rancangbangunpengaturankecepatan motorsinkron - Digilib

SEMINAR NASIONAL II
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGY AKART A, 21-22 DESEMBER
ISSN 1978-0176
Daftar Isi
2006
RANCANGBANGUNPENGATURANKECEPATAN
MOTORSINKRON SECARA ELEKTRONIS
*TOTOK DERMA WAN, **PURNOMO ENURY ANTO, *JOKO SUNARDI
*Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281
Telepon 0274-484085,489716,
Faksimili 0274-489715
* * Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BA TAN
Jl. Babarsari Kotak Pos 6101/YKBB Yogyakarta 55281
Telp. (0274) 488435
E-mail:[email protected]
Abstrak
RANCANG BANGUN PENGATURAN KECEPATAN MOTOR SINKRON SECARA ELEKTRONIS.
Telah dibuat alat pengatur kecepatan motor sinkron secara elektronis. Pengaturan kecepatan putaran motor
ini pada prinsipnya menggunakan pengendalian besar kecilnya tahanan rotor. Besar kecilnya perubahan
tahanan rotor ini diatur oleh rangkaian elektronik dimana dalam hal ini digunakan waktu tunda dari Triac
sebagai pengaturnya. Pengujian alat ini dilakukan pada kondisi motor dioperasikan dengan diberi beban.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa kecepatan motor dapat diatur dari putaran terendah yaitu 150 RPM
sampai dengan kecepatan tinggi yaitu 1050 RPM Dari hasil pengujian ini dapat diketahui bahwa alat ini
dapat bekerja dan berjimgsi dengan baik.
Kata Kunci : Pengaturan Elektronis, tahanan rotor, motor sinkron
Abstract
DESIGN OF ELECTRONIC REGULATOR FOR SYNCHRONMOTOR
SPEED. The Electronic
Regulator For Synchronmotor Speed" is a taskfor finishing minithesis to obtain polytechnic degree, as weel
as for completing the modul for Practical Work of Power System in the Electric High Current Laboratory.
This device can regulate an AC motor speed of synchronmotor, from low rotation to high rotation. The
different motor speed is managed by gate trigger of triac because of filling and emptying the condensator.
The condensator charge depends on the load which is turned by potensiometer. Testing of this deviceby
regulating the speed using load and the test result as follow: the lowest motor speed is 150 rpm and the
highest motor speed is 1050 rpm.
PENDAHULUAN
Pengaturan putaran motor dipakai untuk
mengubah kecepatan putaran dari putaran
rendah ke putaran tinggi dan sebaliknya.
Pengaturan dapat diterapkan di dalam peralatan
peralatan
listrik
baik
untuk
penelitian/pendidikan maupun untuk industri
pada
umumnya.
Penerapan
pengaturan
kecepatan motor di dalam dunia industri
Totok Dermawan dkk
321
misalnya pada mesin rol kain, benang,
konveyor dan lainnya.
Pengaturan kecepatan putaran motor
sinkron yang difungsikan sebagai motor induksi
yang diatur kecepatannya secara elektronik di
laboratorium Listrik Arus Kuat, digunakan
untuk keperluan penelitian yang dapat dipakai
untuk menambah modul-modul praktikum di
laboratorium tersebut.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN
SEMINAR NASIONAL II
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006
ISSN 1978-0176
Untuk mengatur kecepatan motor AC,
ada beberapa cara yaitu antara lain dengan
Pengaturan Frekwensi dan dengan Pengaturan
Arus Rotor. [1] Pengaturan tersebut bertujuan
untuk mengatur agar kecepatan atau kopel
motor bertahan pada harga yang dikehendaki
(yang sudah ditetapkan). Kalau ada variasi
tegangan jaringan atau variasi beban, maka
perubahan-perubahan
ini di kompensasi
(ditiadakan pengaruhnya). Kalau pengaturan
dilakukan dengan tangan, maka orang perlu
setiap kali memutar-mutar pada satu tombol
atau lebih. Pengaturan dengan tangan itu
lamban, dan memerlukan orang yang selalu
hadir dan siaga. Bila pengaturan dilakukan
secara elektronik closed loop, maka kopel
ataupun kecepatan putar hanya perlu di stel satu
kali saja. Selanjutnya rangkaian elektronik akan
mempertahankan harga yang sudah ditetapkan
itu. Dalam Tugas Akhir ini penulisan dibatasi
mengenai pembahasan tentang pengaturan
motor Sinkron secara elektronik open loop,
dimana pengaturan dilakukan dengan cara
elektronik tetapi belum dapat mempertahankan
pada harga tertentu jika terjadi perubahan
kecepatan akibat perubahan beban. Perubahan
kecepatan masih dilakukan secara manual
dengan potensiometer yang bertujuan agar
kecepatan motor tersebut bertahan konstan.
