## Analisis Rugi-rugi Daya Listrik Akibat  Ketidak Seimbangan  Tegangan Penyulang Pada Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar

## Hendry Sularto
Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Tanjungpura Jl. Ahmad Yani, Pontianak – 78124
Abstract–  Unbalanced  Voltage  supply  is  case  which  is impossible  to  be  avoided  and  inflict  losses  on. Unbalanced  voltage  is  depended  on  line  voltage unbalanced  factor.  Raising  unbalanced  factor  will increase  power  losses  and  decrease  efficiency  of  the three-phase  induction  motor.  According  to  experiment result  in  laboratory,  the  increasing  power  loses  is 58,47%  and  decreasing  eficiency  is  14,14%  if  motor operating  in  5,0%  unbalanced  voltage  factor,  while theoretically  computation  results  in  the  increasing  of power  losses  is  241,79%  and  decreasing  efficiency  is 31,34%
Keywords– Unbalanced voltage, Motor, Losses

## 1. Pendahuluan
Didalam  bidang  industri  untuk  mempertahankan ongkos  produksi  yang  minimum  dan  harga  produksi yang dapat bersaing, diperlukan meminimkan penyerapan  energi  listrik  pada  semua  tingkatan,  dari proses  pabrik  termasuk  pengendalian  motor  motor listrik.  Salah  satu  ukuran  dari  konservasi  energi  dalam pengendalian  motor-motor  listrik  adalah  perbaikan  dari kualitas  daya,  dimana  tegangan  penyulang  yang  tidak seimbang  merupakan  masalah  penting  lainnya  dari kualitas daya.

## 2. Faktor Tegangan Tak Seimbang
Definisi NEMA
LVUF = Faktor tegangan antara fasa tak seimbang | V avg |           = Besaran tegangan rata-rata | V ab - V avg |  = Besaran deviasi antara V ab dengan V avg | V bc - V avg | = Besaran deviasi antara V bc dengan V avg |V ca - V avg |       = Besaran deviasi antara V ca dengan V avg

## 3. Rugi Rugi Daya Pada Motor Induksi
Analisis  steady  state  (keadaan  tunak)  dari  operasi motor  induksi  dengan  penyulang  tak  seimbang digunakan pendekatan komponen simetris.
Disini  diperlukan  pengembangan  rangkaian  ekivalen menjadi  rangkaian  ekivalen  urutan  positif dan  negative. Bila V a , V b , dan V c adalah tegangan fasa penyulang dari
motor,  maka  hubungan  dengan  tegangan  komponen urutan  nol,  positif  dan  negative  (V o ,  V p ,  dan  V n ) diberikan sebagai berikut :
Analisis dari rangkaian diberikan
= + + ( ) + +   ( + )
Untuk  impedansi  urutan  positif,  i  =  p  dan  Sp  =  S, sedangkan impedansi urutan negatif,  i = n dan Sn = 2 - s Arus urutan positif dan negatif stator dan rotor adalah : I ps =
I pr = I ps ( )
I ns = I nr = I ps
( )
Motor dihubungkan star tanpa pembumian maka I as = I ps + I ns I bs = a 2 I ps + a I ns I cs  = a I ps + a 2 I ns Untuk rotor juga dapat ditransformasi seperti stator : I ar = I pr + I nr I br = a 2 I pr + a I nr I cr  = a I pr + a 2 I nr Dengan memperoleh arus stator dan rotor per fasa, maka rugi rugi daya stator dan rotor dapat dihitung dengan : Rugi rugi tembaga stator (P cus ) = (I as 2 + I bs 2 + I cs 2 ) R s Rugi rugi tembaga rotor (P cur ) = ( I ar 2 + I br 2 + I cr 2 ) R r Dari pengujian beban nol diperoleh rugi rugi daya beban nol (P nl ) jadi total rugi rugi daya pada motor induksi (P r ) adalah :
P r = P cus + P cur + P nl
Efisiensi ( ) dapat diperoleh dari rumus :
r o o in o P P P P P    
Po    = Daya aktif Output Pin   = Daya aktif Input

## 4. Hasil dan Pembahasan
Pengujian dilakukan di  laboratorium  Teknik  kendali Fakultas  Teknik  Universitas  Tanjungpura  dan  motor yang  diuji  adalah  motor  induksi  tiga  fasa  tipe  rotor sangkar.  Mula-mula motor  dioperasikan  dengan tegangan  nominal  tiga  fasa  seimbang,  dengan  auto transformer,  tegangan  input(penyulang)  diatur  menjadi tegangan  tiga  fasa  tak  seimbang  dan  sampai  mencapai factor tegangan antara fasa tak seimbang (RVUF)=5%

