Analisis Tegangan Tidak Seimbang Terhadap Unjuk Kerjamotor Induksi 3 Fasa Pada Berbagai Metode Starting

DAFTAR PUSTAKA

[1] Wijaya Mochtar. 2001. Dasar-dasar Mesin Listrik. Jakarta: Penerbit Djambatan.

[2] Lister Eugene C. 1988. Mesin dan Rangkaian Listrik. Edisi keenam.Jakarta: Penerbit Erlangga.

[3] Purba Jupiter Arnold. Analisis Perbandingan Torsi Start dan Arus Start,

Dengan Menggunakan Pengasutan Autotrafo,Star Delta, dan Dol (Direct Online) Pada Motor Induksi 3 Fasa. Skripsi. Medan: Departemen Teknik

Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

[4] Theraja, B.L, Theraja., A.K. 1981. A Textbook Of Electrical Technology. Volume II. New Delhi: Penerbit S. Chand.

[5] Fitzgerald, A.E., Jr,Charles Kingsley.,Umans Sthepen D. 1992. Mesin-mesin

Listrik. Edisi Keempat. Jakarta: Penerbit Erlangga.

[6] Zuhal. 1993. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Edisi Keempat. Jakarta: Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama.

[7] NEMA MG-1. 2009: Motors and Generators. Washington, D.C. Published by National Electrical Manufacturers Association.

[8] Silalahi Aprido. 2011.Analisis Simulasi Starting Motor Induksi Rotor

Sangkar Dengan Autotransformator. Skripsi. Medan: Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas SumateraUtara.

[9] Quispe, E., Gonzalez, G., Aguado, J.Influence of Unbalanced and Waveform Voltage of the Performance Characteristics of Three-phase Induction Motors. IEEE Journal. Colombia: Universidad Autonoma de Occidente.

[10] Siddique, A., Yadava, G.S., Singh B. 2004. Effects Of Voltage Unbalance On Induction Motors. IEEE Journal..New Delhi: Indian Institute Of Technology Delhi.

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Dasar Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penelitian dilaksanakan pada minggu pertama bulan Mei. Lama penelitian yang dilakukan berkisar 2-3 jam.

3.2 Bahan dan Peralatan

Adapun bahan dan peralatan yang diperlukan dalam melaksanakan penelitian sebagai berikut:

1. Motor induksi 3 fasa Spesifikasi:

- Tipe rotor: rotor belitan - AEG Typ C AM 112MU 4RI - Δ / Υ 220/ 380 V; 10,7/ 6,2 A - 2,2 Kw, cos ϕ 0,67

- Kelas Isolasi: B 2. Tachometer 3. Amperemeter 4. Voltmeter

5. Pengatur tegangan AC dan DC 6. Wattmeter

7. Timbangan torsi 8. Tahanan geser

9. Rangkaian kontrol Y-Δ 10.Mesin DC

3.3 Pelaksanaan Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro FT. USU yang akan dilaksanakan melalui beberapa proses percobaan dan dilakukan sesuai dengan rangkaian percobaan, kemudian akan diperoleh data yang akan dianalisis pada tahap berikutnya untuk memperoleh hasil pengaruh tegangan tidak seimbang terhadap arus start, kecepatan putaran,torsi start dan besar efisiensi yang dihasilkan. Cara ini dilakukan dengan berbagai metode starting motor induksi, kemudian hasil yang didapat akan dibandingkan dengan masing-masing metode starting sehingga dapat diketahui seberapa besar pengaruh tegangan tidak seimbang terhadap faktor yang akan diteliti terhadap masing-masing metode starting.

3.4 Variabel yang diamati

Pada penelitian ini variabel yang diamati adalah :

• Arus start motor pada kondisi tegangan seimbang dan tegangan tidak seimbang dengan berbagai metode starting.

• Torsi start motor pada kondisi tegangan seimbang dan tegangan tidak seimbang dengan berbagai metode starting.

• Putaran motor pada kondisi tegangan seimbang dan tegangan tidak seimbang dengan berbagai metode starting.

• Efisiensi motor pada kondisi tegangan seimbang dan tegangan tidak seimbang dengan berbagai metode starting.

3.5 Flowchart Penelitian

Berdasarkan diagram alirberikut dijelaskan secara skematik prosedur penelitian yang akan dilakukan:

Mulai

Mempersiapkan rangkaian percobaan

Merangkai rangkaian percobaan

Apakah suplai tegangan seimbang?

Percobaan dengan starting langsung

Mencatat data hasil pengukuran

Apakah suplai tegangan tidak

seimbang?

Percobaan dengan starting langsung

Mencatat data hasil pengukuran Tidak

YA

Tidak

A B

Percobaan dengan starting Y-∆

Mencatat data hasil pengukuran Percobaan dengan starting autotransformator Mencatat data hasil pengukuran Percobaan selesai dan merapikan peralatan percobaan Mengolah dan menganalisis data percobaan Selesai Percobaan dengan starting Y-∆

Mencatat data hasil pengukuran Percobaan dengan starting autotransformator Mencatat data hasil pengukuran Percobaan selesai dan merapikan peralatan percobaan Mengolah dan menganalisis data percobaan Selesai A B

3.6 Prosedur penelitian 3.6.1 Rangkaian percobaan

Sebelum melakukan percobaan, terlebih dahulu dibuat rangkaian percobaan sesuai dengan percobaan yang dilakukan. Adapun diagram skematik pecobaan yang akan digunakan adalah seperti gambar berikut:

1. Diagram percobaan motor induksi 3 fasa tegangan seimbang

Gambar 3.2 Diagram percobaan motor induksi 3 fasa tegangan seimbang.

Dengan:

PTAC = Pengatur tegangan AC V = Voltmeter M I = Motor induksi 3 fasa S = Switch

Gen DC = Generator DC RL = Tahanan geser PTDC = Pengatur tegangan DC n = Tachometer

2. Diagram percobaan motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang

Gambar 3.3 Diagram percobaan motor induksi 3 tegangan tidak seimbang.

Dengan:

PTAC = Pengatur tegangan AC V = Voltmeter M I = Motor induksi 3 fasa S = Switch

Gen DC = Generator DC RL = Tahanan geser PTDC = Pengatur tegangan DC n = Tachometer

A = Amperemeter T = Timbangan torsi

3. Diagram kontrol starting Y-∆

Gambar 3.4 Diagram kontrol starting Y-∆ pada motor induksi 3 fasa.

Dengan:

M = MC motor OLR = Relai beban lebih T = Relai waktu tunda STOP = Tombol stop

Y = MC Y START = Tombol Start

3.6.2 Prosedur percobaan

1. Prosedur percobaan tegangan seimbang.

a) Motor induksi 3 fasa dikopel dengan generator DC, kemudian rangkaian percobaan disusun seperti Gambar 3.2.

b) Seluruh switch dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan dalam keadaan posisi minimum, sedangkan posisi tahan RL diatur sedemikian dan dijaga konstan.

c) Switch S1 ditutup, pengatur PTAC dinaikan sampai 220 V untuk starting langsung, PTAC diatur 50%, 65%,dan 80% untuk starting autotrafo,dan untuk starting Y-∆ rangkaian dihubungkan dengan rangkaian kontrol seperti Gambar 3.4.

d) Switch S3 ditutup, pengatur PTDC dinaikan hingga A5 menunjukan arus penguat nominal.

e) Switch S2 ditutup, tahanan RL tetap dijaga konstan. Kemudian dicatat pengukuran arus, torsi , putaran, dan daya masukan motor.

f) Percobaan selesai.

2. Prosedur percobaan tegangan tidak seimbang.

a) Motor induksi 3 fasa dikopel dengan generator DC, kemudian rangkaian pengukuran disusun seperti Gambar 3.3.

b) Seluruh switch dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan dalam keadaan posisi minimum, sedangkan posisi tahan RL diatur sedemikian dan dijaga konstan.

c) Switch S1 ditutup, pengatur PTAC dinaikan sampai 220 V untuk starting langsung, PTAC diatur 50%, 65%,dan 80% untuk starting autotrafo,dan

untuk starting Y-∆ rangkaian dihubungkan dengan rangkaian kontrol seperti Gambar 3.4.

d) Tegangan suplai diatur agar tidak seimbang dengan mengatur tahanan geser pada fasa T, sedangkan tegangan pada fasa R dan fasa S dijaga tetap seimbang.

e) Switch S3 ditutup, pengatur PTDC dinaikan hingga A5 menunjukan arus penguat nominal.

f) Switch S2 ditutup, tahanan RL tetap dijaga konstan. Kemudian dicatat pengukuran arus, torsi , putaran, dan daya masukan motor.

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

Motor induksi 3 fasa merupaka jenis motor AC yang paling sering digunakan dalam dunia industri maupun rumah tangga. Hal ini disebabkan motor induksi 3 fasa sangat mudah dalam pengoperasiannya.

Adanya ketidakseimbangan tegangan yang menyuplai motor induksi 3 fasa akan berakibat terhadap unjuk kerja motor induksi 3 fasa. Tegangan tidak seimbang yang menyuplai motor induksi 3 fasa dapat disebabkan oleh adanya gangguan asimetri pada sistem tenaga dan kegagalan studi peramalan beban sehingga distribusi beban disetiap fasanya tidak sama.

Dalam bab ini akan dibahas mengenai pengaruh suplai tegangan tidak seimbang terhadap unjuk kerja motor induksi 3 fasa dengan menggunakan jenis starting yang sering digunakan.

4.2 Data Percobaan

Dari hasil penelitian percobaan motor induksi 3 fasa dengan menggunakan starting langsung, starting Y-∆, starting autotransformer di Laboratorium Konversi Energi, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara diperoleh data pengujian sebagai berikut:

4. 2. 1 Data percobaan Motor induksi 3 fasa tegangan seimbang.

Berikut data yang diperoleh dari pengujian motor induksi 3 fasa di Laboratorium Konversi Energi FT USU dengan menggunakan starting langsung, starting Y-∆, dan starting autotransformer pada kondisi tegangan seimbang:

Tabel 4.1 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting langsung.

