Mini Riset - Kelompok 7 - Mesin Listrik AC [PDF]

Citation preview

MINI RISET MK. MESIN MESIN LISTRIK AC S1 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO



Skor Nilai:



“ANALISIS PENGATURAN PUTARAN MOTOR SATU FASA”



DOSEN PENGAMPU



:



Drs. Jongga Manullang, M.Pd.



Kelompok 7 Nama Anggota : 1. Joshua Valentino (5192431001) 2. Perdana Jaya Manurung (5193131006) 3. Rajab ( 5192131007 ) Mata Kuliah : Mesin Mesin Listrik AC



JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI MEDAN 2021



Kata Pengantar Puji dan syukur saya panjatkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat-Nya sehingga tugas Mini Riset ini dapat terselesaikan. Tidak lupa pula saya ucapkan terima kasih kepada dosen pengampu mata kuliah Mesin-mesin listrik ac



yang telah



memberikan kesempatan mengasah kemampuan dan meneliti pelajaran dengan tugas seperti Mini Riset ini. Dengan adanya tugas ini, saya berharap saya semakin mampu menguasai materi pembelajaran dan tepat membudayakan membaca pada diri sendiri, sehingga dengan mudah melakukan penelitian sederhana ,serta semakin kritis dalam menanggapi materi-materi dalam buku ataupun dalam sumber bacaan lainnya, begitu juga dengan para pembaca semoga tugas ini bermanfaat dalam referensi Mini Riset. Karena keterbatasan pengetahuan maupun pengalaman saya, saya yakin masih banyak kekurangan dalam Mini Riset ini. Oleh karena itu saya sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca demi kesempurnaan Mini Riset ini.



Medan, Mei 2021



Penulis



i



DAFTAR ISI



Kata Pengantar.......................................................................................................................i Daftar Isi................................................................................................................................ii BAB I PENDAHULUAN.....................................................................................................1 1.1 Latar Belakang................................................................................................................1 1.2 Rumusan .........................................................................................................................3 1.3 Tujuan..............................................................................................................................4 BAB II KAJIAN TEORI.......................................................................................................5 BAB III METODE PENELITIAN........................................................................................7 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian...........................................................................................7 3.2 Objek Penelitian..............................................................................................................7 2.3 Teknik Pengumpulan Data..............................................................................................7 BAB IV PEMBAHASAN.....................................................................................................8 BAB V PENUTUP..............................................................................................................13 5.1 Kesimpulan....................................................................................................................13 5.2 Saran..............................................................................................................................13 DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................................14



ii



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Motor AC adalah jenis motor listrik yang bekerja menggunakan tegangan AC (Alternating Current). Motor AC memiliki dua buah bagian utama yaitu “stator” dan “rotor”. Stator merupakan komponen motor AC yang statis. Rotor merupakan komponen motor AC yang berputar. Motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekuensi variabel untuk mengendalikan kecepatan sekaligus menurunkan konsumsi dayanya. Jenis-Jenis Motor AC Motor AC Sinkron (Motor Sinkron) Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekuensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekuensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.



Komponen utama motor AC sinkron :  Rotor, Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.  Stator, Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekuensi yang dipasok. Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh, 2003): Ns = 120 f / P



Dimana: 1



f = frekuensi dari pasokan frekuensi P = jumlah kutub Motor AC Induksi (Motor Induksi) Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.



Motor AC Induksi Komponen Utama Motor AC Induksi Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama : Rotor, Motor induksi menggunakan dua jenis rotor : 



Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petakpetak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.







Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.



Stator, Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat. Jenis-Jenis Motor Induksi Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003) : 



Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga,



2



seperti fan angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp. 



Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.



Kecepatan Motor AC Induksi Motor induksi bekerja sebagai berikut. Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar. Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser/ slip ring motor”. Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran (Parekh, 2003):



Dimana: Ns = kecepatan sinkron dalam RPM Nb = kecepatan dasar dalam RPM



1.2 Rumusan 



Apa saja model yang dapat diterapkan dalam mengatur kecepatan putaran motor satu fasa?







Jelaskan prinsip kerja model tersebut dalam mengatur kecepatan putara motor satu fasa 3



