TUGAS AKHIR ANALISIS KEDIP TEGANGAN (VOLTAGE SAG) AKIBAT PENGASUTAN MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN PROGRAM MATLAB (Aplikasi pada Bengkel Listrik Balai Besar Latihan Kerja (BBLKI) Medan) Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro O l e h SORGANDA SIMBOLON NIM : 090422037 D E P A R T E M E N T E K N I K E L E K T R O F A K U L T A S T E K N I K U N I V E R S I T AS S U M A T E R A U T A R A M E D A N 2014
ABSTRAK Kedip tegangan adalah keadaan transient dari suatu tegangan sistem selama interval waktu tertentu yang diakibatkan oleh gangguan sistem karena pengasutan motor berkapasitas besar dan hubung singkat. Saat pengasutan motor listrik arus startingnya dapat mencapai 5-10 kali nilai nominalnya sehingga terjadi kedip tegangan. Kedip tegangan pada motor induksi rotor sangkar 5 hp, 220 V, 1440 rpm untuk percobaan dengan metode pengasutan Direct On Line (DOL) tegangan berkedip hingga 46,159% degan arus start sebesar 16,879 A, enam kali lebih besar dari arus normal yang besarnya 2,678 A. Untuk pengasutan StarDelta tegangan berkedip hingga 46,15% degan arus start sebesar 9,745 A,enam kali lebih besar dari arus normal yang besarnya 1,5447 A. Untuk pengasutan Autotrafo dengan tap 60% arus start sebesar 10 ampere, 70% arus start sebesar 11 ampere dan 80 % arus start sebesar 13 ampere, enam kali lebih besar dari arus normal dengan tegangan berkedip hingga 46,15%. Kata Kunci: Motor Induksi,Kedip Tegangan, DOL, Star Delta, Autotrafo ii i
KATA PENGANTAR Pujian dan syukur penulis panjatkan terhadap Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia kasihnya yang meyertai penulis setiap saat selama perkuliahan, dalam pelaksanaan penelitian tugas akhir ini, dan saat penyusunan laporan tugas akhir. Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan kurikulum sarjana strata-1 (S-1) di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah ANALISIS KEDIP TEGANGAN (VOLTAGE SAG) AKIBAT PENGASUTAN MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN PROGRAM MATLAB (Aplikasi pada Bengkel Listrik Balai Besar Latihan Kerja (BBLKI) Medan) Penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar besarnya kepada orang tua saya, R.Simbolon dan M. br Sinaga yang telah membesarkan, mendidik dan terus membimbing serta mendoakan penulis. Juga rasa sayang kepada saudara saudara saya Bill Rufus Simbolon dan Hadi Aprinata Simbolon yang selalu menyertai dan membantu penulis dari kecil sampai akhirnya penulis mengerjakan tugas akhir ini. Dalam kesempatan ini, penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Bapak Ir.Eddy Warman, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. ii iii
2. Bapak Ir. Panusur SML Tobing, selaku Dosen Wali penulis yang telah banyak membantu dan memberikan bimbingan semasa perkuliahan. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim M.Si. selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU dan Bapak Rahmat Fauzi, MT selaku Sekretaris Departemen 4. Seluruh Staf Pengajar dan karyawan di Departemen Teknik Elektro USU atas ilmu, bimbingan dan bantuannya hingga penulis selesai menyusun tugas akhir ini. 5. Rekan-rekan mahasiswa Elektro Ekstensi 09 Kepin, Kharisto, Donal, Alpat, Joker, Jupiter, Juri, Vitra, Ujang, Eber, Buncit beserta semua pihak yang turut serta membantu dan kepada yang lainnya yang tidak dapat saya sebutkan satu-persatu. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini belum sempurna, baik dari segi materi maupun penyajiannya. Untuk itu saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan dalam penyempurnaan tugas akhir ini. Terakhir penulis berharap, semoga tugas akhir ini dapat memberikan hal yang bermanfaat dan menambah wawasan bagi pembaca. Medan, Maret 2013 Penulis, Sorganda Simbolon NIM. 090422037 iii iv
