 A. Untuk pengasutan Autotrafo dengan tap 60% arus start sebesar 10 ampere, 70% arus start sebesar 11 ampere dan 80 % arus start sebesar 13 ampere, enam kali lebih besar dari arus normal dengan tegangan berkedip hingga 46,15% .

(3)

KATA PENGANTAR

Pujian dan syukur penulis panjatkan terhadap Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia kasihnya yang meyertai penulis setiap saat selama perkuliahan, dalam pelaksanaan penelitian tugas akhir ini, dan saat penyusunan laporan tugas akhir.

Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan kurikulum sarjana strata-1 (S-1) di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah

ANALISIS KEDIP TEGANGAN (VOLTAGE SAG) AKIBAT PENGASUTAN MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN PROGRAM

MATLAB

(Aplikasi pada Bengkel Listrik Balai Besar Latihan Kerja (BBLKI) Medan) Penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada orang tua saya, R.Simbolon dan M. br Sinaga yang telah membesarkan, mendidik dan terus membimbing serta mendoakan penulis. Juga rasa sayang kepada saudara – saudara saya Bill Rufus Simbolon dan Hadi Aprinata Simbolon yang selalu menyertai dan membantu penulis dari kecil sampai akhirnya penulis mengerjakan tugas akhir ini.

Dalam kesempatan ini, penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :

1. Bapak Ir.Eddy Warman, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

(4)

2. Bapak Ir. Panusur SML Tobing, selaku Dosen Wali penulis yang telah banyak membantu dan memberikan bimbingan semasa perkuliahan.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim M.Si. selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT – USU dan Bapak Rahmat Fauzi, MT selaku Sekretaris Departemen

4. Seluruh Staf Pengajar dan karyawan di Departemen Teknik Elektro USU atas ilmu, bimbingan dan bantuannya hingga penulis selesai menyusun tugas akhir ini.

5. Rekan-rekan mahasiswa Elektro Ekstensi ‘09 Kepin, Kharisto, Donal, Alpat, Joker, Jupiter, Juri, Vitra, Ujang, Eber, Buncit beserta semua pihak yang turut serta membantu dan kepada yang lainnya yang tidak dapat saya sebutkan satu-persatu.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna, baik dari segi materi maupun penyajiannya. Untuk itu saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan dalam penyempurnaan tugas akhir ini.

Terakhir penulis berharap, semoga tugas akhir ini dapat memberikan hal yang bermanfaat dan menambah wawasan bagi pembaca.

Medan, Maret 2013 Penulis,

Sorganda Simbolon NIM. 090422037

(5)

DAFTAR ISI

ABSTRAK...i

KATA PENGANTAR...ii

DAFTAR ISI...iv

DAFTAR GAMBAR ...vii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR LAMPIRAN ...xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan dan manfaat Penulisan ... 3

1.3 Batasan Masalah ... 3

1.4 Metode Penulisan ... 4

1.5 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II MOTOR INDUKSI TIGA PHASA ... 6

2.1 Umum ... 6

2.2 Konstruksi Motor Induksi ... 8

2.3 Jenis Motor Induksi Tiga Fasa ... 10

2.3.1 Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai ... 11

2.3.2 Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan ... 12

2.4 Medan Putar ... 13

2.4.1 Analisa Medan Putar Secara vektor ... 15

2.5 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa ... 16

(6)

2.7 Rangkaian Ekivalen ... 19

2.8 Gejala Peralihan (Transient) ... 25

2.8.1 Faktor Penyebab Munculnya Voltage Sag. ... 30

2.8.2 Karakteristik Voltage Sag ... .32

2.8.3 Perhitungan Kedip Tegangan. ... 33

BAB III BAHAN DAN METODE PENELITIAN ... 36

3.1 Bahan, Peralatan dan Metode Penelitian ... 36

3.1.1 Perancangan Sistem Pengasutan Metode Direct on Line. .... 37

3.1.2 Perancangan Sistem Pengasutan Metode Autotransformer. . 40

3.1.3 Perancangan Sistem Pengasutan Metode Star-Delta. ... 43

3.2 Pelaksanaan Penelitian ... 46

3.3 Variabel yang Diamati. ... 47

3.4 Teknik Pengukuran. ... 48

3.4.1 Matriks Laboratory. ... 48

3.5 Diagram Alir Pembuatan Tugas Akhir.. ... 52

BAB IV ANALISA KEDIP TEGANGAN PADA PENGASUTAN MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN PROGRAM MATLAB ... 53

4.1 Umum ... 53

4.2 Pengambilan Data dan Analisa Starting Dengan Menggunakan Metode Pengasutan yang Berlainan ... 54

4.2.1 Analisa Kedip Tegangan Dengan Metode Direct On Line (DOL)... ... 54

4.2.2 Analisa Kedip Tegangan Dengan Metode StarDelta... ... 59

(7)

BAB V PENUTUP ... 84

5.1 Kesimpulan ... 84

5.2 Saran ... 84

DAFTAR PUSTAKA ... 85

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Penampang motor induksi tiga fasa rotor sangkar ... 8

Gambar 2.2 Konstruksi motor induksi ... 9

Gambar 2.2 (a) Rotor ... 9

Gambar 2.2 (b) Stator ... 9

Gambar 2.3 Menggambarkan komponen stator motor induksi tiga phasa .... 10

Gambar 2.3 (a) Lempengan inti ... 10

Gambar 2.3 (b) Tumpukan inti dengan kertas isolasi pada beberapa alurnya ... 10

Gambar 2.3 (c) Tumpukan inti dan kumparan dalam cangkang stator ... 10

Gambar 2.4 Rotor Sangkar ... 11

Gambar 2.4 (a) Tipikal rotor sangkar ... 11

Gambar 2.4 (b) Bagian-bagian rotor sangkar... 12

Gambar 2.5 Cincin Slip ... 12

Gambar 2.6 Rotor Belitan ... 13

Gambar 2.7 (a) Diagram phasor fluksi tiga phasa ... 14

Gambar 2.7 (b) Arus tiga phasa setimbang ... 14

Gambar 2.8 Medan putar pada motor induksi tiga phasa. ... 14

Gambar 2.9 Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir dalam suatu lingkar ... 15

(9)

Gambar 2.10 Diagram vektor untuk fluks total pada keadaan t1, t2, t3, t4 ... 15

Gambar 2.11 Medan putar pada motor Asinkron ... 16

Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen stator motor induksi ... 20

Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen pada rotor motor induksi ... 22

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen motor induksi tiga phasa ... 23

Gambar 2.15 Rangkaian ekivalen dilihat dari sisi stator motor induksi ... 23

Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen dilihat dari sisi stator motor induksi ... 24

Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen lain dari motor induksi ... 24

Gambar 2.18 Transient impuls arus petir ... 26

Gambar 2.19 Transient isolasi arus switching kapasitor daya ... 26

Gambar 2.20 Interupsi sesaat ... 28

Gambar 2.21 Swells karena gangguan satu fasa ke tanah ... 28

Gambar 2.22 Swells akibat switching dari beban besar ... 29

Gambar 2.23 Contoh bentuk gelombang saat terjadi voltage sag ... 31

Gambar 2.24 Karakteristik voltage sag ... 32

Gambar 3.1 Starting motor induksi dengan metoda direct on line ... 38

Gambar 3.2 Karakteristik pengasutan motor induksi dengan metode direct on line ... 39

Gambar 3.3 Starting motor induksi dengan metoda Autotransformer ... 42

Gambar 3.4 Rangkaian StarDelta ... 44

Gambar 3.5 Pengasutan Motor Induksi dengan metoda StarDelta serta Karakteristiknya ... 44

Gambar 3.6 Peralihan Star ke Delta ... 46

(10)

Gambar 4.1 Diagram rangkaian Pengasutan Motor Induksi Metode DOL ... 54

Gambar 4.2 Diagram rangkaian Pengasutan Motor Induksi Metode StarDelta ... 59

Gambar 4.3 Cara kerja timer pada pengasutan StarDelta ... 60

Gambar 4.4 Rangkaian Pengasutan Menggunakan Autotrafo ... 65

Gambar 4.5 Kedip tegangan pengasutan motor induksi metode DOL ... 75

Gambar 4.6 Lonjakan arus saat pengasutan motor induksi metode DOL ... 76

Gambar 4.7 Gelombang Kedip tegangan dan Lonjakan arus saat pegasutan Metode DOL ... 76

Gambar 4.8 Kedip tegangan pengasutan motor induksi metode StarDelta ... 77

Gambar 4.9 Lonjakan arus saat pengasutan motor induksi metode StarDelta ... .77

Gambar 4.10 Gelombang Kedip tegangan dan Lonjakan arus saat pegasutan Metode StarDelta ... 78

Gambar 4.11 Kedip tegangan pengasutan motor induksi metode Autotrafo tap 60% ... 79

Gambar 4.12 Lonjakan arus saat pengasutan motor induksi metode Autotrafo tap 60% ... 79

Gambar 4.13 Gelombang Kedip tegangan dan Lonjakan arus saat pegasutan Metode Autotrafo tap 60% ... 80

Gambar 4.14 Kedip tegangan pengasutan motor induksi metode Autotrafo tap 70% ... 80

Gambar 4.15 Lonjakan arus saat pengasutan motor induksi metode Autotrafo tap 70% ... 81

(11)

Gambar 4.16 Gelombang Kedip tegangan dan Lonjakan arus saat pegasutan Metode Autotrafo tap 70% ... 81 Gambar 4.17 Kedip tegangan pengasutan motor induksi metode Autotrafo tap

80% ... 82 Gambar 4.18 Lonjakan arus saat pengasutan motor induksi metode Autotrafo

tap 80% ... 83 Gambar 4.19 Gelombang Kedip tegangan dan Lonjakan arus saat pegasutan

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Data star delta ... 43

Tabel 4.1 Data Motor Induksi yang digunakan di BBBLKI Medan ... 53

Tabel 4.2 Data Hasil Percobaan Pengasutan Direct On Line (DOL) ... 55

Tabel 4.3 Data Hasil Percobaan Pengasutan Star Delta ... 61

(13)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Percobaan Mendapatkan Parameter Motor Induksi ... 86

Lampiran 2 Gambar Peralatan saat dilakukan Pengasutan ... 95

Lampiran 3 Kondisi Keadaan Pengasutan Motor Induksi ... 98

(14)

ABSTRAK

(15)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Meningkatnya pertumbuhan pabrik mengakibatkan banyaknya permintaan motor listrik yang berdaya besar digunakan sebagai kuda kerja pada pabrik tersebut. Dengan banyaknya permintaan motor-motor listrik, ada kendala yang sering terjadi saat pengasutan ada perubahan tegangan dan frekuensi pada sistem tenaga listrik. Tegangan sistem yang mengalami fluktuasi menyebabkan munculnya fenomena kedip tegangan (Voltage Sag/Dip). Kondisi nyata dari kedip tegangan pada dunia industri diantaranya proses produksi terhenti akibat bekerjanya pengaman lebur listrik, berkurangnya hasil produksi serta kerusakan pada peralatan produksi menyebabkan kerugian.

