JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
1
Deteksi Kerusakan Rotor Pada Motor Induksi Menggunakan Analisis Frekuensi Resolusi Tinggi Veggi Jonar, Dimas Anton Asfani, dan Teguh Yuwono Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] [email protected]
Abstrak— Motor Induksi merupakan motor listrik yang paling banyak digunakan dalam dunia industri. Kehandalan, keamanan dan efisiensi adalah hal yang sangat diperhatikan dalam aplikasi modern motor induksi. Kerusakan bars rotor bisa menjadi masalah yang serius dimana akan terjadi gesekan antara gulungan stator dengan rotor saat kecepatan tinggi. Dari beberapa alasan tersebut maka diperlukan diagnosis dan deteksi gangguan supaya kehandalan operasi motor induksi tetap terjaga. Pada tugas akhir ini, akan dibahas deteksi kerusakan rotor pada motor induksi tiga fasa sangkar tupai menggunakan analisis frekuensi resolusi tinggi yang terdiri dari Fast Fourier Transform (FFT) untuk mendapatkan informasi spektrum frekuensi yang lebih detail pada frekuensi band yang di inginkan. Pendeteksian kerusakan bars rotor di modelkan dengan persamaan matematika yang di simulasikan dengan matlab/simulink. Analisis frekuensi resolusi tinggi di implementasikan pada data arus stator dari hasil simulasi. Dengan menggunakan analisis frekuensi resolusi tinggi, maka frekuensi sideband/lain di sekitar frekuensi fundamental dapat terlihat apabila terjadi kerusakan pada bars rotor. Kata Kunci— Motor Induksi, pemodelan motor induksi, Fast Fourier Transform (FFT)
I. PENDAHULUAN
M
OTOR induksi merupakan motor listrik yang sangat
dominan digunakan pada dunia industri. Konsumsi industri dalam pemakaian motor induksi mencapai 40-50%. Pada umumnya motor induksi kuat dan handal. Tetapi, lingkungan kerja, instalasi dan faktor produksi bisa menyebabkan kerusakan internal seperti kerusakan pada bars rotor dan kumparan stator. Kerusakan tersebut tidak hanya menurunkan efisiensi kerja dari mesin, melainkan bisa menimbulkan potensi bahaya untuk produksi yang berkelanjutan dan keamanan. Beberapa tahun yang lalu terdapat peningkatan ketertarikan untuk mendiagnosis dan mendeteksi gangguan yang terjadi pada motor induksi dengan topik mendeteksi kerusakan bars rotor dan hubung singkat pada gulungan stator [1-4]. Pada Tugas Akir ini, akan dibahas tentang deteksi kerusakan rotor pada motor induksi tiga fasa sangkar tupai menggunakan teknik resolusi frekuensi tinggi. Dari hasil riset beberapa tahun terakhir menunjukan bahwa, kerusakan pada bars rotor bisa menjadi masalah yang serius dari motor induksi. Meskipun kerusakan bars rotor tidak menjadi gangguan awal, tapi bisa menjadi efek kedua yang serius.
