Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa

(1)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

TUGAS AKHIR

PENGARUH TEGANGAN TIDAK SETIMBANG TERHADAP TORSI DAN EFFISIENSI MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

O L E H

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

HENRY A.SIREGAR NIM : 03 0402 035

(2)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

PENGARUH TEGANGAN TIDAK SETIMBANG TERHADAP TORSI DAN EFFISIENSI MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Oleh :

HENRY A.SIREGAR NIM : 030402035

Disetujui oleh :

Pembimbing,

IR. SATRIA GINTING

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

2008

IR. NASRUL ABDI, MT NIP : 131 459 555

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(3)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

ABSTRAK

Tegangan tiga phasa yang menyuplai motor induksi dapat ditemukan dalam keadaan tidak setimbang. Penyebab dari ketidaksetimbangan tegangan tiga phasa ini dapat disebabkan oleh adanya gangguan – gangguan asimetri pada sistem tenaga, distribusi beban – beban satu phasa yang tidak merata pada sistem tenaga yang sama, kegagalan operasi dari peralatan pengoreksi faktor daya, impedansi tidak setimbang dari transformator penyuplai, dan lain sebagainya.

Hal di atas dapat mempengaruhi performansi dari motor induksi tiga phasa tersebut, yang mana dalam hal ini lebih difokuskan akan mempengaruhi torsi dan effisiensinya. Oleh karena itu dalam tugas akhir ini akan dijelaskan pengaruh tegangan tidak setimbang terhadap torsi dan effisiensi motor induksi tiga phasa.

(4)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

KATA PENGANTAR

Pertama - tama, penulis ingin sekali berterima kasih kepada Tuhan Yesus, yang oleh karena kasihNya , penulis masih dimampukan menyelesaikan tugas akhir ini.

Adapun tugas akhir ini berjudul “ Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa”, yang disusun dan diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik elektro.

Sebagai manusia, penyusun menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penyusun berharap kekurangan – kekurangan tersebut dapat dimaklumi.

Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis tidak terlepas dari bantuan banyak pihak. Maka dalam kesempatan ini, penyusun juga ingin berterima kasih kepada :

1. Kedua orang tua saya (R. Siregar dan D. br Simorangkir), nenekku (N. br Harahap), dan adik – adikku (Evelyn, David, dan Bella), yang selalu

memperhatikanku dan yang terbanyak memberiku motivasi, sehingga Tugas Akhir ini masih dapat diselesaikan.

2. Bapak Ir. Satria Ginting selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah banyak memberikan sumbangan ilmu dan waktunya.

3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT dan Bapak Rachmat Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU.

(5)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

5. Bapak Ir. Mustafrin Lubis, selaku Kepala Laboratorium Mesin – Mesin Listrik

6. Seluruh staff pengajar / dosen departemen Teknik Elektro FT. USU

7. Seluruh staff tata usaha departemen Teknik Elektro FT. USU

8. Saudara Eko (asisten laboratorium mesin – mesin listrik) yang telah banyak meluangkan waktunya saat penyusun melakukan riset

9. Teman – teman nongkrong bareng : Eone , Teta, Riko, Teddy , Hans, Paniel , yang paling solid selama ini.

10.Teman – teman pengurus IMTE ; Ery, Marlen , dan Chandra

11.Teman – teman KP di Indonesia Power Suralaya : Buhari , Elrijohn, Pipin, Weldy, dan Benny, dan Dody, Jefanya Ginting

12.Teman – teman ’03 yang nama – namanya tak dapat disebutkan satu persatu

13.Teman – teman ’04, ’05, ’06, yang namanya tak dapat disebutkan satu persatu yang telah banyak memberi dorongan semangat pada penulis selama pengerjaan tugas akhir ini.

Penulis menyadari bahwa penyusunan karya ilmiah ini masih belum sempurna. Oleh karena penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bisa membangun tugas akhir ini menjadi lebih baik lagi. Akhirnya penulis berharap bahwa karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

(6)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Henry A. Siregar

ABSTRAK

KATA PENGANTAR DAFTAR ISI

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Tujuan Penulisan 2

1.3 Manfaat Penulisan 2

1.4 Batasan Masalah 3

1.5 Metode Penulisan 3

1.6 Sistematika Penulisan 4

II. MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

2.1 Umum 6

2.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa 6

2.3 Medan Putar 8

2.4 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa 12

2.5 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Phasa 14

2.6 Aliran Daya Pada Motor Induksi Tiga Phasa 20

2.7 Torsi Motor Induksi Tiga Phasa 22

2.8 Torsi Maksimum Motor Induksi Tiga Phasa 28

(7)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

2.10 Disain motor induksi 30

2.11 Penentuan parameter motor induksi 31

III. KARAKTERISTIK PERFORMANSI DAN TEGANGAN TIDAK SETIMBANG PADA MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

3.1 Karakteristik Performansi Motor Induksi Tiga Phasa 37

3.2 Tegangan Tidak Setimbang Pada Motor Induksi Tiga Phasa 40

3.3 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Dalam Keadaan 46

Tegangan Tidak Setimbang

3.4 Torsi Dan Daya Pada Motor Induksi Tiga Phasa Pada 46

Keadaan Tegangan Tidak Setimbang

IV. ANALISA PENGARUH TEGANGAN TIDAK SETIMBANG PADA MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

4.1 Umum 48

4.2 Peralatan Yang Digunakan 48

4.3 `Percobaan Berbeban Motor Induksi Tiga Phasa Dengan

Tegangan Setimbang 49

4.4 Percobaan Berbeban Motor Induksi Tiga Phasa Dengan

Tegangan Tidak Setimbang 51

4.5 Analisa Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi

Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa 53

(8)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

5.1 Kesimpulan 56

5. 2 Saran 56

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG

Motor induksi merupakan motor arus bolak – balik yang paling luas diaplikasikan dalam dunia industri. Hal ini dikarenakan motor ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana serta membutuhkan perawatan yang tidak banyak. Selain itu motor ini juga menyediakan effisiensi yang baik dan putaran yang konstan untuk tiap perubahan beban.

Permasalahan tegangan tidak seimbang yang menyuplai motor induksi tiga phasa adalah hal yang mungkin saja bisa terjadi dalam keadaan praktis dari pengoperasian motor induksi tersebut. Berbagai macam gangguan asimetri pada sistem tenaga, distribusi beban – beban satu phasa tidak merata pada sistem tenaga yang sama, ataupun kegagalan operasi dari peralatan pengoreksi faktor daya, akan menimbulkan tegangan tidak setimbang pada saluran penyuplai terminal motor induksi tiga phasa tersebut.

Adanya ketidakseimbangan tegangan ini akan mempengaruhi operasi dari motor induksi, yang mana dalam hal ini lebih ditekankan pada permasalahan torsi dan effisiensi motor induksi tersebut. Hal ini dikarenakan tegangan merupakan salah satu parameter terpenting dari torsi yang akan dibangkitkan motor induksi, dimana torsi akan sebanding dengan kuadrat dari tegangan motor.Dengan demikian hal ini akan menentukan daya output dari motor dan selanjutnya akan menentukan effisiensi dari motor induksi.

(9)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Oleh karena itu perlu dilakukan suatu kajian baik berupa analisis maupun penelitian di laboratorium untuk melihat bagaimana ketidaksetimbangan tegangan memberikan suatu kontribusi yang akan mempengaruhi torsi dan effisiensi dari motor induksi, dan bagaimana relevansinya terhadap operasi motor induksi tersebut dalam keadaan tegangan yang setimbang.

1.2 TUJUAN PENULISAN MASALAH

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Mengetahui pengaruh tegangan tidak setimbang terhadap karakteristik mekanis ( torsi – kecepatan ) motor induksi tiga phasa.

2. Mengetahui pengaruh tegangan tidak setimbang terhadap karakteristik pembebanan Effisiensi ( POUT ) pada motor induksi tiga phasa.

1.3 MANFAAT PENULISAN

1. Laporan tugas akhir ini diharapkan bermanfaat untuk memberikan informasi kepada penulis dan pembaca yang lain mengenai pengaruh tegangan tidak setimbang terhadap torsi dan effisiensi motor induksi tiga phasa.

(10)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

1.4 BATASAN MASALAH

Untuk menghindari pembahasan yang meluas maka penulis akan membatasi pembahasan tugas akhir ini dengan hal-hal sebagai berikut:

1. Tidak menganalisa gangguan dan harmonisa tegangan yang terjadi pada sistem tenaga

2. Tidak membahas ketidaksetimbangan tegangan yang disebabkan

ketidaksetimbangan sudut phasa dan tidak melibatkan teori komponen – komponen simetris dalam analisis tegangan tidak setimbang

3. Tidak membahas pengaruh tegangan tidak setimbang terhadap torsi start dan torsi maksimum motor induks i

4. Defenisi tegangan tidak setimbang yang digunakan dalam tulisan ini adalah defenisi yang digunakan oleh NEMA standard MG1. 1993

5. Analisa data berdasarkan peralatan yang tersedia di Laboratorium Konversi Energi Listrik

1.5 METODE PENULISAN

Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah:

1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku teks pendukung.

