Penyebab Arus Motor Induksi 3 Phasa Tidak Seimbang

45
Penggunaan motor induksi 3 fasa semakin banyak digunakan. Hal ini dikarenakan penggunaannya yang mudah, ketahanan yang tinggi, efisiensi yang tinggi dan biaya perawatan yang murah. Motor-motor tersebut ditempatkan pada lingkungan dan kondisi bervariasi yang dapat menimbulkan kerusakan pada bagian-bagian motor

Kerusakan pada motor induksi 3 phasa dapat disebabkan karena terdapat masalah pada bagian internal motor (shortcircuit pada stator, panas berlebih pada bearing, dan lain-lain) atau kerusakan pada bagian external motor. Salah satu penyebab dari masalah external pada motor induksi 3 fasa adalah terputusnya salah satu fasa yang menimbulkan gangguan single-phasing pada motor induksi 3 fasa tersebut. Sebuah kondisi Single-phasing pada motor listrik termasuk salah satu kasus terburuk dari ketidakseimbangan tegangan.

Kondisi gangguan ini juga menyebabkan kenaikan arus dan torsi, serta penurunan kecepatan putar. Penemuan torsi ketika gangguan single-phasing meningkat menjadi 0,29 Nm dan kecepatan turun menjadi 1350 rpm pada motor induksi 3 fasa kapasitas 2,2 kW. Kenaikan nilai arus ke motor pada 2 fase yang tersisa secara teoritis meningkat menjadi 1,73 (173%) kali dari kondisi normal motor. Hal ini tentunya akan memberikan pengaruh terhadap kemampuan mesin untuk dapat bekerja optimal.

Oleh karena itu perlu dianalisa pengaruh gangguan singlephasing terhadap ketidakseimbangan tegangan dan kenaikan suhu dari kondisi normalnya dalam keadaan beban nol dan berbeban dengan menggunakan pembebanan prony brake pada motor induksi 3 fasa.

 

Percobaan dapat dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja motor induksi ketika kondisi normal dan single-phasing adalah percobaan beban nol, percobaan hubung singkat dan percobaan berbeban. Kondisi single-phasing didapat dengan menggunakan kontaktor untuk melakukan pelepasan salah satu fase pada rangkaian.

Rangkaian Percobaan Sumber tegangan 3 fasa diambil dari regulator tegangan Hampden Instrument. Pengukuran tegangan menggunakan multimeter PC-5000, arus menggunakan tangampere, daya dan faktor daya menggunakan clampmeter, gaya tarikan menggunakan scalemeter, kecepatan motor menggunakan tachometer digital, sedangkan prngukuran suhu menggunakan mikrokontroler

Menurut IEC, besarnya ketidakseimbangan tegangan bisa dinyatakan dengan

\textrm{Faktor ketidakseimbangan}(\%)= \frac{V_2}{V_1}\times 100\%

padgb2

padgb3

Pada sistem tiga-fasa tiga kawat yang bisa kita ukur secara langsung hanyalah tegangan antar fasa, sehingga besarnya ketidakseimbangan biasanya dihitung dengan persamaan berikut:

\textrm{Faktor ketidakseimbangan}(\%)=\sqrt{\frac{1-\sqrt{3-6\beta}}{1+\sqrt{3-6\beta}}}\times 100\%

yang mana

\beta=\frac{V_{ab}^4+V_{bc}^4+V_{ca}^4}{\left(V_{ab}^4+V_{bc}^4+V_{ca}^4\right)^2}

Sedangkan menurut NEMA, besarnya ketidakseimbangan dihitung dengan cara berikut:

\textrm{Faktor ketidakseimbangan}(\%)=\frac{\textrm{Deviasi maksimum}\left(V_{ab}V_{bc}V_{ca}\right)\textrm{dari rata-rata}}{\textrm{Rata-rata dari}\left(V_{ab}V_{bc}V_{ca}\right)}

Jangan menggunakan tegangan fasa-ke-netral karena adanya tegangan urutan nol bisa membuat hasilnya kurang akurat. Secara teoritis, definisi menurut IEC memberikan hasil yang lebih akurat dibanding definisi NEMA.

