Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Terhadap Kerja Motor ...

70

Copyright© 2019 RELE (Rekayasa Elektrikal dan Energi) : Jurnal Teknik Elektro. This is an open acces article under theCC-BY-SA lisence (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).

RELE (Rekayasa Elektrikal dan Energi) : Jurnal Teknik Elektro, Vol. 1, No. 2, Januari 2019ISSN 2622 – 7002 (online), Hal 70 – 76 , DOI: https://doi.org/10.30596/rele.v1i1.3014

Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Terhadap Kerja Motor InduksiTiga Fasa Berbasis Matlab

Hamdani1, Arnawan Hasibuan21Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Pembangunan Pancabudi

Jl. Gatot Subroto Km4,5 Sei Sikambing Medan, Indonesia2Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas MalikussalehJl. Cot Tengku Nie, Reuleut, Muara Batu, Aceh Utara, Indonesia

Email: [email protected]

Abstrak — Pemakaian motor induksi dalam keperluan energi mekanik dari putaran sangatlah banyakdigunakan. Ssalah satunya adalah sebagai alat pendukung produksi di industri, Adanya ketidak stabilantegangan suplai ke dalam motor yang berasal dari sumber jala-jala sistem tenaga sangat berpengaruhterhadap kinerja dari motor tersebut. Paper ini akan memaparkan analisis pengaruh perubahan teganganjala-jala terhadap kerja motor induksi tiga fasa. Metode yang digunakan adalah simulasi menggunakanprogram Simulink Matlab. Kinerja yang dilihat dari simulasi ini adalah pengaruhnya terhadap putaranmotor. Penurunan tegangan disimulasikan bertahap sebesar 0%, 4%, 8%, 12%, dan 16%. Hasil yangdiperoleh terlihat bahwa putaran motor mengalami penurunan dari 1448,46 rpm menjadi 1445,22 rpm daneffisiensi dari 89,11% menjadi 86,43%.

Kata kunci: Jatuh tegangan, motor induksi tiga fasa, Matlab (Simulink)

Abstract — The use of induction motors in the mechanical energy requirements of the rotation is verywidely used. One of them is as a production support tool in the industry. The instability of supply voltageinto the motor that comes from the source grid of the power system greatly influences the performance ofthe motorbike. This paper will explain the analysis of the effect of grid stress changes on the work of threephase induction motors. The method used is simulation using the Simulink Matlab program. Theperformance seen from this simulation is the effect on motor rotation. Gradually simulated voltagereduction of 0%, 4%, 8%, 12%, and 16%. The results obtained show that the motor rotation hasdecreased from 1448.46 rpm to 1445.22 rpm and the efficiency of 89.11% to 86.43%.

Keywords: Voltage drop, three phase induction motor, Matlab (Simulink)

I. PENDAHULUAN

Motor induksi merupakan peralatan listrikyang sangat dibutuhkan terutama oleh kalanganindustri atau komersial. Penggunaan motor AC yangpaling luas penggunaannya adalah motor induksi,hampir 90% aplikasi motor pada industrimenggunakan jenis motor induksi. Alasan utama,karena motor jenis ini memiliki struktur yang kokoh,keandalan tinggi, harga relatif murah, dan perawatanmudah.

Motor induksi memerlukan energi listrik agakmotor induksi dapat bekerja. Besaran listrik yangsangat mempengaruhi kerjanya motor listrik adalahbesaran tegangan dalam volt. Jika terjadi penurunantegangan menyebabkan meningkatnya rugi motorinduksi dan menyebabkan menurunnya efisiensi motorinduksi dan sebaliknya jika terjadi kenaikan teganganmaka terjadi peningkatan efisiensi motor induksi.