Sering kecepatan motor harus diubah untuk
memenuhi permintaan beban. Motor AC yang
dapat diatur kecepatannya adalah motor jenis
rotor lilit, dimana motor tersebut dikonstruksi
secara khusus yang dapat memberikan
pengontrol
kecepatan. Salah satu cara
pengendalian motor rotor lilit adalah dengan
memakai rangkaian kendali elektronis yaitu
dengan rangkaian Chopper.
kemungkinan
peningkatan
pemakaiannya
untuk: [2]
1. Pengontrolan kepesatan motor arus
bolak-balik maupun arus searah.
2. Peredupan lampu untuk pengontrolan
cahaya.
3. Pembalikan, yakni pengubahan dari
arus searah ke arus bolak-balik.
4. Pengatur daya.
5. Saklar.
Diac dan triac dari semikonduktor
lapisan ganda dengan variasi gerbang clari
thyristor, yang memperbolehkan arus mengalir
dua arah yakni dari anode ke katode atau dari
katode ke anode.
Penggunaan thyristor (SCR) sebagai
pengatur daya dan sebagai saklar sangat
menguntungkan daripada alat-alat mekanik,
sebab :
a. Tidak ada kontak-kontak yang aus
karena terbakar
b. Tidak menyebabkan bunga api.
c. Memerlukan sedikit komponen
komponen tambahan.
Thyristor itu dapat dipakai untuk
mengatur daya yang besar-besar (yang ada pada
mesin-mesin), sedangkan thyristor sendiri
memerlukan daya sangat kecil saja.
Thyristor bekerja seperti diode, dimana
menghantarkan arus hanya dari arah anode ke
katoda. Kalau diberi tegangan terbalik, ia pun
bersifat seperti diode silikon biasa.
Anoda
Katoda
Gate
DASAR TEOR!
Gambar1. Thyristor
Thyristors
Triac
Thyristor, juga disebut SCR, singkatan
dari Silicon Controlled Rectifier (yang berarti
penyearah terkemudi terbuat dan Silikon), dan
telah menjadi salah satu alat semikonduktor
paling penting untuk
mengontrol
dan
memutuskan hubungan arus bolak balik kecil
dan besar. Disamping kemudahan dimana dapat
mempengaruhi penyearahan arus bolak-balik ke
arus searah, keandalan thyristor memberikan
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN
322
Triac aclalah suatu komponen yang
berkelakuan seperti dua buah SCR yang
terpasang paralel. Oleh karena itu, triac dapat
mengendalikan arus pada kedua arah. Tegangan
penyalaan biasanya tinggi, sehingga cara yang
normal untuk menyalakan triac adalah dengan
menerapkan pemicu berprategangan maju.
Lembaran
data
untuk
triac
selalu
mencantumkan tegangan pemicu dan arus
Totok Dermawan dkk
SEMINARNASIONALII
SDMTEKNOLOGINUKLIR
YOGYAKARTA,21-22 DESEMBER2006
ISSN 1978-0176
pemicu ini. Gambar 2 merupakan lambang
skematik dari sebuah riac.
