## UNJUK KERJA DAN PEMANFAATAN INVERTER SEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN MOTOR INDUKSI 3 PHASA
Oleh :

## Anton, Tuti Angraini
Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang anton.poli2000@gmail.com

## ABSTRACT
The Induction motors are found in industrial and domestic environments because of low cost of operation including, induction motors are widely used induction motor 1 phase and 3 phase. During operation of  induction  motors generally used at  normal  speed, but the specific  purpose induction motors operated with variable  speed. In  order  to  obtain varying motor  speed can  be controlled using the inverter. The use of inverters here to give supplay voltage AC induction motor in which the magnitude of the frequency can be varied. Setting frequency of the inverter utilizing method  pulse with modulation (PWM). The  circuit used to build PWM, using Insulated  Gate Bipolar Transistor ( IGBT) technology. Values obtained variable frequency ranging from 4 Hz to 50 Hz, and acquired motor speed ranging from 12 rpm up to 1390 rpm.
Keywords : inverter , PWM, IGBT, induction motors.

## PENDAHULUAN
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  statornya,  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  sangat  banyak digunakan  dalam kehidupan sehari-hari baik di industri maupun di rumah tangga. Motor  induksi  yang  umum  dipakai adalah motor induksi 3 phasa dan motor induksi  1  phasa.  Motor  induksi  3  phasa dioperasikan pada sistem tenaga 3 phasa dan  banyak  digunakan    di  dalam berbagai  bidang  industri,  sedangkan motor induksi 1 phasa dioperasikan pada sistem  tenaga  1  phasa  yang  banyak
digunakan  terutama  pada  penggunaan untuk  peralatan  rumah  tangga  seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci  dan  sebagainya  karena  motor induksi  1  phasa  mempunyai  daya keluaran  yang  rendah, hal  ini dikarenakan  keunggulan  yang  dimiliki oleh motor AC tersebut, dalam hal harga, ukuran, berat, konstruksi, perawatan, dan efisiensi.  Selain  mempunyai  kelebihan motor induksi juga mempunyai kekurangan  dalam  hal  torsi  dan pengaturan kecepatannya. Namun setelah ditemukannya inverter, kecepatan  motor  induksi  dapat  diatur dalam jangkauan yang sangat lebar [1].
Secara konvensional motor induksi  dioperasikan  pada  kecepatan yang  tetap  sesuai  dengan  frekuensi sumber  tegangan  serta  jumlah    kutub dari motor induksi. Pengaturan kecepatan pada motor induksi jauh lebih sulit  dibandingkan  dengan  motor  DC karena  tidak  ada  hubungan  yang  linier antara  arus  motor  dan  torsi  yang
dihasilkan seperti pada motor DC. Suatu  metode  yang  kemudian disebut sebagai vector control digunakan untuk mengatur kecepatan motor induksi pada rentang kecepatan yang besar serta presisi  dan  respon  yang  cepat.  Pada vector control , pengaturan motor induksi ini telah diubah seperti pengaturan motor arus  searah,  sehingga  dalam  pengaturan motor induksi dapat digunakan berbagai kontroler  seperti  pada  pengaturan kecepatan motor arus searah. Pengaturan kecepatan motor induksi dengan metode vector  control memerlukan  inverter untuk memberikan tegangan pada motor. Pada  beberapa  paper  telah  diteliti pengaturan  kecepatan  motor  induksi dengan menggunakan switching inverter dimana  tegangan  yang diberikan  pada motor  induksi  mempunyai  perubahan hanya berkisar pada satu, nol dan negatif satu
Motor  AC  3  phasa    dapat dioperasikan dan dikontrol kecepatannya, melalui  sumber  AC  1  phasa  di  mana suatu  sinyal  masukan  AC  1  phasa tersebut,  dikonversi menjadi  tegangan DC  link  dengan  jembatan  penyearah terkontrol  dan  filter,  hasil  yang didapatkan  berupa  tegangan  DC. Tegangan  DC  tersebut  diubah  kembali menjadi  tegangan  output  tiga-fasa, dengan frekuensi yang dapat dikendalikan,  oleh  phasa  tiga-switching inverter  jembatan.  Amplitudo  tegangan link  yang  diberikan  oleh  jembatan penyearah  dan  filter  dikendalikan    oleh sebuah  sinyal  kontrol  yang  juga menetapkan  frekuensi  dari  sinyal keluaran  3  tahap  yang  disediakan  oleh jembatan  inverter  switching.  Sebuah rangkaian  bertindak  cepat  membatasi saat  ini  memantau  terpisahkan  dari  link tegangan  DC  selama  interval  waktu terpilih
untuk menyesuaikan pengoperasian frekuensi jembatan switching jika melebihi integral ambang batas [2]