## Gambar 1. Rangkaian Pengujian
Parameter  motor  induksi  rotor  sangkar  adalah  sebagai berikut :
Rs      = 66,46 ohm Xs     = 52,59 ohm Xm    = 560,47 ohm Rr      = 25,66 ohm Xr     = 35,56 ohm
Tabel 1 Faktor tegangan antar fasa tak seimbang(LVUF)
Tabel 2 Data pengujian motor induksi rotor sangkar
Tabel 3 Perhitungan Po, Pr s dan   dari pengujian
Pr s = rugi rugi daya motor induksi tipe rotor sangkar
 rs = efisiensi motor induksi tipe rotor sangkar
Tabel 4. Perhitungan rugi rugi daya dan efisiensi motor induksi
rotor sangkar secara teoritis
Gambar 2. Perbandingan rugi-rugi daya motor induksi rotor sangkar antara pengujian dan teoristis
Gambar  3. Perbandingan efisiensi motor induksi rotor sangkar  antara pengujian dengan teoritis
Pada  tegangan  tak  seimbang  akan  terjadi  tegangan urutan  negatif  yang  menimbulkan  torka  pengereman pada motor, maka pada tabel 3 diperoleh rugi rugi daya semakin  membesar  dan  efisiensi  semakin  mengecil  bila factor  ketidak  seimbang  dinaikkan,  kecuali  baris  ke  7. Hal  ini  disebabkan  keterbatasan  peralatan,  kestabilan tegangan  PLN  dan  penentuan  tegangan  input  untuk menentukan LVUF, Tegangan tegangan yang digunakan dalam  penulisan  ini  merupakan  salah  satu  dari  sekian permutasi.
Dari gambar 2 dan 3 terlihat pada LVUF < 1% kurva pengujian  lebih  besar  dari  kurva  teoritis.  Hal  ini disebabkan  mula  mula  motor  masih  dingin,  parameter motor  belum  terpengaruh  temperatur,  tetapi  sesudah temperatur  motor  meningkat,  pada  LVUF  >  1  %  kurva
pengujian  lebih  kecil  dari  kurva  teoritis.  Pada  analisis teoritis  diasumsi  kondisi  ideal,  di  mana  parameter konstan karena efisiensi berbanding terbalik dengan rugi rugi  daya  maka  yang  terjadi  pada  efisiensi  adalah kebalikan  dari  rugi  rugi  daya,  hal  ini  terlihat  pada gambar 2.
Baik  kurva  pengujian  maupun  teoritis  menunjukkan bahwa  dengan  kenaikan  ketidak  seimbangan  akan mngakibatkan  rugi  rugi  daya  listrik  meningkat  dan efisiensi menurun (tabel 3 dan 4).
Rugi  rugi  daya  pada  tegangan  seimbang  (LVUF  =  0) pada  pengujian  laboratorium  118  watt  dan  perhitungan teoritis 93,28 watt, sedangkan penyulang dengan LVUF =  5%  pada  pengujian  187  watt  berarti  terjadi peningkatan  58,47%  terhadap  penyulang  seimbang, perhitungannya  adalah  (187  –  118)  /  118  x  100  %  = 58,47  %  dan  teoritis  318,82  watt  atau  peningkatan 241,79  %.  Efisiensi  pada  tegangan  seimbang  (LVUF  = 0)  pada  pengujian  laboratorium  75,82  %  dan perhitungan  teoritis  78,87  %,  sedangkan  penyulang dengan  LVUF  5  %  pada  pengujian  61,68  %  atau penurunan 14,14 % dan teoritis 48,53 % atau penurunan 31,34  %.  Mengoperasikan  motor  dengan  rugi  rugi  daya yang  besar  atau  efisiensi  yang  rendah  tidak  diinginkan karena  akan  terjadi  kenaikan  temperatur  sehingga merusak  motor dan  pemborosan biaya  pemakaian. Oleh karena  itu  standard  NEMA  membatasi  faktor  ketidak seimbangan  (LVUF)  yang  melebihi  5  %  karena  akan menimbulkan  kenaikan  temperature  sebesar  50  %  dan mengakibatkan  pengurangan  daya  mekanik  (derated motor).

## 5. Kesimpulan
1.  Peningkatan  factor  ketidak  seimbangan  tegangan penyulang  akan  mempebesar  rugi    rugi  daya  dan menurunkan efisiensi motor (tabel 3 dan 4)
2.  Pada  LVUF  >  1  %  kurva  pengujian  rugi  rugi  daya lebih  besar  dari  kurva  teoritis  (gambar  2  dan  3), sebaliknya kurva  pengujian efisiensi lebih kecil dari kurva teoritis
3.  Menurut pengujian  di laboratorium, peningkatan rugi rugi daya dan penurunan efisiensi pada motor induksi rotor  sangkar  pada  LVUF  5  %  adalah  58,47  %  dan 14,14 %.
4.  Menurut  perhitungan  teoritis,  peningkatan  rugi  rugi daya  dan  penurunan efisiensi  pada  motor induki tipe rotor  sangkar pada  LVUF 5  % adalah  241,79 % dan 31,31 %
5. Perbedaan hasil pengujian dan teoritis (gambar 2 dan 3)  karena  teoritis  diasumsikan  kondisi  motor  ideal (tidak dipengaruh kenaikan temperatur), keterbatasan dari  peralatan  yang  digunakan  dan  kestabilan  dari tegangan PLN.

## Referensi
[1]. Alexander S Laugsdarf, MME, Dsc, ” Theory of Alternating Current Machinery” , Second edition, Tata Mc Graw Hill, New Delhi 1978.
[2]. charles I, Huberk PE, “Electric Machines Theory, Operation, Application, Adjusyment and Control” Second Edition, Newjersey 2009 Prantice Hall. [3]. Nema Std, Motor and Generator Part 14.36 ,  “Effect of Unbalanced Voltage on Performance of Polyphase Induction Motor” , Publication MG I – 1998 (Revision 3, 2002).
[4]. Knwarjit Singh Sandhu, Vincent Chandhary, “ Steady State of Induction Motor Operating with Unbalanced Supply Sistem” , WSEA Trans on Circuit and System, Vol 8, February 2009.

## Biography
Hendry  Sularto lahir  di  Pontianak  pada  tanggal  21 Februari  1949.  Menyelesaikan  program  Strata  I    (  S  I  ) tahun 1984 dan Strata II  (S 2) tahun 2010 di Universitas Tanjungpura  Pontianak  Jurusan  Teknik  elektro,  Sejak tahun  1984  sampai  sekarang  mengajar  di  Fakultas Teknik Jurusan Teknik elektro Universitas Tanjungpura .