BAB III METODE PENELITIAN. Sumarsono Helvetia Medan 20214, Sumatera Utara. Lama penelitian direcanakan

Transkripsi

1 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ini akan dilakukan Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan (PPPPTK), jalan Setia Budi No. 75 Kapten Sumarsono Helvetia Medan 20214, Sumatera Utara. Lama penelitian direcanakan selama 2 (dua) bulan. 3.2 Bahan dan Peralatan Bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah: 1. Motor induksi lima phasa Tipe : rotor sangkar Spesifikasi : - Tegangan nominal (V L-L ) : 250 V - arus nominal : 4,6 A - 2,5 HP, 1,8 KW - Cos φ : 0,8 - Frekuensi : 50Hz - Jumlah kutub : 4 - Kelas isolasi : B 2. Servo motor 3. Ampermeter 4. Voltmeter 26

2 5. Wattmeter 6. Power Suplai ( AC dan DC ) 7. Auto Trafo lima fasa 8. Tacho meter 3.3 Variabel yang Diamati Pengujian motor induksi lima fasa ini bertujuan untuk memperoleh pengaruh tegangan jatuh terhadap putaran rotor (Nr), besar arus input(iin) akibat jatuh tegangan, harga daya output (Pout), besar faktor daya (cosφ) pada motor induksi lima fasa untuk dapat bekerja. Setelah data teknis dalam pengujian motor induksi tersebut diperoleh, maka dapat ditentukan unjuk kerja motor induksi lima fasa melalui persamaan (2.2) dan persamaan (2.4). Kecepatan putar rotor ( ) dapat dinyatakan dalam persamaan berikut : Dimana : ( ) (2.26) = Kecepatan medan putar stator (rad/s) S = Slip atau (2.27) Dimana : Nr = Putaran rotor motor induksi (rpm) 27

3 Daya Output motor induksi adalah daya mekanis yang dihasilkan rotor dan dari data hasil pengukuran dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : = (2.28) Dimana : T = Torsi motor induksi (Nm) ωr = Kecepatan Putar Rotor (rad/ s) Nr = Putaran Rotor (Rpm) Jadi daya output motor induksi tiga fasa juga dapat diperoleh melalui persamaan sebagai berikut : (2.29) Sedangkan rugi daya total yang hilang pada motor induksi dapat dinyatakan sebagai berikut : (2.30) Efisiensi motor induksi tiga fasa dapat dinyatakan sebagai berikut : (2.31) 28

4 3.4 ProsedurPenelitian Adapun prosedur pengambilan data dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Merangkai rangkaian percobaan Sebelum melakukan percobaan terlebih dahulu merangkai rangkaian percobaan sesuai dengan percobaan yang dilakukan. Adapun rangkaian percobaan yang akan digunakan seperti gambar yang berikut: Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan Tegangan Jatuh Motor Induksi Lima Fasa 2. Pengambilan Data Adapun prosedur pengambilan data dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Membuat rangkain seperti gambar 2. Menghubungkan rangkaian dengan sumber tegangan dan mengaktifkan saklar auto trafo lima fasa 29

5 3. Mengatur tegangan sumber / tegangan jala-jala sebesar 250 V sesuai dengan petunjuk yang berlaku, dengan menggunakan auto trafo lima fasa. 4. Mengaktifkan motor induksi lima fasa dengan menggunakan saklar penghubung. 5. Mengatur beban torsi beban sebesar 10 Nm 6. Mengamati pengukuran arus input (I in ), daya input (P in ), tegangan input (V in ), tegangan output (V out ), faktor daya (Cos φ) dengan menggunakan alat ukur listrik dan mengukur besar kecepatan putaran rotor 7. Lakukan kembali langkah ke 3 untuk tegangan sebesar 240 V, 230 V, 220 V, dan 210 V. serta tambahkan torsi beban sebesar 12 Nm. 8. Mencatat hasil pengukuran atau penguian pada tabel percobaan 9. Turunkan autotrafo AC hingga motor berhenti 10. Lepasakan saklar yang menghubungkan motor dengan transformator lima fasa. 11. Percobaan selesai. Data yang diambil dalam percobaan adalah sebagai berikut : Arus masuk yang tercatat pada amperemeter pada saat motor dibebani dalam kondisi tegangan nominal maupun jatuh tegangan Kecepatan putaran rotor pada saat motor dalam keadaan berbeban Daya masuk pada motor yang tertera pada wattmeter dalam keadan tegangan nominal maupun jatuh tegangan 30

