SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKART A, 21-22 DESEMBER ISSN 1978-0176
Daftar Isi
2006
RANCANGBANGUNPENGATURANKECEPATAN MOTORSINKRON SECARA ELEKTRONIS *TOTOK DERMA WAN, **PURNOMO ENURY ANTO, *JOKO SUNARDI
*Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281 Telepon 0274-484085,489716, Faksimili 0274-489715 * * Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BA TAN Jl. Babarsari Kotak Pos 6101/YKBB Yogyakarta 55281 Telp. (0274) 488435 E-mail:
[email protected]
Abstrak
RANCANG BANGUN PENGATURAN KECEPATAN MOTOR SINKRON SECARA ELEKTRONIS. Telah dibuat alat pengatur kecepatan motor sinkron secara elektronis. Pengaturan kecepatan putaran motor ini pada prinsipnya menggunakan pengendalian besar kecilnya tahanan rotor. Besar kecilnya perubahan tahanan rotor ini diatur oleh rangkaian elektronik dimana dalam hal ini digunakan waktu tunda dari Triac sebagai pengaturnya. Pengujian alat ini dilakukan pada kondisi motor dioperasikan dengan diberi beban. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kecepatan motor dapat diatur dari putaran terendah yaitu 150 RPM sampai dengan kecepatan tinggi yaitu 1050 RPM Dari hasil pengujian ini dapat diketahui bahwa alat ini dapat bekerja dan berjimgsi dengan baik. Kata Kunci : Pengaturan Elektronis, tahanan rotor, motor sinkron
Abstract
DESIGN OF ELECTRONIC REGULATOR FOR SYNCHRONMOTOR SPEED. The Electronic Regulator For Synchronmotor Speed" is a taskfor finishing minithesis to obtain polytechnic degree, as weel as for completing the modul for Practical Work of Power System in the Electric High Current Laboratory. This device can regulate an AC motor speed of synchronmotor, from low rotation to high rotation. The different motor speed is managed by gate trigger of triac because of filling and emptying the condensator. The condensator charge depends on the load which is turned by potensiometer. Testing of this deviceby regulating the speed using load and the test result as follow: the lowest motor speed is 150 rpm and the highest motor speed is 1050 rpm. PENDAHULUAN
Pengaturan putaran motor dipakai untuk mengubah kecepatan putaran dari putaran rendah ke putaran tinggi dan sebaliknya. Pengaturan dapat diterapkan di dalam peralatan peralatan listrik baik untuk penelitian/pendidikan maupun untuk industri pada umumnya. Penerapan pengaturan kecepatan motor di dalam dunia industri
Totok Dermawan dkk
321
misalnya pada mesin rol kain, benang, konveyor dan lainnya. Pengaturan kecepatan putaran motor sinkron yang difungsikan sebagai motor induksi yang diatur kecepatannya secara elektronik di laboratorium Listrik Arus Kuat, digunakan untuk keperluan penelitian yang dapat dipakai untuk menambah modul-modul praktikum di laboratorium tersebut.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006 ISSN 1978-0176
Untuk mengatur kecepatan motor AC, ada beberapa cara yaitu antara lain dengan Pengaturan Frekwensi dan dengan Pengaturan Arus Rotor. [1] Pengaturan tersebut bertujuan untuk mengatur agar kecepatan atau kopel motor bertahan pada harga yang dikehendaki (yang sudah ditetapkan). Kalau ada variasi tegangan jaringan atau variasi beban, maka perubahan-perubahan ini di kompensasi (ditiadakan pengaruhnya). Kalau pengaturan dilakukan dengan tangan, maka orang perlu setiap kali memutar-mutar pada satu tombol atau lebih. Pengaturan dengan tangan itu lamban, dan memerlukan orang yang selalu hadir dan siaga. Bila pengaturan dilakukan secara elektronik closed loop, maka kopel ataupun kecepatan putar hanya perlu di stel satu kali saja. Selanjutnya rangkaian elektronik akan mempertahankan harga yang sudah ditetapkan itu. Dalam Tugas Akhir ini penulisan dibatasi mengenai pembahasan tentang pengaturan motor Sinkron secara elektronik open loop, dimana pengaturan dilakukan dengan cara elektronik tetapi belum dapat mempertahankan pada harga tertentu jika terjadi perubahan kecepatan akibat perubahan beban. Perubahan kecepatan masih dilakukan secara manual dengan potensiometer yang bertujuan agar kecepatan motor tersebut bertahan konstan. Sering kecepatan motor harus diubah untuk memenuhi permintaan beban. Motor AC yang dapat diatur kecepatannya adalah motor jenis rotor lilit, dimana motor tersebut dikonstruksi secara khusus yang dapat memberikan pengontrol kecepatan. Salah satu cara pengendalian motor rotor lilit adalah dengan memakai rangkaian kendali elektronis yaitu dengan rangkaian Chopper.