Vrs= 220V Vst= 220V Vtr=220V

Is(A) In(A) Ts

(gr) Tn(gr) n

(rpm) Pin(W) IR IS IT IR IS IT

5 5 5 1,85 1,85 1,85 740 200 1410 270

Tabel 4.2 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting Y-∆.

Vrs= 220V Vst= 220V Vtr=220V

Y/∆ Is(A) In(A) Ts(gr) Tn(gr) n

(rpm) Pin(W) IR IS IT IR IS IT

Y 3,3 3,3 3,3 − − − 600 −

1410 270

∆ − − − 1,89 1,89 1,89 − 200

Tabel 4.3 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting autotransformer.

Vrs= 220V Vst= 220V Vtr=220V

% Tap

Is(A) In(A) Ts

(gr) Tn(gr) n

(rpm) Pin(W) IR IS IT IR IS IT

50 3,1 3,1 3,1 − − − 550 −

1410 270 65 2,3 2,3 2,3 − − − 400 −

80 − − − 1,9 1,9 1,9 − 220

4. 2. 2 Data percobaan Motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang.

Berikut data yang diperoleh dari pengujian motor induksi 3 fasa di Laboratorium Konversi Energi FT USU dengan menggunakan starting langsung, starting Y-∆, dan starting autotransformer pada kondisi tegangan tidak seimbang:

4.2.2.1 Data percobaan Motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang sebesar 1%.

Tabel 4.4 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting langsung.

Vrs= 220V Vst= 220V Vtr=216V

Is(A) In(A) Ts

(gr) Tn(gr) n

(rpm) Pin(W) IR IS IT IR IS IT

6 6,2 5,9 2,1 2 1,9 735 195 1410 280

Tabel 4.5 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting Y-∆.

Vrs= 220V Vst= 220V Vtr=216V

Y/∆ Is(A) In(A) Ts

(gr) Tn(gr) n

(rpm) Pin(W) IR IS IT IR IS IT

Y 3,4 3,5 3,3 − − − 550 −

1405 275

∆ − − − 2 2,1 1,9 − 190

Tabel 4.6 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting autotransformer.

Vrs= 220V Vst= 220V Vtr=216V

% Tap

Is(A) In(A) Ts

(gr) Tn(gr) n

(rpm) Pin(W) IR IS IT IR IS IT

50 3,3 3,1 3,4 − − − 480 −

1410 275 65 2,5 2,4 2,2 − − − 370 −

4.2.2.2 Data percobaan Motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang sebesar 3%.

Tabel 4.7 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting langsung.

Vrs= 220V Vst= 220V Vtr=209V

Is(A) In(A) Ts

(gr) Tn(gr) n

(rpm) Pin(W) IR IS IT IR IS IT

6,3 6,5 6,1 2,2 2,3 2 700 185 1405 300

Tabel 4.8 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting Y-∆.

Vrs= 220V Vst= 220V Vtr=209V

Y/∆ Is(A) In(A) Ts

(gr) Tn(gr) n

(rpm) Pin(W) IR IS IT IR IS IT

Y 3,5 3,7 3,4 − − − 550 −

1400 280

∆ − − − 2,2 2,3 2,2 − 180

Tabel 4.9 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting autotransformer.

Vrs= 220V Vst= 220V Vtr=209V

% Tap

Is(A) In(A) Ts

(gr) Tn(gr) n

(rpm) Pin(W) IR IS IT IR IS IT

50 3,3 3,2 3,5 − − − 460 −

1405 290 65 2,6 2,3 2,4 − − − 350 −

4.3 Analisis Data

Dari data hasil penelitian di Laboratorium Konversi Energi FT. USU dapat dilakukan analisis data sebagai berikut:

4.3.1 Motor induksi 3 fasa dengan suplai tegangan tidak seimbang.

Berdasarkan suplai tegangan yang digunakan dalam penelitian di Laboratorium Konversi Energi FT. USU diperoleh nilai persentase ketidakseimbangan tegangan suplainya dengan menggunakan Persamaan 2.30:

1. VR= 220V, VS= 220V, VT= 220V

Vrata-rata = 220+220+220 3

= 220V

Selisih maksimum Vrata-rata dengan Vline = 220-220 = 0 V

Vunbalanced= 0

220x 100%= 0% 2. VR= 220V, VS= 220V, VT = 216V

Vrata-rata = 220+220+216 3

= 218,7V

Selisih maksimum Vrata-rata dengan Vline = 218,7-216 = 2,7V

Vunbalanced= 2,7

218,7x 100% = 1,2%

Berdasarkan perhitungan tersebut diperoleh persentase ketidakseimbangan tegangan sebesar 1,2 %. Untuk selanjutnya nilai 1,2 % sama dengan atau dibulatkan menjadi 1%.

3. VR= 220V, VS= 220V, VT= 209V

Vrata-rata = 220+220+209 3

= 216,3V

Selisih maksimum Vrata-rata dengan Vline= 216,3-209 = 7,3V

Vunbalanced= 7,3

216,3x 100% = 3,4%

Berdasarkan perhitungan tersebut diperoleh persentase ketidakseimbangan tegangan sebesar 3,4 %. Untuk selanjutnya nilai 3,4 % sama dengan atau dibulatkan menjadi 3 %.

Dari perhitungan tersebut pengoperasian motor induksi 3 fasa dengan ketidakseimbangan tegangan sebesar 1% dan 3% masih diizinkan sebab masih memenuhi persyaratan pengoperasian motor induksi dengan persentase ketidakseimbangan tegangan dibawah 5 %.

4.3.2 Menghitung torsi motor induksi 3 fasa.

Dalam pengujian di Laboratorium Konversi Energi FT. USU untuk memperoleh torsi motor menggunakan timbangan torsi dan yang diperoleh adalah massa(gr). Untuk itu perlu dilakukan konversi kesatuan torsi (Nm) dengan menggunakan Persamaan 2.25.

4.3.2.1 Menghitung torsi motor induksi 3 fasa tegangan seimbang. a. Starting langsung

m = 740 gr

Ts=740�10�0,5

1000 = 3,7Nm m = 200gr

Tn= 200�10�0,5

1000 = 1Nm

b. Starting Y-∆ m=600gr

Ts = TY=

600�10�0,5

1000 = 3Nm m= 200gr

Tn =T∆=

200�10�0,5

1000 = 1Nm

c. Starting autotransformer m50%= 550gr

T50%=

550�10�0,5

1000 = 2,75Nm m65%= 400gr

T65%=

400�10�0.5

1000 = 2Nm m80%= 220gr

T80% = Tn=

220�10�0,5

4.3.2.2 Menghitung torsi motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang 1.Tegangan tidak seimbang sebesar 1%.

a. Starting langsung m = 735 gr

Ts=735�10�0,5

1000 = 3,6 Nm m = 195 gr

Tn= 195�10�0,5

1000 = 0,97 N b. Starting Y-∆

m = 550 gr

Ts = TY=

550�10�0,5

1000 = 2,75 Nm m = 190 gr

Tn=T∆=

190�10�0,5

1000 = 0,95 Nm c. Starting autotransformer

m50%= 480 gr

T50%=

480�10�0,5

1000 = 2,4 Nm m65%= 370 gr

T65%=

370�10�0,5

1000 = 1,85 Nm m80%= 200gr

T80% = Tn=

200�10�0.5

2.Tegangan tidak seimbang sebesar 3%. a. Starting langsung

m = 700 gr

Ts=700�10�0,5

1000 = 3,5 Nm m = 185 gr

Tn= 185�10�0,5

1000 = 0,9 Nm

b. Starting Y-∆ m =550 gr

Ts = TY=

550�10�0,5

1000 = 2,75 Nm m = 180 gr

Tn = T∆=

180�10�0,5

1000 = 0 9 Nm

c. Starting autotransformer m50%= 460 gr

T50%=

460�10�0,5

1000 = 2,3 Nm m65%= 350 gr

T65%= 350�10�0,5

1000 = 1,7 Nm m80%= 190 gr

T80% = Tn=

190�10�0,5

4.3.3 Menghitung putaran motor induksi 3 fasa.

Putaran motor induksi 3 fasa yang diperoleh dari penelitian di Laboratorium Konversi Energi FT. USU adalah dalam satuan rpm, agar dapat dihitung daya keluaran motor maka putaran motor akan diubah dalam satuan rad/s dengan Persamaan 4.1 berikut:

n�rad

s �= 2∏

60 × n (rpm)(4.1) 4.3.3.1 Menghitung putaran motor induksi 3 fasa tegangan seimbang.

n = 2∏

60 × 1410 rpm = 147,58 rad/s

4.3.3.2 Menghitung putaran motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang. 1.Tegangan tidak seimbang 1%

n = 2∏

60 × 1405 rpm = 147 rad/s

2.Tegangan tidak seimbang 3% n = 2∏

60 × 1400 rpm =146 rad/s

4.3.4 Menghitung daya keluaran(Pout) motor induksi 3 fasa.

Daya keluaran motor induksi 3 fasa dapat dihitung dengan mengetahui besar torsi motor tersebut. Besar daya keluaran motor berdasarkan Persamaan 2.18 adalah sebagai berikut:

Pout= T.ω

Dengan, T = torsi motor(Nm)

4.3.4.1 Menghitung daya keluaran(Pout) motor induksi 3 fasa tegangan

seimbang. a. Starting Langsung

Pout = 1 Nm×147,58 rad/s =147,58 W

b. StartingY-∆

Pout = 1 Nm×147,58 rad/s =147,58 W

c. Starting Autotransformer Pout = 1.1 Nm×147,58 rad/s

=162,3 W

4.3.4.2 Menghitung daya keluaran(Pout) motor induksi 3 fasa tegangan tidak

seimbang.

