PROPOSAL TUGAS AKHIR
I.
Judul Tugas Akhir RANCANG BANGUN CYCLOCONVERTER CYCLOCONVERTER SEBAGAI PENGATUR KECEPATAN MOTOR INDUKSI INDUKSI TIGA TIGA ASA
II.
La!ar B"laka#g
Pada saat ini motor induksi adalah motor yang paling banyak digunakan dalam dunia industri maupun rumah tangga. Motor induksi memiliki keuntungan antara lain motor ini memiliki konstruksi yang sederhana, relatif murah dan mudah dalam pemeliharaannya dibandingkan dibandin gkan dengan motor DC. Namun, motor induksi ini memiliki kelemahan yaitu dalam hal pengaturan kecepatan motor. Pengaturan kecepatan motor dapat dilakukan dengan mengubah jumlah kutub atau frekuensi motor. Pengaturan dengan mengubah jumlah kutub sulit untuk dilakukan karena akan merubah konstruksi motor. Pengaturan dengan mengubah frekuensi sumber pada stator st ator lebih l ebih mudah dilakukan karena tidak mengubah konstruksi motor yang sudah jadi. Perubahan frekuensi untuk pengaturan kecepatan motor ini kemudian menjadi salah satu fokus dalam penelitian ini. Ada beberapa macam teknik mengubah frekuensi motor induksi, yaitu dengan cara menggunakan peralat an yang memanfaatkan
devais
semikonduktor,
seperti
inverter,
ataupun
dengan
menggunakan cycloconverter. Namun, inverter memiliki komponen DC dalam pembentukan gelombang AC melalui pensaklaran, oleh karena itu inverter mempunyai nilai harmonisa yang lebih tinggi dibandingkan dengan cycloconverter yang hanya mengubah tegangan AC menjadi tegangan AC. Metode pengaturan pada cycloconverter juga cycloconverter juga menjadi lebih sederhana. s ederhana. leh karena itu, itu , cycloconverter lebih dipilih pada penelitian ini.
III.
Ru$usa# Masalah
Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah ! ".
#agaimana mengatur kecepatan motor induksi tiga fasa. 1
$.
#agaimana mengatur tegangan dan frekuensi pada masukan stator motor induksi tiga fasa.
I%.
Tu&ua# P"#ulisa# Tugas Akhir
Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah merancang bangun cycloconverter untuk pengaturan putaran motor induksi tiga fasa.
%.
Ba!asa# Masalah
%ntuk menjaga agar pembahasan materi dalam tugas akhir ini lebih terarah dan maksimal dalam mencapai hasil yang diharapkan, maka peneliti membuat beberapa batasan masalah yaitu! ". Penelitian ini hanya membahas mengenai cycloconverter tiga fasa untuk pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa. $. Menggunakan motor induksi tiga fasa jenis rotor belitan dengan daya $.$ k& dari 'aboratorium (onversi )nergi 'istrik di *urusan +eknik )lektro %niversitas umatera %tara. -. +idak membahas gangguan yang terjadi pada motor induksi tiga fasa.
%I.
Tu&ua# P"#ulisa# Tugas Akhir
Manfaat yang diharapkan dari tugas akhir ini antara lain ! ". Menghasilkan sebuah rancang bangun cycloconverter tiga fasa untuk pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa. $. Menghasilkan sebuah alat praktikum untuk praktikan pada 'aboratorium (onversi )nergi 'istrik %niversitas umatera %tara.
%II. Ti#&aua# Pus!aka %II.'
M(!(r I#duksi Tiga asa
%II.'.' M(!(r I#duksi
Motor induksi merupakan motor arus bolakbalik /ac0 yang paling luas digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bah1a arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibatnya ada perbedaan relatif antara putaran rotor dengan
2
medan putar yang dihasilkan oleh arus stator. #elitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron. Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktorkonduktor pada rotor, sehingga terinduksi arus, dan rotor pun akan turut berputar mengikuti medan putar stator. Persamaan umum gaya 'orent2 yaitu sebagai berikut.
