ANALISA PENGARUH TAHANAN ROTOR TAK SEIMBANG TERHADAP PENGEREMAN MOTOR INDUKSI TIGA PHASA ROTOR BELITAN Aplikasi Pada Pusat Pengembangan Dan Pemberdayaan Pendidik Dan Tenaga Kependidikan (P4TK) Medan
OLEH :
NAMA
: FAUZAN Z NASUTION
NIM
: 07 0402 061
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
ANALISA PENGARUH TAHANAN ROTOR TAK SEIMBANG TERHADAP PENGEREMAN DINAMIK MOTOR INDUKSI TIGA PHASA ROTOR BELITAN Aplikasi Pada Pusat Pengembangan Dan Pemberdayaan Pendidik Dan Tenaga Kependidikan (P4TK) Medan
Oleh : NAMA NIM
: FAUZAN Z NASUTION : 07 0402 061
Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada tanggal 12 bulan Desember tahun 2012 di depan penguji : 1) Ir. Panusur SM.L Tobing
: Ketua Penguji
: ……………
2) Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si : Anggota Penguji
: ……………
3) Ir. Zulkarnaen Pane
: ……………
: Anggota Penguji
Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir
(Ir. Eddy Warman) NIP : 19541120 198003 1 003
Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si) NIP : 19540531 198601 1 00
ANALISA PENGARUH TAHANAN ROTOR TAK SEIMBANG TERHADAP PENGEREMAN DINAMIK MOTOR INDUKSI TIGA PHASA ROTOR BELITAN Aplikasi Pada Pusat Pengembangan Dan Pemberdayaan Pendidik Dan Tenaga Kependidikan (P4TK) Medan
Oleh : NAMA
: FAUZAN Z NASUTION
NIM
: 07 0402 061
Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada tanggal 19 bulan Desember tahun 2012 di depan penguji : 1) Ir. Panusur SM.L Tobing
: Ketua Penguji
2) Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si
: Anggota Penguji
3) Ir. Zulkarnaen Pane
: Anggota Penguji
Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro
(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si) NIP : 19540531 198601 1 002
Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir
(Ir. Eddy Warman) NIP : 19541120 198003 1 003
KATA PENGANTAR Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada Nabi Muhammad SAW. Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda ( Drs. Rosehat Nasution ) dan Ibunda ( Elmi Zuhriah Hasibuan ), yang telah mendukung dan mendoakan dari penulis hingga sekarang, dan rasa sayang saya saya haturkan kepada saudara-saudara saya Muhammad Anshari Nasution, Nuril Islami Nasution, Riskina Mulyani Nasution Salman Setiawan Nasution. Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : ANALISA PENGARUH TAHANAN ROTOR TAK SEIMBANG TERHADAP PENGEREMAN DINAMIK MOTOR INDUKSI TIGA ROTOR BELITAN Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis dalam kesempatan ini ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim Msi dan Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane selaku dosen wali penulis yang senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan. 3. Bapak Ir. Eddy Warman selaku Dosen Pembimbing yang dengan sabar dan tulus meluangkan waktu dan pikiran untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Seluruh Staf Pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh Pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas bantuan administrasinya. 5. Sahabat – sahabat terbaikku dikampus, Ali Sahbana Hrp, Recky Suharmon, Ahmad Muhajir, Fachry, Habibi, Reza, Irham, Indra, Surya , Tony Andrian, Oki, Ardi, hanry, Luki itsardi, Nobel, Benito, dan semua teman – teman Elektro ’07 yang tidak mungkin disebutkan satu persatu. 6. Sahabat – Sahabat terbaikku di tim DW, Dina MSS, Sukma Faizah, Nina Apriani, Deni Rafli, Recky, Iqbal damanik, Bang Ridho, Bang Faizal, Kak Rena, kak widie, kak wina, kak vana. 7. Terkhusus buat Khodri Ibrahim Nasution. 8. Buat Bayu, Sigit, Andika, Rumi, Zuhdi Mahendra, Arif Tri, Ichsan Lubis, Rozi, Adriansyah, Abdul Ghofur, Rahmat Fajar, Patria bowo, Ryan, Azan. 9. Buat anak – anak SMART Ekselensia Indonesia Medan, buat anak – anak ETOS Medan, Buat anak – anak SMK TELKOM SANDYPUTRA Medan.
10. Buat Tim saya di SMK TELKOM SANDYPUTRA Medan, buat anak – anak asrama putra Ihsan nasty, Muslimin, Hamdan, Bang Hendry, Cirin. 11. Buat pengurus UKMI Ad-Dakwah periode 2011 semuanya yang saya cintai. 12. Semua abang dan kakak senior serta adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis. 13. Dan pihak - pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Akhir kata penulis menyadari bahwa tulisan ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat khususnya bagi penulis pribadi maupun bagi semua yang membutuhkannya dan hanya kepada Allah SWT – lah penulis menyerahkan diri.