Jatuh tegangan dengan pasokan tegangan yanglebih rendah dari pada nilai nominal motor induksimaka arus yang mengalir akan lebih besar dari nilainominalnya untuk menanggung beban penuh, apabilapenurunan tegangan yang terjadi melebihi batastoleransi yang diizinkan, maka secara teknis akan

mengakibatkan terganggunya kinerja peralatan listrikkonsumen seperti bebagai jenis lampu, alat-alatpemanas dan motor-motor listrik. Dalam Paper inipenulis ingin memaparkan analisis pengaruh jatuhtegangan terhadap kerja motor induksi tiga fasadisimulasikan menggunakan program simulinkmatlab.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Motor Induksi

Menurut Sujoto (1984.107), motor induksisering disebut motor tidak serempak. Disebutdemikian karena jumlah putaran rotor tidak samadengan jumlah putaran medan magnit stator.

Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadidua kelompok utama yaitu :

1. Motor induksi satu fasa. Motor ini hanyamemiliki satu gulungan stator beroperasi denganpasokan daya satu fasa, memiliki sebuah rotorsangkar tupai dan memerlukan sebuah alat untukmenghidupkan motornya. Sejauh ini motor inimerupakan jenis motor yang paling umumdigunakan dalam peralatan rumah tangga,seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering

R E L E(Rekayasa Elektrikal dan Energi) : Jurnal Teknik Elektro

Vol. 1, No. 2, Januari 2019, ISSN 2622 – 7002

71


Hamdani1, Arnawan Hasibuan2 : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Terhadap Kerja Motor InduksiTiga Fasa Berbasis Matlab

pakaian dan untuk penggunaan hingga 3 sampai4 Hp.

2. Motor induksi tiga fasa. Medan magnet yangberputar dihasilkan oleh pasokan tiga fasa yangseimbang. Motor tersebut memiliki kemampuandaya yang tinggi, jenis rotor sangkar tupai ataurotor lilitan dan penyalaan sendiri. Diperkirakanbahwa sekitar 70% motor di industrimenggunakan jenis ini sebagai contoh, pompa,kompresor, belt conveyor, jaringan listrik dangrinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hinggaratusan Hp.

Keunggulan motor induksi tiga fasa antara lainmemiliki konstruksi yang sangat sederhana dan kuatkhususnya motor induksi rotor sangkar, harganyayang murah, mempunyai effisiensi yang tinggi, dantidak menggunakan sikat sehingga faktor gesekandapat dihindari serta perawatannya yang lebih mudah.

Selain itu motor induksi juga memiliki beberapakelemahan bila dibandingkan dengan mesin lainnyayaitu pengaturan kecepatannya tidak dapatdilaksanakan tanpa mengurangi effisiensinya, putaranmotor akan turun seiring dengan meningkatnya bebanyang dipikul, dan memiliki arus start yang besar.

Ada dua tipe rotor pada motor induksi tiga fasayaitu :

1. Motor sangkar tupai (squirrel-cage motor).2. Motor rotor lilitan (wound-rotor motor).

Pada Tugas Akhir ini penulis menggunakanmotor induksi tiga fasa dan tipe rotor sangkar tupaiseperti ditunjukkan pada gambar berikut karenamotor ini paling banyak digunakan pada industri,sederhana, kuat dan murah.

Gambar 1. Motor Induski Rotor Sangkar Tupai

Karakteristik motor sangkar tupai adalah sebagaiberikut :

1. Rotor terdiri dari penghantar tembaga yangdipasangkan pada inti yang solid denganujung-ujung yang dihubung singkat.

2. Kecepatan konstan.

3. Arus start yang besar diperlukan oleh motormenyebapkan tegangan berfluktasi.

4. Arah putaran dapat dibalik denganmenukarkan dua dari tiga fasa daya utamapada motor.

5. Faktor daya cenderung buruk untuk bebanyang dikurangi.

6. Apabila tegangan diberikan pada lilitanstator dihasilkan medan magnet putar yangmenginduksikan tegangan pada rotor.Tegangan tersebut pada gilirannyamenimbulkan medan magnet. Medan rotordan medan stator cendrung saling tarikmenarik satu sama lain. Situasi tersebutmembangkitkan torka yang memutar rotordengan arah yang sama dengan putaranmedan magnet yang dihasilkan oleh stator.

