ANALISIS PENGARUH TEGANGAN INJEKSI TERHADAP KINERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR BELITAN (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

Transkripsi

1 ANALISIS PENGARUH TEGANGAN INJEKSI TERHADAP KINERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR BELITAN (Aplikai pada Laboratorium Konveri Energi Litrik FT-USU) Tondy Zulfadly Ritonga, Syamul Amien Konentrai Teknik Energi Litrik, Departemen Teknik Elektro Fakulta Teknik Univerita Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampu USU Medan INDONESIA Abtrak Motor induki merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan indutri karena kelebihannya dan rancangannya yang ederhana, murah dan mudah didapat. Dalam tulian ini dibaha pengaruh bear tegangan yang diinjekikan ke rotor terhadap kecepatan motor, dari pengajuan yang telah dilakukan diperoleh bahwa makin bear tegangan injeki maka kecepatan motor berkurang tetapi ebaliknya tori akan makin bear. Namun dalam penggunaannya motor induki diperlukan untuk beroperai pada kecepatan yang di inginkan dan lebih baik untuk pengoperaian kinerja motor. Sehingga untuk mengatur kecepatan motor induki rotor belitan dapat dilakukan berbagai cara, alah atunya adalah dengan metode injeki tegangan pada rotor. Dengan mengatur bear tegangan yang diinjekikan pada rotor akan diperoleh pengaturan kecepatan motor. Kata Kunci: Motor induki, tori dan kecepatan 1. Pendahuluan Pada aat ini motor induki adalah motor yang paling banyak digunakan dalam dunia indutri maupun rumah tangga. Motor induki memiliki keuntungan antara lain motor ini memiliki kontruki yang ederhana, relatif murah dan mudah dalam pemeliharaannya dibandingkan dengan motor DC [2,5]. Pada penggunaannya motor induki ataupun rotor belitan ering dibutuhkan untuk beroperai pada tori yang diharapkan. Untuk memperoleh tori dan kecepatan yang diharapkan pada motor induki rotor belitan dapat dilakukan dengan cara, alah atunya adalah dengan metode tegangan injeki pada rotor menggunakan umber tegangan luar. Metode ini memiliki rentang pengaturan yang cukup lebar dan membutuhkan alat yang ederhana [2,5]. Tetapi dalam prakteknya tidaklah ama karena berbagai pengaruh tegangan dalam kinerja motor terebut. Sehingga penulian ini akan mencoba menganalii pengaruh tegangan injeki terhadap kinerja motor induki tiga faa jeni rotor belitan pada aat beroperai. Oleh karena itu perlu dilakukan uatu kajian baik berupa analii maupun penelitian di laboratorium untuk melihat bagaimana pengaruh injeki tegangan terhadap tori terebut [2]. 2. Tegangan Injeki pada Motor Induki Tiga Faa Rotor Belitan Motor ainkron atau motor induki biaanya dikenal ebagai motor induki yang merupakan motor aru bolak-balik yang paling lua penggunaannya. Penamaan ini beraal dari kenyataan bahwa aru rotor pada motor ini bukan diperoleh dari umber tertentu tetapi merupakan aru yang terinduki ebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan putaran medan putar yang dihailkan oleh aru tator. Motor induki terdiri dari dua bagian yaitu tator dan rotor dimana tator dihubungkan ke umber tegangan AC. Rotor tidak dihubungkan ecara litrik ke pencatu daya, tetapi mempunyai aru diindukikan ke dalamnya oleh kerja trafo dari tator. Oleh ebab itu tator kadang-kadang dianggap ebagai primer dan rotor ebagai ekunder motor [3]. Mein induki pada umumnya banyak digunakan karena beberapa hal : 1. Bentuk yang ederhana dan kontrukinya yang kuat. 2. Memiliki efiieni yang tinggi aat keadaan normal, tidak diperlukan ikat maka rugi-rugi geek berkurang erta power faktor yang baik. 3. Dapat ditart pada keadaan diam, tidak diperlukan motor tambahan untuk tart, tidak perlu diinkron, tartnya ederhana. 7 copyright@ DTE FT USU