## TINJAUAN PUSTAKA

## 1. Motor Induksi
Motor induksi
bekerja berdasarkan  induksi  elektromagnetik dari  kumparan  stator  kepada  kumparan rotornya.  Garis-garis  gaya  fluks  yang diinduksikan  dari  kumparan  stator  akan memotong  kumparan  rotornya  sehingga timbul  emf  (ggl)  atau  tegangan  induksi dan karena penghantar (kumparan) rotor merupakan  rangkaian  yang  tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan rotor. Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri  arus  ini  berada  dalam  garis  gaya fluks  yang  berasal  dari  kumparan  stator sehingga kumparan rotor akan mengalami gaya Lorentz yang menimbulkan  torsi  yang  cenderung menggerakkan  rotor  sesuai  dengan  arah pergerakan  medan  induksi  stator. Pada rangka  stator  terdapat  kumparan  stator yang ditempatkan pada slot-slotnya yang dililitkan  pada  sejumlah  kutup  tertentu. Jumlah kutup ini menentukan kecepatan berputarnya  medan  stator  yang  terjadi yang  diinduksikan  ke  rotornya.  Makin besar jumlah kutup akan mengakibatkan makin  kecilnya  kecepatan  putar  medan stator  dan  sebaliknya.  Kecepatan berputarnya  medan  putar  ini  disebut kecepatan sinkron.  Besarnya  kecepatan sinkron ini adalah sebagai berikut [3]
 sink = 2  f  (listrik, rad/dt) (1) = 2  f / P (mekanik, rad/dt) atau: Ns = 60. f / P (putaran/menit, rpm) (2) dimana : f = frekuensi sumber AC (Hz) P = jumlah pasang kutup
Ns dan  sink = kecepatan putaran sinkron medan magnet stator Prinsip  kerja  motor  induksi berdasarkan  macam phasa sumber tegangannya  dapat  dijelaskan  lebih lanjut sebagai berikut.

## 2. Sumber 3 Phasa
Sumber  3 phasa ini  biasanya  digunakan oleh  motor  induksi  3 phasa.  Motor induksi  3 phasa ini  mempunyai kumparan  3 phasa yang  terpisah  antar satu  sama  lainya  sejarak  120 0 listrik yang dialiri oleh arus listrik 3 phasa yang berbeda phasa 120 0 listrik  antar phasanya,  sehingga  keadaan  ini  akan menghasilkan  resultan  fluks  magnet yang berputar  seperti  halnya  kutup magnet  aktual  yang  berputar  secara mekanik. Bentuk  gambaran  sederhana hubungan  kumparan  motor  induksi  3 phasa dengan  dua  kutup  stator diperlihatkan pada gambar 1 [4]
Gambar  1
Bentuk hubungan kumparan motor induksi 3 phasa dengan dua kutup stator
Bentuk gambaran fluk yang terjadi pada motor induksi 3-fasa diperllihatkan pada gambar  2  (fluks  yang  terjadi  pada kumparan
3 phasa diasumsikan sinusoidal  seperti  yang  diperlihatkan pada  gambar  2a    dengan  arah  fluks positif seperti gambar 2b)
(a)

## (b)
Gambar 2  Fluks yang terjadi pada motor induksi 3 phasa

## 3. Memilih Motor Listrik
Setiap  motor  listrik  sebagai  alat penggerak  sudah  mempunyai  klasifikasi tertentu sesuai dengan maksud penggunaannya menurut kebutuhan yang diinginkan. Klasifikasi tiap motor listrik bisa  dibaca  pada  papan  nama  ( name plate ) yang  dipasang  padanya  sehingga untuk  berbagai  keperluan  bisa  dipilih motor yang sesuai.
Di  dalam  pemakaian  sederhana, klasifikasi motor hanya dikenal menurut:
a. Tenaga output motor (HP).
b. Sistem tegangan (searah, bolak-balik, ukurannya, phasanya).
c. Kecepatan  motor  (rendah,  sedang, tinggi).
Netral fase - 1 fase - 2 fase - 3 F 1 S 3 F 2 F 3 S 1 S 2

