SIMULASI PENGARUH TEGANGAN TIDAK SEIMBANG DAN TERDISTORSI HARMONISA TERHADAP TORSI DAN PUTARAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA MENGGUNAKAN MATLAB 7.0.4 OLEH : NAMA : HAOGOARO J WARUWU NIM : 070402072 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
ABSTRAK Motor induksi tiga fasa memilki keluaran berupa torsi untuk menggerakkan beban. Pada kondisi suplai yang normal, motor induksi akan beroperasi sesuai dengan ratingnya, namun pada saat kondisi suplai mengalami gangguan, hal ini mengakibatkan motor induksi tiga fasa beroperasi tidak sesuai dengan ratingnya. Dalam tugas akhir ini dibahas karakteristik torsi dan putaran motor induksi tiga fasa pada saat tegangan yang disuplai ke terminal stator merupakan tegangan tidak seimbang dan terdistorsi harmonisa sehingga akan terlihat perbedaan torsi dan putaran motor induksi tiga fasa pada saat disuplai tegangan seimbang berharmonisa dengan pada saat disuplai tegangan tidak seimbang berharmonisa. Dan juga akan terlihat karakteristik torsi dan putaran pada saat persentase ketidakseimbangan tegangan dan persentase tegangan terdistorsi semakin meningkat. i
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmat diberikan-nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Simulasi Pengaruh Tegangan Tidak Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa Terhadap Torsi dan Putaran Motor Induksi Tiga Fasa Menggunakan Matlab 7.0.4. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan dan mengarahkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Bismar Waruwu dan Tinur Tambunan, atas seluruh perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Sihar P. Panjaitan, MT. selaku Dosen Wali penulis. ii
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim M,si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU dan Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU. 4. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, selaku staf pengajar dan Kepala Laboratorium Distribusi dan Transmisi Departemen Teknik Elektro FT USU. 5. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik. 6. Teman-teman assisten di Laboratorium Distribusi dan Transmisi: Ahmad Suhendra dan Reza Budianto. 7. Teman-teman stambuk 2007: Sandro pakpahan, Setia, Sopian, Lamhot, Josua, Kendri, Hotbe, Kaban, jhon TBS, Rocky, Asyer, Leo, Rhamceis, Janes Satria, Rumonda, Yoakim, Cimet dan teman-teman 2007 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. 8. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima kasih banyak. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Masih banyak terdapat kesalahan dan kekurangan. Untuk itu, penulis akan menerima dengan terbuka segala kritik dan saran yang membangun untuk memperbaiki Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis dan pembaca. Medan, Juli 2011 Penulis, Haogoaro J Waruwu iii
DAFTAR ISI Hal. ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... i ii iv vi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Manfaat Penulisan... 2 1.5 Batasan Masalah... 3 1.6 Metode Penelitian... 3 1.7 Sistematika Penulisan... 3 BAB II MOTOR INDUKSI... 6 2.1 Umum... 6 2.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa... 6 2.3 Medan Putar... 10 2.4 Slip... 12 2.5 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa... 12 2.6 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi TIga fasa... 14 2.6.1 Rangkaian Ekivalen Stator... 15 2.6.2 Rangkaian Ekivalen Rotor... 16 iv
2.6.3 Rangkaian Ekivalen Lengkap... 19 2.7 Analisis Rangkaian Ekivalen... 21 2.8 Penentuan Parameter Rangkaian Ekivalen Motor Induksi... 23 2.9 Aliran Daya dan Efisiensi Motor Induksi... 27 2.9.1 Aliran Daya... 27 2.9.2 Efisiensi... 28 BAB III TEGANGAN TIDAK SEIMBANG DAN HARMONISA... 30 3.1 Umum.... 30 3.2 Komponen Simetris.... 31 3.2.1 Komponen Urutan Positif... 32 3.2.2 Komponen Urutan Negatif... 33 3.2.3 Komponen Urutan Nol... 34 3.3 Defenisi Tegangan Tidak Seimbang... 37 3.4 Deret Fourier... 39 3.5 Jenis Jenis Harmonisa... 41 3.6 Analisis Operasi Motor Induksi Tiga Fasa Disuplai Tegangan Tidak Seimbang... 45 3.7 Analisis Harmonisa Pada Motor Induksi Tiga Fasa... 50 3.7.1 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Oleh Harmonisa Ruang. 50 3.7.2 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Oleh Harmonisa Waktu. 53 3.8 Analisis Operasi Motor Induksi Tiga Fasa Disuplai Tegangan Tidak Seimbang berharmonisa... 55 v
BAB IV SIMULASI PENGARUH TEGANGAN TIDAK SEIMBANG TERDISTORSI HARMONISA TERHADAP TORSI DAN PUTARAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA.... 64 4.1 Umum... 64 4.2 Rangkaian Simulasi... 65 4.3 Spesifikasi Model Rangkaian Simulasi... 67 4.4 Simulasi dan Hasil Simulasi... 70 BAB V PENUTUP... 95 5.1 Kesimpulan... 95 5.2 Saran... 96 DAFTAR PUSTAKA... 97 LAMPIRAN vi
DAFTAR GAMBAR Hal. Gambar 2.1 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa... 7 Gambar 2.2 Komponen Stator Motor Induksi Tiga Fasa... 8 Gambar 2.3 Tipikal Rotor Sangkar dan Motor Induksi Rotor Sangkar... 9 Gambar 2.4 Tipikal Rotor Belitan dan Motor Induksi Rotor Belitan... 9 Gambar 2.5 (a) Kondisi t 0 dan t 4, (b) Kondisi t 1, (c) Kondisi t 2, (d) Kondisi t 3... 11 Gambar 2.6 Rangkaian Ekivalen Stator Per-Fasa Motor Induksi... 16 Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Per-Fasa Rotor Motor Induksi Keadaan Diam... 16 Gambar 2.8 Rangkaian Ekivalen Per-Fasa Rotor Motor Induksi Keadaan Berputar Pada Slip = S... 19 Gambar 2.9 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa... 20 Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Per-Fasa Motor Induksi Dengan Bagian Rangkaian Rotor Dinyatakan Terhadap Sisi Stator (a) Dengan Tahanan Konstan, (b) Dengan Tahanan Variabel... 20 Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Per-Fasa Motor Induksi Tanpa Rugi Inti... 21 Gambar 2.12 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi... 22 Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Beban Nol... 24 Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi rotor Tertahan... 25 Gambar 2.15 Rangkaian Percobaan DC... 26 Gambar 2.16 Aliran Daya Motor Induksi... 28 vii
Gambar 3.1 (a) Gelombang Tegangan Tiga Fasa Seimbang, (b) Gelombang Tegangan Tiga Fasa Tidak Seimbang, (c) Gelombang Tegangan Tiga Fasa Tidak Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa... 31 Gambar 3.2 Fasor Tegangan Urutan Positif... 33 Gambar 3.3 Fasor Tegangan Urutan Negatif... 34 Gambar 3.4 Fasor Tegangan Urutan Nol... 34 Gambar 3.5 (a) Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa Urutan Positif, (b) Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa Urutan Negatif... 46 Gambar 3.6 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Oleh Harmonisa Ruang... 51 Gambar 3.7 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Oleh Harmonisa Waktu... 53 Gambar 3.8 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa Disuplai Tegangan Tidak Seimbang dan Terdistosi Harmonisa (a) Urutan Positif, (b) Urutan Negatif... 59 Gambar 4.1 Rangkaian Simulasi Analisis Pengaruh Tegangan Tidak Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa Terhadap Torsi dan Putaran Motor Induksi Tiga Fasa... 65 Gambar 4.2 Rangkaian Penyearah Pada Subsystem... 66 Gambar 4.3 Grafik arus stator dan rotor Hasil Simulasi Tegangan Seimbang dan tidak Terdistorsi Harmonisa... 71 Gambar 4.4 Grafik torsi Hasil Simulasi Tegangan Seimbang dan tidak Terdistorsi Harmonisa... 72 viii
Gambar 4.5 Grafik putaran Hasil Simulasi Tegangan Seimbang dan tidak Terdistorsi Harmonisa... 73 Gambar 4.6 Grafik arus stator dan rotor Hasil Simulasi Tegangan Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 9%... 74 Gambar 4.7 Grafik torsi Hasil Simulasi Tegangan Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 9%... 75 Gambar 4.8 Grafik putaran Hasil Simulasi Tegangan Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 9%... 76 Gambar 4.9 Grafik arus stator dan rotor Hasil Simulasi Tegangan Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 14,8%... 77 Gambar 4.10 Grafik Torsi Hasil Simulasi Tegangan Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 14,8%... 78 Gambar 4.11 Grafik Putaran Hasil Simulasi Tegangan Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 14,8%... 79 Gambar 4.12 Grafik arus stator dan rotor Hasil Simulasi Tegangan Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 22,4%... 80 Gambar 4.13 Grafik torsi Hasil Simulasi Tegangan Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 22,4%... 81 Gambar 4.14 Grafik putaran Hasil Simulasi Tegangan Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 22,4%... 82 Gambar 4.15 Grafik arus stator dan rotor Hasil Simulasi Tegangan tidak Seimbang 32,8% dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 9%... 83 Gambar 4.16 Grafik Torsi Hasil Simulasi Tegangan tidak Seimbang 32,8% dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 9%... 84 Gambar 4.17 Grafik Putaran Hasil Simulasi Tegangan tidak Seimbang 32,8% dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 9%... 85 ix
Gambar 4.18 Grafik arus stator dan rotor Simulasi Tegangan tidak Seimbang 55,19% dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 9%... 86 Gambar 4.19 Grafik torsi Hasil Simulasi Tegangan tidak Seimbang 55,19% dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 9%... 87 Gambar 4.20 Grafik Putaran Hasil Simulasi Tegangan tidak Seimbang 55,19% dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 9%... 88 Gambar 4.21 Grafik arus stator dan rotor Simulasi Tegangan tidak Seimbang 32,8% dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 22,4%... 89 Gambar 4.22 Grafik torsi Hasil Simulasi Tegangan tidak Seimbang 32,8% dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 22,4%... 90 Gambar 4.23 Grafik Putaran Hasil Simulasi Tegangan tidak Seimbang 32,8% dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 22,4%... 91 Gambar 4.24 Grafik arus stator dan rotor Simulasi Tegangan tidak Seimbang 55,19% dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 22,4%... 92 Gambar 4.25 Grafik torsi Hasil Simulasi Tegangan tidak Seimbang 55,19% dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 22,4%... 93 Gambar 4.26 Grafik Putaran Hasil Simulasi Tegangan tidak Seimbang 55,19% dan Terdistorsi Harmonisa Sebesar 22,4%... 94 x