Kedip tegangan merupakan penurunan amplitudo tegangan terhadap nilai nominalnya selama interval waktu tertentu, yang pada umumnya disebabkan oleh terjadinya gangguan hubung singkat, pengoprasian switch gear, motor starting dan perubahan beban secara tiba-tiba. Karakteristik kedip tegangan ditentukan oleh besaran dan durasi drop tegangan.

Beberapa contoh dampak yang terjadi pada peralatan yang sensitif terhadap kedip tegangan dijelaskan pada Studi Kasus Kualitas Daya Listrik oleh EPRI ( Electric Power Research Institute) dibawah ini :

a. Motor-motor Listrik merupakan hal yang sangat penting pada dunia industri, dimana motor listrik merupakan kuda kerja. Maka jika ada kedip tegangan saat motor listrik bekarja dampak yang terjadi pada konsumen industri diantaranya adalah proses produksi terganggu, kualitas produk berkurang dan kerusakan

(16)

b. Chip tester yang menggunakan peralatan elektronika sangat sensitif terhadap variasi tegangan karena rangkaian didalamnya yang sangat kompleks. Dampak yang terjadi akibat kedip tegangan adalah restart- nya perangkat tersebut yang biasanya memerlukan waktu 30 menit atau lebih untuk kembali bekerja normal. Disamping itu, kegagalan proses pengujian tersebut menyebabkan kerusakan pada chip yang sedang dalam pengujian.

c. PLC ( Programmable Logic Controller) merupakan peralatan yang tergolong penting pada suatu proses industri karena keseluruhan kerja dari peralatan-peralatan produksi dikendalikan olehnya. Sensitivitas PLC terhadap kedip tegangan sangat bervariasi, tetapi sistem PLC secara keseluruhan pada umumnya sangat sensitif pada kedip tengangan. PLC tipe baru sensitif pada tegangan operasi 50-60% dari tengangan nominalnya, sedangkan untuk tipe lama masih dapat bekerja meskipun tegangan operasi mencapai nol selama 15 siklus. Hal tersebut menggambarkan bahwa sistem PLC menjadi semakin sensitiv terhadap variasi tegangan.

d. Peralatan-peralatan robot pada proses industri dapat menjadi sangat sensitiv pada variasi tegangan. Robot biasanya digunakan dalam proses pemotongan, membuat lubang dan pengolahan logam sehingga adanya variasi tegangan dapat mempengaruhi kualitas produk yang dihasilkan. Pada umumya robot membutuhkan tegangan operasi yang sangat konstan agar dapat bekerja benar dan aman, dengan demikian mesin tipe ini biasanya dikonfigurasikan untuk trip hanya pada level tegangan 90% dari tengangan nominalnya.

(17)

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk memenuhi persyaratan kelulusan Sarjana di Departemen Teknik Elektro Program Sarjana Ekstension Universitas Sumatera, memahami tentang cara kerja motor induksi serta perubahan tegangan saat dilakukannya pengasutan terhadap motor induksi serta akibat yang ditimbulkan karena turun nya tegangan serta memahami penggunaan Matlab pada kinerja motor induksi dan dampak yang ditimbulkan karena turunnya tegangan.

Manfaat penelitian ini adalah mendapatkan pengertian dan penjelasan mengenai kegunaan Matlab saat menganalisa kinerja dari sebuah motor induksi tiga fasa.

1.3 Batasan Masalah

Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah:

1. Membahas tentang perbandingan pegasutan metode Direct on Line (d.o.l), metode Autotransformer dan metode Star-Delta.

2. Untuk menganalisa kedip tegangan yang terjadi akibat pengasutan motor induksi menggunakan program Matlab.

3. Spesifikasi Motor Induksi yang dianalisa menggunakan program Matlab adalah Motor induksi yang ada pada Balai Besar Latihan Kerja Indonesia (BBLKI) di

Medan.

1.4 Metode Penulisan

Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi diantaranya :

(18)

1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir ini, dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain. 2. Studi di BBLKI Medan tentang Pengasutan Motor Induksi

3. Studi menggunakan software Matlab

4. Studi Bimbingan, yaitu melakukan diskusi dengan Dosen Pembimbing yang telah ditunjuk oleh Ketua Jurusan Teknik Elektro dan teman-teman sesama mahasiswa.

1.5 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir, maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Berisi tentang latar belakang, permasalahan, pembatasan masalah, tujuan metodologi dan sistematika penulisan tugas akhir ini.

BAB II : DASAR TEORI

Bab ini memberi gambaran umum mengenai konsep teori yang mendasar perancangan tugas akhir ini, yaitu meliputi refrensi yang berhubungan dengan gangguan kedip tegangan dan metode pengasutan.

BABIII : BAHAN DAN METODE PENELITIAN

Bab ini menjelaskan secara umum tentang metode pegasutan yang meliputi perancangan sistem pengasutan dengan metode Direct on line (d.o.l), metode Autotransforme dan metode Star-Delta dengan metode Matlab.

BAB IV : ANALISA SISTEM PENGASUTAN MENGGUNAKAN PROGRAM MATLAB

Bab ini memberi penjelasan terhadap hasil dari metode pengasutan Direct on line (d.o.l), metode Autotransformer dan metode Star-Delta serta membandingkan ketiga metode tersebut.

(19)

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan bagian penutup berupa kesimpulan dan saran yang berkaitan dengan pembahasan mengenai kedip tengangan dengan data-data yang telah diperoleh.

(20)

BAB 2

MOTOR INDUKSI TIGA FASA

2.1. Umum

Secara umum, motor listrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik yang berupa tenaga putar. Di dalam motor DC, energi listrik diambil langsung dari kumparan armature melalui sikat dan komutator, oleh karena itu motor DC disebut motor konduksi. Lain halnya pada motor AC, kumparan rotor tidak menerima energi listrik langsung, tetapi secara induksi seperti terjadi pada energi kumparan sekunder transformator. Oleh karena itu motor AC dikenal dengan motor induksi. Sebenarnya motor induksi dapat diidentikkan dengan transformator yang kumparan primer sebagai kumparan stator atau armature, sedangkan kumparan sekunder sebagai kumparan rotor.

Menurut Sujoto ( 1984. 107), motor induksi sering disebut motor tidak serempak. Disebut demikian karena jumlah putaran rotor tidak sama dengan jumlah putaran medan magnit stator. Pendapat lain Robert Rosenberg (1985. 91), mengemukakan motor berfasa banyak adalah motor arus bolak-balik (AC) yang direncanakan baik untuk tiga fasa maupun dua fasa. Kedua macam motor ini konstruksinya dibuat sama, akan tetapi hubungan dalam kumparan berbeda. Motor tiga fasa bermacam-macam ukurannya, dari yang bertenaga kecil (< 1 HP) sampai beberapa ribu HP. Motor-motor ini mempunyai sifat agak konstan kecepatannya, dan direncanakan dengan sifat-sifat momen putar yang bermacam-macam.

Belitan stator yang dihubungkan sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnit yang berputar dengan kecepatan sinkron ( �_� = 120._�� ). Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor sehingga

(21)

terinduksi arus. Rotor akan turut berputar mengikuti medan putar stator. Perbedaan putaran relatip antar stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban akan memperkecil kopel motor, oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor. Sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi bila beban motor bertambah, putaran rotor cendrung menurun.

Motor induksi, merupakan motor yang memiliki konstruksi yang baik, harganya lebih murah dan mudah dalam pengaturan kecepatannya, stabil ketika berbeban dan mempunyai efisiensi tinggi. Mesin induksi adalah mesin ac yang paling banyak digunakan dalam industri dengan skala besar maupun kecil, dan dalam rumah tangga. Alasannya adalah bahwa karakteristiknya hampir sesusai dengan kebutuhan dunia industri, pada umumnya dalam kaitannya dengan harga, kesempurnaan, pemeliharaan, dan kestabilan kecepatan. Hampir semua motor ac yang digunakan adalah motor induksi, terutama motor induksi tiga fasa yang paling banyak dipakai di perindustrian. Motor induksi tiga fasa sangat banyak dipakai sebagai penggerak di perindustrian karena banyak memiliki keuntungan, tetapi ada juga kelemahannya.

Keuntungan motor induksi tiga fasa:

1. Motor induksi tiga fasa sangat sederhana dan kuat.

2. Biayanya murah dan dapat diandalkan serta perawatan yang mudah.

3. Motor induksi tiga fasa memiliki efisiensi yang tinggi pada kondisi kerja normal. Kerugiannya:

1. Kecepatannya tidak bisa bervariasi tanpa merubah efisiensi. 2. Kecepatannya tergantung beban.

(22)

2.2. Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa

Motor induksi tiga fasa adalah suatu alat yang mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik, alat ini biasa digunakan sebagai penggerak mesin. Motor induksi tiga fasa mempunyai tiga buah kumparan stator yang memiliki jumlah dan diameter kawat yang sama dan ditempatkan dengan perbedaan sudut sebesar 120 derajat listrik antara satu dengan lainnya.

Konstruksi motor induksi selain terdiri dari kawat yang dililitkan pada stator ada bagian lainnya seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Penampang Motor Induksi tiga fasa rotor sangkar Keterangan :

1. Rumah mesin atau rangka 2. Teras stator

3. Kumparan stator 4. Rotor

5. Poros (tempat beban)

6. Plat penutup (penopang rotor) 7. Tutup kipas

8. Kipas 9. Tutup laker 10. Laker

(23)

Secara umum motor induksi terdiri dari rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak, sedangkan stator bagian yang diam. Diantara stator dengan rotor ada celah udara yang jaraknya sangat kecil. Konstruksi motor induksi dapat diperlihatkan pada Gambar 2.2.

(a) (b)

Gambar 2.2 Konstruksi Motor Induksi (a) Rotor (b) Stator

Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam dan mengalirkan arus phasa. Stator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk silindris. Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi (Gambar 2.2 (a)). Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas (Gambar 2.2.(b)). Tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan phasa dimana untuk motor tiga phasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120o. Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris (Gambar 2.3.(c)). Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang telah disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga phasa.

(24)

Gambar 2.3 Menggambarkan Komponen Stator motor induksi tiga phasa (a) Lempengan Inti

(b) Tumpukan Inti dengan Kertas Isolasi pada Beberapa Alurnya (c) Tumpukan Inti dan Kumparan Dalam Cangkang Stator

Untuk rotor akan dibahas pada bagian berikutnya, yaitu jenis – jenis motor induksi tiga fasa berdasarka jenis rotornya.

2.3. Jenis Motor Induksi Tiga Fasa

Ada dua jenis motor induksi tiga fasa berdasarkan rotornya yaitu: 1. motor induksi tiga fasa sangkar tupai ( squirrel-cage motor) 2. motor induksi tiga fasa rotor belitan ( wound-rotor motor )

kedua motor ini bekerja pada prinsip yang sama dan mempunyai konstruksi stator yang sama tetapi berbeda dalam konstruksi rotor.

(b) (a)

(25)

2.3.1. Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai ( Squirrel-cage Motor)

Penampang motor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Inti stator pada motor sangkar tupai tiga fasa terbuat dari lapisan – lapisan pelat baja beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau pelat 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 ditunjukkan pada Gambar 2.4.

