BAB 2 MOTOR INDUKSI TIGA FASA. DC disebut motor konduksi. Lain halnya pada motor AC, kumparan rotor tidak

Transkripsi

1 BAB 2 MOTOR INDUKSI TIGA FASA 2.1. Umum Secara umum, motor litrik berfungi untuk mengubah energi litrik menjadi energi mekanik yang berupa tenaga putar. Di dalam motor DC, energi litrik diambil langung dari kumparan armature melalui ikat dan komutator, oleh karena itu motor DC diebut motor konduki. Lain halnya pada motor AC, kumparan rotor tidak menerima energi litrik langung, tetapi ecara induki eperti terjadi pada energi kumparan ekunder tranformator. Oleh karena itu motor AC dikenal dengan motor induki. Sebenarnya motor induki dapat diidentikkan dengan tranformator yang kumparan primer ebagai kumparan tator atau armature, edangkan kumparan ekunder ebagai kumparan rotor. Menurut Sujoto ( ), motor induki ering diebut motor tidak erempak. Diebut demikian karena jumlah putaran rotor tidak ama dengan jumlah putaran medan magnit tator. Pendapat lain Robert Roenberg ( ), mengemukakan motor berfaa banyak adalah motor aru bolak-balik (AC) yang direncanakan baik untuk tiga faa maupun dua faa. Kedua macam motor ini kontrukinya dibuat ama, akan tetapi hubungan dalam kumparan berbeda. Motor tiga faa bermacam-macam ukurannya, dari yang bertenaga kecil (< 1 HP) ampai beberapa ribu HP. Motor-motor ini mempunyai ifat agak kontan kecepatannya, dan direncanakan dengan ifat-ifat momen putar yang bermacam-macam. Belitan tator yang dihubungkan umber tegangan tiga faa akan menghailkan medan magnit yang berputar dengan kecepatan inkron ( nn = 120.ff pp ). Medan putar pada tator terebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor ehingga 6

2 terinduki aru. Rotor akan turut berputar mengikuti medan putar tator. Perbedaan putaran relatip antar tator dan rotor diebut lip. Bertambahnya beban akan memperkecil kopel motor, oleh karenanya akan memperbear pula aru induki pada rotor. Sehingga lip antara medan putar tator dan putaran rotor pun akan bertambah bear. Jadi bila beban motor bertambah, putaran rotor cendrung menurun. Motor induki, merupakan motor yang memiliki kontruki yang baik, harganya lebih murah dan mudah dalam pengaturan kecepatannya, tabil ketika berbeban dan mempunyai efiieni tinggi. Mein induki adalah mein ac yang paling banyak digunakan dalam indutri dengan kala bear maupun kecil, dan dalam rumah tangga. Alaannya adalah bahwa karakteritiknya hampir euai dengan kebutuhan dunia indutri, pada umumnya dalam kaitannya dengan harga, keempurnaan, pemeliharaan, dan ketabilan kecepatan. Hampir emua motor ac yang digunakan adalah motor induki, terutama motor induki tiga faa yang paling banyak dipakai di perindutrian. Motor induki tiga faa angat banyak dipakai ebagai penggerak di perindutrian karena banyak memiliki keuntungan, tetapi ada juga kelemahannya. Keuntungan motor induki tiga faa: 1. Motor induki tiga faa angat ederhana dan kuat. 2. Biayanya murah dan dapat diandalkan erta perawatan yang mudah. 3. Motor induki tiga faa memiliki efiieni yang tinggi pada kondii kerja normal. Kerugiannya: 1. Kecepatannya tidak bia bervariai tanpa merubah efiieni. 2. Kecepatannya tergantung beban. 3. Pada tori tart memiliki kekurangan. 7

3 2.2. Kontruki Motor Induki Tiga Faa Motor induki tiga faa adalah uatu alat yang mengubah tenaga litrik menjadi tenaga mekanik, alat ini biaa digunakan ebagai penggerak mein. Motor induki tiga faa mempunyai tiga buah kumparan tator yang memiliki jumlah dan diameter kawat yang ama dan ditempatkan dengan perbedaan udut ebear 120 derajat litrik antara atu dengan lainnya. Kontruki motor induki elain terdiri dari kawat yang dililitkan pada tator ada bagian lainnya eperti yang diperlihatkan pada gambar 2.1. Gambar 2.1 Penampang Motor Induki tiga faa rotor angkar Keterangan : 1. Rumah mein atau rangka 2. Tera tator 3. Kumparan tator 4. Rotor 5. Poro (tempat beban) 6. Plat penutup (penopang rotor) 7. Tutup kipa 8. Kipa 9. Tutup laker 10. Laker 8

