PENGARUH VARIASI KETIDAKSEIMBANGAN TEGANGAN TERHADAP KINERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN NILAI FAKTOR KETIDAKSEIMBANGAN TEGANGAN YANG SAMA
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh: AHMAD MUNTASHIR AULIA NIM : 090402057
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR PENGARUH VARIASI KETIDAKSEIMBANGAN TEGANGAN TERHADAP KINERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN NILAI FAKTOR KETIDAKSEIMBANGAN TEGANGAN YANG SAMA Oleh: AHMAD MUNTASHIR AULIA 090402057 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 7 Bulan Mei Tahun 2014 di depan Penguji: 1. Ketua Penguji
: Ir. Riswan Dinzi, M.T.
2. Anggota Penguji
: Yulianta Siregar, S.T., M.T. ……….
……….
Disetujui Oleh: Pembimbing Tugas Akhir
Ir. Zulkarnaen Pane, M.T. NIP. 195707201983031001
Diketahui Oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. NIP.195405311986011002
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Tegangan suplai tiga fasa tidak seimbang merupakan fenomena yang terjadi ketika tegangan sistem yang seharusnya bernilai sama akan tetapi karena beberapa faktor terjadi adanya perbedaan yang cukup signifikan antara salah satu fasa dengan fasa yang lain. Hal ini tentunya berpengaruh terhadap kinerja beban listrik yang membutuhkan tegangan yang seimbang untuk dapat bekerja secara optimal, salah satunya adalah motor induksi tiga fasa.Tegangan suplai tiga fasa yang tidak seimbang tentu saja berpengaruh terhadap kinerja dari motor induksi tiga fasa pada saat beroperasi. Pada Tugas Akhir ini, dilakukan simulasi dengan menggunakan perangkat lunak matlab / simulink untuk melihat pengaruh delapan kondisi ketidakseimbangan tegangan terhadap kinerja motor induksi tiga fasa dengan faktor ketidakseimbangan tegangan yang sama namun terlebih dahulu sudah dilakukan beberapa percobaan untuk mengetahui parameter motor. Setelah dianalisis pada kondisi steady state (tunak) terlihat bahwa adanya perbedaan pengaruh dari tiap kondisi ketidakseimbangan tegangan walaupun faktor ketidakseimbangan tegangannya bernilai sama. Pada faktor ketidakseimbangan tegangan 4%, kondisi 2∅ − 𝐴𝐴 memiliki efisiensi paling rendah yaitu 78.97%, kondisi 2∅ − 𝑈𝑈𝑈𝑈 memiliki torsi terendah yaitu 8.247 Nm dan kondisi 3∅ − 𝑈𝑈𝑈𝑈 memiliki penurunan kecepatan terbesar yaitu hingga 1388 Rpm. Kata Kunci : Ketidakseimbangan tegangan, Motor induksi tiga fasa.
i Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah atas berkah dan rahmat-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan baik Tugas Akhir yang berjudul: “ PENGARUH VARIASI KETIDAKSEIMBANGAN TEGANGAN TERHADAP KINERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN NILAI FAKTOR KETIDAKSEIMBANGAN TEGANGAN YANG SAMA” Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib dipenuhi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada departemen Teknik Elektro FT USU. Tugas Akhir ini penulis persembahankan untuk kedua orangtua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak terhingga yaitu Ayahanda (M.Fairuz Abadi) dan Ibunda (Anna Arofah) yang memberi dukungan, semangat dan doanya. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan pertolongan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T. sebagai Dosen Pembimbing tugas akhir saya yang telah bersedia meluangkan waktu di sela-sela kesibukan beliau untuk membimbing penulis mulai dari awal sampai selesainya Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T. dan Bapak Yulianta Siregar, S.T., M.T. sebagai dosen penguji yang telah banyak memberikan masukan – masukan untuk perbaikan tugas akhir ini. 3. Bapak Ir. Syahrawardi selaku dosen wali penulis yang banyak memberikan masukan dan pengarahan selama penulis menempuh perkuliahan. 4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro. 5. Bapak Rachmad Fauzi, S.T., M.T., selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro. 6. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 7. Sahabat-sahabat terbaik, Agung, Rizky, Dimas, Rizal, Tondy, Arfan, Rizi, Nisa, Yuli, Lukman, Adly, Masykur, Afit, Adit, Faya, Asri, Leo, Doni, Wangto, Rudy, Kentrick, Fahrul, Teguh, Meta, Reza, Budi, Arif
ii Universitas Sumatera Utara
dan seluruh teman-teman elektro stambuk 2009 lainnya yang tak bisa saya sebutkan satu persatu. 8. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan kontribusinya kepada penulis, baik secara langsung maupun tidak langsung, jasa kalian akan senantiasa penulis kenang dan sebagai acuan untuk menempuh hari-hari ke depan dengan penuh semangat dan lebih baik lagi. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa yang ingin lebih mengetahui dan mendalami Tugas Akhir Penulis.
Medan, Penulis
Juni 2014
Ahmad Muntashir Aulia NIM : 090402057
iii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................
i
KATA PENGANTAR ......................................................................................
ii
DAFTAR ISI .....................................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ vii DAFTAR TABEL ............................................................................................
ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ..............................................................................
1
1.2. Perumusan Masalah ......................................................................
3
1.3. Tujuan ...........................................................................................
4
1.4. Batasan Masalah............................................................................
4
1.5. Manfaat .........................................................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sistem Distribusi Tenaga Listrik................................................... 6 2.2. Sistem Tiga Fasa Empat Kawat .................................................... 7 2.3. Komponen – Komponen Simetris ................................................. 8 2.4. Ketidakseimbangan Tegangan ...................................................... 10 2.5. Motor Induksi Tiga Fasa ............................................................... 12 2.6. Analisis Steady State ..................................................................... 14 2.7. Perangkat Lunak Matlab ............................................................... 18 BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu ........................................................................ 19 3.2. Bahan dan Peralatan ...................................................................... 19
iv Universitas Sumatera Utara
3.3. Parameter Motor Induksi .............................................................. 20 3.3.1. Percobaan Beban Nol ............................................................. 21 3.3.1.1. Rangkaian Percobaan ................................................ 21 3.3.1.2. Prosedur Percobaan .................................................. 21 3.3.2. Percobaan Tahanan DC .......................................................... 22 3.3.2.1. Rangkaian Percobaan ................................................ 22 3.3.2.2. Prosedur Percobaan .................................................. 22 3.3.3. Percobaan Rotor Tertahan ...................................................... 23 3.3.3.1. Rangkaian Percobaan ................................................ 23 3.3.3.2. Prosedur Percobaan .................................................. 23 3.4. Simulasi ......................................................................................... 24 3.4.1. Rangkaian Simulasi............................................................... 24 3.5. Teknik Pengolahan Data ............................................................... 25 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Parameter Motor Induksi .............................................................. 26 4.1.1. Percobaan Beban Nol ........................................................... 26 4.1.2. Percobaan Tahanan DC ........................................................ 27 4.1.3. Percobaan Rotor Tertahan .................................................... 27 4.2. Simulasi ......................................................................................... 28 4.2.1. Kondisi Normal (Seimbang) ................................................ 28 4.2.2. Kondisi Tidak Seimbang ...................................................... 29 4.3. Pengolahan Data dan Pembahasan ................................................ 32 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ................................................................................... 45
v Universitas Sumatera Utara
5.2. Saran............................................................................................... 46 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 47 LAMPIRAN ...................................................................................................... 48
vi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
No.