(a)

Batang Poros

Kipas Laminasi Inti

Besi

Aluminium

Cincin Aluminium

Batang Poros

Kipas

Gambar 2.4 Rotor Sangkar, (a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Bagian-bagian Rotor Sangkar Batang rotor dan cincin ujung motor sangkar tupai yang lebih kecil adalah coran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Dalam motor yang lebih besar, batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan ke dalam alur rotor dan kemudian dilas dengan kuat ke cincin ujung. Batang rotor motor sangkar tupai tidak selalu ditempatkan paralel terhadap poros motor tetapi kerapkali dimiringkan. Hal ini akan menghasilkan torsi

(26)

yang lebih seragam dan juga mengurangi derau dengung magnetik sewaktu motor sedang berputar.

Pada ujung cincin penutup dilekatkan sirip yang berfungsi sebagai pendingin. Rotor jenis rotor sangkar standar tidak terisolasi, karena batangan membawa arus yang besar pada tegangan rendah. Motor induksi dengan rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.4.

2.3.2 Motor Induksi Tiga Phasa Rotor Belitan ( Wound-Rotor Motor )

Gambar 2.5 Cicin Slip

Motor rotor belitan ( motor cincin slip ) berbeda dengan motor sangkar tupai dalam hal konstruksi rotornya. Seperti namanya, rotor dililit dengan lilitan terisolasi serupa dengan

lilitan stator. Lilitan fasa rotor dihubungkan secara Υ dan masing – masing fasa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Secara skematik dapat dilihat pada Gambar 2.5. Dari gambar ini dapat dilihat bahwa cincin slip dan sikat semata – mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkaian rotor.

(27)

Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal yang berfungsi membatasi arus pengasutan dan yang bertanggung jawab terhadap pemanasan rotor. Selama pengasutan, penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan menghasilkan torsi pengasutan yang lebih besar dengan arus pengasutan yang lebih kecil dibanding dengan rotor sangkar. Konstruksi motor tiga fasa rotor belitan ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.6 Rotor Belitan

2.4. Medan Putar

Perputaran motor pada mesin arus bolak – balik ditimbulkan oleh adanya medan putar ( fluks yang berputar ) yang dihasilkan dalam kumparan statornya. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak, umumnya fasa 3. Hubungan dapat berupa hubungan bintang atau delta.

Misalkan kumparan a – a; b – b; c – c dihubungkan 3 fasa, dengan beda fasa masing – masing 1200 ( Gambar 2.7a ) dan dialiri arus sinusoid. Distribusi arus ia, ib, ic sebagai fungsi waktu adalah seperti Gambar 2.7b. Pada keadaan t1, t2, t3, dan t4, fluks resultan yang ditimbulkan oleh kumparan tersebut masing – masing adalah seperti Gambar 2.8 c, d, e, dan f.

Pada t1 fluks resultan mempunyai arah sama dengan arah fluks yang dihasilkan oleh kumparan a – a; sedangkan pada t2, fluks resultannya mempunyai arah sama dengan arah

(28)

fluks yang dihasilakan oleh kumparan c – c; dan untuk t3 fluks resultan mempunyai arah sama dengan fluks yang dihasilkan oleh kumparan b – b. Untuk t4, fluks resultannya berlawanan arah dengan fluks resultan yang dihasilkan pada saat t1 keterangan ini akan lebih jelas pada analisa vektor.

Gambar 2.7 (a) Diagram phasor fluksi tiga phasa (b) Arus tiga phasa setimbang

Gambar 2.8 Medan putar pada motor induksi tiga phasa

Dari gambar c, d ,e, dan f tersebut terlihat fluks resultan ini akan berputar satu kali. Oleh karena itu untuk mesin dengan jumlah kutub lebih dari dua, kecepatan sinkron dapat diturunkan sebagai berikut :

ns = p

. 120

( rpm )...(2.1) f = frekuensi ( Hz )

(29)

2.4.1 Analisis Secara Vektor

Analisis secara vektor didapatkan atas dasar :

1. Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir dalam suatu lingkar sesuai dengan perputaran sekrup Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir dalam suatu lingkar

2. Besaran fluks yang ditimbulkan ini sebanding dengan arus yang mengalir.

Notasi yang dipakai untuk menyatakan positif atau negatifnya arus yang mengalir pada kumparan a – a, b – b, dan c – c, adalah harga positif, apabila tanda silang (x) terletak pada pangkal konduktor tersebut ( titik a, b, c ), sedangkan negatif apabila tanda titik ( . ) terletak pada pangkal konduktor tersebut (Gambar 2.10 ). Maka diagram vektor untuk fluks total pada keadaan t1, t2, t3, t4, dapat dilihat pada Gambar 2.10. Pada diagram vector diatas dapat dilihat bahwa fluksi resultan berjalan berputar.

(30)

Dari semua diagram vektor di atas dapat pula dilihat bahwa fluks resultan berjalan (berputar).

2.5.Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa

Bila belitan stator motor induksi tiga fasa dihubungkan pada jala-jala arus putar, dalam besi stator akan timbul medan putar. Dengan adanya medan putar pada stator dan adanya kawat-kawat disekeliling besi rotor, maka garis-garis gaya medan putar itu akan melalui kawat-kawat tersebut.sehingga didalamnya timbul garis gaya listrik (ggl).

Adanya ggl dalam kawat-kawat menyebabkan adanya arus dalam kawat rotor dan karena kawat-kawat yang dialiri arus itu berada dalam medan putar maka timbul pula kopel yang menyebabkan kawat-kawat itu berputar bersama dengan besi rotor.

Kawat a dan b adalah sebagian dari kawat-kawat yang ada pada rotor. Untuk mendapatkan arah ggl dalam kawat a dan b digunakan aturan tangan kanan, dengan ketentuan bahwa kawat-kawat itu menurut pandangan berputar ke kiri, sedang medan putarnya dianggap diam.

Gambar 2.11 Medan putar pada motor Asinkron

Dengan ketentuan bahwa arah medan magnit itu dari atas kebawah, maka akan diperoleh bahwa dalam kawat a timbul ggl a yang arahnya kemuka ( tanda titik) dan dalam

(31)

kawat b timbul ggl b yang arahnya kebelakang ( tanda +). Dengan ketentuan-ketentuan ini maka dalam kawat-kawat a dan b akan mengalir arus yang arahnya ditentukan oleh arah ggl tersebut.

Setelah arah arus dalam kawat-kawat itu diketahui, arah kekuatan kopel K yang bekerja pada kawat-kawat tersebut dapat diketahui juga. Seperti di perlihatkan pada gambar 2.11. sehingga arah bekerjanya kopel dan arah berputarnya rotor dapat ditentukan. Ternyata bahwa arah berputarnya rotor adalah sama dengan arah berputarnya medan putar.

Untuk memperjelas prinsip kerja motor induksi tiga fasa, maka dapat dijabarkan dalam langkah – langkah berikut:

1. Pada keadaan beban nol Ketiga phasa stator yang dihubungkan dengan sumber tegangan tiga phasa yang setimbang menghasilkan arus pada tiap belitan phasa.

2. Arus pada tiap phasa menghasilkan fluksi bolak-balik yang berubah-ubah

3. Amplitudo fluksi yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan arahnya tegak lurus terhadap belitan phasa

4. Akibat fluksi yang berputar timbul ggl pada stator motor yang besarnya adalah e1 =

dt d N Φ

− ₁ ( Volt )

atau E₁ =4,44fN₁Φ ( Volt )

5. Penjumlahan ketiga fluksi bolak-balik tersebut disebut medan putar yang berputar dengan kecepatan sinkron ns, besarnya nilai ns ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi stator f yang dirumuskan dengan

p f

ns =120× ( rpm )

6. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E2 yang besarnya

(32)

dimana :

E2 = Tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (Volt) N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor

Фm = Fluksi maksimum(Wb)

7. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl tersebut akan menghasilkan arus I2

8. Adanya arus I2 di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F pada rotor

9. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah medan putar stator

10. Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan sinkron. Perbedaan kecepatan medan stator (ns) dan kecepatan rotor (nr) disebut slip (s) dan dinyatakan dengan

100% s

s − ×

= n

n n s

11. Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi pada kumparan rotor akan bervariasi tergantung besarnya slip. Tegangan induksi ini dinyatakan dengan E2s yang besarnya

E₂_s = 4,44sfN₂Φ_m ( Volt ) dimana

E2s = tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar (Volt)

f2 = s.f = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar)

12. Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan rotor, karenanya tidak dihasilkan kopel. Kopel ditimbulkan jika nr < ns

(33)

2.6.Frekuensi Rotor

Ketika rotor masih dalam keadaan diam, dimana frekuensi arus pada rotor sama seperti frekuensi masukan ( sumber ). Tetapi ketika rotor akan berputar, maka frekuensi rotor akan bergantung kepada kecepatan relatif atau bergantung terhadap besarnya slip. Untuk besar slip tertentu, maka frekuensi rotor sebesar f 'yaitu,

r s n n − =

P f'

120

, diketahui bahwa n_s= p

120

Dengan membagikan dengan salah satu, maka didapatkan s n n n f f s r

s − =

= '

Maka f '= sf ( Hz )………...(2.2) Telah diketahui bahwa arus rotor bergantung terhadap frekuensi rotor f '= sf dan ketika arus ini mengalir pada masing – masing phasa di belitan rotor, akan memberikan reaksi medan magnet. Biasanya medan magnet pada rotor akan menghasilkan medan magnet yang berputar yang besarnya bergantung atau relatif terhadap putaran rotor sebesarsn_s.

Pada keadaan tertentu, arus rotor dan arus stator menghasilkan distribusi medan magnet yang sinusoidal dimana medan magnet ini memiliki magnetudo yang konstan dan kecepatan medan putar n_s yang konstan. Kedua Hal ini merupakan medan magnetik yang berputar secara sinkron. kenyataannya tidak seperti ini karena pada stator akan ada arus magnetisasi pada kumparannya.

2.7. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi

Untuk mempermudah analisis motor induksi, digunakan metoda rangkaian ekivalen per – fasa. Motor induksi dapat dianggap sebagai transformator dengan rangkaian sekunder

(34)

1 V 1 R 1 X 1 I c

R X_m

I Im

Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen stator motor induksi dimana :

I0 = arus eksitasi (Amper)

V1 = tegangan terminal stator ( Volt )

E1 = ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah udara resultan ( Volt ) I1 = arus stator ( Ampere )

R1 = tahanan efektif stator ( Ohm ) X1 = reaktansi bocor stator ( Ohm )

Arah positif dapat dilihat pada rangkaian Gambar 2.12. Arus stator terbagi atas 2 komponen, yaitu komponen arus beban dan komponen arus penguat I0. Komponen arus penguat I0 merupakan arus stator tambahan yang diperlukan untuk menghasilkan fluksi celah udara resultan, dan merupakan fungsi ggm E1.

Komponen arus penguat I0 terbagi atas komponen rugi – rugi inti IC yang sefasa dengan E1 dan komponen magnetisasi IM yang tertinggal 900 dari E1. Hubungan antara tegangan yang diinduksikan pada rotor sebenarnya ( Erotor ) dan tegangan yang diinduksikan pada rotor ekivalen ( E2S ) adalah :

rotor S E E₂ = 2 1 N N = a atau

(35)

dimana a adalah jumlah lilitan efektif tiap fasa pada lilitan stator yang banyaknya a kali jumlah lilitan rotor.