6 3.5 Pelaksanaan Penelitian Proses Pengumpulan Data Berdasarkan diagram alir flowchart, teknik perhitungan dan pengolahan dapat dilihat pada Gambar 3.2 berikut: MULAI MEMPERSIAPKAN PERALATAN PERCOBAAN MERAINGKAI RANGKAIAN PERCOBAAN MELAKUKAN PERCOBAAN PENGAMBILAN DATA TIDAK APAKAH SESUAI PERCOBAAN DENGAN PERHITUNGAN YA MENAMPAMPILKAN HASIL PENGUKURAN DAN PERHITUNGAN BERHENTI Gambar 3.2 Diagram alur proses pengambilan data Melakukan analisa data terhadap data yang diperoleh Data yang diperoleh dari hasil pengukuran kemudian dianalisa untuk melihat kinerja motor induksi lima fasa pada saat terjadi jatuh tegangan. 31

7 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum Pada bab ini penulis akan mencoba menganalisa pengaruh perubahan tegangan jala-jala terhadap kinerja motor induksi lima fasa jenis rotor sangkar tupai pada saat beroperasi. Dengan menggunakan cara yang sistematis nantinya akan diperoleh pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap kinerja dari motor induksi tersebut. Pada pengujian ini akan digunakan motor induksi lima fasa rotor sangkar tupai 2510,16 watt Setelah dilakukan percobaan, data hasil pengukuran digunakan untuk menganalisa pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap kecepatan rotor (Nr), arus input (I in ), daya input (P in ) dan faktor daya (cos φ). Data-data hasil pengukuran tersebut juga digunakan untuk menghitung slip motor, daya output motor, rugi daya total dan efisiensi motor akibat adanya jatuh tegangan jala-jala. Tujuan dari pengujian motor induksi lima fasa ini adala untuk mensimulasikan ganguan yang terjadi pada motor induksi lima fasa, apabila dalam penggunannya terjadi ganguan berupa jatuh tegangan dari jala-jala. Dalam menganalisa, penulis menggunakan data-data teknik motor yang diperoleh dari hasil pengujian langsung pada motor induksi lima fasa rotor sangkar 2805 watt 4.2 Data Percobaan Tabel hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel di bawah ini : 32

8 1. Percobaan jatuh tegangan dengan beban sebesar 10 Nm Tabel 4.1 Pengukuran parameter motor induksi lima fasa dengan tahanan torsi 10 Nm No V s I in Vr N r P f P in (Volt) (A) (Volt) (Rpm) (cos ø) (Watt) , , ,16 227, , , , , , , , , , , ,46 2. Percoban jatuh tegangan dengan tahanan torsi 12 Nm Tabel 4.2 Pengukuran parameter motor induksi lima fasa dengan tahanan torsi 12 Nm No V s I in Vr N r P f P in (Volt) (A) (Volt) (Rpm) (cos ø) (Watt) ,3 237, ,7 3198, ,47 227, , , , , , , , , , , , Analisa Data Dalam menganalisa pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap kinerja motor induksi lima fasa rotor sangkar tupai diperlukan data spesifikasi dari motor 33

9 induksi tersebut. Data teknis tesebut digunakan sebagai pedoman dalam menganalisa selain teori yang terdapat dalam referensi. Berikut adalah data teknis motor induksi lima fasa rotor sangkar yang digunakan : Spesifikasi motor : - Tegangan nominal (V L-L ) : 250 V - Daya motor : 1,8 KW, 2,5 HP - Arus nominal : 4,6 A - Nr :1452 rpm - Cos φ : 0,8 - Frekuensi : 50Hz - Jumlah kutub : 4 Berdasarkan hasil pengjujian dan teori pendukung maka besar daya output dan rugi daya total dapat diketahui. Sebagai sampel pengujian pada tegangan 250 volt dan beban 10 Nm. Pada saat pengujian torsi beban sebesar 10 N.m 1. Besar slip motor S = = = 0, Kecepatan medan putar stator Ns = = = 1500 rpm 34

10 3. Besar daya output ωr = ωs (1-S) = x (1-S) = x (1-0, 0413) = 157 rad/s x (0,9587) = 150,515 watt P out = T x ωr = 10 x 150,515 watt = 1505,15 watt 4. Rugi-rugi motor P rugitotal = Pin Pout = ,15 = 1299,85 watt 5. V Regulation = 6. Efisiensi motor induksi ɳ = x 100% = x 100% = 53,65% 35