2. Studi diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir.

(11)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

3. Studi laboratorium, melakukan percobaan untuk mendapatkan data-data yang diperlukan.

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN

Untuk memudahkan pemahaman terhadap tugas akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini memuat latar belakang masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II : MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Bab ini membahas konstruksi motor induksi tiga phasa, medan putar, prinsip kerja motor induksi tiga phasa, rangkaian ekivalen motor induksi tiga phasa, aliran daya pada motor induksi tiga phasa, torsi motor induksi tiga phasa, dan effisiensi motor induksi tiga phasa

BAB III : TEGANGAN TIDAK SETIMBANG PADA MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Bab ini membahas mengenai karakteristik performansi motor induksi jika beroperasi dalam keadaan normal, defenisi tegangan tidak setimbang, rangkaian ekivalen motor induksi dalam keadaan

(12)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

tegangan tidak setimbang, torsi dan daya pada motor induksi pada keadaan tegangan tidak setimbang

BAB IV : ANALISA PENGARUH TEGANGAN TIDAK SETIMBANG TERHADAP TORSI DAN EFFISIENSI MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Bab ini berisi percobaan – percobaan yang akan dilakukan untuk melihat pengaruh tegangan tidak setimbang terhadap torsi dan effisiensi motor induksi tiga phasa. Sehingga dari percobaan ataupun analisa ini akan diperoleh suatu gambaran yang menunjukkan karakteristik pembebanan antara effisiensi sebagai fungsi Pout dan karakteristik torsi kecepatan dari motor induksi.

BAB V : PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil penelitian ataupun analisis data - data yang telah diperoleh.

(13)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

BAB II

MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

2.1 UMUM

Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik (AC) yang paling luas digunakan dan dapat dijumpai dalam setiap aplikasi industri maupun rumah tangga. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan arus stator.

Motor ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana, handal, serta berbiaya murah. Di samping itu motor ini juga memiliki effisiensi yang tinggi saat berbeban penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang banyak. Akan tetapi jika dibandingkan dengan motor DC, motor induksi masih memiliki kelemahan dalam hal pengaturan kecepatan. Dimana pada motor induksi pengaturan kecepatan sangat sukar untuk dilakukan, sementara pada motor DC hal yang sama tidak dijumpai.

2.2 KONSTRUKSI MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Motor induksi pada dasarnya memiliki konstruksi stator yang sama dengan motor sinkron, dan hanya terdapat perbedaan pada konstuksi rotor. Stator dibentuk dari laminasi – laminasi tipis yang terbuat dari aluminium ataupun besi tuang, dan kemudian dipasak bersama – sama untuk membentuk inti stator dengan slot seperti

(14)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

yang ditunjukkan gambar dua satu. Kumparan ( coil ) dari konduktor – konduktor yang terisolasi ini kemudian disisipkan ke dalam slot – slot tersebut. Sehingga grup dari kumparan ini beserta dengan inti yang mengelilinginya membentuk rangkaian elektromagnetik. Banyaknya jumlah kutub dari motor induksi tergantung pada hubungan internal dari belitan stator, yang mana bila belitan ini disuplai dengan sumber tegangan tiga phasa maka akan membangkitkan medan putar.

a) penampang inti stator b) Stator motor induksi Gambar 2.1

Rotor motor induksi tiga phasa dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu rotor sangkar (squirrel cage rotor) dan rotor belitan (wound rotor). 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 shorting rings.

(15)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

a) Rotor Sangkar b) Motor induksi rotor sangkar

Sementara itu pada rotor belitan, rotornya dibentuk dari satu set belitan tiga phasa yang merupakan bayangan dari belitan statornya. Biasanya belitan tiga phasa dari rotor ini terhubung Y dan kemudian tiap - tiap ujung dari tiga kawat rotor tersebut diikatkan pada slip ring yang berada pada poros rotor. Pada motor induksi rotor belitan, rangkaian rotornya dirancang untuk dapat disisipkan dengan tahanan eksternal, yang mana hal ini akan memberikan keuntungan dalam memodifikasi karakteristik torsi – kecepatan dari motor.

Gambar 2.3

a) Rotor belitan b) motor induksi rotor belitan

2.3 MEDAN PUTAR

Ketika belitan tiga phasa dari motor induksi diberi suplai maka medan magnet yang berputar akan dihasilkan. Medan magnet ini dibentuk oleh kutub – kutubnya yang berada pada posisi yang tidak tetap pada stator tetapi berubah – ubah mengelilingi stator. Adapun magnitud dari medan putar ini selalu tetap yaitu sebesar 1.5 m dimana m adalah fluks yang diebabkan suatu phasa.

(16)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Untuk melihat bagaimana medan putar dibangkitkan, maka dapat diambil contoh pada motor induksi tiga phasa dengan jumlah kutub dua. Dimana ke-tiga phasanya R,S,T disuplai dengan sumber tegangan tiga phasa, dan arus pada phasa ini ditunjukkan sebagai IR, IS, dan IT, maka fluks yang dihasilkan oleh arus – arus ini adalah :

R = m sin t ...( 2.1a ) S = m sin ( t – 120o)...( 2.1b ) T = m sin ( t – 240o)...( 2.1c )

Gambar 2.5 Gambar 2.4

Arus tiga phasa setimbang diagram phasor fluksi tiga phasa setimbang

(17)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

iii iv

Gambar 2.6

Medan putar pada motor induksi tiga phasa

( i ) Pada keadaan 1 ( gambar2.6 ), t = 0 ; arus dalam phasa R bernilai nol sedangkan besarnya arus pada phasa S dan phasa T memiliki nilai yang sama dan arahnya berlawanan. Dalam keadaan seperti ini arus sedang mengalir ke luar dari konduktor sebelah atas dan memasuki konduktor sebelah bawah. Sementara resultan fluks yang dihasilkan memiliki besar yang konstan yaitu sebesar 1,5 m dan dibuktikan sebagai berikut :

R = 0 ; S = m sin ( -120o ) =

2 3 − m ; T = m sin ( -240o ) =

2 3

Oleh karena itu resultan fluks, r adalah jumlah phasor dari T dan – S

Sehinngga resultan fluks, r = 2 x

2 3

m cos 30o = 1,5 m

( ii ) Pada keadaan 2, arus bernilai maksimum negatif pada phasa S, sedangkan pada R dan phasa T bernilai 0,5 maksimum pada phasa R dan phasa T, dan pada saat ini t = 30o

, oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing – masing phasa :

R = m sin ( -120o) = 0,5 m S= m sin ( -90o ) = - m T= m sin (-210o) = 0,5 m

(18)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Sehingga resultan fluks r= 0,5 m+ m = 1,5 m.

Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks berpindah sejauh 30o dari posisi pertama.

( iii ) Pada keadaan ini t = 60o, arus pada phasa R dan phasa T memiliki besar yang sama dan arahnya berlawanan ( 0,866 m ), oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing – masing phasa :

R = m sin ( 60o ) =

2 3

S= m sin ( -60o ) =

2 3

− m

T= m sin ( -180o ) = 0

Maka magnitud dari fluks resultan : fr = 2 x

2 3

fm cos 30o = 1,5 m Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks berpindah sejauh 60o dari posisi pertama.

( iv ) Pada keadaan ini t = 90o, arus pada phasa R maksimum ( positif), dan arus p ad a p hasa S d an phasa T = 0 ,5 m , oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing – masing phasa

R = m sin ( 90o) = m S= m sin ( -30o ) = - 0,5 m T= m sin (-150o) = - 0,5 m

(19)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Sehingga resultan fluks r= 0,5 m+ m = 1,5 m.

Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks berpindah sejauh 90o dari posisi pertama.

2.4 PRINSIP KERJA MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Pada motor induksi tidak terdapat hubungan listrik antara stator dengan rotor, karena arus pada rotor merupakan arus induksi. Jika belitan stator diberi tegangan tiga phasa, maka pada stator akan dihasilkan arus tiga phasa, arus ini kemudian akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron.

Ketika medan magnetik memotong konduktor rotor, di dalam konduktor tersebut akan diinduksikan ggl yang sama seperti ggl yang diinduksikan dalam lilitan sekunder transformator oleh fluksi primer. Rangkaian rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui cincin ujung maupun tahanan luar. Ggl induksi menyebabkan arus mengalir di dalam konduktor rotor. Sehingga dengan adanya aliran arus pada konduktor rotor di dalam medan magnet yang dihasilkan stator, maka akan dibangkitkan gaya ( F ) yang bekerja pada motor.

Untuk memperjelas prinsip kerja motor induksi tiga phasa, maka dapat dijabarkan dalam beberapa langkah berikut:

1. Pada keadaan beban nol ketiga phasa stator yang terhubung dengan sumber tegangan tiga phasa yang setimbang akan menghasilkan arus pada tiap belitan phasa arus pada tiap phasa menghasilkan fluksi bolak – balik yang berubah – ubah .