1. Tegangan tidak seimbang 1% a. Starting Langsung

Pout = 0,97 Nm×147 rad/s =143,3 W

b. StartingY-∆

Pout = 0,95 Nm×147 rad/s =140 W

c. Starting Autotransformer Pout = 1 Nm×147 rad/s

2. Tegangan tidak seimbang 3% a. Starting Langsung

Pout = 0,92 Nm×146 rad/s =136 W

b. StartingY-∆

Pout = 0.9 Nm×146 rad/s =131 W

c. Starting Autotransformer Pout = 0.95 Nm×146 rad/s

=139 W

4.3.5 Menghitung efisiensi(η) motor induksi 3 fasa.

Efisiensi motor induksi 3 fasa dapat dihitung dengan membandingkan daya keluaran motor dengan daya masukan motor. Berdasarkan Persamaan 2.19 nilai efisiensi motor induksi 3 fasa adalah sebagai berikut:

4.3.5.1 Menghitung efisiensi(η) motor induksi 3 fasa tegangan seimbang. a. Starting langsung

η(%) =148

270× 100%

=55% b. Starting Y-∆

η(%) =148

270× 100%

=55%

c. Starting autotransformer η(%) =162

4.3.5.2 Menghitung efisiensi(η) motor induksi 3 fasa tegangan tidak seimbang.

1. Tegangan tidak seimbang 1% a. Starting langsung

η(%) =143

280× 100%

=51% b. Starting Y-∆

η(%) =140

275× 100%

=51%

c. Starting autotransformer η(%) =147

275× 100% =53%

2. Tegangan tidak seimbang 3% a. Starting langsung

η(%) =136

300× 100%

=45% b. Starting Y-∆

η(%) =131

280× 100%

=47%

c. Starting autotransformer η(%) =139

290× 100%

Berdasrkan tabel data percobaan dan perhitungan tersebut, maka dapat dibuat tabel baru untuk melihat perbandingan arus,torsi,putaran, dan efisiensi motor terhadap tingkat ketidakseimbangan tegangan yang menyuplai motor.

Berikut adalah tabel perbandingan Arus terhadap tingkat ketidakseimbangan tegangan dengan berbagai starting:

Tabel 4.10 Perbandingan Arus (I) terhadap tingkat ketidakseimbangan tegangan dengan starting langsung.

Kondisi tegangan

Is(A) In(A) IR IS IT IR IS IT

Seimbang 5 5 5 1,85 1,85 1,85 tidak seimbang

1% 6 6,2 5,9 2,1 2 1,9 tidak seimbang

3% 6,3 6,5 6,1 2,2 2,3 2

Tabel 4.11 Perbandingan Arus (I) terhadap tingkat ketidakseimbangan tegangan dengan starting Y-∆.

Kondisi tegangan

Is(A) In(A) IR IS IT IR IS IT

Seimbang 3,33 3,33 3,33 1,89 1,89 1,89 tidak seimbang

1% 3,4 3,5 3,3 2 2,1 1,9 tidak seimbang

Tabel 4.12 Perbandingan Arus (I) terhadap tingkat ketidakseimbang tegangan dengan starting autotransformer.

Kondisi tegangan

Is(A) In(A) IR IS IT IR IS IT

Seimbang 3,1 3,1 3,1 1,9 1,9 1,9 tidak seimbang

1% 3,3 3,1 3,4 1,95 2 1,9 tidak seimbang

3% 3,3 3,2 3,5 2 2,1 1,95

Berdasarkan Tabel 4.10, Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 dapat dilihat bahwa tegangan tidak seimbang menyebabkan kenaikan arus pada pengoperasian motor induksi, baik arus start maupun arus nominalnya. Selain itu suplai tegangan yang tidak seimbang juga menyebabkan arus yang menyuplai motor tidak terdistribusi secara merata, hal tersebut disebabkan tegangan yang menyuplai motor tidak seimbang lagi.

Berikut adalah tabel perbandingan Torsi (Nm), dan Putaran (rpm) terhadap tingkat ketidakseimbangan tegangan dengan berbagai starting:

Tabel 4.13 Perbandingan Torsi(Nm), dan Putaran(rpm) terhadap tingkat ketidakseimbangan tegangan starting langsung.

Kondisi tegangan Torsi (Nm) Putaran (rpm) Ts Tn

Seimbang 3,7 1 1410

tidak seimbang

1% 3,6 0,97 1410

tidak seimbang

Tabel 4.14 Perbandingan Torsi(Nm), dan Putaran(rpm) terhadap tingkat ketidakseimbangan tegangan starting Y-∆.

Kondisi tegangan Torsi (Nm) Putaran (rpm) Ts Tn

Seimbang 3 1 1410

tidak seimbang

1% 2,75 0,95 1410

tidak seimbang

3% 2,75 0,9 1405

Tabel 4.15 Perbandingan Torsi(Nm), dan Putaran(rpm) terhadap tingkat ketidakseimbangan tegangan starting autotransformer.

Kondisi tegangan Torsi (Nm) Putaran (rpm) Ts Tn

Seimbang 2,75 1,1 1410 tidak seimbang

1% 2,4 1 1410

tidak seimbang

3% 2,3 0,95 1405

Berdasarkan Tabel 4.13, Tabel 4.14 dan Tabel 4.15 tersebut dapat dibuat Grafik 4.1 yang menggambarkan perbandingan torsi start(Ts) dengan ketidakseimbangan tegangan sebagai berikut:

Grafik 4.1 Perbandingan torsi (Nm) dengan suplai tegangan tidak seimbang.

Berdasarkan Grafik 4.1 tersebut dapat dilihat bahwa torsi start yang paling besar terjadi pada starting langsung, hal tersebut disebabkan starting langsung membutuhkan arus start yang tinggi dibandingkan starting yang lainnya. Grafik 4.1 juga menggambarkan bahwa suplai tegangan tidak seimbang menyebabkan penurunan torsi start dan torsi nominal dibandingkan dengan suplai tegangan seimbang.

Tabel 4.13, Tabel 4.14 dan Tabel 4.15 juga memberikan informasi bahwa suplai tegangan tidak seimbang juga menyebabkan penurunan putaran motor induksi, hal ini terlihat bahwa putaran motor turun dari 1410 rpm menjadi 1405 pada saat ketidakseimbangan tegangan mencapai 3%.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

0 1 3

T

(

N

m

)

Ketidakseimbangan tegangan(%)

Torsi vs Tegangan tidak seimbang

Ts DOL Ts wye-delta TS autotrafo

Berikut adalah tabel perbandingan efisiensi terhadap tingkat ketidakseimbangan tegangan dengan berbagai starting:

Tabel 4.16 Perbandingan efisiensi terhadap ketidakseimbangan tegangan dengan starting langsung.

Kondisi tegangan Pin(W) Pout(W) η (%)

Seimbang 270 148 55 tidak seimbang

1% 280 143 51

tidak seimbang

3% 300 136 45

Tabel 4.17 Perbandingan efisiensi terhadap ketidakseimbangan teganagan dengan starting Y-∆.

Kondisi tegangan Pin(W) Pout(W) η (%)

seimbang 270 148 55 tidak seimbang

1% 275 140 51

tidak seimbang

3% 280 131 47

Tabel 4.18 Perbandingan efisiensi terhadap ketidakseimbangan teganagan dengan starting autotransformer.

Kondisi tegangan Pin(W) Pout(W) η (%)

seimbang 270 162 60 tidak seimbang

1% 275 147 53

tidak seimbang

Berdasarkan Tabel 4.16, Tabel 4.17, dan Tabel 4.18 dapat dibuat Grafik 4.2 yang menunjukan perbandingan efisiensi motor pada saat tegangan seimbang dan pada saat tegangan tidak seimbang sebagai berikut:

Grafik 4.2 Perbandingan efisieni terhadap suplai tegangan tidak seimbang.

Berdasarkan Grafik 4.2 tersebut dapat dilihat bahwa tingkat efisiensi motor menurun saat terjadi suplai tegangan yang tidak seimbang pada motor. Penurunan efisiensi yang paling drastis terjadi pada saat starting autotransformer dengan tingkat ketidakseimbangan tegangan yang sama, yaitu dari 60% pada suplai tegangan seimbang menjadi 48% pada tingkat ketidakseimbangan tegangan 3%.

0 10 20 30 40 50 60 70

0 1 3

E

fi

si

e

n

si

(

%

)

Ketidakseimbangan tegangan(%)

Efisiensi vs Tegangan tidak seimbang

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil percobaan dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada saat suplai tegangan seimbang, arus start terbesar terjadi pada starting langsung, yaitu sebesar 5 A dengan dengan torsi start 3,7 Nm, sedangkan arus start terkecil terjadi pada starting autotrafo yaitu sebesar 3,1 A dengan torsi start 2,75 Nm. Efisiensi paling besar terjadi pada starting autotrafo yaitu sebesar 60%.

2. Pada saat suplai tegangan tidak seimbang, arus yang mengalir pada motor tidak terdistribusi secara merata, yaitu IR = 6 A, IS = 6,2 A, IT = 5,9 A pada

starting langsung , IR = 3,4 A, IS = 3,5 A, IT = 3,3 A pada starting Y-∆, dan

IR = 3,3 A, IS = 3,1 A, IT = 3,4 A pada starting autotrafo, hal ini

disebabkan suplai tegangan yang dibutuhkan motor sudah terganggu. Dan terjadi peningkatan arus dan penurunan torsi dan putaran motor yang mengakibatkan terjadinya penurunan efisiensi motor.

3. Semakin besar persentase ketidakseimbangan tegangan akan semakin menurunkan unjuk kerja motor induksi 3 fasa.

5.2 Saran

Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Melakukan penelitian tegangan tidak seimbang yang diakibatkan perbedaan sudut fasa dan magnitude.

2. Melakukan penelitan tegangan tidak seimbang dengan kondisi ketidakseimbangan tegangan yang berbeda dan terhadap kapasitas motor induksi yang lebih besar.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

Motor induksi merupakan motor AC yang paling luas digunakan dan dapat dijumpai dalam setiap penggunaannya pada industri-industri, pembangkit listrik, ataupun dalam rumah tangga. Motor induksi bekerja dengan adanya perbedaan antara medan putar distator dan dirotor atau yang disebut slip. Motor induksi memiliki kelebihan tertentu yaitu kontruksinya yang kuat, sederhana, handal, serta berbiaya murah. Disamping itu motor induksi juga memiliki efisiensi yang tinggi saat berbeban penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang banyak. Jika dibandingkan dengan motor arus searah (dc), motor induksi ini masih memiliki beberapa kekurangan khususnya dalam hal pengaturan kecepatan. Dimana pada motor induksi pengaturan kecepatannya masih sukar dilakukan,sementara pada motor DC hal ini sangat jarang ditemukan [1].

