analisis perbandingan regulasi tegangan generator induksi

ANALISIS PENGARUH JATUH TEGANGAN JALA-JALA TERHADAP
UNJUK KERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA
ROTOR SANGKAR TUPAI
(Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)
O
L
E
H
EKO PRASETYO
NIM : 040402027
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2009
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
ABSTRAK
Listrik merupakan salah satu kebutuhan yang sangat penting dan dibutuhkan
oleh semua lapisan masyarakat. Listrik dipergunakan untuk kepentingan penerangan,
menunjang proses produksi pada pabrik-pabrik seperti pengoperasian motor induksi.
Pengoperasian motor induksi diharapkan dapat beroperasi secara normal sesuai
dengan karakteristik kerja yang dikehendaki, namun tidak dapat di pungkiri adanya
gangguan yang dapat menimbulkan kerusakan terhadap sistem kerja motor, salah
satunya adalah jatuh tegangan jala-jala.
Jatuh tegangan jala-jala akan mengakibatkan putaran rotor turun, arus input
motor besar seiring berkurangnya suplai tegangan jala-jala, dengan bertambahnya
arus
mengakibatkan
panas
pada
motor
induksi.
Jatuh
tegangan
jala-jala
mengakikibatkan turunnya daya input motor induksi tiga fasa, hal ini juga akan
berpengaruh pada faktor daya yang semakin kecil.
Penelitian ini menguraikan pengujian kinerja motor induksi tiga fasa yang
dipengaruhi perubahan tegangan dengan beban maksimum. Berkurangnya tegangan
akan mengakibatkan naiknya arus motor, berkurangnya daya input dan berkurangnya
putaran rotor. Semakin tinggi tegangan sumber maka daya output motor akan semakin
besar, dan semakin besar pula efisiensi motor. Semakin tinggi beban yang dipikul
motor maka akan semakin kecil efisiensi motor induksi tiga fasa tersebut.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ..................................................................................... ( i )
ABSTRAK .......................................................................................................( iii )
DAFTAR ISI.................................................................................................... ( iv )
BAB I
PENDAHULUAN
I.1.
Latar Belakang ..................................................................................... 1
I.2.
Tujuan dan Manfaat Penulisan .............................................................. 1
I.3. Batasan Masalah ................................................................................... 2
I.4. Metode Penulisan .................................................................................. 2
I.5. Sistematika Penulisan ........................................................................... 3
BAB II MOTOR INDUKSI TIGA PHASA
II.1. Umum ................................................................................................... 4
II.2. Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa ..................................................... 4
II.3. Prinsip Medan Putar .............................................................................. 8
II.4. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa ................................................ 12
II.5. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa ..................................... 15
II.6. Aliran Daya Pada Motor Induksi ......................................................... 21
II.7. Torsi Motor Induksi Tiga Fasa ............................................................ 24
II.8. Efisiensi Motor Induksi Tiga Fasa ....................................................... 29
II.9. Jatuh Tegangan (Voltage Drop)........................................................... 31
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
BAB III PENGUJIAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA
III.1. Umum ................................................................................................. 33
III.2. Tujuan Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa ......................................... 33
III.3. Peralatan Pengujian ............................................................................. 36
III.4. Gambar Diagram Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa............................37
III.5. Langkah Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa..........................................37
III.6. Data Hasil Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa.......................................38
BAB IV ANALISIS
PENGARUH
JATUH
TEGANGAN
JALA-JALA
TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA
IV.1. Umum ................................................................................................. 39
IV.2. Analisis Data Pengujian ...................................................................... 48
1. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Arus Input Motor Induksi
Tiga Fasa ............................................................................................ 43
2. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Putaran Rotor ................ 44
3. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Faktor Daya .................. 44
4. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Daya Input Motor.......... 45
5. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Daya Output Motor ....... 46
6. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Rugi Daya Motor .......... 46
7. Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Efisiensi Motor ............. 47
IV.3. Analisa Perhitungan ............................................................................ 47
IV.4. Analisa Pengukuran Dan Perhitungan ................................................. 50
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
BAB V PENUTUP
V.1. Kesimpulan ......................................................................................... 53
V.2. Saran................................................................................................... 53
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 54
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Motor induksi merupakan motor listrik yang banyak dimanfaatkan pada
industri-industri dan peralatan rumah tangga. Namun seiring perkembangan teknologi
dalam sistem tenaga listrik, ukuran tingkat keandalan menjadi faktor tuntutan yang
utama.
Pada motor induksi tiga fasa jenis rotor sangkar tupai, adanya jatuh tegangan
jala-jala akan dapat mempengaruhi sistem kerja dari motor induksi tiga fasa Jenis
rotor sangkar tupai dalam pemakaiannya. Walaupun pengaruhnya berlangsung dalam
waktu singkat, hal itu berpangaruh pada daya output motor pada saat dibebani dan
saat start dari motor tersebut. Karena harga kopel yang dibangkitkan oleh motor
induksi tiga fasa sebanding dengan kuadrat tegangan, maka motor ini menjadi sensitif
sekali terhadap perubahan tegangan jala-jala.
Dalam penelitian ini Penulis akan mencoba menganalisa pengaruh perubahan
tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja motor induksi tiga fasa jenis rotor sangkar
tupai pada saat beroperasi. Dengan menggunakan cara yang sistematis, sehingga dapat
diketahui seberapa besar pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja dari
motor induksi tersebut.
I.2. Tujuan Dan Manfaat Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk menganalisa
pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja motor induksi tiga fasa.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Manfaat dari Tugas Akhir ini adalah sebagai informasi dalam memperkaya
pengetahuan para pembaca tentang unjuk kerja Motor Induksi tiga fasa.
I.3. Batasan Masalah
Untuk memfokuskan masalah yang ingin dibahas, perlu dibuat batasan
masalah. Adapun batasan masalah dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Dalam tugas akhir ini penulis hanya membahas motor induksi rotor sangkar.
2. Tidak membahas pengasutan dan pengaturan kecepatan motor.
3. Rugi inti, gesek dan angin diabaikan.
4. Pembahasan dilakukan seputar keluaran dari motor yang merupakan masukan
pada alat ukur.
5. Jenis beban tidak dibahas secara mendetail.
I.4. Metode Penulisan
Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan
beberapa metode studi diantaranya :
1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik
tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di
perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain
2. Studi lapangan yaitu dengan melaksanakan percobaan di Laboratorium Konversi
Energi Listrik FT USU
3. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini
dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak jurusan Teknik Elektro
USU, dengan dosen-dosen bidang Konversi Energi Listrik, asisten Laboratorium
Konversi Energi Listrik dan teman-teman sesama mahasiswa.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
I.5. Sistematika Penulisan
Tugas Akhir ini disusun berdasarkan sistematika sebagai berikut :
BAB I :
Pendahuluan
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang
masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan
dan sistematika penulisan.
BAB II : Teori Dasar
Bab ini menjelaskan tentang motor induksi tiga fasa secara umum,
konstruksi motor induksi tiga fasa, prinsip medan putar, prinsip kerja
motor induksi tiga fasa, rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa, torsi
motor induksi tiga fasa, aliran daya motor induksi tiga fasa, effisiensi
motor induksi tiga fasa dan jatuh tegangan jala-jala.
BAB III : Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa
Bab ini menjelaskan tentang tujuan pengujian motor induksi tiga fasa,
peralatan yang digunakan dalam pengujian motor induksi tiga fasa, gambar
rangkaian pengujian motor induksi tiga fasa, langkah-langkah pengujian
motor induksi tiga fasa, dan data hasil pengujian motor induksi tiga fasa.
BAB IV: Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala Terhadap Unjuk Kerja Motor
Induksi Tiga Fasa.
Bab ini menjelaskan tentang analisis data pengujian, analisis perhitungan,
analisis pengukuran dan perhitungan.
BAB V:
Kesimpulan dan Saran
Bab ini menjelaskan kesimpulan dan saran yang didapat selama
melakukan penelitian dalam penyusunan Tugas Akhir.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
BAB II
MOTOR INDUKSI TIGA FASA
II.1. Umum
Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik (AC) yang paling luas
digunakan dan dapat dijumpai dalam setiap aplikasi industri maupun rumah tangga.
Pada motor ini putaran rotornya tidak sama dengan putaran medan stator, dengan kata
lain putaran rotor dengan putaran medan pada stator terdapat selisih putaran yang
disebut slip.
