Pemodelan Dinamik dan Simulasi dari Motor Induksi Tiga Fasa Berdaya KecilNyein Nyein Soe*, Thet Thet Han Yee*, Soe Sandar Aung**Electrical Power Engineering Department, Mandalay Technological University, Mandalay, Myanmar

Diterjemahkan Oleh : Pradana Putradewa Jayawardana##

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Jalan Prof. Soedarto,SH Semarang Indonesia banyak keuntungan dibandingkan tipe wound rotor. Motor induksi sangkar bajing memiliki efisiensi lebih tinggi, perawatan lebih sedikit, factor ruang yang lebih baik pada slot dan harganya lebih rendah. [1]

Abstrak Makalah ini mengemukakan simulasi dinamik dari motor induksi berdaya rendah berdasarkan pemodelan matematis. Simulasi dinamik adalah salah satu langkah kunci dari pengesahan proses desain dari sistem pengendalian motor dan ini dibutuhkan untuk mengeliminasi kesalahan desain yang tidak disengaja dan menghasilkan kekeliruan pada konstruksi dan pengujian prototype. Makalah ini menunjukkan simulasi dari performa keadaan tunak motor induksi menggunakan program motor induksi 3 fasa 3 hp pada MATLAB yang dimodelkan dan disimulasikan menggunakan pemodelan SIMULINK. Keywords motor induksi sangkar tupai, pemodelan dan simulasi, software MATLAB, torsi, kecepatan

I. PENDAHULUAN Sebuah motor induksi secara sederhana adalah sebuah transformator dengan rangkaian magnetiknya dipisahkan dengan sela udara menjadi dua bagian bergerak, satu sebagai kumparan primer dan yang lainnya sebagai kumparan sekunder. Arus bolak-balik dialirkan menuju kumparan primer dari tenaga listrik yang menginduksi arus sebaliknya pada kumparan sekunder, saat ujungnya dihubung singkat atau disambung melalui imedansi eksternal. Gerakan relative antara struktur primer dan sekunder diproduksi oleh gaya elektromagnetik sesuai dayanya yang kemudian dipindah melalui celah udara oleh induksi. Cirri utama yang membedakan mesin induksi dari tipe motor listrik yang lain adalah arus sekunder yang diciptakan semata-mata oleh induksi, seperti pada transformator alih-alih disuplai oleh eksitasi DC atau sumber tenaga luar yang lain, seperti pada mesin sinkron atau mesin DC. Rangkaian ekuivalen dari motor induksi sangat mirip dengan transformator. Walaupun arus rotor berada pada frekuensi slip, rotor tergabung ke dalam rangkaian dengan jalan yang mudah. Motor induksi tiga fasa adalah motor yang paling banyak digunakan pada aplikasi industry karena desainnya yang sederhana, operasi yang handal, konstruksi yang kasar, biaya awal yang rendah, mudah dalam pengoperasian dan perawatannya sederhana, efisiensi tiggi, dan memiliki gigi control yang sederhana untuk starting dan pengontrolan kecepatan. Motor induksi tersedia dengan karakteristik torsi yang cocok untuk berbagai aplikasi yang luas. Selain itu, motor induksi sangkar tupai memiliki lebih

Gambar 1 Rangkaian ekuivalen dasar untuk motor induksi

II. PENGUKURAN DARI PARAMETER MOTOR A. Resistansi Stator Dengan rotor saat diam, resistansi fasa stator diukur dengan menerapkan tegangan DC dan arus akhir. Ketika prosedur ini hanya memberikan resistansi DC saat temperatur tertentu, resistansi AC harus dihitung dengan mempertimbangkan ukuran kabel, frekuensi stator, dan temperatur operasi. B. Tes Tanpa Beban Motor induksi dikemudikan dengan kecepatan sinkron oleh motor lainnya, biasanya motor DC. Kemudian stator dienergize dengan mengaplikasikan tegangan nominal saat frekuensi nominal. Daya masukan tiap fasa kemudian diukur. C. Tes Rotor-Terkunci Rotor dari motor induksi dikunci untuk menjaga agar tetap diam dan tegangan rendah tiga fasa digunakan untuk menghitung arus nominal stator. Daya masukan tiap fasa diukur bersama tegangan dan arus stator. Slip tidak ada pada kondisi rotor terkunci sehingga rangkaiannya menyerupai transformator yang sekundernya dihubung singkatkan. III. PERHITUNGAN PERFORMA KEADAAN TUNAK DARI MOTOR INDUKSI

Parameter yang dihubungkan untuk perhitungan performa keadaan tunak dari motor induksi didapat dari hasil percobaan. Karakteristik torsi-kecepatan, karakteristik dayakecepatan, karakteristik efisiensi-kecepatan dari motor induksi, dan besar arus stator dan rotor ditunjukkan pada makalah ini.TABEL 1 PARAMETER MASUKAN MOTOR INDUKSI

Gambar 2 Karakteristik torsi-slip dari motor induksi

B. Karakteristik Daya-Kecepatan dari Motor Induksi Daya = mT Dengan, kecepatan rotor A. Karakteristik Torsi-Kecepatan dari Motor Induksi Torsi beban penuh, (3)

(4)

