## ANALISA PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN SUDUT FASA PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA 100HP / 75KW SAAT STARTING DAN STEADY STATE MENGGUNAKAN MATLAB SIMULINK
ZADIL HAFIS 1 , ERHANELI 2 , ANGGUN ANUGRAH 3 , SAPANNUR BANDRI 4
Institut Teknologi Padang 1,2,3,4
email: zadilhafis98@gmail.com 1 , Corespounding author : erhanelimarzuki@gmail.com 2
DOI: http://dx.doi.org/10.31869/rtj.v6i2.4144
Abstrak :  Sudut  fasa  yang  tidak  seimbang  akan  mempengaruhi  stator,  torsi  dan  kecepatan motor.  Pada  kondisi  ini  dapat  menyebabkan  kecelakaan  pada  motor  induksi  3  fasa  yang membuat  mesin  menjadi  cepat  panas,  sehingga  menurunkan  produktivitas  mesin  yang sebenarnya.  Penyimpangan  sudut  fasa  ini  akan  menpengaruhi  kinerja  motor  induksi  yang dapat  mengurangi  kekuatan  dan  kemampuan  motor  tersebut.  Definisi  ketidakseimbang ditentukan  berdasarkan  metode  NEMA  (National  Equipment  Manufacturer’s  Association).
Simulasi  perhitungan  dengan  Matlab  Simulink  dilakukan  untuk  analisis  dampak  sudut  fasa seimbang pada motor induksi 3 fasa dengan ketidak seimbangan 5%, dimana Phase  A= 6 ⸰ , Phase B = 120 ⸰ , dan Phase = 240 ⸰ . Pada saat sudut fasa tidak seimbang terjadinya perbedaan signifikan  terhadap  gelombang  torsi  dan  kecepatan  motor,  dimana  grafik  gelombang  pada torsi  dan  kecepatan  motor  mengalami  osilasi  yang  mengakibatkan  getaran  pada  motor semakin  besar.  Sudut  fasa  tidak  seimbang  menyebabkan  peningkatan  nilai  torsi  dan kecepatan motor. Pada tanpa beban torsi bernilai 660 Nm dan kecepatan bernilai 1501 Rpm, dan  pada  beban  360  Nm  nilai  torsi  1016  Nm.  nilai  kecepatan  motor  1497  Rpm,.  Sehingga dengan  semakin  naiknya  nilai  beban  maka  nilai  torsi  akan  meningkat  dan  nilai  pada kecepatan  akan  menurun.  NEMA  membuat  motor  dapat  beroperasi  secara  normal spesifikasinya  jika  unbalace  voltage  tidak  lebih  dari  1%.  Ketika  sudut  fasa  tidak  seimbang adalah  5%  akan  menyebabkan  panas  berlebih  dan  kerugian  pada  motor  meningkat.  Untuk mengatasi ketidak seimbangan sudut fasa dengan cara dereating  atau menurunkan peringkat motor.  Ketika  sudut  fasa  tidak  seimbang  melebihi  1%  maka  motor  harus  melambat  agar motor dapat berjalan dengan baik.
Kata kunci: Motor 3 fasa, Ketidakseimbang Sudut Fasa, Stator, Torsi. Kecepatan, Matlab.
Abstract : The unbalanced phase angle will affect the stator, torque and speed of the motor. This condition can cause accidents in 3-phase induction motors which make the engine heat up  quickly,  thereby  reducing  the  actual  productivity  of  the  machine.  This  phase  angle deviation  will  affect  the  performance  of  the  induction  motor  which  can  reduce  the  strength and  ability  of  the  motor.  The  definition  of  unbalance  is  determined  based  on  the  NEMA (National  Equipment  Manufacturer's  Association)  method.  Calculation  simulations  with Matlab  Simulink  are  carried  out  for  analysis  of  the  impact  of  balanced  phase  angles  on  3- phase induction motors with an imbalance of 5%, where Phase A = 6 ⸰ , Phase B = 120 ⸰ , and Phase = 240 ⸰ . When the phase angle is not balanced, there is a significant difference in the torque  waveform  and  motor  speed,  where  the  wave  graph  of  the  torque  and  motor  speed experiences  oscillations  which  results  in  greater  vibration  in  the  motor.  Unbalanced  phase angle causes an increase in the value of torque and motor speed. At no load the torque is 660 Nm  and  the  speed  is  1501Rpm,  and  at  360  Nm  the  torque  is  1016  Nm.  rated  motor  speed 1497 Rpm,. So that as the load value increases, the torque value will increase and the speed value will decrease. NEMA allows the motor to operate normally under its specifications if the unbalance voltage is not more than 1%. When the unbalanced phase angle is 5% it will cause overheating and losses in the motor increase. To overcome the phase angle imbalance
by  dereating  or  lowering  the  motor  rating.  When  the  unbalanced  phase  angle  exceeds  1%, the motor must slow down so that the motor can run properly.
Keywords: 3 phase motor, phase angle imbalance , Stator, Torque, Speed, Matlab.