Bila rotor–rotor diganti secara magnetik, lilitan–ampere masing–masing harus sama, dan hubungan antara arus rotor sebenarnya Irotor dan arus I2S pada rotor ekivalen adalah :

I2S = a I_rotor

………...………. ( 2.4 ) sehingga hubungan antara impedansi bocor frekuensi slip Z2S dari rotor ekivalen dan impedansi bocor frekuensi slip Zrotor dari rotor sebenarnya adalah :

Z2S = =

S S I E 2 2 = rotor rotor I E a2 rotor Z

a2 _{……...…( 2.5 )} Nilai tegangan, arus dan impedansi tersebut diatas didefinisikan sebagai nilai yang referensinya ke stator. Selanjutnya persamaan ( 2.5 ) dapat dituliskan :

= S S I E 2 2 S

Z₂ = R₂+ jsX₂ ………...( 2.6 ) dimana :

Z2S = Impedansi bocor rotor frekuensi slip tiap fasa dengan referensi ke stator ( Ohm). R2 = Tahanan efektif referensi ( Ohm )

sX2 = Reaktansi bocor referensi pada frekuensi slip X2 didefinisikan sebagai harga reaktansi bocor rotor dengan referensi frekuensi stator ( Ohm ).

Reaktansi yang didapat pada persamaan (2.6) dinyatakan dalam cara yang demikian karena sebanding dengan frekuensi rotor dan slip. Jadi X2 didefinisikan sebagai harga yang akan dimiliki oleh reaktansi bocor pada rotor dengan patokan pada frekuensi stator.

Pada stator ada gelombang fluks yang berputar pada kecepatan sinkron. Gelombang fluks ini akan mengimbaskan tegangan pada rotor dengan frekuensi slip sebesar E₂_s dan ggl lawan stator E₁. Bila bukan karena efek kecepatan, tegangan rotor akan sama dengan

(36)

gelombang fluks terhadap rotor adalah s kali kecepatan terhadap stator, hubungan antara ggl efektif pada stator dan rotor adalah:

E₂_s = sE₁………...…...….(2.7) Gelombang fluks magnetik pada rotor dilawan oleh fluks magnetik yang dihasilkan komponen beban I₂ dari arus stator, dan karenanya, untuk harga efektif

I₂_s= I₂...(2.8) Dengan membagi persamaan (2.5) dengan persamaan (2.8) didapatkan:

= S S I E 2 2 2 1 I sE ………...………….…..(2.9) Didapat hubungan antara persamaan (2.6) dengan persamaan (2.9) yaitu:

= S S I E 2 2 2 1 I sE

= R2+ jsX2……...…...…....(2.10) Dengan membagi persamaan (2.10) dengan s, maka didapat

2 1 I E = s R₂

+ jX₂……….………...……(2.11) Dari persamaan (2.6) , (2.7) dan (2.11) maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen pada rotor sebagai berikut :

E₂ E₁

2 R 2 sX 2 X s R₂ 2 R ) 1 1 ( 2 − s R 2

I I2

2 X 2 I 1 E

Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen pada rotor motor induksi.

s R₂ = s R₂

(37)

s R₂

= R₂+ ₂(1−1) s

R ………...………...(2.12) Dari penjelasan mengenai rangkaian ekivalen pada stator dan rotor di atas, maka dapat dibuat rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa pada masing – masing fasanya. Perhatikan gambar di bawah ini.

V

1 R 1 X 1 I c

R X_m

Φ I

I

2 I 1 E 2 sX 2 I 2 R 2 sE

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen motor induksi tiga phasa

Untuk mempernudah perhitungan maka rangkaian ekivalen pada Gambar 2.14 diatas dapat dilihat dari sisi stator, rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa akan dapat digambarkan sebagai berikut.

1 V

R X₁

c R m X ' 2 X 1 E 1

I I0

c I m I 2 ' I s R₂'

Gambar 2.15 Rangkaian ekivalen dilihat dari sisi stator motor induksi

(38)

R X₁

c R m X 2 ' R ' 2 X ) 1 1 ( ' 2 − s R 1 E 1

I I0

c I m I 2 ' I

Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen dilihat dari sisi stator motor induksi Dimana:

2 '

=

2 ₂

R'2

=

a2R₂

Dalam teori transformator-statika, analisis rangkaian ekivalen sering disederhanakan dengan mengabaikan seluruh cabang penalaran atau melakukan pendekatan dengan memindahkan langsung ke terminal primer.

Pendekatan demikian tidak dibenarkan dalam motor induksi yang bekerja dalam keadaan normal, karena adanya celah udara yang menjadikan perlunya suatu arus peneralan yang sangat besar (30% sampai 40% dari arus beban penuh) dan karena reaktansi bocor juga perlu lebih tinggi. Untuk itu dalam rangkaian ekivalen R_cdapat dihilangkan (diabaikan). Rangkaian ekivalen menjadi Gambar 2.17 berikut.

R X₁

m X 2 ' R ' 2 X ) 1 1 ( ' 2 − s R 1 E 1

I I0

2 '

(39)

2.8.Gejala Peralihan (Transient)

Seiring perkembangan teknologi dalam sistem tenaga listrik, ukuran tingkat kehandalan dan keamanan suatu sistem tenaga listrik menjadi faktor tuntutan yang utama. Suatu sistem tenaga listrik dikatakan memiliki tingkat kehandalan yang tinggi apabila sistem tersebut mampu menyediakan pasokan energi listrik yang dibutuhkan oleh konsumen secara kontinyu/terus-menerus dan dengan kualitas daya yang baik dari segi regulasi tegangan maupun regulasi frekuensinya. Disamping itu, faktor keamanan terhadap manusia dan peralatan yang terpasang dari kemungkinan gangguan pada sistem tersebut juga menjadi syarat kehandalan suatu sistem tenaga listrik.

Kedua faktor tersebut juga berlaku pada sektor industri yang sangat membutuhkan ketersediaan tenaga listrik dengan tingkat kehandalan tinggi. Tersedianya penyaluran energi listrik yang kontinyu pada suatu kawasan industri akan menghindarkan perusahaan tersebut dari kerugian produksi atau “loss of production” yang secara finansial akan sangat merugikan perusahaan. Tersedianya energi listrik yang aman bagi peralatan maupun manusia disekitarnya juga merupakan kebutuhan mutlak. Hal ini dimaksudkan untuk menjamin keselamatan manusia yang bekerja disekitarnya maupun untuk menghindarkan dari kerugian finansial untuk mengganti peralatan yang rusak.

Pada kenyataannya, banyak permasalahan-permasalahan yang dihadapi oleh suatu sistem tenaga listrik dalam penyediaan energi listrik secara kontinue. Hal ini disebabkan karena semakin besar suatu sistem, maka semakin tinggi pula tingkat kompleksitas jaringan dan beban yang ada. Sehingga semakin besar pula kemungkinan terjadi gangguan pada sistem tersebut dan semakin besar kerugian yang dapat terjadi.

Gejala peralihan (transient) terdiri dari dua jenis yaitu transient impuls dan transient osolasi. Transient impuls adalah gejala transient yang mempunyai satu arah polaritas, yaitu

(40)

polaritas positif atau polaritas negatif. Sedangkan transient isolasi adalah gejala transient yang mempunyai dua arah polaritas, yaitu polaritas positif dan negatif.

Sumber utama gejala peralihan (transient) yang terjadi pada sistem utilitas kelistrikan adalah petir dan pensaklaran kapasitor. Tegangan tinggi petir merupakan sumber gejala peralihan impuls, dimana surja petir hanya mempunyai satu polaritas saja sedangkan proses membuka dan menutupnya saklar kapasitor daya dapat menghasilkan gejala peralihan osilasi, karena mempunyai dua polaritas, yaitu positif dan negatif (Roger C. Dugan, 1996).

Gambar 2.18 Transient Impuls arus petir

(41)

Fenomena variasi durasi singkat tegangan ini dapat kita klasifikasikan menjadi 3 jenis antara lain : Instanteneous, Momentary, dan Temporary (tergantung pada durasinya). Perubahan tegangan instantaneous atau waktu seketika, terjadi dalam waktu 0,5 sampai 30 cycles, sedangkan momentary dalam waktu 30 cyles sampai 3 detik, dan perubahan tegangan tipe temporary terjadi dalam waktu 3 detik sampai 1 menit (Roger C. Dugan, 1996). Berdasarkan nilai perubahan tegangan, gejala variasi durasi pendek ini dibedakan menjadi 3 jenis yaitu interuption, sag dan swell.

Gejala perubahan tegangan durasi pendek dapat disebabkan oleh gangguan karena suatu proses penyulangan energi listrik terhadap beban yang besar, dimana saat penyulangan tersebut diperlukan arus awal yang tinggi, atau lepasnya koneksitas pengkabelan listrik yang kadang-kadang terjadi. Jenis-jenis perubahan tegangan durasi pendek (interuption, sag dan swell) tergantung dari lokasi gangguan dan kondisi sistem.Dampak dari perubahan nilai tegangan durasi pendek ini sebenarnya adalah kondisi pada saat gangguan selama peralatan proteksi beroperasi untuk menghilangkan gangguan tersebut.

Interuption ( interupsi) adalah gangguan yang terjadi ketika tegangan suplai atau arus beban menurun sampai kurang dari 0,1 pu (per unit) untuk periode waktu tidak lebih dari satu menit. Interupsi dapat menjadi akibat dari kesalahan sistem tenaga listrik, kegagalan, dan terjadi kesalahan dari fungsi kendali (Alexander Kusko dkk, 2000). Interupsi diukur dengan lamanya waktu terjadi gangguan, dimana besarnya tegangan yang terjadi pada saat gangguan selalu kurang dari 10 persen dari tegangan nominalnya. Lama terjadinya interupsi dikarenakan oleh gangguan pada sistem utilitas dan ditentukan oleh waktu pengoprasian dari peralatan proteksi. Peralatan proteksi (recloser) pada umumnya akan membatasi interupsi disebabkan oleh gangguan non permanen kurang dari 30 siklus. Lamanya gangguan karena kesalahan fungsi peralatan atau koneksitas peralatan yang longgar atau kurang baik dapat terjadi secara tidak teratur.

(42)

Beberapa interupsi dapat didahului oleh terjadinya jatuh tegangan, dimana pada umumnya interupsi disebabkan oleh gangguan pada sistem sumber tenaga listrik. Gambar 2.20 menunjukkan interupsi sesaat dimana jatuh tegangan terjadi sekitar 20 persen selama 3 siklus dan kemudian turun menjadi nol sekitar 1,8 detik sampai recloser menutup kembali.

Gambar 2.20 Interupsi Sesaat

Swells adalah suatu peristiwa dimana tegangan mengalami kenaikan antara 1,1 dan 1,8 pu dari tegangan rms atau arus pada frekwensi dayanya, dengan lama gangguan 0,5 siklus ke satu menit. Naiknya tegangan pada kondisi swells biasanya dikaitkan dengan kondisi karena gangguan atau kesalahan sistem.

(43)

Salah satu contoh swells adalah terjadinya kenaikan tegangan sementara pada saat gangguan satu fasa ke tanah. Gambar 2.21 mengilustrasikan sebuah gelombang tegangan yang sebabkan oleh gangguan satu fasa ke tanah.