## 2. Sumber 3 Phasa
Sumber  3 phasa ini  biasanya  digunakan oleh  motor  induksi  3 phasa.  Motor induksi  3 phasa ini  mempunyai kumparan  3 phasa yang  terpisah  antar satu  sama  lainya  sejarak  120 0 listrik yang dialiri oleh arus listrik 3 phasa yang berbeda phasa 120 0 listrik  antar phasanya,  sehingga  keadaan  ini  akan menghasilkan  resultan  fluks  magnet yang berputar  seperti  halnya  kutup magnet  aktual  yang  berputar  secara mekanik. Bentuk  gambaran  sederhana hubungan  kumparan  motor  induksi  3 phasa dengan  dua  kutup  stator diperlihatkan pada gambar 1 [4]
Gambar  1
Bentuk hubungan kumparan motor induksi 3 phasa dengan dua kutup stator
Bentuk gambaran fluk yang terjadi pada motor induksi 3-fasa diperllihatkan pada gambar  2  (fluks  yang  terjadi  pada kumparan
3 phasa diasumsikan sinusoidal  seperti  yang  diperlihatkan pada  gambar  2a    dengan  arah  fluks positif seperti gambar 2b)
(a)

## (b)
Gambar 2  Fluks yang terjadi pada motor induksi 3 phasa

## 3. Memilih Motor Listrik
Setiap  motor  listrik  sebagai  alat penggerak  sudah  mempunyai  klasifikasi tertentu sesuai dengan maksud penggunaannya menurut kebutuhan yang diinginkan. Klasifikasi tiap motor listrik bisa  dibaca  pada  papan  nama  ( name plate ) yang  dipasang  padanya  sehingga untuk  berbagai  keperluan  bisa  dipilih motor yang sesuai.
Di  dalam  pemakaian  sederhana, klasifikasi motor hanya dikenal menurut:
a. Tenaga output motor (HP).
b. Sistem tegangan (searah, bolak-balik, ukurannya, phasanya).
c. Kecepatan  motor  (rendah,  sedang, tinggi).
Netral fase - 1 fase - 2 fase - 3 F 1 S 3 F 2 F 3 S 1 S 2

## 2. Sumber 3 Phasa
Sumber  3 phasa ini  biasanya  digunakan oleh  motor  induksi  3 phasa.  Motor induksi  3 phasa ini  mempunyai kumparan  3 phasa yang  terpisah  antar satu  sama  lainya  sejarak  120 0 listrik yang dialiri oleh arus listrik 3 phasa yang berbeda phasa 120 0 listrik  antar phasanya,  sehingga  keadaan  ini  akan menghasilkan  resultan  fluks  magnet yang berputar  seperti  halnya  kutup magnet  aktual  yang  berputar  secara mekanik. Bentuk  gambaran  sederhana hubungan  kumparan  motor  induksi  3 phasa dengan  dua  kutup  stator diperlihatkan pada gambar 1 [4]
Gambar  1
Bentuk hubungan kumparan motor induksi 3 phasa dengan dua kutup stator
Bentuk gambaran fluk yang terjadi pada motor induksi 3-fasa diperllihatkan pada gambar  2  (fluks  yang  terjadi  pada kumparan
3 phasa diasumsikan sinusoidal  seperti  yang  diperlihatkan pada  gambar  2a    dengan  arah  fluks positif seperti gambar 2b)
(a)

## (b)
Gambar 2  Fluks yang terjadi pada motor induksi 3 phasa

## 3. Memilih Motor Listrik
Setiap  motor  listrik  sebagai  alat penggerak  sudah  mempunyai  klasifikasi tertentu sesuai dengan maksud penggunaannya menurut kebutuhan yang diinginkan. Klasifikasi tiap motor listrik bisa  dibaca  pada  papan  nama  ( name plate ) yang  dipasang  padanya  sehingga untuk  berbagai  keperluan  bisa  dipilih motor yang sesuai.
Di  dalam  pemakaian  sederhana, klasifikasi motor hanya dikenal menurut:
a. Tenaga output motor (HP).
b. Sistem tegangan (searah, bolak-balik, ukurannya, phasanya).
c. Kecepatan  motor  (rendah,  sedang, tinggi).
F 1 S 3 F 2 F 3 S 1 S 2