kemungkinan peningkatan pemakaiannya untuk: [2] 1. Pengontrolan kepesatan motor arus bolak-balik maupun arus searah. 2. Peredupan lampu untuk pengontrolan cahaya. 3. Pembalikan, yakni pengubahan dari arus searah ke arus bolak-balik. 4. Pengatur daya. 5. Saklar. Diac dan triac dari semikonduktor lapisan ganda dengan variasi gerbang clari thyristor, yang memperbolehkan arus mengalir dua arah yakni dari anode ke katode atau dari katode ke anode. Penggunaan thyristor (SCR) sebagai pengatur daya dan sebagai saklar sangat menguntungkan daripada alat-alat mekanik, sebab : a. Tidak ada kontak-kontak yang aus karena terbakar b. Tidak menyebabkan bunga api. c. Memerlukan sedikit komponen komponen tambahan. Thyristor itu dapat dipakai untuk mengatur daya yang besar-besar (yang ada pada mesin-mesin), sedangkan thyristor sendiri memerlukan daya sangat kecil saja. Thyristor bekerja seperti diode, dimana menghantarkan arus hanya dari arah anode ke katoda. Kalau diberi tegangan terbalik, ia pun bersifat seperti diode silikon biasa.
Anoda
Katoda
Gate
DASAR TEOR! Gambar1. Thyristor Thyristors
Triac
Thyristor, juga disebut SCR, singkatan dari Silicon Controlled Rectifier (yang berarti penyearah terkemudi terbuat dan Silikon), dan telah menjadi salah satu alat semikonduktor paling penting untuk mengontrol dan memutuskan hubungan arus bolak balik kecil dan besar. Disamping kemudahan dimana dapat mempengaruhi penyearahan arus bolak-balik ke arus searah, keandalan thyristor memberikan
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN
322
Triac aclalah suatu komponen yang berkelakuan seperti dua buah SCR yang terpasang paralel. Oleh karena itu, triac dapat mengendalikan arus pada kedua arah. Tegangan penyalaan biasanya tinggi, sehingga cara yang normal untuk menyalakan triac adalah dengan menerapkan pemicu berprategangan maju. Lembaran data untuk triac selalu mencantumkan tegangan pemicu dan arus Totok Dermawan dkk
SEMINARNASIONALII SDMTEKNOLOGINUKLIR YOGYAKARTA,21-22 DESEMBER2006 ISSN 1978-0176 pemicu ini. Gambar 2 merupakan lambang skematik dari sebuah riac. +
sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder). Arus searah (DC) untuk menghasilkan fiuks pada kumparan medan dialirkan ke rotor melalui cincin.
v
Gambar2. SimbolSkematikTriac
Gambar5. PrinsipKeIjaMesinSinkron Apabila kumparan jangkar dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa akan menimbulkan medan putar pada stator. Kutub medan rotor yang diberi penguat arus searah mendapat tarikan dari kutub medan putar stator hingga turnt berputar dengan kecepatan yang sama (sinkron). Dilihat dari segi adanya interaksi dua medan magnet, maka kopel yang dihasilkan motor sinkron merupakan fungsi sudut kopelnya (D).
115Vac
Gambar3. AplikasiPenerapanTriac,Switch BerdayaRendahMengendalikanTriac,Yang BertindakSepertiSwitchBerdayaTinggi Gambar 3 merupakan contoh dari sebuah rangkaian triac. Bila switch berdaya rendah terbuka, maka triac tidak menghantar dan tak ada daya ac yang mencapai beban. Tetapi bila switch tertutup, arus yang melalui R2 akan menjalankan triac selama setengah siklus. Tahanan R] dan kapasitor C juga bertindak sebagai penangkal RC yang berguna untuk mencegah transien-transien switching yang dapat mengakibatkan kerusakan pada triac. Vs
(\
('\
II '\
,
. .
,
\
\
\.