2.2 Konstruksi

Secara umum motor induksi terdiri dari rotordan stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak,sedangkan stator yang diam. Diantara stator denganrotor ada celah udara (gap) yang jaraknya sangatkecil. Konstruksi motor induksi dapat dilihat padaGambar berikut

Gambar 2. Konstruksi Motor Induksi

Komponen stator adalah bagian terluar darimotor yang merupakan bagian yang diam danmengalirkan arus phasa. Stator terdiri dari susunanlaminasi inti yang memiliki alur (slot) yang menjaditempat dudukan kumparan yang dililitkan danberbentuk silindris. Motor induksi memiliki duakomponen yang utama,kedua komponen tersebutadalah :

1. Stator (bagian yang diam)2. Rotor (bagian yang bergerak)

Stator dihubungkan ke catu tegangan AC.Rotor tidak dihubugkan secara listrik ke pencatutetapi mempunyai arus yang diinduksikankedalamanya oleh kerja transformator. Oleh sebabitu, stator kadang-kadang dianggap sebagai primerdan rotor sebagai sekunder motor.

72



2.2.1 Stator

Inti stator terbuat dari lapis-lapis pelat bajaberalur yang didukung dalam rangka stator yangterbuat dari besi tuang atau pelat baja yang dipabrikasi. Lilitan-lilitan sama halnya dengan lilitanstator dari generator sinkron, diletakkan dalam alurstator yang terpisah 120 derajat. Lilitan fasa ini bisatersambung delta ataupun bintang. Gambar berikutmenunjukkan konstruksi dari stator

(a). lempengan inti

(b). tumpukan inti dengan kertas isolasi padabeberapa alurnya

(c). tumpukan inti dan belitan dalam caking statornya

Gambar 3. Komponen Stator Motor Induksi Tiga Fasa

2.2.2 Rotor

Rotor dari motor sangkar tupai adalahkonstruksi dari inti berlapis dengan konduktordipasang paralel dengan poros dan mengelilingipermungkaan inti. Konduktornya tidak terisolasi dariinti karena arus rotor secara alamiah akan mengalirmelalui tahanan yang paling kecil yaitu konduktorrotor. Pada setiap unjung rotor, konduktor rotorsemuanya dihubung singkat dengan cincin ujung.konduktor rotor dan cincin ujung serupa dengansangkar tupai yang berputar sehingga dinamakandemikian gambar dibawah menunjukkankontruksinya rotor motor induksi sangkar tupai.

(a). tipikal rotor sangkar

(b). bagian-bagian rotor sangkar

Gambar 4. Konstruksi Rotor Motor Induksi RotorSangkar

Batang rotor dan cincin ujung motor sangkartupai yang lebih kecil adalah coran tembaga ataualuminium dalam satu lempengan pada inti rotor.Dalam motor yang lebih besar, batang rotor tidakdicor melainkan dibenamakan ke dalam alur rotor dankemudian dilas dengan kuat ke cincin ujung. Batangrotor motor sangkar tupai tidak selalu ditempatkanparalel terhadap poros motor tetapi kerap kali dimiringkan. Hal ini menghasilkan torka yang lebihseragam dan juga mengurangi derau dengung magnetsewaktu motor sedang berkerja.

2.3 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa

Bila belitan stator motor induksi tiga fasadihubungkan pada jala-jala arus putar, dalam besistator akan timbul medan putar. Dengan adanyamedan putar pada stator dan adanya kawat-kawatdisekeliling besi rotor, maka garis-garis gaya medanputar itu akan melalui kawat-kawat tersebut, sehinggadidalamnya timbul garis gaya listrik (ggl).