3. Pengaruh tegangan tidak seimbang pada motor

Rangkaian ekivalen motor induksi diperlihatkan di Gb. 4. Slip didefinsikan sebagai

s=\frac{N_s-N_r}{N_s}

yang mana N_s menyatakan kecepatan sinkron dan N_r adalah kecepatan rotor. Tegangan urutan negatif akan menyebabkan medan putar yang berputar pada kecepatan sinkron tetapi dengan arah berlawanan dengan arah jarum jam. Akibatnya, slip terhadap tegangan urutan negatif adalah

s_2=\frac{-N_s-N_r}{-N_s}=2-s

Karena nilai slip s biasanya sangat kecil, mendekati nol, maka slip urutan negatif mempunyai nilai mendekati dua. Akibatnya, impedansi rotor terhadap tegangan urutan negatif akan sangat kecil mendekati impedansi motor saat hubungsingkat. Oleh sebab itu, besar impedansi urutan positif relatif terhadap urutan negatif bisa didekati dengan persamaan

\frac{Z_1}{Z_2}=\frac{I_{start}}{I_{running}}

Atau

\frac{I_2}{I_1}=\frac{V_2}{V_1}\times\frac{I_{start}}{I_{running}}

padgb4

Gb. 4. Rangkaian ekivalen motor induksi.

Arus start motor biasanya berkisar antara 6 sampai 8 kali arus beban penuh. Oleh sebab itu, ketidakseimbangan tegangan 5% akan menghasilkan ketidakseimbangan arus antara 30 sampai 40%. Karena resistansi rotor terhadap arus frekuensi urutan negatif lebih besar dibanding terhadap arus urutan positif, susut daya di rotor akan meningkat dengan cepat. Selain itu, pemanasan tambahan di stator dan rotor akan menyebabkan umur isolasi stator akan berkurang dengan cepat.

Untuk mengkompensasi pengaruh ketidakseimbangan tegangan, NEMA telah membuat kurva derating bagi motor yang bekerja pada tegangan tak seimbang. Gb. 5 memperlihatkan kurva derating factor versus persen ketidakseimbangan. Persen ketidakseimbangan yang diijinkan tanpa melakukan derating adalah 1%. Persen ketidakseimbangan yang diijinkan maksimum adalah 5%.

padgb5

Gb. 5. Derating factor.

4. Pengaruh ketidakseimbangan tegangan pada penyearah

Penyearah dioda tiga-fasa banyak digunakan dalam bermacam penerapan seperti halnya VSD (Variable Speed Drives) dan sistem catu daya. Idealnya, penyearah dioda semacam ini hanya menghasilkan harmonisa dengan orde 6k\pm1 yang mana k bilangan bulat. Gb. 6(a) memperlihatkan bentuk gelombang arus masukan dioda pada tegangan yang seimbang. Pada kondisi tak seimbang, harmonisa orde tiga dan kelipatannya bisa mengalir di sumber sehingga kwalitas gelombang dan faktor-daya arus masukan memburuk. Adanya harmonisa orde rendah ini bisa mengganggu kinerja sistem atau menyebabkan resonansi pada kapasitor koreksi faktor daya. Gb. 6(b) memperlihatkan gelombang arus masukan penyearah dioda pada kondisi tak seimbang.

Pada kondisi seimbang, riak tegangan dc yang dihasilkan oleh penyearah dioda mengandung harmonisa orde kelipatan enam.Pada kondisi tak seimbang, riak tegangan dc yang dihasilkan mengandung harmonisa orde dua, empat, dan kelipatannya. Riak yang besar ini bisa menurunkan kwalitas tegangan keluaran yang dihasilkan inverter (jika digunakan pada VSD) dan mempercepat penuaan kapasitor dc. Gb. 7 memperlihatkan gelombang tegangan kapasitor pada kondisi seimbang dan tak seimbang.

padgb6

Gb. 6. Gelombang arus masukan penyearah dioda tiga-fasa.

padgb7

Gb. 7. Gelombang tegangan keluaran penyearah dioda tiga-fasa.

Faktor lain yang menyebabkan motor induksi 3 fase arus tidakseimbang adalah akibat kurang perawatan dan lingkungan yang buruk, dapat menyebabkan salah satu fase statornya menjadi rusak dan tidak berfungsi. Hal ini menimbulkan gangguan single-phasing yang menyebabkan ketidakseimbangan tegangan dan kenaikan suhu pada motor.