PERBANDINGAN KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI BELITAN GELUNG DENGAN BELITAN SPIRAL

Jurnal Ilmiah Foristek Vol.1, No. 1, Maret 2011

PERBANDINGAN KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI BELITAN GELUNG DENGAN BELITAN SPIRAL Muhammad Sarjan Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Tadulako Email: [email protected] AbstractIn studying the behaviour of a motor selected to drive industrial equipment, the main problem being faced is to determine whether the characteristic of the motor suits the requirements imposed by the driven unit. Different kinds of machines and mechanisms as well as electrical motor exhibit different characteristics. The aim of this research is to compare the characteristic of induction motor using loop winding and concentric winding. The parametersobserved are current, voltage, power factor, torque and speed. The experiment was conducted in the laboratory of Electrical Engineering Department of Tadulako University and the result of this study indicated that characteristic of the loop winding induction motor is better than that of the consentric winding. Keyword: induction motor,speed, torque, characteristic. I.

PENDAHULUAN

Dalam suatu masyarakat industri modern, diperlukan berbagai motor listrik penggerak mesin-mesin dengan berbagai karakteristik. Terdapat kemungkinan bahwa mesin-mesin produksi dalam industri tersebut mensyaratkan motor listrik penggerak dengan tingkat kebisingan yang rendah dan sesuai dengan kondisi lingkungan yang ada di industri bersangkutan. Tetapi terdapat pula industri yang membutuhkan motor listrik penggerak dengan konstruksi sederhana, mudah dijalankan dan rendah biaya perawatan serta karakteristik yang konstan untuk berbagai kondisi pembebanan. Untuk mempelajari prilaku dari suatu motor yang akan digunakan untuk menggerakkan mesin atau peralatan industri, maka salah satu masalah yang harus

6

diperhitungkan adalah menentukan apakah karakteristik torsi-kecepatan dari motor tersebut sesuai dengan persyaratan yang dibutuhkan oleh beban yang digerakkan. Prilaku beban pada kondisi transient disaat starting, pengereman, atau pengaturan kecepatan sangat tergantung pada perubahan karakteristik torsi kecepatan motor maupun beban yang digerakkan. Oleh sebab itu sangatlah penting untuk mengetahui karakteristik motor maupun beban yang digerakkan agar dapat memilih motor penggerak dengan tepat sehingga sistem penggerak tersebut menjadi lebih ekonomis. Terlepas dari pertimbangan karakteristik listrik mesin pengerak ini, maka terdapat tiga parameter mekanis yang sangat dipertimbangkan oleh pengguna, yaitu; kecepatan putaran, torsi yang dihasilkan dan daya output mekanisnya. Besaran-besaran ini relatif sulit ditentukan, sehingga terlebih dahulu perlu meninjau kembali sejumlah metode pengukuran yang umum digunakan untuk mengetahui dan mempelajari besaranbesaran dimaksudkan. Ditinjau dari jenis motor listrik yang umum digunakan sebagai motor penggerak mesin atau peralatan dalam industri, maka motor induksi merupakan jenis motor listrik yang sangat luas penggunaannya. Hal ini disebabkan oleh karena jenis motor ini mempunyai kelebihan-kelebihan dibandingkan dengan jenis motor listrik lainnya, antara lain karena konstruksinya sederhana, lebih reliabel dan yang lebih penting lagi adalah harganya yang relatif murah serta lebih ringan. Terdapat dua jenis belitan stator motor induksi, yaitu belitan gelung (ware winding) dan belitan spiral/rantai (concentric winding). Kedua jenis belitan ini juga akan menentukan karakteristik listrik maupun karakteristik mekanis motor induksi.


II.

TINJAUAN PUSTAKA

Motor induksi fasa tiga adalah jenis motor yang paling umum dijumpai dan digunakan di industri. Karena motor ini mempunyai konstruksi sederhana, kuat, harganya relatif murah dan mudah pemeliharaannya (Wildi, 2000). Kecepatan putarnya konstan, namun karena kecepatannya tergantung pada frekwensi jaringan listrik, sehingga pengaturan kecepatannya sulit dilaksanakan. Tetapi penggunaan piranti elektronik yang sudah semakin luas, sangat membantu untuk pengaturan putaran motor induksi. A.

Konstruksi dari batangan tembaga dan cincin tembaga menyerupai sangkar, sehingga dinamakan rotor sangkar. Untuk motor-motor induksi ukuran kecil dan menengah, batangan-batangan dan cincin hubung singkat terbuat dari aluminium tuang, yang dicetak sedemikian rupa sehingga menjadi bagian yang menyatu.

Komponen-Komponen Utama

Motor induksi 3 phase mempunyai 2 (dua) bagian utama : a. Bagian yang tidak bergerak (stator) b. Bagian yang bergerak (rotor). Bagian stator dipisahkan dari bagian rotor oleh celah udara dengan jarak antara 0,4mm sampai 4 mm, tergantung pada daya motor bersangkutan (Hubert,1991). Stator terdiri dari rangka baja yang menyangga inti berongga berbentuk silindris, inti ini dibuat dari laminasi-laminasi. Sejumlah slot yang terdistribusi merata terdapat pada lingkaran bagian dalam dari inti, sebagai tempat belitan/kumparan stator. Bagian rotor juga terbuat dari laminasilaminasi besi baja yang dipres satu dengan lainnya serta dibuat alur-alur (slot) sebagai tempat kumparan rotor. Ada 2 (dua) jenis belitan yang digunakan untuk rotor motor induksi (asinkron) : (a). Belitan 3 fasa konvensional yang terbuat dari kawat berisolasi (rotor belitan) dan (b) belitan sangkar tupai (rotor sangkar). Berdasarkan pada kedua jenis belitan rotor ini, sehingga motor induksi dibagi menjadi : motor induksi rotor sangkar dan motor induksi rotor belitan. 1. Rotor sangkar Rotor sangkar terbuat dari batanganbatangan tembaga telanjang, yang sedikit lebih panjang dari rotor itu sendiri dan dipress kedalam slot (alur) rotor. Kedua ujung-ujung batang tembaga ini disolder pada cincin tembaga, sehingga batangan tembaga tersebut terhubung singkat.