(20)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

2. amplitudo fluksi yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan arahnya tegak lurus terhadap belitan phasa

3. akibat fluksi yang berputar timbul ggl pada stator motor yang besarnya :

) volt ( dt d N E1 1

Φ −

= ...( 2.2 ) atau E₁ =4,44fN₁Φ (volt)... ( 2.3 )

5. resultan dari ketiga fluksi bolak – balik tersebut menghasilkan medan putar yang bergerak dengan kecepatan sinkron ns yang besarnya ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi stator f yang dirumuskan :

) rpm ( p

f x 120

n_s = ...( 2.4 )

6. fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi sebesar E2 yang besarnya E2 = 4,44 fN2fm (volt)...( 2.5 )

Dimana:

E2 = tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (volt) N2 = jumlah lilitan rotor

fm = 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

(21)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

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

% 100 x n

n n s

r r s −

= ...( 2.6 )

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 :

E2s = 4,44 sfN2fm (volt)...( 2.7 ) dimana :

E2s = tegangan induksi rotor dalam keadaan berputar (volt)

f2 = sf = 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, sehingga tidak akan dihasilkan kopel. Kopel akan dihasilkan jika nr< ns.

2.5 RANGKAIAN EKIVALEN MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Operasi dari motor induksi tergantung pada induksi arus dan tegangan di dalam rangkaian rotor yang berasal dari rangkaian stator karena adanya aksi transformator. Karena induksi arus dan tegangan pada motor induksi pada dasarnya sama dengan operasi transformator, maka rangkaian ekivalen motor induksi akan sangat menyerupai rangkaian ekivalen dari transformator. Motor induksi disebut juga

(22)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

sebagai singly excited machine, sebab daya hanya disuplai dari rangkaian stator. Karena motor induksi tidak memiliki rangkaian medan, maka pada modelnya tidak akan terdapat sumber tegangan internal EA sebagaimana dijumpai pada mesin sinkron.

Rangkaian ekivalen per phasa dari transformator dapat menggantikan operasi dari motor induksi. Sebagaimana halnya pada transformator, maka akan terdapat tahanan (R1) dan induktansi sendiri (X1) pada belitan stator yang direpresentasikan dalam rangkaian ekivalen mesin.

Gambar 2.7 Rangkaian ekivalen motor induksi sebagai model transformator

Tegangan stator E1 dikopel terhadap sisi sekunder ER sebagaimana halnya transformator ideal dengan rasio belitan effektif aeff. Rasio belitan ini dengan mudah dapat ditentukan pada motor induksi rotor belitan, yang mana pada dasarnya rasio ini merupakan banyaknya konduktor per phasa pada stator terhadap jumlah konduktor per phasa pada rotor. Akan tetapi tidak demikian halnya pada motor induksi sangkar tupai, karena tidak terdapatnya belitan pada rotor motor tersebut.

Tegangan ER pada rotor akan menghasilkan arus, karena rangkaian rotornya terhubung singkat.

(23)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Impedansi rangkaian primer dan arus magnitisasi dari motor induksi sama halnya dengan komponen - komponen yang dijumpai pada transformator. Hal yang membedakan rangkaian ekivalen tersebut pada motor induksi dikarenakan terdapatnya variasi frekuensi pada tegangan rotor (ER), impedansi rotor RR dan jXR.

Ketika tegangan diberikan pada belitan stator, maka tegangan akan diinduksikan pada belitan rotornya. Pada umumnya, gerak relatif yang lebih besar di antara rotor dan medan putar stator, akan menghasilkan tegangan dan frekuensi rotor yang lebih besar juga. Gerak relatif yang terbesar terjadi saat rotor dalam keadaaan diam atau disebut juga dalam keadaan blocked rotor. Sebaliknya, frekuensi dan tegangan terendah timbul saat rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan kecepatan sinkron, sehingga tidak terdapat pergerakan relatif. Magnitud dan frekuensi tegangan induksi rotor pada saat berputar sebanding dengan slip dari rotornya. Sehingga, besarnya tegangan induksi rotor dalam kondisi rotor terkunci disebut ERO, sedangkan untuk slip pada suatu putaran tertentu dirumuskan dengan:

ER = sERO...(2.8) Dan frekuensi tegangan induksi pada slip tertentu :

fr = sfe...(2.9)

Tahanan dari rotor RR bernilai konstan/ tidak tergantung pada slip, sementara itu pada reaktansi rotor besarnya akan dipengaruhi oleh slip.

Reaktansi dari rotor tergangtung pada induktansi rotor, frekuensi tegangan rotor dan arus pada rotor. Bila induktansi rotor LR, maka reaktansi rotor adalah : XR= r LR = 2 fr LR : fr = sfe

(24)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

R R R R jX R E I + = RO R R R jsX R E I + = RO R RO R jX s R E I + = / Sehingga XR = 2 sfe LR

= s(2 sfe LR)

= sXRO...(2.10) LR = induktansi rotor

XRO = reaktansi blok rotor.

Rangkaian ekivalen rotor dapat dilihat pada gambar 2.9 :

Gambar 2.8 model rangkaian rotor motor induksi

Dari gambar 2.9 arus pada rotor dapat ditentukan sebagai : ...(2.11)

...(2.12)

...(2.13)

IR = arus rotor ( A )

ER = tegangan induksi pada rotor ( V )

(25)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

XR = reaktansi rotor ( )

Untuk mempermudah penganalisaan, maka rangkaian ekivalen motor induksi pada gambar 2.8 dapat dilihat dari sisi stator, seperti gambar 2.9 :

Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen per phasa motor induksi

Seperti halnya pada transformator, tegangan, arus, dan impedansi sisi sekunder dapat digantikan ke sisi primer sesuai dengan rasio belitannya, sehingga hal yang sama juga berlaku untuk untuk motor induksi.

Vp = Vs = a Vs ...(2.14) Ip = I’s = Is/a...(2.15) Z’s = a2Zs...(2.16)

Secara eksak urutan transformasi yang sama dapat dilakukan untuk rangkaian rotor motor induksi. Jika rasio belitan effektif dari motor induksi adalah aeff, kemudian tegangan rotor ditransformasikan menjadi:

E1 = E’R = aeff ERO...(2.18) Arus rotor menjadi: I2 = IR/ aeff...(2.19) Dan impedansi rotor menjadi

(26)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Atau dapat juga didefenisikan dengan :

R2 = a2eff RR... (2.21) X2 = a2eff XRO... (2.22)

Apabila rugi – rugi tembaga dipisahkan dengan besarnya daya yang dikonversikan menjadi daya mekanik, maka rangkaian ekivalennya adalah seperti pada gambar 2.10

Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen motor induksi dengan adanya pemisahan rugi – rugi rotor

Dalam teori transformator, analisa rangkaian ekivalen sering disederhanakan dengan mengabaikan seluruh cabang magnetisasi atau 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 magnetisasi yang sangat besar (30% sampai 40% dari arus beban penuh). Untuk itu dalam rangkaian ekivalen RC dapat diabaikan. Rangkaian ekivalennya adalah seperti pada gambar 2.11 :

(27)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

2.6 ALIRAN DAYA PADA MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Daya listrik disuplai ke stator motor induksi diubah menjadi daya mekanik pada poros motor. Berbagai rugi – rugi yang timbul selama proses konversi energi listrik antara lain :

1. rugi – rugi tetap ( fixed losses ), terdiri dari :

 rugi – rugi inti stator (PCORE)

PCORE = 3 E12GC...(2.23)

 rugi – rugi gesek dan angin 2. rugi – rugi variabel, terdiri dari :

 rugi – rugi tembaga stator (PSCL)

PSCL = 3 I12 R1...(2.24)

 rugi – rugi tembaga rotor ( PRCL)

PRCL = 3 I22 R2...(2.25) Daya pada celah udara (PAG)dapat dirumuskan dengan :

PAG = Pin – PSCL - PCORE...(2.26)

Jika dilihat pada rangkaian rotor, satu – satunya elemen pada rangkaian ekivalen yang mengkonsumsi daya pada celah udara adalah resistor R2/s. Oleh karena itu daya pada celah udara dapat juga ditulis dengan :

s R I 3

P 2 2

AG = ...(2.27)

Apabila rugi – rugi tembaga dan rugi – rugi inti dikurangi dengan daya input motor, maka akan diperoleh besarnya daya listrik yang diubah menjadi daya mekanik.