\
f
I
V/
..,
Dengan T = Kopel mesin sinkron Br = Medan putar rotor Bs = Medan putar rotor = Fungsi sudut kopel motor sinkron o Pada beban nol, sumbu kutub medan putar berimpit dengan sumbu kumparan medan (0=0). Setiap penambahan beban membuat medan motor "tertinggal" sebentar dari medan stator, berbentuk sudut kopel (D), kemudian berputar dengan kecepatan yang sama lagi. Beban maksimum tercapai ketika = 0 = 90°. Penambahan beban lebih lanjut mengakibatkan hilangnya kekuatan kope1 dan motor disebut kehilangan sinkronisasi. [3] Dalam motor induksi tidak terdapat kumparan medan, sehingga sumber pembangkit fiuks hanya diperoleh dari daya masuk, stator. Daya masuk untuk pembangkit fiuks merupakan daya induktif, oleh karenanya motor induksi bekerja pada faktor kerja terbelakang. Pada motor sinkron terdapat dua sumber pembangkit fiuks yaitu arus bolak-balik (AC) pada stator dan arus searah (DC) pada rotor. Bila arus medan pada rotor cukup untuk membangkitkan fiuks (ggm) yang diperlukan
~fYrj,
Gambar 4. Pengaturan Tegangan Bolak-Balik Dengan Menggunakan Triac Prinsip Kerja Mesin Sinkron
Mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan pada rotor. Kumparan jangkamya berbentuk sama dengan mesin induksi, sedangkan kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub
Totok Dermawan dkk
T = Br Bs sin 0
323
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006 ISSN 1978-0176
motor, maka stator tidak perlu memberikan arus pemagnetan atau daya reaktif dan motor bekerja pada faktor kerja = 1. Kalau arus medan pada rotor kurang (penguat berkurang), stator akan bekerja menarik arus pemagnetan dari jala-jala, sehingga motor bekerja pada faktor kerja terbelakang. Sebaliknya bila arus medan pada rotor berlebih (penguat berlebih), kelebihan fluks (ggm) ini harus diimbangi, dan stator akan menarik arus yang bersifat kapasitif dari jalajala, sehingga motor bekerja pada faktor kerja terdahulu. Dengan demikian, jelas bahwa faktor kerja motor sinkron dapat diatur dengan mengubah-ubah harga arus medan (If). CARA KERJA Rangkaian ini bekerja dengan cara mengatur besar kecilnya perubahan tegangan rotor yang keluar dari motor. Tegangan sumber FI-F2 yang keluar dari sisi rotor tersebut sebesar 125 volt yang oleh rangkaian ini di variasi sedemikian rupa (dengan mengatur potensiometer). Selanjutnya kecepatan putaran motor (RPM) yang di perlukan cukup dengan mengubah-ubah potensiometer tersebut, yang selanjutnya oleh rangkaian pengatur ini bekerja dengan mengendalikan perubahan tegangan rotor motor dengan cara membuat perubahan besar kecilnya tahanan beban yang dikendalikan oleh triac. Karena tegangan rotor pada saat belum dipasang rangkaian pengatur adalah 125 volt, maka untuk mengantisipasi jebolnya kapasitor yang dipasang pada rangkaian pengatur, harus dipilih tegangannya yang lebih besar dari tegangan rotor.Untuk mendapatkan tahanan beban sebesar 235 Q dibuat dengan dua buah tahanan 470 Q yang dipasang secara paralel. Untuk mengantisipasi jebolnya tahanan beban akibat panas maka dipilih dengan daya tinggi 5 watt, selanjutnya pada body tahanan beban maupun bodi triac dipasang pendingin untuk memudahkan dalam pembuangan panas. Rangkaian Pengatur Kecepatan Motor tersebut dapat dilihat dalam Gambar 6.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN
324
Gambar6. RangkaianPengaturKecepatanMotor PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Bagian akhir dari Rancang Bangun Pengaturan Kecepatan Motor Sinkron Secara Elektronis, adalah pengujian serta pembahasan tentang unjuk kerja dari peralatan tersebut. Pengujian
Pengujian alat dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui hasil akhir dari unjuk kerja peralatan yang telah dibuat. Di dalam pengujian digunakan peralatan-peralatan sebagai berikut : 1. Panel sumber tegangan ac 3 phase, 380 volt 2. Motor sinkron 3 phase 3. Unit Beban 4. Ampere meter 5. Volt meter 6. Tachometer 7. Torsi meter Pengoperasian alat : Dalam melaksanakan pengoperasian alat dilakukan langkah-Iangkah sebagai berikut 1. Motor sinkron 3 phase disiapkan, dan dikopel dengan peralatan unit beban, dimana kecepatan putaran motor dapat dibaca pada RPM meter .. 2. Pada sisi stator bagian terminal U\, V\, WI, di kopel sedangkan pada terminal U2, V2, W2, dihubungkan masingmasing ke R, S, dan T pada sumber tegangan 3 phase. 3. Pada sisi rotor, terminal Fl dan F2 masing-masing dihubungkan ke terminal F 1 dan F2 peralatan pengatur putaran motor. 4. Pasang ampermeter untuk mengetahui arus yang mengalir, jika semua sudah siap maka sumber tegangan ac 3 phase dapat dihubungkan.