= . . . sin
/"0
Dimana ! 3 4 5aya 'orent2 /N0 # 4 (erapatan 3luks Magnet /&6m$0 7 4 Arus pada penghantar /A0 ' 4 Panjang konduktor /m0 8 4 udut fasa (ecepatan putaran motor induksi ditentukan pada jumlah kutub yang ada pada stator. emakin banyak jumlah kutub pada stator, maka kecepatan putar motor akan semakin rendah. (ecepatan motor diukur dengan satuan banyaknya putaran per menit atau siklus putaran yang dilakukan oleh motor saat berputar dalam 1aktu satu menit. Persamaan yang digunakan untuk menghitung putaran motor dapat dilihat di ba1ah ini.
=
/$0
Dimana ! Ns 4 (ecepatan sinkron 3 4 3rekuensi P 4 *umlah pasang kutub elain itu, pada motor induksi juga mengenal adanya istilah slip. lip adalah perbedaan kecepatan putaran sinkron dengan kecepatan rotor. Persamaan untuk menghitung slip adalah sebagai berikut.
=
100%
/-0
3
Dimana ! 4 lip Ns 4 (ecepatan inkron Nr 4 (ecepatan rotor
%II.'.) K(#s!ruksi M(!(r I#duksi Tiga asa
Motor induksi tiga fasa memiliki dua bagian utama, yaitu bagian stator /diam0 dan bagian rotor yang berputar. Diantara stator dan rotor terdapat celah udara sempit yang berfungsi sebagai tempat perpindahan energi dari stator ke rotor.
#erikut ini adalah gambar konstruksi motor induksi!
5ambar ". (onstruksi Motor 7nduksi +iga 3asa ".tator tator motor induksi tiga fasa pada dasarnya memiliki konstruksi yang sama dengan motor sinkron dan generator. tator memuat belitan tiga fasa yang akan disuplai oleh sumber tegangan bolakbalik /ac0 tiga fasa. #elitan ini yang akan menentukan jumlah kutub pada stator. Penentuan jumlah kutub berpengaruh pada kecepatan sinkron motor induksi tiga fasa.
4
#erikut ini adalah gambar bagian stator motor induksi tiga fasa!
5ambar $. tator Motor 7nduksi +iga 3asa $.9otor 9otor sangkar tupai / squirrel cage rotor 0 memiliki konstruksi yang sederhana dan kokoh. 9otor terdiri dari inti besi yang berbentuk silinder dan tersusun berlapis /laminasi0 dilengkapi dengan slot paralel sebagai tempat masuknya batang konduktor. 9otor yang terdiri dari batang : batang konduktor, tersusun pada alur disekitar permukaan rotor. etiap ujung konduktor dihubung singkat dengan cara dipatri atau dilas atau dibaut pada slot dua cincin hubung singkat atau disebut juga dengan end-rings. #erdasarkan konstruksi itu rotor tersebut disebut dengan rotor sangkar tupai. #erikut ini adalah gambar konstruksi motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai!
5ambar -. 9otor Motor 7nduksi +iga 3asa angkar
5
9otor jenis yang lain adalah rotor belitan /wound rotor 0. #elitan tiga fasa pada rotor ini biasanya terhubung wye /;0 dan setiap ujung ketiga ka1at belitan fasa rotor dihubungkan pada slip ring pada poros rotor. #elitan fasa dihubung singkat dengan tahanan luar melalui sikat /brush0 yang menempel pada slip ring . #erikut ini adalah gambar motor induksi tiga fasa rotor belitan!
5ambar <. 9otor Motor 7nduksi +iga 3asa 9otor #elitan
%II.'.* Ra#gkaia# Eki+al"# M(!(r I#duksi
Motor induksi identik dengan sebuah transformator, sehingga rangkaian ekivalen motor induksi sama dengan rangkaian ekivalen pada transformator. Perbedaan antara rangkaian ekivalen motor induksi dengan transformator terletak pada bagian rotor yang dihubung singkat dan dapat berputar akibat induksi magnetik. 5ambar rangkaian ekivalen pada sisi stator ditunjukkan pada gambar =.