(28)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

      − =

s s 1 R I 3

P 2

2 2 conv

Besarnya daya mekanik yang dibangkitkan motor adalah:

...(2.28)

Dari persamaan 2.25 dan 2.27 dapat dinyatakan hubungan rugi – rugi tembaga dengan daya pada celah udara :

PRCL = s PAG ...(2.29)

Karena daya mekanik yang dibangkitkan pada motor merupakan selisih dari daya pada celah udara dikurangi dengan rugi – rugi tembaga rotor, maka daya mekanik dapat juga ditulis dengan :

Pconv = (1 – s ) PAG...(2.30)

Daya output akan diperoleh apabila daya yang dikonversikan dalam bentuk daya mekanik dikurangi dengan rugi – rugi gesek dan angin. Gambar 2.12 menunjukkan aliran daya pada motor induksi tiga phasa :

Gambar 2.12

(29)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

2.7 TORSI MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Dari rangkaian ekivalen dan diagram aliran daya motor induksi tiga phasa yang telah diperoleh sebelumnya dapat diturunkan suatu rumusan unum untuk torsi induksi sebagai fungsi dari kecepatan. Torsi motor induksi diberikan oleh persamaan:

ind =

m conv

ω ...(2.31)

ind =

sync AG

ω ...(2.32)

Persamaan yang terakhir di atas sangat berguna, karena kecepatan sinkron selalu bernilai konstan untuk tiap – tiap frekuensi dan jumlah kutub yang diberikan motor. Karena kecepatan sinkron selalu tetap, maka daya pada celah udara akan menentukan besar torsi induksi pada motor.

Meskipun terdapat berbagai cara menyelesaikan rangkaian seperti gambar 2.11, untuk menentukan besarnya arus I2, kemungkinan penyelesaian yang paling mudah dapat dilakukan dengan menentukan rangkaian ekivalen Thevenin dari gambar tersebut.

Agar dapat menghitung ekivalen Thevenin dari sisi input rangkaian ekivalen motor induksi, pertama – tama terminal X’s dihubung buka (open - circuit ), kemudian tegangan open circuit di terminal tersebut ditentukan. Untuk menentukan impedansi Thevenin, maka tegangan phasa dihubung singkat ( short – circuit ) dan Zeq ditentukan dengan melihat ke dalam sisi terminal.

(30)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

(

)

1 2 1 M M X X R X + + M M X X X + 1

Gambar 2.13 Tegangan ekivalen Thevenin pada sisi rangkaian input

Dari gambar 2.13 ditunjukkan bahwa terminal di open – circuit untuk mendapatkan tegangan ekivalen Thevenin. Oleh karena itu dengan aturan pembagi tegangan diperoleh :

VTH = V

1 M M Z Z Z + = V M 1 1 M jX jX R jX + +

Magnitud dari tegangan Thevenin VTH adalah :

VTH = V ...(2.33)

Karena reaktansi magnetisasi XM >> X1 dan XM >> R1, harga pendekatan dari magnitud tegangan ekivalen Thevenin :

VTH≈ V . ...(2.34)

Gambar 2.14 menunjukkan tegangan input dihubung singkat. Impedansi ekivalen Thevenin dibentuk oleh impedansi paralel yang terdapat pada rangkaian.

(31)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Gambar 2.14 impedansi ekivalen Thevenin pada sisi rangkaian input

Impedansi Thevenin ZTH diberikan oleh :

ZTH =

M 1

Z Z

ZTH = RTH + jXTH =

(

)

(

1 M

)

1 1 M

X X j R

jX R jX

+ + ...(2.35)

Karena XM >> X1 dan XM + X1 >> R1, tahanan dan reaktansi Thevenin secara pendekatan diberikan oleh :

RTH≈ R1 XTH≈X1

Gambar di bawah menunjukkan rangkaian ekivalen Thevenin :

(32)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Dari gambar di atas arus I2 diberikan oleh :

I2 =

2 TH TH Z Z V

+ ; I2 =

2 TH 2 TH TH jX jX s / R R V + + +

Magnitud dari arus

I2 =

(

) (

)

1 TH 2 2 TH TH X X s / R R V + + + ...(2.36)

Daya pada celah udara diberikan oleh :

PAG = 3 I22 s R2

; PAG =

(

) (

)

[

]

2 TH 2 2 TH 2 TH 2 X X R R s / R V 3 + + + ...(2.37)

Sedangkan torsi induksi pada rotor

ind =

sync AG

ω ; ind =

(

) (

)

[

]

2 TH 2 2 TH sync 2 TH 2 X X R R s / R V 3 + + + ω ...(2.38)

Gambar kurva torsi kecepatan (slip) pada motor induksi ditunjukkan pada gambar 2.16

Gambar 2.16

(33)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Sedangkan kurva torsi - kecepatan motor induksi yang menunjukkan kecepatan di luar daerah operasi normal ditunjukkan pada gambar 2.17

Gambar 2.17

Karakteristik torsi – putaran pada motor induksi pada berbagai daerah operasi

Dari kedua kurva karakteristik torsi motor induksi di atas dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Torsi motor induksi akan bernilai nol pada saat kecepatan sinkron

2. kurva torsi – kecepatan mendekati linear di antara beban nol dan beban penuh. Dalam daerah ini, tahanan rotor jauh lebih besar dari reaktansi rotor, oleh karena itu arus rotor, medan magnet rotor, dan torsi induksi meningkat secara linear dengan peningkatan slip.

3. Akan terdapat torsi maksimum yang tak mungkin akan dapat dilampaui. Torsi ini disebut juga dengan pull – out torque atau break down torque, yang besarnya 2 – 3 kali torsi beban penuh dari motor.

(34)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

4. Torsi start pada motor sedikit lebih besar daripada torsi beban penuhnya, oleh karena itu motor ini akan start dengan suatu beban tertentu yang dapat disuplai pada daya penuh.

5. torsi pada motor akan memberikan harga slip yang bervariasi sebagai harga kuadrat dari tegangan yang diberikan. Hal ini sangat penting dalam membentuk pengaturan kecepatan dari motor.

6. jika rotor motor induksi digerakkan lebih cepat dari kecepatan sinkron, kemudian arah dari torsi induksi di dalam mesin menjadi terbalik dan mesin akan bekerja sebagai generator, yang mengkonversikan daya mekanik menjadi daya elektrik.

7. jika motor induksi bergerak mundur relatif arah dari medan magnet, torsi induksi mesin akan menghentikan mesin dengan sangat cepat dan akan mencoba untuk berputar pada arah yang lain. Karena pembalikan arah medan putar merupakan suatu aksi penyaklaran dua buah phasa stator, maka cara seperti ini dapat digunakan sebagai suatu cara yang sangat cepat untuk menghentikan motor induksi. Cara menghentikan motor seperti ini disebut juga dengan plugging.

(35)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

(

)

2 2

2 _R _X _X

s R

TH + +

(

)

_   ₊ ₊ ₊ = 2 2 2 2 max 2 3 X X R R V TH TH TH sync TH ω τ

(

)

2 2 2 X X R R TH

TH + +

2.8 TORSI MAKSIMUM MOTOR INDUKSI

Karena torsi induksi bernilai ind = PAG/ sync, maka torsi maksimum yang mungkin terbentuk jika daya pada celah udara maksimum. Karena daya pada celah udara sama dengan daya yang dikonsumsi oleh resistor R2/s, torsi induksi akan maksimum ketika daya yang dikonsumsi oleh resistor maksimum.

Transfer daya terhadap resistor R2/s akan maksimum jika magnitud dari impedansi sama dengan magnitud dari impedansi sumber. Dari rangkaian ekivalen Thevenin impedansi sumber dari rangkaian :

Zsource = RTH + jXTH + jX2...(2.39) Oleh karena itu transfer daya maksimum adalah :

...(2.40)

atau slip pada saat torsi maksimum ;

smaks = ...(2.41)

Oleh karena itu slip dari rotor saat torsi maksimum secara langsung sebanding dengan tahanan rotor. Sedangkan torsi maksimum dapat ditentukan sebagai berikut :

(36)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

2.9 EFFISIENSI MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Effisiensi dari suatu motor induksi didefenisikan sebagai ukuran keeffektifan motor induksi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik yang dinyatakan sebagai perbandingan / rasio daya output ( keluaran ) dengan daya input ( masukan ), atau dapat juga dirumuskan dengan :

...(2.43)

Dari persamaan di atas dapat dilihat bahwa effisiensi motor tergantung pada besarnya rugi – rugi. Pada dasarnya metode yang digunakan untuk menentukan effisiensi motor induksi bergantung pada dua hal apakah motor itu dapat dibebani secara penuh atau pembebanan simulasi yang harus digunakan.

Effisiensi dari motor induksi dapat diperoleh dengan melakukan pengujian beban nol dan pengujian hubung singkat. Dari pengujian beban nol akan diperoleh rugi – rugi rotasi yang terdiri dari rugi – rugi mekanik dan rugi – rugi inti. Rugi – rugi tembaga stator tdk dapat diabaikan sekalipun motor berbeban ringan ataupun tanpa beban. Persamaan yang dapat digunakan untuk motor tiga phasa ini adalah :

1 2 1 1

rot 3VI cos 3I R

P = θ− ...(2.44)

Dari ke dua rumus di atas dapat dinyatakan bahwa rugi – rugi daya = total daya input – rugi tembaga stator. Situasi ini tepat karena rotor tidak dibebani sewaktu sedang beroperasi sehingga slipnya sangat kecil oleh karena itu arus, dan rugi – rugi tembaga rotor diabaikan.