4 Secara umum motor induki terdiri dari rotor dan tator. Rotor merupakan bagian yang bergerak, edangkan tator bagian yang diam. Diantara tator dengan rotor ada celah udara yang jaraknya angat kecil. Kontruki motor induki dapat diperlihatkan pada Gambar 2.2. (a) (b) Gambar 2.2 Kontruki Motor Induki (a) Rotor (b) Stator Komponen tator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam dan mengalirkan aru phaa. Stator terdiri ata tumpukan laminai inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk ilindri. Tiap elemen laminai inti dibentuk dari lembaran bei (Gambar 2.2 (a)). Alur pada tumpukan laminai inti diiolai dengan kerta (Gambar 2.2.(b)). Tiap lembaran bei terebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan terebar dalam alur yang diebut belitan phaa dimana untuk motor tiga phaa, belitan terebut terpiah ecara litrik ebear 120 o. Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapi dengan iolai tipi. Kemudian tumpukan inti dan belitan tator diletakkan dalam cangkang ilindri (Gambar 2.3.(c)). Berikut ini contoh lempengan laminai inti, lempengan inti yang telah diatukan, belitan tator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induki tiga phaa. 9

5 (a) (b) Gambar 2.3 Menggambarkan Komponen Stator motor induki tiga phaa (a) Lempengan Inti (b) Tumpukan Inti dengan Kerta Iolai pada Beberapa Alurnya (c) Tumpukan Inti dan Kumparan Dalam Cangkang Stator Untuk rotor akan dibaha pada bagian berikutnya, yaitu jeni jeni motor induki tiga faa berdaarka jeni rotornya. (c) 2.3. Jeni Motor Induki Tiga Faa Ada dua jeni motor induki tiga faa berdaarkan rotornya yaitu: 1. motor induki tiga faa angkar tupai ( quirrel-cage motor) 2. motor induki tiga faa rotor belitan ( wound-rotor motor ) kedua motor ini bekerja pada prinip yang ama dan mempunyai kontruki tator yang ama tetapi berbeda dalam kontruki rotor. 10

6 Motor Induki Tiga Faa Sangkar Tupai ( Squirrel-cage Motor) Penampang motor angkar tupai memiliki kontruki yang ederhana. Inti tator pada motor angkar tupai tiga faa terbuat dari lapian lapian pelat baja beralur yang didukung dalam rangka tator yang terbuat dari bei tuang atau pelat baja yang dipabrikai. Lilitan lilitan kumparan tator diletakkan dalam alur tator yang terpiah 120 derajat litrik. Lilitan faa ini dapat terambung dalam hubungan delta ( Δ ) ataupun bintang ( Υ ). Rotor jeni rotor angkar ditunjukkan pada Gambar 2.4. (a) Batang Poro Cincin Aluminium Kipa Laminai Inti Bei Aluminium (b) Batang Poro Kipa Gambar 2.4 Rotor Sangkar, (a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Bagian-bagian Rotor Sangkar Batang rotor dan cincin ujung motor angkar tupai yang lebih kecil adalah coran tembaga atau aluminium dalam atu lempeng pada inti rotor. Dalam motor yang lebih bear, batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan ke dalam alur rotor dan kemudian dila dengan kuat ke cincin ujung. Batang rotor motor angkar tupai tidak elalu ditempatkan paralel terhadap poro motor tetapi kerapkali dimiringkan. Hal ini akan menghailkan tori 11

7 yang lebih eragam dan juga mengurangi derau dengung magnetik ewaktu motor edang berputar. Pada ujung cincin penutup dilekatkan irip yang berfungi ebagai pendingin. Rotor jeni rotor angkar tandar tidak teriolai, karena batangan membawa aru yang bear pada tegangan rendah. Motor induki dengan rotor angkar ditunjukkan pada Gambar Motor Induki Tiga Phaa Rotor Belitan ( Wound-Rotor Motor ) Gambar 2.5 Cicin Slip Motor rotor belitan ( motor cincin lip ) berbeda dengan motor angkar tupai dalam hal kontruki rotornya. Seperti namanya, rotor dililit dengan lilitan teriolai erupa dengan lilitan tator. Lilitan faa rotor dihubungkan ecara Υ dan maing maing faa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin lip yang terpaang pada poro rotor. Secara kematik dapat dilihat pada Gambar 2.5. Dari gambar ini dapat dilihat bahwa cincin lip dan ikat emata mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkaian rotor. 12

8 Pada motor ini, cincin lip yang terhubung ke ebuah tahanan variabel ekternal yang berfungi membatai aru pengautan dan yang bertanggung jawab terhadap pemanaan rotor. Selama pengautan, penambahan tahanan ekternal pada rangkaian rotor belitan menghailkan tori pengautan yang lebih bear dengan aru pengautan yang lebih kecil dibanding dengan rotor angkar. Kontruki motor tiga faa rotor belitan ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Gambar 2.6 Rotor Belitan 2.4. Medan Putar Perputaran motor pada mein aru bolak balik ditimbulkan oleh adanya medan putar ( fluk yang berputar ) yang dihailkan dalam kumparan tatornya. Medan putar ini terjadi apabila kumparan tator dihubungkan dalam faa banyak, umumnya faa 3. Hubungan dapat berupa hubungan bintang atau delta. Mialkan kumparan a a; b b; c c dihubungkan 3 faa, dengan beda faa maing maing ( Gambar 2.7a ) dan dialiri aru inuoid. Ditribui aru i a, i b, i c ebagai fungi waktu adalah eperti Gambar 2.7b. Pada keadaan t 1, t 2, t 3, dan t 4, fluk reultan yang ditimbulkan oleh kumparan terebut maing maing adalah eperti Gambar 2.8 c, d, e, dan f. Pada t 1 fluk reultan mempunyai arah ama dengan arah fluk yang dihailkan oleh kumparan a a; edangkan pada t 2, fluk reultannya mempunyai arah ama dengan arah 13