5ambar =. 9angkaian )kivalen pada tator
6
Nilai tegangan induksi stator yang dihasilkan berdasarkan gambar diatas adalah pada persamaan <. )" 4>7" /9 " ?j@ " 0
/<0
Dimana ! >
! tegangan sumber />0
N"
! kumparan stator
)"
! tegangan induksi stator />0
7"
! arus stator /A0
9"
! tahanan stator /0
@"
! reaktansi stator /0
5ambar rangkaian ekivalen pada rotor ditunjukkan pada gambar B.
5ambar B. 9angkaian )kivalen Pada 9otor 5ambar diatas menunujukkan rotor dalam kondisi rangkaian tertutup /close loop0 sehingga akan menimbulkan arus rotor. Nilai arus pada rotor pada persamaan = sebagai berikut!
=
" ! $& #
/=0
7
Dimana! 7r
4 arus rotor /A0
)$
4 tegangan induksi rotor />0
9$
4 tahanan rotor /0
@$
4 reaktansi rotor /0
(edua rangkaian ekivalen stator dan rotor dapat digabungkan menjadi satu rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa. 5ambar rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa ditunjukkan pada 5ambar berikut.
5ambar . 9angkaian )kivalen Motor 7nduksi %II.'., P"#ga!ura# K"-"a!a# M(!(r I#duksi
Ada beberapa macam teknik pengendalian motor induksi, karena dilihat dari konstruksi motor, karakteristik motor dan juga proses pembangkitan torsi pada motor. (husus untuk pengendalian frekuensi secara langsung, maka motor induksi dapat diatur melalui tegangan masukannya, frekuensi masukannya, bahkan diatur keduanya secara bersamaan, ada beberapa cara dalam pengontrolan putaran motor induksi, yaitu sebagai berikut. ". Mengubah jumlah kutub motor Pengaturan untuk mengubah jumlah putaran pada motor induksi dengan mengatur jumlah kutub adalah berdasarkan pada persamaan keccepatan putan motor, yaitu pada persamaan /$0, dimana kecepatan putar motor dipengaruhi oleh banyaknya kutub. #erdasarkan persamaan /$0, maka untuk mempercepat putaran motor, maka kutub yang ada harus diperkecil, misalnya dari < kutub menjadi $ kutub. #egitupun sebaliknya, untuk
8
memperlambat putaran motor, yaitu memperbanyak kutub motor, misalnya dari $ kutub menjadi < kutub. $. Mengubah frekuensi #erdasarkan persamaan /$0 pengaturan putaran motor dapat dilakukan pula dengan mengubah frekuensi motor, dimana untuk menambah kecepatan, frekuensi masukan harus diperbesar, karena kecepatan putar dan frekuensi nilainya sebanding. #egitupun sebaliknya, untuk memperlambat putaran motor, maka frekuensi masukannya dapat dikurangi menjadi frekuensi yang diinginkan. 3rekuensi dari gelombang sinusoidal yang disuplai pada motor, akan menentukan kecepatan putar motor. al itu terjadi karena fluks yang timbul pada motor akan lebih kecil dan lebih lambat, pada jumlah kutub yang tetap. Pada penelitian kali ini, akan digunakan pengubahan frekuensi untuk mengontrol putaran motor induksi - fasa. Motor induksi berputar sebanding dengan frekuensi yang diberikannya. *ika diberikan frekuensi lebih tinggi dengan jumlah kutub pada stator yang tetap, maka motor induksi akan berputar lebih cepat. Perubahan frekuensi untuk mengendalikan motor dipilih karena untuk mengubah kutub magnet pada stator tidak mungkin dilakukan secara cepat dan mudah, karena berhubungan dengan konstruksi motor. -. Mengatur tegangan Mengatur tegangan untuk mengatur putaran motor induksi dapat dilakukan dengan jalan mengubah besaran tegangan masukan pada terminal motor induksi. +egangan yang diubah besarannya pada motor induksi akan mengakibatkan adanya penurunan torsi karena adanya perubahan 55' yang timbul pada motor induksi. (emudian, karena adanya penurunan 55' pada motor tadi akan mengakibatkan kecepatan motor semakin rendah, karena gaya yang diakibatkan pada stator motor induksi menjadi semakin rendah. Namun, pengaturan tegangan kurang diminati karena mengakibatkan adanya perubahan kecepatan yang kurang dapat dikendalikan secara akurat, dan memiliki torsi yang rendah. leh karena itu, pengendalian kecepatan
9
putaran motor induksi lebih banyak dilakukan dengan mengubah besar nilai frekuensi pada terminal masukan motor induksi. %II.)