Gambar 1. Rotor sangkar (squirrel cage) 2. Rotor belitan Rotor belitan mempunyai belitan fasa tiga, yang mirip dengan belitan stator. Belitan-belitan ini terdistribusi secara seragam pada alur-alur (slot) serta terhubung bintang (Y). Terminal-terminalnya disambungkan pada tiga cincin seret (slip ring) yang ikut berputar dengan rotor. Cincin seret ini serta sikat-sikat tetap (stationer) memungkinkan dilakukan penyambungan dengan tahanan luar (external resistor) secara seri dengan belitan rotor. Tahanan luar ini utamanya digunakan pada saat starting, dan pada saat motor berputar normal ketiga sikatsikat dari slip ring dihubung singkat. B. Prinsip Kerja Motor Induksi Menurut Wildi (2000),terdapat 4 prinsip dasar yang menjelaskan bagaimana medan magnet dimanfaatkan dalam mesinmesin listrik, baik untuk trnsformator, generator maupun motor listrik, yaitu: 1. Suatu konduktor yang beraliran listrik akan membangkitkan medan magnet disekitar penghantar tersebut, yang arahnya ditentukan menurut hukum Ampere.

7


Gambar 2. Rotor Belitan (wound rotor) 2. Medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu, jika melalui kawat belitan akan menginduksi suatu tegangan pada belitan tersebut. Hal ini sesuai dengan hukum Faraday dan menjadi prinsip dasar transformator. 3. Suatu konduktor beraliran listrik yang berada di dalam medan magnet akan mengalami suatu gaya. Hal ini dijelaskan oleh Lorenz dan menjadi prinsip dasar motor listrik. 4. Suatu kawat belitan yang bergerak memotong garis gaya magnet, akan menghasilkan gaya gerak listrik (GGL)induksi pada kawat belitan tersebut. Demikian pula jika suatu garis gaya magnet bergerak memotong kawat belitan akan menginduksi gaya gerak listrik (g.g.l) pada kawat belitan tersebut. Hal ini dijelaskan oleh hukum Faraday dan menjadi prinsip dasar generator listrik. Bird (1995) menjelaskan bahwa jika belitan stator motor induksi dihubungkan ke sumber tegangan 3 fasa, akan dibangkitkan medan magnet putar. Pada saat fluks magnet memotong batangan konduktor rotor (untuk rotor sangkar) atau konduktor belitan rotor (untuk rotor belitan), akan diinduksikan ggl pada konduktor rotor tersebut. Karena batangan konduktor rotor atau terminal slip ring terhubung singkat, maka akan mengalir arus rotor. Pengaliran arus ini disertai dengan timbulnya fluks magnet disekitar konduktor rotor, interaksi antara fluks medan magnet putar dengan fluks yang dibangkitkan oleh

8

arus rotor akan menyebabkan gaya lorenz. Gaya ini akan mendorong batangan atau belitan rotor se arah dengan arah medan magnet putar. Gaya yang sama bekerja pada seluruh konduktor atau belitan rotor, yang menyebabkan rotor berputar searah dengan medan magnet putar. Gaya yang dibangkitkan oleh batangan rotor menyebabkan rotor berputar sesuai dengan arah medan magnet putar. Dengan meningkatnya kecepatan putaran rotor, maka kecepatan pemotongan fluks magnet semakin berkurang, ggl induksi rotor menurun dan frekwensi arus rotor juga berkurang. Jika rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan kecepatan medan magnet putar, tidak terjadi pemotongan fluks magnet pada konduktor rotor, tidak ada ggl induksi, tidak ada pengaliran arus rotor serta tidak timbul gaya pada konduktor rotor. Sehingga kecepatan putaran rotor akan menurun. Hal inilah yang menyebabkan rotor tidak pernah mencapai kecepatan yang sama dengan kecepatan medan magnet putar (kecepatan sinkron). Perbedaan kecepatan putaran rotor nr dengan kecepatan sinkron ns disebut slip. Sehingga: Slip = ns – nr

(1)

Slip s biasanya dinyatakan dalam persen, maka : Slip s = ( ns – nr)/ ns x 100 %

(2)

Nilai slip antara motor tanpa beban dengan motor dalam kondisi beban penuh sekitar 4 – 5 persen untuk motor induksi berukuran kecil, sedangkan untuk motor berukuran besar antara 1,5 – 2 persen. Selanjutnya menurut Hubert (1991), prinsip kerja motor induksi tiga fasa didasarkan pada hukum Faraday dan gaya Lorenz yang bekerja pada konduktor, dimana pada saat medan magnet putar B menyapu sepanjang dan memetong konduktor akan terjadi hal-hal berikut : 1. Suatu tegangan E = B l v diinduksikan pada setiap konduktor pada saat dipotong oleh fluks magnet B (Hukum Faraday).