9 fluk yang dihailakan oleh kumparan c c; dan untuk t 3 fluk reultan mempunyai arah ama dengan fluk yang dihailkan oleh kumparan b b. Untuk t 4, fluk reultannya berlawanan arah dengan fluk reultan yang dihailkan pada aat t 1 keterangan ini akan lebih jela pada analia vektor. Gambar 2.7 (a) Diagram phaor fluki tiga phaa (b) Aru tiga phaa etimbang Gambar 2.8 Medan putar pada motor induki tiga phaa Dari gambar c, d,e, dan f terebut terlihat fluk reultan ini akan berputar atu kali. Oleh karena itu untuk mein dengan jumlah kutub lebih dari dua, kecepatan inkron dapat diturunkan ebagai berikut : n = 120. f p ( rpm )...(2.1) f = frekueni ( Hz ) p = jumlah kutub 14

10 2.4.1 Analii Secara Vektor Analii ecara vektor didapatkan ata daar : 1. Arah fluk yang ditimbulkan oleh aru yang mengalir dalam uatu lingkar euai dengan perputaran ekrup Gambar 2.9. Gambar 2.9 Arah fluk yang ditimbulkan oleh aru yang mengalir dalam uatu lingkar 2. Bearan fluk yang ditimbulkan ini ebanding dengan aru yang mengalir. Notai yang dipakai untuk menyatakan poitif atau negatifnya aru yang mengalir pada kumparan a a, b b, dan c c, adalah harga poitif, apabila tanda ilang (x) terletak pada pangkal konduktor terebut ( titik a, b, c ), edangkan negatif apabila tanda titik (. ) terletak pada pangkal konduktor terebut (Gambar 2.10 ). Maka diagram vektor untuk fluk total pada keadaan t 1, t 2, t 3, t 4, dapat dilihat pada Gambar Pada diagram vector diata dapat dilihat bahwa fluki reultan berjalan berputar. Gambar 2.10 Diagram vektor untuk fluk total pada keadaan t 1, t 2, t 3, t 4 15

11 (berputar). Dari emua diagram vektor di ata dapat pula dilihat bahwa fluk reultan berjalan 2.5. Prinip Kerja Motor Induki Tiga Faa Bila belitan tator motor induki tiga faa dihubungkan pada jala-jala aru putar, dalam bei tator akan timbul medan putar. Dengan adanya medan putar pada tator dan adanya kawat-kawat diekeliling bei rotor, maka gari-gari gaya medan putar itu akan melalui kawat-kawat terebut.ehingga didalamnya timbul gari gaya litrik (ggl). Adanya ggl dalam kawat-kawat menyebabkan adanya aru dalam kawat rotor dan karena kawat-kawat yang dialiri aru itu berada dalam medan putar maka timbul pula kopel yang menyebabkan kawat-kawat itu berputar berama dengan bei rotor. Kawat a dan b adalah ebagian dari kawat-kawat yang ada pada rotor. Untuk mendapatkan arah ggl dalam kawat a dan b digunakan aturan tangan kanan, dengan ketentuan bahwa kawat-kawat itu menurut pandangan berputar ke kiri, edang medan putarnya dianggap diam. Gambar 2.11 Medan putar pada motor Ainkron Dengan ketentuan bahwa arah medan magnit itu dari ata kebawah, maka akan diperoleh bahwa dalam kawat a timbul ggl a yang arahnya kemuka ( tanda titik) dan dalam 16

12 kawat b timbul ggl b yang arahnya kebelakang ( tanda +). Dengan ketentuan-ketentuan ini maka dalam kawat-kawat a dan b akan mengalir aru yang arahnya ditentukan oleh arah ggl terebut. Setelah arah aru dalam kawat-kawat itu diketahui, arah kekuatan kopel K yang bekerja pada kawat-kawat terebut dapat diketahui juga. Seperti di perlihatkan pada gambar ehingga arah bekerjanya kopel dan arah berputarnya rotor dapat ditentukan. Ternyata bahwa arah berputarnya rotor adalah ama dengan arah berputarnya medan putar. Untuk memperjela prinip kerja motor induki tiga faa, maka dapat dijabarkan dalam langkah langkah berikut: 1. Pada keadaan beban nol Ketiga phaa tator yang dihubungkan dengan umber tegangan tiga phaa yang etimbang menghailkan aru pada tiap belitan phaa. 2. Aru pada tiap phaa menghailkan fluki bolak-balik yang berubah-ubah 3. Amplitudo fluki yang dihailkan berubah ecara inuoidal dan arahnya tegak luru terhadap belitan phaa 4. Akibat fluki yang berputar timbul ggl pada tator motor yang bearnya adalah e 1 = d N Φ 1 ( Volt ) dt atau E 1 = 4, 44 fn1φ ( Volt ) 5. Penjumlahan ketiga fluki bolak-balik terebut diebut medan putar yang berputar dengan kecepatan inkron n, bearnya nilai n ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekueni tator f yang dirumukan dengan f n = 120 ( rpm ) p 6. Fluki yang berputar terebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induki (ggl) ebear E 2 yang bearnya E 2, 44 = 4 fn 2Φ m ( Volt ) 17