+
sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara
sama rata (rotor silinder). Arus searah (DC)
untuk menghasilkan fiuks pada kumparan
medan dialirkan ke rotor melalui cincin.
v
Gambar2. SimbolSkematikTriac
Gambar5. PrinsipKeIjaMesinSinkron
Apabila kumparan jangkar dihubungkan
dengan sumber tegangan tiga fasa akan
menimbulkan medan putar pada stator. Kutub
medan rotor yang diberi penguat arus searah
mendapat tarikan dari kutub medan putar stator
hingga turnt berputar dengan kecepatan yang
sama (sinkron). Dilihat dari segi adanya
interaksi dua medan magnet, maka kopel yang
dihasilkan motor sinkron merupakan fungsi
sudut kopelnya (D).
115Vac
Gambar3. AplikasiPenerapanTriac,Switch
BerdayaRendahMengendalikanTriac,Yang
BertindakSepertiSwitchBerdayaTinggi
Gambar 3 merupakan contoh dari sebuah
rangkaian triac. Bila switch berdaya rendah
terbuka, maka triac tidak menghantar dan tak
ada daya ac yang mencapai beban. Tetapi bila
switch tertutup, arus yang melalui R2 akan
menjalankan triac selama setengah siklus.
Tahanan R] dan kapasitor C juga
bertindak sebagai penangkal RC yang berguna
untuk mencegah transien-transien switching
yang dapat mengakibatkan kerusakan pada
triac.
Vs
(\
('\
II '\
,
.
.
,
\
\
\.
\
f
I
V/
..,
Dengan
T
= Kopel mesin sinkron
Br
= Medan putar rotor
Bs
= Medan putar rotor
= Fungsi sudut kopel motor sinkron
o
Pada beban nol, sumbu kutub medan
putar berimpit dengan sumbu kumparan medan
(0=0). Setiap penambahan beban membuat
medan motor "tertinggal" sebentar dari medan
stator, berbentuk sudut kopel (D), kemudian
berputar dengan kecepatan yang sama lagi.
Beban maksimum tercapai ketika = 0 = 90°.
Penambahan beban lebih lanjut mengakibatkan
hilangnya kekuatan kope1 dan motor disebut
kehilangan sinkronisasi. [3]
Dalam motor induksi tidak terdapat
kumparan medan, sehingga sumber pembangkit
fiuks hanya diperoleh dari daya masuk, stator.
Daya masuk
untuk pembangkit
fiuks
merupakan daya induktif, oleh karenanya motor
induksi bekerja pada faktor kerja terbelakang.
Pada motor sinkron terdapat dua sumber
pembangkit fiuks yaitu arus bolak-balik (AC)
pada stator dan arus searah (DC) pada rotor.
Bila arus medan pada rotor cukup untuk
membangkitkan fiuks (ggm) yang diperlukan
~fYrj,
Gambar 4. Pengaturan Tegangan Bolak-Balik
Dengan Menggunakan Triac
Prinsip Kerja Mesin Sinkron
Mesin sinkron mempunyai kumparan
jangkar pada stator dan kumparan medan pada
rotor. Kumparan jangkamya berbentuk sama
dengan mesin induksi, sedangkan kumparan
medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub
Totok Dermawan dkk
T = Br Bs sin 0
323
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN
SEMINAR NASIONAL II
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006
ISSN 1978-0176
motor, maka stator tidak perlu memberikan arus
pemagnetan atau daya reaktif dan motor bekerja
pada faktor kerja = 1. Kalau arus medan pada
rotor kurang (penguat berkurang), stator akan
bekerja menarik arus pemagnetan dari jala-jala,
sehingga motor bekerja pada faktor kerja
terbelakang. Sebaliknya bila arus medan pada
rotor berlebih (penguat berlebih), kelebihan
fluks (ggm) ini harus diimbangi, dan stator akan
menarik arus yang bersifat kapasitif dari jalajala, sehingga motor bekerja pada faktor kerja
terdahulu. Dengan demikian, jelas bahwa faktor
kerja motor sinkron dapat diatur dengan
mengubah-ubah harga arus medan (If).
