Motor Induksi

Motor induksi banyak digunakan diberbagai sektor, mulai dari rumah tangga sampai industri. Alasan yang mendasari hal tersebut adalah beberapa keuntungan dari penggunaan motor induksi. Beberapa keuntungan tersebut adalah
- Murah, konstruksi yang kokoh, sederhana
- Mudah dalam perawatan dan biaya perawatan lebih murah
- Efisiensi tinggi dalam keadaan normal (rugi gesekan kecil karena tanpa sikat)

Tetapi ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dari penggunaan motor induksi yaitu
- Kecepatan motor tidak mudah untuk dikontrol
- Arus mula motor biasanya 6 kali dari arus nominal
- Faktor daya rendah pada beban yang ringan

Motor induksi tergolong motor AC yang terdiri dari lilitan/kumparan stator (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang berputar). Lilitan pada stator disuplai oleh tegangan AC yang menghasilkan tegangan induksi pada lilitan rotor, layaknya induksi pada transformer. Hal tersebut memungkinkan munculnya kutub ganda (North/South) dan menghasilkan pola medan magnet di udara. Medan magnet tersebut menentukan kerapatan fluks (flux density) sinusoidal di udara, seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

http://cnx.org/content/m42382/latest/?collection=col11458/latest

http://agesheftrucks.nl/nl/heftrucks/tcm/WebAps/Acroba_E.nsf/WViewTech/AE_DCMotorGenri.html

http://cnx.org/content/m42380/latest/?collection=col11458/latest

Torsi merupakan besarnya usaha yang dilakukan untuk memutar  benda pada porosnya. Torsi merupakan perkalian vektor cross product. Nilai torsi maksimum didapat saat gaya F tegak lurus dengan jari-jari r atau sin (90) = 1. Torsi yang menyebabkan benda berputar dan berhenti jika ada usaha yang melawan gaya sentrifugal dengan besar yang sama.

Cara mengukur torsi motor dengan menggunakan beban.

Torsi Mekanik

T = r x F

T = |r| |F| sin (theta)

T = b x F [N.m]

T = w x b [N.m]

dengan T = torsi [N.m]

            b = jarak gaya dengan porosnya [m]

            F = gaya sentrifugal [N]

            w = berat, m.g [N]

http://user.physics.unc.edu/~rowan/p24site/p24units/unit11/WCHAP11-9.html

Arah torsi pada propeler di quadcopter.

Torsi juga dapat dihitung dari melalui persamaan lain.

P = T/t

T = L.F

P = F (L/t)

v = L/t

Dalam satu putaran penuh, L = 2.π.r

v = n.2.π.r

P = n.2.π.r.F

P = n.2.π.T [N.m/menit atau Watt]

P = N.m/menit jika T dalam N.m

Untuk Daya Listrik

P = (2.π.n.T)/(60.1000) [kW]

Dimana 60 adalah 60 detik

             1000 N.m/detik = 1 kW

P = n.T / 9549 [kW]

dengan P = daya keluaran motor [Watt]

            T = torsi motor yang dihasilkan [N.m]

            L = jarak yang ditempuh dalam satu putaran poros [m]

            v = kecepatan [m/s]

            r = jari-jari motor [m]

            F = gaya yang diberikan [N]

Torsi Elektromagnetik

P = T x ω [Watt]

P = T x 2π x ω(rpm) [Watt]

P(kW) = T x 2π x ω(rpm)/6000 [kW]

6000 = (60 detik).(1000W)

P(HP) = T(lbs.ft) x ω(rpm) / 5252 [HP]

dengan P = daya [Watt atau HP]

            T = torsi [N.m atau lbs.ft]

            ω = kecepatan angular [rad/s atau rpm]

Garis gaya fluks dari medan magnet yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya yang akan menimbulkan tegangan induksi emf (ggl) [Faraday Law]. Arus yang mengalir pada kumparan rotor berada dalam medan putar stator dan menghasilkan garis gaya fluks, dan menyebabkan kumparan rotor mengalami gaya Lorentz yang berpasangan dan berlawanan arah [Lorentz Law]. Gaya Lorentz tersebut menimbulkan torsi dan cenderung menggerakkan rotor sesuai dengan arah pergerakan dari medan induksi stator.