Gangguan bisa menyebabkan kerusakan pada bagian gulungan stator akibat dari gesekan rotor saat kecepatan tinggi. Hal ini bisa menyebabkan kerusakan yang serius. Oleh karena itu dibutuhkan deteksi kerusakan pada bars rotor. Kerusakan bars rotor pada motor induksi bisa dideteksi dengan adanya frekuensi sideband/lain pada spektrum arus stator. Pada Tugas Akhir ini, metode yang digunakan adalah teknik frekuensi resolusi tinggi dengan menggunakan Fast Fourier transform (FFT). II. ANALISIS FREKUENSI RESOLUSI TINGGI DAN FAST FOURIER TRANSFROM (FFT) Pada tugas akhir ini analisis frekuensi tinggi digunakan untuk mengidentifikasi adanya gangguan kerusakan pada rotor. FFT digunakan untuk untuk mendapatkan informasi spektrum frekuensi yang lebih detail pada frekuensi band yang di inginkan. Sedangkan frekuensi resolusi tinggi dari fast fourier transform (FFT) berhubungan dengan total panjang rentang waktu untuk memperhatikan banyaknya sample. Mengenai analisis spektrum resolusi frekuensi f diidentifikasi atau didapatkan antara adanya dua frekuensi dalam spektrum arus. Hubungan antara frekuensi resolusi f, waktu sampling Ts, frekuensi sampling fs dan jumlah banyak sampling N didapatkan sebagai berikut: ∆𝑓 =
𝑓𝑠 𝑁
=
1
(1)
𝑁𝑇𝑠
III. PEMODELAN MOTOR INDUKSI DENGAN KERUSAKAN BARS ROTOR
Pemodelan normal dari motor induksi dapat di turunkan melalui persamaan matematika, selain itu pemodelan dengan kerusakan bars motor juga bisa didapatkan melalui persamaan matematika yang nantinya akan disimulasikan dengan matlab/simulink.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
A. Pemodelan Motor Induksi[5] Model dari motor induksi pada kondisi seimbang bisa di modelkan dengan menggunakan persamaan tegangan abc refence frame yang ditunjukkan oleh gambar 1:
2
𝐓𝑞𝑑 0
𝐓𝑞𝑑 0
=
𝜃
−1 𝜃
2 3
cos 𝜃
cos 𝜃 −
sin 𝜃
sin 𝜃 −
1
1
2
2
cos 𝜃 2𝜋 cos 𝜃− = 3 2𝜋 cos 𝜃 + 3
2𝜋 3 2𝜋
cos 𝜃 + sin 𝜃 +
3
2𝜋 3 2𝜋
1
(6)
3
2
sin 𝜃 2𝜋 sin 𝜃 −
1 1
sin 𝜃 +
1
3 2𝜋 3
(7)
Persamaan (2) dan (3) ditransformasikan ke qd0 reference frame, menjadi 𝑞𝑑 0
𝐕𝑠
𝑞𝑑 0
𝐕𝑟
𝑞𝑑 0
𝑞𝑑 0 𝑞𝑑 0 𝐢𝑠
+ 𝐄𝑠
𝑞𝑑 0 𝑞𝑑 0 𝐢𝑟
+ 𝐄𝑟
= 𝐫𝑠
= 𝐫𝑟
𝑞𝑑 0
𝑞𝑑 0
+
d 𝜆𝑠
+
d 𝜆𝑟
(8)
d𝑡 𝑞𝑑 0
(9)
d𝑡
dimana 0 1 = −1 0 0 0
0 𝑞𝑑 0 0 𝜆𝑠 0
𝐄𝑟
= 𝜔 − 𝜔𝑟
0 −1 0
=
𝑑𝜃
𝑞𝑑 0
𝐄𝑠 Gambar. 1. Sirkuit ideal motor induksi tiga fasa.