CARA KERJA
Rangkaian ini bekerja dengan cara
mengatur besar kecilnya perubahan tegangan
rotor yang keluar dari motor. Tegangan sumber
FI-F2 yang keluar dari sisi rotor tersebut
sebesar 125 volt yang oleh rangkaian ini di
variasi sedemikian rupa (dengan mengatur
potensiometer). Selanjutnya kecepatan putaran
motor (RPM) yang di perlukan cukup dengan
mengubah-ubah potensiometer tersebut, yang
selanjutnya oleh rangkaian pengatur ini bekerja
dengan mengendalikan perubahan tegangan
rotor motor dengan cara membuat perubahan
besar
kecilnya
tahanan
beban
yang
dikendalikan oleh triac. Karena tegangan rotor
pada saat belum dipasang rangkaian pengatur
adalah 125 volt, maka untuk mengantisipasi
jebolnya kapasitor yang dipasang pada
rangkaian pengatur, harus dipilih tegangannya
yang lebih besar dari tegangan rotor.Untuk
mendapatkan tahanan beban sebesar 235 Q
dibuat dengan dua buah tahanan 470 Q yang
dipasang secara paralel. Untuk mengantisipasi
jebolnya tahanan beban akibat panas maka
dipilih dengan daya tinggi 5 watt, selanjutnya
pada body tahanan beban maupun bodi triac
dipasang pendingin untuk memudahkan dalam
pembuangan
panas. Rangkaian Pengatur
Kecepatan Motor tersebut dapat dilihat dalam
Gambar 6.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN
324
Gambar6. RangkaianPengaturKecepatanMotor
PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Bagian akhir dari Rancang Bangun
Pengaturan Kecepatan Motor Sinkron Secara
Elektronis, adalah pengujian serta pembahasan
tentang unjuk kerja dari peralatan tersebut.
Pengujian
Pengujian alat dilakukan dengan tujuan
untuk mengetahui hasil akhir dari unjuk kerja
peralatan yang telah dibuat. Di dalam pengujian
digunakan peralatan-peralatan sebagai berikut :
1. Panel sumber tegangan ac 3 phase, 380
volt
2. Motor sinkron 3 phase
3. Unit Beban
4. Ampere meter
5. Volt meter
6. Tachometer
7. Torsi meter
Pengoperasian alat :
Dalam melaksanakan pengoperasian alat
dilakukan langkah-Iangkah sebagai berikut
1. Motor sinkron 3 phase disiapkan, dan
dikopel dengan peralatan unit beban,
dimana kecepatan putaran motor dapat
dibaca pada RPM meter ..
2. Pada sisi stator bagian terminal U\, V\,
WI, di kopel sedangkan pada terminal
U2,
V2,
W2,
dihubungkan masingmasing ke R, S, dan T pada sumber
tegangan 3 phase.
3. Pada sisi rotor, terminal Fl dan F2
masing-masing
dihubungkan
ke
terminal F 1 dan F2 peralatan pengatur
putaran motor.
4. Pasang ampermeter untuk mengetahui
arus yang mengalir, jika semua sudah
siap maka sumber tegangan ac 3 phase
dapat dihubungkan.
Totok Dermawan dkk
SEMINAR NASIONAL II
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER
ISSN 1978-0176
2006
putaran motor yang dikehendaki.
lnstalasi Pengaturan Putaran Motor
dapat dilihat pada Gambar 7
5. Hidupkan peralatan unit pengatur
kecepatan motor, penunjukan RPM
meter dibaca untuk mendapatkan
Gambar 7 Instalasi Pengaturan
Putaran
Hasil dari pengujian alat tersebut adalah sebagai berikut :
Arus
(amper)
terminal
Tegangan
385
17 Tegangan
30
9
3
386
386
250
150
384
8
5
20
384
384
400
600
700
500
800
380
6
4
574
3
6
0
49 22
23
26
24
25
28
Arus
R-T
T-S
T
S
1050
R
900
384
RotorPengujian
0,15
0,15
0,07
0,08
0,16
0,16
0,15
Tabell.