Penentuan Torsi berdasarkan hukum Lorentz.

T = r x F dengan F adalah B.i.L

Terdapat dua jenis rotor pada motor induksi yaitu wound dan squirrel cage.

Squirrel Cage

Motor induksi akan berputar jika terdapat slip, yaitu perbedaan nilai kecepatan sinkron dengan kecepatan rotor. Nilai kecepatan sinkron didapat dari

dengan ω_s = kecepatan sinkron [rad/s atau rpm]

            ω  = kecepatan, 2.π.f [rad/s]

            f    = frekuensi [Hz]

            p   = jumlah pole 

Sedangkan besarnya slip adalah

dengan s    = slip motor

            ω_s = kecepatan sinkron [rad/s]

            ω_r = kecepatan rotor [rad/s]

            ns = kecepatan sinkron [rpm]

            nr = kecepatan rotor [rpm]

Jika tegangan tiap fasa pada stator, v_s = √2 V_s sin ωt, maka fluks yang dihasilkan pada rotor adalah

Sehingga, tegangan induksi tiap fasa pada rotor adalah

dengan N_r = jumlah lilitan pada tiap fasa rotor

           ω_m = kecepatan putar rotor atau frekuensi (Hz)

           δ     = posisi relatif rotor

            E_r = nilai rms tegangan induksi pada rotor tiap fasa [V]

           E_m = nilai puncak tegangan induksi pada rotor tiap fasa [V]

Rashid, Muhammad H. 2004. Power Electronics Circuit, Device, and Applications, 3rd ed. United States of America : Pearson Prentice Hall.

Dalam hukum Faraday dinyatakan bahwa

Jika medan magnet berosilasi sinusoidal dengan frekuensi f, dan bentuk rangkaian sama, maka besarnya fluks magnetik yang dihasilkan adalah  

http://physics.ua.edu/lab10x/ph102/PDF/Induced_EMF_LAB(102).pdf

Kurva Torsi - Kecepatan

Besarnya tegangan induksi dan arus di rotor linier dengan besarnya slip. Sehingga Torsi memiliki hubungan yang linier dengan slip.

Rangkaian Ekivalen untuk Satu Fasa

dengan 

http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211053agungsetiaji/2013/04/28/motor-ac/

Kinect and Leap Motion, Nice Combination

Kinect digunakan untuk deteksi wajah (face detection), 3D modeling, mendeteksi gerakan tangan / tubuh pada jarak kurang dari 3 meter. Leap motion merupakan pilihan lain dalam pengenalan gerakan (gesture detection). Leap motion dinilai lebih akurat dibandingkan dengan kinect. Menurut perusahaan pembuat, Leap motion dapat mengikuti jejak pergerakan 1/100 mm yang berarti 200 kali dari akurasi alat yang ada di pasaran, bahkan dapat mendeteksi pergerakan ujung jari sampai sebuah jarum. Tetapi leap motion hanya didasarkan pada pergerakan pergelangan tangan dan jari di udara. Leap motion yang berharaga sekitar $70 lebih murah dibanding kan dengan kinect yang berharga sekitar $250. Leap motion berbentuk kotak dan dikomunikasikan dengan menggunakan kabel USB. Leap motion dapat digunakan untuk interaksi dengan komputer namun terbatas hanya untuk jarak yang dekat dengan PC. 

 Leap terdiri dari sejumlah kamera sensor VGA untuk mendeteksi segala pergerakan. Leap motion juga dapat mendeteksi setiap bagian pergerakan jari dan mampu membedakan pensil dan jari saat jari memegang pensil. Leap motion juga dapat dibandingkan dengan touch screen. Leap motion jauh lebih attractive dibandingkan dengan touch screen, salah satunya untuk game Fruit Ninja.