Motor ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana, handal, serta berbiaya
murah. Di samping itu motor ini juga memiliki effisiensi yang tinggi saat berbeban
penuh, tidak membutuhkan perawatan yang banyak dan dapat dihubungkan langsung
ke sumber daya tiga fasa. Akan tetapi jika dibandingkan dengan motor DC, motor
induksi masih memiliki kelemahan dalam hal pengaturan kecepatan. Dimana pada
motor induksi pengaturan kecepatan sangat sukar untuk dilakukan, sementara pada
motor DC hal yang sama tidak dijumpai.
II.2. Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa
Motor induksi tiga fasa memiliki dua komponen dasar yaitu stator dan rotor,
bagian stator dipisahkan dengan bagian rotor oleh celah udara yang sempit (air gap)
dengan jarak antara 0,4 mm sampai 4 mm. Bagian stator terdiri atas tumpukan
laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat belitan dililitkan yang
berbentuk silindris. Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas (Gambar
2.1.(b)). tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi (Gambar 2.1.(a)). Tiap
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk
menyatukan inti. Tiap belitan tersebar dalam alur yang disebut belitan fasa dimana
untuk motor tiga fasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120o. Kawat
belitan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis.
Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris
(Gambar 2.1.(c)). Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang
telah disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor
induksi tiga fasa.
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.1. Komponen Stator Motor Induksi Tiga Fasa, (a) Lempengan Inti, (b) Tumpukan
Inti dengan Kertas Isolasi pada Beberapa Alurnya, (c) Tumpukan Inti dan Belitan Dalam
Cangkang Stator.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Rotor motor induksi tiga fasa dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu rotor
sangkar (squirrel cage rotor) dan rotor belitan (wound rotor). Rotor sangkar terdiri
dari susunan batang konduktor yang dibentangkan ke dalam slot – slot yang terdapat
pada permukaan rotor dan tiap – tiap ujungnya dihubung singkat dengan
menggunakan shorting rings.
Batang rotor dan cincin ujung motor sangkar yang lebih kecil adalah coran
tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Dalam motor yang lebih
besar, batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan ke dalam alur rotor dan
kemudian dilas dengan kuat ke cincin ujung. Batang rotor motor sangkar tidak selalu
ditempatkan paralel terhadap poros motor tetapi kerapkali dimiringkan. Hal ini akan
menghasilkan torsi yang lebih seragam dan juga mengurangi derau dengung magnetik
sewaktu motor sedang berputar.
Pada ujung cincin penutup dilekatkan sirip yang berfungsi sebagai pendingin.
Rotor jenis rotor sangkar standar tidak terisolasi, karena batangan membawa arus
yang besar pada tegangan rendah. Motor induksi dengan rotor sangkar ditunjukkan
pada Gambar 2.2
(a)
(b)
Gambar 2.2. Rotor Sangkar, (a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Bagian-Bagian Rotor Sangkar
.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
(a)
(b)
Gambar 2.3. (a) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Kecil,
(b) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Besar
Untuk motor induksi rotor belitan berbeda dengan motor rotor sangkar dalam
hal konstruksi rotornya. Seperti namanya, rotor dililit dengan belitan terisolasi serupa
dengan belitan stator. Belitan fasa rotor dihubungkan secara Υ dan masing – masing
fasa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor.
Secara skematik dapat dilihat pada gambar 2.4. Dari gambar ini dapat dilihat bahwa
cincin slip dan sikat semata – mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel
luar ke dalam rangkaian rotor.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Gambar 2.4. Skematik Rotor Belitan Motor Induksi
Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel
eksternal yang berfungsi membatasi arus pengasutan dan yang bertanggung jawab
terhadap pemanasan rotor. Selama pengasutan, penambahan tahanan eksternal pada
rangkaian rotor belitan menghasilkan torsi pengasutan yang lebih besar dengan arus
pengasutan yang lebih kecil dibanding dengan rotor sangkar. Konstruksi motor tiga
fasa rotor belitan ditunjukkan pada gambar 2.5 di bawah ini.
(a)
(b)
Gambar 2.5. (a) Rotor Belitan, (b) Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa dengan Rotor
Belitan
II.3. Prinsip Medan Putar
Apabila belitan stator dihubungkan dengan catu daya tiga fasa maka akan
dihasilkan medan magnet yang berputar. Medan magnet ini dibentuk oleh kutub –
kutubnya yang berada pada posisi yang tidak tetap pada stator tetapi berubah – ubah
mengelilingi stator. Adapun magnitud dari medan putar ini selalu tetap yaitu sebesar
1.5 Φm dimana Φm adalah fluks yang disebabkan suatu fasa.
Untuk melihat bagaimana medan putar dibangkitkan, maka dapat diambil
contoh pada motor induksi tiga fasa dengan jumlah kutub dua. Dimana ke-tiga
fasanya R,S,T disuplai dengan sumber tegangan tiga fasa, dan arus pada fasa ini
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
ditunjukkan sebagai IR, IS, dan IT, maka fluks yang dihasilkan oleh arus – arus ini
adalah
:
ΦR
= Φm sin ωt
ΦS
= Φm sin (ωt – 120o )......................( 2.1b )
ΦT
= Φm sin (ωt – 240o )......................( 2.1c )
.............................( 2.1a )
Gambar 2.6.
Arus Tiga Fasa Setimbang
(a)
(c)
Gambar 2.7.
Diagram Phasor Fluksi Tiga
Fasa Setimbang
(b)
(d)
Gambar 2.8
Medan Putar Pada Motor Induksi Tiga Fasa
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
(a). Pada keadaan 1 ( gambar 2.8 ), ωt = 0 ; arus dalam fasa R bernilai nol sedangkan
besarnya arus pada fasa S dan fasa T memiliki nilai yang sama dan arahnya
berlawanan. Dalam keadaan seperti ini arus sedang mengalir ke luar dari
konduktor sebelah atas dan memasuki konduktor sebelah bawah. Sementara
resultan fluks yang dihasilkan memiliki besar yang konstan yaitu sebesar 1,5 Φm
dan dibuktikan sebagai berikut :
ΦR = 0 ; ΦS = Φm sin ( -120o ) = −
ΦT = Φm sin ( -240o ) =
3
Φm ;
2
3
Φm
2
Oleh karena itu resultan fluks, Φr adalah jumlah phasor dari ΦT dan – ΦS
Sehinngga resultan fluks, Φr = 2 x
(b).
3
Φm cos 30o = 1,5 Φm
2
Pada keadaan 2, arus bernilai maksimum negatif pada fasa S, sedangkan pada R
dan fasa T bernilai 0,5 maksimum pada fasa R dan fasa T, dan pada saat ini ωt =
30o, oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing – masing fasa :
ΦR = Φm sin ( -120o ) = 0,5 Φm
ΦS = Φm sin ( -90o ) = - Φm
ΦT = Φm sin (-210o) = 0,5 Φm
Maka jumlah phasor ΦR dan - ΦT adalah = Φr’ = 2 x 0,5 Φm cos 60 = 0,5 Φm.
Sehingga resultan fluks Φr = 0,5 Φm + Φm = 1,5 Φm.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks
berpindah sejauh 30o dari posisi pertama.
(c). Pada keadaan ini ωt = 60o, arus pada fasa R dan fasa T memiliki besar yang sama
dan arahnya berlawanan ( 0,866 Φm ), oleh karena itu fluks yang diberikan oleh
masing – masing fasa :
ΦR = Φm sin ( 60o )
=
3
Φm
2
ΦS = Φm sin ( -60o ) = −
3
Φm
2
ΦT = Φm sin ( -180o ) = 0
Maka magnitud dari fluks resultan : Φr = 2 x
3
Φm cos 30o = 1,5 Φm
2
Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks
berpindah sejauh 60o dari posisi pertama.
(d). Pada keadaan ini ωt = 90o, arus pada fasa R maksimum ( positif), dan arus pada
fasa S dan fasa T = 0,5 Φm , oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing –
masing fasa
ΦR = Φm sin ( 90o ) = Φm
ΦS = Φm sin ( -30o ) = - 0,5 Φm
ΦT = Φm sin (-150o) = - 0,5 Φm
Maka jumlah phasor - ΦT dan – ΦS adalah = Φr’ = 2 x 0,5 Φm cos 60 = 0,5 Φm.
Sehingga resultan fluks Φr = 0,5 Φm + Φm = 1,5 Φm.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks
berpindah sejauh 90o dari posisi pertama.
