Analisis Kedip Tegangan - Jurnal Universitas Sumatera Utara

ANALISIS KEDIP TEGANGAN AKIBAT PENGASUTAN
MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN PROGRAM MATLAB
(Aplikasi pada Bengkel Listrik Balai Besar Latihan Kerja (BBLKI) Medan)
Sorganda Simbolon, Eddy Warman
Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU)
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
e-mail: [email protected]
Abstrak
Penggunaan Motor Induksi pada Balai Pelatihan merupakan hal yang sangat penting karena tempat
pembelajaran cara mengoperasikan Motor induksi. Pengoprasian beberapa motor induksi yang digunakan secara
bersamaan ataupun secara bertahap mengakibatkan kendala saat pengasutannya, dimana ada perubahan tegangan
dan frekuensi pada sistem tenaga listrik. Kedip tegangan adalah bukti nyata keadaan transient dari suatu tegangan
sistem selama interval waktu tertentu yang diakibatkan oleh gangguan sistem karena pengasutan motor
berkapasitas besar dan hubung singkat. Saat pengasutan motor listrik arus startingnya dapat mencapai 5-10 kali
nilai nominalnya sehingga terjadi kedip tegangan. Kedip tegangan pada motor induksi rotor sangkar 5 hp, 220 V,
1440 rpm untuk percobaan dengan metode pengasutan Direct On Line (DOL) tegangan berkedip hingga 46,159%
dengan arus start sebesar 16,879 A , enam kali lebih besar dari arus normal yang besarnya 2,678 A . Untuk
pengasutan StarDelta tegangan berkedip hingga 46,15% dengan arus start sebesar 9,745 A ,enam kali lebih besar
dari arus normal yang besarnya 1,5447 A. Untuk pengasutan Autotrafo dengan tap 60% arus start sebesar 10
ampere, 70% arus start sebesar 11 ampere dan 80 % arus start sebesar 13 ampere, enam kali lebih besar dari arus
normal dengan tegangan berkedip hingga 46,15% .
Kata Kunci: Motor Induksi,Kedip Tegangan, DOL, Star – Delta, Autotrafo
1. Pendahuluan
Seiring meningkatnya pertumbuhan pabrik,
permintaan motor listrik yang berdaya besar
juga meningkat karena motor kuda kerja pada
pabrik. Namun kendala terjadi saat pengasutan,
berubahnya tegangan dan frekuensi pada sistem
tenaga listrik secara signifikan. Tegangan sistem
yang mengalami fluktuasi menyebabkan
munculnya fenomena kedip tegangan (Voltage
Sag/Dip), yang berdampak langsung terhadap
proses produksi serta kerusakan pada peralatan
produksi dan menyebabkan kerugian [1]. Oleh
karena itu saat menggunakan motor induksi 3
phasa arus startnya sangat besar, bisa mencapai
5 – 6 kali dari arus nominal motor [2].
2. Motor Induksi 3 Phasa
Motor induksi adalah motor listrik arus
bolak-balik (ac) yang putaran rotornya tidak
sama dengan putaran medan stator, antara
putaran rotor dengan putaran medan pada stator
terdapat selisih putaran yang disebut slip [3].
Saat pengasutan motor induksi ada lonjakan
arus besar berkisar lima hingga tujuh kali dari
arus nominal yang terjadi dalam waktu yang
sangat singkat, dan mengakibatkan jatuh
tegangan sesaat (voltage dip). Fenomena seperti
ini akan menyebabkan efek seperti :
1. Torsi yang transient akan menyebabkan
stress (tekanan) pada sistem mekanisnya
2. Menghambat percepatan putaran motor
menuju putaran nominal
3. Kegagalan kerja pada peralatan lain seperti
Relai, Kontaktor dan efek lainnya [4].
Gambar 1. Grafik Karakteristik Torka pada
motor induksi [4].
Dari Gambar 1 pada saat starting kondisi
transient terjadi karena perubahan arus yang
begitu signifikan mulai dari motor dihidupkan
hingga motor berputar pada putarannya, dan
dapat juga kita buktikan dari Gambar 2
rangkaian ekivalen motor induksi.
R1
I2
X1
I
I1
V1
Rc
Ic
X m I m E1
mulai
sX 2
Study
Literatur
I2
sE 2
Observasi
R2
Pemilihan Komponen Rancangan
Perencanaan Dasar Sistem Pengasutan Motor Induksi
Pembuatan Bahasa
program di Matlab grafik
dari Pengasutan
Motor Induksi
Gambar 2. Rankaian ekivalen Motor Induksi [5].