Find out more :

https://www.leapmotion.com/

http://blog.leapmotion.com/

http://www.theverge.com/2012/6/26/3118592/leap-motion-gesture-controls#ooid=VkYW04NTod5cDwz247vs1gGVcq_jw0X4

Mengenal V rms, V line, V phase

Dalam rangkaian sistem 3 fasa baik itu hubungan segitiga maupun delta, maka kita akan sering mendengar istilah Vrms, V fasa ke fasa, V tiap fasa. Berikut ini kita akan lebih mengenal lebih dalam tentang sosok nilai rms, fasa ke fasa, tiap fasa dari nilai tegangan ataupun nilai arus.

RMS (Root Mean Square)

Dalam matematika, rms merupakan perhitungan statistik dari besarnya tiap nilai dalam jumlah yang beragam. Perhitungan ini sangat berguna untuk variasi nilai positif dan negatif , seperti pada sinusoidal. Perhitungan ini dapat digunakan pada serangkaian nilai diskrit ataupun berbagai fungsi kontinu. Dalam pengertiannya, nilai RMS didapat dari akar kuadrat dari rata-rata dari kuadrat suatu nilai.

Misalkan terdapat kumpulan nilai {x₁, x₂, ... x_n} sebanyak n, maka nilai rms-nya adalah

Untuk fungsi kontinu f(t) pada interval T₁ ≤ t ≤ T₂ maka

Untuk nilai rms dari fungsi pada semua waktu, maka

Dalam rangkaian listrik, daya rata-rata (power average) dapat didefinisikan dalam

Jika nilai arus didefinisikan dalam fungsi pada waktu yang bervariasi dan merupakan fungsi yang periodik, maka besarnya daya disipasi rata-rata pada waktu yang bervariasi adalah

Jika nilai tegangan didefinisikan dalam fungsi pada waktu yang bervariasi, maka nilai daya rata-rata adalah

Nilai daya rata-rata juga dapat dihitung berdasarkan nilai rms arus dan tegangan

Saat V(t) merupakan sinyal sinusoidal dengan V_p adalah nilai tegangan puncak yang bernilai positif dan ω = 2π / T,  maka nilai tegangan rms adalah

Tambahan : 

Vline, Vphase

V_line atau V_F-F merupakan tegangan yang diukur antara fasa yang satu dengan fasa yang lain pada rangkaian tiga fasa.

V_phase atau V_F atau V_F-N merupakan tegangan yang diukur pada salah satu kumparan atau tegangan yang diukur dari fasa ke netral (pada susunan Y).

Tegangan dan Arus pada Susunan Y dan Δ

Garis biru adalah nilai tegangan

Garis merah adalah nilai arus

Perhitungan Vline dan Vphase

Gambar tersebut menunjukkan dua buah line U-N dan V-N yang merupakan tegangan tiap fasa. Dari kedua line tersebut dapat diukur besarnya tegangan fasa ke fasa menggunakan perbandingan nilai phytagoras. Sehingga besarnya tegangan fasa ke fasa V_line adalah 

Learn more :

[1] http://www.allaboutcircuits.com/worksheets/deltawye.html

[2] http://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_10/5.html

[3] http://ece.k-state.edu/~starret/581/3phase.html

Perbedaan Susunan Kumparan pada Motor AC 3 Fasa

Motor listrik AC 3 fasa dapat tersusun dari rangkaian Δ delta (segitiga) atau Y star (bintang). Penggunaan kedua buah rangkaian disesuaikan dengan tujuan dan kebutuhan masing-masing motor. Secara umum, kedua susunan tersebut dapat dibedakan berdasarkan konfigurasi plat pada terminal motor.

Motor listrik AC 3 fasa dapat tersusun dari rangkaian delta (Δ) atau star (Y). Penggunaan kedua buah rangkaian disesuaikan dengan tujuan dan kebutuhan masing-masing motor. Secara umum, kedua susunan tersebut dapat dibedakan berdasarkan konfigurasi plat pada terminal motor, seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut.