II.4. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa
Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga fasa, maka pada stator akan
dihasilkan arus tiga fasa, arus ini menghasilkan medan magnetik yang berputar
dengan kecepatan sinkron. Ketika medan melewati konduktor rotor, dalam konduktor
ini diinduksikan ggl yang sama seperti ggl yang diinduksikan dalam belitan sekunder
transformator oleh fluksi arus primer. Rangkaian rotor merupakan rangkaian tertutup,
baik melalui cincin ujung atau tahanan luar, ggl induksi menyebabkan arus mengalir
dalam konduktor rotor. Jadi arus yang mengalir pada konduktor rotor dalam medan
magnet yang dihasilkan stator akan menghasilkan gaya (F) yang bekerja pada rotor.
Gambar – 2.9 di bawah ini menggambarkan penampang stator dan rotor motor
induksi, dengan medan magnet diumpamakan berputar searah jarum jam dan dengan
statornya diam seperti pada saat start.
Gambar 2.9. Penampang Rotor dan Stator Motor Induksi Memperlihatkan Medan
Magnet Dalam Celah Udara
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Untuk arah fluksi dan gerak yang ditunjukkan gambar 2.9, penggunaan aturan
tangan kanan fleming bahwa arah arus induksi dalam konduktor rotor menuju
pembaca. Pada kondisi seperti itu, dengan konduktor yang mengalirkan arus berada
dalam medan magnet seperti yang ditunjukkan, gaya pada konduktor mengarah ke
atas karena medan magnet di bawah konduktor lebih kuat dari pada medan di atasnya.
Agar sederhana, hanya satu konduktor rotor yang diperlihatkan. Tetapi, konduktor –
konduktor rotor yang berdekatan lainnya dalam medan stator juga mengalirkan arus
dalam arah seperti pada konduktor yang ditunjukkan, dan juga mempunyai suatu gaya
ke arah atas yang dikerahkan pada mereka. Pada setengah siklus berikutnya, arah
medan stator akan dibalik, tetapi arus rotor juga akan dibalik, sehingga gaya pada
rotor tetap ke atas. Demikian pula konduktor rotor di bawah kutup – kutup medan
stator lain akan mempunyai gaya yang semuanya cenderung memutarkan rotor searah
jarum jam. Jika kopel yang dihasilkan cukup besar untuk mengatasi kopel beban yang
menahan, motor akan melakukan percepatan searah jarum jam atau dalam arah yang
sama dengan perputaran medan magnet stator.
Untuk memperjelas prinsip kerja motor induksi maka dapat dijabarkan
langkah-langkah untuk menjalankan motor induksi adalah sebagai berikut :
1. Apabila belitan stator dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa yang
setimbang maka akan dihasilkan arus pada tiap belitan fasa.
2. Arus pada tiap fasa menghasilkan fluksi bolak-balik yang berubah-ubah
3. Amplitudo fluksi yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan arahnya tegak
lurus terhadap belitan fasa
4. Akibat fluksi yang berputar timbul ggl pada stator motor yang besarnya adalah
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
e1 = − N 1
dΦ
dt
E1 = 4,44 fN 1Φ
atau
( Volt )
( Volt )
5. Penjumlahan ketiga fluksi bolak-balik tersebut disebut medan putar yang berputar
dengan kecepatan sinkron ns, besarnya nilai ns ditentukan oleh jumlah kutub p dan
frekuensi stator f yang dirumuskan dengan
ns =
120 × f
p
( rpm )
6. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor.
Akibatnya pada belitan rotor timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E2 yang
besarnya
E 2 = 4,44 fN 2 Φ m
( Volt )
dimana :
E2
= Tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (Volt)
N2
= Jumlah belitan belitan rotor
Фm = Fluksi maksimum(Wb)
7. Karena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl tersebut akan
menghasilkan arus I2
8. Adanya arus I2 di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F pada rotor
9. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk memikul kopel
beban, rotor akan berputar searah medan putar stator
10. Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan sinkron.
Perbedaan kecepatan medan stator (ns) dan kecepatan rotor (nr) disebut slip (s)
dan dinyatakan dengan
s=
ns − n r
× 100%
ns
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
11. Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi pada
belitan rotor akan bervariasi tergantung besarnya slip. Tegangan induksi ini
dinyatakan dengan E2s yang besarnya
E 2s = 4,44 sfN 2 Φ m
( Volt )
dimana
E2s = tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar (Volt)
f2 = s.f = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam
keadaan berputar)
12. Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada
belitan rotor, karenanya tidak dihasilkan kopel. Kopel ditimbulkan jika nr < ns
II.5. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa
Untuk menentukan rangkaian ekivalen dari motor induksi tiga fasa, pertama –
tama perhatikan keadaan pada stator. Gelombang fluks pada celah udara yang
berputar serempak membangkitkan ggl lawan tiga fasa yang seimbang di dalam fasa –
fasa stator. Besarnya tegangan terminal stator berbeda dengan ggl lawan sebesar jatuh
tegangan pada impedansi bocor stator, sehingga dapat dinyatakan dengan persamaan
2.2.
V1 = E1 + I 1 ( R1 + jX 1 ) Volt ………….(2.2)
Di mana: V1 = tegangan terminal stator (Volt)
E1 = ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah udara
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
resultan(Volt)
I 1 = arus stator (Ampere)
R1 = resistansi efektif stator (Ohm)
X 1 = reaktansi bocor stator (Ohm)
Seperti halnya transformator, arus stator dapat dipecah menjadi dua
komponen, komponen beban dan komponen penetralan. Komponen beban I 2
menghasilkan suatu fluks yang akan melawan fluks yang diakibatkan arus rotor.
Komponen penetralan I Φ , merupakan arus stator tambahan yang diperlukan untuk
menghasilkan fluks celah udara resultan. Arus penetralan dapat dipecah menjadi
komponen rugi – rugi inti I c yang sefasa dengan E1 dan komponen magnetisasi I m
yang tertinggal dari E1 sebesar 90° . Sehingga dapat dibuat rangkaian ekivalen pada
stator, seperti gambar – 2.10 di berikut ini.
R1
I2
X1
IΦ
I1
V1
Rc
Ic X m I m
E1
Gambar 2.10. Rangkaian Ekivalen perfasa pada Stator
Pada rotor belitan, jika belitan yang dililit sama banyaknya dengan jumlah
kutub dan fasa stator. Jumlah belitan efektif tiap fasa pada belitan stator banyaknya a
kali jumlah belitan rotor. Bandingkan efek magnetis rotor ini dengan yang terdapat
pada rotor ekivalen magnetik yang mempunyai jumlah belitan yang sama seperti
stator. Untuk kecepatan dan fluks yang sama, hubungan antara tegangan E rotor yang
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
diimbaskan pada rotor yang sebenarnya dan tegangan E 2 s yang diimbaskan pada
rotor ekivalen adalah
E 2 s = a E rotor ……………..(2.3)
Bila rotor – rotor akan diganti secara magnetis, belitan – ampere masing –
masing harus sama, dan hubungan antara arus rotor sebenarnya I rotor dan arus I 2 s
pada rotor ekivalen haruslah
I 2s =
I rotor
……………….(2.4)
a
Akibatnya hubungan antara impedansi bocor frekuensi slip Z 2 S dari rotor
ekivalen dan impedansi bocor frekuensi slip Z rotor dari rotor yang sebenarnya
haruslah sebagai berikut
Z 2S =
a 2 E rotor
E 2S
= a 2 Z rotor ( Ohm )…….(2.5)
=
I rotor
I 2S
Karena rotor terhubung singkat, hubungan fasor antara ggl frekuensi slip E 2 s
yang dibangkitkan pada fasa patokan dari rotor patokan dan arus I 2 s pada fasa
tersebut adalah
E 2S
= Z 2 S = R2 + jsX 2 ………….(2.6)
I 2S
Dimana
Z 2 S = impedansi bocor rotor frekuensi slip tiap fasa berpatokan pada
stator (Ohm)
R2
= tahanan rotor (Ohm)
sX 2 = reaktansi bocor patokan pada frekuensi slip (Ohm)
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Reaktansi yang didapat pada persamaan (2.6) dinyatakan dalam cara yang
demikian karena sebanding dengan frekuensi rotor dan slip. Jadi X 2 didefinisikan
sebagai harga yang akan dimiliki oleh reaktansi bocor pada rotor dengan patokan pada
frekuensi stator.
Pada stator ada gelombang fluks yang berputar pada kecepatan sinkron.