% 100 x P losses P P P P ROT out out in out + + = = η

(37)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Dari pengujian hubung singkat akan dihasilkan parameter rotor. Daya total yang dialirkan ke motor sewaktu tegangan dikurangi selama pengujian ini, didissipasikan dalam rugi – rugi tembaga stator dan rugi – rugi tembaga rotor.

2.10 DISAIN MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Standard NEMA pada dasarnya mengkategorikan motor induksi ke dalam empat kelas yakni disain A,B,C, dan D. Karakteristik torsi – kecepatannya dapat dilihat pada gambar 2.18.

Gambar 2.18

Karakteristik torsi kecepatan motor induksi Pada berbagai disain

 Kelas A : disain ini memiliki torsi start normal (150 – 170%) dari nilai ratingnya) danarus start relatif tinggi. Torsi break down nya merupakan yang paling tinggi dari semua disain NEMA. Motor ini mampu menangani beban lebih dalam jumlah besar selama waktu yang singkat. Slip < = 5%

(38)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

 Kelas B : merupakan disain yang paling sering dijumpai di pasaran. Motor ini memiliki torsi start yang normal seperti halnya disain kelas A, akan tetapi motor ini memberikan arus start yang rendah. Torsi locked rotor cukup baik untuk menstart berbagai beban yang dijumpai dalam aplikasi industri. Slip motor ini < =5 %. Effisiensi dan faktor dayanya pada saat berbeban penuh tinggi sehingga disain ini merupakan yang paling populer. Aplikasinya dapat dijumpai pada pompa, kipas angin/ fan, dan peralatan – peralatan mesin.

 Kelas C : memiliki torsi start lebih tinggi (200 % dari nilai ratingnya) dari dua disain yang sebelumnya. Aplikasinya dijumpai pada beban – beban seperti konveyor, mesin penghancur (crusher ), komperessor,dll. Operasi dari motor ini mendekati kecepatan penuh tanpa overload dalam jumlah besar. Arus startnya rendah, slipnya < = 5 %

 Kelas D : memiliki torsi start yang paling tinggi. Arus start dan kecepatan beban penuhnya rendah. Memiliki nilai slip yang tinggi ( 5 -13 % ), sehingga motor ini cocok untuk aplikasi dengan perubahan beban dan perubahan kecepatan secara mendadak pada motor. Contoh aplikasinya : elevator, crane, dan ekstraktor.

2.11 PENENTUAN PARAMETER MOTOR INDUKSI

Data yang diperlukan untuk menghitung performansi dari suatu motor induksi dapat diperoleh dari hasil pengujian tanpa beban, pengujian rotor tertahan, dan pengukuran tahanan dc lilitan stator.

(39)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

2.11.1 Pengujian Tanpa Beban ( No Load Test )

Pengujian tanpa beban pada motor induksi akan memberikan keterangan berupa besarnya arus magnetisasi dan rugi – rugi tanpa beban. Biasanya pengujian tersebut dilakukan pada frekuensi yang diizinkan dan dengan tegangan tiga phasa dalam keadaan setimbang yang diberikan pada terminal stator. Pembacaan diambil pada tegangan yang diizinkan setelah motor bekerja cukup lama, agar bagian – bagian yang bergerak mengalami pelumasan sebagaimanamestinya. Rugi – rugi rotasional keseluruhan pada frekuensi dan tegangan yang diizinkan pada waktu dibebani biasanya dianggap konstan dan sama dengan rugi – rugi tanpa beban.

Pada keadaan tanpa beban, besarnya arus rotor sangat kecil dan hanya diperlukan untuk menghasilkan torsi yang cukup untuk mengatasi gesekan. Karenanya rugi – rugi I2R tanpa beban cukup kecil dan dapat diabaikan. Pada transformator rugi – rugi I2R primernya tanpa beban dapat diabaikan, akan tetapi rugi – rugi stator tanpa beban motor induksi besarnya cukup berarti karena arus magnetisasinya lebih besar. Besarnya rugi – rugi rotasional PR pada keadaan kerja normal adalah :

PROT = Pnl – 3 I2nl R1...(2.45) Dimana Pnl = daya input tiga phasa

Inl = arus tanpa beban tiap phasa ( A )

R1 = tahanan stator tiap phasa ( ohm )

Karena slip pada keadaaan tanpa beban sangat kecil, maka akan mengakibatkan tahanan rotor R2/s sangat besar. Sehingga cabang paralel rotor dan cabang magnetisasi menjadi jXM di shunt dengan suatu tahanan yang sangat besar,

(40)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

nl R

Z2 − 2

dan besarnya reaktansi cabang paralel karenanya sangat mendekati XM. Sehingga besar reaktansi yang tampak Xnl yang diukur pada terminal stator pada keadaan tanpa beban sangat mendekati X1 + XM, yang merupakan reaktansi sendiri dari stator, sehingga

Xnl = X1 + XM...(2.46)

Maka besarnya reaktansi diri stator, dapat ditentukan dari pambacaan alat ukur pada keadaan tanpa beban. Untuk mesin tiga phasa yang terhubung Y besarnya impedansi tanpa beban Znl/ phasa :

Znl =

nl nl

I 3 V

...(2.47)

Di mana Vnl merupakan tegangan line, pada pengujian tanpa beban.

Besarnya tahanan pada pengujian tanpa beban Rnl adalah :

Rnl =

nl 2 nl

I 3

...(2.48)

Pnl merupakan suplai daya tiga phasa pada keadaan tanpa beban, maka besar reaktansi tanpa beban

Xnl = ...(2.49)

sewaktu pengujian beban nol, maka rangkaian ekivalen motor induksi seperti gambar 2.19

(41)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

DC 1

I 2

R =

2.11.2 Pengujian tahanan stator ( DC test )

Untuk menentukan besarnya tahanan stator R1 dilakukan dengan test DC. Pada dasarnya tegangan DC diberikan pada belitan stator motor induksi. Karena arus yang disuplai adalah arus DC, maka tidak terdapat tegangan yang diinduksikan pada rangkaian rotor sehingga tidak ada arus yang mengalir pada rotor. Dalam keadaan demikian, reaktansi dari motor juga bernilai nol, oleh karena itu, yang membatasi arus pada motor hanya tahanan stator.

Untuk melakukan pengujian ini, arus pada belitan stator diatur pada nilai rated, yang mana hal ini bertujuan untuk memanaskan belitan stator pada temperatur yang sama selama operasi normal. Apabila tahanan stator dihubung Y, maka besar tahanan stator/ phasa adalah :

...( 2.50 ) Bila stator dihubung delta, maka besar tahanan stator,

DC DC 1

I 2

V 3

R = ...( 2.51 )

Dengan diketahuinya nilai dari R1, rugi – rugi tembaga stator pada beban nol dapat ditentukan, dan rugi – rugi rotasional dapat ditentukan sebagai selisih dari daya input pada beban nol dan rugi – rugi tembaga stator. Gambar 3.4 menunjukkan salah satu bentuk pengujian DC pada stator motor induksi yang terhubung Y.

(42)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Gambar 2.20 rangkaian pengukuran untuk test DC 2.11.3. Pengujian Rotor Tertahan ( Block Rotor Test )

Pengujian ini bertujuan untuk menentukan parameter – parameter motor induksi, dan biasa juga disebut dengan locked rotor test. Pada pengujian ini rotor dikunci/ ditahan sehingga tidak berputar.

Untuk melakukan pengujian ini, tegangan AC disuplai ke stator dan arus yang mengalir diatur mendekati beban penuh. Ketika arus telah menunjukkan nilai beban penuhnya, maka tegangan, arus, dan daya yang mengalir ke motor diukur. Rangkaian ekivalen untuk pengujian ini ada pada gambar 2.21

Gambar 2.21 rangkaian ekivalen motor induksi pada percobaan block rotor test

Saat pengujian ini berlangsung s = 1 dan tahanan rotor R2/s = R2. Karena nilai R2 dan X2 begitu kecil, maka arus input akan seluruhnya mengalir melalui tahanan dan reaktansi tersebut. Oleh karena itu, kondisi sirkit pada saat ini terlihat seperti kombinasi seri X1, R1, X2, dan R2. Sesudah tegangan dan frekuensi diatur, arus yang mengalir pada motor diatur dengan cepat, sehingga tidak timbul kenaikan temperatur pada rotor dengan cepat. Daya input yang diberikan kepada motor

θ = 3V I cos

Pin T L ...( 2.52 )

(43)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

IL = arus line pada saat pengujian berlangsung

L T BR

I 3 V

Z = ...( 2.53 )

ZBR = impedansi hubung singkat ZBR = RBR + jX’BR

= ZBR cos + j ZBR sin ...( 2.54 ) Tahanan block rotor :

RBR = R1 + R2...( 2.55 ) Sedangkan reaktansi block rotor X’BR = X1’ + X2’

X1’ + X2’ adalah reaktansi stator dan rotor pada frekuensi pengujian R2 = RBR – R1...( 2.56 )

Nilai dari R1 ditentukan dari test DC. Karena reaktansi berbanding langsung dengan frekuensi, maka reaktansi ekivalen total ( XBR ) pada saat frekuensi operasi normal