## Gambar 3 Prinsip dasar rangkaian inverter

## 4. INVERTER
Inverter, merupakan  rangkaian elektro- nika daya yang dapat digunakan untuk merubah tegangan searah (DC) ke suatu bentuk tegangan bolak-balik (AC). Ada  beberapa  jenis  inverter  yang  ada sekarang  ini,  dari  yang  hanya Mengha- silkan  tegangan  keluaran  kotak  bolak- balik  (push-pull  inverter)  sampai  yang sudah bisa menghasilkan tegangan sinus murni  (tanpa  harmonisa).  Jenis  Inverter yang  sering  digunakan  adalah  inverter satu phasa dan tiga phasa Ada beberapa cara teknik kendali yang  digunakan  agar  inverter  mampu menghasilkan  sinyal  sinusoidal,  yang paling  sederhana  adalah  dengan  cara mengatur keterlambatan sudut penyalaan inverter.  Teknik  yang  sering  digunakan adalah  dengan  modulasi  lebar  pulsa (PWM).  Sinyal  kontrol  penyaklaran  di dapat  dengan  cara  membandingkan sinyal  referensi  (sinusoidal)  dengan sinyal carrier (digunakan sinyal segitiga). Dengan cara ini frekuensi dan tegangan fundamental mempunyai frekuensi  yang sama dengan sinyal referensi sinusoidal. Penggunaan
inverter untuk pengendalian  kecepatan  motor  Induksi, menggunakan inverter PWM mempunyai  kelebihan,  yaitu  mampu menggerakkan  motor  induksi  dengan putaran  yang  stabil.  Selain  itu  apabila
pembangkitan  sinyal  PWM  dilakukan secara digital akan diperoleh unjuk kerja sistem  yang  baik  karena  lebih  kebal terhadap  perubahan  derau. Adapun komponen utama yang sering digunakan adalah:

## 5. Perubahan Frekuensi dan Tegangan
Sebuah variabel frekuensi drive jenis  tertentu  disesuaikan  kecepatan dengan drive.  Variabel-frekuensi  drive juga dikenal sebagai frekuensi disesuaikan drive, variabel-speed drive (VSD),  AC  drive,  microdrives  atau inverter  drive.  Karena  tegangan bervariasi  bersama  dengan  frekuensi, ini kadang-kadang juga disebut VV - VF (variabel  Voltage  Variable  Frequensi) drive. Variabel-drive frekuensi  diguna- kan secara luas. Sebagai contoh, dalam sistem  ventilasi  untuk  gedung, variabel-frekuensi  pada  pengaturan putaran motor dapat menghemat energi dengan
pengaturan volume perpindahan  udara  ke  sistem  yang disesuaikan
dengan permintaan. Variable Frekuensi  Drive  digunakan pada  control  AHU,  Elevator,  Lift, Hoist, Mesin-mesin Textile, Conveyor, mesin-mesin Textile, CNC, Mesin Cuci Industri. Power masukan tegangan RST
Gambar 4 Prinsip dasar rangkaian system control inverter IGBT
berbentuk gelombang Sinus (AC) dengan  frekwensi  tetap  (  50  /  60  Hz), diubah  menjadi  gelombang  DC  oleh Dioda  penyearah,  area  ini  dinamakan DC-BUS.
Gelombang  DC  kemudian  diru- bah kembali ke gelombang AC kembali dengan  frekwensi yang  dapat  diatur oleh perangkat pembolak-balik inverting. Modul ini dinamakan modul Transistor, yang dikenal dengan modul IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Motor  yang  digunakan dalam sistem VFD biasanya merupakan motor  induksi  3 phasa.  Beberapa  jenis phasa tunggal  motor  dapat  digunakan, tetapi  3 phasa motor  biasanya  lebih tepat.  Berbagai  jenis  motor  sinkron menawarkan
keuntungan dalam beberapa  situasi,  tetapi  motor  induksi yang cocok untuk sebagian besar tujuan dan  biasanya  pilihan  yang  paling ekonomis. Motor yang dirancang untuk kecepatan tetap dengan tegangan utama operasi  yang  sering  digunakan,  tetapi perangkat  tambahan  tertentu  ke  desain motor  standar  menawarkan  keandalan yang lebih tinggi dan lebih baik kinerja VFD.