13 dimana : E 2 N 2 Ф m = Tegangan induki pada rotor aat rotor dalam keadaan diam (Volt) = Jumlah lilitan kumparan rotor = Fluki makimum(wb) 7. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl terebut akan menghailkan aru I 2 8. Adanya aru I 2 di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F pada rotor 9. Bila kopel mula yang dihailkan oleh gaya F cukup bear untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar earah medan putar tator 10. Perputaran rotor akan emakin meningkat hingga mendekati kecepatan inkron. Perbedaan kecepatan medan tator (n ) dan kecepatan rotor (n r ) diebut lip () dan dinyatakan dengan = n n n r 100% 11. Pada aat rotor dalam keadaan berputar, bearnya tegangan yang terinduki pada kumparan rotor akan bervariai tergantung bearnya lip. Tegangan induki ini dinyatakan dengan E 2 yang bearnya E = 4, fn Φ ( Volt ) m dimana E 2 = tegangan induki pada rotor dalam keadaan berputar (Volt) f 2 =.f = frekueni rotor (frekueni tegangan induki pada rotor dalam keadaan berputar) 12. Bila n = n r, tegangan tidak akan terinduki dan aru tidak akan mengalir pada kumparan rotor, karenanya tidak dihailkan kopel. Kopel ditimbulkan jika n r < n 18

14 2.6. Frekueni Rotor Ketika rotor maih dalam keadaan diam, dimana frekueni aru pada rotor ama eperti frekueni maukan ( umber ). Tetapi ketika rotor akan berputar, maka frekueni rotor akan bergantung kepada kecepatan relatif atau bergantung terhadap bearnya lip. Untuk bear lip tertentu, maka frekueni rotor ebear f yaitu, 120 f n n r = P, diketahui bahwa n = 120 f p Dengan membagikan dengan alah atu, maka didapatkan f f = n n n r = Maka f = f ( Hz )...(2.2) Telah diketahui bahwa aru rotor bergantung terhadap frekueni rotor f = f dan ketika aru ini mengalir pada maing maing phaa di belitan rotor, akan memberikan reaki medan magnet. Biaanya medan magnet pada rotor akan menghailkan medan magnet yang berputar yang bearnya bergantung atau relatif terhadap putaran rotor ebear n. Pada keadaan tertentu, aru rotor dan aru tator menghailkan ditribui medan magnet yang inuoidal dimana medan magnet ini memiliki magnetudo yang kontan dan kecepatan medan putar n yang kontan. Kedua Hal ini merupakan medan magnetik yang berputar ecara inkron. kenyataannya tidak eperti ini karena pada tator akan ada aru magnetiai pada kumparannya Rangkaian Ekivalen Motor Induki Untuk mempermudah analii motor induki, digunakan metoda rangkaian ekivalen per faa. Motor induki dapat dianggap ebagai tranformator dengan rangkaian ekunder berputar. Rangkaian ekivalen tatornya dapat digambarkan ebagai berikut : 19

15 R 1 X 1 I 2 I 1 I 0 V 1 Rc Ic X m I m E 1 Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen tator motor induki dimana : I0 = aru ekitai (Amper) V 1 = tegangan terminal tator ( Volt ) E 1 = ggl lawan yang dihailkan oleh fluk celah udara reultan ( Volt ) I 1 = aru tator ( Ampere ) R 1 = tahanan efektif tator ( Ohm ) X 1 = reaktani bocor tator ( Ohm ) Arah poitif dapat dilihat pada rangkaian Gambar Aru tator terbagi ata 2 komponen, yaitu komponen aru beban dan komponen aru penguat I 0. Komponen aru penguat I 0 merupakan aru tator tambahan yang diperlukan untuk menghailkan fluki celah udara reultan, dan merupakan fungi ggm E 1. Komponen aru penguat I 0 terbagi ata komponen rugi rugi inti I C yang efaa dengan E 1 dan komponen magnetiai I M yang tertinggal 90 0 dari E 1. Hubungan antara tegangan yang diindukikan pada rotor ebenarnya ( E rotor ) dan tegangan yang diindukikan pada rotor ekivalen ( E 2S ) adalah : E 2 S N = 1 rotor N 2 E = a atau E 2S = a E rotor ( 2.3 ) 20