2 Selain itu motor induki juga memiliki kelemahan, diantaranya : 1. Aru tarting nya cukup tinggi. 2. Kecepatan dapat menurun ejalan dengan kenaikan beban. 3. Pada tori tart memiliki kekurangan. Motor induki adalah motor litrik aru bolak-balik (ac) yang paling banyak dipergunakan, karena kontrukinya yang kuat dan karakteritik kerjanya yang baik. Secara umum motor induki tiga faa memiliki dua komponen daar yaitu tator (komponen yang diam) dan rotor (bagian berputar), bagian tator dipiahkan dengan bagian rotor oleh celah udara yang empit (air gap). Kontruki motor induki dapat diperlihatkan pada Gambar 1 Gambar 1 Kontruki Motor Induki[3] komponen tator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam dan mengalirkan aru faa. Rangka luarnya terbuat dari baja maupun aluminium, edangkan intinya berupa lapian-lapian yang terbuat dari baja ilicon untuk mengurangi rugi-rugi hiterii dan edy current. Sedangkan pada rotor motor induki tiga faa dibedakan menjadi rotor angkar (quirrel cage) rotor dan rotor belitan (wound rotor). Dimana rotor angkar (quirrel cage) terdiri dari inti ilinder yang berlapi-lapi dengan lot (alur) yang parallel ebagai tempat untuk membawa konduktor rotor, edangkan rotor belitan (wound rotor) terdiri dari inti ilinder yang berlapi-lapi, akan tetapi konduktor rotornya berupa gulungan tiga faa yang digulung dengan jumlah kutub yang ama dengan jumlah kutub tator [3,4]. Motor induki adalah peralatan pengubah energi litrik ke bentuk energi mekanik. Perubahan energi ini bergantung pada keberadaan fenomena alami magnetik, medan litrik, gaya mekani dan gerak. Jika pada tator diberikan tegangan tiga faa, maka pada belitan tator akan mengalir aru tiga faa, aru ini menghailkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan inkron (n ). Medan magnet ini memotong belitan rotor ehingga pada belitan rotor akan diindukikan tegangan eperti hanya tegangan yang diindukikan dalam lilitan ekunder tranformator oleh fluki yang dihailkan pada belitan primer. Rangkaian rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui cincin ujung atau tahanan luar. Aru yang mengalir dalam belitan rotor berada dalam medan magnet yang dihailkan tator, ehingga pada belitan rotor akan dihailkan gaya (F). Gaya ini akan menghailkan tori (τ) dan jika tori yang dihailkan lebih bear dari tori beban, maka rotor akan berputar dengan kecepatan n r yang earah dengan medan putar tator [3,4]. Untuk memperjela prinip kerja motor induki tiga faa, maka dapat dijabarkan dalam langkah langkah berikut : [2.6] 1. Pada keadaan beban nol ketiga faa tator yang dihubungkan dengan umber tegangan tiga faa yang eimbang menghailkan aru pada tiap belitan faa. 2. Aru pada tiap faa menghailkan fluki bolak-balik yang berubah-ubah. 3. Amplitudo fluki yang dihailkan berubah ecara inuoidal dan arahnya tegak luru terhadap belitan faa. 4. Akibat fluki yang berputar timbul GGL pada tator motor yang bearnya adalah : = (1) atau = 4,44 (2) 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 (3) 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 : = 4,44 (4) 8 copyright@ DTE FT USU

3 dimana : = Tegangan induki pada rotor aat rotor dalam keadaan diam (Volt) = Jumlah lilitan kumparan rotor = Fluki makimum (Wb) n = Medan putar tator (rpm) 7. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka GGL terebut akan menghailkan aru I 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 nr 100% (5) n 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 = 4,44f (volt) (6) 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 Untuk mempermudah analii motor induki, digunakan metoda rangkaian ekivalen per faa. Motor induki dapat dianggap ebagai tranformator dengan rangkaian ekunder berputar. Rangkain ekivalen dapat diperhatikan pada Gambar 2 Gambar 2 Rangkaian ekivalen motor induki tiga faa [3,5]. Tori motor adalah kekuatan yang menghailkan rotai. Tori terdiri dari gaya yang bekerja pada jarak. Tori, eperti bekerja, di ukur adalah pound-feet (lb-ft). Namun, tori tidak eperti tempat bekerja, mungkin ada mekipun gerakan tidak terjadi, atau dapat juga dirumukan dengan : = (7) Dari Peramaan 7 dapat dilihat bahwa tori motor yang dihailkan tergantung pada bearnya aru dan tegangan injeki yang di upply di rotor [3,6]. Diagam aliran daya motor induki tiga faa dapat dilihat dari Gambar 3 Gambar 3 Diagram aliran daya motor induki [6] Dimana: P t = rugi-rugi tembaga pada belitan tator (Watt) P i = rugi-rugi inti pada tator (Watt) P cu = daya yang tranfer melalui celah udara (Watt) P tr = rugi-rugi tembaga pada belitan rotor P mek = daya mekanik keluaran (output) (Wattt) P a&g = rugi-rugi geek dan angin (Watt) = tray loe (Watt) P b Jika motor memiliki lip ring, maka kita dapat mengake rangkaian rotor, dimana kita 9 copyright@ DTE FT USU