2. Tegangan induksi ini diiringi oleh pengaliran arus I, yang mengalir pada konduktor yang terletak persis dibawah permukaan kutub magnet ke arah bawah, melalui batang hubung singkat dan kembali ke konduktor lainnya (kaidah tangan kiri Fleming). 3. Karena konduktor beraliran berada di dalam medan magnet, maka akan mengalami gaya mekanik (gaya Lorenz). 4. Gaya-gaya ini selalu bekerja dalam arah sedemikian rupa sehingga mendorong/mengangkat konduktor yang dilalui medan/fluks magnet. Jika konduktor ini bebas bergerak, maka akan bergerak ke arah kanan mengikuti gerakan kutub magnet. Akan tetapi jika kecepatan gerakan tersebut sama dengan kecepatan medan/fluks magnet, maka kecepatan pemotongan konduktor oleh fluks magnet akan berkurang, akibatnya tegangan yang diinduksikan E serta arus I yang bangkitkan juga akan berkurang. Dengan demikian gaya yang bekerja pada konduktor tersebut juga akan berkurang. Jika kecepatan gerakan konduktor menyamai kecepatan gerakan fluks magnet, maka tegangan induksi E dan arus I maupun gaya yang bekerja pada konduktor akan menjadi nol. Pada motor induksi rotor sangkar, ujung-ujung tangga konduktor tersebut disatukan dan dibentuk menjadi sebuah silinder, sedangkan kutub magnet yang bergerak digantikan dengan medan magnet putar. Medan magnet putar ini dihasilkan oleh arus-arus tiga fasa yang mengalir pada belitan stator. C. Karakteristik Motor Induksi Karakteristik motor listrik menunjukkan kinerja motor tersebut dalam berbagai kondisi operasi (Deshpande, 1990). Karakteristik motor listrik yang utama, yang perlu diperhatikan adalah : 1. Karakteristik torsi-arus; 2. Karakteristik kecepatan-arus; 3. Karakteristik torsi-kecepatan. Torsi M di bangkitkan pada poros motor atau mesin penggerak dengan kecepatan putar n. Dari kedua 2 besaran ini,

maka dapat diketahui daya mekanis motor atau mesin penggerak tersebut (Hornemann, et.al, 1983). Kecapatan putaran motor n adalah jumlah revolusi untuk suatu periode waktu tertentu. Kecepatan putaran motor diukur dalam satuan revolusi per menit (rpm) atau revolusi per detik (rps). Kecepatan putaran motor listrik umumnya menggunakan satuan revolusi per menit (rpm). Untuk pengukuran torsi dapat digunakan tongkat penyeimbang, dimana hasil kali antara gaya F dan panjang s dari lengan penyeimbang merupakan torsi M yang dihasilkan. M = F x S (Newton-meter).

(3)

Jika torsi yang searah jarum jam sama besar dengan torsi yang berlawanan arah jarum jam, maka tercapai posisi seimbang. Jika kedua torsi ini tidak seimbang, maka kedua lengan ini akan berputar ke arah torsi yang lebih besar. Torsi juga dibangkitkan oleh mesin listrik putar, dimana medan magnet membangkitkan garis gaya magnet (fluks) di dalam stator. Berdasarkan prinsip dasar motor, maka gaya F yang dibangkitkan pada konduktor kumparan rotor yang dialiri arus adalah : F=B.I.L

(4)

Gaya ini bekerja pada konduktor yang berjarak s dari titik tengah poros rotor. Jika terdapat sejumlah z konduktor yang dialiri arus yang diberada dalam garis gaya magnet, maka akan dihasilkan torsi M yang besarnya: M=F. s M = B . I. l . z . s

(5) (6)

Motor akan mencapai suatu kecepatan konstan jika torsi yang dibangkitkan sama besar dengan torsi lawan (torsi pengereman) yang disebabkan oleh rotor itu sendiri, gesekan yang timbul dan beban yang digerakkan. Pada mesin listrik putar, torsi diukur dengan rem, dinamometer (cradle

9


dynamometer) atau rem arus pusar (eddy current brake). Untuk motor listrik, terdapat hubungan antara torsi M dan kecepatan putaran n motor. Kecepatan putaran n akan menurun seiring dengan kenaikan torsi M yang dibangkitkan. Torsi M di bangkitkan pada poros motor atau mesin penggerak dengan kecepatan putar n. Dari kedua 2 besaran ini, maka dapat diketahui daya mekanis motor atau mesin penggerak tersebut (Hornemann, et.al, 1983). Kriteria yang penting untuk mengevaluasi dan memilih sebuah motor listrik adalah faktor daya (Cos ϕ), Efisiensi η, Kecepatan putaran n dan daya motor P. Hubungan anatar variabel-variabel ini juga tidak kalah pentingnya. Untuk motor 3 fasa, hubungan antar variabel ini diplot dalam suatu grafik membentuk kurva beban dan kurva operasi. D. Belitan Stator Motor Induksi. Soeleman (1984) menjelaskan bahwa untuk motor induksi 3 fasa, maka pada umumnya digunakan belitan gelung lapis dobel atau belitan spiral (konsentrik). Cara belitan dua lapis dengan dua sisi kumparan dimasukkan dalam satu alur, sedangkan untuk belitan lapisan tunggal dengan satu sisi kumparan dimasukkan dalam satu alur. Kedua jenis kumparan motor ini memiliki karakteristik yang berbeda. III.