2 1 BR

BR xX' X X

test . f

rated . f

X = = + ...( 2.57 )

Untuk memisahkan harga X1 dan X2, maka dapat digunakan tabel 1

Tabel 1. distibusi reaktansi X1 dan X2 pada berbagai disain motor induksi

Disain kelas motor X1 X2

A 0,5 XBR 0,5 XBR

B 0,4 XBR 0,6 XBR

C 0,3 XBR 0,7 XBR

(44)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

BAB III

KARAKTERISTIK PERFORMANSI DAN TEGANGAN TIDAK SETIMBANG PADA MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

3.1 KARAKTERISTIK PERFORMANSI MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Karakteristik pengoperasian motor induksi dalam keadaan steady state secara grafis menujukkan variasi kecepatan, faktor daya, arus stator, dan effisiensi sebagai fungsi dari daya output, yang bervariasi dari beban nol hingga ke beban penuh. Karakteristik pengoperasian motor induksi tersebut ditunjukkan pada gambar 3.1

(45)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Gambar 3.1

Karakteristik operasi motor induksi

3.1.1 Kecepatan

Dalam keadaan tanpa beban, kecepatan rotor mendekati kecepatan sinkron, oleh karena itu slip beban nol bernilai sangat kecil. Hal ini menyebabkan torsi beban nol yang dihasilkan hanya cukup untuk mengatasi torsi yang dibutuhkan rugi – rugi gesek dan angin. Apabila torsi beban ditingkatkan, torsi elektromagnetik akan meningkat dengan seketika. Dalam keadaan ini kecepatan rotor harus turun karena torsi beban ditingkatkan.

3.1.2 Faktor Daya

Dalam keadaan tanpa beban, arus stator Ioterdiri dari komponen arus magnetisasi I dan komponen arus rugi – rugi beban nol. Arus magnetisasi I tertinggal dari tegangan stator 90o dan komponen rugi – rugi beban nol sephasa dengan V1. Karena

arus magnetisasi I merupakan komponen yang dominan membentuk Io, maka arus beban nol akan tertinggal dari tegangan stator dengan sudut o yang bernilai antara 80o – 85o. Sebagai akibatnya faktor daya stator pada beban nol sangat rendah, yang mungkin saja akan bernilai 0.1 – 0.3, dan akan bernilai lebih rendah lagi, jika ukuran motornya lebih besar lagi. Dalam keadaan berbeban, dua buah komponen di atas akan mendapat tambahan dari arus stator untuk mengimbangi mmf yang dibangkitkan arus rotor.

(46)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Karena motor dibebani maka arus rotor I2 akan terbentuk sedemikian untuk menyuplai torsi beban. Komponen arus beban I1’ jika dijumlahkan dengan Io, memberikan arus stator OA pada faktor daya cos 1. Dengan adanya penambahan beban pada motor, maka arus rotor meningkat dan komponen arus beban I1’ akan dijumlahkan dengan Io, yang akan memberikan harga arus stator OB pada faktor

daya cos 1. dari gambar diagram vektor tersebut dapat dilihat, bahwa faktor daya stator akan meningkat apabila beban pada motor meningkat. Faktor daya stator bernilai antara 0,85 hingga 0,88 yang diperoleh pada kondisi 80 hingga 90 persen dari output beban penuhnya.

Gambar 3.2

Perbaikan faktor daya dengan adanya pertambahan beban

3.1.3 Effisiensi

Sama halnya dengan mesin – mesin listrik yang lain, pada motor induksi rugi – rugi terdiri dari rugi – rugi tetap dan rugi – rugi variabel. Pada kondisi beban nol, daya

(47)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

outputnya sama dengan nol, sehingga effisiensinya bernilai nol. Apabila motor induksi berbeban ringan, maka rugi – rugi tetap akan lebih besar jika dibandingkan terhadap outputnya, sehingga effisiensinya rendah. Jika beban meningkat, maka effisiensinya juga akan meningkat dan akan menjadi maksimum sewaktu rugi – rugi variabel sama dengan rugi – rugi inti. Effisiensi maksimum terjadi saat 80 hingga 95 persen dari rated output. Jika beban ditingkatkan secara terus – menerus hingga melampaui effisiensi maksimumnya, rugi – rugi beban akan meningkat dengan sangat cepat daripada outputnya, sehingga effisiensinya menurun.

3.1.4 Arus Stator

arus beban nol stator bernilai antara 30 – 50 persen dari arus rated. Apabila beban bertambah maka arus akan meningkat.

3.2 TEGANGAN TIDAK SETIMBANG PADA MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

3.2.1 Umum

Dalam sistem tiga phasa yang setimbang, tegangan line – netral memiliki magnitud yang sama dan tiap – tiap sudut phasanya berbeda 120 derajat satu sama lain. Apabila terdapat tegangan tiga phasa yang magnitudnya tidak sama dan sudut fasanya mengalami pergeseran sehingga tidak berbeda 120 derajat satu sama lain, maka dikatakan sistem tersebut memiliki tegangan yang tidak setimbang.

(48)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Penyebab dari tegangan tidak setimbang termasuk impedansi saluran

transmisi dan saluran distribusi yang tidak sama, distribusi beban – beban satu phasa yang tidak merata dalam jumlah besar, dan lain – lain. Ketika beban tiga phasa setimbang dihubungkan dengan sistem suplai yang tidak setimbang, maka arus yang dialirkan ke beban juga menjadi tidak setimbang. Oleh karena itu sangat sulit / tidak mungkin untuk menyediakan suatu sistem suplai setimbang yang sempurna kepada konsumen, sehingga perlu dilakukan berbagai upaya untuk meminimalisasi ketidaksetimbangan tegangan untuk mereduksi pengaruhnya pada beban – beban konsumen.

i ii

Gambar 3.3

Diagram vektor untuk sistem tegangan setimbang (i) ; diagram vektor untuk sistem tegangan tidak setimbang (ii)

3.2.2 Defenisi Tegangan Tidak Setimbang

Metode yang biasa digunakan dalam menganalisa baik arus ataupun tegangan dalam keadaan tidak setimbang adalah dengan menggunakan komponen – komponen simetris yaitu suatu metode yang secara matematis memecahkan suatu sistem yang tidak setimbang menjadi tiga buah sistem yang setimbang. Sistem tersebut adalah

(49)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

urutan positif, urutan negatif dan urutan nol. Untuk sistem yang setimbang sempurna, maka sistem urutan negatif dan urutan nol tidak ada.

i ii iii

Gambar 3.4

Diagram vektor tegangan urutan positif (i) ; diagram vektor tegangan urut negatif (ii) ; Diagram vektor tegangan urut nol (iii)

Sistem urutan ini dapat dilukiskan secara fisika. Arah perputaran dari motor induksi tiga phasa ketika diaplikasikan dengan tegangan urutan negatif akan berlawanan arah dengan arah perputaran motor induksi sewaktu diaplikasikan dengan tegangan urutan positif. Sementara itu sistem urutan nol tidak akan menimbulkan perputaran pada motor induksi, karena tidak ada perbedaan phasa pada ketiga tegangannya,sehingga tidak akan dibangkitkan medan putar.

Oleh karena itu ada dua defenisi ketidaksetimbangan pada komponen - komponen simetris, yaitu ; faktor ketidaksetimbangan urutan negatif dan faktor ketidaksetimbangan urutan nol ( V1,V2,V0 adalah sytem urutan positif, urutan negatif, dan urutan nol ). Sistem arus urutan nol tidak dapat mengalir pada sistem tiga phasa, misalnya motor induksi, oleh karena itu faktor ketidaksetimbangan urutan nol itu sering diabaikan. Adapun ketidaksetimbangan tegangan urutan negatif menunjuk pada besarnya tegangan yang mencoba untuk memutar arah motor induksi tiga phasa pada arah yang berlawanan terhadap yang diberikan oleh tegangan urutan positif.

(50)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Adapun faktor ketidaksetimbangan urutan negatif menurut IEC 60034 – 26 adalah :

Dimana :

Dimana dan

Sedangkan menurut NEMA Standard MG1.1993 dan komunitas IEEE defenisi ketidaksetimbangan itu adalah :

V^LL = tegangan line – line yang tertinggi

harga rata – rata dari tegangan line

Sesuai dengan rumusan yang telah diberikan, dapat dilihat bahwa defenisi tegangan tidak setimbang yang diberikan NEMA menghindari pemakaian aljabar kompleks, sehingga kedua rumusan tersebut akan memberikan hasil yang berbeda.

