studi pengaruh perubahan tegangan input terhadap kapasitas

STUDI PENGARUH PERUBAHAN TEGANGAN INPUT
TERHADAP KAPASITAS ANGKAT MOTOR HOISTING
( Aplikasi pada Workshop PT. Inalum )
Makruf Abdul Hamid,Panusur S M L Tobing
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
Perusahaan industri banyak menggunakan motor induksi tiga fasa dalam proses produksinya. Salah satunya
motor induksi dipakai sebagai hoisting/crane, dimana hoisting/crane ini difungsikan untuk mengangkat atau
memindahkan suatu material maupun peralatan yang memiliki massa yang besar dari satu tempat ke tempat yang
lain. Kinerja kerja sebuah motor induksi tiga fasa dipengaruhi oleh besar jatuh tegangan yang terdapat selama
operasi. Jatuh tegangan input motor mempengaruhi kemampuan angkat hoisting/crane yang diakibatkan oleh Torsi
pada motor yang beroperasi, hal ini juga akan mempengaruhi efisiensi dari motor itu sendiri.Paper ini membahas
tentang analisis pengaruh besar perubahan tegangan input terhadap kemampuan angkat motor hoisting/crane.
Dimana pengujiannya akan dilakukan di PT. Inalum. Dari percobaanyang dilakukan untuk mengangkat beban 1, 2
dan 3 ton dengan penurunan tegangan sebesar 14% dari tegangan nominal motor tidak mampu mengangkat beban
tersebut.
Kata Kunci:Motor Induksi, Hoisting
alasan tersebut penulis mencoba melakukan studi
tentang hal ini dengan memilih judul “Studi
Pengaruh Perubahan Tegangan Input Terhadap
Kemampuan Angka Motor Hoisting”.
1. Pendahuluan
Motor induksi tiga fasa merupakan jenis
motor yang paling banyak digunakan pada
perindustrian, salah satunya PT. INALUM yang
menggunakan motor induksi sebagai motor
pengerak hoist/crane di gedung produksi, reparasi
maupun gudang. Motor induksi dipilih karena
harga yang lebih ekonomis serta perawatannya
yang mudah. Namun motor induksi juga memiliki
kelemahan dibidang efisiensi dan torsi yang
disebabkan beberapa aspek termasuk besar
tegangan
jatuh
sehingga
mempengatuhi
kemampuan angkat hoist/crane.
Selama motor induksi bekerja, akan terdapat
jatuh tegangan yang akan dapat mempengaruhi
kinerja kerja sebuah motor induksi. Jatuh
tegangan tersebut akan mempengaruhi torsi motor
yang dihasil sehingga sedikit banyak akan
berdampak pada kemampuan angkat Hoist. Untuk
itu perlu dilakukan Analisis besar pengaruh
perubahan tegangan input terhadap kemampuan
motor induksi tiga fasa yang difungsikan sebagai
hoist/crane untuk mengangkat beban.Karena
2. Motor Induksi
Motor induksi ialah mesin listrik yang
mampu merubah energi listrik menjadi energi
gerak
berdasarkan
prinsip
induksi
elektromagnetik yang terdiri dari bagian stator
dan rotor dimana diantara keduanya memiliki
selisih yang disebut slip.
Motor induksi memiliki konstruksi yang
kuat, sederhana, handal serta berbiaya murah. Di
samping itu motor ini juga memiliki efisiensi yang
tinggi saat berbeban penuh dan tidak
membutuhkan perawatan yang banyak.Mesin
induksi adalah mesin AC yang paling banyak
digunakan dalam industri dengan skala besar
maupun kecil dan juga pada rumah tangga.hal ini
dikarenakan karakteristik mesin induksi hampir
sesuai dengan kebutuhan dunia industri, pada
-68-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 8 NO. 2/Agustus 2014
dasarnya berkaitan dengan harga, kesempurnaan,
pemeliharaan dan kestabilan kecepatan. Mesin
induksi (asinkron) ini pada umumnya hanya
memiliki satu suplai tenaga yang mengeksitasi
belitan stator.
Lebih dari 90 % motor AC yang beroperasi
diindustri adalah motor induksi, terutama motor
induksi tiga fasa. Motor induksi banyak
difungsikan sebagai penggerak seperti pumpa, lift,
hoisting, dll. Kontruksi motor induksi ditunjukan
pada Gambar 1.
