Bahan Seminar Tugas Akhir STUDI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH DENGAN MENGGUNAKAN SILICON CONTROLLED RECTIFIER PADA SECTIONAL DC DRIVES PULP MACHINE (Aplikasi pada PT Toba Pulp Lestari, Tbk.) Oleh: IMMANUEL SIHOMBING NIM : 040402082 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008
ABSTRAK Motor arus searah merupakan motor yang paling banyak digunakan dalam aplikasi mesin listrik yang membutuhkan pengaturan kecepatan dan pengontrolan torsi dengan kehandalan yang tinggi. Hal ini dikarenakan fluks dan torsi motor arus searah lebih mudah diatur, yaitu dengan mengubah arus jangkarnya. Di samping itu, pengontrolan motor dc lebih sederhana dan lebih mudah (tanpa membutuhkan peralatan elektronika yang kompleks). Seiring dengan kemajuan teknologi di bidang elektronika daya begitu pesatnya, pengaturan motor yang sebelumnya sering dilakukan dengan cara konvensional, sekarang telah banyak beralih menggunakan komponen elektronika daya. Motor arus searah merupakan salah satu jenis motor yang sering digunakan, hal ini disebabkan karena banyaknya metode pengaturan yang dapat digunakan untuk mengatur kecepatannya. Maka, dalam aplikasi ini kecepatan motor arus searah dapat dikontrol oleh dc drives dengan pengaturan tegangan jangkar motor yang menggunakan komponen elektronika daya yaitu Silicon Controlled Rectifier (SCR). i
KATA PENGANTAR Segala pujian, hormat dan syukur hanyalah bagi-nya Tuhan Yesus Kristus yang telah memampukan penulis menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini. Ada begitu banyak hal yang tidak dapat mengerti oleh penulis sejak penulisan Tugas Akhir ini, namun Dia yang adalah sumber hikmat dan pengetahuan menyingkapkan segala ketidakmengertian yang saya alami sehingga saya dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini dengan baik. Penulisan Tugas Akhir ini bertujuan memenuhi syarat kurikulum Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dalam menyelesaikan program studi Strata Satu (S-1). Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: Studi Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Dengan Menggunakan Silicon Controlled Rectifier Pada Sectional DC Drives Pulp Machine (Aplikasi Pada PT Toba Pulp Lestari, Tbk.) Selama penulisan Tugas Akhir ini, penulis mendapatkan banyak bimbingan, kritikan, motivasi, dan bantuan baik secara moril dan materi dari berbagai pihak sehingga dengan rasa syukur dan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Mama saya tercinta, A. br. Munthe, Am.Keb., kakak dan adik-adik saya yang tercinta Seprina Sihombing, S.Si, Maylando Sihombing, Rosnella Sihombing atas segala dukungan, dana, motivasi dan terlebih doa-doanya. 2. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnaen selaku dosen pembimbing penulis yang banyak membantu menyelesaikan Tugas Akhir ini. ii
3. Bapak Ir. M. Zulfin, MT, selaku dosen wali penulis yang telah membantu penulis dari awal perkuliahan hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 5. Bapak Ir. Rahmat Fauzi, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 6. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 7. Bang Elis Silalahi, ST yang telah banyak membantu penulis dalam penelitian di PT. Toba Pulp Lestari, Tbk. baik dalam dana, daya, motivasi dan doa. 8. Bapak Ir. Lie Liang San, Ir. Rencana M. Sembiring selaku manajemen di Divisi Elektronik PT. Toba Pulp Lestari, Tbk. 9. Keluarga besar Laboratorium Sistem Tenaga, Bapak Ir. R.Sugiharto Yusuf selaku kepala Laboratorium, Bapak Bantu selaku pegawai laboratorium, Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, rekan-rekan asisten, Ronald Sibuea, Khoirul Irpan, dan Dedi Mahendra. 10. Seluruh teman-teman se-perjuangan stambuk 2004, Jeremia, Juan Rio, Sutrisno, Rudi Masrul, Roy Alfred, Chandra, Juan Khan, Dodi Barus, Bangun Pangaribuan, Irwanto, Ojak dan semua teman-teman yang tidak dapat saya sebutkan, Bersemangatlah!!! Give the best!!!! 11. Teman-teman KTB Jehova Rohi (Herberd, ST., Alexander, M. Jekson) dan adik-adik KK Salvation (Bonar, Folda, Frans, Ivan, Okta, Ronald) atas segala dukungan dan doa-doanya. 12. Seluruh teman-teman se-pelayanan di UKM KMK USU UP FT. iii
13. Teman-teman penulis, penghuni Jl. Harmonika 27 (Darwin, David, Parlot, Anto, Guido, dll), Grace, Juana, Caroline, Widya, ST., Jepri, Saor, Robert Siahaan, Sondang Gendut dan teman-teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dan menambah pengetahuan bagi kita semua. Terimakasih. Medan, November 2008 Penulis Immanuel Sihombing iv
DAFTAR ISI Abstrak... Kata Pengantar... Daftar Isi... Daftar Gambar... i ii v viii BAB I : PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang... 1 I.2. Tujuan Penulisan... 3 I.3. Manfaat Penulisan... 3 I.4. Batasan Masalah... 3 I.5. Metodologi Penulisan... 4 I.6. Sistematika Penulisan... 4 BAB II : MOTOR ARUS SEARAH II.1. Umum... 6 II.2. Konstruksi Motor Arus Searah... 6 II.3. Rangkaian Ekivalen Motor Arus Searah... 11 II.4. Prinsip Kerja Motor Arus Searah... 13 II.5. GGL Lawan dan Torsi Induksi... 21 II.6. Jenis - Jenis Motor Arus Searah... 23 II.7. Reaksi Jangkar... 28 II.8. Aliran Daya dan Rugi-Rugi Daya... 31 v
BAB III : PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH DENGAN MENGGUNAKAN SILICON CONTROLLED RECTIFIER III.1. Umum... 33 III.2. Karakteristik dan Prinsip Kerja SCR... 35 III.3. Penyearah Terkendali... 38 III.3.1. Konverter Penuh Tiga Phasa... 39 III.3.2. Konverter Penuh Tiga Phasa Dengan Beban RL... 42 III.4. Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah dengan Menggunakan Silicon Controlled Rectifier (SCR)... 43 BAB IV : PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH DENGAN MENGGUNAKAN SILICON CONTROLLED RECTIFIER PADA SECTIONAL DC DRIVES PULP MACHINE IV.1. Umum... 57 IV.2. Sectional Pulp Machine Dc Drives... 58 IV.2.1 Diagram Blok Dc Drive... 60 IV.2.2 Kontrol Closed-Loop Dc Drives Pulp Machine... 61 IV.2.3. Rangkaian Kontrol Sectional Pulp Machine... 66 IV.3. Data Motor dan Dc Drives Pulp Machine... 68 IV.4. Analisa Data... 68 vi
BAB V : KESIMPULAN V.1. Kesimpulan... 71 V.1. Saran... 71 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konstruksi bagian stator motor arus searah... 6 Gambar 2.2 Konstruksi bagian rotor motor arus searah... 7 Gambar 2.3 Konstruksi motor arus searah... 7 Gambar 2.4 Kutub medan... 8 Gambar 2.5 Jangkar... 9 Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen motor arus searah... 11 Gambar 2.7 Pengaruh penempatan konduktor berarus dalam... 13 Gambar 2.8 Prinsip perputaran motor arus searah... 15 Gambar 2.9 Gelombang tegangan pada ujung konduktor jangkar... 21 Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas... 24 Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri... 25 Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt... 25 Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek... 26 Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang... 27 Gambar 2.15 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan... 28 Gambar 2.16 Fluksi yang dihasilkan kumparan jangkar... 29 Gambar 2.17 Pembelokan fluksi karena interaksi fluksi medan dan fluksi jangkar... 30 Gambar 2.18 Aliran daya motor arus searah penguatan shunt... 32 Gambar 3.1 Jenis-jenis penggerak motor listrik...... 33 viii
Gambar 3.2 Simbol SCR dan tiga pn-junction...... 36 Gambar 3.3 Rangkaian SCR dan karakteristik v-i... 37 Gambar 3.4 Konverter penuh tiga phasa... 40 Gambar 3.5 Konverter thyristor enam-pulsa tiga phasa... 44 Gambar 3.6 Konverter thyristor enam-pulsa tiga phasa dengan mode inverter dengan beban aktif... 48 Gambar 3.7 Rangkaian ekivalen konverter thyristor enam-pulsa tiga phasa mode inverter... 49 Gambar 3.8 Diagram blok kontrol... 50 Gambar 3.9 Konverter thyristor enam-pulsa tiga phasa kontrol motor... 51 Gambar 4.1 Sistem kontrol dc drives pada motor... 58 Gambar 4.2 Diagram blok dc drive... 60 Gambar 4.3 Encoder... 63 Gambar 4.4 Sensing arus saluran bolak-balik... 64 Gambar 4.5 Press Section Pulp Machine Dc Drives... 66 Gambar 4.6 Dryer and Cutter Pulp Machine Dc Drives... 66 Gambar 4.7 Pulp Machine s Dc Drives Controller... 67 ix