Hasil
Rparalel=
470'0
(volt)
(volt)(amper)
n (F1-F2)
(volt)
Pengaturan Teganga
Kecepatan Motor
Stator
PEMBAHAS
Pengujian alat yang telah dilakukan,
dengan kondisi putaran motor telah dibebani
menggunakan unit beban. Dari tabel pengujian
putaran motor dapat dilihat bahwa hasil
pengujian tersebut menunjukkan rangkaian
pengatur
dapat
mengendalikan
putaran
kecepatan motor mulai dari putaran paling
rendah (150 RPM) hingga putaran paling tinggi
(1050 RPM). Pengaturan kecepatan motor
dilakukan dengan jalan memutar/mengatur
potensiometer 20 kn (Gambar 6). Besar
kecilnya tegangan rotor dipengaruhi oleh dua
Totok Dermawan dkk
325
tahanan beban sebesar 4700 yang dipasang
secara paralel, dan besar kecilnya tegangan
rotor ini mempengaruhi cepat lambatnya
putaran motor. Pengaturan potensiometer 20
ini mempengaruhi pemicuan gerbanglgate triac
untuk membuka atau menutup. Jika potensio
diputar minimum maka seolah olah tahanan
bebannya kecil dan gerbang triac membuka
lebar (frekwensi tinggi) sehingga tegangan rotor
(FI-F2) rendah akibatnya putaran motor tinggi.
Demikian pula jika potensio 20
diputar
maksimum, maka seolah gerbang triac
membuka sempit (frekwensi rendah) jadi
seakan-akan tahanan beban menjadi besar
sehingga tegangan rotor (FI-F2) tinggi
ill
ill
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN
SEMINAR NASIONAL II
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006
ISSN 1978-0176
akibatnya putaran motor menjadi rendah.
Sehingga pada data percobaan terlihat tegangan
pada R beban pada saat putaran motor tinggi
tegangan juga tinggi, sedangkan pada saat
putaran rendah maka tegangan R beban juga
rendah. Hal ini berlawanan dengan tegangan
pada output terminal rotor (FI-F2). Sebab pada
tegangan output rotor, saat putaran motor tinggi
tegangannya rendah, sedangkan pada putaran
motor rendah tegangannya tinggi.
Selama pengujian peralatan pengatur
kecepatan
motor
ini
telah
dilakukan
pengamatan
komponen-komponen
yang
dipakai temyata mampu untuk dioperasikan
dalam jangka waktu relative lama, karena
meskipun terjadi panas pada komponennya
namun hal ini telah diatasi dengan pemasangan
sirip-sirip pendingin yang dipasang di dalam
komponen tersebut terutama pada triac T2500D
serta pada R beban.
DAFTAR PUSTAKA
1. A.E. FITZGERALD, 1992, Mesin-Mesin Listrik,
penerbit PT Erlangga, Jakarta
2. WASITO S, Pelajaran elektronika, 1986, Teknik
denyut op-amp Thyristor, Karya Utama
Jakarta.
3. ZUHAL, 1988, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan
Elektronika Daya, penerbit PT Gramedia,
Jakarta.
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari
pembuatan alat pengatur kecepatan motor
sinkron secara elektronis ini, dan setelah
dilakukan pengujian adalah :
I. Hasil dari Rancang Bangun Pengaturan
Kecepatan Motor Sinkron Secara Elektronis
ini digunakan untuk mengatur kecepatan
putaran motor berdaya besar ac tiga phase
yang terdapat di laboratorium Listrik arus
Kuat STTN-BATAN,
dimana motor
tersebut mempunyai tegangan keluaran
rotor (FI-F2) sebesar 120 Volt ac.
2. Motor dapat dioperasikan dan diatur
putarannya antara 150 sampai dengan 1050
RPM.
3. Alat dapat dipakai sebagai alat praktikum
LAK, maupun praktikum kendali, dan
digunakan untuk mengendalikan kecepatan
putaran menggunakan motor sinkron tiga
phase.
Daftar Isi
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -SATAN
326
Totok Dermawan dkk