Jika dilihat dari penggunaan sekarang ini motor induksi sangat berperan penting dalam industri,khususnya motor induksi 3 fasa banyak dijumpai di perusahaan atau pabrik yang digunakan sebagai sumber penggerak peralatan yang digunakan. Hal ini dikarenakan motor induksi memiliki keuntungan tersendiri. Keuntungan dari motor induksi ini antara lain[4]:

1. Bentuknya sederhana, konstruksinya cukup kuat, 2. Biayanya murah dan dapat diandalkan,

3. Efisiensinya tinggi,

5. Pada waktu mulai beroperasi tidak memerlukan tambahan peralatan khusus.

Meskipun mesin induksi paling banyak dipergunakan sebagai motor, tetapi jarang dipergunakan sebagai generator, karakteristik penampilannya sebagai generator tidak memuaskan pada kebanyakan pemakaiannya disebabkan diperlukannya pengaturan daya reaktifnya[5].

2.2 Konstruksi Motor Induksi

Motor induksi pada dasarnya memiliki konstruksi yang sama dengan motor sinkronyaitu memiliki stator dan memiliki perbedaan dalam hal konstruksi rotornya. Stator dibentuk dari laminasi-laminasi tipis yang terbuat dari aluminium ataupun dari besi tuang dan kemudian dipasang bersama-sama sehingga membentuk inti stator dengan slot. Kemudian bagian yang berputar disebut dengan rotor, rotor ini terletak dibagian dalam dari motor induksi tepatnya dibagian dalam dari stator. Untuk lebih jelasnya konstrusi dari motor induksi dapat ditunjukkan oleh Gambar 2.1 berikut:

2.2.1 Stator

Stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam dan tempat mengalirkan arus fasa (Gambar 2.2(a)). 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(b)). Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas (Gambar 2.2(c)). Tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan fasa yang terpisah secara listrik sebesar 1200. Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapisi dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris (Gambar 2.2(c)). Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi 3 fasa. Berikut konstruksi stator dan laminasi-laminasi stator ditunjukkan pada Gambar 2.2 berikut:

a.Stator dan tumpukan laminasi b. Lempengan inti stator c. Tumpukan inti dan kertas isolasi Gambar 2.2 Komponen stator motor induksi 3 fasa

2.2.2 Rotor

Rotor merupakan bagian dari mesin induksi yang berputar dan terletak di dalam motor induksi. Rotor dari motor induksi terdiri dari 2 bagian yaitu rotor sangkar (squirrel cage rotor)dan rotor belitan (wound rotor)[6].

Pada rotor sangkar terdiri dari susunan batang konduktor yang dibentangkan ke dalam slot-slot yang terdapat pada permukaan rotor dan tiap-tiap ujungnya dihubung singkat dengan menggunakan cincin aluminium. Batang rotor dan cincin ujung sangkar tupai yang kecil merupakan hasil cetakan tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor, maka batang rotor ini kelihatan seperti kandang tupai sehingga disebut motor induksi rotor sangkar tupai.

Berikut gambar rotor sangkar tupai yang ditunjukan oleh Gambar 2.3:

Gambar 2.3 Rotor sangkar tupai

Berbeda dengan rotor belitan (wound rotor), rotor dililit dengan lilitan terisolasi dengan lilitan stator. Lilitan fasa rotor dihubungkan dengan hubungan wyedan masing-masing ujung fasa terbuka dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Slot rotor menampung belitan terisolasi yang mirip dengan belitan pada stator. Dalam hal ini, sikat karbon menekan cincin slip, oleh karena itu tahanan eksternal dapat dihubungkan seri ke belitan rotor untuk mengontrol torsi start dan kecepatan selama pengasutan. Penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan mengahasilkan torsi yang lebih besar dengan arus starting yang lebih kecil dibandingkan dengan rotor sangkar.

Konstruksi motor induksi 3 fasa dengan rotor belitan dapat ditunjukkan Gambar 2.4 berikut [6]:

Gambar 2.4 Konstruksi rotor belitan 2.3 Medan Putar

Adanya putaran dalam motor induksi 3 fasa terjadi akibat adanya medan putar (fluks yang berputar) yang memotong rotor. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dengan suplai fasa banyak, umumnya tiga fasa [6].

Pada saat terminal tiga fasa motor induksi dihubungkan dengan suplai tiga fasa maka arus bolak-balik tiga fasa ia, ib, ic,yang terpisah sebesar 1200 satu sama

lain akan mengalir pada kumparan stator. Arus-arus ini akan menghasilkan gaya gerak magnet yang kemudian menghasilkan fluks yang berputar atau disebut juga medan putar. Untuk melihat bagaimana medan putar dihasilkan, dapat diambil contoh sebuah motor induksi tiga fasa yang dihubungkan dengan sumber tiga fasa sehingga pada stator mengalir arus tiga fasa yang kemudian menghasilkan medan putar seperti Gambar 2.5 berikut[6]:

Gambar 2.5 Medan putar motor induksi 3 fasa, dan arus 3 fasa seimbang Pada t1 fluks resultan mempunyai arah yang sama dengan arah fluks yang

dihasilkan ole kumparan a-a, pada t2 fluks resultannya dihasilkan oleh kumparan

b-b. Untuk t4, fluks resultannya berlawanan arah dengan fluks resultan yang

dihasilkan pada saat t1 [6].

Arah putaran rotor motor induksi searah dengan putaran medan putar stator, namun kecepatan putaran rotor lebih rendah daripada kecepatan sinkronnya. Perbedaan dari kecepatan putar ini disebut dengan slip motor induksi.

2.4 Slip

Perbedaan antara kecepatan sinkron dengan keceptan rotor disebut slip [4]. Motor induksi tidak dapat berputar pada kecepatan sinkron. Jika hal ini terjadi maka rotor tidak akan berputar relatif terhadap fluksi yang berputar. Maka tidak akan ada gaya gerak listrik (ggl) yang diinduksikan dalam rotor sehingga tidak

ada arus yang mengalir pada rotor dan tidak akan menghasilkan torsi. Apabila rotor motor induksi berputar dengan kecepatan nr dan kecepatan medan putar

stator adalah ns maka slip (s) adalah[1]:

�= ns−nr

ns x100% (2.1)

Dimana : ns= kecepatan medan putar distator (Rpm)

nr = kecepatan rotor (Rpm)

Persamaan (2.1) memberikan informasi yaitu:

1. Saat s = 1 dimana nr = 0, ini berarti rotor masih dalam keadaan diam atau

akan berputar.

2. s = 0 menyatakan bahwa ns = nr, ini berarti rotor berputar sampai

kecepatan sinkron. Hal ini dapat terjadi jika arus dc yang diinjeksikan ke belitan rotor, atau rotor digerakkan secara mekanik.

3. 0 < s < 1, ini berarti kecepatan rotor diantara keadaan diam dengan kecepatan sinkron. Kecepatan rotor dalam keadaan inilah dikatakan kecepatan tidak sinkron. Biasanya slip untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi pada saat beban penuh adalah 0,04.

2.5 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa

Motor induksi adalah peralatan pengubah energi listrik keenergi mekanik. Listrik yang diubah merupakan listrik tiga phasa. Arus pada rotor didapat dari arus induksi dimana arus ini berada dalam medan magnetik sehingga akan terjadi gaya (F) pada rotor yang akan menggerakkan rotor dalam arah tegak lurus medan. Untuk memperjelas prinsip kerja motor induksi tiga fasa adalah sebagai berikut [6]:

1. Apabila sumber tegangan 3 fasa dihubungkan kekumparan stator maka kumparan stator akan mengalirkan arus 3 fasa.

2. Arus 3 fasa tersebut akan menghasilkan fluksi bolak-balik yang berubah – ubah.

3. Interaksi ketiga fluksi bolak-balik tersebut akan menghasilkan medan putar yang berputar dengan kecepatan sinkron ns dimana:

Ns = 120�

� (2.2)

4. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor, akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E2 yakni:

E2 = 4,44fN2Фm (Volt) (2.3)

Dimama: E2 = Tegangan induksi pada rotor dalam keadaan diam

(Volt)

N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor Фm = Fluksi maksimum (Wb)

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

6. Adanya arus I2 didalam medan magnet menimbulkan gaya F pada

rotor.

7. Bila torsi awal yang dihasilkan oleh gaya F pada rotor cukup besar untuk memikul torsi beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.

8. Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan sinkron dan diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan

medan putar stator (ns) dengan kecepatan putar rotor (nr). Perbedaan

kecepatan antara ns dan nr disebut dengan slip.

9. Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi pada kumparan rotor tergantung dari besarnya slip. Tegangan ini dinyatakan E2s yaitu

E2S = 4,44fN2Фm (Volt) (2.4)

Dimana:

E2S = Tegangan induksi pada saat rotor berputar (Volt)

N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor

f = frekuensi rotor yang berputar (Hertz)

10.Bila nr = ns, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan

mengalir pada kumparan jangkar rotor, dengan demikian tidak dihasilkan torsi. Torsi motor akan timbul apabila nr< ns,dan apabila nr

> ns maka motor induksi beroperasi sebagai generator induksi yang

menghasilkan energi listrik.

2.6 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi

Pada prinsipnya, proses dalam motor induksi identik dengan sebuah transformator, dengan demikian rangkaian ekivalen motor induksi sama dengan rangkaian ekivalen transformator. Perbedaan yang ada hanyalah karena pada kenyataan bahwa kumparan rotor (kumparan sekunder pada transformator) dari motor induksi berputar, yang mana berfungsi untuk menghasilkan daya mekanik. Awal dari rangkaian ekivalen motor induksi dihasilkan dengan cara yang sama sebagaimana sebuah transformator[1].

