PENGARUH ABNORMAL STARTING PADA MOTOR MULTIMESIN BERBASIS LOGIKA FUZZY

PROSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia

PENGARUH ABNORMAL STARTING PADA MOTOR MULTIMESIN BERBASIS LOGIKA FUZZY Birowo, Kusno Suryadi Jurusan Teknik Elektro Universitas Gajayana Malang Email : iksanul.yahoo.com

ABSTRAK Jika terjadi kondisi starting abnormal pada motor multimesin maka suatu

mesin akan memberikan respon tertentu. Untuk melakukan analisis dari respon pada kondisitersebut dibutuhkan suatu model matematis dari sistem. Dengan menggunakan model Mathlab//Simulink multirnesin dalam koordinat dq, respon dari masingmasing rnesin telah dapat distimulasi dengan baik, sehingga kecepatan, torsi, dan aius stator dan rotor dapat diamati dengan baik, sehingga pencegahan yang diperlukan dapat dilakukan.

Kata kunci: pemodelan, motor induksi, multimesin, gangguan hubung singkat tiga-

fasa.

l

PENDAHULUAN Pada hubungan langsung pada motor induksi tiga fasa tipe sangkar, kecepatan motor akan naik, dari keadaan diam, hingga mencJpai kecepatan metLUini nominal, bila tiba{iba switch ditutup sehingga motor mendapatkan tegangan nominal, pada frequency sumber dan pada keadaan beban nol. Pada kebanyakan yang terjadi diindustri atau dalam pemakaian kecil, starting dari motor indukii dalam kleadaan normal, diikuti oleh turunnya tegangan dan naiknya arus motor sampai beberapa kali arus nominal. Respon yang terjadi dapat dipelajari dari model motor induksi dalam model dq. Motor induksi dalam model dq merupakan modelyang tidak linier, sehingga untuk mendapatkan respon dalam keadaan starting sangat sulit sekli. Karena itu akan digunakan model Matlab//Simulink untuk melihat response tersebut. Begitu juga untuk

mendapatkan starting dalam keadaan abnormal

Matlab//Simulink.

akan digunakjn model

Dalam makalah ini akan dibahas suatu respon dari motor dari motor induksi tiga-fasa yang menjalani starting secara on-line dalam keadaan abnormal. Keadaan abnormal ini adalah keadaan dimana switch yang dipakai untuk menghubungkan bus dan motor induksi menutupnya tidak bersamaan. Kontak dari fasa b mengat;mi delay sebesar 0.1 detik dibandingkan dalam kontak fasa yang lain. Untuk melihai respon daii kejadian ini digunakan model dengan Mathlab//Simulink.

MODEL MOTOR INDUKSI DALAM D.Q Model matematis dari motor induksi tunggal dalam koordinat d-q dengan tegangan suplaiyang simetri, dinyatakan dalam persamaan tegangan sebagai beriliut : -

l,t,=r,Jq,* t/*

dty""

*

*ar^

l1l

=t,.ia,**-rrr,

l2l

Universitas Teknologi "Yogyakarta", 04 Desember 2OO4 6Zt+

PROSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia

I

o, = r,.in,

dry",

+-:-!L+(a)-r,) d,

l3l

lYtt * 1, - r,).v n,

t4l

v), = r, iu, *

Persamaan untuk fluksi adalah:

ir,) Va, = Lr".ia, + L.(ir, + ir,) V,, : 1,, ir, + i.(i,, + i,,) v'r, = L,,.io, + L,(ir" + ir,) Vo,

11.1.

= Lt,.ir" + t-(ir, +

t5] t6] l7J

tB]

Model Motor lnduksi Dalam Simulink

Model untuk motor induksi dengan sumber tegangan sinusoidal yang simetri dalam Simulink terlihat pada Gambar. 1. Dalam model tersebut motor induksi dihubungkan ke sumber melalui suatu bi'eaker, dimana waktu penyalaan untuk masing-masing kontak fasa oapat diatur. Bila waktu penyalaan untuk masing-masing kontak fasa dibuat sama, maka Ciperoleh kondisi starting yang normal. Namun bila waktu kontak dari salah satu fasa diperlambat, maka diperoleh kondisi starting yang tidak normal.