Medan, 5 Oktober 2012 Penulis
ABSTRAK Pengereman dinamik motor induksi rotor belitan dapat dilakukan dengan sistem pengereman mekanis dan elektrodinamik. Pada sistem elektrodinamik dapat dibedakan atas beberapa metode diantaranya pengereman regeneratif, plugging dan dinamik. Pada metode dinamik dapat menggunakan sumber arus searah atau kapasitor. Pada motor induksi tiga fasa terkadang batangan yang rusak pada cangkang rotor dapat menyebabkan belitan motor yang tidak seimbang, dan juga belitan pada rotor dapat dilengkapi dengan resistansi eksternal 3 fasa yang mungkin belum seimbang. Hal ini memberikan pengaruh terhadap torsi dan putaran motor tersebut. Pada rotor jenis belitan dapat dirancang dengan menambahkan tahanan luar untuk mendapatkan tahanan rotor yang tidak seimbang. Pada tugas akhir pengaruh tahanan rotor tak seimbang terhadap pengereman dinamik motor induksi tiga fasa rotor belitan ini, menggunakan kapasitor minimum 17,35 μF untuk motor dengan kapasitas 1,1 KW dan faktor daya 0,71. Tahanan yang digunakan masing – masing 20 Ω dengan tahanan tak seimbang konfigurasi 26,4 Ω, 31,3 Ω, 37,7 Ω. Waktu tercepat pengereman diperoleh sebesar 3,69 sekon dan waktu terlama pengereman diperoleh sebesar 3,95 sekon.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ......................................................................................... i
ABSTRAK .......................................................................................................... iv
DAFTAR ISI ........................................................................................................ v DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ x DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiv
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang ............................................................................. 1
1.2
Tujuan dan Manfaat Penulisan ...................................................... 2
1.3
Batasan Masalah ........................................................................... 2
1.4
Metode Penulisan .......................................................................... 3
1.5
Sistematika Penulisan ................................................................... 3
MOTOR INDUKSI TIGA PHASA 2.1
Umum............................................................................................ 6
2.2
Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa .......................................... 6 2.2.1 Stator ................................................................................. 7 2.2.2 Rotor.................................................................................. 8
2.3 Medan Putar ................................................................................. 11 2.3.1 Analisis Secara Vektor ......................................................... 12 2.4
Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa ....................................... 13
2.5
Rangkaian Ekivalen Motor Induksi .............................................. 16 2.5.1 Rangkaian Ekivalen Stator .................................................. 16
2.5.2 Rangkaian Ekivalen Rotor .................................................. 18 2.6
Aliran Daya Motor Induksi ........................................................... 22
2.7
Torsi Motor Induksi tiga Phasa ..................................................... 25
2.8
Efisiensi Motor Induksi Tiga Phasa .............................................. 29
2.9
Disain Motor Induksi Tiga Phasa.................................................. 29
2.9
Penentuan Parameter Motor Induksi ............................................. 30 2.9.1
Pengujian Tanpa Beban.................................................. 31
2.9.2
Pengujian Tahanan Stator .............................................. 32
2.9.3
Pengujian Rotor Tertahan .............................................. 33
BAB III TEORI KOMPONEN SIMETRIS DAN TORSI MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN TAHANAN ROTOR TAK SEIMBANG 3.1
Teori Komponen Simetris ............................................................. 36
3.2
Operator “a” .................................................................................. 39
3.3
Komponen Simetris dari Fasor Tak Simetris ................................ 40
3.4
Torsi Motor Induksi Tiga Fasa Dengan Tahanan Rotor Yang Tidak Seimbang ....................................................................................... 43
BAB IV PENGEREMAN PADA MOTOR INDUKSI TIGA PHASA 4.1
Umum............................................................................................ 49
4.2
Sistem Pengereman Mekanis ........................................................ 50
4.3
Sistem Pengereman Elektrodinamik ............................................. 50 4.3.1 Pengereman Regeneratif .................................................... 51 4.3.2 Pengereman Plugging ....................................................... 51 4.3.3 Pengereman Dinamik ......................................................... 53