4. Memasang (mengkopel) motor dengan beban (dinamometer prony/brake) 5. Menghubungkan semua peralatan (alat ukur) sesuai fungsinya 6. Setelah selesai dipasang, penulis melakukan penelusuran kembali dari beberapa hubungan alat ukur dan peralatan lain yang telah siap untuk diuji. Pengujian dilakukan dengan cara: 1. Power suplay sebagai input peralatan distel pada tegangan 220/380 volt, dibaca melalui voltmeter. 2. Semua instrumen ukur pada posisi standby atau dalam kondisi on. 3. Menghidupkan power suplay dengan tegangan yang distel sebelumnya sebesar 220 volt. 4. Mencatat tampilan dari beberapa alat ukur, karena alat ukur kecepatan putar (tachometer) diukur langsung melalui poros (rotor) motor setiap keadaan (nilai torsi). Tachometer dipasang untuk mengetahui laju perubahan kecepatan putaran rotor. 5. Selanjutnya menaikkan nilai torsi dari 0,15 N.M yang sebelumnya nilai torsi terbaca adalah 0,10 N.M sampai pada keadaan lockrotor dan mencatat semua tampilan alat ukur setiap torsi yang distel atau ditentukan. 6. Setelah selesai power suplay dimatikan (di off-kan) dan dilanjutkan dengan pengujian motor untuk jenis belitan yang lain dengan cara pengujian yang sama.

METODOLOGI IV.

Oleh karena pengujian ini merupakan pengujian laboratorium yang dilaksanakan pada Laboratorium Mesin-mesin Listrik Teknik Elektro Universitas Tadulako, sehingga metode yang digunakan adalah metode ekperimental, melalui tahapantahapan sebagai berikut. 1. Mengumpulkan alat dan bahan yang akan digunakan pada pengujian. 2. Menempatkan peralatan pada meja pengujian (meja percobaan) 3. Karena motor yang digunakan adalah motor induksi 3 (tiga) fasa, sehingga motor dihubungkan dengan power suplay pada tegangan 220/380 Volt.

10

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian karakteristik motor dimaksudkan untuk mengetahui kinerja motor dalam berbagai kondisi operasi. A

W

P F

V

Suplai AC

A V

V A

Tachome ter

W

M 3 φ

B

Gambar 3. Rangkaian percobaan karakteristik motor

N M


Untuk besar torsi yang sama yang dalam hal ini mencakup: Karakteristik torsiarus, karakteristik arus-kecepatan dan karakteristik torsi-kecepatan. Diagram rangkaian di atas terdiri dari alat dan bahan yaitu : 1. Motor Induksi Rotor Sangkar 2. Alat ukur tegangan (Voltmeter) 3. Alat ukur arus (Amperemeter) 4. Alat ukur daya (Wattmeter) 5. Alat ukur faktor daya (Cos u meter) 6. Alat ukur kecepatan putaran (Tachnometer) 7. Alat ukur torsi (Newton meter)

8. Regulator power suplay 9. Beban (Dinamometer prony/brake) 10. Kabel penghubung A. Hasil Pengujian Kareakteristik Motor Data tabel hasil pengujian di bawah ini; Arus (I), daya input (Pin), Faktor Daya dan kecepatan putaran (n) untuk besar torsi yang sama yaitu dari 0,2, 1, 2, 4, 6, dan 7 (N-m), diambil dari hasil pengamatan dan pengukuran pada alat ukur. Sedangkan daya output (Pout) dan efisiensi (η) didapatkan melalui perhitungan.

Tabel 1. Data hasil pengujian motor belitan gelung

A. BELITAN GELUNG No. V AC I AC (Ampere) I Rata2 P In Cos M N P Out (Volt) R S T (Ampere) (Watt) (N-m) (Rpm) (Watt)

η %

1

380

5,3 5,9 5,2

5,46

104 0,05 0,2

1496 46,99 31,33

2

380

5,3 6,0 5,2

5,50

418 0,20

1

1492 156,21 37,37

3

380

5,5 6,1 5,4

5,66

646 0,30

2

1485 310,59 48,08

4

380

6,2 6,9 6,3

6,46

1228 0,50

4

1472 616,47 50,20

5

380

7,2 8,2 7,5

7,63

1740 0,60

6

1458 915,91 52,64

6

380

7,6 8,6 7,9

8,03

1984 0,65

7

1450 1062,7 53,56

Tabel 2. Data hasil pengujian motor belitan spiral B. BELITAN SPIRAL No. V AC I AC (Ampere) I Rata2 P In Cos M N P Out (Volt) R S T (A) (Watt) (N-m) (Rpm) (Watt) 1496

31,33

η %

1

380

5,9 6,5 5,6

6

129,9 0,06

0,2

24,11

2

380

6,0 6,6 5,7

6,1

391,9 0,17

1

1493 154,32 39,38

3

380

6,2 6,7 5,7

6,2

706,8 0,30

2

1488 311,59 44,08

4

380

6,8 7,3 6,3

6,8

1292 0,50

4

1478 618,99 47,91

5

380

7,9 8,3 7,3

7,83

1845 0,62

6

1466 920,94 49,92

6

380

8,4 8,7 7,8

8,3

2132 0,65

7

1462 1071,5 50,26

11


B. Pembahasan Hasil Pengujian

1. Untuk motor induksi belitan spiral Oleh karena arus fasa motor tidak sama besar, dalam hal ini belitannya tidak seimbang, maka diambil nilai arus rata-rata seperti disajikan pada tabel berikut. Tabel 3. Data Pengujian Belitan Spiral Dengan Nilai Arus Rata-rata BELITAN SPIRAL No. V AC I Rata2

P In

Cos

(Volt) (Ampere) (Watt) 1

380

6

2

380

3

M

N

N-m (Rpm)

P Out

η

(Watt)