16 dimana a adalah jumlah lilitan efektif tiap faa pada lilitan tator yang banyaknya a kali jumlah lilitan rotor. Bila rotor rotor diganti ecara magnetik, lilitan ampere maing maing haru ama, dan hubungan antara aru rotor ebenarnya I rotor dan aru I 2S pada rotor ekivalen adalah : I 2S = I rotor.... ( 2.4 ) a ehingga hubungan antara impedani bocor frekueni lip Z 2S dari rotor ekivalen dan impedani bocor frekueni lip Z rotor dari rotor ebenarnya adalah : E S Z 2S = = I 2 a 2 Erotor = 2S I rotor a 2 Z... ( 2.5 ) rotor Nilai tegangan, aru dan impedani terebut diata didefiniikan ebagai nilai yang refereninya ke tator. Selanjutnya peramaan ( 2.5 ) dapat ditulikan : E I 2S 2S = Z 2 S = R 2 + jx 2...( 2.6 ) dimana : Z 2S = Impedani bocor rotor frekueni lip tiap faa dengan refereni ke tator ( Ohm). R 2 = Tahanan efektif refereni ( Ohm ) X 2 = Reaktani bocor refereni pada frekueni lip X 2 didefiniikan ebagai harga reaktani bocor rotor dengan refereni frekueni tator ( Ohm ). Reaktani yang didapat pada peramaan (2.6) dinyatakan dalam cara yang demikian karena ebanding dengan frekueni rotor dan lip. Jadi X 2 didefiniikan ebagai harga yang akan dimiliki oleh reaktani bocor pada rotor dengan patokan pada frekueni tator. Pada tator ada gelombang fluk yang berputar pada kecepatan inkron. Gelombang fluk ini akan mengimbakan tegangan pada rotor dengan frekueni lip ebear 21 E 2 dan ggl lawan tator E 1. Bila bukan karena efek kecepatan, tegangan rotor akan ama dengan tegangan tator, karena lilitan rotor identik dengan lilitan tator. Karena kecepatan relatif

17 gelombang fluk terhadap rotor adalah kali kecepatan terhadap tator, hubungan antara ggl efektif pada tator dan rotor adalah: E 2 = E (2.7) Gelombang fluk magnetik pada rotor dilawan oleh fluk magnetik yang dihailkan komponen beban I 2 dari aru tator, dan karenanya, untuk harga efektif I 2 = I 2...(2.8) Dengan membagi peramaan (2.5) dengan peramaan (2.8) didapatkan: E I 2S 2S = E (2.9) I 2 Didapat hubungan antara peramaan (2.6) dengan peramaan (2.9) yaitu: E I 2S 2S = E 1 = 2 I 2 R + jx (2.10) Dengan membagi peramaan (2.10) dengan, maka didapat E 1 = I 2 R 2 + jx (2.11) Dari peramaan (2.6), (2.7) dan (2.11) maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen pada rotor ebagai berikut : R 2 X 2 R 2 X 2 I 2 2 E X 2 2 E 1 I R 2 E 1 I 2 1 R ( 2 1) Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen pada rotor motor induki. R 2 R = 2 + R2 - R 2 22

18 R 2 1 = R 2 + R 2( 1)......(2.12) Dari penjelaan mengenai rangkaian ekivalen pada tator dan rotor di ata, maka dapat dibuat rangkaian ekivalen motor induki tiga faa pada maing maing faanya. Perhatikan gambar di bawah ini. R 1 X 1 I 2 X 2 I 1 I Φ I 2 V 1 Rc Ic X m I m E 1 E 2 R 2 Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen motor induki tiga phaa Untuk mempernudah perhitungan maka rangkaian ekivalen pada Gambar 2.14 diata dapat dilihat dari ii tator, rangkaian ekivalen motor induki tiga faa akan dapat digambarkan ebagai berikut. R1 X 1 I 2 X 2 I 0 V 1 I 1 X m R c E 1 R 2 I m I c Gambar 2.15 Rangkaian ekivalen dilihat dari ii tator motor induki Atau eperti gambar berikut : 23

19 R1 X 1 I 2 X 2 R 2 I 0 V 1 I 1 X m R c E 1 R 1 2 ( 1) I m I c Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen dilihat dari ii tator motor induki Dimana: X 2 = a 2 X 2 2 R = a 2 R2 Dalam teori tranformator-tatika, analii rangkaian ekivalen ering diederhanakan dengan mengabaikan eluruh cabang penalaran atau melakukan pendekatan dengan memindahkan langung ke terminal primer. Pendekatan demikian tidak dibenarkan dalam motor induki yang bekerja dalam keadaan normal, karena adanya celah udara yang menjadikan perlunya uatu aru peneralan yang angat bear (30% ampai 40% dari aru beban penuh) dan karena reaktani bocor juga perlu lebih tinggi. Untuk itu dalam rangkaian ekivalen R c dapat dihilangkan (diabaikan). Rangkaian ekivalen menjadi Gambar 2.17 berikut. R1 X 1 I 2 X 2 R 2 I 0 V 1 I 1 X m E 1 R 1 2 ( 1) Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen lain dari motor induki 24