Gambar 1. Konstruksi Motor Induksi 3 Phasa
(a) Rotor (b) stator [1]
a. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa
Pada saat terminal tiga fasa stator motor
induksi diberi suplai tegangan tiga fasa seimbang,
maka akan mengalir arus pada konduktor di tiap
belitan fasa stator dan akan menghasilkan fluksi
bolak-balik. Amplitudo fluksi per fasa yang
dihasilkan berubah secara sinusoidal dan
menghasilkan fluks resultan (medan putar) dengan
magnitud yang nilainya konstan yang berputar
dengan kecepatan sinkron.Medan putar akan
terinduksi melalui celah udara menghasilkan ggl
induksi (ggl lawan) pada belitan fasa stator.
Medan putar tersebut juga akan memotong
konduktor-konduktor belitan rotor yang diam. Hal
ini terjadi karena adanya perbedaan relatif antara
kecepatan fluksi yang berputar dengan konduktor
rotor yang diam, yang disebut juga dengan slip
(s).Karena belitan rotor merupakan rangkaian
tertutup, baik melalui cincin ujung (end ring)
ataupun tahanan luar, maka arus akan mengalir
pada
konduktor-konduktor
rotor.
Karena
konduktor-konduktor rotor yang mengalirkan arus
ditempatkan di dalam daerah medan magnet yang
dihasilkan stator, maka akan terbentuklah gaya
mekanik (gaya lorentz) pada konduktor-konduktor
rotor. Hal ini sesuai dengan hukum gaya lorentz
yaitu bila suatu konduktor yang dialiri arus berada
dalam suatu kawasan medan magnet, maka
-69-
konduktor tersebut akan mendapat gaya
elektromagnetik [2].
Prinsip kerja motor induksi tiga fasa dapat
diurutkan sebagai beikut [2]:
1. Apabila sumber tegangan 3 fase dipasang
pada kumparan stator, akan timbul medan
putar dengan kecepatan ns = 120 f/P
2. Medan stator tersebut akan mmemotong
batang konduktor pada motor
3. Akibatnya pada batang konduktor dari rotor
akan timbul GGL induksi
4. Karena batang konduktor merupakan
rangkaian yang tertutup maka GGL akan
menghasilkan arus (I)
5. Adanya arus (I) didalam medan magnet akan
menimbulkan gaya (F) pada rotor
6. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya
(F) pada rotor cukup besar untuk memikul
kopel pada beban, rotor akan berputar searah
dengan medan putar stator
7. GGL induksi timbul karena terpotongnya
batang konduktor (rotor) oleh medan stator.
GGL induksi timbul, karena adanya
perbedaan relatif antara kecepatan medan
putar stator (ns) dengan kecepatan medan
putar rotor (nr).
b. Torsi dan Arus Motor induksi
Kemampuan motor untuk menggerakkan
beban ditentukan oleh besarnya torsi yang mampu
dihasilkan. Rumus torsi umum diperlihatkan oleh
Persamaan 1:[3]
= ∙ ∙ cos .......................(1)
Torsi yang dihasilkanmotor induksi pada
keadaan operasi start (mula)akan lebih besar
daripada keadaan operasi normal, walaupun hanya
dalam waktu sesaat. Torsi keadaan operasi start
(mula) ditunjukan dengan Persamaan 2 :
=(
∙(
)
) ∙
( )
∙(
=
) ∙
.......................(2)
Sedangkan
untuk
keadaan
operasi
runningtorsi akan dipengaruhi oleh slip dengan
Persamaan 3 :
=(
∙ ∙( ) ∙
) ( ∙ )
........................(3)
Selain itu torsi motor induksi juga dapat di
peroleh dari Persamaan 4:[4]
Te=
.
=
.
(
–
)
......(4)
c. Perubahan Tegangan input motor induksi
Tegangan input merupakan salah satu
komponen terpenting dalam pengoperasian motor
induksi. Pada umumnya tegangan input yang
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 8 NO. 2/Agustus 2014
dibutuhkan disediakan oleh penyedia tenaga
listrik. Dalam penyediaan tenaga listrik ada
beberapa standard yang harus dipenuhi untuk
menentukan kualitas tegangan pelayanan. Pada
dasarnya ada 3 hal yang perlu dijaga kualitasnya
antar lain:
1. Frekuensi (50Hz)
2. Tegangan (220/380V, ± 5%-10%)
3. Kontinuitas
Pada kenyataannya tegangan listrik hanya
dihasilkan oleh penyedia tenaga listrik bukanlah
tegangan yang berkualitas baik.Tegangan listrik
ini seringkali disalurkan kepada konsumen dengan
sedikit kelemahan. Salah satu kelemahan tersebut
ialah adanya rugi tegangan pada saluran sehingga
tegangan yang diterima ditempat yang paling jauh
dengan sumber tenaga akan lebih kecil dari
tegangan nominal. Rugi tegangan pada saluran
atau yang sering disebut jatuh tegangan (Vd)
dapat dinyatakan dengan persamaan 5: [4]
Voltage drop = Vs – Vr..................(5)
Apabila tegangan yang lebih kecil dari
nominalnya ini menjadi tegangan input motor
induksi maka akan mempengaruhi kemampuan
motor tersebut.