Gelombang fluks ini akan mengimbaskan tegangan pada rotor dengan frekuensi slip
sebesar E 2 s dan ggl lawan stator E 1 . Bila bukan karena efek kecepatan, tegangan
rotor akan sama dengan tegangan stator, karena belitan rotor identik dengan belitan
stator. Karena kecepatan relatif gelombang fluks terhadap rotor adalah s kali
kecepatan terhadap stator, hubungan antara ggl efektif pada stator dan rotor adalah
E 2 s = s E 1 ………………..(2.7)
Gelombang fluks magnetik pada rotor dilawan oleh fluks magnetik yang
dihasilkan komponen beban I 2 dari arus stator, dan karenanya, untuk harga efektif
I 2 s = I 2 ..............................(2.8)
Dengan membagi persamaan (2.7) dengan persamaan (2.8) didapatkan persamaan 2.9
berikut ini :
E 2S
sE1
………………(2.9)
=
I 2S
I2
Didapat hubungan antara persamaan (2.8) dengan persamaan (2.9), yaitu
E 2S
sE1
= R2 + jsX 2 ….(2.10)
=
I 2S
I2
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Dengan membagi persamaan (2.10) dengan s, maka didapat
E 1 R2
=
+ jX 2 ……………..(2.11)
s
I2
Dari persamaan (2.11) dapat dibuat rangkaian ekivalen untuk rotor
Dari persamaan (2.6) , (2.7) dan (2.11) maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen
pada rotor pada gambar 2.11 di bawah ini.
R2
E2s
I2
R2
X2
I2
sX 2
R2
s
E1
X2
I2
1
R2 ( − 1)
s
E1
Gambar 2.11. Rangkaian Ekivalen Perfasa pada Rotor
R2
R
= 2 + R2 - R2
s
s
1
R2
= R2 + R2 ( − 1) …………….(2.12)
s
s
Dari penjelasan mengenai rangkaian ekivalen pada stator dan rotor di atas,
maka dapat dibuat rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa pada masing – masing
fasanya. Perhatikan gambar 2.12 .
R1
I '2
X1
IΦ
I1
V1
sX 2
Rc
Ic X m I m
I2
E1
sE 2
R2
Gambar 2.12. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Untuk mempermudah perhitungan maka rangkaian ekivalen pada gambar–
2.12 diatas dapat dilihat dari sisi stator, rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa
akan dapat digambarkan sebagai berikut.
R1
I '2
X1
X2
'
IΦ
I1
V1
E1
Rc
Xm
R2
s
'
I m Ic
Gambar 2.13. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator
Atau seperti gambar berikut.
R1
X1
I '2
X2
'
R '2
IΦ
I1
V1
Xm
Rc
E1
' 1
R2 ( − 1)
s
I m Ic
Gambar 2.14. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator
Dalam teori transformator-statika, analisis rangkaian ekivalen sering
disederhanakan dengan mengabaikan seluruh cabang penalaran atau melakukan
pendekatan dengan memindahkan langsung ke terminal primer. Pendekatan demikian
tidak dibenarkan dalam motor induksi yang bekerja dalam keadaan normal, karena
adanya celah udara yang menjadikan perlunya suatu arus penetralan yang sangat besar
(30% sampai 40% dari arus beban penuh) dan karena reaktansi bocor juga perlu lebih
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
tinggi. Untuk itu dalam rangkaian ekivalen Rc dapat dihilangkan (diabaikan), seperti
terlihat pada gambar 2.15 di bawah ini.
R1
X1
I '2
X2
'
R '2
IΦ
I1
V1
Xm
E1
' 1
R2 ( − 1)
s
Gambar 2.15. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator dengan
Mengabaikan Rc
II.6. Aliran Daya Pada Motor Induksi
Pada motor induksi, tidak ada sumber listrik yang langsung terhubung ke
rotor, sehingga daya yang melewati celah udara sama dengan daya yang diinputkan ke
rotor.
Daya total yang dimasukkan pada belitan stator (Pin) dirumuskan dengan :
Pin = 3V1I1 cosθ ( Watt ).........................................(2.13)
Dimana :
V1
=
tegangan sumber (Volt)
I1
=
arus masukan(Ampere)
θ
=
perbedaan sudut fasa antara arus masukan
dengan tegangan sumber
Dari rumus ini kita bisa mengambil kesimpulan terhadap hubungan Tegangan
(V) terhadap Arus (I), Daya Input (Pin) dan Faktor daya (cos θ).
Sebelum daya ditransfer melalui celah udara, motor induksi mengalami rugirugi berupa rugi-rugi tembaga stator (PSCL) dan rugi-rugi inti stator (PC). Daya yang
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
ditransfer melalui celah udara (PAG) sama dengan penjumlahan rugi-rugi tembaga
rotor (PRCL) dan daya yang dikonversi (Pconv). Daya yang melalui celah udara ini
sering juga disebut sebagai daya input rotor.
PAG = PRCL + Pconv (Watt)................................(2.14)
( )
PAG = 3 I 2'
2
( ) R + 3(I ) R
R2'
= 3 I 2'
s
2
'
2
' 2
2
'
2
(1 − s )
.............(2.15)
s
Diagram aliran daya motor induksi dapat dilihat pada Gambar 2.16 di bawah
ini.
PAG
Pconv
Daya celah udara
Pout = τloadϖ r
Pin = 3 .VL I L cos θ
PG+A
PSLL
PRCL
PC
PSCL
Gambar 2.16 Aliran Daya Motor Induksi.
Dimana : - PSCL = rugi – rugi tembaga pada belitan stator (Watt)
- PC
= rugi – rugi inti pada stator (Watt)
- PAG = daya yang ditransfer melalui celah udara (Watt)
- PRCL = rugi – rugi tembaga pada belitan rotor (Watt)
- PG + A = rugi – rugi gesek + angin (Watt)
- PSLL = stray losses (Watt)
- PCONV = daya mekanis keluaran (output) (Watt)
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Hubungan antara rugi-rugi tembaga rotor dan daya mekanis dengan daya
masukan rotor dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :
( )R
PRCL = 3 I 2'
( )
Pconv = 3 I 2'
2
2
'
2
= sPAG ( Watt ).............(2.16)
(1 − s ) '
R2 = (1 − s ) PAG ( Watt )...........(2.17)
s
Dari gambar 2.16 dapat dilihat bahwa motor induksi juga mengalami rugi-rugi
gesek + angin (PG&A), sehingga daya mekanis keluaran sama dengan daya yang
dikonversi (Pconv) dikurangi rugi-rugi gesek + angin.
Pout = Pconv – PG&A
Secara umum, perbandingan komponen daya pada motor induksi dapat
dijabarkan dalam bentuk slip yaitu :
PAG : PRCL : Pconv = 1 : s : 1 – s
II.7. Torsi Motor Induksi Tiga Fasa
Dari rangkaian ekivalen dan diagram aliran daya motor induksi tiga fasa yang
telah diperoleh sebelumnya dapat diturunkan suatu rumusan umum untuk torsi induksi
sebagai fungsi dari kecepatan. Torsi motor induksi diberikan oleh persamaan:
τind =
Pconv
..........................................................(2.18)
ωm
τind =
PAG
..........................................................(2.19)
ωsync
Persamaan yang terakhir di atas sangat berguna, karena kecepatan sinkron
selalu bernilai konstan untuk tiap – tiap frekuensi dan jumlah kutub yang diberikan
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
motor. Karena kecepatan sinkron selalu tetap, maka daya pada celah udara akan
menentukan besar torsi induksi pada motor.
Meskipun terdapat berbagai cara menyelesaikan rangkaian seperti gambar
2.15, untuk menentukan besarnya arus I2, kemungkinan penyelesaian yang paling
mudah dapat dilakukan dengan menentukan rangkaian ekivalen Thevenin dari gambar
tersebut.
Agar dapat menghitung ekivalen Thevenin dari sisi input rangkaian ekivalen
motor induksi, pertama – tama terminal X’s dihubung buka (open - circuit ),
kemudian tegangan open circuit di terminal tersebut ditentukan. Untuk menentukan
impedansi Thevenin, maka tegangan fasa dihubung singkat ( short – circuit ) dan Zeq
ditentukan dengan melihat ke dalam sisi terminal.
Gambar 2.17. Tegangan Ekivalen Thevenin pada Sisi Rangkaian Input
Dari gambar 2.17 ditunjukkan bahwa terminal di open – circuit untuk
mendapatkan tegangan ekivalen Thevenin. Oleh karena itu dengan aturan pembagi
tegangan diperoleh :
ZM
Z M + Z1
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
VTH = V1
VTH = V1
jX M
R 1 + jX1 + jX M
Magnitud dari tegangan Thevenin VTH adalah :
VTH = V1
XM
R1 + ( X 1 + X M )
2
................................(2.20)
2
Karena reaktansi magnetisasi XM >> X1 dan XM >> R1, harga pendekatan dari
magnitud tegangan ekivalen Thevenin :
VTH ≈ V1
.X M
..........................................................(2.21)
X1 + X M
Gambar 2.18 menunjukkan tegangan input dihubung singkat. Impedansi
ekivalen Thevenin dibentuk oleh impedansi paralel yang terdapat pada rangkaian.