Rangkaian ekivalen motor induksi untuk masing-masing sisi dapat diperlihatkan sebagai berikut:

2.6.1 Rangkaian Stator Motor Induksi

Fluks pada celah udara yang berputar menghasilkan ggl induksi lawan pada setiap fasa dari stator. Sehingga tegangan terminal V1 menjadi ggl induksi lawan

dari E1 dan jatuh tegangan pada impedansi bocor stator. Sehingga diperoleh

persamaan tegangan pada stator adalah[5]:

V1 = E1 + I1 ( R1 + X1) (Volt) (2.5)

Dimana:

V1 = Tegangan nominal stator (Volt)

E1 = Ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah udara (Volt)

I1 = Arus stator ( Ampere)

R1 = Resistansi stator (Ohm)

X1 = Reaktansi bocor stator (Ohm)

Sama seperti halnya trafo, maka arus stator (I1) terdiri dari dua buah

komponen. Salah satunya adalah komponen beban (I2). Dan komponen yang

lainnya adalah arus eksitasi Ic (excitting current). Dan arus eksitasi ini dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu, komponen rugi-rugi inti Ic yang sefasa dengan E1 dan komponen magnetisasi Im yang tertinggal 900 dengan E1. Arus Ic akan

menghasilkan rugi-rugi inti dan arus Im akan menghasilkan resultan fluks celah udara. Pada trafo arus eksitasi disebut juga arus beban nol, akan tetapi dalam motor induksi 3 fasa tidak, hal ini disebabkan pada motor induksi arus beban nol menghasilkan fluks celah udara dan menghasilkan rugi-rugi tanpa beban ( rugi inti

+ rugi gesek angin + rugi I2R dalam jumlah kecil ) sedangkan pada trafo fungsi eksitasi untuk menghasilkan fluksi dan menghasilkan rugi-rugi inti.

Rangkaian ekivalen dari stator ini dapat ditunjukkan oleh Gambar 2.6 berikut:

Gambar 2.6Rangkaian ekivalen stator motor induksi

2.6.2 Rangkaian Rotor Motor Induksi

Pada saat motor start dan rotor belum berputar, maka stator dan rotor memiliki frekuensi yang sama. Tegangan induksi pada rotor dalam kondisi ini dilambangkan dengan E2. Pada saat rotor sudah berputar, maka besarnya tegangan

induksi pada rotor sudah dipengaruhi slip. Besarnya tegangan induksi pada rotor pada saat berputar untuk berbagai slip sesuai dengan persamaan berikut[5].

E2S = s E2 (2.6)

Dimana:

E2 = Tegangan Induksi pada rotor pada saat diam (Volt)

E2S = Tegangan induksi pada rotor saat berputar ( Volt)

Tegangan induksi pada saat motor berputar akan mempengaruhi tahanan dan reaktansi pada rotor. Tahanan pada rotor adalah konstan, dan tidak dipengaruhi oleh slip. Reaktansi dari motor induksi tergantung pada induktansi rotor dan frekuensi dari tegangan dan arus pada rotor.

Pada saat diberikan beban atau dipengaruhi slip, maka besarnya arus yang mengalir pada rotor adalah:

I2S = E2

R2/s+JX 2 (Ampere) (2.7)

Maka rangkaian ekivalen rotor yang dipengaruhi slip adalah seperti pada Gambar 2.7 berikut :

R2/S

I2S

E2

jX2

Gambar 2.7Rangkaian ekivalen rotor motor induksi yang sudah dipengaruhi slip. Impedansi ekivalen rotor motor induksi pada Gambar 2.7 adalah[5]:

Z2S = R2

S + JX2 (Ohm) (2.8)

Padamotorinduksirotorbelitan,makarotorpadamotorinduksidapatdigantideng an rangkaian ekivalen rotoryangmemilikibelitan denganjumlah fasadanbelitanyang samadenganstatorakan tetapi gayagerakmagnetdanfluksiyangdihasilkan

harussamadenganrotorsebenarnya,makaperformansi rotoryangdilihatdari sisi primertidakakanmengalamiperubahan.

Sehinggahubunganantarateganganyangdiinduksikanpadarotoryangsebenarny a (Erotor) dan tegangan yang diinduksikan pada rangkaian ekivalen rotor (E2S)

adalah[5]:

Dimana:

a adalah perbandingan belitan stator dengan belitan rotor sebenarnya.

Sedangkan hubungan antara arus rotor sebenarnya (IRotor) dengan arus I2S

pada rangkaian ekivalen haruslah[2]: I2S =

I rotor

a (2.10)

Rotor dari motor induksi adalah terhubung singkat, sehingga impedansi yang diinduksikan tegangan dapat disederhanakan dengan impedansi rotor hubung singkat. Sehingga hubungan anatara impedansi bocor, slip dan frekuensi dari rangkaian ekivalen rotor (Z2S) dengan impedansi bocor, slip dan frekuensi rotor

sebenarnya (ZRotor) adalah[5]:

Z2S = E2s

I2s =

a 2 E rotor I rotor = a

2

Zrotor (2.11)

Dengan mengingat kembali impedansi dari rangkaian ekivalen rotor yang sudah dipengaruhi oleh slip seperti Persamaan (2.8) maka besarnya arus impedansi bocor slip frekuensi dari rangkaian ekivalen rotor[5]:

Z2S = E2s

I2s =R2 + JsX2 (2.12)

Dimana:

R2 = Tahanan rotor (Ohm)

sX = Reaktansi rotor yang sudah berputar (Ohm)

Z2S = Impedansi slip bocor frekuensi dari rangkaian ekivalen rotor (Ohm)

Pada stator dihasilkan medan putar yang berputar dengan kecepatan sinkron. Medan putar ini akan menginduksikan ggl induksi pada rangkaian rotor (E2S) dan

menginduksikan ggl lawan pada stator sebesar E2. Bila bukan karena efek

kecepatan, maka tegangan yang diinduksikan pada rangkaian ekivalen rotor (E2S)

ekivalen rotor memiliki jumlah belitan yang sama dengan rangkaian ekivalen stator. Akan tetapi dengan kecepatan relative medan putar yang direferensikan pada sisi rotor adalah s kali kecepatan medan putar yang direfensikan pada sisi stator, maka hubungan kedua ggl adalah [5]:

E2S = s E1 (2.13)

Karena resultan fluks celah udara ditentukan oleh fasor penjumlahan dari arus stator dan arus rotor baik itu arus dari rotor sebenarnya maupun arus dari rangkaian ekivalen rotor, maka dalam hal ini dikarenakan jumlah belitan stator dan rangkaian ekivalen rotor adalah sama maka hubungan arus yang mengalir pada stator dan rotor adalah [5]:

I2S = I2 (2.14)

Apabila Persamaan (2.13) dibagi dengan Persamaan (2.14) maka diperoleh [5]:

E2s I2s =

sE 2

I2 (2.15)

Dengan mensubtitusikan Persamaan (2.15) kePersamaan (2.12) maka diperoleh [5]:

E2s I2s =

sE 1

I1 = R2 + JsX2 (2.16)

Dengan membagi Persamaan (2.16) berikut dengan s maka diperoleh[5]:

E1 I2 =

R2

S + JX2 (2.17)

Sehingga dari persamaan-persamaan yang sudah dijabarkan diatas diperoleh suatu rangkaian umum dari rangkaian ekivalen rotor seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.8 berikut[1]:

X

2

R

2

I

2

E

2

Gambar 2.8Rangkaian ekivalen rotor motor induksi.

Dari penjelasan diatas maka dapat dibuat rangkaian ekivalen perfasa motor induksi. Gambar 2.9 berikutmenunjukkan gambar rangkaian ekivalen perfasa motor induksi [6]:

R1 JX1 _I2

Rc

Ic sE2

I2

jsX2

R2 jXm

Im E1

I1

V

Gambar 2.9Rangkaian ekivalen motor induksi

2.7 Efisiensi Motor Induksi

Efisiensimotorinduksi adalah ukuran keefektifanmotorinduksi untukmengubah energilistrikmenjadienergimekanikyang dinyatakan sebagaiperbandingan antara masukan dan keluaranataudalambentuk energilistrikberupaperbandingan Watt keluarandanWattmasukan.

Daya keluaran motor induksi adalah daya mekanis yang dihasilkan motor dan dari data hasil pengukuran dapat dinyatakan dengan Persamaan 2.18 berikut:

Pout= T.ω (2.18)

Dengan, T = torsi motor (Nm)

ω = Kecepatan putaran (rad/s)

DefinisiNEMA terhadapefisiensienergiadalahbahwa efisiensi merupakan perbandingan atau rasio dari daya keluaran yang berguna terhadapdayamasukan total danbiasanyadinyatakan dalampersen. Efisiensi jugasering dinyatakandengan perbandinganantaradaya keluarandengan daya keluaran ditambah rugi - rugi,yangdirumuskandalamPersamaan (2.19)berikut[7]:

Ƞ=Pout

Pin =

(Pin−Ploss )

Pin =

Pout

(Pout +Ploss ) x 100% (2.19)

Daripersamaanterlihatbahwaefisiensimotorbergantungpadabesarrugi-ruginya.

Rugi-rugipadapersamaantersebutadalahpenjumlahankeseluruhankomponenrugi – rugi yang dibahas sebelumnya. Pada motor induksi pengukuran efisiensi motor induksi sering dilakukan dengan beberapa cara seperti:

1. Mengukur langsung daya listrik masukan dan daya mekanik keluaran 2. Mengukur langsung seluruh rugi-rugi dan daya masukan

3. Mengukur setiap komponen rugi-rugi dan daya masukan

Dimana pengukuran daya masukan tetap membutuhkan ketiga cara diatas.Umumnya,daya listrik dapat diukur dengan sangat tepat, keberadaan daya mekanik lebih sulit untuk diukur. Saat ini lebih dimungkinkan untuk mengukur torsi dan kecepatan dengan akurat yang bertujuan untuk mengetahui harga efisiensi yang tepat. Pengukuran kepada keseluruhan rugi-rugi ada yang berdasarkan kalometri. Walupun pengukran dengan metode ini sangat sulit dilakukan, keakuratan yang dihasilkan dapat dibandingkan dengan hasil yang

didapat dengan pengukuran langsung pada daya keluaran.

Kebanyakan pabrik menggunakan pengukuran komponen rugi-rugi secara individual, karena dalam teorinya metode ini tidak memerlukan pembebanan pada motor dan ini adalah suatu keuntungan pada suatu pabrikan. Keuntungan lainnya yang sering dibicarakan adalah bahwa benar error pada komponen rugi-rugi tidak mempengaruhi keseluran efisiensi. Keuntungannya terutama adalah fakta ada kemungkinan koreksi untuk temperatur lingkungan yang berbeda. Biasanya data efisiensi yang disediakan oleh pembuat diukur atau dihitung berdasarkan data tertentu.