d. Pengaruh Perubahan tegangan
Terhadap kemampuan Angkat
Crane/Hoist
Input
Motor
Pada penerapannya, motor induksi seperti di
PT Inalum digunakan untuk pengerak kipas,
pompa,hoist/crane, dan lain sebagainya. Motor
hoist/crane adalah motor induksi yang
difungsikan untuk mengangkat dan memindahkan
beban dari satu tempat ke tempat yang lain. Jika
dalam pengoperasian motor hoist/crane terjadi
perubahan tegangan input maka performa motor
induksi
akan
terpengaruhi
sehingga
mempengaruhi kemampuan angkat motor
hoist/crane. Dengan asumsi tersebut penulis
melakukan pengujian perubahan tegangan input
terhadap kemampuan angkat motor Hoist/crane.
3.
Pengujian
Pada pengujian ini motorhoist/crane yang
digunakan adalah motor induksi dengan tipe rotor
sangkar tupai, 7,7 kW, 380 V, 50 Hz, 15 A, 1450
RPM, merek Meidensha.
-70-
Untuk memperoleh data-data pengaruh
perubahan tegangan input terhadap kemampuan
anagkat motor hoist/cranedilakukan beberapa
percobaan.
Percobaan
yang
dilakukan
meliputi
percobaan
DC
dan
percobaan
motor
hoist/craneberbeban 1, 2 dan 3 ton dengan
tegangan nominal, percobaan motor hoist/crane
berbeban 1,2 dan 3 ton dengan tegangan berubahubah dengan rangkaian percobaan masing-masing.
Dari percobaan DC yang dilakukan diperoleh
data-data seperti yang terlihat pada Tabel 1.
Tabel 1.Data hasil percobaan DC
Vdc
Idc
5,991
0,496
Untuk percobaan motor hoist/crane beban 1,2 dan
3 ton dengan tegangan nominal diperoleh data
seperti yang terlihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Data hasil percobaan motor hoist/crane
berbeban 1, 2 dan 3 ton dengan tegangan
nominal
Teg.
Arus
Daya
Beban
Input(V)
(A)
(W)
1 Ton
379,6
6,8
3420
2 Ton
379,6
7,3
4680
3 Ton
379,6
9,3
5850
Pada percobaan motor hoist/crane berbeban 1 ton
dengan tegangan berubah-ubah diperoleh datadata seperti terlihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Data hasil percobaan motor hoist/crane
berbeban 1 ton dengan tegangan
berubah-ubah
% drop
Teg.
Beban
Arus Daya
voltage Input(V) (A)
terangkat
(W)
2%
372,4
9,2
3310
Ok
4%
364,8
8,6
2990
Ok
6%
357,2
8,4
2780
Ok
8%
349,6
8,2
2580
Ok
10%
342
8,0
2380
Ok
12%
334,4
7,6
2190
Ok
14%
326,8
62
12000
tidak
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 8 NO. 2/Agustus 2014
R1 = 1,2 x
Untuk percobaan berbeban 2 ton dengan tegangan
berubah-ubah diperoleh hasil seperti pada Tabel 4.
Tabel 4. Data
hasil
percobaan
motor
hoist/craneberbeban 2 ton dengan
tegangan berubah-ubah
% drop
Teg.
Beban
Arus Daya
voltage Input(V) (A)
terangkat
(W)
2%
372,4
9,8
3180
Ok
4%
364,8
9,6
2960
Ok
6%
357,2
9,5
2700
Ok
8%
349,6
9,3
2460
Ok
10%
342
9,1
2390
Ok
12%
334,4
9,1
2260
Ok
14%
326,8
65,5
12700
tidak
= 1,2 x
,
,
= 7,24 Ω
Pada perhitungan Kapasitas angkat sebuah
motor hoist/crane dapat dilihat besar torsi yang
dihasilkan pada saat mengangkat beban. Dengan
perhitungan sebagai berikut :
=
9.55
=
.