20 2.8. Gejala Peralihan (Tranient) Seiring perkembangan teknologi dalam item tenaga litrik, ukuran tingkat kehandalan dan keamanan uatu item tenaga litrik menjadi faktor tuntutan yang utama. Suatu item tenaga litrik dikatakan memiliki tingkat kehandalan yang tinggi apabila item terebut mampu menyediakan paokan energi litrik yang dibutuhkan oleh konumen ecara kontinyu/teru-meneru dan dengan kualita daya yang baik dari egi regulai tegangan maupun regulai frekueninya. Diamping itu, faktor keamanan terhadap manuia dan peralatan yang terpaang dari kemungkinan gangguan pada item terebut juga menjadi yarat kehandalan uatu item tenaga litrik. Kedua faktor terebut juga berlaku pada ektor indutri yang angat membutuhkan keterediaan tenaga litrik dengan tingkat kehandalan tinggi. Teredianya penyaluran energi litrik yang kontinyu pada uatu kawaan indutri akan menghindarkan peruahaan terebut dari kerugian produki atau lo of production yang ecara finanial akan angat merugikan peruahaan. Teredianya energi litrik yang aman bagi peralatan maupun manuia diekitarnya juga merupakan kebutuhan mutlak. Hal ini dimakudkan untuk menjamin keelamatan manuia yang bekerja diekitarnya maupun untuk menghindarkan dari kerugian finanial untuk mengganti peralatan yang ruak. Pada kenyataannya, banyak permaalahan-permaalahan yang dihadapi oleh uatu item tenaga litrik dalam penyediaan energi litrik ecara kontinue. Hal ini diebabkan karena emakin bear uatu item, maka emakin tinggi pula tingkat komplekita jaringan dan beban yang ada. Sehingga emakin bear pula kemungkinan terjadi gangguan pada item terebut dan emakin bear kerugian yang dapat terjadi. Gejala peralihan (tranient) terdiri dari dua jeni yaitu tranient impul dan tranient oolai. Tranient impul adalah gejala tranient yang mempunyai atu arah polarita, yaitu 25

21 polarita poitif atau polarita negatif. Sedangkan tranient iolai adalah gejala tranient yang mempunyai dua arah polarita, yaitu polarita poitif dan negatif. Sumber utama gejala peralihan (tranient) yang terjadi pada item utilita kelitrikan adalah petir dan penaklaran kapaitor. Tegangan tinggi petir merupakan umber gejala peralihan impul, dimana urja petir hanya mempunyai atu polarita aja edangkan proe membuka dan menutupnya aklar kapaitor daya dapat menghailkan gejala peralihan oilai, karena mempunyai dua polarita, yaitu poitif dan negatif (Roger C. Dugan, 1996). Gambar 2.18 Tranient Impul aru petir Gambar 2.19 Tranient Oilai Aru Switching Kapaitor Daya 26

22 Fenomena variai durai ingkat tegangan ini dapat kita klaifikaikan menjadi 3 jeni antara lain : Intanteneou, Momentary, dan Temporary (tergantung pada durainya). Perubahan tegangan intantaneou atau waktu eketika, terjadi dalam waktu 0,5 ampai 30 cycle, edangkan momentary dalam waktu 30 cyle ampai 3 detik, dan perubahan tegangan tipe temporary terjadi dalam waktu 3 detik ampai 1 menit (Roger C. Dugan, 1996). Berdaarkan nilai perubahan tegangan, gejala variai durai pendek ini dibedakan menjadi 3 jeni yaitu interuption, ag dan well. Gejala perubahan tegangan durai pendek dapat diebabkan oleh gangguan karena uatu proe penyulangan energi litrik terhadap beban yang bear, dimana aat penyulangan terebut diperlukan aru awal yang tinggi, atau lepanya konekita pengkabelan litrik yang kadang-kadang terjadi. Jeni-jeni perubahan tegangan durai pendek (interuption, ag dan well) tergantung dari lokai gangguan dan kondii item.dampak dari perubahan nilai tegangan durai pendek ini ebenarnya adalah kondii pada aat gangguan elama peralatan proteki beroperai untuk menghilangkan gangguan terebut. Interuption ( interupi) adalah gangguan yang terjadi ketika tegangan uplai atau aru beban menurun ampai kurang dari 0,1 pu (per unit) untuk periode waktu tidak lebih dari atu menit. Interupi dapat menjadi akibat dari kealahan item tenaga litrik, kegagalan, dan terjadi kealahan dari fungi kendali (Alexander Kuko dkk, 2000). Interupi diukur dengan lamanya waktu terjadi gangguan, dimana bearnya tegangan yang terjadi pada aat gangguan elalu kurang dari 10 peren dari tegangan nominalnya. Lama terjadinya interupi dikarenakan oleh gangguan pada item utilita dan ditentukan oleh waktu pengopraian dari peralatan proteki. Peralatan proteki (recloer) pada umumnya akan membatai interupi diebabkan oleh gangguan non permanen kurang dari 30 iklu. Lamanya gangguan karena kealahan fungi peralatan atau konekita peralatan yang longgar atau kurang baik dapat terjadi ecara tidak teratur. 27