Gambar 2.18. Impedansi Ekivalen Thevenin pada Sisi Rangkaian Input
Impedansi Thevenin ZTH diberikan oleh :
ZTH =
Z1 Z M
Z1 + Z M
ZTH = RTH + jXTH =
jX M (R 1 + jX1 )
...............................(2.22)
R 1 + j(X1 + X M )
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Karena XM >> X1 dan XM + X1 >> R1, tahanan dan reaktansi Thevenin secara
pendekatan diberikan oleh :
RTH ≈ R1
XTH ≈ X1
Gambar di bawah menunjukkan rangkaian ekivalen Thevenin :
Gambar 2.19. Rangkaian Ekivalen Thevenin Motor Induksi
Dari gambar di atas arus I2 diberikan oleh :
I2 =
VTH
;
Z TH + Z 2
I2 =
RTH
VTH
+ R2 / s + jX TH + jX 2
Magnitud dari arus
I2 =
VTH
(RTH
+ R2 / s ) + ( X TH + X 1 )
2
2
.............................................(2.23)
Daya pada celah udara diberikan oleh :
PAG = 3 I 2
2
R2
; PAG =
s
2
3VTH R2 / s
[(R
+ R2 ) + ( X TH + X 2 )
2
TH
2
]..................(2.24)
Sedangkan torsi induksi pada rotor
P
τind = AG
ωsync
2
; τind =
[
3VTH R2 / s
ω sync (RTH + R2 ) + ( X TH + X 2 )
2
2
] ..............(2.25)
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Gambar kurva torsi kecepatan (slip) pada motor induksi ditunjukkan pada
gambar 2.20
Gambar 2.20
Karakteristik torsi – slip pada motor induksi
Sedangkan kurva torsi - kecepatan motor induksi yang menunjukkan
kecepatan di luar daerah operasi normal ditunjukkan pada gambar 2.21
Gambar 2.21
Karakteristik torsi – putaran pada motor induksi
pada berbagai daerah operasi
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Dari kedua kurva karakteristik torsi motor induksi di atas dapat diambil
beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Torsi motor induksi akan bernilai nol pada saat kecepatan sinkron
2. kurva torsi – kecepatan mendekati linear di antara beban nol dan beban penuh.
Dalam daerah ini, tahanan rotor jauh lebih besar dari reaktansi rotor, oleh karena
itu arus rotor, medan magnet rotor, dan torsi induksi meningkat secara linear
dengan peningkatan slip.
3. Akan terdapat torsi maksimum yang tak mungkin akan dapat dilampaui. Torsi ini
disebut juga dengan pull – out torque atau break down torque, yang besarnya 2 –
3 kali torsi beban penuh dari motor.
4. Torsi start pada motor sedikit lebih besar daripada torsi beban penuhnya, oleh
karena itu motor ini akan start dengan suatu beban tertentu yang dapat disuplai
pada daya penuh.
5. torsi pada motor akan memberikan harga slip yang bervariasi sebagai harga
kuadrat dari tegangan yang diberikan. Hal ini sangat penting dalam membentuk
pengaturan kecepatan dari motor.
6. jika rotor motor induksi digerakkan lebih cepat dari kecepatan sinkron, kemudian
arah dari torsi induksi di dalam mesin menjadi terbalik dan mesin akan bekerja
sebagai generator, yang mengkonversikan daya mekanik menjadi daya elektrik.
7. jika motor induksi bergerak mundur relatif arah dari medan magnet, torsi induksi
mesin akan menghentikan mesin dengan sangat cepat dan akan mencoba untuk
berputar pada arah yang lain. Karena pembalikan arah medan putar merupakan
suatu aksi penyaklaran dua buah fasa stator, maka cara seperti ini dapat digunakan
sebagai suatu cara yang sangat cepat untuk menghentikan motor induksi. Cara
menghentikan motor seperti ini disebut juga dengan plugging.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
II.8. Efisiensi Motor Induksi Tiga Fasa
Efisiensi motor induksi adalah ukuran keefektifan motor induksi untuk
mengubah energi listrik menjadi energi mekanis yang dinyatakan sebagai
perbandingan antara masukan dan keluaran atau dalam bentuk energi listrik berupa
perbandingan watt keluaran dan watt masukan. Defenisi NEMA terhadap efisiensi
energi adalah bahwa efisiensi merupakan perbandingan atau rasio dari daya keluaran
yang berguna terhadap daya input total dan biasanya dinyatakan dalam persen Juga
sering dinyatakan dengan perbandingan antara keluaran dengan keluaran ditambah
rugi-rugi, yang dirumuskan dalam persamaan (2.26)
η=
Pout Pin − Ploss
Pout
=
=
× 100% .............(2.26)
Pin
Pin
Pout + PLoss
Dari persamaan 2.26 terlihat bahwa efisiensi motor bergantung pada besar
rugi-ruginya. Rugi-rugi pada persamaan tersebut adalah penjumlahan keseluruhan
komponen rugi-rugi yang dibahas pada sub bab sebelumnya.
Pada motor induksi pengukuran efisiensi motor induksi ini sering dilakukan
dengan beberapa cara seperti:
- Mengukur langsung daya elektris masukan dan daya mekanis keluaran
- Mengukur langsung seluruh rugi-rugi dan daya masukan
- Mengukur setiap komponen rugi-rugi dan daya masukan,
Dimana pengukuran daya masukan tetap dibutuhkan pada ketiga cara di atas.
Umumnya, daya elektris dapat diukur dengan sangat tepat, keberadaan daya mekanis
yang lebih sulit untuk diukur. Saat ini sudah dimungkinkan untuk mengukur torsi dan
kecepatan dengan cukup akurat yang bertujuan untuk mengetahui harga efisiensi yang
tepat. Pengukuran pada keseluruhan rugi-rugi ada yang berdasarkan teknik
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
kalorimetri. Walaupun pengukuran dengan metode ini relatif sulit dilakukan,
keakuratan yang dihasilkan dapat dibandingkan dengan hasil yang didapat dengan
pengukuran langsung pada daya keluarannya.
Kebanyakan pabrikan lebih memilih melakukan pengukuran komponen rugirugi secara individual, karena dalam teorinya metode ini tidak memerlukan
pembebanan pada motor, dan ini adalah suatu keuntungan bagi pabrikan.
II.9. Jatuh Tegangan (Voltage Drop)
Seperti kita ketahui PLN memproduksi tegangan listrik dengan nilai nominal
220V/380 Volt tiga fasa pada frekuensi 50 Hz, dan dalam bentuk gelombang sinus.
Besar tegangan listrik ini berbeda pada setiap negara, sebagai contoh di Amerika
tegangan jala jala ialah 110 V/60 Hz di Australia 240V/ 50 Hz, dll.
Dalam penyediaan tenaga listrik disyaratkan suatu level standard tertentu
untuk menentukan kualitas tegangan pelayanan. Secara umum ada tiga hal yang perlu
dijaga kualitasnya :
1.
Frekuensi (50Hz)
2.
Tegangan (220/380) Volt : ± 5 %-10%)
3.
Keandalan.
Dalam penyediaan tenaga listrik dilakukan penggolongan beban untuk
memenuhi keandalan dari sistem. Dengan bervariasinya karakteristik beban maka
perlu digolongkan berdasarkan faktor-faktor dominan, misalnya lingkungan /geografi,
ketergantungan terhadap pelayanan tenaga listrik, pengaruh beban yang satu terhadap
yang lain, dan sebagainya. Dari penggolongan beban tersebut kebijaksanaan
pelayanan penyediaan tenaga listrik dapat diarahkan untuk memperoleh optimasi.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Pada kenyataannya tegangan listrik produk PLN bukanlah tegangan sinus
murni yang berkualitas sempurna. Tengangan listrik PLN ini seringkali disalurkan
kepada konsumen dengan berbagai kelemahan.
Akibat terjadinya rugi tegangan pada saluran maka tegangan khususnya
ditempat yang paling jauh dengan sumber tenaga akan lebih kecil dari tegangan
nominal. Rugi tegangan pada saluran yang menyebabkan adanya jatuh tegangan (Vd)
dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :
Voltage drop = Vs – Vr .................(2.27)
Keterangan :
Vs : tegangan pengiriman dari sumber
Vr : tegangan penerimaan disisi beban.