Saat diberi tegangan ke motor induksi
muncullah medan magnet pada kutub medan
yang ada di stator sehingga ada E1 (ggl lawan
oleh fluks) pada stator. kemudian menuju ke
konduktor rotor yang menghasilkan E2 pada
rotor. sehingga didapatlah :
𝑉th =
Hasil Simulasi
Program
Hasil Sesuai
Dengan Teori
𝑉in
𝑗𝑋m
(
) … … … … … … (1)
√3 𝑅1 + 𝑗(𝑋1 + 𝑋m)2
Pembuatan Laporan
SELESAI Ya
𝑗𝑋m (𝑅1 + 𝑗𝑋1)
𝑍th = 𝑅e + 𝑗𝑋e =
… … … . . (2)
𝑅1 + 𝑗(𝑋1 + 𝑋m)
𝐼1 =
Tidak
𝑉𝑡ℎ − 𝐸1
… … … … … … . . (3)
(𝑅e + 𝑅2) + (𝑋e + 𝑋2)
Namun pada saat motor start E1 = 0
𝑉th
… … … … … … (4)
𝑅e + 𝑅2 + 𝑗(𝑋e + 𝑋2)
Sedangkan Rumus untuk mendapatkan
Kedip Tegangan adalah:
Ada beberapa jenis metode pengasutan
motor induksi tiga phasa [5]. antara lain sebagai
berikut:
a. Pengasutan Dengan Metode DOL
PT AC1 3 Phasa
𝐼start =
Gambar 3. Diagram Alir Pembuatan Tugas
Akhir
V1
F2
A1
BS-OFF
S1
F1
13
𝑍𝑒𝑘tot . 𝑉th
𝑉s = (
) … … … … … (5)
(𝑅M + 𝑅2) + 𝑗(𝑋M + 𝑋2)
Karena nilai dari (𝑅1 + 𝑗𝑋1 ) sangat kecil
maka Ist sangat besar, dapat mencapau 5𝑠⁄𝑑 7
kali Inominal sehingga untuk mengurangi Ist perlu
diperkecil V1 dengan beberapa metode :
a. DOL tengangan masukan sebesar Vin=V1
b. Stardelta tegangan masukan sebesar 𝑉1⁄√3.
c. Autotransformer metode tapping tegangan
awal adalah 60%,70% dan 80% dari V1.
3. Metode Penelitian Pengasutan Motor
Induksi Tiga Phasa.
Gambar 3 merupakan diagram alir dari
penulisan paper.
K1
BS-ON
14
Rangkaian
Kontrol
K1
1
3
5
2
4
6
K1
THR
THR
A1
MI
Gambar 4. Diagram Rangkaian Pengasutan
dengan Metode DOL
Untuk Gambar 4 pada Pengasutan dengan
metode Direct On Line (DOL), motor induksi
menarik arus yang besarnya 5 sampai 7 kali arus
nominalnya, sehingga mengakibatkan kondisi
transient pada tegangan. Namun setelah
kecepatan putaran motor stabil maka arus akan
berada pada kondisi nominalnya.
b. Pengasutan Dengan Metode StarDelta
PT AC1 3 Phasa
V1
F2
A1
S1
Rangkaian
Kontrol
F1
BS-OFF
Rangkaian
Daya
Q1
1
3
5
2
4
6
13
Q1
BS-ON
14
TIM
Q2
1
3
5
2
4
6
8
8
5
6
THR
4. Perhitungan dan Analisis
U1
V1 W1
THR
Q1
Q2
Q3
MI
W2
U2
V2
1
3
5
2
4
6
Q3
Gambar 5. Diagram Rangkaian Pengasutan
dengan Metode StarDelta
Untuk Gambar 5 pada Pengasutan dengan
metode StarDelta, berfungsi menurunkan
tegangan yang dicatu ke motor saat stator motor
terhubung dalam rangkaian bintang. Saat start,
stator berada pada rangkaian bintang, arus motor
hanya mengambil sepertiga dari arus motor
seandainya motor di start dengan metode DOL.
Berhubung torsi motor berbanding lurus dengan
kuadratis dari tegangan, maka dengan demikian
torsi motor pada rangkaian bintang juga hanya
sepertiga dari torsi pada rangkaian delta.