Susunan Rangkaian pada Terminal Motor

Pada susunan star (Y), kumparan motor akan terhubung seri (tanpa titik netral nol) dengan jala-jala dan arus menjadi rendah yang mengakibatkan momen putar motor menjadi menurun. Susunan Y bintang digunakan pada motor untuk beban yang membutuhkan daya kecil  dan putarannya cepat. Sedangkan susunan Δ (segitiga) digunakan untuk beban yang berat dan membutuhkan daya besar. 

Untuk motor dengan daya besar dan beban berat, maka digunakan sistem Y/Δ. Untuk putaran awal digunakan star (Y) dan selanjutnya di ubah ke susunan delta (Δ). Sistem star/delta (Soft Starter) juga digunakan untuk mengurangi lonjakaran arus mula yang besar baik untuk motor-motor besar maupun kecil. Soft starter dilakukan dengan batuan timer untuk mengatur waktu perpindahan susunan dari Y ke Δ. 

Rangkaian Soft Starter

Perbedaan mendasar antara hubungan bintang dan delta, pada susunan bintang terdapat netral yang selalu di ketanahkan (ground).

Motor dengan keluaran 6 terminal UVW-XYZ dapat dibuat susunan Y atau Δ  Sedangkan untuk motor dengan keluaran 3 terminal hanya digunakan untuk hubungan Δ saja.

Untuk perbedaan perhitungan, lebih jelasnya dapat  dilihat dalam tabel berikut ini.

Perbandingan Susunan Y dan Δ

Dari tabel tersebut, dapat dilihat bahwa daya yang dihasilkan pada susunan Δ lebih besar 3 kali dibandingkan dengan daya yang dihasilkan pada susunan Y. Hal tersebut menunjukkan bahwa, susunan Δ digunakan untuk beban yang membutuhkan daya besar dan putaran cepat, sedangkan susunan Y digunakan untuk beban yang membutuhkan daya kecil dan putaran tidak terlalu cepat.

Aliran Arus pada Susunan Y dan Δ

Sistem Pelistrikan di Indonesia

Pastikan listrik di rumah anda berjalan dengan baik. Peduli terhadap listrik yang digunakan di rumah dengan mengetahui sistem listrik yang digunakan.

Listrik yang dapat menghidupkan perangkat elektronik baik di rumah tangga, pemerintahan, sampai industri, berasal dari listrik yang dihasilkan oleh pembangkit tenaga listrik. PLN mengatur segala macam pembebanan dan penggunaan listrik yang berasal dari pembangkit listrik, untuk segala macam pemakaian. Listrik yang berasal dari pembangkit listrik adalah listrik 3 fasa dan kemudian disalurkan kepada pelanggan sesuai dengan kebutuhan daya yang dinginkan. Listrik pada pelanggan dapat berupa listrik 1 fasa ataupun 3 fasa.

Jaringan tegangan listrik (JTL) merupakan sisitem penyaluran / pendistribusian tenaga listrik milik PLN yang dioperasikan dengan Tegangan Rendah (TR), Tegangan Menengah (TM), TT (Tegangan Tinggi) atau Tegangan Ekstra Tinggi (TET) [http://www.pln.co.id/eng/?p=85]. Ada berbagai macam JTL yang berfungsi untuk pendistribusian listrik, diantaranya adalah

1. Jaringan Tegangan Ekstra Tinggi (JTET) : dipoerasikan dengan TET (Tegangan diatas 245 kV)

2. Jaringan Tegangan Tinggi (JTT) : dioperasikan dengan TT ( Tegangan sistem 35 kV - 245 kV)

3. Jaringan Tegangan Menengah (JTM) : dioperasikan dengan TM (Tegangan sistem 1 kV - 35 kV)

4. Jaringan Tegangan Rendah (JTR) : dioperasikan dengan TR (Tegangan sistem < 1 kV)

Untuk pengukuran energi diperlukan dua alat yaitu Current Trasformer (CT) dan Potential Transformer dengan menurunkan arus listrik dan tegangan listrik. Satuan energi listrik yang menjadi acuan seberapa besar kita harus membayar listrik adalah kilo Watt Hour (kWh) yang dapat diukur melalui kWh meter. kWh meter terbagi menjadi dua macam yaitu kWh Meter Tarif Ganda dan kWh Meter Tarif Tunggal. Tarif ganda digunakan untuk mengukur pemakaian energi pada WBP dan WLBP. Sedangkan Tarif tunggal digunakan untuk mengukur pemakaian energi  pada salah satu waktu. WBP adalah waktu beban puncak, antara jam 18.00 sampai 22.00 dan WLBP adalah waktu luar beban puncak, anatar jam 22.00 sampai 18.00.

