simulasi pengaturan kecepatan motor induksi 1 fase dengan matlab

Jurnal Teknik Elektro
ISSN 2502-0986
SIMULASI PENGATURAN KECEPATAN
MOTOR INDUKSI 1 FASE DENGAN MATLAB
*)
Zainal Abidin
*)
Program Studi Elektro Universitas Islam Lamongan
ABSTRAK
Motor induksi 1 fase memiliki struktur yang berbeda dengan motor induksi 3 fase. Motor induksi satu
fasa sering digunakan sebagai penggerak pada peralatan yang memerlukan daya rendah dan
kecepatan yang relatif konstan. Hal ini disebabkan karena motor induksi satu fasa memiliki beberapa
kelebihan yaitu konstruksi yang cukup sederhana, kecepatan putar yang hampir konstan terhadap
perubahan beban, dan umumnya digunakan pada sumber jala-jala satu fasa yang banyak terdapat
pada peralatan domestik. Simulasi Matlab memperlihatkan karakteristik arus, tegangan dan kecepatan
motor induksi 1 fase model kapasitor start, maupun kapasitor start jalan (start-run)
Kata kunci : motor induksi 1 fase, kapasitor start, Matlab
5
Jurnal Teknik Elektro
PENDAHULUAN
Motor induksi satu fase sering digunakan
dalam
kebutuhan
sehari-hari
dalam
pekerjaan yang memerlukan daya rendah
dan kecepatan relatif konstan. Namun
memiliki kekurangan yakni kapasitas
pembebanan rendah dan tidak dapat
melakukan pengasutan sendiri tanpa alat
bantu dan memiliki efisiensi rendah.
Dalam pemodelan Matlab , difokuskan pada
motor induksi jenis motor kapasitor karena
motor ini sering digunakan dalam kehidupan
sehari-hari di rumah tangga, misalkan pada
kipas angin, kulkas,pompa air dan lain-lain.
KAJIAN PUSTAKA
Motor Induksi
Motor induksi adalah motor listrik
bolak-balik (ac) yang putaran rotornya tidak
sama dengan putaran medan stator, dengan
kata lain putaran rotor dengan putaran
medan stator terdapat selisih putaran yang
disebut slip. Pada umumnya motor induksi
dikenal ada dua macam berdasarkan jumlah
fasa yang digunakan, yaitu: motor induksi
satu fasa dan motor induksi tiga fasa. Sesuai
dengan namanya motor induksi satu fasa
dirancang untuk beroperasi menggunakan
suplai tegangan satu fasa.
Motor induksi satu fasa sering
digunakan
sebagai
penggerak
pada
peralatan yang memerlukan daya rendah dan
kecepatan yang relatif konstan. Hal ini
disebabkan karena motor induksi satu fasa
memiliki
beberapa
kelebihan
yaitu
konstruksi yang cukup sederhana, kecepatan
putar yang hampir konstan terhadap
perubahan beban, dan umumnya digunakan
pada sumber jala-jala satu fasa yang banyak
terdapat pada peralatan domestik. Walaupun
demikian motor ini juga memiliki beberapa
kekurangan, yaitu kapasitas pembebanan
yang relatif rendah, tidak dapat melakukan
pengasutan sendiri tanpa pertolongan alat
bantu dan efisiensi yang rendah
Didasarkan pada cara kerjanya, maka
motor ini dapat dikelompokan sebagai
berikut :
1. Motor fase belah/fase bagi (split phase
motor)
2. Motor kapasitor (capacitor motor)
a. Kapasitor start (capacitor start motor)
ISSN 2502-0986
b. Kapasitor start-kapasitor jalan
(capacitor start-capacitor run motor)
c. Kapasitor jalan (capacitor run motor)
3. Motor kutub bayangan (shaded pole
motor)
Motor Kapasitor
Motor kapasitor merupakan bagian dari
motor fasa belah, namun yang membedakan
kedua motor tersebut adalah pada saat
kondisi start motor. Motor kapasitor ini
menggunakan kapasitor pada saat startnya
yang dipasang secara seri terhadap
kumparan bantu. Motor kapasitor ini
umumnya digunakan pada kipas angin,
kompresor pada kulkas (lemari es), motor
pompa air, dan sebagainya. Bentuk fisik
motor ini diperlihatkan pada gambar 1.
Gambar 1 Bentuk fisik motor kapasitor
PEMODELAN SISTEM
Model Sistem Motor Induksi
6
Jurnal Teknik Elektro
ISSN 2502-0986
Vqs = Rsiqs +
dφqs/dt
φqs
=
Lssiqs +
Lmsi'qr
Vds = RSids +
dφds/dt
φds
=
LSSids +
LmSi'dr
V'qr = R'ri'qr +
dφ'qr/dt
–
(Ns/NS)ωrφ'dr
φ'qr
L'ri'qr
Lmsiqs
split, kutub utama dan kutub bantu terhubung
internal sebagai berikut :
=
+
V'dr = R'Ri'dr + dimana φ'dr
=
dφ'dr/dt
+
L'RRi'dr +
(NS/Ns)ωrφ'qr
LmSids
Te
=
p[(NS/Ns)φ'qri'dr
–
(Ns/NS)φ'dri'qr]
Lss = Lls
+ Lms
LSS = LlS
+ LmS
L'rr = L'lr
+ Lms
L'RR
=
L'lR + LmS
Gambar 2. Model motor induksi fase
belah
Blok parameter
Sistem Mekanis
Frame Referensi
Frame referensi terletak pada konversi
tegangan dan arus ke bingkai dq . Hubungan
yang menggambarkan transformasi bingkai
ab- dq pada motor asinkron (induksi) sebagai
berikut :
Variabel f merupakan
tegangan, arus dan flux.
representasi dari
Dalam parameter blok Matlab, ditampilkan
nilai-nilai parameter motor induksi fase
tunggal mulai nilai daya, tegangan, frekuensi,
kumparan utama, kumparan bantu, kecepatan
dan lain-lain.