4.3.3.1 Pengereman Dinamik Dengan Sumber Arus Searah ......................................................... 53 4.3.3.2 Pengereman Dinamik Dengan Kapasitor ............ 55 A. Prinsip Kerja .................................................. 55 B. Timbulnya Penguatan Sendiri dan Rangkaian Ekivalen ....................................... 56 C. Kapasitor ....................................................... 61 4.4 BAB V
Sistem Pengereman Elektrodinamik ............................................. 62
PERCOBAAN
PENGARUH
TAHANAN
ROTOR
TAK
SEIMBANG TERHADAP PENGEREMAN DINAMIK MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR BELITAN 5.1
Umum............................................................................................ 63
5.2
Peralatan Yang Digunakan............................................................ 63
5.3
Percobaan Menentukan Parameter Motor induksi Tiga phasa...... 64 5.3.1 Percobaan Hubung Singkat ( block rotor ) ......................... 64 5.3.1.1 Rangkaian Percobaan ............................................ 64 5.3.1.2 Prosedur Percobaan ............................................... 64 5.3.1.3 Data Hasil Percobaan ............................................ 65 5.3.1.4 Analisa Data Hasil Percobaan ............................... 65 5.3.2 Percobaan Beban Nol .......................................................... 67 5.3.2.1 Rangkaian Percobaan ............................................ 67 5.3.2.2 Prosedur Percobaan ............................................... 67 5.3.2.3 Data Hasil Percobaan ............................................ 68
5.3.2.4 Analisa Data Hasil Percobaan ............................... 68 5.3.3 Percobaan Pengukuran Tahanan Stator (DC test ) ............. 69 5.3.3.1 Rangkaian Percobaan ............................................ 69 5.3.3.2 Prosedur Percobaan ............................................... 69 5.3.3.3 Data Hasil Percobaan ............................................ 69 5.3.3.4 Analisa Data Hasil Percobaan ............................... 68 5.3.4 Percobaan Pengukuran Tahanan Rotor (DC test ) ............. 69 5.3.4.1 Rangkaian Percobaan ............................................ 69 5.3.4.2 Prosedur Percobaan ............................................... 69 5.3.4.3 Data Hasil Percobaan ............................................ 69 5.3.3.4 Analisa Data Hasil Percobaan ............................... 70 5.4. Penentuan Besar Kapasitor Minimum Untuk Pengereman Dinamis .............................................................................................. 72 5.5 Percobaan Pengaruh Tahanan Rotor Tak Seimbang Terhadap Pengereman Dinamik Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan …….73 5.5.1 Rangkaian Percobaan Pengereman Motor Induksi Tiga Fasa Tanpa Kapasitor .................................................................. 73 5.5.2 Rangkaian Percobaan Pengereman Motor Induksi Tiga Fasa Dengan Tahanan Rotor Tak Seimbang ............................... 74 5.5.3 Prosedur Percobaan .............................................................. 74 5.5.4 Data Hasil Percobaan ........................................................... 76 5.5.5 Analisa Data Hasil Percobaan .............................................. 76 5.5.5.1 Analisa Pengaruh Kapasitor Pada Pengereman Dinamik Motor Induksi 3 Phasa ............................ 76
5.5.5.2 Analisa Data ........................................................... 77
BAB VI
PENUTUP 6.1 Kesimpulan .................................................................................. 85 6.2 Saran............................................................................................. 85
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Penampang Stator dan Rotor Motor Induksi Tiga Fasa………….7
Gambar 2.2
Komponen Stator Motor Induksi Tiga Fasa (a) Lempengan Inti, (b) Tumpukan Inti Dengan Kertas Isolasi Pada Beberapa Alurnya, (c) Tumpukan Inti dan Kumparan dalam Cangkang Stator. .................8
Gambar 2.3
(a) Tampilan Close-Up Bagian Slip Ring Rotor Belitan(b) Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan .......................................................9
Gambar 2.4
Skematik Diagram Motor Induksi Rotor Belitan .............................9
Gambar 2.5
(a) Rotor Sangkar Tupai dan Bagian-bagiannya (b) Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai ......................................................10
Gambar 2.6
(a) Diagram phasor fluksi tiga phasa (b) Arus Tiga Phasa Setimbang.......................................................................................11
Gambar 2.7
Medan Putar Pada Motor Induksi Tiga Phasa ................................12
Gambar 2.8
Arah Fluks Yang Ditimbulkan Oleh Arus Yang Mengalir Dalam Suatu lingkar ......................................................................12
Gambar 2.9
Diagram Vektor Untuk Fluks Total Pada Keadaan t 1 , t 2 , t 3 , t 4 ......13
Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Stator Motor Induksi .....................................16 Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Pada Rotor Motor Induksi .............................19 Gambar 2.12 Rangkaian Ekivalen Pada Motor Induksi Tiga Phasa ....................20 Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Dilihat Dari Sisi Stator Motor Induksi ..........20 Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen Dilihat Dari Sisi Stator Motor Induksi ..........21 Gambar 2.15 Rangkaian Ekivalen Lain Dari Motor Induksi ...............................22 Gambar 2.16 Diagram Aliran Daya Motor Induksi .............................................24 Gambar 2.17 Tegangan Ekivalen Thevenin Pada Sisi Rangkaian Input..............26
Gambar 2.18 Impedansi Ekivalen Thevenin Pada Sisi Rangkaian Input .............27 Gambar 2.19 Rangkaian Ekivalen Thevenin Motor Induksi ................................27 Gambar 2.20 Hubungan Antara Torsi Dan Slip Motor Induksi ...........................28 Gambar 2.21 Efisiensi Pada Motor Induksi .........................................................30 Gambar 2.22 Rangkaian Pengujian Tanpa Beban Motor Induksi ........................31 Gambar 2.23 Rangkaian Pengujian Tahanan Stator Arus Searah Motor Induksi 32 Gambar 2.24 Rangkaian Rotor Ditahan Motor Induksi .......................................34 Gambar 3.1
Tiga Himpunan fasor seimbang yang merupakan komponen simetris dari tiga fasor tak seimbang..............................................38
Gambar 3.2
Penjumlahan secara grafis komponen – komponen pada gambar 3.1 untuk mendapatkan tiga fasor tak seimbang ..................................38
Gambar 3.3
Diagram Fasor berbagai pangkat dari operator a ...........................40
Gambar 3.4
Motor induksi dengan belitan rotor tak seimbang ..........................44
Gambar 3.5
Kurva Torsi terhadap Slip ..............................................................48
Gambar 4.1
Arah Putaran Medan Putar Stator Dan Putaran Rotor Pada Saat Pengereman Plugging: (A) Sebelum Pengereman : (B) Selama Proses Pengereman: (C) Setelah Pengereman Bila Saat N r = 0, Pembalikan Phasa Tidak Dilepas Dari Sumber ..............................52
Gambar 4.2
Rangkaian Pengereman Dinamik Motor Induksi Tiga Phasa. (a) Penguatan Berasal Dari Baterai, (B) Penguatan Berasal Dari Sumber Jala- Jala Yang Disearahkan .............................................54
Gambar 4.3
Hubungan Kapasitor Sebagai Penguatan yang Dapat Dihubungkan Delta Atau Bintang. ........................................................................55
Gambar 4.4
(a) Kurva Magnetisasi Mesin Induksi (X m ). (b) Kurva
Karakteristik Arus - Tegangan Capacitor Bank , Semakin Besar Nilai Kapasitor (c ) Maka Arus yang Ditimbulkan Semakin Besar ...............................................................................................57 Gambar 4.5
Karakteristik Hubungan Antara Arus Penguata Dengan Tegangan ........................................................................................58
Gambar 4.6
Kurva Nilai Kapasitansi Terhadap Pembangkitan Tegangan. ........59
Gambar 4.7
Rangkaian Ekivalen Pengereman Dinamik Dengan Kapasitor ......60
Gambar 5.1
Rangkaian Percobaan Hubung Singkat ..........................................64
Gambar 5.2
Rangkaian Percobaan Beban Nol ...................................................67
Gambar 5.3
Rangkaian Percobaan Tahanan DC Pada Stator .............................69
Gambar 5.4
Rangkaian Percobaan Tahanan DC Pada Rotor .............................71
Gambar 5.5
Rangkaian Percobaan Pengereman motor induksi 3fasa tanpa kapasitor …………………………………………………………73
Gambar 5.6
Percobaan pengereman motor induksi tiga fasa dengan tahan rotor . tak seimbang ..............................................................................74
Gambar 5.7
Grafik Karakteristik Pengereman Dinamik n r (rpm) vs t(s) Pada tahanan rotor tak seimbang……………………………………….83
Gambar 5.8
Grafik Karakteristik Pengereman Dinamik R vs t(s) Pada Tahanan Terhubung Y ....................................................................83
Gambar 5.9
Grafik Karakteristik Pengereman Dinamik Torsi vs Slip………..84
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Standar Besarnya Reaktansi Berbagai Jenis Desain Rotor.......... 35
Tabel 5.1
Data Hasil Percobaan Hubung Singkat ....................................... 65
Tabel 5.2
Data Hasil Percobaan Beban nol ................................................. 68
Tabel 5.3
Data Hasil Percobaan Tahanan DC pada stator ........................... 69
Tabel 5.4
Data Hasil Percobaan Tahanan DC pada rotor ............................ 71
Tabel 5.5
Data Hasil Percobaan Pengereman tanpa kapasitor .................... 76
Tabel 5.6
Data Hasil Percobaan Pengereman Dengan Tahanan Rotor Seimbang………………………………………………….76
Tabel 5.7
Data Hasil Percobaan Pengereman Dengan Tahanan Rotor Tak Seimbang……………………………………………..76