Adanya ggl dalam kawat-kawatmenyebabkan adanya arus dalam kawat rotor dankarena kawat-kawat yang dialiri arus itu beradadalam medan putar maka timbul pula kopel yangmenyebabkan kawat-kawat itu berputar bersamadengan besi rotor.

Kawat a dan b adalah sebagian dari kawat-kawat yang ada pada rotor. Untuk mendapatkan arahggl dalam kawat a dan b digunakan aturan tangankanan, dengan ketentuan bahwa kawat-kawat itumenurut pandangan berputar ke kiri, sedang medanputarnya dianggap diam.

73



Gambar 5. Medan Putar Pada Motor Asinkron

Dengan ketentuan bahwa arah medan magnititu dari atas kebawah, maka akan diperoleh bahwadalam kawat a timbul ggl a yang arahnya kemuka(tanda titik) dan dalam kawat b timbul ggl b yangarahnya kebelakang (tanda +). Dengan ketentuan-ketentuan ini maka dalam kawat-kawat a dan b akanmengalir arus yang arahnya ditentukan oleh arah ggltersebut.

Setelah arah arus dalam kawat-kawat itudiketahui, arah kekuatan kopel K yang bekerja padakawat-kawat tersebut dapat diketahui juga. Seperti diperlihatkan pada gambar 2.9, sehingga arahbekerjanya kopel dan arah berputarnya rotor dapatditentukan. Ternyata bahwa arah berputarnya rotoradalah sama dengan arah berputarnya medan putar.

2.4 Frekuensi Rotor

Ketika rotor masih dalam keadaan diam,dimana frekuensi arus pada rotor sama sepertifrekuensi masukan (sumber). Tetapi ketika rotor akanberputar, maka frekuensi rotor akan bergantungkepada kecepatan relatif atau bergantung terhadapbesarnya slip. Untuk besar slip tertentu, makafrekuensi rotor sebesar yaitu, f ‘− = ′, diketahui bahwa =Dengan membagikan dengan salah satu, makadidapatkan

′ = − =Maka = ′ = ( Hz )

Telah diketahui bahwa arus rotor bergantungterhadap frekuensi rotor ′ = dan ketika arus inimengalir pada masing – masing phasa di belitanrotor, akan memberikan reaksi medan magnet.Biasanya medan magnet pada rotor akanmenghasilkan medan magnet yang berputar yang

besarnya bergantung atau relatif terhadap putaranrotor sebesar sns.

Pada keadaan tertentu, arus rotor dan arusstator menghasilkan distribusi medan magnet yangsinusoidal dimana medan magnet ini memilikimagnetudo yang konstan dan kecepatan medan putarns yang konstan. Kedua Hal ini merupakan medanmagnetik yang berputar secara sinkron. kenyataannyatidak seperti ini karena pada stator akan ada arusmagnetisasi pada kumparannya.

2.5 Jatuh Tegangan (Voltage Drop = Vd)

Jatuh tegangan adalah selisih antarategangan ujung pengirim dan tegangan ujungpenerimaan, jatuh tegangan disebabkan olehhambatan dan arus pada saluran bolak-balik besarnyatergantung dari impedansi dan admitansi saluran sertapada beban dan faktor daya. Jatuh tegangandinyatakan dengan rumus :

= x 100 %

Dimana :

Vs = Tegangan ujung pengirim (volt)

Vr = Tegangan ujung penerima (volt)

Seperti kita ketahui PLN memproduksitegangan listrik dengan nilai nominal 220/380 volttiga fasa dan pada frekuensi 50 Hz dan dalam bentukgelombang sinus. Besar tegangan listrik ini berbedapada setiap Negara, sebagai contoh di AmerikaSerikat tegangan jala-jalanya 110/60 Hz, dan lain-lain.