1.1
Judul
Halaman
Faktor Penurunan Kinerja Motor Terhadap Ketidakseimbangan Tegangan NEMA ...................................................................... 2
2.1
Sistem Tenaga Listrik............................................................... 6
2.2
Sistem Tiga Fasa Empat Kawat ............................................... 7
2.3
Diagram Fasor Komponen Urutan Positif ................................ 8
2.4
Diagram Fasor Komponen Urutan Negatif .............................. 9
2.5
Diagram Fasor Komponen Urutan Nol .................................... 9
2.6
Motor Induksi ........................................................................... 13
2.7
Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Urutan Positif .................. 14
2.8
Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Urutan Negatif ................ 14
3.1
Rangkaian Percobaan Beban Nol ............................................. 21
3.2
Rangkaian Percobaan Tahanan DC .......................................... 22
3.3
Rangkaian Percobaan Rotor Tertahan ...................................... 23
3.4
Rangkaian Simulasi Ketidakseimbangan Tegangan Pada Motor Induksi Tiga Fasa ........................................................... 24
3.5
Diagram Blok Simulasi ............................................................ 25
4.1
Grafik Efisiensi Dari Motor Induksi Tiga Fasa Pada Beberapa Kondisi Ketidakseimbangan Tegangan ................... 41
4.2
Grafik Kecepatan Putar Rotor Motor Induksi Tiga Fasa Pada Beberapa Kondisi Ketidakseimbangan Tegangan .................... 42
vii Universitas Sumatera Utara
4.3
Grafik Daya Masukan Motor Induksi Tiga Fasa Pada Beberapa Kondisi Ketidakseimbangan Tegangan .................................... 42
4.4
Grafik Daya Keluaran Motor Induksi Tiga Fasa Pada Beberapa Kondisi Ketidakseimbangan Tegangan .................... 43
4.4
Grafik Torsi Motor Induksi Tiga Fasa Pada Beberapa Kondisi Ketidakseimbangan Tegangan .................................... 43
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL No.
3.1
Judul
Halaman
Parameter motor induksi yang dibutuhkan dan percobaan yang harus dilakukan ............................................................................. 20
4.1
Data percobaan beban nol ............................................................. 26
4.2
Data percobaan tahanan dc ............................................................ 27
4.3
Data percobaan rotor tertahan ....................................................... 27
4.4
Parameter motor induksi tiga fasa ................................................. 28
4.5
Hasil simulasi pada kondisi tegangan seimbang ........................... 28
4.6
Data kecepatan putar motor hasil simulasi berbagai kondisi ketidakseimbangan tegangan dengan faktor ketidakseimbangan sama ............................................................................................... 30
4.7
Hasil simulasi motor pada berbagai kondisi ketidakseimbangan tegangan dengan faktor ketidakseimbang tegangan sebesar 1% ... 31
4.8
Hasil simulasi motor pada berbagai kondisi ketidakseimbangan tegangan dengan faktor ketidakseimbang tegangan sebesar 2% ... 31
4.9
Hasil simulasi motor pada berbagai kondisi ketidakseimbangan tegangan dengan faktor ketidakseimbang tegangan sebesar 3% ... 32
4.10 Hasil simulasi motor pada berbagai kondisi ketidakseimbangan tegangan dengan faktor ketidakseimbang tegangan sebesar 4% ..... 32 4.11 Kinerja motor pada berbagai kondisi ketidakseimbangan tegangan dengan faktor ketidakseimbang tegangan sebesar 1% ... 37
ix Universitas Sumatera Utara
4.12 Kinerja motor pada berbagai kondisi ketidakseimbangan tegangan dengan faktor ketidakseimbang tegangan sebesar 2% ... 38 4.13 Kinerja motor pada berbagai kondisi ketidakseimbangan tegangan dengan faktor ketidakseimbang tegangan sebesar 3% ... 39 4.14 Kinerja motor pada berbagai kondisi ketidakseimbangan tegangan dengan faktor ketidakseimbang tegangan sebesar 4% ..... 40
x Universitas Sumatera Utara