23 Beberapa interupi dapat didahului oleh terjadinya jatuh tegangan, dimana pada umumnya interupi diebabkan oleh gangguan pada item umber tenaga litrik. Gambar 2.20 menunjukkan interupi eaat dimana jatuh tegangan terjadi ekitar 20 peren elama 3 iklu dan kemudian turun menjadi nol ekitar 1,8 detik ampai recloer menutup kembali. Gambar 2.20 Interupi Seaat Swell adalah uatu peritiwa dimana tegangan mengalami kenaikan antara 1,1 dan 1,8 pu dari tegangan rm atau aru pada frekweni dayanya, dengan lama gangguan 0,5 iklu ke atu menit. Naiknya tegangan pada kondii well biaanya dikaitkan dengan kondii karena gangguan atau kealahan item. Gambar 2.20 Swell karena gangguan atu faa ke tanah 28

24 Salah atu contoh well adalah terjadinya kenaikan tegangan ementara pada aat gangguan atu faa ke tanah. Gambar 2.21 mengilutraikan ebuah gelombang tegangan yang ebabkan oleh gangguan atu faa ke tanah. Lonjakan kenaikan tegangan dapat juga diebabkan oleh adanya pemutuan beban bear atau penyulangan terhadap bank kapaitor. Karakteritik well dapat diketahui dengan melihat bear kenaikan tegangan (nilai rm) dan lamanya peritiwa itu terjadi. Bearnya kenaikan tegangan yang terjadi dipengaruhi oleh letaknya gangguan, bearnya impedani item tenaga erta item pentanahannya. Pada item yang tidak diketanahkan dengan impedani urutan nol yang tak terhingga, maka tegangan faa akan mengalami kenaikan ebear 1.73 pu pada aat terjadi gangguan atu faa ketanah. Untuk gangguan yang terjadi dengan lokai berada dekat gardu induk, maka akan terdapat edikit atau tidak ada kenaikan tegangan pada faa yang tidak ehat, karena trafo daya pada gardu induk biaanya terhubung delta-bintang yang menyediakan impedani urutan nol yang rendah, ebagai aluran untuk aru gangguan ketanah. Voltage rie ( Swell) Biaanya diebabkan oleh Fault (tapi dalam keehariannya fault lebih ering mengakibatkan Sag). Temporary voltage rie (well) akibat witching dari beban bear, atau energize dari capacitor bank yang bear. karakteritik well ditentukan oleh magnitude (RMS Value) dan durainya. Gambar 2.21 Swell akibat witching dari beban bear 29

25 Dari data yang diata kita mengetahui bahwa ada banyak hal yang dapat menyebabkan turunnya tegangan yang dapat mengakibatkan ruaknya peralatan-peralatan litrik. Namun diini kita lebih membaha mengenai terjadinya voltage ag akibat pengautan motor induki erta membadingkan beberapa pengautan motor induki yang lebih baik dalam hal mengatai kedip tegangan aat terjadi pengautan Faktor Penyebab Munculnya Voltage Sag Salah atu gangguan yang ering terjadi pada item tenaga litrik adalah gangguan kedip tegangan. Gangguan ini merupakan gangguan tranien pada item tenaga litrik, yaitu kenaikan atau penurunan tegangan eaat (elama beberapa detik) pada jaringan item. Kedip tegangan dapat diebabkan oleh dua hal, yaitu : 1. Adanya gangguan hubung ingkat pada jaringan tenaga litrik itu endiri. 2. Adanya perubahan beban ecara mendadak (eperti : witching beban dan pengautan motor induki). Adanya kegagalan (fault) dalam item dan penyalaan motor induki berdaya bear Motor induki umumnya mengkonumi 5 ampai 6 kali aru ratingnya pada aat tart dan aru ini akan menurun ecara bertahap eiring dengan pertambahan kecepatan motor ampai pada kecepatan ratingnya. Durai dari ag bergantung pada dinamika motor dan dinamika motor terebut ditentukan oleh parameternya, khuunya ineria motor. Pada kau voltage ag karena penyalaan motor yang bear, ag yang terjadi biaanya tidak terlalu ignifikan tapi berlangung dalam waktu yang relatif lama.secara teoriti diketahui bahwa pada aat ebuah beban yang berupa motor induki terhubung ke jaringan item yang bear, maka motor induki terebut akan menarik aru tart yang angat bear dari jaringan ehingga jumlah total aru yang mengalir akan bertambah yang akan menyebabkan terjadinya drop tegangan yang bertambah pada jaringan item utama. Drop 30

26 tegangan eaat akibat tarikan aru tarting motor ini akan mempengaruhi bear tegangan pada ii beban-beban yang lain yang tentunya akan mengalami penurunan tegangan eaat (voltage dip). Gambar berikut menunjukkan gelombang tegangan aat terjadi voltage ag dengan bear 0,3 pu dan berlangung elama 0,3 detik. Gambar 2.22 Contoh Bentuk Gelombang Saat Terjadi Voltage ag Penurunan tegangan pada item ini akan dapat menyebabkan gangguan pada peralatan lain, terutama peralatan-peralatan yang peka terhadap fluktuai tegangan, eperti komputer atau peralatan emikonduktor lainnya. Selain itu, penurunan tegangan yang terjadi dapat menyebabkan terganggunya kinerja peralatan pengaman jaringan eperti, beroperainya item rele undervoltage yang akan menyebabkan pemutuan uplai tegangan pada jaringan item. Oleh ebab itulah kedip tegangan angat perlu diperhitungkan dalam ebuah perancangan intalai jaringan litrik. Voltage ag atau yang ering juga diebut ebagai voltage dip merupakan uatu fenomena penurunan tegangan rm dari nilai nominalnya yang terjadi dalam waktu yang ingkat, ekitar 10 m ampai beberapa detik. IEC mendefiniikan voltage ag (dip) ebagai penurunan bear tegangan ementara pada titik di bawah nilai threhold-nya. 31

27 IEEE Standard mendefiniikan voltage ag ebagai variai tegangan rm dengan bear antara 10% ampai 90% dari tegangan nominal dan berlangung elama 0,5 iklu ampai atu menit Karakteritik Voltage Sag Karakteritik dari voltage ag dapat dilihat pada Gambar berikut untuk gelombang tegangan yang ideal (inuoidal murni, tanpa harmonik). Gambar 2.23 Karakteritik Voltage Sag Dari gambar, dapat terlihat bahwa ada tiga karakteritik utama voltage ag, yaitu: Bearnya voltage ag (A r A d ) Perubahan faa (phae angle jump) terhadap tegangan refereni Titik pada gelombang dimana ag mulai muncul Voltage ag dicirikan dengan bearnya ag (tegangan aat terjadi fault) dan durainya. Bearnya ag ditentukan oleh jarak terjadinya fault dan durainya bergantung pada waktu penghilangan fault. Sag magnitude, Merupakan tegangan rm total aal fault terjadi, yang dinyatakan dalam peren atau dalam nilai per-unit dari tegangan nominalnya. 32

28 Sag Duration, Durai ag merupakan waktu aat tegangan menjadi rendah, biaanya kurang dari 1 detik. Durai ag bergantung pada peralatan proteki aru lebih dan eberapa lama aru fault diperbolehkan untuk mengalir. Ada banyak jeni peralatan yang digunakan untuk menghilangkan fault dan maing-maing menpunyai waktu abolut minimum untuk menghilangkan fault. Phae angle jump, Fault yang terjadi pada item tenaga litrik tidak hanya menyebabkan turunnya bear tegangan, tapi juga menyebabkan perubahan pada udut faa tegangan. Phae angle jump (yaitu perbedaan udut faa elama terjadi ag dan ebelum terjadi ag) dapat dihitung dari nilai tegangan komplek V ag Perhitungan Kedip Tegangan Dalam perhitungan kedip tegangan, nilai minimum ymmetrical interrupting duty pada titik umber item haru diketahui. Kemudian menghitung impedani aluran item atau reaktani antara titik umber dan motor. Impedani motor dapat dihitung berdaarkan katalog dari pabrik pembuatnya, yang biaanya diberikan nilai untuk tegangan penuh dan aru locked-rotor. Dalam menghitung tegangan motor aat terjadi pengautan digunakan peramaan : VV = ZZeeee tot.vv th...(2.13) (RR M +RR 2 )+jj (XX M +XX 2 ) Dengan: V V th Zek tot R M = Tegangan motor aat pengautan (V) = Tegangan thevenin aat pengautan (V) = impedani motor yang diaut (Ω) = Z m co Ɵ m (Ω) 33

29 X M co Ɵ m = Z m in Ɵ m (Ω) = Faktor daya aru yang ditarik oleh motor yang diaut Untuk tegangan Thevenin Peraamaannya adalah: VVth = VV in 3 jjjjm RR1 + jj(xx1 + XXm) 2 Dengan : V th V in Z m = Tegangan thevenin motor aat pengautan (V) = Tegangan awal aat pengautan (V) = impedani motor yang diaut (Ω) Karena perhitungan drop tegangan aat pengautan motor biaanya ditujukan untuk motor-motor yang memiliki kapaita diata 100 hp, error yang ada pada peramaan yang diederhanakan dapat diabaikan. Perentae drop tegangan aat pengautan dapat diperoleh melalui peramaan : Dengan : V = ZZ mm (ZZ mm + XX ) VV 1 %V = Perentae Tegangan item aat tarting motor %Z m = Perentae impedani motor %X = Perentae reaktan total jaringan antar motor dan titik pada item Untuk peramaan Aru Start dapat kita hitung dengan cara : IItart = VV th (RR e + RR 2 ) 2 + (XX e + XX 2 ) 2 34

30 Bear impedani motor (ohm) adalah : Dengan : ZZ th = RR e + jjjj e = jjjj m (RR 1 + jjjj 1 ) RR 1 + jj(xx 1 + XX m ) Perentae impedani motor dihitung dengan peramaan : % Z m = II LLLL 100 IIFFFF Dengan : I LR = aru locked-rotor (A) I FL = aru beban penuh/full-load (A) 35