Lonjakan kenaikan tegangan dapat juga disebabkan oleh adanya pemutusan beban besar atau penyulangan terhadap bank kapasitor. Karakteristik swells dapat diketahui dengan melihat besar kenaikan tegangan (nilai rms) dan lamanya peristiwa itu terjadi. Besarnya kenaikan tegangan yang terjadi dipengaruhi oleh letaknya gangguan, besarnya impedansi sistem tenaga serta sistem pentanahannya.

Pada sistem yang tidak diketanahkan dengan impedansi urutan nol yang tak terhingga, maka tegangan fasa akan mengalami kenaikan sebesar 1.73 pu pada saat terjadi gangguan satu fasa ketanah. Untuk gangguan yang terjadi dengan lokasi berada dekat gardu induk, maka akan terdapat sedikit atau tidak ada kenaikan tegangan pada fasa yang tidak sehat, karena trafo daya pada gardu induk biasanya terhubung delta-bintang yang menyediakan impedansi urutan nol yang rendah, sebagai saluran untuk arus gangguan ketanah.

Voltage rise ( Swells) Biasanya disebabkan oleh Fault (tapi dalam kesehariannya fault lebih sering mengakibatkan Sag). Temporary voltage rise (swells) akibat switching dari beban besar, atau energize dari capacitor bank yang besar. karakteristik swells ditentukan oleh magnitude (RMS Value) dan durasinya.

(44)

Dari data yang diatas kita mengetahui bahwa ada banyak hal yang dapat menyebabkan turunnya tegangan yang dapat mengakibatkan rusaknya peralatan-peralatan listrik. Namun disini kita lebih membahas mengenai terjadinya voltage sag akibat pengasutan motor induksi serta membadingkan beberapa pengasutan motor induksi yang lebih baik dalam hal mengatasi kedip tegangan saat terjadi pengasutan.

2.8.1. Faktor Penyebab Munculnya Voltage Sag

Salah satu gangguan yang sering terjadi pada sistem tenaga listrik adalah gangguan kedip tegangan. Gangguan ini merupakan gangguan transien pada sistem tenaga listrik, yaitu kenaikan atau penurunan tegangan sesaat (selama beberapa detik) pada jaringan sistem. Kedip tegangan dapat disebabkan oleh dua hal, yaitu :

1. Adanya gangguan hubung singkat pada jaringan tenaga listrik itu sendiri.

2. Adanya perubahan beban secara mendadak (seperti : switching beban dan pengasutan motor induksi).

Adanya kegagalan (fault) dalam sistem dan penyalaan motor induksi berdaya besar Motor induksi umumnya mengkonsumsi 5 sampai 6 kali arus ratingnya pada saat start dan arus ini akan menurun secara bertahap seiring dengan pertambahan kecepatan motor sampai pada kecepatan ratingnya. Durasi dari sag bergantung pada dinamika motor dan dinamika motor tersebut ditentukan oleh parameternya, khususnya inersia motor.

Pada kasus voltage sag karena penyalaan motor yang besar, sag yang terjadi biasanya tidak terlalu signifikan tapi berlangsung dalam waktu yang relatif lama.Secara teoritis diketahui bahwa pada saat sebuah beban yang berupa motor induksi terhubung ke jaringan sistem yang besar, maka motor induksi tersebut akan menarik arus start yang sangat besar dari jaringan sehingga jumlah total arus yang mengalir akan bertambah yang akan menyebabkan terjadinya drop tegangan yang bertambah pada jaringan sistem utama. Drop

(45)

tegangan sesaat akibat tarikan arus starting motor ini akan mempengaruhi besar tegangan pada sisi beban-beban yang lain yang tentunya akan mengalami penurunan tegangan sesaat (voltage dip).

Gambar berikut menunjukkan gelombang tegangan saat terjadi voltage sag dengan besar 0,3 pu dan berlangsung selama 0,3 detik.

Gambar 2.22 Contoh Bentuk Gelombang Saat Terjadi Voltage sag

Penurunan tegangan pada sistem ini akan dapat menyebabkan gangguan pada peralatan lain, terutama peralatan-peralatan yang peka terhadap fluktuasi tegangan, seperti komputer atau peralatan semikonduktor lainnya. Selain itu, penurunan tegangan yang terjadi dapat menyebabkan terganggunya kinerja peralatan pengaman jaringan seperti, beroperasinya sistem rele undervoltage yang akan menyebabkan pemutusan suplai tegangan pada jaringan sistem. Oleh sebab itulah kedip tegangan sangat perlu diperhitungkan dalam sebuah perancangan instalasi jaringan listrik.

Voltage sag atau yang sering juga disebut sebagai voltage dip merupakan suatu fenomena penurunan tegangan rms dari nilai nominalnya yang terjadi dalam waktu yang singkat, sekitar 10 ms sampai beberapa detik. IEC 61000-4-30 mendefinisikan voltage sag (dip) sebagai penurunan besar tegangan sementara pada titik di bawah nilai threshold-nya.

(46)

IEEE Standard 1159-1995 mendefinisikan voltage sag sebagai variasi tegangan rms dengan besar antara 10% sampai 90% dari tegangan nominal dan berlangsung selama 0,5 siklus sampai satu menit.

2.8.2. Karakteristik Voltage Sag

Karakteristik dari voltage sag dapat dilihat pada Gambar berikut untuk gelombang tegangan yang ideal (sinusoidal murni, tanpa harmonik).

Gambar 2.23 Karakteristik Voltage Sag

Dari gambar, dapat terlihat bahwa ada tiga karakteristik utama voltage sag, yaitu:

• Besarnya voltage sag (Ar – Ad)

• Perubahan fasa (phase angle jump) terhadap tegangan referensi

• Titik pada gelombang dimana sag mulai muncul

Voltage sag dicirikan dengan besarnya sag (tegangan saat terjadi fault) dan durasinya. Besarnya sag ditentukan oleh jarak terjadinya fault dan durasinya bergantung pada waktu penghilangan fault.

Sag magnitude, Merupakan tegangan rms total saal fault terjadi, yang dinyatakan dalam persen atau dalam nilai per-unit dari tegangan nominalnya.

(47)

Sag Duration, Durasi sag merupakan waktu saat tegangan menjadi rendah, biasanya kurang dari 1 detik. Durasi sag bergantung pada peralatan proteksi arus lebih dan seberapa lama arus fault diperbolehkan untuk mengalir. Ada banyak jenis peralatan yang digunakan untuk menghilangkan fault dan masing-masing menpunyai waktu absolut minimum untuk menghilangkan fault.

Phase angle jump, Fault yang terjadi pada sistem tenaga listrik tidak hanya menyebabkan turunnya besar tegangan, tapi juga menyebabkan perubahan pada sudut fasa tegangan. Phase angle jump (yaitu perbedaan sudut fasa selama terjadi sag dan sebelum terjadi sag) dapat dihitung dari nilai tegangan kompleks Vsag.

2.8.3. Perhitungan Kedip Tegangan

Dalam perhitungan kedip tegangan, nilai minimum symmetrical interrupting duty pada titik sumber sistem harus diketahui. Kemudian menghitung impedansi saluran sistem atau reaktansi antara titik sumber dan motor. Impedansi motor dapat dihitung berdasarkan katalog dari pabrik pembuatnya, yang biasanya diberikan nilai untuk tegangan penuh dan arus locked-rotor.

Dalam menghitung tegangan motor saat terjadi pengasutan digunakan persamaan :

�

=

�

�� tot .�th

(�M+�2)+�(�M+�2)

�

...

...(2.13) Dengan:

Vs = Tegangan motor saat pengasutan (V)

Vth = Tegangan thevenin saat pengasutan (V)

Zektot = impedansi motor yang diasut (Ω)

(48)

XM = Zm sin Ɵm (Ω)

cos Ɵm = Faktor daya arus yang ditarik oleh motor yang diasut

Untuk tegangan Thevenin Persaamaannya adalah:

�th = � in √3�

��m

�1+�(�1+�m)2�

Dengan :

Vth = Tegangan thevenin motor saat pengasutan (V)

Vin = Tegangan awal saat pengasutan (V)

Zm = impedansi motor yang diasut (Ω)

Karena perhitungan drop tegangan saat pengasutan motor biasanya ditujukan untuk motor-motor yang memiliki kapasitas diatas 100 hp, error yang ada pada persamaan yang disederhanakan dapat diabaikan. Persentase drop tegangan saat pengasutan dapat diperoleh melalui persamaan :

V

=

₍_� ��

�+ �_�)

×

�

Dengan :

%Vs = Persentase Tegangan sistem saat starting motor

%Zm = Persentase impedansi motor

%Xs = Persentase reaktans total jaringan antar motor dan titik pada sistem

Untuk persamaan Arus Start dapat kita hitung dengan cara :

|�start| = �

(49)

Besar impedansi motor (ohm) adalah :

�th=�e+��e= ��

m (�1+��1) �1+�(�1+�m)

Dengan :

Persentase impedansi motor dihitung dengan persamaan :

% Z

=

100 ��

�_��

Dengan :

ILR = arus locked-rotor (A)

(50)

BAB 3

BAHAN DAN METODE PENELITIAN

3.1. Bahan, Peralatan dan Metode Penelitian

Motor mengambil arus yang besar dari sistem, sekitar lima sampai tujuh kali arus ratingnya, dan bisa menyebabkan voltage drop pada sistem serta menyebabkan gangguan pada operasi beban yang lain. Hal ini dikarenakan pada motor, khususnya motor induksi, akan terjadi lonjakan arus pada saat starting. Lonjakan arus ini disebabkan oleh kondisi motor yang masih diam saat akan distart. Karena rotor belum bergerak, kecepatan relatif rotor terhadap medan magnet putar saat start akan maksimal sehingga tegangan yang diinduksikannya akan maksimal pula dan mengakibatkan nilai arus yang mengalir akan sangat besar.

Hal lain yang menyebabkan lonjakan arus tersebut adalah adanya inrush current, yang disebabkan oleh sifat motor yang dianalogikan sebagai suatu induktor besar. Resistansi motor sangat kecil bila dibandingkan dengan induktansinya, sehingga saat starting, di mana induktansi motor masih bisa diabaikan, impedansinya hanya berasal dari resistansi yang bernilai kecil, dan menyebabkan arus yang mengalir akan sangat tinggi nilainya.

Walaupun arus start yang besar tersebut hanya berlangsung dalam waktu yang cukup singkat, namun hal tersebut juga menyebabkan jatuh tegangan (voltage drop) sesaat yang disebut dengan voltage dip. Voltage Dip adalah penurunan tegangan antara (10 – 90) % dari tegangan nominal yang terjadi dalam waktu yang relatif singkat (0,5 cycle – beberapa detik). Efek yang merugikan akibat voltage dip ini meliputi :

1. Torsi yang bersifat transient yang dapat menyebabkan stress (tekanan) yang berlebih pada sistem mekanisnya.

(51)

3. Kegagalan kerja dari peralatan – peralatan lainnya seperti relay, contactor dan menyebabkan flicker cahaya yang cukup mengganggu.