Pada pengasutan StarDelta tegangan pada
statornya yaitu :
𝑉line
Vstator = Vphasa= √3 ...................................(6)
c. Pengasutan Dengan Metode Autotrafo
S
S
1
2
Untuk Gambar 6 pada Pengasutan dengan
metode AutoTrafo, berfungsi mengurangi
tegangan pengasutan
pada motor. Metode
pengasutan ini dilakukan dengan memasang
autotrafo yang ditempatkan pada rangkaian
primer (stator). pada saat pengasutan tegangan
terminal dari motor dikurangi 60% sampai 80%
dari tegangan penuh trafo. Hal ini dimaksudkan
untuk membuat arus asut kecil. Setelah
kecepatan motor induksi stabil, transformator
tegangan diputuskan.
Pengaturan
Persentase
Tegangan
PT AC1 3
Phasa
V1
F2
A1
BS-OFF
F1
Data motor induksi rotor sangkar di BBLKI
Medan dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Data Motor Induksi yang digunakan di
BBLKI Medan
ELINDO
Squirel Cage Motor
Output 5 hp
Type ETM 132 s
Pole 4 50 Hz
Phase 3
Volt 220/380
Ins. class A
Amp 14/8,1
Rotor C code G
RPM 1440
Rating Cont
Input 4585 Kw
6306 = 6305
Eff 0,814
Ser. No. 0,80085
Analisa
yang
dilakukan
adalah
membandingkan pengasutan motor induksi
dengan metode pengasutan Direct on Line
(DOL), StarDelta dan Autotrafo untuk
mendapatkan data-data yang akan dianalisa.
Percobaan pertama adalah pengasutan
motor induksi dengan metode DOL, serta
menganalisa dan membahas Tegangan Kedip
dan Arus Start Pada Pengasutan DOL.
Data hasil percobaan Metode DOL dapat
dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Data Hasil Percobaan Pengasutan
Direct on Line
13
K1
BS-ON
Vin (Volt)
Vstator (Volt)
I (Ampere)
220
220
3,2
14
Rangkaian
Kontrol
K1
1
3
5
2
4
6
K1
THR
THR
A1
MI
Gambar 6. Diagram Rangkaian Pengasutan
dengan Metode Autotrafo
Analisa perhitungan :
Untuk menghitung Kedip Tegangan
𝑍𝑒𝑘tot . 𝑉th
𝑉s = (
)
(𝑅M + 𝑅2) + 𝑗(𝑋M + 𝑋2)
𝑍𝑒𝑘tot . 𝑉th
|𝑉s| = (
)
√(𝑅M + 𝑅2)2 + 𝑗(𝑋M + 𝑋2)2
11,339 x 110,525
𝑉s = (
)
√(−3,39 + 3,4574)2 + (−5,62596 + 16,21)2
683,677
𝑉s = (
) = 118,45 𝑣𝑜𝑙𝑡
√112,02
Untuk menghitung arus start :
𝐼start =
|𝐼start| =
𝐼start =
𝑉th
𝑅e + 𝑅2 + 𝑗(𝑋e + 𝑋2)
𝑉th
√(𝑅e + 𝑅2)2 + (𝑋e + 𝑋2)2
110,525
√(−4,165559 + 3,4574)2 + (−9,69994 + 16,21)2
𝐼start =
110,525
= 16,879 𝐴
6,548
Dari Gambar 7 tegangan suplai ke motor
220 volt, namun tegangan yang masuk hanya
sebesar 118,45 dengan Arus pengasutan motor
induksi didapat sebesar 16,879 Ampere. Setelah
motor bekerja stabil dengan tegangan 220 volt
arus motor induksi yang terukur hanya sebesar
3,2 ampere membuktikan adanya lonjakan arus
saat starting.