Gambar. 1. Model motor induksi dengan sumber tegangan simetri dan breaker diantara-nya dalim Mathlab//Simulink 11.2. Struktur Pengatur Logika Fuzzy Struktur dasar pengatur logika fuzzy mempunyai empat blok diagram sebagaimana terlihat pada gambar 2. Dan fungsinya adalah sebagai berikut: Fuzzifier yang berfungsi untuk mentransformasikan sinyal masukan yang berbentuk crisp (bukan fuzzy) ke himpunanfuzzy dengan menggunakan operator fuzzfier. Basis pengetahuan berisi basis data dan aturan dasar yang mendefinisikan himpunan fuzzy atas-atas daerah masukan dan keluaran, dan menyusunnya dalam perangkat aturan kontrol. Logika pengambilan keputusan merupakan inti dari pengatrrr logika fuzzy yang mempunyai kemampuan seperti manusia dalam mengambil keputusan, aksi atur fuzzy d isim pulkan den gan men ggunakan implikas i f uzzy mekanism e inference f uzzy. Defuzzifier berfungsi untuk mentransformasikan kesimpulan tentang aksi itur yang bersifat crisp dengan menggunakan operator defuzzifier.

Universitas Teknologi "Yogyakarta", O4 Desember 2OO4 825

PRosrDrNG, seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia

Gambar 2. Blok diagram pengatur Logika Fuzzy

-->

Gambar 3. Diagram pengaturan Dengan FLC Pada tahap awal pengaturan logika fuzzy diperlukan adanya fuzzifi-kasi yang dilakukan oleh fuzzifrer, fuzzifrkasi dapit dikataftan'sebagai pem"taan masukan ke semesta himpunan fu.?y'Metoda yang sering dipakai acat"an dengan ,nemperrarur."n masukan crisp yang.diperoreh sebagai fuzzy tunggar (singreton ruzig Basis data berfungsi mendifinisikan nlmfuna n iuuy dari sinyal masukan dan

;inyal. keluaran yang dinyatakan dalam bentuk tabulasi. pemilihan ;umra'n rever kuantitas sangat mempengaruhi kepekaan pengatur logika fuzzy terhaoap masut
Perancangan lJnit Pengatur Logika Fuzzy Perancangan pengatur logika fu'zy meliputi pendifisian himpunan semesta beserta penyokongnya baik untuk masukan maupun iuiu"run, pendifisian fungsi keanggotaan untuk tiap.. penyokongnya, penyusunan kaidah atur, struktur pengatur logika fuzzy serta pemilihan metodi ieruzzirii
'

Elkl=r[k]-c[k]

(9) pbruuahin error adarah error sekarang dikurangi error seberurny" y-itr,

Ae[k] = e[k

-1] erroi oan perubahan yang terjadi setama system o"o"f:l] tertebih dahutu .error dikuantisasi atau dipetakan menlaoi kesalahan terkuantisasi'(ee) oan-lerfinan

kesalahan ierkuantisasi (AQe). Maksud dan tujuan pengkuantisasian adalah untuk memetakan kesalahan dan perubahan kesalahan ke ;"j; semesta pembicaraan dengan rentang kerja yang telah ditentukan yaitu _6 sampai dengan O.