Dari tinjauan dan kondisi adanya tegangan pada sebuah tahanan menyebabkan
arus mengalir melalui tahanan tersebut. Bila keadaan ini terjadi didalam kabel-kabel
utama atau saluran yang panjang, hal ini sering dihubungkan sebagai penurunan
tegangan, penurunan IR atau penurunan pada tahanan. Penurunan tegangan ini bisa
juga dilihat sebagai akibat usaha yang harus dikeluarkan untuk mengatasi perlawanan
terhadap aliran arus dan harus dikeluarkan dari tegangan sumber agar mendapatkan
tegangan yang sebenarnya pada beban.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
BAB III
PENGUJIAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA
3.1
Umum
Pada motor induksi tiga fasa jenis rotor sangkar tupai adanya jatuh tegangan
jala-jala akan dapat mempengaruhi sistem kerja dari motor induksi tiga fasa Jenis
rotor sangkar tupai dalam pemakaiannya. Walaupun pengaruhnya berlangsung dalam
waktu singkat, hal itu berpangaruh pada daya output motor pada saat dibebani dan
saat start dari motor tersebut. Karena harga kopel yang dibangkitkan oleh motor
induksi tiga fasa sebanding dengan kuadrat tegangan, maka hal itu menunjukkan
bahwa motor sensitif sekali terhadap perubahan tegangan jala-jala.
3.2
Tujuan Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa
Maksud dan tujuan pengujian motor induksi tiga fasa ini adalah sebagai
simulasi gangguan yang terjadi pada industri yang banyak menggunakan motor
induksi tiga fasa sebagai alat penunjang proses produksi. Gangguan pada motor
induksi tiga fasa salah satunya adalah jatuh tegangan jala-jala, untuk itu Penulis
melakukan pengujian pada motor induksi tiga fasa. Sehingga dari percobaan ini
Penulis dapat menganalisa pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja
motor induksi tiga fasa pada dunia industri .
Pengujian motor induksi tiga fasa ini bertujuan untuk memperoleh berapa
besar pangaruh jatuh tegangan terhadap putaran rotor (Nr), apakah dengan turunnya
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
tegangan jala-jala akan berdampak menurunnya putaran rotor. Pengujian ini juga
dimaksudkan untuk memperoleh harga arus input (Iin) akibat jatuh tegangan, apakah
dengan menurunnya tegangan jala-jala arus input semakin tinggi atau makin rendah
Disamping itu juga dalam percobaan ini dimaksudkan untuk memperoleh
harga daya input motor induksi tiga fasa itu (Pout), memperoleh besar faktor daya (Cos
φ ) dari motor induksi tiga fasa itu. Tak lupa dalam pengukuran atau pengujian motor
induksi tiga fasa ini digunakan untuk mengetahui tegangan terendah yang mampu
membangkitkan motor induksi tiga fasa untuk dapat bekerja.
Setelah diketahui data-data dalam pengujian motor induksi tersebut maka
besarnya unjuk kerja motor induksi tiga fasa dapat ditentukan melalui persamaan
sebagai berikut :
Kecepatan Medan Putar Stator
ns = 120
f
P
(3.1)
Dimana :
ns : Kecepatan Medan Putar Stator (Rpm)
f
: Frekuensi Motor Induksi (Hz)
P : Jumlah Kutub Motor Induksi
Apabila rotor dari motor induksi berputar dengan kecepatan nr, dan medan
putar stator adalah ns maka slip (ns) adalah sebagai berikut :
S=
ns − nr
x100%
ns
(3.2)
Karena putaran rotor dapat diketahui melalui pengukuran maka kecepataan
putar rotor (ϖ r ) dapat dapat dinyatakan sebagai berikut :
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
ϖ r = ϖ s (1 − S )
(3.3)
Dimana :
ϖ s : Kecepatan medan putar stator (rad/ s)
S : Slip
Atau
ϖ r = 2π
Nr
60
(3.4)
Dimana :
Nr : Putaran rotor motor induksi (Rpm)
Daya Output motor induksi adalah daya mekanis yang dihasilkan rotor dan
dari data hasil pengukuran
Pm = T .ϖ = T .2π .
=
dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut
Nr
60
2π
T.Nr
60
(3.5)
Dimana :
T : Torsi Motor Induksi (N-m)
ϖ : Kecepatan Putar Rotor (rad/ s)
Nr : Putaran Rotor (Rpm)
Jadi daya output motor induksi tiga fasa juga dapat diperoleh melalui
persamaan sebagai berikut :
Pout = T .ϖ r
(3.6)
Sedangkan rugi daya total yang hilang pada motor induksi dapat dinyatakan
sebagai berikut :
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Prugi total = Pin - Pout
(3.7)
Efisiensi motor induksi tiga fasa dapat dinyatakan sebagai berikut :
η=
Pout
x100%
Pin
3.3
(3.8)
Peralatan Pengujian
Untuk mendapatkan data pengukuran yang sesungguhnya maka diperlukan
peralatan sebagai penunjang dalam menganalisa pengaruh jatuh tegangan jala-jala
terhadap unjuk kerja motor induksi tiga fasa. peralatan tersebut dapat kita lihat
dibawah ini:
1. Motor induksi tiga phasa
Tipe : rotor sangkar tupai
Spesifikasi :
-
AEG Typ B AL 90 LA - 4
-
Δ / Y 220/ 380 V ; 6,3 / 3,6 A
-
1,5 Kw, cos φ 0,82
-
1415 rpm, 50 Hz
-
Kelas isolasi : B
2. Auto Trafo tiga fasa
3. Tank ampere
4. Tacho meter
5. Torsi meter (Newton meter)
6.
Multi meter
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
3.4
Gambar Diagram Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa
R
S2
R
P
T
A
C
1
S
T
A2
A1
n
M
Ind
V1
RB
M DC
T
A3
S1
S3
PTDC 1
N
K L R S T
W 3φ
Gambar 3.1. Rangkaian Percobaan Pembebanan Motor Induksi 3 Fasa
3.5
Langkah Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa
Agar dalam pengujian tidak terjadi kesalahan baik pengukuran maupun
pengamatan maka harus berdasarkan langkah-lagkah percobaan. Langkah pengujian
motor induksi tersebut adalah sebagai berikut :
1. Membuat rangkaian seperti pada gambar 3.1.
2. Menghubungkan rangkaian dengan sumber tegangan dan mengaktifkan saklar
auto travo tiga fasa.
3. Mengatur tegangan sumber / tegangan jala-jala sesuai dengan petunjuk yang
berlaku, dengan menggunakan auto travo tiga fasa.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
4. Mengatur beban motor induksi tiga fasa sebesar 5 N-m dengan menggunakan
tahanan geser yg dihubungkan untuk membebani Generator DC yang di kopel
ke motor induksi 3 fasa.
5. Mengaktifkan motor induksi tiga fasa dengan menggunakan saklar
penghubung.
6. Mengamati pengukuran atau pengujian arus input (Iin), daya input (Pin), faktor
daya (Cos φ ) dengan menggunakan alat ukur listrik (Tree Phase and Single
Phase Maesurument) dan mengukur besar kecepatan putar rotor pada saat
dibebani dengan menggunakan tacho meter.
7. Mencatat hasil pengukuran atau pengujian pada tabel percobaan.
3.6
Data Hasil Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa
Tabel hasil Pengukuran dapat di lihat pada dibawah ini :
1. Beban 6 N-m
Tabel 3.1 Pengukuran motor induksi tiga fasa dengan beban 6 N-m
No
VS
IIn
Nr
Pf
PIn
(Volt)
(A)
(Rpm)
(Cos φ )
(Watt)
1
380
3,4
1415
0,70
1560
2
360
3,56
1315
0,68
1500
3
340
3,72
1220
0,67
1460
4
320
3,9
1110
0,66
1420
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
BAB IV
ANALISIS PENGARUH JATUH TEGANGAN JALA-JALA TERHADAP
UNJUK KERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA
4.1 Umum
Pada bab ini Penulis akan mencoba menganalisa pengaruh perubahan
tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja motor induksi tiga fasa jenis rotor sangkar
tupai saat beroperasi. Dengan menggunakan cara yang sistematis nantinya dapat
diketahui seberapa besar pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja dari
motor induksi tersebut. Untuk mendapatkan data yang falit dan nyata maka Penulis
mencoba menguji motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai 1500 Watt. Data dari
hasil pengukuran ini kemudian digunakan untuk menganalisa seberapa besar
pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap kecepatan putar rotor (Nr), arus input
motor (IIn), daya input motor (Watt) dan faktor daya (Cos ϕ ), Selanjutnya data-data
dari hasil pengukuran tersebut dipakai untuk perhitungan slip motor, daya output
motor, rugi daya total dan efisiensi motor akibat adanya jatuh tegangan jala-jala.