Analisa perhitungan :
Untuk menghitung tegangan
StarDelta :
kedip
pada
𝑍𝑒𝑘tot . 𝑉th
𝑉s = (
)
(𝑅M + 𝑅2) + 𝑗(𝑋M + 𝑋2)
𝑍𝑒𝑘tot . 𝑉th
|𝑉s| = (
)
√(𝑅M + 𝑅2)2 + 𝑗(𝑋M + 𝑋2)2
11,339 x 63,81
𝑉s = (
)
√(−3,39 + 3,4574)2 + (−5,62596 + 16,21)2
683,677
𝑉s = (
) = 68,378 𝑣𝑜𝑙𝑡
√112,02
Untuk menghitung arus start pada StarDelta :
𝐼start =
|𝐼start| =
𝐼start =
𝑉th
𝑅e + 𝑅2 + 𝑗(𝑋e + 𝑋2)
𝑉th
√(𝑅e + 𝑅2)2 + (𝑋e + 𝑋2)2
63,81
√(−4,165559 + 3,4574)2 + (−9,69994 + 16,21)2
𝐼start =
60,294
= 9,745 𝐴
6,548
Gambar 7. Gelombang Tegangan dan Arus saat
pegasutan Metode DOL
Percobaan kedua adalah pengasutan motor
induksi dengan metode StarDelta, serta
menganalisa dan membahas Tegangan Kedip
dan Arus Start Pada Pengasutan StarDelta.
Data hasil percobaan Metode StarDelta
dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Data hasil percobaan pengasutan
StarDelta
V (Volt)
I (Ampere)
127
1,6
220
3,2
Gambar 8. Gelombang Tegangan dan Arus saat
pegasutan Metode StarDelta
Pada Gambar 8 untuk pengasutan StarDelta
tegangan awal yang diberi ke motor sebesar 127
volt, arus start sebesar 9,745 ampere sehingga
tegangan berkedip sampai 68,387 volt. Sesaat
setelah motor bekerja di tegangan 127 volt
arusnya sebesar 1,6 ampere, membuktikan
adanya lonjakan arus saat starting sebesar 6 kali
arus normal.
Percobaan ketiga adalah pengasutan motor
induksi dengan metode Autotrafo, serta
menganalisa dan membahas Tegangan Kedip
dan Arus Start Pada Pengasutan Autotrafo
dengan tap 60%, 70%, 80% dari tegangan
suplai.
Data hasil percobaan dapat dilihat pada
Tabel 4.
Tabel 4. Data hasil percobaan pengasutan
menggunakan autotransformator
Vin
(Volt)
Persentase
Tegangan
(%)
Vstator
(Volt)
I
(Ampere)
220
220
220
60
70
80
132
154
176
1,7
2
2,3
Gambar 9. Gelombang Tegangan dan Arus
pada pegasutan Metode Autotrafo
60%
Menghitung tegangan kedip Autotrafo 70% :
Analisa perhitungan :
Menghitung tegangan kedip Autotrafo 60% :
𝑍𝑒𝑘tot . 𝑉th
𝑉s = (
)
(𝑅M + 𝑅2) + 𝑗(𝑋M + 𝑋2)
𝑍𝑒𝑘tot . 𝑉th
𝑉s = (
)
(𝑅M + 𝑅2) + 𝑗(𝑋M + 𝑋2)
𝑍𝑒𝑘tot . 𝑉th
|𝑉s| = (
)
√(𝑅M + 𝑅2)2 + 𝑗(𝑋M + 𝑋2)2
𝑍𝑒𝑘tot . 𝑉th
|𝑉s| = (
)
√(𝑅M + 𝑅2)2 + 𝑗(𝑋M + 𝑋2)2
11,339 x 77,3776
𝑉s = (
)
√(−3,39 + 3,4574)2 + (−5,62596 + 16,21)2
11,339 x 66,32
𝑉s = (
)
√(−3,39 + 3,4574)2 + (−5,62596 + 16,21)2
877,3846
𝑉s = (
) = 82,9286 𝑣𝑜𝑙𝑡
√112,02
752
𝑉s = (
) = 71,077 𝑣𝑜𝑙𝑡
√112,02
Menghitung arus start pada Autotrafo 70%:
Menghitung arus start pada Autotrafo 60%:
|𝐼start| =
𝐼start
𝑉th
=
𝑅e + 𝑅2 + 𝑗(𝑋e + 𝑋2)
|𝐼start| =
𝐼start =
𝐼start
𝐼start =
𝐼start =
𝑉th
𝑅e + 𝑅2 + 𝑗(𝑋e + 𝑋2)
𝑉th
√(𝑅e + 𝑅2)2
+ (𝑋e + 𝑋2)2
77,3776
√(−4,165559 + 3,4574)2 + (−9,69994 + 16,21)2
𝑉th
√(𝑅e + 𝑅2)2 + (𝑋e + 𝑋2)2
𝐼start
=
77,3776
= 11,817 𝐴
6,548
66,32
√(−4,165559 + 3,4574)2 + (−9,69994 + 16,21)2
=
66,32
= 10,12828 𝐴
6,548
Pada Gambar 9 untuk pengasutan autotrafo
tap 60% dari tegangan awal yang diberi ke
motor adalah sebesar 132 volt, arus start sebesar
10,1281 sehingga tegangan berkedip sampai
pada 71,0535volt. Sesaat setelah motor bekerja
di tegangan 132 volt arusnya sebesar 1,6
ampere, membuktikan adanya lonjakan arus
saat starting sebesar 6 kali arus normal.