4 dapat menambah tahanan luar atau umber tegangan luar. Dalam pengaturan motor induki pengguanaan tegangan luar lebih efektif dibanding dengan tahanan luar. Untuk rangkaian ekivalen motor induki tegagan injeki dapat kita anggap pada Gambar 4. Abaikan cabang rangkaian magnetiai dan konentrai pada impedani belitan. Pada rangkaian ini terminal lipring tidak di hubung ingkat melainkan dihubungkan dengan umber tegangan luar V i. Magnitudo tegangan adalah variabel. Rangkaian ekivalen dapat diperhatikan pada Gambar 4 [1,5]. (a) R 2 V i f r = f = = 1 dan f r = f (8) Seperti ditunjukkan pada Gambar 4(a) kita dapat memodifikai rangkaian ekivalen pada rotor menjadi eperti Gambar 4(b) dengan membagi tegangan dan impedani dengan lip. Bentuk baru motor induki ini menjaga agar aru rotor tidak berubah-ubah. Rangkaia ini menjadi lebih euai ebagai repreentai dari motor induki. Rangkaian ekivalen pada Gambar 4(b) adalah modifikai dari Gambar 4(c). Semua variabel dan parameter adalah dilihat dari ii tator menggunakan raio perbandingan belitan N 1/N 2 diaumikan bahwa motor terhubug Y, V dan V i adalah teganagan faa ke netral. Aru motor I 2 adalah : = (9) Untuk nilai tegangan yang diinjekikan dimana < <, maka karakteritik tori kecepatannya dapat di lihat pada Gambar 5. R' 2 R1 (b) V i (c) Gambar 4 Rangkaian ekivalen motor induki dimana lipring dihubungkan dengan V i (tegangan injeki) (a) Rangkaian ekivalen normal. (b) Modifikai dengan membagi tegangan dan impedani dengan lip. (c) Rangkaian ekivalen dilihat dari ii tator [1,5]. Frekueni dari E 2 adalah ama dengan frekueni tegangan umber V. Sedangkan frekueni f r tergantung pada kecepatan motor n dan frekueni tator f. Gambar 5 Karakteritik tori kecepatan dengan injeki tegangan pada rotor [1]. Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa tegangan yang diinjekikan cenderung mengurangi tori makimum dari motor induki dan mengurangi kecepatan pada tori makimum. Keuntungan metode ini adalah berkurangnya aru tart dan juga rugi inti karena aru tart dan rugi inti adalah berbanding luru dengan kuadrat tegangan terminal. Tetapi haru diingat bahwa tegangan terminal tidak boleh melebihi nilai ratingnya karena akan meruak iolai belitannya. Sehingga cenderung mengurangi kecepatan pada 10 copyright@ DTE FT USU

