rancangbangunpengaturankecepatan...

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKART A, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

RANCANGBANGUNPENGATURANKECEPATANMOTORSINKRON SECARA ELEKTRONIS

*TOTOK DERMA WAN, **PURNOMO ENURY ANTO, *JOKO SUNARDI

*Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATANJl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281Telepon 0274-484085,489716, Faksimili 0274-489715

* *Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BA TAN

Jl. Babarsari Kotak Pos 6101/YKBB Yogyakarta 55281Telp. (0274) 488435

E-mail:[email protected]

Abstrak

RANCANG BANGUN PENGATURAN KECEPATAN MOTOR SINKRON SECARA ELEKTRONIS.

Telah dibuat alat pengatur kecepatan motor sinkron secara elektronis. Pengaturan kecepatan putaran motorini pada prinsipnya menggunakan pengendalian besar kecilnya tahanan rotor. Besar kecilnya perubahantahanan rotor ini diatur oleh rangkaian elektronik dimana dalam hal ini digunakan waktu tunda dari Triacsebagai pengaturnya. Pengujian alat ini dilakukan pada kondisi motor dioperasikan dengan diberi beban.Hasil pengujian menunjukkan bahwa kecepatan motor dapat diatur dari putaran terendah yaitu 150 RPMsampai dengan kecepatan tinggi yaitu 1050 RPM Dari hasil pengujian ini dapat diketahui bahwa alat inidapat bekerja dan berjimgsi dengan baik.

Kata Kunci : Pengaturan Elektronis, tahanan rotor, motor sinkron

Abstract

DESIGN OF ELECTRONIC REGULATOR FOR SYNCHRONMOTOR SPEED. The Electronic

Regulator For Synchronmotor Speed" is a taskfor finishing minithesis to obtain polytechnic degree, as weelas for completing the modul for Practical Work of Power System in the Electric High Current Laboratory.This device can regulate an AC motor speed of synchronmotor, from low rotation to high rotation. Thedifferent motor speed is managed by gate trigger of triac because of filling and emptying the condensator.The condensator charge depends on the load which is turned by potensiometer. Testing of this devicebyregulating the speed using load and the test result as follow: the lowest motor speed is 150 rpm and thehighest motor speed is 1050 rpm.

PENDAHULUAN

Pengaturan putaran motor dipakai untukmengubah kecepatan putaran dari putaranrendah ke putaran tinggi dan sebaliknya.Pengaturan dapat diterapkan di dalam peralatanperalatan listrik baik untukpenelitian/pendidikan maupun untuk industripada umumnya. Penerapan pengaturankecepatan motor di dalam dunia industri

misalnya pada mesin rol kain, benang,konveyor dan lainnya.

Pengaturan kecepatan putaran motorsinkron yang difungsikan sebagai motor induksiyang diatur kecepatannya secara elektronik dilaboratorium Listrik Arus Kuat, digunakanuntuk keperluan penelitian yang dapat dipakaiuntuk menambah modul-modul praktikum dilaboratorium tersebut.

Totok Dermawan dkk 321 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN


YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006ISSN 1978-0176

kemungkinan peningkatan pemakaiannyauntuk: [2]

1. Pengontrolan kepesatan motor arusbolak-balik maupun arus searah.

2. Peredupan lampu untuk pengontrolancahaya.

3. Pembalikan, yakni pengubahan dariarus searah ke arus bolak-balik.

4. Pengatur daya.5. Saklar.

Diac dan triac dari semikonduktorlapisan ganda dengan variasi gerbang clarithyristor, yang memperbolehkan arus mengalirdua arah yakni dari anode ke katode atau darikatode ke anode.

Penggunaan thyristor (SCR) sebagaipengatur daya dan sebagai saklar sangatmenguntungkan daripada alat-alat mekanik,sebab :

a. Tidak ada kontak-kontak yang auskarena terbakar

b. Tidak menyebabkan bunga api.c. Memerlukan sedikit komponen

komponen tambahan.Thyristor itu dapat dipakai untuk

mengatur daya yang besar-besar (yang ada padamesin-mesin), sedangkan thyristor sendirimemerlukan daya sangat kecil saja.

Thyristor bekerja seperti diode, dimanamenghantarkan arus hanya dari arah anode kekatoda. Kalau diberi tegangan terbalik, ia punbersifat seperti diode silikon biasa.