Cycloconverter
Cycloconverter adalah konverter yang mengubah listrik AC menjadi listrik AC dengan parameter berbeda. Perbedaan paramater antara masukan dan keluaran cycloconverter yang bisa dibuat adalah frekuensi, tegangan dan fasa. Cycloconverter banyak dimanfaatkan oleh industri dan pabrik yang menggunakan motor induksi. Cycloconverter digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor induksi. Cycloconverter menggunakan devais semikonduktor dengan peengendalian berbasis pulsa, seperti P&M untuk mengendalikannya. Cycloconverter ini mempunyai kelebihan lebih sederhana dalam aplikasinya untuk mengontrol, namun lebih membutuhkan banyak komponen semikonduktor. (onverter jenis ini yang akan menjadi fokus dari penelitian ini, dan akan dibahas lebih lanjut pada subbab selanjutnya. Cycloconverter adalah peralatan yang digunakan pada industri skala besar untuk mengatur kecepatan motor. (onverter jenis ini digunakan untuk mengatur frekuensi pada pengendali frekuensi variabel dengan rating dari beberapa mega1att sampai dengan puluhan mega1att. Pengendalian yang dilakukan cycloconverter didapat dengan mengatur pulsa penyalaann ya dengan bantuan P&M. al ini dapat dilakukan dengan menggunakan devais semikonduktor C9 pada rangkaiannya. Cycloconverter adalah jenis pengontrol daya dimana tegangan dan frekuensi listrik AC dari masukannya diubah langsung mengikuti frekuensi beban tanpa mele1ati sebuah komponen atau perubahan ke tegangan DC. Cycloconverter juga mempunyai kemampuan mengatur secara langsung kedua parameter yaitu tegangan dan frekuensi keluarann ya.3rekuensi normal pada cycloconverter adalah "6- dari frekuensi masukannya. elain itu juga, distorsi harmonik kerap muncul, namun semakin kecil jika frekuensi keluarannya lebih kecil.
10
#erikut ini adalah contoh rangkaian sederhana dari sebuah cycloconverter satu fasa
5ambar E. Cycloconverter atu 3asa Pada gambar E, terlihat bah1a cycloconverter sederhana satu fasa digunakan untuk menyuplai daya ke beban AC. 9angkaian di atas menggunakan < buah thyristor tipeP dan < buah C9 tipeN. inyal hasil dari modulasi pensaklaran di atas akan menghasilkan sinyal positif oleh C9 tipeP dan sinyal negatif oleh C9 tipeN.
*ika
digunakan
susut
penyalaan
berdasarkan sudut, kita anggap tipeP adalah F p, maka sudut penyalaan untuk tipeN adalah Fn dengan besar sudut penyalaan yaitu G F p. *ika ada sebuah cycoconverter satu fasa dengan frekuensi =H2, dengan $ buah grup pensaklaran negatif dan positif, maka cycloconverter akan bekerja seperti ini! jika frekuensi akan diturunkan menjadi setngah dari frekuensi a1al, maka saat siklus positif gelombang, konverter grup positif akan dihidupkan, dan kemudian ketika siklus negatif, maka grup positif akan tetap hidup, namun grup negatif akan mati. 'alu, saat siklus positif berikutnya, grup konverter positif akan mati, namun grup negatif akan hidup, dan kemudian saat siklus positif kembali, maka grup positif akan mati, dan grup negatif akan hidup. Pada akhirnya, gelombang akan menmpunyai frekuensi setengah dari frekuensi a1al. idup dan matinya grup konverter dikendalikan oleh rangkaian pensaklaran. 9angkaian pensaklaran pada cycloconverter ada yang menggunakan hanya rangkaian penyelaras untuk mengubah siklus negatif dan positif pada cycloconverter untuk mengubah frekuensi keluaran, ataupun dengan menggunakan topologi jembatan, untuk mendapatkan gelombang keluaran seperti sinusoidal murni.
11
%III. M"!(d" P"n"li!ia#
%ntuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka peneliti menerapkan beberapa metode studi diantaranya adalah sebagai berikut ! "
tudi 'iteratur. Dengan membaca teoriteori yang berkaitan dengan topik kripsi yang terdiri dari bukubuku referensi baik yang dimilki oleh peneliti atau dari perpustakaan dan juga dari artikelartikel, jurnal, layanan internet, dan lain lain.
$
Perancangan dan imulasi Merancang
cycloconverter dan
melakukan
simulasi
berdasarkan
perhitungan dan bahan yang ditetapkan dalam perancangan. asil keluaran simulasi berupa tegangan dan frekuensi. -
Membangun Cycloconverter Membangun cycloconverter berdasarkan pengaturan penyalaan sudut pada Thrystor didapatkan dari hasil simulasi.
<
Pengukuran dan %ji Coba Melakukan ujicoba secara umum terhadap cycloconverter yang telah dibangun serta mengukur parameternya yaitu tegangan dan frekuensi dengan alat ukur.
=
(esimpulan dan aran Merangkum kesimpulan selama analisis dan rancang banguncycloconverter dan memberikan saran untuk penelitian selanjutnya yang berkaitan.
I/.
Sis!"$a!ika P"#ulisa#
Adapun sistematika dalam penulisan tugas akhir ini adalah! BAB I0
PENDAHULUAN
#ab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode dan sistematika penulisan.
12
BAB II 0
LANDASAN TEORI
#ab ini berisi penjelasan tentang motor induksi, konstruksi motor induksi, pengaturan kecepatan motor induksi, dan cycloconverter.
BAB III 0
PERANCANGAN DAN ABRIKASI
#ab ini berisi penjelasan tentang perancangan desain simulasi dan fabrikasi cycloconverter .
BAB I% 0
HASIL DAN PEMBAHASAN
#ab ini berisi tentang hasil simulasi dan penggunaan cycloconverter pada motor induksi tiga fasa .
BAB % 0
PENUTUP
#ab ini berisi tentang kesimpulan dan saran. /.
M"!(d" P"#"li!ia#
%ntuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka peneliti menggunakan metodologi penelitian sebagai berikut ! /.'
Tahaa# P"#"li!ia#
%ntuk rancang bangun antena dan parameter apa saja yang akan diukur dapat dilihat dengan diagram alur pada 5ambar I.
13
Mulai
3rekuensi 4 =H 2 +egangan 4 -EH >
Perancangan cycloconverter
imulasikan rancangan
3rekuensi 4 "$,= atau $= 2
+idak
3abrikasi Cycloconverter
Aplikasikan terhadapa Motor 7nduksi tiga fasa
elesai
5ambar I. Diagram Alir Penelitian /.)
Jad1al K"gia!a#
Diba1ah ini adalah jad1al kegiatan yang dilakukan untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
14
Bula# k"2
N(.
I
K"gia!a# '
)
III
II *
,
'
)
*
,
'
)
*
I% ,
'
)
*
Melakukan tinjauan "
pustaka Perancangan
$
cycloconverter Pemodelan dan simulasi rancangan
-
cycloconverter 3abrikasi cycloconverter
<
hasil simulasi
15
,