𝑞𝑑 0
Gambar 1 menjelakan s: stator, r: rotor, abc: fasa dari stator dan rotor, 𝜔𝑟 : kecepatan putar rotor, 𝜃𝑟 : sudut rotor. Dari gambar 1 didapatkan persamaan diferensial orde pertama sebagai berikut: 𝐕𝑠𝑎𝑏𝑐
=
𝐫𝑠 𝐢𝑎𝑏𝑐 𝑠
d 𝜆 𝑎𝑏𝑐 𝑠
+
(2)
d𝑡
𝐕𝑟𝑎𝑏𝑐 = 𝐫𝑟 𝐢𝑎𝑏𝑐 + 𝑟
d 𝜆 𝑎𝑏𝑐 𝑟 d𝑡
(3)
𝑎𝑏𝑐 𝑎𝑏𝑐 𝜆𝑎𝑏𝑐 = 𝐋𝑎𝑏𝑐 + 𝐋𝑎𝑏𝑐 𝑠 𝑠𝑠 𝐢𝑠 𝑠𝑟 𝐢𝑟
(4)
𝜆𝑎𝑏𝑐 𝑟
(5)
=
𝐋𝑎𝑏𝑐 𝑟𝑟
𝐢𝑎𝑏𝑐 𝑟
+
𝐋𝑎𝑏𝑐 𝑟𝑠
𝐢𝑎𝑏𝑐 𝑠
𝑎𝑏𝑐 dimana 𝐕𝑠𝑎𝑏𝑐 , 𝐢𝑎𝑏𝑐 adalah vektor kolom tegangan, 𝑠 , 𝜆𝑠 arus, dan hubungan fluks antara fasa stator. Sedangkan 𝐕𝑟𝑎𝑏𝑐 , 𝑎𝑏𝑐 adalah vektor kolom tegangan, arus dan hubungan 𝐢𝑎𝑏𝑐 𝑟 , 𝜆𝑟 fluks antara fasa rotor. 𝐫𝑠 , dan 𝐫𝑟 adalah resistansi stator dan 𝑎𝑏𝑐 rotor. 𝐋𝑎𝑏𝑐 𝑠𝑠 , 𝐋𝑟𝑟 adalah induktansi matrik dari gulungan 𝑎𝑏𝑐 stator dan rotor sendiri. 𝐋𝑎𝑏𝑐 𝑠𝑟 , 𝐋𝑟𝑠 adalah induktansi mutual matrik dari stator-to-rotor dan rotor-to-stator. Fungsi dari 𝜃𝑟 adalah sebagai penggabungan antara persamaan tegangan stator dan rotor melalui induktansi mutual. Maka penggabungan tersebut berubah-ubah terhadap posisi rotor dan waktu. Dengan mentransformasikan persamaan dari abc reference frame ke arbitary rotating qd0 reference frame, semua variabel motor berada pada koordinat yang sama. Tujuan dari transformasi ini adalah untuk memfasilitasi perhitungan saat motor dalam kondisi transient. Jika 𝜃 adalah sudut antara q-axis dan a-axis dari dua reference frame, maka variabel matrik yang di transformasikan dari abc ke qd0 reference frame dapat didefenisikan sebagai berikut:
𝑑𝑡
; 𝜔𝑟 =
1 0 𝑞𝑑 0 0 0 𝜆𝑟 0 0
d 𝜃𝑟 d𝑡
Untuk resistansi dan hubungan fluks yang ditransformasikan ke qd0 reference frame sebagai berikut: 1 𝑞𝑑 0 𝐫𝑠,𝑟 = 𝑟𝑠,𝑟 0 0
0 0 1 0 0 1
(10)
𝑞𝑑 0
𝜆𝑠
𝑞𝑑 0 = 𝜆𝑟 𝐿𝑙𝑠 + 𝐿𝑚 0 0 𝐿𝑚 0 0
0 𝐿𝑙𝑠 + 𝐿𝑚 0 0 𝐿𝑚 0
0 0 𝐿𝑙𝑠 0 0 0
𝐿𝑚 0 0 𝐿𝑙𝑟 + 𝐿𝑚 0 0
0 𝐿𝑚 0 0 𝐿𝑙𝑟 + 𝐿𝑚 0
0 0 0 0 0 𝐿𝑙𝑟
𝑞𝑑 0
×
𝐢𝑠
𝑞𝑑 0
𝐢𝑟
(11)
dimana 𝐿𝑙𝑠 dan 𝐿𝑙𝑟 adalah induktansi bocor pada stator dan rotor. 𝐿𝑚 adalah induktansi magnetisasi pada stator. Sedangkan untuk torsi persamaanya adalah sebagai berikut: 𝑇𝑒𝑚 =
3𝑝 22
𝜆𝑑𝑠 𝑖𝑞𝑠 − 𝜆𝑞𝑠 𝑖𝑑𝑠
(12)
dan persamaan kecepatan rotor adalah: d 𝜔𝑟 𝜔𝑏 d𝑡
=
1 2𝐻
𝑇𝑒𝑚 + 𝑇𝑙𝑜𝑎𝑑 + 𝑇𝑑𝑎𝑚𝑝