## A. Pendahuluan
Motor  induksi  merupakan  alat  yang  mengubahkan  energi  listrik  menjadi  energi mekanik.  Motor  induksi  ini  banyak  dipergunakan  dikarenakan  motor  ini  kuat,  mudah penggunaan  dan  lebih  murah  harga  dibandingkan  dengan  motor  listrik  yang  lain-lainnya. Motor  induksi  3-fasa  memiliki  tiga  buah  kumparan  yang  terindentik  berpisah  atau  berjarak sebasar  120 o listrik,  sehingga  motor  bisa  bekerja  dengan  kecepatan  arus  yang  sama  dengan kondisi beban berfariasi. Motor induksi yang paling banyak digunakan yaitu motor induksi 3 fasa,  motor  ini  dirancang  dengan  asumsi  sumber  sudut  fasa  seimbang.  Sudut  fasa  sumber sebagaian  besar  sangat  dapat  disesuaikan,  baik  dalam  sudutnya  maupun  magnetic.  Tidak seimbang  terjadi  selama  penggunaan  ini  mungkin  dikarenakan  beban  yang  berbada  dalam rangka daya, transmisi rusak, sirkulasi beban mirimg, transformator tidak berdaya, dan lain- lainya. Ketidakseimbangan sudut fasa dikarenakan perbedaan magitudo atau titik sudut setiap tahap  dalam  rangkaian  motor  induksi  3  fasa.  Faktor  ketidakseimbangan  dilaporkan  dengan rasio  diantaranya  pengelompakan  fasa  negatif  terhadap  fasa  positif  yang  dicantumkan kedalam bentuk persentac. Masalah sudut fasa tidak seimbang yang disebabkan sesuatu yang dapat terjadi dibawah kondisi gangguan  dari kinerja motor induksi tersebut. Oleh karena itu sangat memerlukan sesuatu kajian berupa penelitian atau analisis melihat sebagai sudut fasa motor  induksi  3  fasa  ketidakseimbangan  yang  berkontribusi  dapat  berpengaruh  pada  stator, torsi,  dan  kecepatan  motor  induksi  3  fasa,  bagaimana  hubungan  terhadap  operasi  motor induksi saat kondisi sudut fasa tidak seimbang. Dalam hal ini menggunakan simulasi Matlab Simulink.
Motor  induksi  ialah  suatu  mesin  litrik  yang  merubah  energi  listrik  menjadi  energi mekanik  berupa  putaran  pada  rotor  yang  disebabkan  karena  adanya  induksi  magnet.  Motor ini  banyak  digunakan  pada  saat  ini,  karena  memiliki  konstruksi  yang  sederhana,  relatif murah, lebih ringan dan memiliki effesiensi yang tinggi serta mudah dalam pemeliharaannya dibandingkan dengan motor DC, dan secara umum mempunyai tingkat keandalan yang tinggi pada  industri.  Motor  induksi  merupakan  suatu  jenis  motor  listrik  yang  mempunyai  ukuran KVA  yang  berbeda-  beda,  Motor  ini  merupakan  motor  yang  dicatu  arus  bolak  balik  pada statornya secara langsung dan pada rotor dengan imbas atau transformator dari statornya
Gambar 1: Kontruksi Motor Induksi Sederhana
Motor  induksi  3-fasa  mempunyai  3  buah  kumparan  yang  identik  sama  yang  secara konstruksi  berjarak  120  listrik.  Belitan  stator  yang  dihubungkan  dengan  suatu  sumber tegangan  tiga  fasa  akan  menghasilkan  medan  magnet  yang  berputar  dengan  kecepatan sinkron (ns = 120f/p). Pada rotor terdapat lilitan, sehingga pada lilitan rotor tersebut terbentuk ggl induksi.