11 Untuk memudahkan dalam menganalisa pengaruh tegangan jatuh jala jala terhadap kinerja motor induksi lima fasa, berikut tabel hasil perhitungan daya output, rugi daya output, rugi daya total, efisiensi motor pada tegangan nominal sampai tegangan terendah : Tabel 4.3 Analisa hasil pengukuran dengan tahanan torsi 10 Nm No V s I in N r P f P in P out P Rugi VR ɳ (Volt) (A) (Rpm) (cos ø) (Watt) (Watt) (Watt) (%) (%) , ,06 53, , , ,08 53, , , , , , , , , ,72 Tabel 4.4 Analisa hasil pengukuran dengan tahanan torsi 12 Nm No V s I in N r P f P in P out P Rugi VR ɳ (Volt) (A) (Rpm) (cos ø) (Watt) (Watt) (Watt) (%) (%) , ,7 3198, ,12 5,072 55, , , , ,98 5,091 53, , , , ,14-54, , , , ,07-54, , , , ,04-54,45 Untuk menganalisa pengaruh jatuh tegangan terhadap arus input, putaran rotor motor, faktor daya, daya input, daya output, daya rugi-rugi, dan efisiensi motor maka dapat dilihat pada grafik berikut ini : 36

12 1. Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap arus input motor induksi lima fasa Tegangan Jala-jala (Volt Hubungan Tegangan Jala-jala Terhadap Arus Input Motor Arus Input Motor (Ampere) Grafik 4.1 Grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap arus input motor Berdasarkan analisa dari grafik di atas, pengaruh drop tegangan jala-jala terhadap besar arus input motor adalah semakin berkurang suplai tegangan yang diberikan ke motor maka arus yang ditimbulkan akan semakin membesar. Hal ini juga menyebabkan semakin berkurangnya gaya yang dihasilkan untuk memutar motor, dan mengakibatkan motor tidak dapat memikul beban berdasarkan unjuk kerjanya. Dengan demikan motor akan mengalami kerusakan. 2. Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap putaran motor. Tegangan Jala-jala (Volt) Hubungan Tegangan Jala-jala Terhadap Putaran Rotor Putaran Rotor (rpm) Gambar 4.2 Grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap putaran rotor 37

13 Berdasarkan analisa grafik di atas, pengaruh jatuh tegangan terhadap putaran rotor adalah semakin rendah tegangan yang diberikan ke motor mengakibatkan semakin kecilnya gaya yang dihasilkan motor untuk memutar rotor. Dengan demikian kecepatan putaran rotor akan semakin menurun 3. Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap faktor daya Tegangsan Jala-jala (Volt) Hubungan Tegangan Jala-jala Terhadap Faktor Daya Faktor Daya Gambar 4.3 Grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap faktor daya (cos φ) Adapun pengaruh drop tegangan jala-jala terhadap faktor daya adalah semakin rendah tegangan yang disuplai ke motor maka nilai faktor daya akan ikut menurun. Hal dikarenakan semakin rendah tegangan yang diberikan maka arus kemagnetan bertambah tetapi daya input menjadi menurun. Daya input yang semakin kecil menyebabkan nilai faktor daya akan turun. 4. Pengaruh tegangan jala-jala terhadap daya input motor Hubungan Tegangan Jala-jala Terhadap Daya Input Tegangan Jala-jala (Volt) Daya Input (watt) Gambar 4.4 Grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap daya input motor 38

14 Besar tegangan jala-jala sangat berpengaruh pada besar daya input motor. Semakin kecilnya tegangan sumber yang mencatu motor maka akan mengakibatkan besar daya input juga semakin kecil. 5. Pengaruh tegangan jala-jala terhadap daya output motor Tegangan Jala-jala (Volt) Hubungan Tegangan Jala-jala Terhadap Daya Output Motor Daya Output Motor (Watt) Gambar 4.5 grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap daya output motor Berdasarkan analisa grafik di atas semakin kecil daya yang mencatu motor induksi lima fasa maka daya output yang dihasilkan motor akan semakin kecil. 6. Pengaruh tegangan jala-jala terhadap rugi daya motor Tegangan Jala-jala (Volt) Hubungan Tegangan Jala-jala Terhadap Rugi Daya Rugi Daya (Watt) Gambar 4.6 Grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap rugi daya motor 39

15 Besar daya yang hilang pada motor semakin besar seiring menurunnya besar tegangan jala-jala. Hal ini disebabkan motor berkerja pada tegangan yang tidak sesuai. 7. Pengaruh tegangan jala-jala terhadap efisiensi motor Hubungan Tegangan Jala-jala Terhadap Efisiensi Motor Tegangan Jala-jala (Volt) Efisiensi Motor (%) Gambar 4.7 Grafik hubungan tegangan jala-jala terhadap efisiensi motor Jatuh tegangan jala-jala sangat berpengaruh pada kinerja motor induksi lima fasa dan mengakibatkan menurunnya efisiensi dari motor induksi lima fasa itu sendiri. 4.4 Analisa Pengukuran dan Perhitungan Pengaruh jatuh tegangan jala-jala terhadap kinerja motor induksi lima fasa rotor sangkar dapat diketahui dengan melakukan pengujian dan perhitungan. Data yang diperoleh melalui pengujian akan digunakan dalam proses perhitungan, untuk mengetahui perbandingan kinerja motor induksi. Kedua proses tersebut saling berkorelasi untuk mendapatkan perbandingan kinerja motor induksi, akan tetapi dalam pengujian besar daya input dapat diketahui dengan cara pengukuran, sedangkan dalam proses perhitungan besar daya input dapat diketahui dengan 40

16 menggunakan persamaan P in = 4,25.V.I. Cosφ. Dengan mengetahui besar daya input motor maka dapat dicari besar rugi daya dan efisiensi motor. Untuk memperoleh besar daya input motor, penulis mengambil contoh perhitungan menggunakan data pada tegangan 250 volt dan beban 10 Nm sebagai berikut : 1. Daya masuk pada motor P in = 4,25.V.I. Cosφ P in = 4.25 x 250 x 4 x0,66 = 2805 watt 2. Besar slip motor S = = = 0, Kecepatan medan putar stator Ns = = = 1500 rpm 4. Besar daya output ωr = ωs (1-S) = x (1-S) = x (1-0,0413) = 157 rad/s x (0,9587) = 150,515 watt 41

17 Pout = T x ωr = 10 x 150,515 watt = 1505,15 watt 5. Rugi-rugi motor P rugitotal = Pin Pout = ,15 = 1299,85 watt 6. Efisiensi motor induksi ɳ = x 100% = x 100% = 53,65% Tabel 4.5 Perhitungan dengan tahanan torsi 10 Nm No V s I in N r P f P in P out P Rugi ɳ (Volt) (A) (Rpm) (cos ø) (Watt) (Watt) (Watt) (%) , , ,85 53,6% , , ,10 53,2% , , , ,30 51,3% , , , ,57 50,3% , , , ,72 48,7% Tabel 4.4 Perhitungan dengan tahanan torsi 12 Nm No V s I in N r P f P in P out P Rugi ɳ (Volt) (A) (Rpm) (cos ø) (Watt) (Watt) (Watt) (%) , ,7 3198, , ,46 55,02% , , , , ,80 53,59% , , , , ,73 54,19% , , , , ,49 54,41% , , , , ,96 54,45% 42

18 4.5 Analisa Hasil Pengukuran dan Perhitungan Suatu motor induksi dapat berputar jika medan putar magnet pada stator menginduksi tegangan (ggl) ke rotor. Tegangan akan terinduksi dari kumparan medan stator ke rotor jika ada perbedaan relative (slip) antara kecepatan medan putar stator Ns dengan kecepatan medan putar rotor Nr, serta besarnya Ns harus lebih besar dari Nr (Ns > Nr). Tegangan yang terinduksi pada rotor akan mengakibatkan mengalirnya arus pada batang konduktor rotor, dan kemudian akan menghasilkan kopel. Berdasarkan hasil pengukuran dan perhitungan di atas, jika beban pada motor bertambah maka akan memperbesar kopel motor. Kopel motor yang bertambah besar mengakibatkan arus yang terinduksi ke rotor semakin besar, sehingga slipantara medan putar stator dan rotor juga bertambah besar. Hal ini akan menyebabkan kecepatan putaran rotor semakin menurun. Perubahan tegangan juga akan mempengaruhi besar torsi motor baik torsi awal,maupun torsi motor pada saat berkerja. Pada saat motor mendapat suplai tegangan yang konstan dan diberi beban tertentu, besar torsi motor akan mengalami peningkatan hingga kecepatan putaran motor mencapai maksimal. Akan tetapi pada saat motor mengalami penurunan tegangan serta motor dibebani dengan beban tertentu, maka nilai torsi yang dihasilkan motor akan menurun. Ditambah lagi jika besar beban yang terpasang ke motor bertambah, mengakibatkan putaran motor pun semakin menurun dan hingga pada akhirnya berhenti. Dengan demikian turunya tegangan yang menyuplai motor akan berdampak pada torsi motor juga menurun seiring dengan bertambahnya beban. 43

19 Daya output pada motor induksi merupakan hasil daya input dikurangi oleh rugi-rugi daya motor. Adapun rugi-rugi daya pada motor meliputi rugi-rugi inti, rugi-rugi tembaga, dan rugi-rugi celah udara. Diantara rugi-rugi pada motor tersebut, rugi tembaga memiliki pengaruh terhadap efisiensi motor. Karena rugi tembaga akan bertambah besar seiring dengan kenaikan beban motor. Berdasarkan hasil pengukuran dan perhitungan yang dilakukan, jika beban motor bertambah dan bekerja pada tegangan yang sama maka akan menghasilkan arus input dan daya input bertambah besar sehingga menghasilkan daya output yang lebih besar. Berdasarkan hasil perhitungan, bertambahnya beban pada motor mempengaruhi nilai efisiensi motor. Nilai efisiensi motor pada saat tahanan torsi 12 Nm lebih besar jika dibandingkan dengan tahanan torsi 10 Nm. Hal ini menunjukkan bahwa pada beban maksimal, motor dapat bekerja lebih efisien. Setelah melakukan pengukuran dan perhitungan terhadap motor induksi lima fasa, ternyata didapat hasil yang sesuai dengan landasan teori yang menjadi acuan sebelumnya. Hanya saja dalam hasil pengukuran dan perhitungan terdapat sedikit selisih. Selisih tersebut disebabkan oleh beberapa faktor seperti ketelitian alat ukur yang digunakan maupun faktor kondisi dari motor sendiri. Akan tetapi selisih tersebut dapat dimaklumi karena diantara kedua data yang diperoleh bain dari hasil pengukuran dan perhitungan memiliki karakteristik yang sama. Dari pengukuran dan perhitungan yang telah dilakukan adalah jatuh tegangan jala-jala ternyata mempengaruhi kinerja dari motor induksi lima fasa rotor sangkar. Pengaruh jatuh tegangan sangat jelas dapat dilihat dari besar daya 44

20 output yang dihasilkan, dimana semakin kecil tegangan maka daya yang dihasilkan juga akan mengalami penurunan. Hal ini berdampak pada efisiensi motor yang semakin kecil. Besar tegangan sumber berbanding lurus dengan daya output yang dihasilkan motor sehingga efisiensi motor akan semakin besar seiring meningkatnya daya output yang dihasilkan motor. Sebaliknya jika motor tegangan jala-jalaturun maka daya yang dihasilkan motor menurunbegitu juga efisiensinya. Semakin kecil daya output dihasilkan maka putaran motor akan semakin kecil. Dengan demikian motor induksi lima fasa dapat digunakan pada tegangan jala-jala yang sesuai dengan spesifikasinya. Apabila terjadi jatuh tegangan jalajala maka akan menurunkan kinerja motor sehingga penggunannya tidak menjadi efektif dan efisien. 45

21 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Berdasarkan dari hasil pengukuran dan perhitungan dapat ditarik beberapan kesimpulan mengenai Pengaruh tegangan jatuh terhadap kinerja motor induksi lima fasa jenis rotor sangkar sebagai berikut: 1. Jatuh tegangan yang terjadi pada jala-jala menyebabkan nilai arus masuk pada motor induksi lima fasa mengalami peningkatan sebesar 19%. Hal ini berdampak pada nilai tegangan jatuh semakin besar. Peningkatan nilai tegangan jatuh menyebabkan nilai faktor daya menurun sebesar 8,19%. Penurunan faktor daya mengakibatkan daya input juga menurun. Daya input yang semakin kecil menyebabkan motor bekerja dibawah nominal, sehingga kecepatan rotor yang semakin menurun dan efisiensi motor berkurang. 2. Besar tegangan jatuh yang masih bisa ditolerir oleh motor induksi lima fasa rotor sangkar adalah sebesar 227,79 volt dengan besar jatuh tegangan 5,091 %. 46