Contoh jika tegangan tidak setimbang : :

Maka menurut persamaan 3.2 dan 3.3, maka besarnya Vab1 dan Vab2 adalah : dan

% _

_ ^

100

x V

V V unbalance voltage

ll ll LL−

= ...3.4 ...3.1

...3.2

(51)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Maka besarnya ketidaksetimbangan menurut IEC adalah :

Sedangkan menurut NEMA adalah :

Tegangan tidak setimbang dalam persentase yang kecil akan menghasilkan arus tidak seimbang dalam jumlah besar, yang mana hal ini akan menimbulkan kenaikan temperatur pada motor. Jika tegangan yang tidak setimbang menyuplai motor induksi, maka daya kuda nominal dari motor harus dikalikan dengan suatu faktor seperti yang ditunjukkan gambar 3.5

Gambar 3.5

Kurva penurunan rating motor induksi NEMA

Menurut kurva ini, motor induksi dirancang sedemikian rupa sehingga mampu menangani ketidaksetimbangan tegangan 1%, dan selanjutnya akan menurun terganntung pada tingkat ketidaksetimbangan. Operasi pada motor pada harga ketidaksetimbangan tegangan di atas 5% tidak diizinkan.

(52)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

3.3 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Phasa Dalam Keadaan Tegangan Tidak Setimbang.

Sewaktu motor induksi tiga phasa bekerja pada keadaan tegangan tidak setimbang , maka besarnya slip yang dibangkitkan tegangan urutan positif adalah :

Ns = kecepatan sinkron Nr = kecepatan rotor

Sementara itu besarnya slip yang dibangkitkan oleh tegangan urutan negatif :

Jika s2 dinyatakan dalam s1, maka besarnya s2 adalah :

Dari rumus di atas dapat dilihat bahwa dalam keadaan normal slip urutan positif s1 bernilai sangat kecil, sedangkan slip urutan negatif sangat besar. Impedansi motor induksi sangat tergantung pada slip, di mana pada saat slip yang tertinggi (misalnya pada saat start ataupun dalam keadaan rotor terblok) impedansinya kecil dan sebaliknya pada slip yang rendah akan memiliki impedansi yang besar.

Oleh karena itu secara pendekatan, ratio dari impedansi urutan positif terhadap urutan negatif diberikan oleh :

...3.5

...3.6

(53)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

...3.8

Karena arus urutan positif bernilai dan arus urutan negatif maka perbandingan I2 dan I1 dapat dinyatakan sebagai :

Jika dimisalkan motor dalam keadaan rotor terblok memberikan arus sebesar 6 kali arus nominal maka akan memberikan ketidakseimbangan pada arus saluran motor sebesar 30 % jika ketidakseimbangan tegangan 5 %.

Rangkaian ekivalen motor induksi tiga phasa dalam keadaan tidak setimbang : a. untuk urutan positif

Gambar 3.6

Rangkaian ekivalen urutan positif pada motor induksi

b. untuk urutan negatif

(54)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

p n p p s r I S r I Pg − − = 2 2 2 2 2 2 2         − − = p n p p s s I s I r n Te 2 2

3 22 ₂2

π

Gambar 3.7

Rangkaian ekivalen urutan negatif pada motor induksi

3.3 Torsi Dan Daya Pada Motor Induksi Tiga Phasa Pada Keadaan Tegangan Tidak Setimbang

Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa medan putar yang dihasilkan tegangan urutan positif dan tegangan urutan negatif berada dalam arah yang berlawanan, maka pengaruh dari tegangan urutan negatif akan mengurangi daya output dan torsi elektromagnetik Te.

Dari rangkaian ekivalen ,daya internal yang dibangkitkan per phasa adalah

Daya output per phasa :

Torsi yang dibangkitkan motor adalah: p p n p p p s s r I s s r I P − − − − = 2 1 1 2 2 2 2 2 2 ...3.10 ...3.11 ...3.12

(55)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

BAB IV

ANALISA PENGARUH TEGANGAN TIDAK SETIMBANG

TERHADAP TORSI DAN EFFISIENSI MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

4.1 UMUM

Untuk dapat melihat pengaruh tegangan tidak setimbang terhadap torsi dan effisiensi motor induksi tiga phasa, maka diperlukan suatu percobaan pembebanan pada motor induksi yang bekerja dalam keadaan normal dan juga dalam keadaan abnormal, sehingga diperoleh suatu perbandingan yang dapat menyatakan perbedaan di antara dua keadaan tersebut.

Pada percobaan ini, pengaruh ketidaksetimbangan tegangan akan dilihat pada motor induksi tiga phasa rotor belitan, di mana defenisi yang digunakan untuk menentukan ketidaksetimbangan tegangan adalah defenisi menurut NEMA Standard MG1.1993.

(56)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

1. Motor induksi tiga phasa Tipe : rotor belitan

Spesifikasi : - AEG Typ C AM 112MU 4RI - / Y 220/ 380 V ; 10,7 / 6,2 A - 2,2 Kw, cos 0,67

- 1410 rpm, 50 Hz - Kelas isolasi : B 2. Mesin DC

3. Ampermeter 4. Voltmeter 5. Tahanan geser

6. Power Suplai ( AC dan DC ) 7. Timbangan torsi

8. Tachometer

4.3 Percobaan Pembebanan Motor Induksi Dengan Tegangan Setimbang

(57)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Gambar 4.1 Rangkaian percobaan pembebanan motor induksi dengan tegangan setimbang

2. Prosedur percobaan

a. Motor induksi dikopel dengan motor DC, kemudian rangkaian

pengukuran disusun seperti gambar 4.1

b. Seluruh switch dalam keadaan terbuka dan pengatur tegangan dalam posisi minimum, sedangkan posisi tahanan R maksimum.

c. Switch S1 ditutup, pengatur PSAC1 dinaikkan sampai dengan

tegangan 330 Volt.

d. Switch S3 ditutup, pengatur PSDC2 dinaikkan hingga A3

menunjukkan arus penguat nominal.

e. Switch S2 ditutup. Kemudian tahanan R diturunkan secara bertahap. Penunjukan W, T, dan N dicatat untuk setiap tahapnya.

f. Percobaan selesai

3. Data hasil pengukuran

Tabel 5 data percobaan pembebanan motor induksi dengan tegangan setimbang

(58)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

4.4 Percobaan Pembebanan Motor Induksi Dengan Tegangan Tidak Setimbang

Rangkaian percobaan

Gambar 4.2 Rangkaian percobaan pembebanan motor induksi dengan tegangan tidak setimbang

1. Prosedur percobaan

a. Motor induksi dikopel dengan motor DC, kemudian rangkaian

(59)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

b. Seluruh switch berada dalam keadaan terbuka. Tahanan R2 dan posisi pengatur tegangan yang ada dalam keadaan minimum, sedangkan tahanan R1 berada dalam posisi maksimum.

c. Switch S1 ditutup, pengatur PSAC1 dinaikkan sampai tegangan tertentu

d. Switch S3 ditutup, pengatur PSDC2 dinaikkan hingga A5

menunjukkan arus penguat nominal

e. Tahanan R2 diatur, sehingga terdapat pembacaan tegangan yang berbeda pada alat ukur V1, V2, dan V3.

f. Switch S2 ditutup, sehingga generator DC menyuplai tahanan R1 pada posisi maksimum. Pada saat ini penunjukan tiap – tiap voltmeter, amperemeter dan wattmeter dicatat.

g. Tahanan R1 diturunkan secara perlahan hingga menunjukkan harga torsi yang mendekati sama dengan torsi yang diperoleh pada percobaan dengan tegangan setimbang. Untuk memperoleh harga torsi yang harganya mendekati sama dengan torsi yang diperoleh pada percobaan berbeban dengan tegangan setimbang, maka dapat dilakukan dengan penambahan arus medan pada generator DC, setelah penurunan tahanan R1 dilakukan. Dan tiap – tiap perubahan R1, besarnya penunjukan voltmeter, ampermeter, dicatat.

h. Percobaan selesai

(60)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

% , %

% 100 534

318 318 335

= −

= x

oltage unbalancev

volt

V 318

294 335 325

= + + = _

Tabel 6 Data percobaan pembebanan motor induksi dengan tegangan tidak setimbang

VRS = 325 V ; VST = 335 V ; VRT = 294 V

4.5 Analisa Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa

Dari harga VRS = 325 V ; VST = 335 V ; VRT = 294 V , maka besarnya tegangan

rata – rata

V adalah :

Dari persamaan 3.4, maka besar ketidaksetimbangan tegangan adalah :

Harga di atas menunjukkan suatu harga di mana motor induksi sudah tidak diizinkan lagi beroperasi.