5 motor induki. Dari tulian ini ditunjukkan bahwa kita dapat memperoleh rentang pengaturan yang cukup lebar melalui metode ini [1]. 3. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan pada jam ampai dengan pada tanggal 22 April 2014 di Laboratorium Konveri Energi Litrik FT-USU. Objek penelitian ini adalah melakukan pengukuran terhadap motor induki dengan menginjekikan tegangan pada rotor. Untuk menganalii hubungan antara nilai tegangan injeki terhadap tori dan kecepatan pada motor induki, maka dilakukan pengujian dengan menaikkan tegangan injeki yang diberikan ke rotor motor melalui autotrafo pada kondii berbeban. Pada penelitian ini, pengujian dilakukan dengan embilan nilai penaikan tegangan injeki, yaitu nilai tegangan nominalnya 300 volt dan tegangan injekinya 0, 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28 dan 32 volt. Berdaarkan tujuan dari penelitian ini maka dilakukan langkah-langkah ebagai berikut: a. Pengumpulan data yaitu dengan metode dokumentai dan obervai. b. Memperiapkan alat dan bahan untuk penelitian. c. Mengkondiikan objek penelitian ini dengan mematikan bahwa motor induki dapat beroperai dengan pengaturan tegangan terminal motor. d. Mengkondiikan alat ukur agar memiliki validita yang baik yang haru dietting dengan benar. e. Tahap pengambilan data yang meliputi aru dan putaran terhadap tegangan. f. Tahap analii data dengan menggunakan analii matemati untuk memecahkan maalah dan memperoleh keimpulan dalam penelitian. Analii ini adalah mengadakan perhitungan-perhitungan berdaarkan peramaan yang berlaku didalam perhitungan tori dengan menggunakan peramaan ebagai berikut : Tori = (10) 1. Satu unit Motor induki 3 faa (berfungi ebagai motor) Tipe : Rotor Belitan Speifikai : - AEG Type C AM 112 MU 4 R1 - Δ / Y 220/ 380 V ; 10,7 / 6,2 A - 2,2 Kw, co φ 0, rpm, 50 Hz - Kela iolai : B 2. Empat unit LCR multimeter TES Satu unit wattmeter 3 faa Yokogawa Electric Work Ltd. 4. Satu unit PT AC. 5. Satu unit PT DC. 6. Kabel ecukupnya. Adapun rangkaian percobaan untuk pengujian pengaruh jatuh tegangan terhadap tori dan kecepatan pada motor induki dapat dilihat pada Gambar 6. Gambar 6 Rangakain Percobaan injeki tegangan 4. Hail dan Analii Pengukuran Pengaruh injeki tegangan motor induki yang dilakukan dalam percobaan ini adalah ebagai imulai penambahan tegangan pada indutri yang banyak menggunakan motor induki tiga faa ebagai alat penunjang proe produki. Adapun cara penambahan tegangan pada motor induki tiga faa alah atunya adalah metode injeki teganagan pada rotor, untuk itu penuli melakukan pengujian injeki tegangan terhadap Tori dan Kecepatan motor induki tiga faa pada dunia indutri. Dari hail pengujian injeki tegangan motor induki tiga faa rotor belitan pada pada kondii berbeban di dapat eperti Tabel 1. Adapun peralatan yang digunakan pada pengujian ini adalah ebagai berikut : 11 copyright@ DTE FT USU

6 Tabel 1. Data hail pengujian injeki tegangan motor induki tiga faa rotor belitan pada kondii berbeban. V = 300 volt R L = 100 Ohm dengan penaikan nilai tegangan injeki (V i) pada motor AC. Hubungan antara tegangan injeki dengan putaran dan tegangan injeki dengan tori dapat dilihat pada Gambar 7 dan 8 Dari Tabel 1 terlihat kecepatan tertinggi diperoleh pada aat tegangan injeki 0 volt yaitu 1430 rpm dan putaran terendah diperoleh pada aat tegangan injeki 32 volt yaitu 1404 rpm. Gambar 7 Grafik tegangan injeki v kecepatan motor induki. Berdaarkan data data yang diperoleh pada Tabel 1 maka dilakukan perhitungan untuk mendapatkan tori pada etiap tahap penaikan nilai tegangan injeki. Tori dapat dihitung dengan menggunakan peramaan berikut : Tori = (11) Setelah dilakukan perhitungan, maka diperoleh tori motor dalam keadaan berbeban yang ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2. Hail analii data injeki tegangan pada motor induki yang berbeban. Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa penaikan tori dan penurunan kecepatan akan ebanding Gambar 8 Grafik tegangan injeki v tori motor induki. 5. Keimpulan Berdaarkan hail pengujian dan analii perhitungan yang dilakukan, maka dapat diimpulkan ebagai berikut : 1. Pada aat motor dibebani dengan beban yang kontan dan di berikan tegangan injeki terjadi penurunan kecepatan, tori yang dihailkan motor emakin bear, karena tori adalah tenaga atau gaya yang dihailkan oleh uatu motor yang digunakan untuk memikul beban, emakin bear torinya emakin berat mein itu bekerja dengan beban yang kontan. 2. Pada hail pengujian didapatkan bahwa ketika dibebanin dengan beban kontan putaran turun edikit aja, tetapi aru emakin naik. 12 copyright@ DTE FT USU

7 6. Refereni [1]. Panjaitan, Augu Penniel Pengaturan Kecepatan Motor Induki Tiga Faa Rotor Belitan Dengan Injeki Tegangan Pada Rotor. Medan : Repoitory USU. [2]. Saputra, M. Arfan Analii Pengaruh Jatuh Tegangan Terhadap Kinerja Motor Induki Tiga Fa Rotor Belitan.Medan : Repoitory USU. [3]. Sumanto Mein Aru Searah. Yogyakarta: Andi Offet. [4]. Rijono,Yon Daar Teknik Tenaga Litrik. Yogyakarta: Andi. [5]. Wijaya, Mochtar Daar-Daar Mein Litrik. Jakarta : Djambatan. [6]. Zuhal. Daar Teknik Tenaga Litik dan Elektronika Daya, Penerbit Gramedia putaka Utama, Jakarta, copyright@ DTE FT USU