1.3 Tujuan 



Untuk memenuhi tugas mata kuliah Mesin-Mesin Listrik AC







Melatih mahasiswa dalam mengerjakan mini research







Menambah wawasan dan ilmu pengetahuan baik bagi penulis dan pembaca



4



BAB II KAJIAN TEORI Pengaturan putaran motor satu fasa dapat dilakukan dengan mengubah frekuensi, torsi, atau tegangan stator. Sedang motor satu fasa mempunyai kelemahan berupa arus start yang besar sekitar 3 sampai 5 kali, sedangkan untuk arus nominal dan putaran relatif konstan atau sulit diatur Tetapi dalam pemakaian sebagai penggerak, putaran motor satu fasa dapat diubahubah sesuai dengan putaran beban yang diinginkan.Untuk memperoleh stabilitas putaran motor satu fasa, salah satunya dengan menggunakan parameter frekuensi. Rangkaian pengaturan putaran motor satu fasa dapat disimulasikan dengan menggunakan perangkat lunak seperti Power Simulator (PSIM). PSIM merupakan Perangkat lunak yang dapat digunakan untuk mensimulasikan rangkaian power electrical, juga bisa digunakan untuk mengetahui dan mempelajari sistem kerja dari rangkaian yang kita rancang. Hasil simulasi PSIM bisa divisualisasikan dalam bentuk grafik tegangan, arus, putaran motor dan torsi yang dihasilkan oleh rangkaian seperti pengaturan putaran motor. PSIM dapat digunakan sebagai masukan terhadap kesalahan dalam pembuatan rangkaian yang sebenarnya. Rotor motor induksi terdiri dari 2 kategori yaitu motor induksi sangkar tupai (squrrel cage induction motor) dan motor induksi rotor lilit (wound rotor induction motor) [1][2]. Motor induksi sangkar tupai mempunyai putaran yang hampir konstan, sedangkan motor induksi rotor lilit mempunyai putaran dan torsi yang dapat diatur (adjustable). Motor induksi rotor lilit mempunyai kelemahan, akan tetapi dapat diperbaiki, selain itu motor induksi rotor lilit mempunyai konstruksi yang tidak sederhana. Besarnya slip tergantung dari beban motor. Beban yang konstan, maka slip motor akan bernilai tetap. Dari persamaan (1) diketahui bahwa putaran motor dapat diatur dengan cara mengubah frekuensi maupun jumlah kutub. Mengatur putaran dengan cara mengatur jumlah kutub sudah banyak dilakukan namun daerah pengaturan putaran terbatas dan perubahannya kasar, tetapi dengan menggunakan pengaturan frekuensi diperoleh putaran motor yang lebih halus dan jangkau putaran menjadi lebar. Catu daya ACdengan frekuensi 50 Hz dapat dirubah dengan menggunakan bebarapa komponen. Dalam rancangan catu daya AC 50 Hz diubah menjadi DC, kemudian diubah menjadi AC kembali dengan frekuensi yang dapat diatur. Dalam rancangan simulasi ini terdiri dari penyearah gelombang penuh, osilator astable sebagai pengubah frekuensi dan inverter.



5



Penyearah adalah sebuah rangkaian dari AC menjadi DC. Rangkaian elektronik tersebut berupa komponen dioda. Untuk penyearah tegangan bolakbalik digunakan penyearah gelombang penuh dengan menggunakan sebuah dioda jembatan/bridge[4], yang digambarkan dalam Gambar 1



Osilator astable adalah rangkaian elektronik yang bekerja sebagai pembangkit gelombang denyut. Rangkaian pembangkit gelombang jenis multivibrator tidak stabil ditunjukkan dalam Gambar 2



Dimana transistor Tr1 dan Tr2 bekerja ON (saturasi) dan OFF (cut off) secara bergantian. Dan akan terjadi terus menerus hingga terbentuk sinyal tegangan denyut pada kolektor pada ke dua transistor. Dalam selang waktu pergantian antar ON dan OFF dari ke dua transistor disebut sebagai konstanta waktu dari osilator yang besarnya adalah T1 : 0.69 x Rb1 x C1



6



BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian kami lakukan dengan cara membaca buku-buku, majaah, ataupun internet yang berkaitan dengan analisis tersebut.



3.2 Objek Penelitian Adapun objek penelitian yang kami teliti adalah kecepatan putaran motor satu Fasa dengan menggunakan model pramater frekuensi menggunakan power simulator



3.3 Teknik Pengumpulan Data Tehnik pengumpulan data yang diambil dalam penelitian ini adalah melalui : 1. Observasi, langsung ke lapangan 2. Pengambilan informasi secara kualitatif dan kuantitatif



7



BAB IV PEMBAHASAN 2.1 Hasil Data Dalam rancangan pengaturan putaran motor satu fasa, dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak PSIM sebagai simulasi. Dalam simulasi perancangan pengaturan putaran motor satu fasa digunakan untuk merancang rangkaian penyearah gelombang penuh, osilator astable, inverter thyristor, transformator center tap dan motor induksi satu fasa sangkar tupai.



2.2 Pengujian Hasil Data A. Perancangan Penyearah Gelombang Penuh. Penyearah gelombang penuh direncanakan memakai empat buah diode dan terhubung menjadi rangkaian diode jembatan. Keluaran dari penyearah gelombang penuh digunakan untuk input ke inverter dan osilator. Rancangan rangkaian penyearah gelombang penuh menggunakan komponen diode, kapasitor dengan nilai 33uF/450V dan resistor dengan nilai 33KΩ dan 220KΩ. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.



Tegangan titik A dan B berbeda dengan tegangan titik B dan ground. Tegangan pada kedua titik ditentukan nilai dari resistor, nilai tegangan titik A dan B ditentukan dengan persamaan: V33K = 33K /33K+220K ×Vdc Dimana: V33Kohm = Tegangan titik A dan B 8



33 KOhm = Nilai Resistor 220 KOhm = Nilai Resistor Vdc = Tegangan DC Dengan mempergunakan simulasi osiloskop yang terdapat di program PSIM, maka tampilan bentuk gelombang yang dihasilkan sumber AC (VS) seperti ditunjukkan dalam Gambar 5. Tampilan bentuk gelombang yang dihasilkan Vs menunjukkan nilai tegangan puncak 100V/Div×2,2, sehingga diperoleh tegangan puncak 220 Volt. Nilai 2,2 diperoleh dari pembacaan jumlah kotak pada tampilan osiloskop.



Dari rangkaian penyearah gelombang penuh menggunakan komponen diode jembatan seperti dalam Gambar 4., maka arus DC yang melalui resistor 33KΩ dan tegangan DC setelah diode jembatan dari hasil simulasi PSIM seperti ditunjukkan dalam Gambar 6.dan Gambar 7.



9



Tampilan bentuk gelombang Idc (Arus DC) yang melewati resistor 33 KOhm menunjukkan nilai arus puncak 2 mA/Div×3,3, sehingga diperoleh arus puncak pada resistor 33 KOhm adalah 6,6 mA.



10



Tampilan bentuk gelombang yang dihasilkan Vdc menunjukkan nilai tegangan puncak 100V/Div×2,2, sehingga diperoleh tegangan puncak 220 Volt.Tampilan bentuk gelombang pada Gambar 7. merupakan bentuk gelombang penuh.



B. Perancangan Multivibrator Rangkaian multivibrator yang digunakan dalam perancangan simulasi adalah rangkaian osilator astable, pada rangkaian osilator astablesimulasi menggunakan transistor PNP dan diode yang digunakan pada rangkaian osilator astable berfungsi untuk mencegah arus balik induksi yang berasal dari thyristor. Output dari ke dua diode selanjutnya dihubungkan dengan kaki Gate Thyristoryangdigunakan sebagai pemicu.



Untuk menghasilkan simulasi pada PSIM, pada ke dua kaki Basis Transistor PNP dihubungkan dengan komponen On-off switch controller. Perancangan multivibrator dengan menggunakan rangkaian osilator astableuntuk simulasi ditunjukkan dalam Gambar 8. Bentuk gelombang yang dihasilkan oleh simulasi rangkaian osilator astabledenganperangkat lunak PSIM, pada kedua kaki katodediode bentuk gelombang yang dihasilkan ditunjukkan seperti dalam Gambar 9.



11



Tampilan bentuk gelombang yang dihasilkan pada kaki katode diode menunjukkan nilai tegangan puncak 10mV/Div×3,2, sehingga diperoleh tegangan puncak 32 mV. C. Perancangan Inverter Dalam perancangan inverter komponen yang dipergunakan adalah thyristor dan sebuah kapasitor serta sebuah transformator yang memiliki center tap. Dan output yang digunakan adalah motor induksi sangkar tupai satu fasa, ke empat komponen tersebut digunakan dalam simulasi perancangan inverter dengan perangkat lunak PSIM. Perancangan inverter untuk simulasi ditunjukkan dalam Gambar 10.



12



BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Dari perancangan dan simulasi yang dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak PSIM dapat disimpulkan bahwa inverter pad PSIM dapat digunakan sebagai alat untuk mengatur kecepatan putaran kipas angin. Besarnya kecepatan putar kipas angin ditentukan oleh besarnya frekwensi yang dihasilkan rangkaian astable multivibrator pada rangkaian inverter.



5.2 Saran Sebaiknya jika ingin mengerjakan mini research terlebih dahulu mahasiswa membuat tema dan topic yang akan mau dibahas terlebih dahulu. Setelah itu sesuaikan dengan keadaan pengetahuan yang bersumber dari buku-buku, internet, dan yang lainnya.



13



DAFTAR PUSTAKA Zona Elektro. “ Motor AC: Teori Motor AC dan Jenis Motor AC”. http://zonaelektro.net/motor-ac/ (Diakses pada tanggal 13 Oktober 2015) Hadidjaja.Dwi, Onny Setyawati dan Didik Rahadi Santoso.2015. Analisis Pengaturan Putaran Motor Satu Fasa dengan Parameter Frekuensi Menggunakan Power Simulator (PSIM).Jurnal EECCIS.9, 157-162



14