%

129,96 0,06 0,2

1496

31,33

24,11

6.1

391,91 0,17

1

1493

154,32

39,38

380

6.2

706,80 0,30

2

1488

311,59

44,08

4

380

6.8

1292

0,50

4

1478

618,99

47,91

5

380

7.83

1845

0,62

6

1466

920,94

49,92

6

380

8.3

2132

0,65

7

1462

1071,49

50,26

- Torsi motor dan beban 0,20 N–m; arus

-

-

-

-

12

yang mengalir (arus yang ditarik motor) 6 ampere, daya input 129,96 watt, daya output 31,33 watt, efisiensi 24,11 %, Cos φ 0,06 dan motor berputar dengan kecepatan 1496 Rpm. Torsi dinaikkan 1 N–m; motor menarik arus sebesar 6,1 ampere, daya input 391,91 watt, daya output 154,32 watt, efisiensi 39,38 %, faktor kerja 0,17 Lagging dan kecepatan motor mulai menurun yaitu 1493 Rpm. Torsi dinaikkan 2 N–m; arus yang ditarik motor naik yaitu 6,2 ampere, daya input 706,80 watt, daya output 311,59 watt, efisiensi 44,08 %, faktor daya naik 0,30 lagging dengan kecepatan putaran motor menurun yaitu 1488 Rpm. Torsi dinaikkan 4 N–m; arus yang ditarik motor 6,8 ampere, daya input 1292 watt, daya output 618,99 watt, efisiensi 47,91 %, faktor daya 0,50 Lagging dan kecepatan semakin turun 1478 Rpm. Torsi dinaikkan 6 N–m; arus yang ditarik yaitu 7,83, daya input yang besar 1845 watt, daya output semakin besar mengikuti besarnya input daya 920,94 watt, efisiensi 49,92 %, Cos φ motor

mulai bagus yaitu 0,62 tegangan Lagging terhadap arus dengan kecepatan menurun 1466 Rpm. - Torsi dinaikkan 7 N–m; arus yang ditarik 8,3 ampere, daya input 2132 watt, daya yang keluar memutar beban yaitu 1071,49 watt, efisiensi 50,26 %, faktor daya 0,65 lagging dan kecepatan motor 1462 rpm. Kurva karakteristik yang menggambarkan relasi setiap variabel motor untuk belitan konsentris disajikan pada diagram berikut.


2. Untuk motor induksi belitan gelung. Tabel data motor untuk nilai arus fasa ratarata disajikan pada tabel beriku:

Tabel 3. Data pengujian belitan spiral dengan nilai arus rata-rata BELITAN GELUNG

-

-

-

-

-

No.

V AC (Volt)

I Rata2 (Ampere)

P In (Watt)

Cos

M (N-m)

N (Rpm)

P Out (Watt)

η %

1

380

5,46

104

0,05

0,2

1496

46,99

31,33

2

380

5,50

418

0,20

1

1492

156,21

37,37

3

380

5,66

646

0,30

2

1485

310,59

48,08

4

380

6,46

1228

0,50

4

1472

616,47

50,20

5

380

7,63

1740

0,60

6

1458

915,91

52,64

6 380 8,03 1984 0,65 7 1450 1062,71 53,56 efisiensi 52,64 %, faktor daya 0,60 Torsi sebesar 0,20 N–m; arus yang ditarik Lagging dengan kecepatan 1458 Rpm. motor 5,46 ampere, daya input 104 watt, daya output 46,99 watt, efisiensi 31,33 %, - Torsi dinaikkan 7 N–m; arus mengalir faktor daya 0,05 tegangan tertinggal 8,03 ampere (hampir mendekati batas arus terhadap arus dengan kecepatan 1496 nominal motor), daya input motor Rpm. naik 1984 watt, daya yang output naik mengikuti input daya 1062,71 watt, Torsi dinaikkan 1 N–m; arus yang ditarik motor naik 5,50 ampere, daya input 418 efisiensi 53,56 %, faktor daya 0,65 Lagging dengan kecepatan 1450 Rpm. watt, daya output 156,21 watt, efisiensi Kurva karakteristik motor untuk belitan 37,37 %, faktor daya 0,20 lagging dan gelung disajikan pada diagram berikut. kecepatan motor mulai menurun yaitu 1492 Rpm. Torsi dinaikkan 2 N–m; arus yang ditarik sebesar 5,66 ampere, daya masukan 646 watt, daya keluaran 310,59 watt, fisiensi 40,08 %, faktor daya 0,30 lagging dengan kecepatan 1485 Rpm. Torsi dinaikkan 4 N–m; arus yang ditarik motor 6,46 ampere, daya input 1228 watt, daya output 616,47 watt, efisiensi 50,20 %, faktor daya 0,50 tegangan Lagging terhadap arus dengan kecepatan turun 1472 Rpm. Torsi dinaikkan 6 N–m; arus yang ditarik motor 7,63 ampere, daya input sebesar 1740 watt, daya output 915,91 watt,

13


3. Kecepatan motor akan mengalami penurunan seiring dengan meningkatnya besar torsi yang dibangkitkan, sedangkan besar arus yang dicatu berbanding lurus dengan besar torsi yang dihasilkan. 4. Belitan kedua motor tidak seimbang, sehingga arus yang dicatu setiap fasa berbeda turut mempengaruhi kemampuan motor membangkitkan torsi dan daya keluaran motor tersebut. Dalam percobaan ini, daya motor terkunci (locked rotor torque), arus rotor terkunci (locked rotor current) maupun torsi maksimum tidak dapat diketahui, oleh karena kemampuan pengereman dan batas ukur torsi meter tidak seimbang dengan kapasitas motor. DAFTAR PUSTAKA Bird, J.O. (1995). Electrical Principles and Technology for Engineering. Newnes, Butterworth-Heinemann Ltd, England. Chapman J. Stephen (1991). Electrical Machinery Fundamental. 2th. Ed. McGraw-Hill Inc. Singapore. V.