Contoh perhitungan untuk memperoleh T (N.m) l (panjang lengan) = 0,5 m ; g = 10 m/s2

(61)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

T = (m . g .l) /1000 ; T = ( 200 . 10 . 0,5)/1000 = 1 N.m Contoh perhitungan untuk memperoleh n (rad/s) n = (2 /60) . N ; n = (2 /60) . 1375 = 143,92 rad/s Contoh perhitungan untuk Pout

Pout = T . n ; Pout = 1 . 143,92 = 143,92 Watt

Contoh perhitungan untuk (%)

= Pout / Pin = (143,92 / 550) . 100 % = 26,17 %

Kurva yang menggambarkan karakteristik torsi kecepatan motor induksi, apabila tegangan terminal motor tersebut setimbang adalah :

Gambar 4.3

Karakteristik torsi berbeban – kecepatan dengan tegangan setimbang

Apabila terminal motor menerima tegangan tidak setimbang, maka karakteristik torsi kecepatan motor induksi :

(62)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Gambar 4.4

Karakteristik torsi berbeban – kecepatan dengan tegangan tidak setimbang

Kurva karakteristik yang menunjukkan effisiensi motor induksi sebagai fungsi dari daya output Pout, jika tegangan terminalnya setimbang :

Gambar 4.5

Karakteristik Pout – effisiensi dengan tegangan setimbang

Sedangkan kurva karakteristik dari effisiensi sebagai fungsi dari daya output pada motor jika tegangannya tidak setimbang adalah :

(63)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Gambar 4.6

Karakteristik Pout – effisiensi dengan tegangan tidak setimbang

BAB V PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

1. Tegangan tidak setimbang pada motor induksi akan menurunkan kecepatan motor, tanpa mengurangi besar torsi berbebannya. Dari perbandingan ke dua karakteristik torsi kecepatan tersebut dapat dilihat bahwa pada saat motor berbeban ringan, tegangan tidak setimbang tidak akan memberikan pengaruh yang berarti terhadap putaran motor. Apabila beban terus bertambah, maka penurunan kecepatan putaran motor dalam keadaan tegangan tidak setimbang akan lebih besar daripada motor yang beroperasi dengan keadaan normal.

2. Tegangan tidak setimbang pada motor induksi akan menyebabkan penurunan keseluruhan effisisensi motor, baik effisiensinya saat saat berbeban ringan maupun effisiensi maksimumnya. Dari perbandingan kedua karakteristik tersebut

(64)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

dapat dilihat bahwa effisiensi maksimum motor induksi berkurang dari 83% menjadi 78%.

5.2 SARAN

1. Untuk analisis selanjutnya, pengaruh tegangan tidak setimbang ini dapat dilihat pada motor induksi yang sedang beroperasi pada torsi konstan.

2. Untuk penyempurnaan tugas akhir ini, sebaiknya dilakukan penelitian tegangan tidak setimbang terhadap kenaikan temperatur pada motor induksi.

DAFTAR PUSTAKA

1. V. K. Mehta, Rohit Mehta, Principal of Electrical Machines, S. Chand & Company Ltd, Ram Nagar, New Delhi, 2002.

2. Fitzgerald, A.E., Charles Kingsley, JR, Electric Machinery, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1971.

3. Lister, Eugene C. & Golding, Michael R., “Electric Circuits and Machines”, First Canadian Edition, Canada, McGraw-Hill Ryerson Limited, 1987.

4. Theraja, B.L. & Theraja, A.K., “A Text Book of Electrical Technology”, New Delhi, S.Chand and Company Ltd., 2001.

5. Chapman Stephen J, “Electric Machinery Fundamentals”,Third Edition Mc Graw Hill Companies, New York, 1999.

6. Wijaya Mochtar,”Dasar-dasar Mesin Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta , 2001.

(65)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

7. Bimbra,P.S,”Generalized Circuit Theory of Electrical Machines”, Khanna Publisher, India, 1975

8. Bimbra,P.S,”Electrical Machinery”, Khanna Publisher, India, 1979

9. Giridhar Kini P, Bansal RC, Aithal RS, “ Impact Of Voltage Unbalance On

The Performance Of Three – Phase Induction Motor “

10. Quispe Enrique , Gonzales Gabriel, Aguado Jair, “ Influence Of Unbalanced

And Waveform Voltage On Performance Characteristics Of Three Phase Induction Motors “

(1)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

% , %

% 100 534

318 318 335 = − = x oltage unbalancev volt V 318 3 294 335 325 = + + = _

Tabel 6 Data percobaan pembebanan motor induksi dengan tegangan tidak setimbang VRS = 325 V ; VST = 335 V ; VRT = 294 V

4.5 Analisa Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa

Dari harga VRS = 325 V ; VST = 335 V ; VRT = 294 V , maka besarnya tegangan

rata – rata

V adalah :

Dari persamaan 3.4, maka besar ketidaksetimbangan tegangan adalah :

Harga di atas menunjukkan suatu harga di mana motor induksi sudah tidak diizinkan lagi beroperasi.

Contoh perhitungan untuk memperoleh T (N.m) l (panjang lengan) = 0,5 m ; g = 10 m/s2

(2)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

T = (m . g .l) /1000 ; T = ( 200 . 10 . 0,5)/1000 = 1 N.m Contoh perhitungan untuk memperoleh n (rad/s)

n = (2 /60) . N ; n = (2 /60) . 1375 = 143,92 rad/s Contoh perhitungan untuk Pout

Pout = T . n ; Pout = 1 . 143,92 = 143,92 Watt Contoh perhitungan untuk (%)

= Pout / Pin = (143,92 / 550) . 100 % = 26,17 %

Kurva yang menggambarkan karakteristik torsi kecepatan motor induksi, apabila tegangan terminal motor tersebut setimbang adalah :

Gambar 4.3

Karakteristik torsi berbeban – kecepatan dengan tegangan setimbang

Apabila terminal motor menerima tegangan tidak setimbang, maka karakteristik torsi kecepatan motor induksi :

(3)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Gambar 4.4

Karakteristik torsi berbeban – kecepatan dengan tegangan tidak setimbang

Kurva karakteristik yang menunjukkan effisiensi motor induksi sebagai fungsi dari daya output Pout, jika tegangan terminalnya setimbang :

Gambar 4.5

Karakteristik Pout – effisiensi dengan tegangan setimbang

Sedangkan kurva karakteristik dari effisiensi sebagai fungsi dari daya output pada motor jika tegangannya tidak setimbang adalah :

(4)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

Gambar 4.6

Karakteristik Pout – effisiensi dengan tegangan tidak setimbang

BAB V PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

(5)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

dapat dilihat bahwa effisiensi maksimum motor induksi berkurang dari 83% menjadi 78%.

5.2 SARAN

1. Untuk analisis selanjutnya, pengaruh tegangan tidak setimbang ini dapat dilihat pada motor induksi yang sedang beroperasi pada torsi konstan.

2. Untuk penyempurnaan tugas akhir ini, sebaiknya dilakukan penelitian tegangan tidak setimbang terhadap kenaikan temperatur pada motor induksi.

DAFTAR PUSTAKA

1. V. K. Mehta, Rohit Mehta, Principal of Electrical Machines, S. Chand & Company Ltd, Ram Nagar, New Delhi, 2002.

2. Fitzgerald, A.E., Charles Kingsley, JR, Electric Machinery, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1971.

3. Lister, Eugene C. & Golding, Michael R., “Electric Circuits and Machines”, First Canadian Edition, Canada, McGraw-Hill Ryerson Limited, 1987.

4. Theraja, B.L. & Theraja, A.K., “A Text Book of Electrical Technology”, New Delhi, S.Chand and Company Ltd., 2001.

5. Chapman Stephen J, “Electric Machinery Fundamentals”,Third Edition Mc Graw Hill Companies, New York, 1999.

6. Wijaya Mochtar,”Dasar-dasar Mesin Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta , 2001.

(6)

Henry A. Siregar : Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa, 2008.

7. Bimbra,P.S,”Generalized Circuit Theory of Electrical Machines”, Khanna Publisher, India, 1975

8. Bimbra,P.S,”Electrical Machinery”, Khanna Publisher, India, 1979

9. Giridhar Kini P, Bansal RC, Aithal RS, “ Impact Of Voltage Unbalance On

The Performance Of Three – Phase Induction Motor “

10. Quispe Enrique , Gonzales Gabriel, Aguado Jair, “ Influence Of Unbalanced

And Waveform Voltage On Performance Characteristics Of Three Phase Induction Motors “

Pengaruh Tegangan Tidak Setimbang Terhadap Torsi Dan Effisiensi Motor Induksi Tiga Phasa

(

)

(

)

(

)

(

) (

)

(

) (

)

[

]

(

) (

)

[

]

(

)

(

)

(

)

π

Parts

Dokumen yang terkait

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

Pengaruh Perubahan Tegangan Terhadap Efisiensi Pada Motor Induksi Tiga Fasa

Pengaruh Beban Tidak Seimbang Terhadap Efisiensi Transformator Tiga Fasa Hubungan Open-Delta

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

Analisis Pengaruh Tegangan Tidak Seimbang Terhadap Temperatur Motor Induksi Tiga Phasa

Analisis Pengaruh Tegangan Tidak Seimbang Terhadap Temperatur Motor Induksi Tiga Phasa

Analisis Pengaruh Tegangan Tidak Seimbang Terhadap Temperatur Motor Induksi Tiga Phasa

Analisis Pengaruh Tegangan Tidak Seimbang Terhadap Temperatur Motor Induksi Tiga Phasa

Analisis Pengaruh Tegangan Tidak Seimbang Terhadap Temperatur Motor Induksi Tiga Phasa

Analisis Pengaruh Tegangan Tidak Seimbang Terhadap Temperatur Motor Induksi Tiga Phasa

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan