Laporan Inverter.docx

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Perkembangan zaman dari masa ke masa semakin melonjak tinggi, kebutuhan akan tenaga listrik akan semakin meningkat pula, khusunya energi listrik di Indonesia mengalami peningkatan lebih tinggi di bandingkan sebelum-sebelumnya. Penyebab utamanya adalah semakin berkembangnya industri-industri yang membutuhkan energi listrik baik jumlah yang besar maupun kecil untuk mengoperasikan mesin produksi. Pengoperasian mesin produksi akan berperan penting bila didukung oleh motor-motor listrik, kebanyakan dari setiap industri baik besar maupun kecil lebih banyak menggunakan motor AC dengan fasa tunggal maupun tiga fasa. Motor AC yang lebih banyak di gunakan di industri-industri ialah motor induksi, karena cara kerja yang mudah, pemeliharaan yang tidak terlalu rumit dan tidak teralu memakan biaya. Penamaan motor induksi dikarenakan arus motor bukan berasal dari sumber tertentu, melainkan dari arus yang terinduksi sebagai akibat dari perbedaan putaran rotor dengan medan putar dari stator. Namun demikian terdapat kelemahan motor induksi tiga fasa yaitu dalam hal pengaturan kecepatan. Dalam proses produksi sekarang ini di sebuah industri adakalanya dibutuhkan kecepatan putar yang dapat diatur sesuai keperluan. Pengendalian motor induksi tiga fasa ini dapat dilakukan dengan mengatur kecepatan dengan merubah frekuensi menggunakan inverter sampai mencapai kecepatan nominalnya dengan memberikan sudut pemicuan yang berbeda-beda. Oleh sebab itu dalam pembuatan laporan ini ditujukan untuk membahas lebih jauh mengenai “Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Menggunakan Inverter”

1

1.2

Tujuan Tujuan dari praktikum ini adalah 1. Memahami prinsip kerja inverter dalam mengendalikan motor. 2. Memahami cara pengendalian motor induksi dengan inverter.

1.3

Rumusan Masalah Beberapa masalah yang dapat dirumuskan dalam kegiatan praktikum ini adalah : 1. Aspek – apa saja yang perlu diperhatikan dalam memahami prinsip kerja inverter dalam mengendalikan motor? 2. Bagaimana cara mengendalikan motor induksi dengan inverter?

1.4

Ruang Lingkup Masalah Permasalahan dalam kegiatan kerja praktek ini dibatasi oleh beberapa hal

sebagai berikut : 1. Inverter yang digunakan adalah merk…. Dengan tipe….. 2. Motor yang digunakan adalah motor induksi. 1.5

Waktu dan Tempat Praktikum Kegiatan Praktikum ini dilaksanakan pada : 16 Oktober 2018 di Laboratorium Teknik Tenaga Listrik Teknik Elektro ITENAS.

1.6

Sistematika Laporan Praktikum Ringkasan pembahasan bab – bab dalam laporan praktikum ini adalah

sebagai berikut : 1. BAB I. PENDAHULUAN Bab pendahuluan meliputi latar belakang, tujuan, rumusan masalah, ruang lingkup masalah, waktu dan tempat, sistematika laporan dari kegiatan praktikum. 2.

BAB II. TEORI DASAR Bab ini berisikan teori – teori pendukung untuk bab – bab selanjutnya.

2

3. BAB III. METODOLOGI Bab ini membahas mengenai langkah – langkah praktikan pada saat praktikum berlangsung.

4. BAB IV. ANALISA dan TUGAS AKHIR Bab ini berisi analisa setiap percobaan pada saat praktikum berlangsung, dan tugas akhir.

5. BAB V. KESIMPULAN Bab ini berisi mengenai kesimpulan dari keseluruhan laporan yang didapat dari praktikum

3

BAB II TEORI DASAR

2.1 Inverter Inverter

merupakan

suatu

peralatan

yang

dapat

digunakan

untuk

mengkonversikan sumber daya 3 phasa menjadi tegangan DC yang kemudian dikonversikan lagi menjadi sumber daya 3 phasa dengan frekuensi yang dapat diatur. Cara ini bisa dipakai karena diketahui bahwa kecepatan sinkron motor induksi berbanding lurus dengan frekuensi sumber dayanya. Sumber daya dari PLN mempunyai frekuensi yang konstan, yaitu 50 Hz. Salah satu cara yang efektif untuk menghasilkan tegangan dengan frekuensi yang bisa diatur yaitu dengan jalan membangkitkannya sendiri. Untuk itu diperlukan suatu sumber daya DC. Sumber daya ini diperoleh dari sumber daya PLN yang disearahkan dengan rectifier. Selanjutnya sumber daya ini ditapis dengan filter DC untuk mendapatkan sumber daya DC yang lebih rata. Kemudian dengan melalui suatu rangkaian switch (disebut sebagai jembatan inverter) yang bisa dikendalikan sedemikian rupa, sumber daya itu bisa diubah menjadi sumber daya 3 phasa pada ujung beban. Dengan cara mengontrol waktu pensaklaran dari switch-switch tersebut dengan menggunakan sinyal PWM (Pulse Width Modulation). Merubah kecepatan motor dengan Inverter akan membuat: 1.

Torsi lebih besar

2.

Presisi kecepatan dan torsi yang tinggi

3.

Kontrol beban menjadi dinamis untuk berbagai aplikasi motor

4.

Dapat berkombinasi dengan plc (programmable logic control) untuk fungsi otomasi dan regulasi

5.

Menghemat energi

6.

Menambah kemampuan monitoring

7.

Hubungan manusia dengan mesin (interface ) lebih baik

8.

Sebagai pengaman dari motor, mesin (beban) bahkan proses. 4

Inverter juga dapat dibedakan dengan cara pengaturan tegangannya, yaitu : 1. Jika yang diatur tegangan input konstan disebut Voltage Fed Inverter (VFI). 2. Jika yang diatur arus input konstan disebut Current Fed Inverter (CFI). 3. Jika tegangan input yang diatur disebut Variable dc linked inverter.

Gambar 2.1 Topologi Inverter

Sumber DC yang dibutuhkan inverter dapat berasal dari baterai atau dari sumber tegangan AC yang disearahkan. Untuk mendapatkan keluaran yang dikehendaki maka digunakan rangkaian kontrol. Rangkaian control tersebut antara lain berfungsi untuk mengatur frekuensi dan amplitude gelombang keluaran. Agar gelombang keluarannya dapat kembali mendekati gelombang sinus, maka digunakan filter. Filter berfungsi untuk melewatkan frekuensi yang diharapkan saja. Filter yang digunakan disini biasanya merupakan filter jenis band pass filter yang akan menangkal frekuensi rendah dan frekuensi tinggi yang tidak diharapkan pada keluarannya. Inverter mode saklar (switch mode inverter) adalah rangkaian utama dari system yang berfungsi untuk membalikkan tegangan searah menjadi tegangan bolak-balik. Disebut mode saklar Karena alat ini bekerja dengan menggunakan teknik penyaklaran (switching). Keluaran dari inverter mode saklar ini masih berupa pulsa-pulsa berfrekuensi tinggi (frekuensi switching) Sedangkan rangkaian control berfungsi untuk mengendalikan proses penyaklaran (switching) yang terjadi pada inverter mode saklar. Pengendalian ini akan menentukan bentuk gelombang,

5

amplitude gelombang, serta frekuensi gelombang keluaran pada system secara keseluruhan. Berdasarkan bentuk gelombang output-nya inverter dapat dibedakan menjadi : 1. Sine wave inverter, yaitu inverter yang memiliki tegangan output dengan bentuk gelombang sinus murni. Inverter jenis ini dapa memberikan supply tegangan ke beban (Induktor) atau motor listrik dengan efisiensi daya yang baik. 2. Sine wave modified inverter, yaitu inverter dengan tegangan output berbentuk gelombang kotak yang dimodifikasi sehingga menyerupai gelombang sinus. Inverter jenis ini memiliki efisiensi daya yang rendah apabila digunakan untuk mensupplay beban induktor atau motor listrik. 3. Square wave inverter,yaitu inverter dengan output berbentuk gelombang kotak, inverter jenis ini tidak dapat digunakan untuk mensupply tegangan ke beban induktif atau motor listrik.

Hal-hal yang harus diperhatikan dalam memilih inverter DC ke AC diantaranya adalah : 1. Kapasitas beban yang akan disupply oleh inverter dalam Watt, usahakan memilih inverter yang beban kerjanya mendekati dengan beban yang hendak kita gunakan agar effisiensi kerjanya maksimal. 2. Sumber tegangan input inverter yang akan digunakan, input DC 12 Volt atau 24 Volt. 3. Bentuk gelombang output inverter, Sinewave ataupun square wave untuk tegangan output AC inverter. Hal ini berkaitan dengan kesesuain dan efisiensi inverter DC ke AC tersebut.

6

2.2 Prinsip Kerja dari Inverter

Gambar 2.2 Rangkaian Ekivalen Inverter

Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti ditunjukkan pada diatas. Bila sakelar S1 dan S2 dalam kondisi on maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang hidup adalah sakelar S3 dan S4 maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa (pulse width modulation – PWM) dalam proses conversi tegangan DC menjadi tegangan AC. 2.3 Inverter 1 Fasa Pada dasarnya inverter merupakan sebuah alat yang membuat tegangan bolakbalik dari tegangan searah dengan cara pembentukan gelombang tegangan. Namun gelombang tegangan yang terbentuk dari inverter tidak berbentuk sinusoida melainkan berbentuk gelombang dengan persegi. Pembentukan tegangan AC tersebut dilakukan dengan menggunakan dua pasang saklar. Berikut ini merupakan gambar yang akan menerangkan prinsip kerja inverter dalam pembentukan gelombang tegangan persegi.

7

V S1

V

S3

+

A

B Beban

S2

S4

Gambar 2.3 Prinsip kerja inverter 1 Phasa

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa untuk menghasilkan arus bolak-balik, maka kerja saklar S1 sampai S4 yang disuplai oleh tegangan dc harus bergantian. Lalu bagaimanakah gelombang tegangan tersebut dapat terbentuk dari keempat buah saklar tersebut? Ketika saklar S1 dan S4 hidup maka arus akan mengalir dari titik A ke titik B sehingga terbentuklah tegangan positif. Setelah itu gentian saklar S2 dan S3 yang hidup dan arus akan mengalir dari tiitk B ke titik A sehingga terbentuklah tegangan negative. Pembentukan gelombang hasil ON-OFF keempat saklar tersebut dapat terlihat dari gambar berikut: + S1 dan S4 On 0 S2 dan S3 On

Waktu

Gambar 2.4 Bentuk gelombang tegangan

Dengan mengubah arah arus yang mengalir ke beban (pada ½ periode pertama arus mengalir dari titik A ke titik B dan pada ½ periode kedua arus mengalir dari B ke A) maka akan didapatkan bentuk gelombang arus bolak-balik. Lalu bagaimana inverter dapat mengatur frekuensi keluarannya? Inverter mengatur frekuensi keluarnnya dengan cara mengatur waktu ON-OFF saklar-saklarnya. Sebagai contoh apabila S1 dan S4 ON selama 0,5 detik begitu juga dengan S2 dan S3 secara berganti-gantian maka akan dihasilkan gelombang bolak-balik dengan frekunsi 1

8

Hz. Pada dasarnya saklar S1-S4 dan S2-S3 dihidupkan dengan jangka waktu yang sama. Jadi apabila dalam satu periode To = 1 detik, maka S1-S4 ON selama 0,5 detik dan S2-S3 ON selam 0,5 detik dan didapatkan frekuensi sebesar 1 Hz.