KESIMPULAN

1. Dari hasil perbandingan karakteristik kedua jenis belitan motor induksi yang sudah diuji pada tegangan sumber 3 fasa konstan 380 Volt AC, diperoleh bahwa motor dengan belitan gelung memiliki karakteristik yang lebih baik dibandingkan motor belitan konsentris, dalam hal besar arus, faktor daya, torsi maupun perubahan kecepatannya. 2. Efisiensi dan faktor daya kedua motor, baik motor dengan belitan gelung mapun motor belitan konsentris semakin baik apabila motor dibebani pada kapasitas nominalnya.

14

Deutsche Gesellschaft for Techniche Zusammenarbeit (GTZ) GmbH, (1988). Electrical Power Engineering Proficiency. Federal Republic of Germany. Draper A. (1971). Electrical Machines. Longman Group Limited, London. -------

Feedback Instrument Limited “ Feedback Power Frame Laboratory Note” .Crowborough, United Kingdom (UK).

Giovanni Ricciareli (1996). Rotaring Electrical Machines, Teaching Systems for Technical Training De Lorenzo. Italy. Hubert I. Charles (1995). Electrical Machines, Theory, Operation, Applications, Adjustment and Control.


Mc.Millan Publishing Company Inc, New York U.S.A. Hubert I. Charles (1995). Preventive Maintenance of Electrical Equipment.. Mc.Graw-Hill Book Company Inc, New York U.S.A McPherson. G, Lamore D. Robert (1990). An Introduction to Electrical Machines and Transformers. John Wiley & Sons, Singapore. Resenberg. R. (1970). Electrical Motor Repair, A Practical Book on The Winding, Repair and Troubleshooting of A.C and D.C Motor and Controllers, Holt, Rinehart and Winston, Inc. New York, U.S.A.

Schneider J. Hans (1996). Electrical Machines Teaching Models. Leybold Didactic GmbH. Federal Republic of Germany. Soelaiman, Magarisawa. M (1984). Mesin Tak Serempak dalam Praktek, PT. Pradnya Paramita, Jakarta. Veinott G. Cyril & Martin E. Joseph (1987). Fractional and Sub fractional Horsepower Electric Motors. McGraw-Hill International Editions, Singapore. Wildi, Theodore (1981). Electrical Machines and Power System. Prentice-Hall International, Inc. USA.

15


WATAK HARMONIK PADA INVERTER TIGA FASA TAK BERBEBAN Wahri Sunanda1, Yuli Asmi Rahman2 Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Bangka Belitung 2 Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tadulako 1 Email: [email protected] 2 Email : [email protected]

1

AbstractHarmonic is one of sinusoidal components, one wave period from which having multiple frequency of its fundamental frequency one, leading to electrical power quality problems. Harmonic distortion in term of voltage and current ones, generally is due to non linier impedance. Inverter is one of example of it. There are some items that will be measured. There are value of harmonic at source and value of voltage and current harmonic when inverter does not have any load. IEEE Standard of 5191992 as a reference in determining maximum limitation voltage and current harmonics. The result of the tests were showed that voltage harmonic distortion at inverter did not exceed the IEEE 5191992 maximum limitation of 5%. While current harmonic distortion had exceed the maximum limitation of the IEEE 5191992. The highest results were exceeding 56,55 % when inverter does not have any load. Keywords: Voltage, Current, Harmonic Distortion, Inverter. I.

PENDAHULUAN

Harmonik menyebabkan terjadinya penyimpangan gelombang tegangan dan arus yang mempunyai pengaruh kurang baik terhadap peralatan listrik. Harmonik adalah salah satu dari beberapa permasalahan yang mempengaruhi kualitas daya listrik. Terjadinya penyimpangan gelombang tegangan dan arus akan mempengaruhi unjuk kerja sistem, dimana peralatan listrik akan mengalami gangguan diluar kondisi normal. Harmonik dalam sistem tenaga listrik, sebenarnya ditujukan untuk kandungan

16

distorsi pada gelombang tegangan dan arus fundamental yang mana beban non linear dianggap sebagai sumber harmonik. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi bidang elektronika daya (power electronic), mempunyai peranan yang besar dalam perkembangan industri modern terutama pada sistem kendali. Inverter, merupakan salah satu perangkat elektronika daya yang diaplikasikan pada industri untuk mengubah tegangan arus searah menjadi tegangan bolak balik. Umumnya digunakan untuk mengatur kecepatan motor listrik atau untuk keperluan tertentu lainnya. Aplikasi teknologi elektronika daya menimbulkan efek samping, yaitu meningkatnya arus harmonik akibat dari proses pengkonversian bentuk gelombang energi listrik dari satu bentuk ke bentuk yang lain (Erhaneli, 2003). Dampak dari harmonik akan semakin berbahaya, apabila mengganggu peralatan yang digunakan untuk kepentingan umum seperti saluran telepon, oleh karena itu permasalahan harmonik perlu mendapatkan perhatian yang serius. Penelitian dilakukan untuk mengetahui kandungan harmonik pada inverter tiga fasa yang tidak dibebani dengan hipotesis bahwa kandungan harmonik arus dan tegangan pada sumber inverter sebelum diberi beban, sudah ada namun belum melebihi standar yang ditetapkan. II.