Dalam penyedian tenaga listrik disyarakansuatu level standard tertentu

untuk menentukan kualitas tegangan pelayanan.Secara umum ada tiga hal yang

perlu dijaga kualitasnya :

1. Frekuensi (50 Hz)

2. Tegangan (220/380) volt ± 5%-10%

3. Keandalan

Dalam penyediaan tenaga listrik dilakukanpenggolongan beban untuk memenuhi keandalan darisistem. Dengan bervariasinya karakteristik bebanmaka perlu digolongkan berdasarkan faktor-faktordominan. Misalnya lingkungan/ geografis. Padakenyataannya tegangan listrik produk PLN bukanlahtegangan sinus murni yang berkualitas sempurna.Faktor-faktor yang mendasari bervariasinya tegangansistem distribusi adalah :

74



1. Konsumen pada umumnya memakai peralatanyang memerlukan tegangan tertentu

2. Letak konsumen terbesar, sehingga jarak tiapkonsumen dengan titik pelayanan tidak sama

3. Pusat pelayanan tidak dapat diletakkan merataatau tersebar

Faktor-faktor diatas dapat menyebabkan teganganyang diterima konsumen tidak selalu sama.Konsumen yang letaknya jauh dari titik pelayananakan cenderung menerima tegangan relative lebihrendah dibandingkan dengan konsumen yangletaknya decant dengan pusat pelayanan.

III. METODE PENELITIAN

4. 1. Metode Penelitian

Penelitian ini menggunakan metodesimulasi, dimana simulasi ini menggunakan programSimulink yang ada di matlab. Adapun data-datapenunjang simulasi yaitu parameter motor induksitiga fasa diperoleh dengan cara pengamatan langsung(melalui suatu percobaan) di Laboratorium Mesin-Mesin Listrik.

4. 2. Blog Diagram dan Single Line Diagram

Blok diagram merupakan pemahaman secarakeseluruhan atau secara garis besar, untuk melihatsusunan dari blok diagram dari rangkaian dapatdilihat pada gambar berikut

Gambar 6. Blok Diagram Sumber dan Motor Induksi 3Fasa

Sumber AC merupakan penyuplai teganganke motor yang merupakan bagian utama danmempunyai nilai parameter-parameter dan spesifikasidari motor itu sendiri. Motor tersebut akanmempunyai keluaran, pada tugas akhir ini penulishanya membahas keluaran kecepatan dan arus inputdari motor. Singel Line Diagram merupakan diagramsatu garis dari keseluruhan rangkaian yang dapatdilihat pada gambar berikut

Gambar 7. Single Line Diagram Simulasi

Sumber AC merupakan penyuplai teganganke motor yang merupakan bagian utama danmemproses masuknya tegangan dengan bagian yangterdapat di dalam motor , Torsi N-m merupakanbeban yang bervariabel yang nantinya akan diambilnilai konstan 6 N-m. Motor mempunyai keluaran danpada tugas akhir ini penulis hanya membahaskeluaran kecepatan dan arus input dari motor.

4. 3. Bagan Alir SimulasiLangkah-langkah simulasi dapat kita lihat

dari bagan alir dibawah ini :

Gambar 8. Bagan Alir Simulasi

4. 4. Rangkaian Simulasi Pada SimulinkMatlabRangkaian simulasi pada Simulink untuk

mensimulasikan pengaruh jatuh tegangan terhadapkerja motor induksi ialah sebagai berikut :

74





















74





















75



Gambar 9. Rangkaian Simulasi Pada Simulink

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4. 1. Data Parameter Motor InduksiDari tiga percobaan yang telah dilakukan

yaitu percobaan tanpa beban, percobaan rotor ditahandan percobaan DC didapatkan hasil sebagai berikut :Motor induksi 3 fasa 7,5 HP, 380 V, 50 Hz, 4 kutubDesain A, hubungan Y dengan data hasil percobaan :Tanpa beban = 380 V ; 7,25 A ; 1700 W ; 50 HzRotor ditahan = 25 V ; 33,31 A ; 252 W ; 15 HzPercobaan DC = 11,4 V ; 35,12 A