Demi menjaga gar motor tetap beroperasi dan mencegah kegagalan kerja motor untuk mencapai kecepatan nominalnya, maka sebaiknya voltage dip tidak sampai di bawah 70% dari tegangan nominal. Ini dengan menganggap bahwa flicker cahaya bukanlah suatu hal yang mengganggu. Namun, jika faktor kualitas operasional dan pelayanan adalah hal yang utama, maka batasan voltage dip yang diizinkan adalah 10%.

Rumus arus awal adalah :

(

�

₂

)

_�₌₁

=

�

��

+

�

Salah satu cara untuk menurunkan arus awal adalah dengan menurunkan E20, hal ini dapat dilakukan dengan menurunkan tegangan apit. Dan cara yang kedua adalah dengan memperbesar nilai tahanan R2. Hal ini dapat dilakukan pada jenis rotor belitandengan menambahkan tahanan luar melalui cincin gesernya.

Untuk menanggu langi lonjakan arus ini, dapat digunakan beberapa cara starting motor induksi, antara lain:

1. Direct on Line (DOL) Starter 2. Star Delta Starter

3. Autotransformator Starter

3.1.1. Perancangan Sistem Pengasutan Metode Direct on Line (d.o.l)

Direct On Line starter merupakan starting langsung. Penggunaan metoda ini sering dilakukan untuk motor-motor ac yang mempunyai kapasitas daya yang kecil. Pengertian penyambungan langsung disini, motor yang akan dijalankan langsung di switch on ke sumber tegangan jala-jala sesuai dengan besar tegangan nominal motor. Artinya tidak perlu mengatur atau menurunkan tegangan pada saat starting (Gambar 3.1).

(52)

R S T N Pe

KM1

Motor

Gambar 3.1 Starting Motor Induksi Dengan Metoda Direct On Line

Besar arus startnya dari 5 sampai 7 dari arus beban penuhnya (bila tidak diketahui biasanya dipakai 6x arus beban penuhnya). Starter ini terdiri dari Breaker sebagai proteksi hubung singkat, Magnetik Contactor, Over Currrent Relay dan komponen control seperti push button, MCB dan pilot lamp.

Kontrol Start dan Stop dilakukan dengan push button yang mengontrol tegangan pada coil contactor. Sementara itu output OCR terangkai secara serrie sehingga jika OCR trip, maka output OCR akan melepas tegangan ke coil contactor. Komponen penyusun starter ini harus mempunyai ampacity yang cukup besar. Perlu diperhitungkan juga arus saat start motor, demikian juga ukuran range overloadnya.

Gambar 3.2 merupakan satu contoh karakteristik pengasutan motor induksi dengan daya motor 5.5 kW. Perhatikan arus start yang tinggi hingga mencapai lebih kurang 68A. Arus nominal untuk motor induksi 4 kutub dengan kapasitas 5.5 kW menurut data teknis hanyalah 11 A. Jadi arus start telah mencapai nilai 6.2 kali dari arus nominal motor.

Menurut standar Eropa hanya motor induksi dibawah 4 kW yang diperbolehkan untuk start dengan methode DOL.

(53)

Gambar 3.2 Karakteristik Pengasutan Motor Induksi Dengan Metode DOL Ada beberapa aspek yang dapat diperhatikan saat motor induksi menggunakan starting dengan metoda Direct on Line (DOL) dimana:

1. Start dengan DOL mempunyai keunggulan karena design yang sangat sederhana sehingga investasinya relatif rendah.

2. Start dengan DOL mempunyai arus start atau arus inrush yang besar (600% - 800%). 3. Arus meningkat 5 sampai dengan 7 kali arus beban penuh dan Torsi hanya 1,5 sampai

dengan 2,5 kali torsi beban penuh

4. Arus inrush dapat menyebabkan tegangan jaringan turun sesaat (dikenal dengan istilah voltage sag) dan dapat menimbulkan harmonik pada jaringan listrik yang lemah.

5. Arus inrush mengakibatkan terjadinya torsi kejut pada komponen komponen transmisi sehingga peralatan peralatan seperti gear reducer, timing belt, pulley dan lain sebagainya yang ada didalam sistem drive akan mengalami "mechanical stress" yang dapat memicu terjadinya keausan dini pada peralatan tersebut.

6. Usia motor juga akan berkurang dengan start DOL, Serta komponen pemutus arus seperti breaker dan kontaktor mengalami arus yang sangat berlebihan setiap kali start

(54)

DOL-Starter biasanya dipakai hanya untuk motor motor induksi dengan kapasitas yang rendah. Jenis pengasutan ini merupakan pengasutan yang umum dipakai terutama untuk daya motor dibawah 5 KW. Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pengasutan secara langsung (DOL) ini antara lain :

Keterangan : Is = 5 s/d 7 kali In

Pr= 2π.Ns.τ = k.τ

Dimana Pr adalah daya input rotor. Dan rugi-rugi tembaga (Pcu) = 3 x Protor jadi 3�₂2R2 = s.kτ dimana I2 = I1 , τ = �

2 �.

Jika If = Arus nominal beban penuh Sf = Slip beban penuh, maka:

τf = �

.�.�2

�� , �� = � �� 2 ��

Ketika pengasutan DOL maka arus starting adalah mirip arus hubung singkat (Ihs). ��

�� = �

��

�� = a2 sf dimana : a = �ℎ� �� .

3.1.2 Perancangan Sistem Pengasutan Metode Autotransformer

Pengasutan dengan transformator ini dapat dilakukan dengan beberapa tingkatan, semakin banyak tingkatan yang digunakan maka akan semakin baik pula perubahan arus start yang terjadi sehingga kenaikan arus start dapat diminimalkan. Keuntungan yang dapat kita rasakan dengan penggunaan tingkatan yang lebih banyak akan mengurangi keerugian-kerugian panas yang timbul jika kita bandingkan dengan mempergunakan suatu hambatan R. Namun kekurangan yang utama adalah transformator tegangan mempunyai harga yang lebih tinggi dari sebuah hambatan.

Tujuan dari pengasutan ini adalah untuk mengurangi tegangan awal yang diinduksikan pada stator sehingga rangkaian ini bisa dikenal dengan nama pemampas awal

(55)

kerja atau starting compensator. Rangkaian ini dapat dioperasikan secara manual ataupun otomatis dengan menggunakan rele yang dapat memberikan tegangan penuh setelah motor menjadi cepat. Pada saat pengasutan tegangan terminal dari motor dikurangi 50% sampai 80% dari tegangan penuh trafo. Hal ini dimaksudkan untuk membuat arus asut kecil. Setelah percepatan transformator tegangan diputuskan.

Jika transformator bertapping dengan ratio transformasi k maka : Tegangan fasa = ��

√3 sehingga I2 =

�� √3�

=

�

� √3�

I2 = k. Ihs , I2 = k.s.If Arus dari catu daya I1 = k. I2 = k2 s.If = k2.Ihs

�2 ≈ �2�_√�₃� 2

dimana �₁ ≈ �� √3�

maka �₂= �2.�1 �1 = Torsi saat DOL

�2 = Torsi transformator

Hubungan torsi starting dan torsi beban penuh τs = k2

Ihs saat tegangan kV/ √3 ; Ist = k.Ihs

Karena τst~Ist2

untuk slip = 1, maka:

�� = � �� 2 �� = �

2_��

2 ��

(56)

Gambar 3.3 Starting Motor Induksi Dengan Metoda Autotransformer

Autotrafo dipakai untuk menurunkan tegangan (step down). Umumnya autotrafo standar untuk start motor mempunyai 3 tapping, yakni 50%, 65% dan 80% dari tegangan jaringan listrik. Contoh sebuah rangkaian start dengan autotrafo diperlihatkan pada gambar 3.3 Rangkaian ini dikenal juga dengan rangkaian Korndoerfer.Setelah proses start selesai, melalui sebuah timer kita membuat kontaktor K1 dan K2 tidak aktif. dan membuat K3 aktif.

Torsi start tergantung dari tapping autotrafo, tidak dapat disesuaikan dengan torsi beban. Penggantian step pada autotrafo dapat menimbulkan arus yang merusak. Sama seperti start dengan resistor, start dengan autotrafo juga mempunyai volume yang besar dan investasi yang mahal.

(57)

3.1.3 Perancangan Sistem Pengasutan Metode Star-Delta

Start dengan methode star-delta ini memanfaatkan penurunan tegangan yang dicatu ke motor saat stator motor terhubung dalam rangkaian bintang (star).Pada waktu start, yakni saat stator berada pada rangkaian bintang, arus motor hanya mengambil sepertiga dari arus motor seandainya motor distart dengan methode DOL.

Rangkaian Bintang (Star) Rangkaian Delta

UL = Tegangan phasa ke phasa

UL = Tegangan di terminal motor

Uph = Tegangan di kumparan ILY = Arus Motor

Iph = Arus pada kumparan S = Daya reakyif

UL = Tegangan phasa ke phasa

UL = Tegangan di terminal motor

Uph = Tegangan di kumparan ILΔ = Arus motor

Iph = Arus pada kumparan S = Daya reaktif

Uph = �L

√3 Uph = UL

Iph = ILY Iph =

1 √3 ILΔ

ILY= Iph =

�ph

� = �L

�√3 ILΔ = √3 Iph = √3 �ph

�

=

√3 �L

� �LY

�LΔ

=

1 3

SY = √3 Uph Iph SY = √3

�L

√3 =

�L

�√3

SY = √3 3 =

�L2

�

SΔ = √3 Uph Iph S_Δ = √3 UL

�L

�

S_Δ= √3 �L

� �Y

�Δ =

1 3

(58)

Berhubung torsi motor berbanding lurus dengan quadratis dari tegangan, maka dengan demikian torsi motor pada rangkaian bintang juga hanya sepertiga dari torsi pada rangkaian delta. Data data lengkap mengenai rangkaian star-delta tersusun jelas pada Tabel 3.1

Gambar 3.4 Rangkaian Star Delta

(59)

Pada gambar 3.5 Saat start, pertama-tama kontaktor utama K1 dan kontaktor bintang KY diaktifkan. Peralihan dari rangkaian bintang ke rangkaian delta terjadi pada kecepatan

n

yakni jika kecepatan motor sudah mencapai kira kira 80% dari kecepatan nominal. Caranya dengan pengaktifan kontaktor KD dan pada saat yang sama kontaktor KY dibuat tidak aktif.

Bagian kurva Torsi terhadap Kecepatan yang diberi bayangan arsir adalah torsi asselerasi yang dibutuhkan untuk meng-asselerasi beban. Perhatikan torsi start pada rangkaian bintang harus selalu lebih besar dari torsi awal beban supaya motor dapat mengangkat beban dan berasselerasi menuju kecepatan nominal.

Ada beberapa aspek yang dapat diperhatikan saat motor induksi menggunakan starting dengan metoda Direct on Line (DOL) dimana:

1. Star-Delta Starter memanfaatkan tegangan catu yang lebih rendah pada rangkaian bintang saat start dengan konsequensi memperoleh torsi start yang lebih rendah. Torsi start turun menjadi 1/3 dari torsi awal atau Locked Rotor Torque (LRT). 2. Star-Delta mempunyai keunggulan dibandingkan dengan DOL-Starter karena arus

start turun menjadi 1/3 dari arus start DOL.