DAFTAR ISI ABSTRAK...i KATA PENGANTAR...ii DAFTAR ISI...iv DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR LAMPIRAN...xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan dan manfaat Penulisan... 3 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Metode Penulisan... 4 1.5 Sistematika Penulisan... 4 BAB II MOTOR INDUKSI TIGA PHASA... 6 2.1 Umum... 6 2.2 Konstruksi Motor Induksi... 8 2.3 Jenis Motor Induksi Tiga Fasa... 10 2.3.1 Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai... 11 2.3.2 Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan... 12 2.4 Medan Putar... 13 2.4.1 Analisa Medan Putar Secara vektor... 15 2.5 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa... 16 2.6 Frekuensi Rotor... 19 iv v
2.7 Rangkaian Ekivalen... 19 2.8 Gejala Peralihan (Transient)... 25 2.8.1 Faktor Penyebab Munculnya Voltage Sag.... 30 2.8.2 Karakteristik Voltage Sag....32 2.8.3 Perhitungan Kedip Tegangan.... 33 BAB III BAHAN DAN METODE PENELITIAN... 36 3.1 Bahan, Peralatan dan Metode Penelitian... 36 3.1.1 Perancangan Sistem Pengasutan Metode Direct on Line.... 37 3.1.2 Perancangan Sistem Pengasutan Metode Autotransformer.. 40 3.1.3 Perancangan Sistem Pengasutan Metode Star-Delta.... 43 3.2 Pelaksanaan Penelitian... 46 3.3 Variabel yang Diamati.... 47 3.4 Teknik Pengukuran.... 48 3.4.1 Matriks Laboratory.... 48 3.5 Diagram Alir Pembuatan Tugas Akhir..... 52 BAB IV ANALISA KEDIP TEGANGAN PADA PENGASUTAN MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN PROGRAM MATLAB... 53 4.1 Umum... 53 4.2 Pengambilan Data dan Analisa Starting Dengan Menggunakan Metode Pengasutan yang Berlainan... 54 4.2.1 Analisa Kedip Tegangan Dengan Metode Direct On Line (DOL)...... 54 4.2.2 Analisa Kedip Tegangan Dengan Metode StarDelta...... 59 4.2.3 Analisa Kedip Tegangan Dengan Metode AutoTrafo...... 65 vi v
BAB V PENUTUP... 84 5.1 Kesimpulan... 84 5.2 Saran... 84 DAFTAR PUSTAKA... 85 LAMPIRAN... 86 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Penampang motor induksi tiga fasa rotor sangkar... 8 Gambar 2.2 Konstruksi motor induksi... 9 Gambar 2.2 (a) Rotor... 9 Gambar 2.2 (b) Stator... 9 Gambar 2.3 Menggambarkan komponen stator motor induksi tiga phasa... 10 Gambar 2.3 (a) Lempengan inti... 10 Gambar 2.3 (b) Tumpukan inti dengan kertas isolasi pada beberapa alurnya... 10 Gambar 2.3 (c) Tumpukan inti dan kumparan dalam cangkang stator... 10 Gambar 2.4 Rotor Sangkar... 11 Gambar 2.4 (a) Tipikal rotor sangkar... 11 Gambar 2.4 (b) Bagian-bagian rotor sangkar... 12 Gambar 2.5 Cincin Slip... 12 Gambar 2.6 Rotor Belitan... 13 Gambar 2.7 (a) Diagram phasor fluksi tiga phasa... 14 Gambar 2.7 (b) Arus tiga phasa setimbang... 14 Gambar 2.8 Medan putar pada motor induksi tiga phasa.... 14 Gambar 2.9 Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir dalam suatu lingkar... 15 vii
Gambar 2.10 Diagram vektor untuk fluks total pada keadaan t1, t2, t3, t4... 15 Gambar 2.11 Medan putar pada motor Asinkron... 16 Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen stator motor induksi... 20 Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen pada rotor motor induksi... 22 Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen motor induksi tiga phasa... 23 Gambar 2.15 Rangkaian ekivalen dilihat dari sisi stator motor induksi... 23 Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen dilihat dari sisi stator motor induksi... 24 Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen lain dari motor induksi... 24 Gambar 2.18 Transient impuls arus petir... 26 Gambar 2.19 Transient isolasi arus switching kapasitor daya... 26 Gambar 2.20 Interupsi sesaat... 28 Gambar 2.21 Swells karena gangguan satu fasa ke tanah... 28 Gambar 2.22 Swells akibat switching dari beban besar... 29 Gambar 2.23 Contoh bentuk gelombang saat terjadi voltage sag... 31 Gambar 2.24 Karakteristik voltage sag... 32 Gambar 3.1 Starting motor induksi dengan metoda direct on line... 38 Gambar 3.2 Karakteristik pengasutan motor induksi dengan metode direct on line... 39 Gambar 3.3 Starting motor induksi dengan metoda Autotransformer... 42 Gambar 3.4 Rangkaian StarDelta... 44 Gambar 3.5 Pengasutan Motor Induksi dengan metoda StarDelta serta Karakteristiknya... 44 Gambar 3.6 Peralihan Star ke Delta... 46 Gambar 3.7 Diagram alir tugas akhir... 52 viii
Gambar 4.1 Diagram rangkaian Pengasutan Motor Induksi Metode DOL... 54 Gambar 4.2 Diagram rangkaian Pengasutan Motor Induksi Metode StarDelta... 59 Gambar 4.3 Cara kerja timer pada pengasutan StarDelta... 60 Gambar 4.4 Rangkaian Pengasutan Menggunakan Autotrafo... 65 Gambar 4.5 Kedip tegangan pengasutan motor induksi metode DOL... 75 Gambar 4.6 Lonjakan arus saat pengasutan motor induksi metode DOL... 76 Gambar 4.7 Gelombang Kedip tegangan dan Lonjakan arus saat pegasutan Metode DOL... 76 Gambar 4.8 Kedip tegangan pengasutan motor induksi metode StarDelta... 77 Gambar 4.9 Lonjakan arus saat pengasutan motor induksi metode StarDelta....77 Gambar 4.10 Gelombang Kedip tegangan dan Lonjakan arus saat pegasutan Metode StarDelta... 78 Gambar 4.11 Kedip tegangan pengasutan motor induksi metode Autotrafo tap 60%... 79 Gambar 4.12 Lonjakan arus saat pengasutan motor induksi metode Autotrafo tap 60%... 79 Gambar 4.13 Gelombang Kedip tegangan dan Lonjakan arus saat pegasutan Metode Autotrafo tap 60%... 80 Gambar 4.14 Kedip tegangan pengasutan motor induksi metode Autotrafo tap 70%... 80 Gambar 4.15 Lonjakan arus saat pengasutan motor induksi metode Autotrafo tap 70%... 81 ix xi
Gambar 4.16 Gelombang Kedip tegangan dan Lonjakan arus saat pegasutan Metode Autotrafo tap 70%... 81 Gambar 4.17 Kedip tegangan pengasutan motor induksi metode Autotrafo tap 80%... 82 Gambar 4.18 Lonjakan arus saat pengasutan motor induksi metode Autotrafo tap 80%... 83 Gambar 4.19 Gelombang Kedip tegangan dan Lonjakan arus saat pegasutan Metode Autotrafo tap 70%... 83 x xii
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Data star delta... 43 Tabel 4.1 Data Motor Induksi yang digunakan di BBBLKI Medan... 53 Tabel 4.2 Data Hasil Percobaan Pengasutan Direct On Line (DOL)... 55 Tabel 4.3 Data Hasil Percobaan Pengasutan Star Delta... 61 Tabel 4.4 Data Hasil Percobaan Pengasutan Menggunakan Autotrafo... 66 xi i
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Percobaan Mendapatkan Parameter Motor Induksi... 86 Lampiran 2 Gambar Peralatan saat dilakukan Pengasutan... 95 Lampiran 3 Kondisi Keadaan Pengasutan Motor Induksi... 98 Lampiran 4 Bahasa Program Matlab... 99 xii