## 6. Inverter Dengan IGBT
Sebagai  jenis  bahan semikon- duktor bekerja berdasarkan pensaklaran (switching) yang telah banyak
diperkenalkan,  ini  harus  segera
diterapkan  pada  rangkaian inverter  di semua  tegangan  dan  arus  yang  sesuai peringkat  untuk kebutuhan  perangkat yang tersedia, seperti gambar [5].

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan  hasil  pengukuran yang  dilakukan    pada  penelitian  ini, menggunakan  Inverter,  diperlihatkan bahwa  setiap  kenaikan  frekuensi  yang diatur  mengakibatkan  perubahan  pada kecepatan  motor  induksi.  Berikut  ini hasil  pengukuran  hubungan  antara frekuensi dengan kecepatan motor. Tabel 1 Hasil Pengukuran Hubungan Frekuensi dengan Kecepatan Motor.
NO FREKUENSI (Hz) KECEPATAN (rpm)
1 2 0 2 4
120 3 8
240 4 12
360 5 16 480 6 20 600 7 24 720 8 28 832
9 32 952
10 36 1072
11 40 1192 12 44 1312 13 48 1432 14 50 1492
Apabila  dilihat  secara  seksama  bahwa hubungan  tersebut  hampir  linier, selanjutnya hubungan  antara  frekuensi variabel  dengan  kecepatan  motor diperlihat pada gambar 5
Gambar 5 Grafik hubungan antara Frekuensi dan Kecepatan
Selanjutnya dilakukan pengukuran  tegangan  keluar  pada inverter  untuk  keperluan  supplay  Motor
Induksi,  apabila  dilakukan  perubahan terhadap frekuensi, berikut ini
memperlihatkan hasil pengukuran, hubungan  antara  frekuensi  variabel terhadap  tegangan  yang  dibangkItkan, seperti pada tabel 2 dibawah ini:
Tabel 2 Hasil Pengukuran Hubungan Frekuensi dengan Tegangan Motor
Dari data tabel diatas dapat digambarkan dalam bentuk grafik sebagaimana diper- lihatkan pada gambar 6.
Gambar 6 Hubungan antara Frekuensi dan Tegangan

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil  penelitian, merujuk  kepada  teori  dasar dan  analisa diatas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Penggunaan  invertir  tipe TRAINER
BOARD LS-XGT -090B untuk aplikasi pengontrol  kecepatan  motor  induksi sangat baik .
2. Karakteristik hubungan antara tegangan  yang  dihasilkan  dan perubahan  frekuensi,  menghasilkan putaran motor yang linier. 3. Penggunaan teknologi Semikonduktor IGBT  sangat  cocok  diaplikasikan untuk mendapatkan rangkaian inverter. 0 10 20 30 40 50 60 0 120 240 360 480 600 720 832 952 1072 1192 1312 1432 1492 Hub. Antara Frekuensi dan Kecepatan 0 20 40 60 9 18 35 53 70 88 106 123 141 158 176 194 211 220 Hub. Antara Frekuensi dan Tegangan
NO FREKUENSI (Hz) TEGANGAN (V) 1 2 9 2 4 18 3 8 35 4 12 53 5 16 70 6 20 88 7 24 106 8 28 123 9 32 141 10 36 158 11 40 176 12 44
194
13 48 211 14 50
220

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Albert Paul Malvino, Ph.D Prinsip- prinsip Elektronika jilid II Penerbit Erlangga Jakarta, 1990.
[2] Frand  D.  Petruzella,  Elektronik Industri, Andi Yogyakarta, 2001.
[3] Hasyim  Asy’ari,  Aris  Rakhmadi, Pengendalian  Kecepatan  Putar Motor  induksi  1  phasa,  jurnal teknik elektro dan komputer emitor vol. 4, no. 1, Surakarta, 2004.
[4]
[5]
[6]
Sigit Budhi Santoso, Aris Rakhmadi,
Pengendalian Kecepatan  Motor  Induksi  Melalui Inverter  Altivar  18Berdasarkan Kendali Fuzi Berbasis PLC, Teknik Elektro  Universitas  Gadjah  Mada, Yogyakarta, 2003. Vithayathil Yoseph, Power Electronics Prinsip and Aplications, McGraw-Hill, inc, New York, 1995 Buku panduan Pemrograman PLC Trainer Option Inverter LS-XGT- 09903B,  LS Industrial System, Jakarta, 2009.