3. Peralihan dari rangkaian bintang ke rangkaian delta biasanya dilakukan saat kecepatan motor sudah mencapai kira kira 80% dari kecepatan nominal.

4. Sesaat motor sudah terlepas dari rangkaian bintang tetapi masih belum terhubung ke rangkaian delta, rotor masih berputar, demikian juga arus rotor masih mengalir di kumparan rotor. Ada flux magnetik sisa di rotor yang memotong kumparan stator. 5. Terjadi tegangan induksi ke stator yang frequensinya tergantung dari kecepatan

rotor saat itu.Kecepatan rotor saat itu tergantung sekali pada beban, apakah beban dengan inersia rendah atau beban dengan inersia tinggi. Saat motor terhubung ke rangkaian delta, terjadilah arus inrush yang sangat besar, yang mana nilainya dapat

(60)

gambar 3.). Hal ini terjadi karena adanya perbedaan phasa yang sangat besar telah terjadi saat stator terhubung kembali ke jaringan listrik dalam rangkaian delta dengan flux dari rotor.

6. Arus yang tinggi ini mengakibatkan terjadinya torsi kejut dan dapat memberikan dampak buruk bagi komponen transmisi dan komponen pemutus arus dari sistem drive tersebut.

Gambar 3.6 Peraliahan Star ke Delta

Satu lagi dari kelemahan star-delta starter adalah apabila beban membutuhkan 40% dari torsi awal atau lebih untuk start maka kita terpaksa harus memilih motor induksi dengan satu frame size yang lebih besar.

3.2. Pelaksanaan Penelitian

Pelaksanaan penelitian meliputi mengumpulkan teori yang berhubungan dengan pengasutan motor induksi 3 fasa, kemudian melakukan simulasi dengan menggunakan program Matlab, setelah itu data yang di dapat dari hasil simulasi dianalisa dan diambil kesimpulan.

(61)

3.3. Variabel yang Diamati

Dalam tugas akhir ini, ada tiga metode dalam pengasutan motor induksi. pengasutan direct on line (dol), stardelta, dan autotransformer yang disimuliasikan dengan menggunakan program Matlab untuk mengamati dan menganalisa tengangan yang berkedip dan melonjaknya arus saat pengasutan.

Pada awal operasi ini arus yang dialirkan ke motor sangat besar berkisar lima hingga tujuh kali dari arus nominal, sehingganya tegangan pada motor sangat rendah yang menyebabkan jatuh tegangan. Pada saat starting dikatakan transien karena terjadi perubahan arus yang begitu significant mulai dari motor dihidupkan hingga motor berputar pada putaran. dapat juga kita buktikan dari rangkaian ekivalen motor induksi.

V

1 R 1 X 1 I c

R X_m

I

2 I 1 E 2 sX 2 I 2 R 2 sE

Saat diberi tegangan ke motor induksi muncullah medan magnet pada kutub medan yang ada di stator sehingga ada E1 (ggl lawan oleh fluks) pada stator. kemudian menuju ke konduktor rotor yang menghasilkan E2 pada rotor. sehingga didapatlah :

�th = � in √3�

��m

�1+�(�1+�m)2� �1 =

��ℎ− �1 (�e+�2) + (�e+�2)

Namun pada saat motor start E1 = 0

�start = � th

(62)

Sedangkan Rumus untuk mendapatkan kedip tegangan adalah:

�s = � ��

tot .�th

(�M+�2) +�(�M+�2)�

Karena nilai dari (�₁+ ��1) sangat kecil maka Ist sangat besar, dapat mencapau 5��

7 kali Inominal sehingga untuk mengurangi Ist perlu diperkecil V1 dengan beberapa metode : a. DOL dengan tengangan masukan adalah Vin = V1

b. Stardelta dengan tegangan masukan adalah �1 √3

� .

c. Autotransformer dengan metode tapping tegangan awal adalah 60% dari V1.

3.4. Teknik Pengukuran

Adapun teknik pengukuran dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Merancang bentuk rangkaian pengasutan motor induksi pada simulasi

pemrograman Matlab 2010

2. Menggambarkan hasil rancangan rangkaian simulasi pada Matlab 3. Menetukan Parameter rangkaian simulasi pada program Matlab 4. Menjalankan simulasi pada program Matlab

5. Mencatat Hasil simulasi 3.4.1 MatLab

Matlab merupakan suatu software pemrograman perhitungan dan analisis yang banyak digunakan dalam semua area penerapan matematika baik bidang pendidikan maupun penelitian pada universitas dan industri. Dengan matlab, maka perhitungan matematis yang rumit dapat diimplementasikan dalam program dengan lebih mudah.

Matlab merupakan singkatan dari MATriks LABoratory dan berarti software ini dibuat berdasarkan vektor-vektor dan matrik-matrik. Hal ini mengakibatkan software ini pada

(63)

awalnya banyak digunakan pada studi aljabar linier, serta juga merupakan perangkat yang tepat untuk menyelesaikan persamaan aljabar dan diferensial dan juga untuk integrasi numerik.

Matlab memiliki perangkat grafik yang powerful dan dapat membuat gambar-gambar dalam 2D dan 3D. Dalam hal pemrograman, Matlab serupa dengan bahasa C dan bahkan salah satu dari bahasa pemrograman termudah dalam hal penulisan program matematik. Matlab juga memiliki beberapa toolbox yang berguna untuk pengolahan sinyal (signal processing), pengolahan gambar (image processing), dan lain-lain.

Terdapat perbedaan yang signifikan antara Matlab dengan software pemrograman lainnya (C/C++, Visual Basic, Java, dan lain-lain). Perbedaan yang utama antara keduanya dapat dilihat dari tiga faktor yaitu tujuan penggunaannya, fitur yang disediakan dan orientasi hasil masing-masing.

• Ditinjau dari segi penggunaannya, software pemrograman biasanya berfungsi umum untuk berbagai kebutuhan (misalnya sistem informasi dan database), sedangkan Matlab digunakan spesifik sebagai alat bantu komputasi untuk bidang-bidang ilmiah (pendidikan, riset penelitian akademis, riset penelitian industri, dan lain-lain) yang membutuhkan library program perhitungan dan tools disain dan analisis sistem matematis.

• Ditinjau dari segi fiturnya, bahasa pemrograman umumnya hanya merupakan alat bantu membuat program, sedangkan Matlab dalam softwarenya selain membuat program juga terdapat fitur lain yang memungkinkan Matlab sebagai tools untuk disain dan analisis matematis dengan mudah.

• Ditinjau dari segi orientasi hasilya, software pemrograman lain lebih berorientasi sebagai program untuk menghasilkan solusi program baru yang eksekusinya cepat, reliable dan efektif terhadap berbagai kebutuhan. Sedangkan Matlab lebih berorientasi

(64)

spesifik untuk memudahkan penuangan rumus perhitungan matematis. Dalam hal ini dengan Matlab maka pembuatan program matematis yang kompleks bisa menjadi lebih singkat waktunya namun bisa jadi eksekusi program Matlab ini jauh lebih lambat dibandingkan bila dibuat dengan software pemrograman lainnya.

Matlab memiliki ruang lingkup kegiatan penggunaan yaitu: 1. Disain matematis

2. Pemodelan sistem matematis

3. Pengolahan data matematis (sinyal, citra dan lain-lain) 4. Simulasi, baik yang real time maupun tidak

5. Visualisasi 2D dan 3D 6. Tools analisis & testing

Karena kemampuan komputasi matematisnya yang tinggi, library program perhitungan yang lengkap, serta tools disain dan analisis matematis yang sudah tersedia maka Matlab begitu banyak digunakan di bidang-bidang pendidikan dan riset penelitian (akademis maupun industri) di dunia. Matlab digunakan mulai dari mengajarkan siswa tentang matriks, grafik fungsi matematik, sistem kontrol, pengolahan citra, pengolahan sinyal, sampai dengan memprediksi (forecasting) harga saham serta disain persenjataan militer berteknologi tinggi.

Terdapat beberapa bidang yang paling sering menggunakan Matlab sebagai software pembantu:

• Bidang MIPA, terutama matematika termasuk statistik (aljabar linier, diferensial, integrasi numerik, probability, forecasting), fisika (analisis gelombang), dan biologi (computational biology, matematika genetika)

(65)

• Bidang teknik (engineering), terutama elektro (analisis rangkaian, sistem kontrol, pengolahan citra dan pengolahan sinyal digital), mesin (disain bentuk alat/mesin, analisis sistem kalor)

• Bidang ekonomi dan bisnis, terutama dalam hal pemodelan ekonomi, analisis finansial, dan peramalan (forecasting)

Karena kebutuhan yang tinggi terhadap program komputer yang menyediakan tools komputasi, pemodelan dan simulasi dengan berbagai fasilitasnya, maka berbagai fitur ditambahkan kepada Matlab dari tahun ke tahun. Matlab kini sudah dilengkapi dengan berbagai fasilitas yaitu Simulink, Toolbox, Blockset, Stateflow, Real Time Workshop, GUIDE dan lain-lain. Selain itu hasil dari program Matlab sudah dapat diekspor ke C/C++, Visual Basic, Fortran, COM, Java, Excel, dan web/internet. Dengan demikian hasil dari Matlab dapat dikompilasi dan menjadi program yang waktu eksekusinya lebih cepat, serta bisa diakses dengan berbagai cara.

Selain Matlab sebenarnya sudah ada beberapa software komputasi lain yang sejenis, namun tidak selengkap dan berkembang sebagus Matlab. Selain itu Matlab tersedia untuk bergai platform komputer dan sistem operasi. Hingga kini Matlab tetap menjadi software terbaik untuk komputasi matematik, baik di dunia komputer Macintosh maupun PC, yang sistem operasinya Windows ataupun Linux/Unix.

Pada tugas akhir ini matlab berguna untuk menganalisa terjadinya kedip tegangan (voltage sag) yang terjadi akibat pengasutan motor induksi. Karena kedip tengangan yang terjadi saat pengasutan motor induksi merupakan kejadian yang sangat cepat dan karena keterbatasan alat yang dapat mendeteksi kejadian yang sangat cepat ini sehingga digunakanlah matlab.

(66)

3.5. Diagram Alir Pembuatan Tugas Akhir

(67)

BAB 4

ANALISA KEDIP TEGANGAN PADA PENGASUTAN MOTOR INDUKSI MENGGUNNAKAN PROGRAM MATLAB

4.1. Umum

Dalam analisa perbandingan pengasutan motor induksi dengan metode pengasutan Direct On Line (DOL), StarDelta dan Autotrafo dengan melakukan percobaan pada Balai Besar Latihan Kerja Indonesia (BBLKI) Medan untuk mendapatkan data – data yang akan dianalisa.

Tabel 4. 1. Data Motor Induksi yang digunakan di BBBLKI Medan

Percobaan pertama yang dilakukan adalah mendapatkan parameter dari rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa, untuk memudahkan kita menganalisa kedip tegangan dan arus start, karena kedua percobaan tersebut memiliki waktu yang sangat singkat yang tidak dapat dilihat oleh mata.