Universitas teknolog 826

PROSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia

pengatur fuzzy akan menentukan aksi pengendalian Au (perubahan sinyal masukan system) dari keadaan system yang berupa kesalahan dan perubahan kesalahan' Kesalahan dan perubahan kesalahan merupakan masukan dari unit pengatur fuzzySecara matematik Au dinYatakan: (11) au = F (etkl, netkl) yang diberikan dimana F adalah tindakan dari fungsi fuzzy berdasarkan aturan-aturan referensi arus adalah induksi motor pada system. Semesta pembicaraan untuk starting vano didefinisikan: (2) e(k) = 1..[k]- l"[k] (13) Ae[k] = elkl - e[k - 1] '[k (4) Al.'[k] = l. '[k] - l. - 1] dimana lr.[k] dan Al,'[k] adalah merupakan arus referensi dan perubahan arus pada waktu pencuplikan ke-k. 11.4. Rule Base Yang Digunakan Kaidah pengatur fizzy merupakan kumpulan aturan-aturan "lF-TFiEN" yang menjadi inti Oaii retasi fuzzy, pengendalian sebagai acuan untuk menyatakan aksi pengendalian, aturan-aturan tersebut disusun berdasarkan pengamatan atau pem-ikiran terhadap respon dinamik system. Perancangan kaidah pengatur didalam unit logika fuzzy terdiri dari basis data yang merupakan media manipulasi dala fuzzy, basis Jturan dari fuzzy merupakan hukum aksi pengendali linguistik. Rule base dibuat dari himpunan-himpunan rule linguistik yang didapatkan dengan berdasarkan pengalaman "Human Experf' dan menggunakan algoritma pelatihan berdasarkan datadatJ masukan dan keluaran. Pada kasus pengendalian operasional motor himpunan semesta pembicaraan meliputi error arus nominal dan perubahan arus nominal yang dinyatakan dalam persamaan (14) dan (15). Untuk semesta pembicaraan dari aksi pengendalian adalah arus referensi. Tabel. L Rule Base digunakan dalam system pengaturanArus starting motor

\E Ae\

PB

PS

P.K

NL

NK

NS

NB

P.B P.S

P.B P.B P.B P.B

P.B P.B P.B P.B P.K S.N N.K

P.B P.B P.S P.K S.N N.K

P.B P.S

P.S

P.K

P.K S.N

P.K

S.N

N.K

S.N

N.K

N.K

N.S N.B N.B

N.S N.B N.B N.B

S.N N,K N.S N.B N.B N.B N.B

P.K N.L N.K N.S N-B

P.S

P.K S.N

N.S

N.S N,B

SIMULASI III.1. DATA MESIN Untuk melaksanakan simulasi terhadap respon dari motor-motor bila terjadi gangguan hungan singkat tiga fasa sesaat pada bus, digunakan motor-motor dengan data yang tercantum dalam Tabel 1.

Universitas Teknologi "Yogyakarta", A4 Desember 20O4 827

I

PRoSTDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia

Tabel 1. Parameter Motor lnduksi Data Motor Induksi

tiga-fasa H.P

20a

Volt R" (Ohm)

220 0.01

Xr" (H)

Xr, (H)

0.0655 3.225 0.0655 4.0261

H (kg.m')

0.922

x", (H) R. (Ohm)

III.2. HASIL SIMULASI Hasil simulasi dari multi-motor pada saat starting dapat dibagi dalam dua hal:

Untuk kondisi normal (semua kontak dari breaker'on dalair waktu yang bersamaan sebelum proses logika fuz4 . Hasil simulasi untuk torsi, kecepatan, dan ilgangan line sebagai fungsi waktu terlihat pada Gambar.4,5 dan 6. \,/ line

(\.€it)

3gl

l go _52 -t

so.524 1 .o4€

-3e

Gambar.4 Tegangan vs waktu dari motor induksitiga-fasa dalam keadaan starting tidak normal

Gambar. 5 Torsivs waktu dari motor induksitiga-fasa dalam keadaan starting tidak normal Hasil simulasi untuk arus stator dan rotor dari motor induksi tiga-fasa untuk keadaan tidak normalterlihat pada Gambar.7, dan B.

Gambar. 6 Kecepatan vs waktu dari motor induksitiga-fasa dalam keadaan startino tidak normal

Universitas Teknologi ..yogyakartj", O+ oesemOlr 828

ZOO+

pRoslDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia

dalam keadaan 6ambar. 7 Arus stator faia-d vs waktu dari motor induksitiga-fasa starting tidak normal dalam waktu 0'1 detik Untuk kondisi tidak normal (kontak daii breaker terlambat on Fuzzy sebagai berikut : dibandingkan dengan fasa yang lain) setelah proses logikafungsi waktu terlihat pada Hasil simulasi untuk torti, fe""p]"tan, dan arus line sebagai Gambar. B, 9, dan 10.