Daya listrik terbagi menjadi tiga macam (segitiga daya), yaitu :

1. Daya Listrik Nyata/Aktif (Watt) : Daya listrik yang terpakai sebenarnya

    P = V x I x cos phi                      -> 1 fasa
    P = √3 x V x I x cos phi              -> 3 fasa

    ket : cos phi = faktor daya

2. Daya Listrik Reaktif (VAR/Volt Ampere Reactive) : Daya yang terpakai untuk pembentukan medan magnet yang menghasilkan fluks medan magnet. Daya tersebut juga terpakai untuk daya mekanik dan panas. Contoh : transformer, motor, lampu pijar, dan lainya.

    Q = V x I x sin phi                      -> 1 fasa
    Q = √3 x V x I x sin phi              -> 3 fasa

    ket : sin phi = faktor daya

3. Daya listrik Semu (VA) : Total daya aktif dan reaktif

    S = V x I                                      -> 1 fasa
    S = √3 x V x I                              -> 3 fasa

Pada pembangkit listrik, diperlukan pengaturan antara daya listrik nyata dan daya listrik reaktif agar daya dapat didistribusikan dengan baik dan tidak terjadi rugi daya yang besar.

Segitiga Daya

Faktor daya (power factor) adalah rasio perbandingan antara daya aktif (Watt) dan daya semu (VA) pada rangkaian AC dan merupakan  beda sudut antara V dan I yang dinyatakan dalam cos φ.

pf = daya aktif (P) / daya semu (S)
    = V.I.cos φ / V.I = cos φ

dengan 0 ≤ pf ≤ 1

Batas pf yang ditentukan oleh PLN adalah 0,85, sedangkan hal (+) dan (-) dari nilai pf yang meningkat atau menurun adalah sebagai berikut.

(+) 

Menekan rugi-rugi daya

Tegangan meningkat

Kapasitas distribusi listrik meningkat

(-)

Memperbesar penggunaan listrik kWh akibat rugi daya

Memperbesar penggunaan listrik kVARh

Terjadi tegangan jatuh (drop voltage) dan menguragi mutu listrik

Koreksi pf dapat dilakukan dengan :

- pemasangan kapasitor untuk mengurangi medan pada daya reaktif

- mengurangi operasi dan beban motor

- mengoperasikan motor sesuai dengan kapasitas motor

- menghindari pengoperasian alat listrik di atas tegangan rata-rata

Pemasangan capasitor bank ditujukan untuk menghindari :

- kenaikan arus / suhu kabel

- kelebihan beban pada trafo (overload)

- tegangan jatuh (drop voltage) pada jalur line terakhir

Faktor daya dapat bersifat lagging / leading

- Lagging (tertinggal) jika tegangan mendahului arus yang terjadi pada beban induktif (motor induksi, AC, transformator).

- Leading (mendahului) jika arus mendahului tegangan yang terjadi pada beban kapasitif (kapasitor, generator sinkron, motor sinkron, kondensor sinkron).

Tarif Daya Listrik (TDL) merupakan ketentuan pemerintah yang berlaku mengenai golongan tarif dan harga jual tenaga listrik yang disediakan oleh PLN yang terbagi menjadi dua, yaitu, TDL untuk rumah tangga dan industri. Daya listrik yang disediakan oleh PLN adalah 220, 450, 900, 1300, 2200, 3500, 6600, dan laianya.