(
=
.
[(
.
[(
=
–
)
–
]
.
.
]
= 22,30 Nm
Untuk percobaan motor hoist/crane berbeban 3
ton dengan tegangan berubah-ubah diperoleh hasil
seperti pada Tabel 5.
Tabel 5. Data
hasil
percobaan
motor
hoist/craneberbeban 3 ton dengan
tegangan berubah-ubah
% drop
Teg.
Beban
Arus Daya
voltage Input(V) (A)
terangkat
(W)
4.
2%
372,4
11,4
3240
Ok
4%
364,8
11
2880
Ok
6%
357,2
10,9
2680
Ok
8%
349,6
10,9
2450
Ok
10%
342
10,8
2360
Ok
12%
334,4
10,7
2130
Ok
14%
326,8
66,4
12600
tidak
Analisis dan Perhitungan
Berdasarkan data yang diperoleh dari
pengujian maka dapat dilakukan Analisis dan
perhitungan tahanan motor, perubahan tegangan
input terhadap kemampuan angkat motor hoisting
dan factor daya motor.
Berdasarkan perhitungan diatas diperoleh data
pengaruh
perubahan
tegangan
terhadap
kemampuan angkat motor hoist/crane seperti pada
Tabel 6.
Tabel 6. Data hasil pengaruh perubahan tegangan
terhadap kemampuan angkat motor
hoist/crane
Keterangan :
OK
: Hoist/crane dapat mengangkat beban
Tidak : Hoist/crane tidak dapat mengangkat
beban
Dari Tabel 6 dapat dianalisis bahwa penurunan
tegangan sebesar 14 % dari tegangan nominal
maka motor tidak mampu mengangkat beban.
Grafik Hubungan jatuh tegangan terhadap torsi
motor dapat dilihat pada Gambar 5.
Pada analisis percobaan DCdiperoleh nilai
R1sebesar 7,24Ω.
-71-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 8 NO. 2/Agustus 2014
5.
Gambar 5. Grafik Perubahan tegangan input
terhadap Torsi
Berdasarkan dari hasil percobaan yang
dilakukan diperoleh juga data faktor daya motor
sebagai mana yang ditunjukkan pada Tabel 7.
Tabel 7. Data hasil pengaruh perubahan tegangan
terhadap faktor daya
Berdasarkan hasil percobaan dan Analisis
yang teah dilakukan, maka dapat diambil
kesimpulan :
1. Dengan terjadinya perubahan tegangan pada
input maka kapasitas angkat dari hoist crane
berkurang namun masih bisa mengangkat
beban yang dipasang sampai dengan nilai
turunnya tegangan input sebesar 12%, dapat
dilihat pada tabel hasil Analisis data dan
kurva hasil Analisis data, hal ini terjadi
karena daya input yang dihasilkan
hoist/crane juga menurun seiring turunnya
tegangan input, namun pada keadaan
tegangan turun sebesar 14% hoist/crane
mengalami overload akibat tegangan yang
diberikan
tidak
cukup
kuat
untuk
mengangkat beban yang dipasang.
2. Dengan terjadinya jatuh tegangan pada input,
maka faktor daya dari hoist/crane menurun,
dapat dilihat pada tabel hasil Analisis data
dan kurva Analisis data, hal ini disebabkan
karena menurunnya daya input yang
dihasilkan.
6.
Dari data Tabel 7 dapat dianalisis bahwa semakin
besar penurunan tegangan maka semakin kecil
pun faktor daya motor induksi.
Hubungan jatuh tegangan terhadap faktor daya
dapat dilihat pada Gambar 6.
Kesimpulan
Daftar Pustaka
[1] Http://en.wikipedia.org/wiki/Stator
[2] Zuhal, “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan
Elektronika Daya”, Edisi ke-5, Penerbit
Gramedia, Jakarta, 1995.
[3] Wijaya,
Mochtar,”Dasar-Dasar
Mesin
Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta ,2001.
[4] Chapman, Stephen J, “Electric Machinery
Fundamentals”,Third Edition, McGraw Hill
Companies, New York, 1999.
[5] Siswoyo, ”Teknik Listrik Industri”, Jilid
Kedua, Direktorat Pembinaan Sekolah
Menengah Kejuruan, Jakarta, 2008.
Gambar 6. Grafik Perubahan tegangan input
terhadap faktor daya
-72-
copyright @ DTE FT USU