## Faktor- Fakor Ketidakseimbangan
Tidak  keseimbangan  defininikan  oleh  Institute  of  Electrical  and  Electronic  Engincers atau IEEE yaitu variasi dalam system tenaga dimana itu ada perbedaan besaran tegangan atau
sudut fasa diantara keduanya tidak sama. Oleh sebab itu masalah tidak seimbangnya  hanya mempengaruhi sistem polifase diantaranya 3 fasa.
Terlepas  dari  kondisi  sudut  fasa  lebih  tidak  seimbang  atau  sudut  fasa  kurang  tidak seimbang.  Besar  penyimpang  sudut  fasa  selalu  dinyatakan  dalam  suatu  faktor ketidakseimbangan sudut fasa, yaitu defenisi National Equipment Manufacturer’ Association (NEMA),  Institute  of  Electrical  and  Electronic  Engincers  (IEEE),  dan  International Electrotechnical Commission (IEC)
Definisi  NEMA  dinyatakan  ketidakseimbang  dalam  bentuk  LVUR  (Line  Voltage Unbalance Rate) dalam persamaan sebagai berikut:
ketidakseimbangan dihitung menggunakan defenisi IEC disebabkan IEC menggunakan besar  tegangan  urutan  negative  dan  ururtan  positif  untuk  menghitung  ketidakseimbangan tegangan . Dalam bentuk persamaan sebagai berikut:
% VUF=
=
Defenisi  nema  menggunakan  besaran  sudut  fasa  perfasa  dan  mengansumsikan  sudut fasa  rata-rata  selalu  sama  dengan  nilai  nominal  sudaut  fasa  (120 o derajat).  Dalam  analisis besar LVUR pada percobaan ini sebesar 5%. Kemudian ditentukan Sudut fasa rata-rata.
Menentukan besar ab
Menentukan besar bc dan ca
Metode NEMA dari salah satu bc atau ca besarannya sama dengan av . Dalam hal ini dipilih ab sama dengan av :

## Rangkaian Simulasi Motor Induksi 3 Fasa
Gambar 2: Rangkaian Pemodelan Simulasi Motor Induksi 3 Fasa
Pada  simulasi  diatas  motor  induksi  3  fasa  dengan  setelan  simulasi  pada  Matlab  Simulink yang memiliki spesifikasi 100 HP, 75 KW, 400 V, 50 Hz, dan 1480 Rpm .

## B. Metode Penelitian

## Jenis Penelitian
Penelitian ini merupakan penelitian simulasi dengan data-data yang diambil berdasarkan dari gambaran sebuah sistem sederhana pada masalah yang bersifat pemodelan dan simulasi dari analisis  ketidakseimbangan  sudut  fasa  motor  induksi  3  fasa  pada  saat  starting  dan  steady state.

## Alat dan Bahan Penelitian
Agar penelitian dapat berjalan dengan baik dan lacar, maka dari itu dibutuhkan beberapa alat dan bahan yang digunakan untuk mendukung jalannyan penelitian ini yaitu:
1. Peralatan  yang  digunakan  yaitu  leptop  yang  sudah  diinstal  aplikasi  lunak  Matlab Simulink.
2. Bahan  yang  digunakan  untuk  penelitian  ini  berupa  jurnal-jurnal,  dan  buku  sebagai referensi, serta data-data sekunder.

## Data-Data yang Dibutuhkan
Pada penelitian ini memerlukan data yang dibutuhkan untuk kebutuhan  peneitian, maka ada yang dibutuhkan yaitu parameter pada motor induksi 3 fasa:
1. Tegangan input.
2. Tahanan stator dan rotor.
3. Induktansi stator dan rotor.
4. Kecepatan motor.
5. Tegangan motor.
6. Kutub.

## Metode Pengambilan Data
Data  yang  diambil  berupa  arus  stator,  kecepatan,  dan  torsi.  Untuk  data  yang  di  peroleh mengkaji  pengaruh  ketidakseimbangan  motor  induksi  3  fasa  dengan  simulasi  Matlab Simulink.

## Bagan Alir Penelitian

## C. Hasil dan Pembahasan Simulasi Sudut Fasa Seimbang Motor Induksi 3 Fasa
Hasil  Simulasi  Sudut  Fasa  Seimbang  Pada  Stator  A  Dengan  Tanpa  Beban  Pada  Motor Induksi 3 Fasa
Gambar 3: Hasil Simulasi Sudut Fasa Seimbang Pada Stator A Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa
Hasil  Simulasi  Sudut  fasa  Seimbang  Respon  Arus  Stator  B  Dengan  Tanpa  Beban  Pada Motor Induksi 3 Fasa
Gambar 4: Hasil Simulasi Sdut Fasa Seimbang Respon Arus Stator B Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa
Hasil  Simulasi  Sudut  Fasa  Seimbang  Respon  Arus  Stator  C  Dengan  Tanpa  Beban  Pada Motor Induksi 3 Fasa
Gambar 5: Hasil Simulasi Sudut Fasa Seimbang Respon Arus Stator C Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa
Hasil  Simulasi  Sudut  Fasa  Seimbang  Respon  Torsi  Dengan  Tanpa  Baban  Pada  Motor Induksi 3 Fasa
Gambar 6: Hasil Simulasi Sudut Fasa Seimbang Respon Torsi Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa
Hasil  Simulasi  Sudut  Fasa  Seimbang  Respon  kecepatan  Dengan  Tanpa  Beban  Pada  Motor Induksi 3 Fasa
Gambar 7: Hasil Simulasi Sudut Fasa Seimbang Respon kecepatan Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa

## Simulasi Sudut Fasa Tidak Seimbang Motor Induksi 3 Fasa
Hasil Simulasi Sudut Fasa Tidak Seimbang Respon Arus Stator A Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa
Gambar 8: Hasil Simulasi Sudut Fasa Tidak Seimbang Respon Arus Stator A Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa
Hasil Simulasi Sudut Fasa Tidak Seimbang Respon Arus Stator B Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa
Gambar 9 : Hasil Simulasi Sudut Fasa Tidak Seimbang Respon Arus Stator B Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa
Hasil Simulasi Sudut Fasa Tidak Seimbang Respon Arus Stator C Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa
Gambar 10: Hasil Simulasi Sudut Fasa Tidak Seimbang Respon Arus Stator C Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa
Hasil Simulasi Sudut Fasa Tidak Seimbang Respon Torsi Dengan Beban 0 Nm Pada Motor Induksi 3 Fasa
Gambar 11: Hasil Simulasi Sudut Fasa Tidak Seimbang Respon Torsi Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa
Hasil  Simulasi  Sudut  Fasa  Tidak  Seimbang  Respon  Kecepatan  Dengan  Tanpa  Beban  Pada Motor Induksi 3 Fasa
Gambar 12: Hasil Simulasi Sudut Fasa Tidak Seimbang Respon Kecepatan Dengan Tanpa Beban Pada Motor Induksi 3 Fasa

## Data Hasil Simulasi pada Motor Induksi 3 Fasa Matlab Simulink
Tabel 1: Tabel Hasil Simulasi Sudut Fasa Seimbang Dengan Tanpa Beban Pada Motor
Induksi 3 Fasa
Tabel 2: Tabel Hasil Simulasi Sudut Fasa Tidak Seimbang Dengan Tanpa beban Pada Motor Induksi 3 Fasa

## D. Penutup
Dari  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan  terhadap  simulasi  yang  telah  dianalisa mengenai  ketidakseimbangan  sudut  fasa  pada  motor  induksi  3  fasa  dengan  menggunakan Matlab Simulink, dapat diambil kesimpulan seperti berikut:
1. Dari hasil yang telah diperoleh, pada saat ketidakseimbang tidak berpengaruh signifiakan pada  nilai  peak  time,  namun  sangat  berpengaruh  pada  nilai  rise  time  dan  settling  time pada  stator  dan  torsi.  Sudut  fasa  sangat  berpengaruh  terhadap  transien  motor  induksi  3 fasa, terutama mengalami kenaikkan nilai pada saat motor melakukan starting.
2. Pengaruh ketidakseimbangan sudut fasa terhadap motor induksi 3 fasa  pada saat steady state  berdampak  pada  tidak  seimbangnya  pada  arus  stator,  dan  menyebabkan  nilai torsinya juga meningkat, hal ini dapat menyebabkan motor induksi 3 fasa bekerja tidak secara optimal, dan dapat menyebabkan kerusakan pada motor.

## Daftar Pustaka
Anthony, Z. (2016) ‘Analisis Kinerja Motor M31-Za Untuk Stndar Hubungan Delta Dengan Menggunakan Parameter Motor Induksi 3-Fasa’, pp. 1–6.
Anthony,  Z.  (2017)  ‘Pengembangan  Rangkaian  Kendali  untuk  Mengoperasikan  Motor Induksi3-Fasa’, Jurnal Teknik Elektro ITP , 6(1), pp. 81–86.
Anthony, Z. and Erhaneli, E. (2017) ‘Disain Baru Bentuk Lilitan Kumparan Motor Induksi 1- fasa  Berbasis  Bentuk  Lilitan  Motor  Induksi  3-fasa’, Jurnal  Teknik  Elektro  ITP ,  pp. 245–249.
Evalina, N., Azis, A.H. and Zulfikar (2018) ‘Pengaturan Kecepatan Putaran Motor Induksi 3 Fasa Menggunakan Programmable logic controller’, Journal of Electrical Technology , 3(2), pp. 73–80.
Jairo  D  Sibarani,  Glanny  M  Ch.  Mangindaan,  A.H.J.O.  (2020)  ‘Study  Pengaruh  Torsi Terhadap  Kinerja  Motor  Induksi  3  Fasa  Menggunakan  MatLab’, Universitas  Sam Ratulangi Manado , pp. 1–11.
Kurnia Pratama, A., Zondra, E. and Yuvendius, H. (2020) ‘Analisis Efisiensi Motor Induksi Tiga Phasa Akibat Perubahan Tegangan’, Jurnal  Sain,  Energi,  Teknologi  &  Industri) , 5(1), pp. 35–43.