Gambar 10. Gelombang Tegangan dan Arus
pada pegasutan Metode Autotrafo
70%
Pada Gambar 10 untuk pengasutan
autotrafo tap 70% tegangan awal yang diberi ke
motor sebesar 154 volt, arus start sebesar
11,8162 sehingga tegangan berkedip sampai
pada 82,8957volt.
Menghitung tegangan kedip Autotrafo 80% :
𝑍𝑒𝑘tot . 𝑉th
𝑉s = (
)
(𝑅M + 𝑅2) + 𝑗(𝑋M + 𝑋2)
𝑍𝑒𝑘tot . 𝑉th
|𝑉s| = (
)
√(𝑅M + 𝑅2)2 + 𝑗(𝑋M + 𝑋2)2
11,339 x 88,4285
𝑉s = (
)
√(−3,39 + 3,4574)2 + (−5,62596 + 16,21)2
1002,69
𝑉s = (
) = 94,77228 𝑉𝑜𝑙𝑡
√112,02
Menghitung arus start pada Autotrafo 80%:
𝐼start =
|𝐼start| =
𝐼start =
𝑉th
𝑅e + 𝑅2 + 𝑗(𝑋e + 𝑋2)
𝑉th
√(𝑅e + 𝑅2)2
+ (𝑋e + 𝑋2)2
88,4285
√(−4,165559 + 3,4574)2 + (−9,69994 + 16,21)2
𝐼start =
88,4285
= 13,5 𝐴
6,548
Pada Gambar 11 untuk pengasutan
autotrafo tap 80% tegangan awal yang diberi ke
motor sebesar 176 volt, arus start sebesar
13,5042 sehingga tegangan berkedip sampai
pada 94,7379 volt.
Gambar 11. Gelombang Tegangan dan Arus
pada pegasutan Metode Autotrafo
70%
5. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisa dan percobaan
yang telah dilakukan, maka dapat diambil
kesimpulan :
1. Semakin besar tegangan sumber yang
diberikan maka arus start semakin besar dan
tegangan berkedip semakin besar.
2. Pengasutan motor induksi menggunakan
metode DOL, StarDelta dan AutoTransform
ketiganya mengalami kedip tegangan sebesar
46,159 % turun sebesar 53,84%.
3. Arus melonjak naik saat pengasutan
menggunakan metode DOL mencapai 16,879
Ampere sedangkan saat motor bekerja arus
hanya sebesar 2,678 ampere. terjadinya
keadaan ini secara berulang dapat
mengakibatkan rusaknya peralatan listrik.
4. Pengasutan menggunakan metode StarDelta
lebih bagus karena dapat mengurangi arus
mula dimana Arus mula 9,745. Untuk
pengasutan Autotransform Arus mulanya
sebesar 10,12828.
5. Secara komersil dan perawatan pengasutan
secara Stardelta lebih baik dibanding dengan
pengasutan menggunakan Autotrafo.
6. Daftar Pustaka
[1] Pawawoi, Andi. "Analisis Kedip Tegangan
(voltage sag) Akibat Pengasutan Moter
Induksi
Dengan
Berbagai
Metode
Pengasitan, Studi kasus di PT. Abisiat",
November 2009
[2] Siswoyo, ”Teknik Listrik Industri”, Jilid
Kedua, Direktorat Pembinaan Sekolah
Menengah Kejuruan, Jakarta, 2008.
[3] Zuhal, “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan
Elektronika Daya”, Edisi ke-5, Penerbit
Gramedia, Jakarta, 1995.
[4] http://www.scribd.com/doc/76751989/tugas2-Fenomena-Transien
[5] Wijaya, Mochtar,”Dasar-Dasar Mesin
Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta ,
2001.