0,5 detik

0,5 detik + S1 dan S4 On 0

S2 dan S3 On

Waktu

-

Gambar 2.5 Bentuk gelombang tegangan AC dengan frekuensi 1 Hz

Jika dalam satu periode tersebut dinyatakan pada T maka nilai frekuensi yang dihasilkan adalah (F) : F = 1/T Dimana:

F = Frekuensi (Hertz) T = Periode (detik)

2.4 Inverter 3 fasa Pada dasarnya prinsip kerja pada inverter 3 Phasa sama dengan inverter 1 phasa. Yaitu dengan mengubah arus searah menjadi bolak-balik dengan frekuensi yang beragam. Dimana tegangan arus DC ini dihasilkan oleh sirkuit converter untuk kemudian diubah lagi menjadi arus AC oleh sirkuit inverter.

9

S1

S3

S5

S2

S4

S6

U

VDC

0

60

120

180

240

300

V

360

420

W

480

540

S1 S2 S3 S4 S5 S6

U-V

V-W

W-U

Gambar 2.6 Sirkuit pada inverter

Dari gambar 2.6 dapat dilihat bahwa inverter memiliki dua buah sirkut utama, yaitu sirkuit converter dan sirkuit inverter. Sirkuit converter berfungsi untuk mengubah daya komersial AC menjadi arus searah serta menghilangkan ripple akibat penyearahan yang akan dilakukan oleh dioda-dioda pada sirkuit converter ini dengan menggunakan kapasitor penghalus (C). Tegangan DC dari converter itu kemudian menjadi sumber tegangan untuk transistor-transistor pada sirkuit converter. Selain berfungsi untuk mengubah kembali tegangan DC menjadi tegangan AC kembali, transistor-transistor juga mempunyai fungsi utama untuk mengatur frekuensi keluaran inverter yang beragam.

10

Sirkuit Konverter

D1

D2

Sirkuit Inverter

P

D3 TR1

TR3

TR5

R

U

S

V

T

W

TR4 D4

D5

TR6

TR2

D6

N

Gambar 2.7 Sirkuit dasar inverter 3 phasa dengan transistor

Inverter juga memiliki saklar-saklar seperti pada inverter 1 phasa yakni untuk membentuk tegangan bolak-balik juga mengatur frekuensi keluaran inverter yaitu S1-S6. Namun pada aplikasinya saklar-saklar ini diganti dengan menggunakan enam buah transistor. Hal imi disebabkan karena saklar konversional memiliki banyak kerugian diantaranya adalah pada kecepatan perpindahan saklar. Apabila saklar berubah-ubah dengan kecepatan tidak konstan untuk setiap perubahan tegangan (dari positif ke negative), tentunya frekuensi yang dihasilkan akan tidak konstan pula. Setelah itu transistor dihidup-matikan untuk menjalankan motor. Hubungan antara tegangan inverter (VRO, VSO, VTO) dan tegangan output (VRS, VST, VTR) dapat diturunkan sebagai berikut: VRS = VRO-VSO VST = VSO-VTO VTR = VTO-VRO

11

Tegangan phasa (VRN, VSN, VTN) diberikan oleh tegangan netral pada kumparan stator motor akan timbul tegangan relative terhadap titik nol inverter yaitu sebesar : VNO = VRO+VSO+VTO ≠ 0 3 Gambar dibawah ini menunjukan hubungan antara tegangan inverter serta urutan penyalaan. Pulsa-pulsa penyalaan yang identik dengan tegangan inverter adalah memiliki pilsa rate = 1 dengan pengeseran phasa 120 derajat, duty cycle 50 %.

0

30

60

vRO vSO

90

T1 ON

T4 ON

T2 ON

T5 ON

vTO T3 ON

vRS

120 150 180 210 240 270 300 330 360

T6 ON

T5 ON

T3 ON

T1 T5 ON T2 T4 ON

vST

T2 T6 ON T5 T3 ON

T5 T3 ON

vTR T6 T1 ON

Gambar 2.8 Hubungan Tegangan Antara Phasa Inverter Dan Urutan Penyalaan

Sedangkan untuk tegangan per phasa inverter dapat diturunkan menjadi persamaan – persamaan berikut : VRN = 1/3 VRO – 1/3 VSO -1/3 VTO VSN = 2/3 VSO – 1/3 VRO -1/3 VTO VTN = 2/3 VTO – 1/3 VSO -1/3 VRO

12

Inverter biasanya menggunakan modulasi lebar pulsa (pulse width modulation PWM). Inverter juga dapat dibedakan dengan cara pengaturan tegangannya, yaitu: 1) Jika yang diatur tegangan input konstan disebut Voltage Fed Inverter (VFI); 2) Jika yang diatur konstan disebut Current Fed Inverter (CFI); dan 3) Jika tegangan input yang diatur disebut Variable DC Linked Inverter. Inverter banyak diaplikasikan pada proses-proses industri dan banyak digunakan pada peralatan rumah tangga.

2.5 Inverter Setengah Gelombang Prinsip kerja dari inverter satu fasa dapat dijelaskan dengan gambar . ketika transistor Q1 yang hidup untuk T0/2 tegangan pada beban V0 sebesar Vs/2. Jika transistor Q2 hanya hidup untuk T0/2, maka Vs/2 akan melewati beban. Q1 dan Q2 dirancang untuk bekerja saling bergantian. Pada Gambar b. menunjukkan bentuk gelombang untuk tegangan keluaran dan arus transistor dengan beban resistif.

Gambar 2.9 Rangkaian Inverter Setengah gelombang

Inverter setengah gelombang membutuhkan dua sumber DC dan ketika transistor off tegangan balik pada Vs menjadi Vs/2, yaitu :

13

2.6 Inverter Gelombang Penuh Inverter gelombang penuh ditunjukkan pada gambar a. Ketika transistor Q1 dan Q2 bekerja (ON), tegangan Vs akan mengalir ke beban tetapi Q3 dan Q4 tidak bekerja (OFF). Selanjutnya, transistor Q3 dan Q4 bekerja (ON) sedangkan Q1 dan Q2 tidak bekerja (OFF), maka pada beban akan timbul tegangan –Vs. Bentuk tegangan inverter gelombang penuh dapat dilihat pada gambar b.

Gambar 2.10 Rangkaian Inverter gelombang penuh

2.7 Definisi dan Kontruksi Motor Induksi Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (ac) yang paling luas digunakan Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja berdasarkan induksi medan magnet stator ke rotornya, dimana arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator. Motor induksi secara prinsip dapat dianalogikan dengan sebuah transformator, hanya saja yang membedakannya adalah pada motor induksi, rangkaian

14

sekundernya berputar. Maka motor induksi dapat dianalogikan dengan sebuah transformator dan oleh karena itu cara menganalisaannya juga sama.

Gambar 2.11 Rangkaian Motor Induksi

Apabila motor berputar, maka parameter-parameter yang ada hubungannya dengan frekuensi akan berubah. Pada saat motor berputar tanpa beban, besarnya daya yang diserap oleh motor Po hanya dipergunakan untuk mengatasi rugi-rugi inti dan rugi mekanik. Daya yang dihasilkan (dengan masukan 3 Ø ), sebanding dengan tegangan, arus serta faktor bebannya. 2.8 Prinsip Kerja Motor 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): n 

120 fe P

15

Dimana:

N = kecepatan sinkron dalam RPM F = frekuensi P = pole (kutub)

16

BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM 3.1. Persiapan Peralatan Yang Digunakan Alat-Alat yang digunakan pada saat Percobaan Praktikum : 1. Inverter

1 unit

2. Motor Induksi

1 unit

3. Kabel Penghubung

secukupnya

3.2. Prosedur Percobaan 1. Merangkai rangkaian seperti gambar dibawah ini :

R

N

R

N

INVERTER

R U S V T W

R

S

M

T

Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan

2. Melaporkan rangkaian pada asisten. 3. Tekan tombol power inverter untuk menyalakan inverter. 4. Sebelum digunakan, inputkan terlebih dahulu data dari motor yang digunakan, seperti tegangan, frekuensi, arus, dan kecepatan motor. 5. Tekan menu 2x kemudian tekan button up, pilih 1. Pada menu 1 ini kita dapat mengatur range tegangan, frekuensi, arus motor dan kecepatannya.

17

6. Setelah itu pilih menu 1-22 untuk mengatur tegangan motor, dan set range tegangan pada 220 Volt, kemudian set dengan menekan OK. 7. Selanjutnya, pilih menu 1-23 untuk mengatur frekuensi motor, dan set range frekuensi pada 50 Hz, dan set dengan menekan OK. 8. Kemudian pilih menu 1-24 untuk mengatur arus motor, dan set range arus motor pada………………….., kemudian set dengan menekan OK. 9. Dan yang terakhir pilih menu 1-25 untuk mengatur kecepatan nominal motor, kemudian set range kecepatan motor pada 1500 RPM dan set dengan menekan OK. 10. Setelah setting selesai, tekan tombol hads on untuk memulai pengendalian pada motor. 11. Putar potensio searah jarum jam untuk mengatur frekuensi, mulai dari 10 Hz, kemudian catat kecepatan motor yang dibaca oleh tachometer. 12. Ulangi langkah 11 untuk frekuensi 20 Hz, 30 Hz, 40 Hz, dan 50 Hz. Catat kecepatan motor setiap perubahan frekuensi. 13. Menurunkan frekuensi di inverter menuju 0. 14. Menurunkan saklar MCB (OFF). 15. Menggambar wiring percobaan. 16. Merapihkan semua peralatan percobaan. 3.3. Data Pengamatan

Tabel 3.1 Tabel Frekuensi Terhadap Kecepatan Motor

Frekuensi (Hz) 10 20 30 40 50

Kecepatan motor (RPM)

Keterangan Motor

293 613 898,1 1200 1497

Kecepatan Lambat Kecepatan Sedang Kecepatan Mulai Cepat Kecepatan Cepat Kecepatan Penuh

18

Grafik Frekuensi Terhadap Kecepatan 1600

kecepatan (RPM)

1400 1200 1000 800

600 400 200

0 0

10

20

30

40

50

60

Frekuensi (Hz)

Gambar 3.2 Grafik frekuensi terhadap kecepatan

3.4. Pengolahan Data Diketahui data motor sebagai berikut : F : 50 Hz n : 1500 RPM maka jumlah kutub dapat dicari dengan persamaan n =

120f P

. dimana :

n : kecepatan motor p : jumlah kutub f : frekuensi maka : p = p=

120f n

120 x 50 1500

= 4 kutub

a. Mencari kecepatan motor dengan perubahan frekuensi dari 10 Hz – 50 Hz  Frekuensi 10 Hz n=

120 x 10 4

= 300 RPM

 Frekuensi 20 Hz n=

120 x 20 4

= 600 RPM

19

 Frekuensi 30 Hz n=

120 x 30 4

= 900 RPM

 Frekuensi 40 Hz n=

120 x 40 4

= 1200 RPM

 Frekuensi 50 Hz n=

120 x 50 4

= 1500 RPM

KECEPATAN (RPM)

Grafik Frekuensi Terhadap Kecepatan 2000 1500 1000 500 0 1

2

3

4

5

FREKUENSI (F) RPM percobaan

RPM perhitungan

Gambar 3.3 Perbandingan RPM percobaan dengan perhitungan

20