Untuk mengatur kecepatan motor AC,ada beberapa cara yaitu antara lain denganPengaturan Frekwensi dan dengan PengaturanArus Rotor. [1] Pengaturan tersebut bertujuanuntuk mengatur agar kecepatan atau kopelmotor bertahan pada harga yang dikehendaki(yang sudah ditetapkan). Kalau ada variasitegangan jaringan atau variasi beban, makaperubahan-perubahan ini di kompensasi(ditiadakan pengaruhnya). Kalau pengaturandilakukan dengan tangan, maka orang perlusetiap kali memutar-mutar pada satu tombolatau lebih. Pengaturan dengan tangan itulamban, dan memerlukan orang yang selaluhadir dan siaga. Bila pengaturan dilakukansecara elektronik closed loop, maka kopelataupun kecepatan putar hanya perlu di stel satukali saja. Selanjutnya rangkaian elektronik akanmempertahankan harga yang sudah ditetapkanitu. Dalam Tugas Akhir ini penulisan dibatasimengenai pembahasan tentang pengaturanmotor Sinkron secara elektronik open loop,dimana pengaturan dilakukan dengan caraelektronik tetapi belum dapat mempertahankanpada harga tertentu jika terjadi perubahankecepatan akibat perubahan beban. Perubahankecepatan masih dilakukan secara manualdengan potensiometer yang bertujuan agarkecepatan motor tersebut bertahan konstan.Sering kecepatan motor harus diubah untukmemenuhi permintaan beban. Motor AC yangdapat diatur kecepatannya adalah motor jenisrotor lilit, dimana motor tersebut dikonstruksisecara khusus yang dapat memberikanpengontrol kecepatan. Salah satu carapengendalian motor rotor lilit adalah denganmemakai rangkaian kendali elektronis yaitudengan rangkaian Chopper.

Anoda

Gate

Katoda

DASAR TEOR!

Thyristors

Thyristor, juga disebut SCR, singkatandari Silicon Controlled Rectifier (yang berartipenyearah terkemudi terbuat dan Silikon), dantelah menjadi salah satu alat semikonduktorpaling penting untuk mengontrol danmemutuskan hubungan arus bolak balik kecildan besar. Disamping kemudahan dimana dapatmempengaruhi penyearahan arus bolak-balik kearus searah, keandalan thyristor memberikan

Gambar1.Thyristor

Triac

Triac aclalah suatu komponen yangberkelakuan seperti dua buah SCR yangterpasang paralel. Oleh karena itu, triac dapatmengendalikan arus pada kedua arah. Teganganpenyalaan biasanya tinggi, sehingga cara yangnormal untuk menyalakan triac adalah denganmenerapkan pemicu berprategangan maju.Lembaran data untuk triac selalumencantumkan tegangan pemicu dan arus

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN 322 Totok Dermawan dkk

SEMINARNASIONALIISDMTEKNOLOGINUKLIRYOGYAKARTA,21-22 DESEMBER2006ISSN 1978-0176

pemicu ini. Gambar 2 merupakan lambangskematik dari sebuah riac.

+

sepatu (salient) atau kutub dengan celah udarasama rata (rotor silinder). Arus searah (DC)untuk menghasilkan fiuks pada kumparanmedan dialirkan ke rotor melalui cincin.

v

115Vac

Gambar2. SimbolSkematikTriac

\. f\ I.., /V

Gambar 4. Pengaturan Tegangan Bolak-BalikDengan Menggunakan Triac

Prinsip Kerja Mesin Sinkron

Mesin sinkron mempunyai kumparanjangkar pada stator dan kumparan medan padarotor. Kumparan jangkamya berbentuk samadengan mesin induksi, sedangkan kumparanmedan mesin sinkron dapat berbentuk kutub

T = Br Bs sin 0

DenganT = Kopel mesin sinkronBr = Medan putar rotorBs = Medan putar rotoro = Fungsi sudut kopel motor sinkron

Pada beban nol, sumbu kutub medanputar berimpit dengan sumbu kumparan medan(0=0). Setiap penambahan beban membuatmedan motor "tertinggal" sebentar dari medanstator, berbentuk sudut kopel (D), kemudianberputar dengan kecepatan yang sama lagi.Beban maksimum tercapai ketika = 0 = 90°.Penambahan beban lebih lanjut mengakibatkanhilangnya kekuatan kope1 dan motor disebutkehilangan sinkronisasi. [3]

Dalam motor induksi tidak terdapatkumparan medan, sehingga sumber pembangkitfiuks hanya diperoleh dari daya masuk, stator.Daya masuk untuk pembangkit fiuksmerupakan daya induktif, oleh karenanya motorinduksi bekerja pada faktor kerja terbelakang.Pada motor sinkron terdapat dua sumberpembangkit fiuks yaitu arus bolak-balik (AC)pada stator dan arus searah (DC) pada rotor.Bila arus medan pada rotor cukup untukmembangkitkan fiuks (ggm) yang diperlukan

Gambar5. PrinsipKeIjaMesinSinkron

Apabila kumparan jangkar dihubungkandengan sumber tegangan tiga fasa akanmenimbulkan medan putar pada stator. Kutubmedan rotor yang diberi penguat arus searahmendapat tarikan dari kutub medan putar statorhingga turnt berputar dengan kecepatan yangsama (sinkron). Dilihat dari segi adanyainteraksi dua medan magnet, maka kopel yangdihasilkan motor sinkron merupakan fungsisudut kopelnya (D).