2.8 Torsi Motor Induksi

Suatu persamaan torsi dari motor induksi dapat dihasilkan dan dijelaskan dengan rangkaian Thevenin. Dalam bentuk umumnya, teori thevenin mengizinkan pergantian sembarang yang terdiri dari unsur-unsur rangkaian linear dan sumber tegangan tetap [5].

Rangkaian thevenin diasumsikan dengan Gambar 2.10[5] berikut, dimana sumber tegangan V1eqterhubung seri dengan impedansi Z1eq = R1eq + Jx1eq

Gambar 2.10Rangkaian Ekivalen Thevenin motor induksi

Dari Gambar 2.10(a) besar tegangan Thevenin (V1eq) dan impedansi thevenin

V1eq = V1(

jXm

R1+J(X1+Xm )) (2.20)

Z1eq = R1eq + Jx1eq =

jXm (R1+jX 1)

R1+j(X+Xm ) (2.21)

Dari Gambar 2.10(b) nilai I2dapat dihitung dengan Persamaan (2.22) berikut:

I2 =

V1eq

Z1eq +jX 2+(R2/s) (2.22)

Torsi mekanik pada motor induksi dapat dihitung dengan persamaan berikut:

(2.23)

Dimana:

(2.24) Torsi motor juga dapat diperoleh dengan meggunakan timbangan torsi, yaitu dengan menggunakan Persamaan 2.25 berikut:

T(Nm) = m .g.l

1000 (2.25)

Dengan: m = massa (gr) g = gravitasi (10 ms-2) l = lengan torsi (0.5 m)

2.9 Metode-metode starting motor induksi 3 fasa

Motor induksi tiga fasa tidak mengalami masalah pengasutan/starting seperti pada motor sinkron. Motor induksi dapat diasutlangsung dengan menghubungkan langsung dengan sumber tegangan.Untuk motor induksi rotor belitan, pengasutan dapat dilakukan pada arus yang relatif kecil dengan menambahkan tahanan pada belitan rotor melalui cincin slip. Penambahan tahanan ini tidak hanya menyebabkan torsi start meningkat tetapi juga

memperkecil arus start. Untuk motor induksi tipe rotor sangkar, pengasutan motor induksi dapat dilakukan dengan banyak cara tergantung pada daya nominal motor dan tahanan efektif rotor saat motor distart. Ada beberapa metode starting motor induksi tiga fasa antara lain [1]:

1. Starting langsung (Direct online starting) 2. Starting wye-delta

3. Starting dengan autotransformator 2.9.1 Starting Langsung (Direct online starting)

Starting langsung (Direct Online Starting)merupakan cara paling sederhana, dimana stator langsung dihubungkan langsung dengan sumber tegangan, artinya tidak perlu mengatur atau menurunkan tegangan pada saat starting. Penggunaan metode ini sering dilakukan untuk motor-motor AC yang mempunyai kapasitas daya yang kecil[1]. Untuk memperjelas mengenai metode starting secara langsung perhatikan Gambar 2.11 berikut [8]:

Gambar 2.11(a) Diagram skematik startinglangsung (b) Diagram kontrol starting langsung

Keterangan:

So = tombol OFF F2 = Overload Relay S1 = tombol ON F3 = Control circuit fuse K1 = Start Contactor U,V,W = Motor winding

F1 = Thermal Overload Relay M = Motor 2.9.2. Starting wye-delta

Metode starting wye-delta dipergunakan untuk motor induksi rotor sangkar yang dirancang untuk memberikan keluaran nominal bila kumparan stator dihubungkan delta dan biasanya dipakai pada motor yang mempunyai keluaran nominal sampai 25HP. Belitan stator dirancang beroperasi pada hubungan delta dan pada saat starting belitan tersebut terhubung dengan hubungan bintang/wye. Mula-mula motor distart pada hubungan bintang, ketika kecepatan motor meningkat maka hubungan pada motor tersebut berganti dari hubungan bintang ke hubungan delta.

Pada starting hubungan delta [8]: Arus start per phasa, Isc =

V

Zsc (Ampere) (2.26)

Arus starting = √3Isc(Ampere) (2.27)

Pada starting hubungan wye [8]:

Arus start per phasa, Isc = � /√3

��� (Ampere) (2.28)

Arus starting = 1

√3Isc (Ampere) (2.29)

Untuk memperjelas mengenai starting wye-delta, perhatikan diagram skematik starting wye-delta ditunjukan Gambar 2.12 [8] berikut:

Gambar 2.12 (a) Diagramdaya starting Y-∆. (b) Diagram kontrol Y-∆. 2.9.3 Starting Autotransformator

Metode starting dengan autotransformator adalah suatu metode starting yang digunakan untuk mengurangi tegangan pada stator pada saat start, yang akan membatasi arus start.

Starting dengan autotransformator digunakan untuk mengurangi tegangan pada saat start. Dengan berkurangnya tegangan pada saat start, maka arus start yang dihasilkan akan rendah juga. Setelah waktu tunda ditetapkan, autotransformator dilepas dari rangkaian dan selanjutnya motor induksi rotor sangkar akan beroperasi pada tegangan penuh. Autotransformator dilengkapi dengan tap yang terdiri dari 50%, 65% atau 80% dari tegangan saluran sebagai tegangan start dengan pengurangan arus yang sesuai. Tap dapat dipilih agar sesuai dengan kopel start yang diperlukan oleh motor untuk dapat mengatasi beban yang dipikul oleh motor. Pengasutan autotransformator dapat dioperasikan secara manual maupun otomatis (magnetik).

Diagram skematik fasa dan diagram kontrol pada starting autotransformer ditunjukan oleh Gambar 2.13 [8] berikut:

Gambar 2.13 (a) Diagram startingautotransformator (b) Diagramkontrol starting autotransformator

2.10 Tegangan tidak seimbang

Ketika sumber tegangan yang disuplai pada motor induksi 3 fasa tidak merata, maka akan dihasilkan arus tidak seimbang pada kumparan stator. Tegangan tidak seimbang dalam persentase yang kecil akan menghasilkan arus tidak seimbang dalam jumlah besar. Jika sumber tegangan tidak seimbang, maka nilai daya pada motor induksi 3 fasa rotor sangkar tupai harus dikali dengan faktor pengali seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.14 untuk kemungkinan pengurangan beban pada motor. Mengoperasikan motor dengan ketidakseimbangan tegangan diatas 5% tidak dianjurkan [7].

Hubungan faktor derating motor induksi dengan tingkat ketidakseimbangan tegangan dalam persen ditunjukan oleh Gambar 2.14 [7] berikut:

Gambar 2.14 Kurva penurunan rating motor induksi 3 fasa.

Berdasarkan gambar kurva penurunan rating motor induksi 3 fasa terhadap suplai tegangan tidak seimbang, jika terjadi ketidakseimbangan tegangan sebesar 1% maka tidak ada masalah, jika ketidakseimbangan tegangan sebesar 2% maka terjadi penurunan rating motor sebesar 0,96. Demikian seterusnya tergantung pada persentase ketidakseimbangan tegangan hingga mencapai penurunan rating sebesar 0,76 pada ketidakseimbangan tegangan 5% [9].

Ada banyak kondisi ketidakseimbangan tegangan yang terjadi dengan VUF (Voltage Unbalanced Factor) yang sama, salah satunya adalah Single Phase Under Voltage Unbalance. Dimana pada kondisi tersebut salah satu fasa dari sistem tiga fasa bertegangan lebih rendah dibandingkan dengan tegangan nominalnya [10].

Tegangan tidak seimbang dalam persen didefinisikan berdasarkan Persamaan 2.30 berikut [7][9]:

V��(%) =Selisih tegangan maksimum dari tegangan rata−rata

Sebagai contoh, jika tegangan tidak seimbang yang menyuplai motor induksi 3 fasa adalah Vab= 450 V, Vbc= 363,6 V, Vca= 405 V [7][9]. Maka

tegangan rata-rata yang masuk ke motor adalah 406,2 V dan selisih tegangan maksimum dari tegangan rata-rata adalah 43,8 V. Berdasarkan Persamaan 2.30 akan diperoleh besar persentase ketidakseimbangan tegangan yang menyuplai motor. Yaitu:

% ���������������� = 43.8

406.2� 100 = 10.78 %

Penyebab tegangan tidak seimbang termasuk impedansi saluran transmisi dan saluran distribusi yang tidak sama, distribusi beban-beban satu fasa yang tidak merata dalam jumlah besar, dan lain-lain. Ketika beban tiga fasa seimbang dihubungkan dengan sistem suplai yang tidak seimbang, maka arus yang dialirkan ke beban juga tidak seimbang. Oleh karena itu sangat sulit atau tidak mungkin untuk menyediakan suatu sistem suplai tegangan seimbang yang sempurna kepada konsumen, sehingga perlu dilakukan berbagai upaya untuk meminimalisasikan pengaruh ketidakseimbangan tegangan dan mengurangi pengaruhnya pada beban– beban konsumen.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Motor induksi 3 fasa merupakan motor arus bolak-balik yang paling luas digunakan dalam dunia industri sebagai penggerak. Harganya yang relatif murah, konstruksi yang kuat, sederhana, mudah pemeliharaanya dan cukup tingginya nilai efisiensi yang dimilikinya menjadikan motor induksi 3 fasa lebih banyak digunakan dalam berbagai kegiatan perindustrian [1].

Secara umum, motor induksi dapat dioperasikan baik dengan menghubungkan motor secara langsung ke rangkaian pencatu ataupun dengan mengenakan tegangan yang telah dikurangi ke motor selama periode starting [2].

Permasalahan tegangan tidak seimbang yang menyuplai motor induksi 3 fasa merupakan salah satu masalah dalam pengoperasian motor induksi 3 fasa. Tegangan tidak seimbang dapat disebabkan oleh berbagai macam gangguan asimetri pada sistem tenaga dan kegagalan studi peramalan beban sehingga distribusi beban disetiap fasanya tidak sama.