(1) Torsi maksimum,

(2) Dengan, s = slip beban penuh pada motor

Gambar 3 Karakteristik daya-slip dari motor induksi

C. Besar Arus Stator pada Motor Induksi

E. Besar Arus Rotor pada Motor Induksi

Gambar 4 Karakteristik arus stator-slip dari motor induksi

Gambar 6 Karakteristik arus rotor-kecepatan dari motor induksi

D. Efisiensi dari Motor Induksi Pada motor induksi, rugi-rugi tembaga, rugi-rugi inti dan gesekan, dan rugi-rugi kumparan akan tampak. Rugi-rugi tembaga dan rugi-rugi inti ada pada stator, rugi-rugi tembaga dan rugi-rugi gesekan ada pada rotor. Sebenarnya ada rugirugi inti yang kecil pada rotor. Pada kondisi operasi, walaupun rotor frekuensi sangat rendah yang secara logisnya dapat diasumsikan bahwa semua rugi-rugi inti hanya ada di stator. Efisiensi dari motor induksi dapat ditentukan dengan membebani motor dan mengukur masukan dan keluaran secara langsung. (5)

IV. PERHITUNGAN PERFORMA KEADAAN TUNAK DARI MOTOR INDUKSI Slip dipilih pada kecepatan rotor karena tidak berdimensi dan bias diterapkan pada berbagai frekuensi motor. Dengan dengan kecepatan sinkron, pada slip rendah, torsinya linear dan proporsional terhadap slip; diatas torsi maksimum, torsi kira-kira sebanding dengan kebalikan slip. [3] Diagram alir untuk mengevaluasi performa kondisi tunak dari motor ditunjukkan pada Gambar 7. Karakteristik torsi-slip ditunjukkan dari poin -1 hingga 1. Torsi maksimum untuk motor induksi adalah saat posisi slip 0,2 seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Nilai terendah dari torsi timbul saat titik slip -0,2.

Gambar 5 Karakteristik efisiensi-kecepatan dari motor induksi

V. SIMULASI DINAMIK DARI MOTOR INDUKSI TIGA FASA Model dinamik dari mesin induksi diuat dengan model SIMULINK. Torsi, kecepatan, dan arus rotor dihasilkan dari model ini.

Derau yang ditimbulkan oleh inverter PWM juga diobservasi pada gelombang torsi elektromagnetik Tc. Akan tetapi, inersia motor mengantisipasi derau ini dari kemunculannya pada bentuk gelombang kecepatan motor. VI. KECEPATAN ROTOR DARI MOTOR INDUKSI Gambar 8 menampilkan kurva rotor-kecepatan dari motor induksi tiga fasa (tipe wound rotor). Berdasarkan gambar tersebut, kecepatan rotor meningkat bertahap menuju kecepatan nominal. Kecepatan nominal adalah 1425 rpm dan dicapai dalam waktu sekitar 0,8 detik.

Gambar 7 Diagram blok SIMULINK dari motor induksi tiga fasa TABLE II PARAMETER BLOK DARI MOTOR INDUKSI

Gambar 8 Kecepatan rotor dari motor induksi tiga fasa

Motor tiga induksi tiga fasa memiliki kelas 3 hp, 380 V, 1425 rpm disuplai oleh inverter SPWM. Frekuensi dasar dari sinus referensi adalah 50 Hz inverter PWM seluruhnya dibangun dengan standard blok SIMULINK. Keluarannya menuju blok Sumber Tegangan Terkontrol sebelum digunakan blok kumparan stator pada mesin asinkron. Rotor pada mesin dihubung singkatkan. Kebocoran induktansi stator Lls disetel dua kali dari nilai sebenarnya dengan menyimulasikan efek dari penempatan smoothing reactor antara inverter dengan mesin. Torsi beban yang digunakan pada batang mesin adalah konstan dan menyetel ke nilai nominalnya yaitu 11,9 Nm. Motor distart dari kondisi diam. Referensi kecepatan disetel pada 1,0 pu, atau 1425 rpm. Kecepatan ini dicapai setelah 0,8 s.

VII.

RESPON ARUS ROTOR DAN STATOR DARI MOTOR INDUKSI TIGA FASA

REFERENSI[1] [2] [3] R.K.Rajput, Electrical Machines, first edition, New York: McGraw Hill, 1993, pp. 352-353 R.Krishnan, Electric Motor Drives Modeling, Analysis and Control, first edition, 2001 PrenticeHall International, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458. Stephen D.Umans, Electric Machinery, fourth edition, McGraw-Hill Series in Electrical Engineering.

Gambar 9 arus rotor dan stator dari motor induksi 3 fasa

Respon arus rotor dan stator dari motor induksi tiga fasa digambarkan pada Gambar 9. Arus rotor berfluktuasi antara 0 hingga 0,6 detik. Arus stator digambar antara 10 A saat 0,8 detik seperti ditunjukkan pada gambar ini. VIII. RESPON WAKTU DARI TORSI ELEKTROMAGNETIK PADA MOTOR INDUKSI TIGA FASA Pada Gambar 10, respon waktu dari torsi elektromagnetik pada motor induksi tiga fasa dinyatakan. Torsi elektromagnetik dari motor induksi tiga fasa pada awalnya berkisar 0 pada 0,4 detik. Lalu, torsi nominal dicapai saat 0,8 detik. Torsi nominal dapat dilihat sebesar 11,9 Nm seperti ditunjukkan pada Gambar 10.

Gambar 10 respon waktu torsi elektromagnetik dari motor induksi