~fYrj,('. \. \

\

(\I 'I \, ,

Vs

Gambar3. AplikasiPenerapanTriac,SwitchBerdayaRendahMengendalikanTriac,Yang

BertindakSepertiSwitchBerdayaTinggi

Gambar 3 merupakan contoh dari sebuahrangkaian triac. Bila switch berdaya rendahterbuka, maka triac tidak menghantar dan takada daya ac yang mencapai beban. Tetapi bilaswitch tertutup, arus yang melalui R2 akanmenjalankan triac selama setengah siklus.

Tahanan R] dan kapasitor C jugabertindak sebagai penangkal RC yang bergunauntuk mencegah transien-transien switchingyang dapat mengakibatkan kerusakan padatriac.


motor, maka stator tidak perlu memberikan aruspemagnetan atau daya reaktif dan motor bekerjapada faktor kerja = 1. Kalau arus medan padarotor kurang (penguat berkurang), stator akanbekerja menarik arus pemagnetan dari jala-jala,sehingga motor bekerja pada faktor kerjaterbelakang. Sebaliknya bila arus medan padarotor berlebih (penguat berlebih), kelebihanfluks (ggm) ini harus diimbangi, dan stator akanmenarik arus yang bersifat kapasitif dari jalajala, sehingga motor bekerja pada faktor kerjaterdahulu. Dengan demikian, jelas bahwa faktorkerja motor sinkron dapat diatur denganmengubah-ubah harga arus medan (If).

CARA KERJA

Rangkaian ini bekerja dengan caramengatur besar kecilnya perubahan teganganrotor yang keluar dari motor. Tegangan sumberFI-F2 yang keluar dari sisi rotor tersebutsebesar 125 volt yang oleh rangkaian ini divariasi sedemikian rupa (dengan mengaturpotensiometer). Selanjutnya kecepatan putaranmotor (RPM) yang di perlukan cukup denganmengubah-ubah potensiometer tersebut, yangselanjutnya oleh rangkaian pengatur ini bekerjadengan mengendalikan perubahan teganganrotor motor dengan cara membuat perubahanbesar kecilnya tahanan beban yangdikendalikan oleh triac. Karena tegangan rotorpada saat belum dipasang rangkaian pengaturadalah 125 volt, maka untuk mengantisipasijebolnya kapasitor yang dipasang padarangkaian pengatur, harus dipilih tegangannyayang lebih besar dari tegangan rotor.Untukmendapatkan tahanan beban sebesar 235 Qdibuat dengan dua buah tahanan 470 Q yangdipasang secara paralel. Untuk mengantisipasijebolnya tahanan beban akibat panas makadipilih dengan daya tinggi 5 watt, selanjutnyapada body tahanan beban maupun bodi triacdipasang pendingin untuk memudahkan dalampembuangan panas. Rangkaian PengaturKecepatan Motor tersebut dapat dilihat dalamGambar 6.


YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006ISSN 1978-0176

Gambar6. RangkaianPengaturKecepatanMotor

PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

Bagian akhir dari Rancang BangunPengaturan Kecepatan Motor Sinkron SecaraElektronis, adalah pengujian serta pembahasantentang unjuk kerja dari peralatan tersebut.

Pengujian

Pengujian alat dilakukan dengan tujuanuntuk mengetahui hasil akhir dari unjuk kerjaperalatan yang telah dibuat. Di dalam pengujiandigunakan peralatan-peralatan sebagai berikut :

1. Panel sumber tegangan ac 3 phase, 380volt

2. Motor sinkron 3 phase3. Unit Beban4. Ampere meter5. Volt meter6. Tachometer7. Torsi meter

Pengoperasian alat :Dalam melaksanakan pengoperasian alat

dilakukan langkah-Iangkah sebagai berikut1. Motor sinkron 3 phase disiapkan, dan

dikopel dengan peralatan unit beban,dimana kecepatan putaran motor dapatdibaca pada RPM meter ..

2. Pada sisi stator bagian terminal U\, V\,WI, di kopel sedangkan pada terminalU2, V2, W2, dihubungkan masingmasing ke R, S, dan T pada sumbertegangan 3 phase.

3. Pada sisi rotor, terminal Fl dan F2

masing-masing dihubungkan keterminal F1 dan F2 peralatan pengaturputaran motor.