Adanya ketidakseimbangan tegangan suplai 3 fasa pada motor induksi 3 fasa akan mempengaruhi unjuk kerja motor induksi 3 fasa, hal ini disebabkan adanya arus yang berlebih pada salah satu fasa yang menyuplai motor induksi 3 fasa yang berakibat pada perubahan torsi start, putaran, dan efisiensinya.

Di lapangan, motor induksi 3 fasa dapat diasut/start dengan berbagai metode starting, antara lain yang umum digunakan yaitu starting langsung, starting autotransformator, dan starting wye-delta.

Salah satu masalah yang sering muncul pada saat pengasutan adalah besarnya nilai arus start yang dihasilkan yang bisa mencapai 5-6 kali dari arus nominal motor [3]. Untuk motor-motor yang besar hal ini tidak dapat diizinkan, karena akan menggangu jaringan, dan akan merusak motor itu sendiri. Hal ini perlu diperhatikan untuk metode starting yang digunakan sesuai dengan keperluan pengoperasin motor induksi tiga fasa tersebut[1].

Oleh sebab itu perlu dilakukan percobaan dan analisis untuk mengetahui seberapa besar pengaruh tegangan tidak seimbang terhadap unjuk kerja motor induksi 3 fasa dengan berbagai metode starting yang digunakan dalam pengoperasiannya. Sehingga dapat diperhatikan bagaimana relevansinya terhadap operasi motor induksi pada tegangan yang tidak seimbang dengan menggunakan metode pengasutanmotor induksi 3 fasa.

1.2 Perumusan Masalah

Adapun perumusan masalah dari tugas akhir ini adalah:

1. Bagaimana unjuk kerja motor induksi 3 fasapada tegangan seimbang dengan metode starting langsung.

2. Bagaimana unjuk kerja motor induksi 3 fasa pada tegangan seimbang dengan metode starting wye-delta.

3. Bagaimana unjuk kerja motor induksi 3 fasa pada tegangan seimbang dengan metode starting autotransformer.

4. Bagaimana unjuk kerja motor induksi 3 fasa pada tegangan tidak seimbang dengan metode starting langsung.

5. Bagaimana unjuk kerja motor induksi 3 fasa pada tegangan tidak seimbang dengan metode wye-delta.

6. Bagaimana unjuk kerja motor induksi 3 fasa pada tegangan tidak seimbang dengan metode autotransformer.

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir adalah:

1. Untuk mengetahuiunjuk kerja motor induksi 3 fasa pada tegangan seimbang dengan menggunakan berbagai metode starting.

2. Untuk mengetahui unjuk kerja motor induksi 3 fasa pada tegangan tidak seimbang dengan menggunakan berbagai metode starting.

3. Untuk mengetahui perbandingan antara pengaruh tegangan seimbang dan tegangan tidak seimbang tehadap unjuk kerja motor induksi dengan menggunakan metode-metode starting.

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dari penulisan dari penulisan tugas akhir ini adalah:

1. Definisi tegangan tidak seimbang yang digunakan dalam tulisan ini adalah definisi yang digunakan NEMA standard MG1. 2009.

2. Analisis data berdasarkan penelitian di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT. USU.

3. Unjuk kerja yang diamati dalam tulisan ini adalah arus start, kecepatan putaran, torsi start dan efisiensi motor induksi 3 fasa.

4. Tidak membahas ketidakseimbangan tegangan yang disebabkan oleh ketidakseimbangan sudut fasa dan tidak melibatkan teori komponen-komponen simetris dalam analisis tegangan-tegangan tidak seimbang.

5. Beban yang dipikul oleh motor induksi 3 fasa adalah beban tetap (beban tidak berubah-ubah).

6. Motor induksi yang digunakan adalah motor induksi 3 fasa yang terdapat pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT. USU.

7. Metode starting yang digunakan adalah metode starting langsung, metode starting wye-delta, dan metode starting autotransformer.

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui karateristik unjuk kerja motor induksi 3 fasa saat tegangan seimbang dan tegangan tidak seimbang dengan menggunakan berbagai metode starting.

2. Mengetahui metode starting terbaik dalam pengoperasian motor induksi akibat pengaruh ketidakseimbangan tegangan.

3. Memberikan informasi kepada pembaca bagaimana pengaruh tegangan tidak seimbang tersebut terhadap unjuk kerja motor induksi 3 fasa pada berbagai metode starting.

ABSTRAK

Motor induksi 3 fasa merupakan motor AC yang paling sering digunakan dalam dunia industri dan rumah tangga, hal ini disebabkan konstruksinya yang sederhana dan kehandalannya yang tangguh. Motor induksi dapat dioperasikan dengan starting langsung, Y-∆, dan autotransformer. Motor induksi disuplai oleh tegangan 3 fasa yang seimbang agar dapat beroperasi dengan baik. Namun apabila suplai tegangannya tidak seimbang akan mempengaruhi unjuk kerja motor induksi 3 fasa.

Pada Tugas Akhir ini, penulis menganalisis pengaruh tegangan tidak seimbang terhadap unjuk kerja motor induksi 3 fasa dengan menggunakan berbagai macam starting. Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan, terjadi peningkatan arus akibat suplai tegangan tidak seimbang dan terjadi penurunan torsi dan putaran motor akibat suplai tegangan yang tidak seimbang yang mengakibatkan efisiensi motor ikut menurun. Peningkatan arus terbesar tejadi pada starting langsung yaitu 5 A pada saat tegangan seimbang dan 6.3 A pada ketidakseimbangan 3%. Penurunan efisiensi terbesar terjadi pada starting autotransformer yaitu 60% pada saat tegangan seimbang dan menurun hingga 48% pada saat ketidakseimbangan 3%.

Kata kunci: Motor induksi 3 fasa, starting motor, unjuk kerja motor, tegangan tidak seimbang.

TUGAS AKHIR

ANALISIS TEGANGAN TIDAK SEIMBANG TERHADAP UNJUK KERJAMOTOR INDUKSI 3 FASA PADA BERBAGAI METODE

STARTING

(Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik USU) Diajukan untuk memenuhi syarat dalam

Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik ElektroFakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Oleh

110402078

AFRISANTO PAKPAHAN

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ABSTRAK

Motor induksi 3 fasa merupakan motor AC yang paling sering digunakan dalam dunia industri dan rumah tangga, hal ini disebabkan konstruksinya yang sederhana dan kehandalannya yang tangguh. Motor induksi dapat dioperasikan dengan starting langsung, Y-∆, dan autotransformer. Motor induksi disuplai oleh tegangan 3 fasa yang seimbang agar dapat beroperasi dengan baik. Namun apabila suplai tegangannya tidak seimbang akan mempengaruhi unjuk kerja motor induksi 3 fasa.

Pada Tugas Akhir ini, penulis menganalisis pengaruh tegangan tidak seimbang terhadap unjuk kerja motor induksi 3 fasa dengan menggunakan berbagai macam starting. Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan, terjadi peningkatan arus akibat suplai tegangan tidak seimbang dan terjadi penurunan torsi dan putaran motor akibat suplai tegangan yang tidak seimbang yang mengakibatkan efisiensi motor ikut menurun. Peningkatan arus terbesar tejadi pada starting langsung yaitu 5 A pada saat tegangan seimbang dan 6.3 A pada ketidakseimbangan 3%. Penurunan efisiensi terbesar terjadi pada starting autotransformer yaitu 60% pada saat tegangan seimbang dan menurun hingga 48% pada saat ketidakseimbangan 3%.

Kata kunci: Motor induksi 3 fasa, starting motor, unjuk kerja motor, tegangan tidak seimbang.

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas kasih dan berkat yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “ANALISIS TEGANGAN TIDAK SEIMBANG TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR INDUKSI 3 FASA PADA BERBAGAI METODE STARTING”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orangtua penulis yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu M. Pakpahan dan R. Nababan, saudara/saudari kandung penulis Lindra Pakpahan, Aris Pakpahan, Lenny Pakpahan, dan Anri Pakpahan atas seluruh perhatian dan dukungannya selama ini.

Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. Raja Harahap, MT, selaku dosen pembimbing Tugas Akhir dan dosen pembimbing akademik yang telah banyak meluangkan waktu dan memberikan ide dalam menyelesaikan Tugas Akhir penulis, dan senantiasa memberikan bimbingannya selama perkuliahan.

2. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S, selaku dosen penguji Tugas Akhir dan kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik yang telah memberikan masukan dan arahan demi perbaikan Tugas Akhir penulis.

3. Bapak Ir. Syahrawardi, selaku dosen penguji Tugas Akhir yang telah memberikan masukan dan arahan demi perbaikan Tugas Akhir penulis.

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, Msi, selaku Ketua Departemen Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak dan Ibu dosen pengajar Departemen Teknik Elektro yang telah memberi bekal ilmu dan bimbingan kepada penulis selama perkuliahan.

6. Bapak dan Ibu pegawai administrasi Departemen Teknik Elektro yang membantu dalam pengurusan administrasi selama perkuliahan sampai penyusunan Tugas Akhir.

7. Laboran dan asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik bapak Isroy Tanjung, ST , Aspar, dan Zein yang membantu dalam penyusunan Tugas Akhir penulis.

8. Keluarga kakakku M. Parhusip dan L. Pakpahan dan keponakanku Samuel Parhusip.

9. Teman-teman kos Bahagia, dan teman futsal: Henry cecep, Putra, Mangatur, Marluhut, Julu, Fernando, Roni dan Trendy.

10.Teman-teman elektro balak satu: Toncop, Longser, Harry, Winner, Yudha dan Bembeng, Canboy, Riswanta, Faisal, Anri Sihite dan teman -teman lainnya yang menemani penulis selama perkuliahan. 11.Teman-teman Com-Labs, yang menyediakan tempat bagi penulis

dalam penyusunan tugas akhir: Frans, Mian, Albert, Yosua, Marco, Andreas dan Uci.

12.Para pemimpi Goes to Moscow 2018, Risjen, Christo, Fandry, Guntur, Andri, Samgar.

13.Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Elektro yang telah berbagi pengalaman hidup dan memberikan kesan selama masa perkuliahan yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Akhir kata penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir penulis. Akhir kata, semoga Tulisan ini bermanfaat bagi penulis dan semua pihak yang membutuhkannya.