Ltline *,btt) SEO -SSA

I

SO

-4AS

- I go.4S0

i ts1 ",r

\1

.193

-3SO.OSA

Gambar.

B

Tegangan vs waktu dari motor induksitiga-fasa dalam keadaan starting tidak normal normal

starting tidak Gambar. 9 Torsi vs waktu dari motor induksitiga-fasa dalam keadaan normal normal

keadaan starting Gambar. 10 Kecepatan vs waktu dari motor induksitiga-fasa dalam tidak normal trormal

ffiyakarta",

o4 Desember 2oo4 829

PRoSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia

Gambar. 11 Arus stator fasa-d vs waktu dari motor induksi tiga-fasa dalam keadaan starting tidak normal normal

ANALISIS Dari hasil simulasi dapat dilakukan analisis sebagai berikut:

Seperti diuraikan diatas, dapat dianggap bahwa motor induksi mengalami gangguan tidak simetri selama 0.1 detik. Gangguan tidak simetri ini mel,ipakan gangguan berupa terbukanya fasa d. Dalam hal ini motor induksi bekerja sebagai motor induksi dua fasa, sehingga medan yang terjadi merupakan medan yung berpulsasi. Dalam kondisi initorsitidak bisa terbeniuk selama gangguan (lihat Gainbar. B). Dengan demikian, maka motor baru berputar setelah switch tertutup ititrat Gamnar. 10).

Pada saat terjadi starting abnormal, arus mula stator menjadi dua kali lebih dari pada arus starting pada keadaan normal, dan arus rotor starting pada keadaan normal berlangsung.kurang lebih 3 cycle (lihat Gambar. g), sedangka-n pada keadaan tidak normal bisa terjadi selama kurang lebih sepuluh cycle. Kondisi arus rotor starting ini tentunya akan dapat menimbulkan pemanasan yang berlebihan pada rotor, dan ciapat merusak motor. Karena bila terjadi kondisi ini,

diperlukan suatu pengaman yang memadai.

KESIMPULAN Dari hasilsimulasi, maka modelyang dikembangkan untuk motor induksi dalam Simulink dapat dipakai untuk mengetahui respon yang baik. Karena itu dengan studi semacam ini kem.ungkinan yang jelek dapat dicegah dengan memasang pengaman y,ang sesuai.

DAFTAR PUSTAKA R. H. Park, July 1929, Two Reaction Theory of Synchronous Machines Generalized Method of Analysis - part l, IEEE Trans., Vol. 48, , pp.751_755. H. c. stanley, 1938, An Analysis of the tnduction Motor,|EHE Trans. Vol. 57 (Supplement),, pp. TS1-755. G. Kron, 1951, Equivalent Circuits of Etectricat Machinery, John Wiley and Sons, lnc., New York, N. Y.. D.s. Brereton, D. G. Lewis, and c. G. young, August 1gsz, Representation of lnduction Motor Loads during Power Sysfem Stabitity Siudr'es, IEEE Trans. Vol. 76, pp. 451-461. P. C. Krause and C. G. Thomas, November 1965, Srmrl iation of Symmetricat lnduction Machinery, IEEE Trans power Apparatus and systems, Vor. 84, pp. 1o3B1

053.

Bose 8.K., 1981, Adjustable Speed AC Drive,|EEE press. Lipo T.A., 1984, Dynamics And control of AC Drives, class Notes, University of Wisconsin. Krause P. c., Nozari F., and skvarenina T. L., 1g7g, The Tkeory of Neglecting stator Transients,lEEE Transaction on power Apparatus and'system-, vot. Fns_gg. Paul c. Krause, 1987, Analysis of Electric Machinery, Mc. Graw Hill lnc., New york.

Universitas Teknologi "yogyakarta,,, O4 pesember iOOZ 830

PROSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia

Noronty D. W., AC Machines, 1979, C/ass Nofes University of l4lisconsin-fvladison. Soebagio, 1989, Srmu/asi Mesin lnduksi dengan Sumbu D-Q, Laporan Penelitian, lTS.

Universitas Teknologi "Yogyakarta", 04 Desember 2OO4 831