4. Pasang ampermeter untuk mengetahuiarus yang mengalir, jika semua sudahsiap maka sumber tegangan ac 3 phasedapat dihubungkan.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN 324 Totok Dermawan dkk


YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

5. Hidupkan peralatan unit pengaturkecepatan motor, penunjukan RPMmeter dibaca untuk mendapatkan

putaran motor yang dikehendaki.lnstalasi Pengaturan Putaran Motordapat dilihat pada Gambar 7

Gambar 7 Instalasi Pengaturan Putaran

Hasil dari pengujian alat tersebut adalah sebagai berikut :

Tabell. Hasil Pengujian Pengaturan Kecepatan Motor

Stator

RotorTegangan

Putaran (n)

Tegangaterminal

No

TeganganArusn (F1-F2)

ArusRparalel= 470'0(RPM) (volt)(amper)

(volt)

(amper)(volt)

R-S

R-TT-SRST

1.

10503843843840,150,150,15300,07 28

2.

9003843853850,160,150,15390,07 28

3.

8003803863840,160,150,15460,07 26

4.

7003803843860,150,160,15540,07 25

5.

6003803843860,150,160,15600,07 24

6.

5003803843860,150,160,15660,07 237.

4003803843860,150,160,15740,07 22

8.

2503843863860,150,160,15850,08 20

9.

1503843853860,150,150,16930,08 17

PEMBAHAS

Pengujian alat yang telah dilakukan,dengan kondisi putaran motor telah dibebanimenggunakan unit beban. Dari tabel pengujianputaran motor dapat dilihat bahwa hasilpengujian tersebut menunjukkan rangkaianpengatur dapat mengendalikan putarankecepatan motor mulai dari putaran palingrendah (150 RPM) hingga putaran paling tinggi(1050 RPM). Pengaturan kecepatan motordilakukan dengan jalan memutar/mengaturpotensiometer 20 kn (Gambar 6). Besarkecilnya tegangan rotor dipengaruhi oleh dua

tahanan beban sebesar 4700 yang dipasangsecara paralel, dan besar kecilnya teganganrotor ini mempengaruhi cepat lambatnyaputaran motor. Pengaturan potensiometer 20 illini mempengaruhi pemicuan gerbanglgate triacuntuk membuka atau menutup. Jika potensiodiputar minimum maka seolah olah tahananbebannya kecil dan gerbang triac membukalebar (frekwensi tinggi) sehingga tegangan rotor(FI-F2) rendah akibatnya putaran motor tinggi.Demikian pula jika potensio 20 ill diputarmaksimum, maka seolah gerbang triacmembuka sempit (frekwensi rendah) jadiseakan-akan tahanan beban menjadi besarsehingga tegangan rotor (FI-F2) tinggi


akibatnya putaran motor menjadi rendah.Sehingga pada data percobaan terlihat teganganpada R beban pada saat putaran motor tinggitegangan juga tinggi, sedangkan pada saatputaran rendah maka tegangan R beban jugarendah. Hal ini berlawanan dengan teganganpada output terminal rotor (FI-F2). Sebab padategangan output rotor, saat putaran motor tinggitegangannya rendah, sedangkan pada putaranmotor rendah tegangannya tinggi.

Selama pengujian peralatan pengaturkecepatan motor ini telah dilakukanpengamatan komponen-komponen yangdipakai temyata mampu untuk dioperasikandalam jangka waktu relative lama, karenameskipun terjadi panas pada komponennyanamun hal ini telah diatasi dengan pemasangansirip-sirip pendingin yang dipasang di dalamkomponen tersebut terutama pada triac T2500Dserta pada R beban.

KESIMPULAN

Kesimpulan yang dapat diambil daripembuatan alat pengatur kecepatan motorsinkron secara elektronis ini, dan setelahdilakukan pengujian adalah :I. Hasil dari Rancang Bangun Pengaturan

Kecepatan Motor Sinkron Secara Elektronisini digunakan untuk mengatur kecepatanputaran motor berdaya besar ac tiga phaseyang terdapat di laboratorium Listrik arusKuat STTN-BATAN, dimana motortersebut mempunyai tegangan keluaranrotor (FI-F2) sebesar 120 Volt ac.

2. Motor dapat dioperasikan dan diaturputarannya antara 150 sampai dengan 1050RPM.

3. Alat dapat dipakai sebagai alat praktikumLAK, maupun praktikum kendali, dandigunakan untuk mengendalikan kecepatanputaran menggunakan motor sinkron tigaphase.


YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

DAFTAR PUSTAKA

1. A.E. FITZGERALD, 1992, Mesin-Mesin Listrik,penerbit PT Erlangga, Jakarta

2. WASITO S, Pelajaran elektronika, 1986, Teknikdenyut op-amp Thyristor, Karya UtamaJakarta.

3. ZUHAL, 1988, Dasar Teknik Tenaga Listrik danElektronika Daya, penerbit PT Gramedia,Jakarta.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -SATAN 326 Totok Dermawan dkk

rancangbangunpengaturankecepatan...

Documents