TINJAUAN PUSTAKA

A. Studi Harmonik Harmonik adalah salah satu dari sekian banyak permasalahan yang menyangkut kualitas daya listrik. Keberadaan harmonik ini sangat mengganggu bahkan merugikan sistem apabila melebihi batas standar yang


ditetapkan, dalam hal ini standar yang digunakan adalah standar IEEE 519-1992. Pada gambar 1. akan diperlihatkan sebuah gelombang yang terdistorsi dan direpresentasikan dalam deret seri Fourier.

Gambar 1. Gelombang terdistorsi direpresentasikan dalam deret Fourier B. Indeks Harmonik

ITHD dan VTHD yang digunakan sebagai acuan dalam penelitian ini. 2. Inverter Inverter adalah suatu rangkaian penyaklaran elektronik yang dapat merubah tegangan searah menjadi tegangan bolak balik. Pada dasarnya, inverter tiga fasa merupakan gabungan dari inverter satu fasa dengan perbedaan 1200 listrik antara fasa yang satu dengan fasa yang lainnya. Mengatur tegangan keluaran dari inverter menggunakan teknik PWM (pulsa wave modulation). Bentuk gelombang tegangan keluaran inverter biasanya juga tidak sinusoida murni karena masih mengandung komponen frekuensi yang tidak diinginkan. Jika tegangan seperti ini digunakan untuk mencatu daya pada beban, seperti motor induksi, akan menambah kerugian, getaran dan riak dalam motor. Gambaran secara umum inverter dapat dilihat pada gambar 2. berikut ini.

Dalam analisis harmonik, beberapa indeks penting berikut digunakan untuk melukiskan pengaruh harmonik pada komponen sistem tenaga listrik dan sistem komunikasi. 1.

Total Harmonic Disortion (THD)

(1) (2) Didefinisikan sebagai perbandingan nilai rms komponen harmonik terhadap komponen dasar dalam persen (%). Indeks ini digunakan untuk mengukur penyimpangan (deviation) dari bentuk gelombang satu periode yang mengandung harmonik pada satu gelombang sinus sempurna. Untuk satu gelombang sinus sempurna pada frekuensi dasar, THD adalah nol. Demikian pula pengukuran distorsi harmonik individual untuk tegangan dan arus pada orde ke h didefinisikan sebagai dan . Pada tabel 1. dan tabel 2. ditampilkan standar IEEE Std 519-1992 untuk batasan

Gambar 2. Invertertiga fasa Inverter yang digunakan pada penelitian ini sudah dilengkapi dengan rangkaian penyearah tiga fasa. Tegangan sumber maksimum yang masuk ke penyearah adalah 240 volt antar fasa, dan keluaran maksimum dari inverter adalah 220 volt antar fasa. Kemampuan arus masukan maksimum 8 A, dan arus keluaran inverter 4 A, dengan kemampuan daya 0,75 kW. III.

METODOLOGI

Dalam melakukan penelitian ini dilakukan melalui tahapan antara lain : a. Mengumpulkan alat dan bahan penelitian.

17


b. Mengukur kandungan harmonik sumber tegangan. c. Mengukur kandungan harmonik tegangan dan arus pada saat inverter tidak berbeban dengan berbagai tegangan keluaran. d. Menghitung THD arus dan tegangan Tabel 1. Current distortion limits for general distribution systems (120 V Through 69. 000V)

Gambar 3. Alur Penelitian Note: even harmonics are limited to 25% of the harmonic limits above Current distortion that result in a dc offset are not allowed ISC = maximum short circuit currentat PCC ( point of common coupling) IL = maximum demand load current (fundamental frequency) at PCC

Proses pengambilan data dilakukan dengan rangkaian alat dan bahan sesuai gambar 4. Trafo 3 fasa

Inverter

PM 3000 A

Komputer

Tabel 2. Voltage distortion limits Gambar 4. Rangkaian percobaan Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

Note:high voltage systems can have up to 2% THD where the cause is an HVDC terminal that will attenuate by the time it is tapped for a user Alur penelitian dapat dilihat secara lengkap pada gambar 3.

18

a. Trafo tiga fasa Memiliki kemampuan 3 kVA, tegangan keluaran maksimum 240 volt antar fasa dengan frekuensi 50 Hz. b. Satu unit inverter tiga fasa Inverter yang digunakan dalam penelitian ini memiliki kemampuan 0,75 kW. Inverter ini sudah dilengkapi dengan rangkaian penyearah tiga fasa. Tegangan maksimum yang dipakai sebagai sumber inverter adalah 220 volt antar fasa dengan kemampuan arus maksimum 8 ampere, sedangkan tegangan keluaran inverter


adalah 220 volt dengan kemampuan arus 4 ampere. c. Universal Power Analyzer PM 3000 A (UPA PM 3000A), alat ukur yang digunakan untuk mengetahui kandungan harmonik pada sistem. d. RS 232 sebagai penghubung UPA PM 3000A dengan komputer untuk pengoperasian jarak jauh atau remote. IV.

tegangan sumber pada fasa R sebesar 2,616%, pada fasa S sebesar 2,862%, dan pada fasa T sebesar 2,603%. Nilai ini masih berada di bawah standar IEEE 519-1992, yaitu 5% untuk tegangan sampai 69 kV. Jadi sumber tegangan ini masih bisa dipakai karena kandungan harmoniknya belum melebihi standar. Berikut adalah bentuk gelombang tegangan sumber untuk masingmasing fasa.