Selanjutnya dengan menggunakan programMatlab didapatkan besarnya parameter motor induksiyang diperlihatkan pada tabel berikut

Tabel 1. Parameter Motor Induksi Tiga Fasa

4. 2. Data Hasil SimulasiData hasil simulasi ini diperoleh setelah melakukansimulasi dimana sumber tegangan dirobah seolah-olah mengalami jatuh tegangan sebanyak 0 %, 4 %, 8%, 12 %, dan 16 % dengan beban 6 N-m yangdiperlihatkan pada tabel berikut ini :

Tabel 2. Hasil Simulasi Jatuh Tegangan TerhadapMotor Induksi

Tabel 3. Hasil Analisa Data Simulasi

4. 3. Grafik Hubungan Jatuh Tegangan TerhadapArus, Putaran dan Effisiensi Motor

Hubungan antara jatuh tegangan dengan arusinput

Gambar 10. Grafik Jatuh Tegangan Terhadap ArusInput Motor

Hubungan antara jatuh tegangan dengankecepatan putar motor

Gambar 11. Grafik Jatuh Tegangan TerhadapKecepatan Putar Motor

Hubungan antara jatuh tegangan dengan slip

Gambar 12. Grafik Jatuh Tegangan Terhadap Slip

75



















75



















76



Hubungan antara jatuh tegangan denganEffisiensi Motor

Gambar 13. Grafik Jatuh Tegangan Terhadap EffisiensiMotor

V. KESIMPULAN DAN SARAN

Dari hasil simulasi dan analisa maka dapatdisimpulkan bahwa :terjadinya jatuh tegangan padamotor induksi tiga fasa mempengaruhi arus input danslip menjadi besar, sedangkan kecepatan putar motormenjadi lambat dan effisiensi motor memburuk. Arusinput motor dan slip masing-masing akan naik sekitar19,45 % dan 5,75 % , sedangkan kecepatan putar daneffisiensi motor masing-masing turun sekitar0,22 % dan 2,98 %, ketika terjadi jatuh tegangansebesar 16 %.

VI. DAFTAR PUSTAKA

[1] Agung Khairi, Syamsul Amien, “AnalisisPengaruh Jatuh Tegangan Terhadap Torsi DanPutaran Pada Motor Arus Searah PenguatanShunt”, Medan : Repository USU, 2014.

[2] Antonov, Yeni Oktariani.. Studi Pengaruh TorsiBeban Terhadap Kinerja Motor Induksi TigaFase, Jurnal Teknik Elektro, Institut TeknologiPadang, 2004.

[3] Firdaus, Ahmad Riyad . “Pengenalan Simulink”Modul Praktikum. Politeknik Batam, 2014

[4] Hasan, Yandri, “Penentuan Parameter dan ArusAsut Motor Induksi Tiga Fasa”. Jurnal ELKHAVol.3,No.2. Universitas Tanjungpura, 2011.

[5] Irpan Rosidi Tanjung, Surya Tarmizi Kasim,“Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan TerhadapKinerja Motor Arus Searah Kompon” Medan :DTE FT USU, 2015.

[6] M. Arfan Saputra, Syamsul Amien, “AnalisisPengaruh Jatuh Tegangan Terhadap KinerjaMotor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan”. Medan: DTE FT USU, 2014.

[7] Prasetyo, Eko, ”Analisis Pengaruh JatuhTegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk KerjaMotor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai”. Medan : Repository USU, 2009.

[8] Sendro, Parisro, ”Analisa Pengaruh JatuhTegangan Terhadap Kerja Motor Induksi TigaFasa Menggunakan Matlab”. Medan :Repository USU, 2011.

[9] Zein, Muhammad, “Analisis PengaruhTegangan Tidak Seimbang TerhadapTemperatur Motor Induksi Tiga Phasa”. Medan: Repository USU, 2015.

Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Terhadap Kerja Motor ...

Documents

Transcript of Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Terhadap Kerja Motor ...