Maksud dan tujuan dari pengujian motor induksi tiga fasa ini adalah untuk
mensimulasikan gangguan yang terjadi pada industri yang banyak menggunakan
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
motor induksi tiga fasa sebagai alat penunjang proses produksi. Gangguan pada motor
induksi tiga fasa salah satunya adalah adanya jatuh tegangan jala-jala. Dalam
menganalisa, Penulis menggunakan data-data teknik motor yang diperoleh dari hasil
pengujian langsung pada motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai 1500 Watt di
Laboratorium Konversi Energi Listrik USU.
4.2
Analisis Data Pengujian
Dalam menganalisa pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja
motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai diperlukan data teknis atau spesifikasi dari
motor induksi tersebut. Data teknis tersebut dipergunakan sebagai penunjang dalam
menganalisa disamping teori praktis yang terdapat dalam reverensi. Data teknis dapat
dilihat dibawah ini.
Data Teknis Motor
Type : AEG Typ B AL 90 LA - 4
Tegangan : Δ / Y 220/ 380 Volt
Daya
: 1500 Watt
Arus
: 6,3 / 3,6 A
Nr
: 1415 Rpm
F
: 50 Hz
Cos θ
: 0,82
P
:4
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Dari hasil pengujian dan dengan berdasarkan teori penunjang tentang motor
induksi tiga fasa maka besarnya daya output dan rugi daya total dapat kita cari. Untuk
itu penulis mengambil contoh pada tegangan 380 Volt dengan beban 6 N-m
a.
Kecepatan medan putar stator
Ns =
=
b.
120 x50
= 1500 Rpm
4
Besarnya slip motor
Ns − Nr
Ns
S=
=
c.
120 f
P
1500 − 1415
= 0,056
1500
Besarnya daya output
Pout = Txϖ r
ϖ r = ϖ s (1 − S )
sehingga
ϖs =
=
2π .N s
60
2 x3,14 x1500
= 157 rad
s
60
jadi
ϖ r = ϖ s (1 − S )
= 157(1 − 0,056 )
= 148,2 rad
s
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Besar daya output motor induksi tiga fasa 1500 Watt sebagai berikut :
Pout = Txϖ r
= 6x148,2
= 889,248Watt
d.
Rugi – rugi motor
PRugi total = PIn – POut
= 1560 − 889,248
= 670,752 Watt
e.
Efisiensi motor induksi
η=
=
Pout
x100%
Pin
889,248
x100%
1560
= 57 %
Untuk memudahkan dalam menganalisa Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-jala
terhadap unjuk Kerja Motor Induksi Rotor Sangkar Tupai, maka Penulis tuangkan
dalam tabel. Dari hasil perhitungan daya output, rugi daya total, efisiensi motor pada
tegangan nominal sampai tegangan terendah dapat dilihat dari tabel dibawah ini.
Tabel 4.1 Pengukuran motor induksi tiga fasa dengan beban 6 N-m
No
VS
IIn
Nr
Pf
PIn
POut
PRugi
η
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
(Volt)
(A)
(Rpm)
(Cos φ )
(Watt)
1
380
3,4
1415
0,70
1560
889,248 670,752
2
360
3,56
1315
0,68
1500
825,82
674,18
55,05
3
340
3,72
1220
0,67
1460
765,84
694,154
52,46
4
320
3,9
1110
0,66
1420
697,08
722,92
49,09
(Watt)
(Watt)
(%)
57
Dalam menganalisa pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap arus, putaran
rotor, daya input, factor daya, daya output, rugi daya total, dan efisiensi motor maka
dapat dilihat pada grafik dibawah ini.
1. Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap arus input motor induksi tiga fasa.
Gambar 4.1 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap arus input motor.
Ada pun pengaruh drop tegangan jala-jala terhadap harga arus input
motor induksi tiga fasa adalah semakin rendah tegangan yg diberikan ke motor
maka semakin kecil gaya yang dihasilkan untuk memutar motor, akibatnya
membuat motor diam karena terbebanin oleh beban. Hal tersebut membuat
Motor Induksi dalam keadaan menuju short circuit (rotor tertahan) sehingga
harga arus menjadi besar.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
2. Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap putaran rotor
Gambar 4.2 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap putaran rotor
Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap putaran rotor adalah
semakin rendah tegangan yang diberikan ke motor maka semakin kecil gaya
yang dihasilkan untuk memutar motor, akibatnya membuat putaran rotor
menurun akibat terbebanin oleh beban.
3. Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap faktor daya
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Gambar 4.3 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap faktor daya (Cos θ )
Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap faktor daya adalah semakin
rendah tegangan yang di berikan ke motor maka arus kemagnitan akan
bertambah besar sehingga Cos θ dari motor akan turun. Faktor daya
tergantung besar nilai daya input motor apabila daya input motor besar maka
faktor daya pun bertambah besar begitupun sebaliknya. Faktor daya
berbanding lurus dengan tegangan jala-jala dan berbanding terbalik dengan
arus input.
4. Pengaruh tegangan jala-jala terhadap daya input motor.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Gambar 4.4 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap daya input motor
Besarnya daya input motor sangat tergantung pada besarnya tegangan
jala-jala yang mensuplai dan besar beban yang dipikul motor induksi tersebut.
Semakin rendah tegangan yang diberikan ke motor maka akan semakin kecil
daya input yg di hasilkan motor induksi tiga fasa tersebut.
5. Pengaruh tegangan jala-jala terhadap daya output motor.
Gambar 4.5 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap daya output motor.
Berdasarkan pengamatan pengaruh tegangan jala-jala terhadap daya
output motor adalah semakin besar tegangan sumber yang menyuplai motor
semakin besar daya outputnya dan sebaliknya jika tegangannya semakin kecil.
6. Pengaruh tegangan jala-jala terhadap rugi daya motor.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Gambar 4.6 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap rugi-rugi daya motor
Rugi daya total yang hilang akan semakin besar seiring merosotnya
tegangan jala-jala. Hal ini dapat dilihat dari grafik diatas yg nilainya semakin
bertambah seiring jatuhnya tegangan jala-jala.
7. Pengaruh tegangan jala-jala terhadap efisiensi motor.
Gambar 4.7 grafik hubungan Tegangan jala-jala terhadap efisiensi motor
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Seiring merosotnya tegangan jala-jala yang di berikan ke motor akan
membuat efisiensi motor menurun. Hal ini sangat merugikan performansi
motor induksi tersebut.
.
4.3
Analisis Perhitungan
Besar pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap unjuk kerja motor induksi
tiga fasa dapat di tentukan melalui pengujian dan perhitungan. Untuk mendapatkan
perbandingan besarnya kinerja motor dalam perhitungan materi yang digunakan data
hasil pengujian, bedanya untuk mencari besar daya input motor digunakan persamaan
P=
3 .V.I. Cos θ . Dari hasil perhitungan daya input motor ini dapat dicari besar
rugi daya dan efisiensi motor. Dengan menggunakan persamaan ini diharapkan antara
data pengukuran dan perhitungan selisihnya kecil bahkan sama.
Untuk memperoleh besarnya daya input motor penulis mengambil contoh
pada tegangan 380 Volt dengan beban 6 N-m dan dapat kita lihat dalam perhitungan
dibawah ini :
a.
Kecepatan medan putar stator
Ns =
=
b.
120 x50
= 1500 Rpm
4
Besarnya slip motor
S=
=
c.
120 f
P
Ns − Nr
Ns
1500 − 1415
= 0,056
1500
Besar daya input motor
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
3 .V.I. Cos θ
P=
=
3 x 380 x 3,4 x 0,7
= 1566,47 Watt
d.
Besarnya daya output
Pout = Txϖ r
ϖ r = ϖ s (1 − S )
sehingga
ϖs =
=
2π .N s
60
2 x3,14 x1500
= 157 rad
s
60
jadi
ϖ r = ϖ s (1 − S )
= 157(1 − 0,056 )
= 148,20 rad
s
Besar daya output motor induksi tiga fasa 1500 Watt sebagai berikut :
Pout = Txϖ r
= 6x148,2
= 889,248 Watt
d.
Rugi – rugi motor
PRugi total = PIn – POut
= 1566,47 – 889,248
= 677,22 Watt
e.