HASIL PENELITIANDAN PEMBAHASAN

A. Watak Harmonik Sumber Tegangan Sumber tegangan yang dipakai adalah trafo 3 fasa yang disuplay dari jaringan PLN. Tegangan sumber untuk inverter digunakan 220 volt antar fasa. Hasil pengukuran sampai dengan harmonik ke-10 diperlihatkan pada tabel 3., sedangkan untuk spektrum harmonik sampai dengan harmonik ke- 30 dapat dilihat pada gambar 4. Tabel 3.

Gambar 5. Gelombang tegangan sumber pada fasa R

Hasil pengukuran harmonik sumber tegangan

Gambar 6. Gelombang tegangan sumber pada fasa S

Gambar 4. Spektrum harmonik sumber tegangan Pada gambar 4. dapat dilihat harmonik tertinggi terjadi pada fase S, yaitu harmonik ke-5. Nilai distorsi harmonik tegangan pada fasa R, S, dan T masing-masing adalah 2,494%, 2,794%, dan 2,546%. Sedangkan nilai total distorsi harmonik (THD) tegangan yang terukur masing-masing untuk fasa R, S, dan T adalah 2,614%, 2,861%, dan 2,595%. Menggunakan persamaan (1) diperoleh THD

Gambar 7. Gelombang tegangan sumber pada fasa T B. Watak Harmonik pada Kondisi Berbeban

Tidak

Tahapan selanjutnya adalah mengukur kandungan harmonik tegangan dan arus pada saat kondisi inverter tidak berbeban dengan berbagai tegangan keluaran, dimana tegangan keluaran maksimum mencapai 230 volt.

19


Tabel 4.Hasil pengukuran tegangan harmonik pada keluaran inverter maksimum kondisi tidak berbeban (230 volt)

Nilai harmonik tertinggi terjadi pada harmonik ke-5, yaitu fasa S, kemudian diikuti oleh fasa T dan R. Nilai kandungan harmonik fasa R, S, dan T masing-masing adalah 2,624%, 2,933%, dan 2,805%. Nilai THD tegangan masing-masing fasa R, S, dan T adalah 2,738%, 3,082%, dan 2,921%.

Nilai total distorsi harmonik (THD) arus pada fasa R, S, dan T masing-masing adalah sebesar 158,4%, 117,8%, dan 32,96%.

Gambar 9.Spektrum arus harmonik pada tegangan keluaran maksimum

Gambar 10. Gelombang arus harmonik fasa R

Gambar 8. Spektrum tegangan harmonik keluaran 230 volt tidak berbeban Menggunakan persamaan (1) THD tegangan keluaran maksimum juga dapat dicari, dan hasilnya pada fasa R sebesar 2,743%, pada fasa S sebesar 3,986%, dan pada fasa T sebesar 2,923%. Harmonik arus tertinggi terjadi pada fasa R dengan nilai 56,55%, kemudian diikuti oleh fasa S sebesar 45,22%, dan fasa T sebesar 15,73%. Tabel 5. Hasil pengukuran arus harmonik pada keluaran inverter maksimum kondisi tidak berbeban (230 volt)

Menggunakan persamaan (2) THD arus yang diperoleh pada fasa R sebesar 158,4%, pada fasa S sebesar 117,887%, dan pada fasa T sebesar 33,036%.

Gambar 11. Gelombang arus harmonik fasa S Gambar 10. sampai 12. di atas adalah bentuk gelombang arus harmonik masing-masing fasa pada keluaran inverter maksimum tidak berbeban.

Gambar 12. Gelombang arus harmonik fasa T

20


Pada saat inverter tidak berbeban, nilai komponen arus harmonik secara keseluruhan melebihi nilai yang diijinkan dalam standar IEEE-159-1992. V.

PENUTUP

A. Kesimpulan Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Nilai harmonik tegangan dan arus pada berbagai nilai tegangan keluaran inverter pada kondisi tidak berbeban didominasi oleh harmonik orde ganjil. 2. Nilai tegangan harmonik tertinggi sebesar 2,933% dan arus harmonik tertinggi 56,55%. Nilai THD tegangan tertinggi sebesar 3,986% dan untuk THD arus tertinggi sebesar 158,4%. B.

Saran

1. Berdasarkan hasil penelitian ini diperlukan penelitian lebih lanjut mengenai watak harmonik pada inverter yang dibebani agar didapat hasil penelitian yang komperehensif mengenai watak harmonik pada inverter. 2. Harmonik yang muncul pada inverter juga harus direduksi agar pengaruh harmonik dapat diminimalisir.

DAFTAR PUSTAKA Arrillaga, J., Smith, B.C., Watson, N.R. and Wood, A.R. ,1997, Power System Harmonic Analysis, John Wiley & Sons, Chichester. Cividino, Lorenzo., 1992, Power Factor, Harmonic Distortion; Causes, Effects and Considerations, IEEE, 0-7803-0779-08/92. Dugan, Roger C., McGranaghan, Mark F., Beaty, H. Wayne, 2004, Electrical Power System Quality, McGrawHill. Erhaneli., 2003, Pengurangan Harmonik pada Drive Inverter dengan Menggunakan Filter Pasif, Tesis S2 Program Studi Teknik Elektro Pascasarjana UGM, Yogyakarta. IEEE Std 519-1992, 1993, Recommended Practices and Requirements for Harmonis Control in Electrical Power Systems. New York. Liem, Ek Bien, Sudarno, 2004, Pengujian Harmonisa dan Upaya Pengurangan Harmonisa pada Lampu Hemat Energi. JETri. Jakarta.

21

PERBANDINGAN KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI BELITAN GELUNG DENGAN BELITAN SPIRAL

Recommend Documents