Totok Dermawan dkk
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER ISSN 1978-0176
2006
putaran motor yang dikehendaki. lnstalasi Pengaturan Putaran Motor dapat dilihat pada Gambar 7
5. Hidupkan peralatan unit pengatur kecepatan motor, penunjukan RPM meter dibaca untuk mendapatkan
Gambar 7 Instalasi Pengaturan
Putaran
Hasil dari pengujian alat tersebut adalah sebagai berikut : Arus (amper) terminal Tegangan 385 17 Tegangan 30 9 3 386 386 250 150 384 8 5 20 384 384 400 600 700 500 800 380 6 4 574 3 6 0 49 22 23 26 24 25 28 Arus R-T T-S T S 1050 R 900 384 RotorPengujian 0,15 0,15 0,07 0,08 0,16 0,16 0,15 Tabell. Hasil Rparalel= 470'0 (volt) (volt)(amper) n (F1-F2) (volt)
Pengaturan Teganga Kecepatan Motor
Stator
PEMBAHAS Pengujian alat yang telah dilakukan, dengan kondisi putaran motor telah dibebani menggunakan unit beban. Dari tabel pengujian putaran motor dapat dilihat bahwa hasil pengujian tersebut menunjukkan rangkaian pengatur dapat mengendalikan putaran kecepatan motor mulai dari putaran paling rendah (150 RPM) hingga putaran paling tinggi (1050 RPM). Pengaturan kecepatan motor dilakukan dengan jalan memutar/mengatur potensiometer 20 kn (Gambar 6). Besar kecilnya tegangan rotor dipengaruhi oleh dua
Totok Dermawan dkk
325
tahanan beban sebesar 4700 yang dipasang secara paralel, dan besar kecilnya tegangan rotor ini mempengaruhi cepat lambatnya putaran motor. Pengaturan potensiometer 20 ini mempengaruhi pemicuan gerbanglgate triac untuk membuka atau menutup. Jika potensio diputar minimum maka seolah olah tahanan bebannya kecil dan gerbang triac membuka lebar (frekwensi tinggi) sehingga tegangan rotor (FI-F2) rendah akibatnya putaran motor tinggi. Demikian pula jika potensio 20 diputar maksimum, maka seolah gerbang triac membuka sempit (frekwensi rendah) jadi seakan-akan tahanan beban menjadi besar sehingga tegangan rotor (FI-F2) tinggi
ill
ill
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176
akibatnya putaran motor menjadi rendah. Sehingga pada data percobaan terlihat tegangan pada R beban pada saat putaran motor tinggi tegangan juga tinggi, sedangkan pada saat putaran rendah maka tegangan R beban juga rendah. Hal ini berlawanan dengan tegangan pada output terminal rotor (FI-F2). Sebab pada tegangan output rotor, saat putaran motor tinggi tegangannya rendah, sedangkan pada putaran motor rendah tegangannya tinggi. Selama pengujian peralatan pengatur kecepatan motor ini telah dilakukan pengamatan komponen-komponen yang dipakai temyata mampu untuk dioperasikan dalam jangka waktu relative lama, karena meskipun terjadi panas pada komponennya namun hal ini telah diatasi dengan pemasangan sirip-sirip pendingin yang dipasang di dalam komponen tersebut terutama pada triac T2500D serta pada R beban.
DAFTAR PUSTAKA 1. A.E. FITZGERALD, 1992, Mesin-Mesin Listrik, penerbit PT Erlangga, Jakarta 2. WASITO S, Pelajaran elektronika, 1986, Teknik denyut op-amp Thyristor, Karya Utama Jakarta. 3. ZUHAL, 1988, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, penerbit PT Gramedia, Jakarta.
KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil dari pembuatan alat pengatur kecepatan motor sinkron secara elektronis ini, dan setelah dilakukan pengujian adalah : I. Hasil dari Rancang Bangun Pengaturan Kecepatan Motor Sinkron Secara Elektronis ini digunakan untuk mengatur kecepatan putaran motor berdaya besar ac tiga phase yang terdapat di laboratorium Listrik arus Kuat STTN-BATAN, dimana motor tersebut mempunyai tegangan keluaran rotor (FI-F2) sebesar 120 Volt ac. 2. Motor dapat dioperasikan dan diatur putarannya antara 150 sampai dengan 1050 RPM.
3. Alat dapat dipakai sebagai alat praktikum LAK, maupun praktikum kendali, dan digunakan untuk mengendalikan kecepatan putaran menggunakan motor sinkron tiga phase.
Daftar Isi Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -SATAN
326
Totok Dermawan dkk