Efisiensi motor induksi
η=
=
Pout
x100%
Pin
889,248
x100%
1566,47
= 56,77 %
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Tabel 4.2 Perhitungan motor induksi tiga fasa dengan beban 6 N-m.
No
PRugi
η
(Watt)
(Watt)
(%)
1566,47
889,25
677,22
56,77
0,68
1505,22
825,82
679,4
54,86
1220
0,67
1467,76
765,846 701,914
52,18
1110
0,66
1426,66
697,08
48,86
VS
IIn
Nr
Pf
PIn
POut
(Volt)
(A)
(Rpm)
(Cos φ )
(Watt)
1
380
3,40
1415
0,70
2
360
3,55
1315
3
340
3,72
4
320
3,90
4.4
729,58
Analisa Pengukuran dan Perhitungan
Motor induksi dapat berputar jika tegangan terinduksi oleh medan magnet
putar stator, artinya agar tegangan terinduksi maka di perlukan adanya perbedaanperbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (Ns) dengan kecepatan medan
putar rotor (Nr). Bila Ns=Nr tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak mengalir
pada batang konduktor rotor, sehingga tidak menghasilkan kopel, kopel akan timbul
jika Ns > Nr. Perbedaan antara Ns dan Nr disebut dengan slip, hubungannya dengan
pengukuran perhitungan diatas adalah jika beban bertambah akan memperbesar kopel
motor yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor sehingga
slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi bila
beban motor bertambah putaran rotor cenderung menurun dan slip motor akan
bertamah besar.
Perubahan tegangan tidak hanya mempengaruhi torsi awal tetapi juga torsi
pada keadaan jalan. Setiap penambahan beban motor maka torsi yang dihasilkan
motor akan terus merosot. Akibatnya putaran motor pun semakin pelan dan akhirnya
berhenti artinya jika tegangan turun maka torsi motor akan turun seiring dengan
bertambahnya beban.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
Daya output motor adalah merupakan daya yang dihasilkan oleh
putaran rotor. Daya output dihasilkan dari daya input motor dikurangi total rugi-rugi
pada motor induksi. Rugi pada motor diantaranya rugi tembaga (Pcu), rugi inti, rugi
celah udara (Pag). Rugi inti dan rugi celah udara relatif konstan tetapi rugi tembaga
akan bertambah besar seiring naiknya beban motor. Jika beban motor ditambah pada
tegangan yang sama maka daya input dan arus input bertambah besar sehingga
menghasilkan daya output yang lebih besar. Hal ini terlihat pada tabel pengukuran
dan tabel perhitungan. Semakin besar beban yang dipikul motor maka arus input dan
daya input motor akan bertambah besar, bertambahnya besar komponen aktif tersebut
mengakibatkan bertambahnya daya output motor.
Dari perhitungan efisiensi motor terlihat bertambahnya beban yang dipikul
motor akan mempengaruhi nilai efisiensi. Semakin bertambahnya beban motor maka
semakin kecil efisiensi motor tersebut.
Selisih antara perhitungan dan pengukuran kecil, antara pengukuran dan
berhitungan besar daya input motor pada pengukuran lebih besar hal ini disebabkan
faktor ketelitian dari alat ukur itu sendiri atau faktor usia motor itu sendiri. Dari
perhitungan nilai daya input motor lebih kecil dari hasil percobaan, hal ini juga
mempengaruhi rugi daya pada motor meskipun selisihnya kecil. Percobaan dan
perhitungan ini dikatakan telah sesuai landasan teori yang ada hal ini dibuktikan
dengan selisih yang tidak terlalu besar.
Kesimpulan yang dapat diambil dari pergukuran dan perhitungan diatas bahwa
adanya pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap daya output dan efisiensi motor
induksi tiga fasa rotor sangkar tupai yang cukup signifikan yang dapat mempengaruhi
kinerja motor induksi. Dengan bertambahnya beban, daya input, arus input, daya
output dan rugi daya akan bertambah besar, sedangkan efisiensi motor semakin kecil
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
seiring dengan bertambahnya beban motor sehingga putaran rotor pun akan semakin
turun.
Adapun pengaruh jatuh tegangan tersebut dinyatakan bahwa semakin besar
tegangan sumber yang menjalankan motor, maka daya output semakin besar. Efisiensi
motor juga akan semakin besar sejalan dengan bertambahnya daya output motor
induksi tersebut. Demikian sebaliknya jika terjadi penurunan tegangan jala-jala. Dari
hasil perhitungan pengaruh jatuh tegangan jala-jala pada beban yang sama dapat
mempengaruhi unjuk kerja motor induksi . Semakin kecil tegangan jala-jala maka
semakin kecil daya output dan efisiensi motor semakin kecil pula putaran rotor.
Berkurangnya tegangan jala-jala berpengaruh besar slip yang dihasilkan oleh motor
induksi, semakin kecil tegangan jala-jala maka semakin besar slip motor induksi
tersebut.
Diharapkan dalam pemakaian motor induksi dapat dilakukan penggunaan
tegangan jala-jala secara maksimum dan sesuai dengan kapasitas motor. Hal ini dapat
memfungsikan motor secara efektif dan efisien.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
BAB V
PENUTUP
5.1
Kesimpulan
Dari hasil pembahasan dan perhitungan mengenai Analisis Pengaruh Jatuh
Tegangan Jala-jala Terhadap Unjuk Kerja Motor Induksi tiga fasa jenis rotor sangkar
tupai, maka penulis disini menyimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
1. Nilai arus input motor induksi tiga fasa naik jika terjadi jatuh tegangan jala-jala
begitupun sebaliknya hal ini sesuai dengan rumus Pin = 3V1I1 cosθ . Dimana
tegangan (V) berbanding terbalik dengan (I).
2. Daya input motor ikut berkurang seiring dengan jatuhnya tegangan jala – jala
karena Tegangan berbanding lurus dengan Daya input sesuai gengan rumus
Pin = 3V1I1 cosθ .
3. Pada hasil pengujian didapatkan bahwa ketika dibebankan Putaran turun dan
mengakibatkan Arus naik, dan berdasarkan persamaan Putaran tehadap Arus nilai
Putaran berbanding terbalik dengan nilai Arus.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
4. Efisiensi motor akan menurun seiring berkurangnya tegangan sumber.
5.2
Saran
1. Dalam penggunaan motor induksi tiga fasa sebaiknya dilakukan perawatan yang
kontinu, supaya tidak terjadi kerusakan yang lebih fatal yang dapat menggangu
sistem produksi.
2. Untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi dalam penggunaannya, sebaiknya
diusahakan agar tegangan sumber yang masuk sesuai dengan kapasitas tegangan
maksimum motor.
3. Untuk mendapatkan tegangan yang ideal diperlukan pemasangan AVR (Automatic
Voltage Regulator) pada sisi tegangan jala-jala
DAFTAR PUSTAKA
1.
A.E. Fitz Gerald dan Charles Kingsley Jr., 1992, Mesin-mesin Listrik, Edisi keIV, Cetakan ke-III, Penerbit Erlangga, Jakarta.
2.
A. Kadir, Prof, Ir, 1993, Pengantar Tenaga Listrik, Cetakan Pertama, Penerbit
Lembaga Penelitian dan Penerangan Ekonomi dan Sosial (LP3ES), Jakarta.
3.
A. Kadir, Prof, Ir, 1986, Mesin Tak Serempak, Cetakan ke-II, Penerbit
Djamban, Jakarta.
4.
B.L Theraja, Tex Book of Electrical Technologi, Publication Division of Nirja
Construction Development CO (P) Ltd. Ram Nagar, New Delhi.
5.
Hanafi Gunawan, Ir, Drs, 1993, Mesin dan Rangkaian Listrik, Penerbit
Erlangga, Jakarta.
6.
M. Kostanto and L. Piotrovsky, 1997, Electric Machine II, MIR Publication,
Moscow.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010
7.
S.A Nasar, 1993, Electromecanics and Electrical Machines, 2nd Edition,
Published by University of Kentucky, New York.
8.
Sumanto, Drs, MA., 1992, Motor Arus Bolak-balik, Penerbit Andy Offset,
Yogyakarta.
9.
Yon Rijono, Drs., 1997, Dasar Teknik Tenaga Listrik, Penerbit Andy Offset,
Yogyakarta.
10.
Zuhal, 1993, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Cetakan keIV, Penerbit Gramedia Nusantara, Jakarta.
Eko Prasetyo : Analisis Pengaruh Jatuh Tegangan Jala-Jala Terhadap Unjuk Kerja
Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai, 2010