Medan, Agustus 2016

Penulis,

(Afrisanto Pakpahan 110402078

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK...i

KATA PENGANTAR...ii

DAFTAR ISI ...v

DAFTAR GAMBAR ...viii

DAFTAR TABEL...ix

BAB I. PENDAHULUAN ...1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ...3

1.4 Batasan Masalah ...3

1.5 Manfaat Penelitian ...4

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA...5

2.1 Umum ... 5

2.2 Konstruksi Motor Induksi 3 fasa ...6

2.2.1 Stator ...6

2.2.2 Rotor ... 7

2.3 Medan Putar ... 9

2.4 Slip ...10

2.5 Prinsip Kerja Motor Induksi ... 11

2.6 Rangkaian Ekivalen Motor induksi ... 13

2.6.1 Rangkaian Stator Motor Induksi ... 13

2.7 Efisiensi Motor Induksi ... 18

2.8 Torsi Motor Induksi ... 20

2.9 Metode-metode Starting Motor Induksi 3 fasa ... 21

2.9.1 Starting Langsung ... 22

2.9.2 Starting wye-delta ... 23

2.9.3 Starting Autotransformator ... 24

2.10 Tegangan Tidak Seimbang ... 25

BAB III. METODE PENELITIAN...28

3.1 Tempat dan Waktu ... 28

3.2 Bahan dan Peralatan ... 28

3.3 Pelaksanaan Penelitian ... 29

3.4 Variabel yang Diamati ... 29

3.5 Flowchart Penelitian ... 30

3.6 Prosedur penelitian... 32

3.6.1 Rangkaian percobaan...32

3.6.2 Prosedur percobaan...35

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN...37

4.1 Umum ...37

4.2 Data Pecobaan ...37

4.2.1 Data pecobaan tegangan seimbang...37

4.2.2 Data percobaan tegangan tidak seimbang...38

4.3 Analisis Data...41

4.3.1 Motor induksi 3 fasa dengan suplai tegangan tidak seimbang...41

4.3.2 Menghitung torsi motor induksi 3 fasa...42

4.3.3 Menghitung putaran motor induksi 3 fasa...46

4.3.4 Menghitung daya keluaran(Pout) motor induksi 3 fasa...46

4.3.5 Menghitung efisiensi(η) motor induksi 3 fasa...48

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN...56

5.1 Kesimpulan...56

5.2 aran...57

DAFTAR PUSTAKA...58

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Konstruksi umum motor induksi ... 6

Gambar 2.2 Komponen stator motor induksi 3 fasa ... 7

Gambar 2.3 Rotor sangkar tupai ... 8

Gambar 2.4 Konstruksi rotor belitan ... 8

Gambar 2.5 Medan putar motor induksi 3 fasa, dan arus 3 fasa seimbang ... 9

Gambar 2.6Rangkaian ekivalen stator motor induksi ... 14

Gambar 2.7Rangkaian ekivalen rotor motor induksi yang sudah dipengaruhi slip...15

Gambar 2.8Gambar rangkaian ekivalen rotor motor induksi ... 18

Gambar 2.9Rangkaian ekivalen motor induksi ... 18

Gambar 2.10Rangkaian Ekivalen Thevenin motor induksi ... 20

Gambar 2.11(a) Diagram skematikstartinglangsung (b) Diagram kontrol starting langsung...22

Gambar 2.12 (a) Diagramdaya starting Y-∆ (b) Diagram kontrol Y-∆...24

Gambar 2.13 (a) Diagram starting autotransformator (b) Rangkaian kontrol starting autotransformator ... 25

Gambar 2.14 Kurva penurunan rating motor induksi 3 fasa ... 26

Gambar 3.1 Flowchart Penelitian ...31

Gambar 3.2Diagram percobaan motor induksi 3 fasa tegangan seimbang...32

Gambar 3.3Diagram percobaan motor induksi 3 tegangan tidak seimbang...33

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

langsung...38 Tabel 4.2 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

Y-∆...38 Tabel 4.3 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan

starting

autotransformer...38 Tabel 4.4 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

langsung...39 Tabel 4.5 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

Y-∆...39 Tabel 4.6 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

autotransformer...39 Tabel 4.7 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

langsung...40 Tabel 4.8 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksidengan starting

Y-∆._...40 Tabel 4.9 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan

starting

Tabel 4.10 Perbandingan arus (I) terhadap tingkat ketidakseimbang

tegangan dengan starting langsung...50 Tabel 4.11 Perbandingan arus (I) terhadap tingkat ketidakseimbang

tegangan

dengan starting Y-∆...50 Tabel 4.12 Perbandingan arus (I) terhadap tingkat ketidakseimbang tegangan

dengan starting autotransformer...51 Tabel 4.13 Perbandingan Torsi(T), dan Putaran(n) terhadap

tingkat ketidakseimbangan tegangan starting langsung...51

Tabel 4.14 Perbandingan Torsi(T), dan Putaran(n) terhadap tingkat

ketidakseimbangan tegangan starting Y-∆...52 Tabel 4.15 Perbandingan Torsi(T), dan Putaran(n) terhadap tingkat

ketidakseimbangan tegangan starting autotransformer...52

Tabel 4.16 Perbandingan efisiensi terhadap ketidakseimbangan tegangan

dengan starting langsung...54 Tabel 4.17 Perbandingan efisiensi terhadap ketidakseimbangan tegangan

dengan starting Y-∆...54 Tabel 4.18 Perbandingan efisiensi terhadap ketidakseimbangan tegangan

7

2.7 Efisiensi Motor Induksi ... 18

2.8 Torsi Motor Induksi ... 20

2.9 Metode-metode Starting Motor Induksi 3 fasa ... 21

2.9.1 Starting Langsung ... 22

2.9.2 Starting wye-delta ... 23

2.9.3 Starting Autotransformator ... 24

2.10 Tegangan Tidak Seimbang ... 25

BAB III. METODE PENELITIAN...28

3.1 Tempat dan Waktu ... 28

3.2 Bahan dan Peralatan ... 28

3.3 Pelaksanaan Penelitian ... 29

3.4 Variabel yang Diamati ... 29

3.5 Flowchart Penelitian ... 30

3.6 Prosedur penelitian... 32

3.6.1 Rangkaian percobaan...32

3.6.2 Prosedur percobaan...35

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN...37

4.1 Umum ...37

4.2 Data Pecobaan ...37

4.2.1 Data pecobaan tegangan seimbang...37

4.2.2 Data percobaan tegangan tidak seimbang...38

4.3 Analisis Data...41

4.3.1 Motor induksi 3 fasa dengan suplai tegangan tidak seimbang...41

4.3.2 Menghitung torsi motor induksi 3 fasa...42

4.3.3 Menghitung putaran motor induksi 3 fasa...46

4.3.4 Menghitung daya keluaran(Pout) motor induksi 3 fasa...46

4.3.5 Menghitung efisiensi(η) motor induksi 3 fasa...48

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN...56

5.1 Kesimpulan...56

5.2 aran...57

DAFTAR PUSTAKA...58

9 DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Konstruksi umum motor induksi ... 6

Gambar 2.2 Komponen stator motor induksi 3 fasa ... 7

Gambar 2.3 Rotor sangkar tupai ... 8

Gambar 2.4 Konstruksi rotor belitan ... 8

Gambar 2.5 Medan putar motor induksi 3 fasa, dan arus 3 fasa seimbang ... 9

Gambar 2.6Rangkaian ekivalen stator motor induksi ... 14

Gambar 2.7Rangkaian ekivalen rotor motor induksi yang sudah dipengaruhi slip...15

Gambar 2.8Gambar rangkaian ekivalen rotor motor induksi ... 18

Gambar 2.9Rangkaian ekivalen motor induksi ... 18

Gambar 2.10Rangkaian Ekivalen Thevenin motor induksi ... 20

Gambar 2.11(a) Diagram skematikstartinglangsung (b) Diagram kontrol starting langsung...22

Gambar 2.12 (a) Diagramdaya starting Y-∆ (b) Diagram kontrol Y-∆...24

Gambar 2.13 (a) Diagram starting autotransformator (b) Rangkaian kontrol starting autotransformator ... 25

Gambar 2.14 Kurva penurunan rating motor induksi 3 fasa ... 26

Gambar 3.1 Flowchart Penelitian ...31

Gambar 3.2Diagram percobaan motor induksi 3 fasa tegangan seimbang...32

Gambar 3.3Diagram percobaan motor induksi 3 tegangan tidak seimbang...33

11 DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

langsung...38 Tabel 4.2 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

Y-∆...38 Tabel 4.3 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan

starting

autotransformer...38 Tabel 4.4 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

langsung...39 Tabel 4.5 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

Y-∆...39 Tabel 4.6 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

autotransformer...39 Tabel 4.7 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan starting

langsung...40 Tabel 4.8 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksidengan starting

Y-∆._...40 Tabel 4.9 Data hasil pengukuran unjuk kerja motor induksi dengan

starting

autotransformer...40

Tabel 4.10 Perbandingan arus (I) terhadap tingkat ketidakseimbang

tegangan dengan starting langsung...50 Tabel 4.11 Perbandingan arus (I) terhadap tingkat ketidakseimbang

tegangan

dengan starting Y-∆...50 Tabel 4.12 Perbandingan arus (I) terhadap tingkat ketidakseimbang tegangan

dengan starting autotransformer...51 Tabel 4.13 Perbandingan Torsi(T), dan Putaran(n) terhadap

tingkat ketidakseimbangan tegangan starting langsung...51

Tabel 4.14 Perbandingan Torsi(T), dan Putaran(n) terhadap tingkat

ketidakseimbangan tegangan starting Y-∆...52 Tabel 4.15 Perbandingan Torsi(T), dan Putaran(n) terhadap tingkat

ketidakseimbangan tegangan starting autotransformer...52

Tabel 4.16 Perbandingan efisiensi terhadap ketidakseimbangan tegangan

dengan starting langsung...54 Tabel 4.17 Perbandingan efisiensi terhadap ketidakseimbangan tegangan

dengan starting Y-∆...54 Tabel 4.18 Perbandingan efisiensi terhadap ketidakseimbangan tegangan