Sistem listrik 3 fasa diperkenalkan dan dipatenkan oleh Nikola Tesla 1887 dan 1888. Sistem 3 fasa lebih banyak digunakan dibandingkan sistem 2 fasa atau 1 fasa, karena dapat mengirimkan daya listrik yang lebih besar, terutama dalam aplikasi pada motor-motor listrik. Sistem 3 fasa digunakan mulai dari pembangkitan, transmisi, sampai distribusi. Dalam sistem 3 fasa, terdapat tiga buah penghantar dengan tegangan yang sama dan berbeda fasa 120. Sistem 3 fasa dapat disusun dalam rangkaian delta (segitiga) dan star (bintang). Perbandingan kedua susunan tersebut adalah sebagai berikut.

Susunan 1 Fasa dan 3 Fasa

Tabel Perbandingan 1 Fasa dan 3 Fasa

Sistem listrik 3 fasa dengan susunan star digunakan oleh PLN pada trafo distribusi JTR (380V/220V). Seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut.

Sistem Listrik 3 Fasa

Seperti yang ditunjukkan oleh gambar tersebut, besarnya tegangan fasa-netral (phase voltage) adalah tegangan fasa-fasa (line voltage) / √3 = 380V / √3 = 220V. Instalasi listrik yang sering digunakan oleh pelanggan 1 fasa pada distribusi listrik perumahan, ditunjukkan oleh gambar berikut.

Sistem Distribusi Listrik Perumahan

Gambar tersebut menunjukkan bahwa listrik yang berasal dari PLN terdiri dari 3 kabel bertegangan dan 1 kabel netral, sedangkan listrik yang tersambung pada rumah-rumah adalah 1 fasa terdiri dari  1 kabel fasa dan 1 kabel netral. Pada instalasi listrik rumah, terdapat tiga buah kabel, yaitu :

Kabel Listrik untuk 3 Fasa

Kabel Listrik untuk 1 Fasa

1. Kabel Fasa (merah/hitam/kuning)

Kabel sebagai sumber listrik AC yang membawa tegangan dari sumber listrik PLN. Pada stop kontak, jalur fasa ini dapat diketahui dengan menggunakan testpen. Jika testpen menyala, maka pada titik tersebut terdapat sumber tegangan.

Testpen

2. Kabel Netral (Biru)

Kabel sebagai acuan tegangan nol yang disambungkan ke tanah pada pembangkit tenaga listrik dan pada titik-titik tertentu (tiang listrik) jaringan listrik untuk disambungkan ke gorund terutama pada trafo penurun tegangan dari JTT. Pada netral, jumlah arus dari seluruh fasa adalah nol (Jika Is=Ir=It, maka Is+Ir+It=0).

3. Kabel Tanah / Ground (Hijau-Kuning)

Kabel ini digunakan sebagai acuan nol pada lokasi pemakai yang disambungkan ke tanah (ground). Kabel ini benar-benar berasal dari logam yang ditanam di tanah rumah kita. Kabel ini sebagai kabel pengamanan yang disambungkan ke chassis alat-alat listrik di rumah agar pemakai alat tidak mengalami kejutan listrik.

Untuk mengatasi kebocoran (induksi) listrik dari alat-alat listrik dipasang kabel tanah (ground) yang dihubungkan dengan logam (elektroda) yang ditancapkan ke tanah untuk disatukan dengan kabel netral dari jala listrik yang dipasang pada jarak terdekat dengan meteran listrik atau dekat dengan sekering.

Pemasangan kabel tanah (ground) pada sistem listrik di rumah dinilai sangat penting karena sebagai syarat mutlak keselamatan dari bahaya kejutan listrik dan beberapa alat-alat listrik yang sensitif tidak akan bekerja dengan baik jika ada induksi listrik yang muncul di chassis (contoh : efek arus Eddy).

Pastikan instalasi listrik di rumah anda terpasang dengan baik dan selalu cek kWh meter anda masih berfungsi dengan baik. Bijak dalam penggunaan listrik demi kepentingan bersama.

Salam listrik......

References:

[1] http://www.pln.co.id/eng/?p=85

[2] https://www.facebook.com/komunitasteknisi.seindonesia/posts/666943786654905

[3] http://www.instalasilistrikrumah.com/sistem-listrik-3-phase/

[4] http://id.wikipedia.org/wiki/Listrik