dimana 𝜔𝑏 adalah nilai dasar sudut frekuensi, yang dikalkulasikan menjadi 𝜔𝑏 = 2𝜋𝑓 , 𝑓 adalah frekuensi suplai. p adalah jumlah kutub. 𝑇𝑙𝑜𝑎𝑑 adalah torsi mekanik beban, 𝑇𝑑𝑎𝑚𝑝 adalah torsi damping yang berlawanan dengan arah perputaran rotor, dan H adalah inersia konstan.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
B. Pemodelan Kerusakan Bars Rotor[6] Motor induksi dengan kerusakan bars rotor dimodelkan dengan ketidaksimetrisan dari induktansi dan resistansi didalam fasa motor, yang mana menghasilkan ketidaksimetrisan medan elektromagnetik di dalam air gap antara stator dan rotor. Akibatnya, hal ini akan menginduksikan frekuensi harmonisa pada arus stator. Akibat dari kerusakan rotor bars bisa dimodelkan dengan ketidakseimbangan resistansi rotor, perubahan induktansi di abaikan karena pengaruhnya tidak signifikan dibandingkan dengan perubahan resistansi [7,8]. Untuk rotor sangkar tupai kontibusi end-ring dapat juga diabaikan [7,9]. Resistansi dan induktansi stator tetap tidak dirubah. Resistansi rotor (persamaan 10) dimodifikasi dengan abc reference frame sebagai berikut: 𝑟𝑟 + ∆𝑟𝑟𝑎 0 0
𝐫𝑟∗ =
0 𝑟𝑟 + ∆𝑟𝑟𝑏 0
0 0 𝑟𝑟 + ∆𝑟𝑟𝑐
(13)
2𝑁𝑠 2 𝑁𝑏 3
𝑟𝑏
(14)
dimana 𝑟𝑏 merupakan resistansi bar rotor, 𝑁𝑏 dan 𝑁𝑠 adalah jumlah total bar rotor dan ekuivalen putaran gulungan stator. Bilamana ada kerusakan bar rotor (𝑁𝑏𝑏 ), nilai ∆𝑟 𝑟𝑎 ,𝑏,𝑐 diperoleh sebagai berikut: 2𝑁𝑠 2 2𝑁𝑠 2 𝑟𝑏 − 𝑟 ∆𝑟𝑟𝑎 ,𝑏,𝑐 = 𝑟𝑟∗ − 𝑟𝑟 = 𝑁𝑏 3 𝑏 𝑁𝑏 3 − 𝑛𝑏𝑏 =
3𝑛 𝑏𝑏 𝑟 𝑁 𝑏 −3𝑛 𝑏𝑏 𝑟
𝑟𝑟22 =
1
1
∆𝑟𝑟𝑎 + ∆𝑟𝑟𝑏 + ∆𝑟𝑟𝑐 − 2∆𝑟𝑟𝑎 − ∆𝑟𝑟𝑏 − ∆𝑟𝑟𝑐 cos 2𝜃𝑟 + 6 36∆𝑟𝑟𝑏−∆𝑟𝑟𝑐sin2𝜃𝑟
𝑟𝑟23 𝑟𝑟31 𝑟𝑟32 𝑟𝑟33
3
1
= − 2∆𝑟𝑟𝑎 − ∆𝑟𝑟𝑏 − ∆𝑟𝑟𝑐 sin 𝜃𝑟 − 3 = 12 𝑟𝑟13 = 12 𝑟𝑟23 = 13 ∆𝑟𝑟𝑎 + ∆𝑟𝑟𝑏 + ∆𝑟𝑟𝑐
3 3
∆𝑟𝑟𝑎 − ∆𝑟𝑟𝑐 cos 𝜃𝑟
IV. HASIL DAN ANALISIS Setelah mendapatkan semua persamaan untuk parameter motor, maka persamaan tersebut akan di masukkan ke dalam matlab/simulink. Bentuk dari diagram keseluruhan pada simulink ditunjukkan pada gambar 3. Adapun parameter motor yang digunakan pada simulasi ini adalah sebagai berikut: Tabel 1. Data motor yang digunakan untuk simulasi Parameter Motor
dimana ∆𝑟𝑟𝑎 , ∆𝑟𝑟𝑏 , dan ∆𝑟𝑟𝑐 merupakan perubahan resistansi rotor pada fasa a, b, dan c, masing-masing karena kerusakan bar. Perubahan resistansi diperoleh berdasarkan asumsi dari kerusakan banyak bar yang berdekatan, tidak pada resistansi end-ring maupun arus magnetisasi yang diperhitungkan sebagai acuan. Pendekatan resistansi fasa rotor dari motor induksi normal dapat diperoleh sebagai berikut [7]: 𝑟𝑟 ≈
3
(15)
Daya rating Jumlah kutub Tegangan line to line Arus rating Frekuensi Power factor Inersia rotor (J) Induktansi rotor Resistansi rotor Resistansi stator Slot rotor
750 Watt 4 200 Volt 2.7 Ampere 60 Hz 0.8 0.1kg/m2 6.94 mH 1.99 ohm 3.35 ohm 28
Simulasi dijalankan pada software matlab/simulink yang nantinya akan didapatkan arus stator, kecepatan rotor, torsi output. Simulasi terdiri dari motor saat keadaan normal maupun motor saat mengalami kerusakan bars rotor. Hasil dari simulasi akan di variasikan dalam kondisi tanpa beban maupun berbeban. Selanjutnya data dari simulasi akan dianalisa menggunakan metode frekuensi resolusi tinggi dengan menggunakan FFT.
Untuk mensimulasikan kerusakan bars rotor, matrik resistansi rotor pada persamaan (3) diganti dengan modifikasi resistansi rotor 𝐫𝑟∗ . Maka persamaan (3) ditransformasikan ke qd0 reference frame. Dengan menggunakan stationery referency frame perubahan resistansi rotor pada persamaan (13) bisa di tata ulang menurut qd0 reference frame seperti berikut [9]: ∗𝑞𝑑 0
∆𝐫𝑟
𝑟𝑟11 = 𝑟𝑟21 𝑟𝑟31
𝑟𝑟12 𝑟𝑟22 𝑟𝑟32
𝑟𝑟13 𝑟𝑟23 𝑟𝑟33
dimana elemen-elemen matrik di atas sebagai berikut: 𝑟𝑟11 =
1
1
∆𝑟𝑟𝑎 + ∆𝑟𝑟𝑏 + ∆𝑟𝑟𝑐 + 2∆𝑟𝑟𝑎 − ∆𝑟𝑟𝑏 − ∆𝑟𝑟𝑐 cos 2𝜃𝑟 + 6 36∆𝑟𝑟𝑏−∆𝑟𝑟𝑐sin2𝜃𝑟 3
𝑟𝑟12 = − 1
1 6
2∆𝑟𝑟𝑎 − ∆𝑟𝑟𝑏 − ∆𝑟𝑟𝑐 sin 2𝜃𝑟 +
𝑟𝑟13 = 2∆𝑟𝑟𝑎 − ∆𝑟𝑟𝑏 − ∆𝑟𝑟𝑐 cos 𝜃𝑟 − 3 𝑟𝑟21 = 𝑟𝑟12
3 3
3 6
∆𝑟𝑟𝑏 − ∆𝑟𝑟𝑐 cos 2𝜃𝑟
∆𝑟𝑟𝑏 − ∆𝑟𝑟𝑐 sin 𝜃𝑟
Gambar. 2. Diagram alir pendeteksian kerusakan bars rotor.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
4
Gambar. 3. Diagram keseluruhan simulasi.
Simulasi dijalankan pada software matlab/simulink yang nantinya akan didapatkan arus stator, kecepatan rotor, torsi output. Gambar 4 menunjukan kurva torsi output yang dihasilkan oleh simulasi. Gambar 5 menunjukan kurva kecepatan rotor. Arus stator dari simulasi hanya ditampilkan salah satu fasa saja yaitu fasa a, yang ditunjukan oleh gambar 6. pada tugas akhir ini sinyal yang di analisa pada arus stator hanya pada saat motor dalam keadaan steady state. Gambar. 6. Hasil simulasi sinyal arus stator.
Gambar. 4. Hasil simulasi sinyal torsi motor keadaan normal.
Motor induksi merupakan sebuah sistem yang sangat simetris. Ketika motor induksi beroperasi saat supply tiga fasa seimbang, perputaran medan elektromagnetik terjadi secara berkala dan simetris saat kecepatan sinkron. Saat kondisi ideal, arus, tegangan, dan fluks magnet terdistribusi simetris. Saat ada gangguan kondisi yang simetris tadi akan terganggu. Susunan fisik rotor dapat dianomalikan dengan megubahnya menjadi induktansi dan resistansi rotor, kemudian gangguan elektrik dan medan magnet dapat menghasilkan adanya modulasi yang terbawa pada arus stator karena kerusakan bars rotor. Kerusakan dilihat dari arus stator yang menghadirkan frekuensi lain 2𝑠𝑓 disekitar frekuensi supply. Frekuensi lain tersebut membentuk 2 frekuensi sideband, dapat di tuliskan sebagai berikut: 𝑓𝑏𝑟𝑏 = 1 ± 2𝑠 𝑓
(16)
dimana s: slip dan f: frekuensi dasar/sumber [10].
Gambar. 5. Hasil simulasi sinyal kecepatan motor keadaan normal.
Jika kerusakan bars rotor semakin berat, komponen frekuensi sideband yang tinggi akan muncul. Akibatnya arus stator akan termodulasi. Slip 𝑠 pada motor bergantung
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
5
pada kecepatan rotor, dengan demikian akan terjadi perpindahan frekuensi sideband saat terjadi kerusakan bars rotor selama perubahan kecepatan rotor.
Gambar. 9. Spektrum FFT arus stator saat kerusakan tiga bars rotor dengan beban 40%. Gambar. 7. Spektrum FFT arus stator saat kondisi motor normal.
Gambar 7 menunjukkan spektrum FFT ssat keadaan normal, dimana frekuensi sumber motor sebesar 60 Hz, belum ada terjadi penambahan frekuensi lain di sekitar frekuensi sumber.
Gambar. 10. Spektrum FFT arus stator saat kerusakan lima bars rotor dengan beban 100%.
Gambar 10 menunjukkan kondisi arus stator pada saat ada beban dengan mengalami kerusakan lima bars rotor. Dari persamaan (16), frekuensi sideband di sekitar frekuensi fundamental 𝑓𝑠 1 ± 2𝑠 dan slip 0.065 maka jarak frekuensi fundamental sekitar 60 1 ± 2 × 0.065 , maka batas frekuensi lain yang terjadi adalah sekitar 52.2 Hz dan 67.8 Hz. Frekeunsi resolusi pada gambar 9 adalah sebesar 1 × 10−7 Hz. Untuk perbandingan nilai perhitungan dan simulasi dengan variasi kerusakan dan beban lainnya, di tunjukkan pada tabel di bawah ini sebagai berikut:
Gambar. 8. Spektrum FFT arus stator saat kerusakan dua bars rotor dengan beban 80%.
Gambar 8 menunjukkan spektrum FFT saat keadaan kerusakan dua bars rotor, dimana terlihat adanya frekuensi sideband di sekitar frekuensi sumber. Dari persamaan (16), frekuensi sideband di sekitar frekuensi fundamental 𝑓𝑠 1 ± 2𝑠 dan slip 0.0335 maka jarak frekuensi fundamental sekitar 60 1 ± 2 × 0.0335 , maka batas frekuensi lain yang terjadi adalah sekitar 55.98 Hz dan 64.02 Hz. Pada gambar 8 banyak data yang di ambil untuk frekuensi resolusi tinggi adalah 500000 data, Frekuensi sampling sebesar 50000 Hz, waktu sampling 20s. Dari persamaan (1) maka di dapatkan frekuensi resolusi sebesar 1 × 10−7 Hz. Gambar 9 menunjukkan kondisi arus stator pada saat ada beban dengan mengalami kerusakan tiga bars rotor. Dari persamaan rumus (16), frekuensi sideband di sekitar frekuensi fundamental 𝑓𝑠 1 ± 2𝑠 dan slip 0.0724 maka jarak frekuensi fundamental sekitar 60 1 ± 2 × 0.0724 , maka batas frekuensi lain yang terjadi adalah sekitar 51.312 Hz dan 68.688 Hz. Frekeunsi resolusi pada gambar 9 adalah sebesar 1 × 10−7 Hz.
Tabel 2. Hasil simulasi dan perhitungan dengan beban 100%
Jumlah broken bars
Slip (%)
0 1 2 3 4 5
3.29 4.17 4.69 5.92 6.40 7.10
Nilai Perhitungan
Fast Fourier Transform (FFT)
(1 - 2s) f
(1 + 2s) f
(1 - 2s) f
(dB)*
(1 + 2s) f
(dB)*
56.052 54.996 54.372 52.896 52.320 51.480
63.948 65.004 65.628 67.104 67.680 68.520
56.05** 56.17 54.65 53.31 53.64 51.45
0.0159** 0.1678 0.1828 0.3081 0.6105 0.6810
63.94** 63.80 65.33 66.66 66.38 68.57
0.0230** 0.1290 0.1516 0.3470 0.5354 0.6830
* Amplitude ** Tidak terdeteksi
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6
6
Tabel 3. Hasil simulasi dan perhitungan dengan beban 60%
Jumlah broken bars
Slip (%)
0 1 2 3 4 5
Nilai Perhitungan
VI. DAFTAR PUSTAKA [1]
Thomson WT, Rankin D. Case histories of rotor winding fault diagnosis in induction motor. Proceedings of the 2nd International Conference on Condition Monitoring, University of Swansea 1987; 798-819.
[2]
Manolas SJ. Analysis of squirrel cage induction motor with broken bars and rings. IEEE Transactions on Energy Conversion 1999; 14; 13001305. DOI: 10.1109/60.815063. Chen S, Zivanovic R. A novel high-resolution technique for induction machine broken bar detection. AUPEC’07, Perth, Australia, 9-12 December 2007; 1-5. DOI: 10.11099/AUPEC.2007.4548040. Bangura JF, Demerdash NA. Diagnosis and characterization of effects of broken bars and connectors in squirrel-cage induction motor by a time-stepping coupled finite element-state space modelling approach. IEEE Transactions on Energy Conversion 1999; 14:1167-1176. DOI: 10.1109/60.815043. C.M. Ong, Dynamic Simulation of Electric Machinery, Prentice Hall PTR, 1998, ISBN 013723785-5. Chen, S. and Zivanovic, R. (2009). Modelling and simulation of stator and rotor fault conditions in induction machines for testing fault diagnostic techniques. European Transaction On Electrical Power, 20:611-629. A. Bellini, F. Filippetti, G. Franceschini, C. Tassoni, and G. B. Kliman, “Quantitative evaluation of induction motor broken bars by means of electrical signature analysis,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 37, no. 5, pp. 1248–1254, Sep./Oct. 2001 Santos PM, Correa MBR, Jacobina CB, et al. A Simplified induction machine model to study rotor broken bar effect and for detection. PESC’06, 37th IEEE, 18-22 june1006; 1-7. DOI: 10.1109/PESC.2006.1712154 Filippetti, Martelli M, Franceschini G. De3velopment of expert system knowledge base to on-line diagnosis of rotor electrical faults of induction motor. Recording of conference. IEEE IAS Annual Meeting Houston, TX, 1992; 92-99. DOI: 10.1109/IAS. 1992.244459 G. B. Kliman, R. A. Koegl, J. Stein, and R. D. Endicott, “Noninvasive detection of broken rotor bars in operating induction motors,” IEEE Trans. Energi Conversion, vol. 3, pp. 873-879, Dec. 1988. Benbouzid MEH. A review of induction motors signature analysis as a medium for faults detection. IEEE Transactions on Industrial Electronic 2000;47:984-993. DOI: 10.1109/41.873206 Thomson WT, Fenger M. Current signature analysis to detect induction motor fault. Industry Application Magazine, IEEE 2001; 7:26-34. DOI: 10.1109/2943.930988. A. Bellini, G. Franceschini, and C. Tassoni, “Monitoring of induction machines by maximum covariance method for frequency tracking,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 42, no. 1, pp. 69– 78, Jan./Feb. 2006. S. H. Kia, A. M. Mabwe, H. Henao, and G.-A. Capolino, “Wavelet based instantaneous power analysis for induction machine fault diagnosis,” in Proc. 32nd Annu. Conf. IEEE Ind. Electron., IECON, Paris, France, Nov. 2006, pp. 1229–1234.
Fast Fourier Transform (FFT)
(1 - 2s) f
(1 + 2s) f
(1 - 2s) f
(dB)*
(1 + 2s) f
(dB)*
3.08
56.310
63.690
56.31**
0.0179**
63.69**
0.0155**
3.35 3.72 4.50 5.70 6.60
55.977 55.537 54.597 53.160 52.080
64.022 64.463 65.402 66.840 67.920
55.97** 50.45 50.02 50.02 48.02
0.0132** 0.1246 0.3926 0.7874 1.0340
64.02** 69.57 70.00 70.00 72.00
0.0135** 0.1036 0.3404 0.6512 0.9330
[3]
[4] Tabel 4. Hasil simulasi dan perhitungan dengan beban 20%
Jumlah broken bars
Slip (%)
0 1 2 3 4 5
1.19 2.27 3.26 4.01 4.81 5.21
Nilai Perhitungan
Fast Fourier Transform (FFT) [5]
(1 - 2s) f
(1 + 2s) f
(1 - 2s) f
(dB)*
(1 + 2s) f
(dB)*
58.572 58.476 57.288 55.188 54.228 53.748
61.428 61.524 62.712 64.812 65.772 66.252
58.57** 58.47** 40.01** 52.55 49.97 45.01
0.0326** 0.0296** 0.1769** 0.1397 0.2807 1.5510
61.42** 61.52** 80.01** 67.52 70.00 75.01
0.0292** 0.0291** 0.1925** 0.1365 0.2076 1.2250
Slip (%)
0 1 2 3 4 5
0 0 0 1.97 2.33 3.57
Nilai Perhitungan
[7]
[8]
Tabel 5. Hasil simulasi dan perhitungan dengan beban tanpa beban
Jumlah broken bars
[6]
Fast Fourier Transform (FFT) [9]
(1 - 2s) f
(1 + 2s) f
(1 - 2s) f
(dB)*
(1 + 2s) f
(dB)*
60 60 60 57.636 57.204 55.716
60 60 60 62.364 62.796 64.284
60** 60** 60** 40.01 45.01 40.01
0.1161** 0.1165** 0.1170** 0.4501 0.9669 2.538
60** 60** 60** 80.01 75.01 80.01
0.0535** 0.0609** 0.0610** 0.5346 0.9477 1.636
[10]
[11]
V. KESIMPULAN DAN RINGKASAN Berdasarkan hasil yang telah telah didapatkan dari pendeteksian kerusakan bars rotor dengan teknik analisis frekuensi resolusi tinggi menggunakan Fast Fourier Transform dapat disimpulkan bahwa, simulasi yang dirancang mampu mendeteksi kerusakan bars rotor dengan munculnya frekuensi sideband di sekitar frekuensi fundamental. Kerusakan bars rotor yang semakin berat, apabila dibebani dengan pembebanan penuh maka frekuensi sideband yang muncul akan semakin banyak di sekitar frekuensi fundamental. Kegagalan pembacaan yang terjadi pada simulasi seperti „fail‟ pada tabel, dikarenakan kerusakan bars yang masih sedikit serta pembebanan yang masih rendah.
[12]
[13]
[14]