Model Motor Induksi 1 fase
SIMULASI DAN ANALISIS
Motor memiliki 2 kumparan . Dengan model
ini kita dapat melihat perilaku motor induksi
fase split, kapasitor start , dan beberapa mode
operasi pengendalian motor. Untuk model fase
Mode operasi Arus kumparan bantu pada
Motor Kapacitor-Start
7
Jurnal Teknik Elektro
ISSN 2502-0986
Gambar 3. Tegangan kapasitor pada mode
kapasitor-start
Kecepatan motor kapasitor-start
Gambar 1. Mode operasi arus kumparan
bantu pada motor kapasitor start
Arus kumparan bantu diatur ke nol ketika
kecepatan mencapai 75 % dari kecepatan
nominal. Tegangan awal - kapasitor tetap pada
nilai maksimumnya , karena arus dan tegangan
di kapasitor berada dalam quadrature .
Arus Kumparan utama pada mode
motor kapasitor-start
Gambar 2. Arus kumparan utama pada
mode kapasitor-start
Gambar 4. Kecepatan motor kapasitor start
Torsi
elektromagnetik
kapasitor-start
pada
motor
Gambar 5. Hasil simulasi torsi elektronik
kapasitor start
[
Tegangan Kapasitor pada operasi motor
kapasitor -start
Model motor kapasitor start-jalan
Motor ini mempunyai kumparan bantu
yang disambung secara seri dengan sebuah
kapasitor yang terpasang secara permanen
pada rangkaian motor. Kapasitor ini selalu
berada dalam rangkaian motor, baik pada
waktu start maupun jalan, sehingga motor ini
tidak memerlukan saklar otomatis. Oleh
karena kapasitor yang digunakan tersebut
selalu dipakai baik pada waktu start maupun
pada waktu jalan maka harus digunakan
kapasitor yang memenuhi syarat tersebut yaitu
kapasitor yang berjenis kondensator minyak,
atau kondensator kertas minyak.
Pada umumnya kapasitor yang digunakan
berkisar antara 2 sampai 20μ F. Torsi riple saat
8
Jurnal Teknik Elektro
ISSN 2502-0986
steady state berkisar hanya 3% dari torsi
beban.
Mode operasi motor kapasitor start jalan
Gambar 8. Tegangan kapasitor motor
kapasitor start jalan
Torsi elektromagnetik Motor kapasitor
start jalan
Gambar 9. Torsi elektromagnetik motor
kapasitor start jalan
Gambar 6. Arus kumparan utama
Arus kumparan bantu
kapasitor start jalan
pada
motor
Gambar 7. Arus kumparan bantu
Tegangan Kapasitor Motor kapasitor startjalan
PENUTUP
Simpulan
Motor Induksi satu phasa berbeda cara
kerjanya dengan motor induksi tiga phasa.
Pada motor induksi tiga phasa, kumparan
stator mempunyai tiga belitan yang
sedemikian berbeda fasa 1200 listrik.
Perbedaan ini akan menghasilkan medan putar
pada stator yang dapat memutar rotor.. Pada
motor induksi 1-phasa hanya memiliki dua
belitan / kumparan stator, yaitu kumparan
utama (belitan U1- U2) dan kumparan bantu
(belitan Z1-Z2). Kumparan utama pada motor
induksi 1-fasa ini menggunakan penampang
kawat tembaga lebih besar sehingga memiliki
impedansi lebih kecil. Sedangkan kumparan
bantu dibuat dari tembaga berpenampang kecil
dan jumlah belitannya lebih banyak, sehingga
impedansinya lebih besar dibanding impedansi
kumparan utama. Arus kumparan bantu dan
arus kumparan bantu akan berbeda phasa
sebesar φ, karena perbedaan besarnya
impedansi kedua motor. Perbedaan fasa arus
ini akan menghasilkan torsi pada motor yang
dapat memutar rotor motor induksi 1-fasa. Bila
rotor telah berputar, maka kumparan motor
dapat diaktifkan hanya satu saja yaitu
kumparan utama saja. Jika diinginkan dengan
kinerja motor yang lebih, maka dapat
dirancang
untuk
mengaktifkan
kedua
kumparan saat start dan saat jalan, seperti yang
diterapkan pada motor kapasitor. Simulasi
Matlab memperlihatkan karakteristik arus,
tegangan dan kecepatan motor induksi 1 fase
model kapasitor start.
9
Jurnal Teknik Elektro
ISSN 2502-0986
PUSTAKA
1. Krause, P.C., O. Wasynczuk, and S.D.
Sudhoff, Analysis of Electric Machinery,
IEEE Press, 1995
2. Zuhal, Dr, 1999. Dasar Teknik Listrik.
Ganesha Bandung
10