ELINDO Squirel Cage Motor Output 5 HP Type ETM 132 s Pole 4 50 Hz Phase 3

Volt 220/380 Ins. class A Amp 14/8,1 Rotor C code G RPM 1440 Rating Cont Input 4585 Kw 6306 ≡ 6305 Eff 0,814 Ser. No. 0,80085

(1)

Bahasa program matlab

function varargout = motor(varargin) if nargin == 0 % LAUNCH GUI

fig = openfig(mfilename,'reuse'); handles = guihandles(fig);

guidata(fig, handles); if nargout > 0

varargout{1} = fig; end

elseif ischar(varargin{1}) % INVOKE NAMED SUBFUNCTION OR CALLBACK try

if (nargout)

[varargout{1:nargout}] = feval(varargin{:}); % FEVAL switchyard else

feval(varargin{:}); % FEVAL switchyard end

catch

disp(lasterr); end

end

set(handles.radiobutton7,'Value',1); set(handles.edit1,'String','132'); set(handles.hasil2,'Visible','off'); set(handles.arus2,'Visible','off'); set(handles.hasil3,'Visible','off'); set(handles.arus3,'Visible','off');

% ---function varargout = pushbutton1_Callback(h, eventdata, handles, varargin) proyek=guidata(gcbo);

Vin=str2num(get(proyek.edit1,'String'));

if(get(proyek.radiobutton7,'Value')==1) % Autotrafo Xm=73.7289;

R1=5.5; X1=10.8116;

Vth=(Vin/sqrt(3))*(Xm/(sqrt((R1)^2+(X1+Xm)^2))) Zth=((Xm*1i)*(R1+(X1*1i)))/(R1+(1i*(X1+Xm))) Re=real(Zth)*-1;

Xe=imag(Zth)*-1;

R2=3.4574; X2=16.21; Rm=-3.39; Xm=-5.626; Zek=11.339;

Istart=Vth/(sqrt(((Re+R2)^2)+((Xe+X2)^2)))

Vs = (Zek * Vth)/(sqrt(((Rm+R2)^2)+((Xm+X2)^2))) if(Vin<=176)

(2)

end

if(Vin<=154) Ey=89.64; end

if(Vin<=132) Ey=76.838; end

Inormaly = (Ey - Vth)/(sqrt(((Re+R2)^2)+((Xe+X2)^2))) Ea=128.0635;

Vth=110.525;

Inormal = (Ea - Vth)/(sqrt(((Re+R2)^2)+((Xe+X2)^2)))

set(handles.hasil2,'Visible','on'); set(handles.arus2,'Visible','on'); set(handles.hasil3,'Visible','on'); set(handles.arus3,'Visible','on');

set(handles.hasil1,'String',Vs); set(handles.arus1,'String',Istart); set(handles.hasil2,'String',Vin); set(handles.arus2,'String',Inormaly); set(handles.hasil3,'String','220'); set(handles.arus3,'String',Inormal);

cla(handles.axes1); cla(handles.axes2); f=5;

theta=3; t=0:0.001:1;

y=Vs*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes1);

plot(t,y); hold on t=1:0.001:2;

y=Vin*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes1);

plot(t,y); hold on

t=2:0.001:15;

y=220*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes1);

plot(t,y); grid on;

xlabel('waktu (ms)'); ylabel('Tegangan (V)'); title('Tegangan Vs Waktu'); f=5;

theta=3; t=0:0.001:1;

y=Istart*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes2);

plot(t,y); hold on t=1:0.001:2;

y=Inormaly*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes2);

plot(t,y); hold on

t=2:0.001:15;

y=Inormal*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes2);

(3)

plot(t,y); grid on;

xlabel('waktu (ms)'); ylabel('Arus (Ampere)'); title('Arus Vs Waktu'); end

if(get(proyek.radiobutton8,'Value')==1) % StarDelta Xm=73.7289;

R1=5.5; X1=10.8116;

Vth=(Vin/sqrt(3))*(Xm/(sqrt((R1)^2+(X1+Xm)^2))) Zth=((Xm*1i)*(R1+(X1*1i)))/(R1+(1i*(X1+Xm))) Re=real(Zth)*-1;

Xe=imag(Zth)*-1; R2=3.4574;

X2=16.21; Rm=-3.39; Xm=-5.626; Zek=11.339;

Istart=Vth/(sqrt(((Re+R2)^2)+((Xe+X2)^2)))

Vs = (Zek * Vth)/(sqrt(((Rm+R2)^2)+((Xm+X2)^2))) Ey=73.925;

Inormaly = (Ey - Vth)/(sqrt(((Re+R2)^2)+((Xe+X2)^2))) Ea=128.0635;

Vth=110.525;

Inormal = (Ea - Vth)/(sqrt(((Re+R2)^2)+((Xe+X2)^2)))

set(handles.hasil2,'Visible','on'); set(handles.arus2,'Visible','on'); set(handles.hasil3,'Visible','on'); set(handles.arus3,'Visible','on');

cla(handles.axes1); cla(handles.axes2); f=5;

theta=3; t=0:0.001:1;

y=Vs*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes1);

plot(t,y); hold on t=1:0.001:2;

y=Vin*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes1);

plot(t,y); hold on

t=2:0.001:15;

y=220*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes1);

plot(t,y); grid on;

(4)

ylabel('Tegangan (V)'); title('Tegangan Vs Waktu'); f=5;

theta=3; t=0:0.001:1;

y=Istart*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes2);

plot(t,y); hold on t=1:0.001:2;

y=Inormaly*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes2);

plot(t,y); hold on

t=2:0.001:15;

y=Inormal*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes2);

plot(t,y); grid on;

xlabel('waktu (ms)'); ylabel('Arus (Ampere)'); title('Arus Vs Waktu'); end

if(get(proyek.radiobutton9,'Value')==1) % Dol Xm=73.7289;

R1=5.5; X1=10.8116;

Vth=(Vin/sqrt(3))*(Xm/(sqrt((R1)^2+(X1+Xm)^2))) Zth=((Xm*1i)*(R1+(X1*1i)))/(R1+(1i*(X1+Xm))) Re=real(Zth)*-1;

Xe=imag(Zth)*-1;

R2=3.4574; X2=16.21; RM=-3.39; XM=-5.626; Zek=11.339;

Istart=Vth/(sqrt(((Re+R2)^2)+((Xe+X2)^2)))

Vs = (Zek * Vth)/(sqrt(((RM+R2)^2)+((XM+X2)^2))) Ea=128.0635;

Inormal = (Ea - Vth)/(sqrt(((Re+R2)^2)+((Xe+X2)^2)))

set(handles.hasil1,'String',Vs); set(handles.arus1,'String',Istart); set(handles.hasil2,'Visible','on'); set(handles.arus2,'Visible','on'); set(handles.hasil2,'String','220'); set(handles.arus2,'String',Inormal); selisih=220-Vs;

selisih=selisih/5;

selisih1=Istart-Inormal; selisih1=selisih1/5; Vtamb=Vs;

Itamb=Istart; for k=1:5,

Vtamb= Vtamb+selisih; Vtemp(k)= Vtamb;

Itamb= Itamb-selisih1; Itemp(k)= Itamb;

(5)

cla(handles.axes1); cla(handles.axes2); f=5;

theta=3; t=0:0.001:1;

y=Vs*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes1);

plot(t,y); hold on for k=1:5,

t=k:0.001:k+1;

y=Vtemp(k)*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes1);

plot(t,y); hold on end

t=6:0.001:15;

y=220*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes1);

plot(t,y); grid on;

xlabel('waktu (ms)'); ylabel('Tegangan (V)'); title('Tegangan Vs Waktu'); f=5;

theta=3; t=0:0.001:1;

y=Istart*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes2);

plot(t,y); hold on for k=1:5,

t=k:0.001:k+1;

y=Itemp(k)*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes2);

plot(t,y); hold on end

t=6:0.001:15;

y=Inormal*sin(2*pi*f*t + theta); axes(handles.axes2);

plot(t,y); grid on;

xlabel('waktu (ms)'); ylabel('Arus (Ampere)'); title('Arus Vs Waktu'); end

% ---function varargout = radiobutton7_Callback(h, eventdata, handles, varargin) set(handles.radiobutton7,'Value',1);

set(handles.radiobutton8,'Value',0); set(handles.radiobutton9,'Value',0); set(handles.hasil2,'Visible','off'); set(handles.arus2,'Visible','off'); set(handles.hasil3,'Visible','off'); set(handles.arus3,'Visible','off'); set(handles.edit1,'String','132');

% ---function varargout = radiobutton8_Callback(h, eventdata, handles, varargin) set(handles.radiobutton7,'Value',0);

(6)

set(handles.radiobutton8,'Value',1); set(handles.radiobutton9,'Value',0); set(handles.hasil2,'Visible','off'); set(handles.arus2,'Visible','off'); set(handles.hasil3,'Visible','off'); set(handles.arus3,'Visible','off'); set(handles.edit1,'String','127');

% ---function varargout = radiobutton9_Callback(h, eventdata, handles, varargin) set(handles.radiobutton7,'Value',0);

set(handles.radiobutton8,'Value',0); set(handles.radiobutton9,'Value',1); set(handles.hasil2,'Visible','off'); set(handles.arus2,'Visible','off'); set(handles.hasil3,'Visible','off'); set(handles.arus3,'Visible','off'); set

Analisis Kedip Tegangan (Voltage Sag) Akibat Pengasutan Motor Induksi Menggunakan Program Matlab (Aplikasi Pada Bengkel Listrik Balai Besar Latihan Kerja (BBLKI) Medan

V

I

=

=

�

=

�

�

...

V

=

×

�

% Z

=

(

�

)

=

�

��

+

�

=

�

=

=

n

V

I

Parts

Dokumen yang terkait

Analisis Kedip Tegangan (Voltage Sag) Akibat Pengasutan Motor Induksi Menggunakan Program Matlab (Aplikasi Pada Bengkel Listrik Balai Besar Latihan Kerja (BBLKI) Medan

Analisis Hukum Terhadap Kontrak Pengadaan Barang Dan Jasa Di Dinas Tenaga Kerja Dan Transmigrasi Unit Balai Besar Latihan Kerja Industri (BBLKI) Medan

Analisis Peranan Sistem Informasi 3 In 1 Sebagai Portal Informasi Lowongan Kerja Pada Balai Besar Latihan Kerja Industri (BBLKI) Medan

Tegangan Induksi Pada Kabel Instalasi Listrik Akibat Arus Petir Pada Kawat Pembumian Penangkal Petir

Analisa Pengaruh Jatuh Tegangan Terhadap Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Menggunakan MATLAB.

Analisis Perbandingan Regulasi Tegangan Generator Induksi Penguatan Sendiri Tanpa Menggunakan Kapasitor Kompensasi Dan Dengan Menggunakan Kapasitor Kompensasi (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Terhadap Kinerja Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

Analisis Pengaruh Perubahan Tegangan Terhadap Torsi Motor Induksi Tiga Fasa Menggunakan Simulasi Matlab

Perhitungan Rerating Motor Induksi Akibat Tegangan Tidak Seimbang Dengan Metode William

BAB I PENDAHULUAN - Analisis Hukum Terhadap Kontrak Pengadaan Barang Dan Jasa Di Dinas Tenaga Kerja Dan Transmigrasi Unit Balai Besar Latihan Kerja Industri (BBLKI) Medan

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan