ANALISIS SLIP OPTIMAL MOTOR INDUKSI TIGA FASA UNTUK EFISIENSI OPTIMAL PADA BEBAN RENDAH

Transkripsi

1 ANALISIS SLIP OPTIMAL MOTOR INDUKSI TIGA FASA UNTUK EFISIENSI OPTIMAL PADA BEBAN RENDAH Jone Hapoan Manurung, Eddy Waran Konentrai Teknik Energi Litrik, Departeen Teknik Elektro Fakulta Teknik Univerita Suatera Utara (USU) Jl. Alaater, Kapu USU Medan 055 INDONESIA eail: Abtrak Motor induki tiga faa tidak elalu bekerja pada beban penuh. Dala banyak penerapan, otor akan bekerja pada beban dengan kecepatan kurang dari kecepatan noinal. Dala kondii ini keeibangan rugirugi akan terganggu yang engakibatkan efiieni otor akan rendah. Dala pebahaan ini efiieni otor induki akan ditialkan pada bebanbeban ringan dengan enggunakan lip ebagai peubah beba. Pada uunya, tori beban dianggap ebagai peubah beba dengan lip, faktor daya, daya auk, dan efiieni, dianggap ebagai peubah tidak beba. Dari odel rangkaian ekivalen akan dapat diperlihatkan bahwa diantara bearanbearan lip, faktor daya, daya auk, dan efiieni, bearan yang erupakan peubah ádalah lip. Oleh ebab itu, ipedani aukan, faktor daya, daya aukan, dan efiieni dapat dianggap ebagai fungi lip. Ini berarti jika uatu lip tial dapat ditentukan, aka efiieni tial otor akan diperoleh pada lip tial. Hail perhitungan eperlihatkaan bahwa efiieni akan diperbaiki pada beban beban ringan, yaitu : 8,7% untuk otor 3 HP, 8,07% untuk otor 5 HP, dan 8,% untuk otor 7,3 HP. Dari kurva tandar efiieni otor eperlihatkan bahwa efiieni otor pada bebanbeban ringan berkiar 40% apai 50%. Dengan engtialkan lip, efiieni naik berkiar 8%. Ada pengheatan energi yang akan diperoleh dengan engtialkan lip. Kata Kunci: Slip, efiieni. Pendahuluan Motorotor litrik engkonui ekitar 55% dari total konui energi litrik []. Sekitar 67% dari konui energi litrik otor digunakan dala otor induki dengan kapaita di bawah 55 kw. Oleh karena itu 85% rugirugi energi didiipaikan dala otor dengan kapaita di bawah 55 kw []. Dala penerapannya angatlah ulit erancang dan ebuat otor Dala penerapannya angatlah ulit erancang dan ebuat otor dengan efiieni tinggi dala eluruh jangkauan (range) pebebanan. Terutaa dala pebebanan 0% apai 5% dari beban noinal yang biaa diebut beban ringan (rendah) atau beban ebagian (light load/partial load).motorotor litrik pada uunya dan otor induki pada khuunya bererai angat efiien di ekitar titik erai noinalnya. Pada titik ini, keeibangan antara rugirugi beban dan rugi agnetiai dirancang tiu. Pada bebanbeban ringan, rugi kontan akan lebih doinan dibanding rugirugi lain yang angakibatkan pengurangan e fiieni proe konveri energi. Karena itu pengheatan energi angatlah penting engingat penggunaan energi litrik berkaitan erat dengan penggunaan bahan bakar inyak yang aat ini harganya elonjak naik, dan juga engurangi biaya erai dan biaya kapital dari penggunaan ite. Hal inilah yang enjadi latar belakang penulian ini, engukur poteni pengheatan yang dapat direaliaikan pada beban ringan (rendah). Tujuan dari penulian ini adalah eperlihatkan poteni pengheatan energi otor induki tiga faa pada bebanbeban ringan.. Motor Induki Tiga Faa Motor litrik diklaifikaikan ebagai otor litrik aru earah dan otor litrik aru bolakbalik. Motor litrik bolakbalik diklaifikaikan lagi enjadi otor litrik inkron dan otor litrik ainkron (induki). Hapir 90% otor yang digunakan di indutri adalah otor induki, khuunya otor induki tiga faa. Konveri energi litrik enjadi ekanik terjadi dala bagian berputar otor. Dala otor aru 00 DTE FT USU

2 SINGUDA ENSIKOM VOL. 3 NO. 3/Septeber 03 earah, daya litrik dikondukikan langung ke jangkar (bagian yang berputar) elalui ikatikat dan koutator. Rotor tidak eneria daya litrik langung tetapi dengan proe induki, Oleh ebab itu diebut otor induki []. Gabar. Bagian Motor induki Tiga Faa [] Konveri energi terjadi elalui proe induki dari edan putar yang tibul pada belitan tator eotong konduktorkonduktor rotor. Medan putar tator terjadi jika catu daya tiga faa diberikan ke belitan tator 3 faa ietri yang terpiah 0 o atu aa lain. Aru yang engalir pada aingaing belitan akan enghailkan fluk agnet pada aingaingnya. Fluk agnet akan inuoidal engikuti bentuk gelobang arunya. Fluk agnet ketiga faa diperlihatkan dala gabar berikut. Gabar. Konep Medan Putar [] Medan putar akan berputar pada kecepatan kontan yang diebut kecepatan inkron yang bearnya dinyatakan dengan [3]: 60 f N = rp () P / Diana f adalah frekueni tegangan auk ke tator dan P adalah julah kutub tator... Prinip Kerja otor Induki Tiga Faa Pada aat terinal tiga faa tator otor induki diberi uplai tegangan tiga faa eibang, aka akan engalir aru pada konduktor di tiap belitan faa tator dan akan enghailkan fluki bolakbalik. Aplitudo fluki per faa yang dihailkan berubah ecara inuoidal dan enghailkan fluk reultan (edan putar) dengan agnitud yang nilainya kontan yang berputar dengan kecepatan inkron. Medan putar akan terinduki elalui celah udara enghailkan ggl induki (ggl lawan) pada belitan faa tator. Medan putar terebut juga akan eotong konduktorkonduktor belitan rotor yang dia. Hal ini terjadi karena adanya perbedaan relatif antara kecepatan fluki yang berputar dengan konduktor rotor yang dia, yang diebut juga dengan lip (). Karena belitan rotor erupakan rangkaian tertutup, baik elalui cincin ujung (end ring) ataupun tahanan luar, aka aru akan engalir pada konduktorkonduktor rotor. Karena konduktorkonduktor rotor yang engalirkan aru ditepatkan di dala daerah edan agnet yang dihailkan tator, aka akan terbentuklah gaya ekanik (gaya lorentz) pada konduktorkonduktor rotor. Hal ini euai dengan huku gaya lorentz yaitu bila uatu konduktor yang dialiri aru berada dala uatu kawaan edan agnet, aka konduktor terebut akan endapat gaya elektroagnetik. Prinip kerja otor induki tiga faa dapat diurutkan ebagai beikut [3]:. Apabila uber tegangan 3 fae dipaang pada kuparan tator, akan tibul edan putar dengan kecepatan n = 0 f/p. Medan tator terebut akan eotong batang konduktor pada otor 3. Akibatnya pada batang konduktor dari rotor akan tibul GGL induki 4. Karena batang konduktor erupakan rangkaian yang tertutup aka GGL akan enghailkan aru (I) 5. Adanya aru (I) didala edan agnet akan enibulkan gaya (F) pada rotor 6. Bila kel ula yang dihailkan oleh gaya (F) pada rotor cukup bear untuk eikul kel pada beban, rotor akan berputar earah dengan edan putar tator 7. GGL induki tibul karena terpotongnya batang konduktor (rotor) oleh edan tator. GGL induki tibul, karena adanya perbedaan relatif antara kecepatan edan 0 DTE FT USU

3 SINGUDA ENSIKOM VOL. 3 NO. 3/Septeber 03 putar tator (n) dengan kecepatan edan putar rotor (nr)... Slip dan Efiieni Perbedaan antara kecepatan rotor dan edan putar tator diebut lip rotor. Seakin bear beban otor, eakin bear nilai lip rotor [3]. n n n r () Efiieni otor adalah perbandingan antara daya keluaran yang berguna dengan daya aukan total, yaitu [4]: pout pin plo pout 00% (3) p p p p in in out Oleh karena itu, terdapat hubungan antara bearnya lip dan efiieni otor. Seakin bear lip, eakin rendah efiieni otor. lo Gabar 4. Diagra Aliran Daya Motor induki [5] Karakteritik torkaputaran eperlihatkan hubungan torka yang dibangkitkan dengan putaran otor. Torka terbangkit otor dinyatakan dengan peraaan ruu [5]: 3 I R Pkon 3P AG 3P AG T ind = (4) r r Secara pendekatan dengan ii rotor dipindah ke ii tator, harga I enjadi I yang aa dengan I, atau: I (5) / R R V.3. Rangkaian Ekivalen Rangkaian ekivalen elalu berdaarkan belitan tator hubungan bintang (Y) tanpa eandang hubungan belitan ebenarnya. Dan tidak pernah enggunakan rangkaian ekivalen tiga faa. Selalu enggunakan rangkaian ekivalen/faa. + I R I 0 N ph N ph + + I c I R I + V f R C E Rangkaian Stator Celah Udara E f Rangkaian Rotor Gabar 3. Rangkaian ekivalen/faa Kondii Rotor Terbuka [] Frekueni tegangan E (f ) akan aa dengan frekueni tegangan E (f ). V Gabar 5. Karakteritik Putaran Tori Motor Induki Untuk Efiieni dan Faktor Daya [5] Bata beban ulai dari nol apai bear tertentu yang aih dapat dilayani otor (otor aih berputar) dengan pengurangan tegangan diebut beban ringan (light load) atau beban ebagian (part load). Biaanya beban ringan (rendah) berkiar antara 0% apai 0% beban penuh. 3. Slip Optial dan efiieni Optial Proble yang berkaitan dengan tiai efiieni untuk pengheatan energi berkaitan dengan pengaturan keeibangan rugirugi beban dengan rugirugi agnetiai. Khuunya pada beban ringan, keeibangan ini akan terganggu dan efiieni otor akan rendah. 0 DTE FT USU

4 SINGUDA ENSIKOM VOL. 3 NO. 3/Septeber 03 Diperlukan kebali pengaturan keeibangan rugirugi terebut untuk pengheatan energi. 3.. Efiieni Untuk enentukan peraaan efiieni teoriti dala bentuk paraeterparaeter otor, rangkaian ekivalen diubah dala bentuk rangkaian ekivalen ipedani [6]. () R R R. R R. R. Slip tial teoriti diperoleh dari diferenial (turunan) pertaa efiieni η terhadap aa dengan nol [6]. Gabar 6. Rangkaian Ekivalen Ipedani Motor Induki Per Faa [6]. Z, Z, dan Z dinyatakan dengan [5]: Z = R + j Z = R c //j Z = R / + j Daya aukan pada otor dinyatakan dengan [6]: P in = 3. I. R in (6) Diana R in adalah bagian nyata dari ipedani aukan yang dinyatakan dengan [6]: R in = R + R e, Z Z Z Z Efiieni litrik otor dinyatakan dengan [6]: P P g in I. R (7) (8) Subitui ruu diata diperoleh peraaan untuk efiieni η [6]: R Diana : / I Rin R (9) d d () 0 d d R R R c R c Operai peraaan ateatik eberikan hail lip tial teoriti yang dinyatakan dengan : [6] S (3) Peraaan ruu diata eperlihatkan bahwa lip tial ( ) hanya bergantung paraeterparaeter otor induki dan berharga tunggal. Subtitui lip tial ke peraaan diata akan diperoleh efiieni tial teoriti ebagai berikut [6]: (4) R R 4. Perhitungan dan Analii / Analii dilakukan berdaarkan odel rangkaian ekivalen otor induki tiga faa dan berupa tudi keputakaan dan kajian dari bukubuku tek pendukung. Berikut ini akan diberikan contoh perhitungan lip tial dan efiieni tial untuk otorotor induki tiga faa kapaita 3 HP, 5 HP, dan 7,3 HP. Motorotor epunyai bearan yang aa untuk tegangan, frekueni, julah kutub, dan kecepatan rotor. Data untuk bearanbearan ini adalah : 0/380 V, 50 Hz, 4 kutub, dan 450 rp. Kecepatan inkron dapat dihitung ebagai berikut [3]: R R R. R (0) 03 DTE FT USU

5 SINGUDA ENSIKOM VOL. 3 NO. 3/Septeber 03 N = 60f P = 60 x 50 x 4 = 500 rp (5) Slip noinal dihitung ebagai berikut []: S no = N N N r = = 0,03333 Harga lip noinal ini aa untuk ketiga otor yang digunakan dala perhitungan. Bearan paraeterparaeter ketiga otor dinyatakan dala tabel berikut. Tabel. ParaeterParaeter Motor Induki Tiga Faa [] Paraeter Kapaita 3 HP 5 HP 7,3 HP R (oh) 3,5,5,3 R (oh) 3,6,57 0,789 (oh),7 3,,5 (oh),4,35,49 R c (oh) (oh) 83,8 6,4 53,7 4. Perhitungan untuk Motor Kapaita 3 HP Hargaharga koefiien α dan β : R 3,5 3, ,8 3,5x3,6 878 = = 3,6 (0, ,000498) + 0, = 0,00558 R R R R. R R R. R. R. 3,5, 4 x3,5,4 3,5 x,4 3, 6 83, , 6878 x 3, 6878 x = +,075( + 0,0553) + (0, , , ) =,743 Harga lip tial : S 0,00558,743 =,743 0,00558 = 0,0037 x (9,5558) = 0,04638 Harga efiieni tial : R R 0,04638 x3,5 0,00558 x3,5 0,04638, , = 0,9536, Analii x 00 % = 8,7 % Hail perhitungan eperlihatkan harga lip tial untuk efiieni tial lebih bear dari lip noinal. Harga efiieni tial yang diperoleh berkiar 8%. Tabel berikut eperlihatkan hail perhitungan lip tial dan efiieni tial. Tabel. Harga Slip Optial dan Efiieni Optial Kapaita Motor / ή N r (rp) 3 HP 0, ,7 % HP 0,0376 8,07 % 443 7,3 HP 0,0375 8,0 % DTE FT USU

6 SINGUDA ENSIKOM VOL. 3 NO. 3/Septeber 03 M.M. Kotic. J enyatakan beban ringan berkiar 0% apai 5% dari daya noinal. 7. Daftar Putaka [].M.M. Kotic, J. Radakovic, Induction Motor with YY/Δ Connection Change for Efficiency and Power Factor Increaing at Partial Load. ELEC. ENERG, VOL. 9, 006. Gabar 7. Kurva Standard Efiieni Motor Induki Gabar 7 eperlihatkan, efiieni otor induki pada bebanbeban ringan berkiar 40% apai 50%. Dengan engtialkan lip pada bebanbeban ringan, efiieni naik enjadi berkiar 8%. Pengheatan energi akan diperoleh dengan engtialkan lip dan nilai efiieni akan diperbaiki. 5. Keipulan Setelah elakukan analii perhitungan dari datadata otor penuli engabil keipulan bahwa dengan engtialkan lip pada bebanbeban ringan, efiieni akan tial.ada pengheatan energi yang akan diperoleh. Kurva tandar efiieni otor eperlihatkan bahwa efiieni otor pada bebanbeban ringan berkiar 40% apai 50%. Dengan engtialkan lip,efiieni naik berkiar 8%. Ada pengheatan energi yang akan diperoleh dengan engtialkan lip. [].T. Phuiphak, and C. Chatuthai, Efficiency Optiization of Electric otor : a carative tudy of tochatic algorith, http// (diake pada tanggal 5 ei 0). [3].MA. Suanto, Motor Litrik Aru Bolak Balik Motor Sinkron Motor Induki, Andi Offet Yogyakarta, 993. [4].Marappung Muliin, Teknik Tenaga Litrik, Arico bandung, 993. [5].Chapan Stephen, J, Electric Machinery Fundaental, The McGrawHill Canie, 999. [6].Dubey Gal J. Power Seiconductor Controlled Drive, Prentice Hall Inc, Ucapan Teria Kaih Penuli engucapkan teria kaih kepada J. Manurung dan M. br Malau elaku orang tua penuli, Ir. Eddy Waran elaku doen pebibing, juga Ir. Surya Tarizi Kai, M,Si dan Ir. Syaul Ain, M,Si elaku doen penguji penuli yang udah ebantu penuli dala enyeleaikan paper ini, erta teantean penuli yang udah eberikan dukungan elaa pebuatan paper ini. 05 DTE FT USU