TUGAS AKHIR PENGGUNAAN INVERTER UNTUK PENGATURAN PUTARAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR SANGKAR (Aplikasi Pada Pompa Air Boiler PT. Socfin Indonsia Kec. Dolok Masihul, Kab. Deli Serdang Sumatera Utara) Diajukan untuk memenuhi syarat dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Oleh MICHAEL SIBARANI 120402093 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016 i
ii
ABSTRAK Penggunaan inverter untuk pengaturan putaran motor induksi tiga fasa rotor sangkar digunakan untuk penyesuaian terhadap daya motor yang dihasilkan berdasrkan keperluan dari mesin atau pompa air boiler sebagai penggerak dengan motor induksi itu sendiri dengan mengatur frekuensi bersamaan dengan mengatur tegangan agar fluks magnetik menjadi tidak terganggu dan terjadi keseimbangan. Pengaturan putaran motor induksi tiga fasa diperlukan untuk mengatur suatu proses yang dimana saat membutuhkan energi gerak yang dibutuhkan maka menghasilkan energi gerak yang sesuai tanpa adanya pembuangan energi yag terjadi sehingga energi yang dihasilkan agar dapat sesuai dengan yang diperlukan secara tepat. Alat untuk mengatur putaran motor induksi yang digunakan adalah inverter untuk mengatur putaran dengan frekuensi yang juga saat mengatur frekuensi diperlukan juga mengatur tegangan agar terjadi keseimbangan fluks magnetik disaat mengatur frekuensi sehingga tidak merusak komponen inverter. Kata kunci : Motor induksi tiga fasa, inverter, pengaturan frekuensi dan pengaturan putaran iii
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas kasih dan berkat yang telah diberikan-nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul PENGGUNAAN INVERTER UNTUK PENGATURAN PUTARAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR SANGKAR (Aplikasi Pada Pompa Air Boiler PT. Socfin Indonesia Kec. Dolok Masihul, Kab. Deli Serdang Sumatera Utara). Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Elektro, Fakultas Teknik,. Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orangtua penulis yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Y. Sibarani dan M. Munthe, saudara kandung penulis Novan Sibarani atas seluruh perhatian dan dukungannya selama ini. Selama masa perkuliahan 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 kepada: 1. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S, selaku dosen pembimbing Tugas Akhir dan dosen pembimbing akademik yang telah banyak meluangkan waktu dan memberikan ide dalam menyelesaikan Tugas Akhir penulis, dan senantiasa memberikan bimbingannya selama perkuliahan. 2. Bapak Ir. Eddi Warman, selaku dosen penguji Tugas Akhir yang telah memberikan masukan dan arahan demi perbaikan Tugas Akhir penulis.. iv
3. Bapak Ir. Raja Harahap, MT, selaku dosen penguji Tugas Akhir yang telah memberikan masukan dan arahan demi perbaikan Tugas Akhir penulis. 4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, Msi, selaku Ketua Departemen Elektro, Fakultas Teknik,. 5. Bapak dan Ibu dosen pengajar Departemen Teknik Elektro yang telah memberi bekal ilmu dan bimbingan kepada penulis selama perkuliahan. 6. Bapak dan Ibu pegawai administrasi Departemen Teknik Elektro yang membantu dalam pengurusan administrasi selama perkuliahan sampai penyusunan Tugas Akhir. 7. Bapak J. Ginting dari PT. Socfin Indonesia yang membantu dalam penyusunan Tugas Akhir penulis. 8. Semua mahasiswa elektro stambuk 2012, 2013 dan 2014. Akhir kata penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir penulis. Akhir kata, semoga Tulisan ini bermanfaat bagi penulis dan semua pihak yang membutuhkannya. Medan, Agustus 2016 Penulis, (Michael Sibarani) 120402093 v
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... iv DAFTAR TABEL... viii BAB I. PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Manfaat Penelitian... 3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Umum... 4 2.2 Konstruksi Motor Induksi... 4 2.2.1 Stator... 5 2.2.2 Rotor... 6 2.3 Medan Putar... 7 2.4 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa... 9 2.5 Rangkaian Ekivalen Pada Motor Induksi... 11 2.6 Cara Yang Perlu Dilakukan Untuk Mengatur Putaran Pada Motor Induksi Tiga Fasa... 13 2.7 Hubungan Antara Frekuensi, Kecepatan dan Torsi... 14 vi
2.8 Penggunaan Motor Induksi Pada Pompa Air Boiler... 15 2.9 Penggunaan Motor Induksi Pada Pompa Air Boiler... 18 2.10 Perhitungan Kinerja Pompa... 20 2.11 Standar Air Umpan Pada Pompa Air Boiler... 23 2.12 Penggunaan Uap Boiler Pada Generator Turbin Uap... 25 BAB III. METODE PENELITIAN... 27 3.1 Tempat dan Waktu... 27 3.2 Bahan dan Peralatan... 27 3.3 Pelaksanaan Penelitian... 27 3.4 Variabel yang Diamati... 28 3.5 Flowchart Penelitian... 29 3.6 Prosedur Penelitian... 30 3.6.1 Rangkaian percobaan... 30 3.6.2 Prosedur percobaan... 31 BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN... 33 4.1 Umum... 33 4.2 Data Percobaan... 34 4.2.1 Data percobaan motor induksi mengatur frekuensi... 34 4.2.2 Data percobaaan motor induksi mengatur tegangan... 35 4.2.3 Data percobaan dari motor induksi untuk penggerak pada pompa air boiler... 36 4.2.4 Data pada moto untuk digunakan pada pompa air boiler... 37 4.3 Analisis Data... 37 vii
4.3.1 Perbandingan Data Kecepatan Putaran Motor Induksi (Satuan RPM) Antara Data Hasil Percobaan Dengan Hasil Teori... 37 4.3.1.1 Pengaturan Frekuensi... 37 4.3.1.2 Pengaturan Tegangan... 43 4.3.2 Perhitungan Daya Masuk Pada Motor Induksi Tiga Fasa... 48 4.3.3 Perhitungan Daya Keluar Pada Pompa Air Boiler... 51 4.3.4 Perhitungan Efisiensi Pada Motor Induksi Tiga Fasa... 60 4.3.5 Grafik Hasil Percobaan... 64 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN... 73 5.1 Kesimpulan... 73 5.2 Saran... 74 DAFTAR PUSTAKA... 75 LAMPIRAN... 77 viii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Konstruksi umum motor induksi... 5 Gambar 2.2 Stator... 5 Gambar 2.3 Rotor sangkar tupai... 6 Gambar 2.4 Konstruksi rotor belitan... 7 Gambar 2.5 Medan putar motor induksi 3 fasa... 8 Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa... 12 Gambar 2.7 Gambar rangkaian blok inverter 3 fasa dengan frekuensi dan tegangan aberubah... 16 Gambar 2.8 Gambar output blok 3... 16 Gambar 2.9 Gambar output blok 4... 17 Gambar 2.10 Gambar output blok 5 (Sebelum diubah menjadi gelombang sinus)... 17 Gambar 2.11 Boiler tipe air... 19 Gambar 3.1 Flowchart Penelitian... 29 Gambar 3.2 Diagram percobaan pengaturan frekuensi... 30 Gambar 3.3 Diagram percobaan pengaturan tegangan... 31 Gambar 4.1 Grafik antara beban dengan kecepatan pengaturan frekuensi... 64 Gambar 4.2 Grafik antara beban dengan kecepatan pengaturan tegangan... 66 Gambar 4.3 Grafik daya masukan dari motor terhadap debit air... 67 Gambar 4.4 Grafik daya masukan dari motor terhadap cos phi... 69 Gambar 4.5 Grafik motor pompa air boiler terhadap daya motor yang digunakan... 70 ix
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Data hasil pengukuran perubahan frekuensi terhadap kecepatan putaran... 34 Tabel 4.2 Data hasil pengukuran perubahan tegangan terhadap kecepatan putaran... 35 Tabel 4.3 Data masukan dari motor untuk penggerak pada pompa air boiler... 36 Tabel 4.4 Data dari motor induksi untuk digunakan pada pompa air boiler... 37 Tabel 4.5 Perhitungan dari data keluar pada pompa air boiler... 57 Tabel 4.6 Daya masuk yang dibutuhkan untuk pompa air boiler pada debit air... 58 Tabel 4.7 Data masukan dari motor ke pompa air boiler terhadap beban... 59 Tabel 4.8 Efisiensi motor induksi terhadap pompa air boiler... 63 x