Pak Heri:

1. Sebenarnya TA saya untuk metode clarke dan parknya menghitung rumus manual atau terdapat pada toolboxnya?Jawab: dua-duanya, karna pada saat sidang keduanya akan dipertanyakan.

2. Mengapa ada subsistem yang langsung memasukan parameter?Jawab: itu sebenarnya tidak ada, jadi didalamnya ada rangkaian lagi yang dirahasiakan.

3. Mengapa toolbox clarke park tidak lagi memasukan parameter?Jawab: karna itu sudah sistem yang dibuat oleh matlab.

4. Toolbox scope yang ada buletnya itu apa?Jawab:

5. Ta saya memodelkan secara matematis motor dalam frame abc, dq, atau keduanya?Jawab: keduanya.

6. Transformasi bisa langsung dari abc-dq0 atau abc-park?jawab: keduanya harus dilakukan.

7. Matlab simulink untuk simulasi dinamik seperti apa?Jawab:

8. Ta saya butuh invers dq0-abc juga ga?Jawab: diusahakan semuanya.

9. Beberapa pemodelan motor induksi tiga fasa di simulink kenapa berbeda-beda, apa karna sistem yang dibuat oleh penelitinya sendiri?Jawab: sebenarnya berbeda di tipe motor dan proses saja, hasilnya sama.

Pak Rim:

1. Metode untuk pemodelan motor induksi tiga fasa?Jawab: Secara konvensional untuk menganalisa model motor induksi tiga fasa dikembangkan berdasarkan model trafo, dengan mengasumsikan tegangan sumber adalah sinusoidal dan kondisi steady state. Dalam operasi riil ditemui permasalahan tegangan sumber yang tidak sinusoidal dan ada perubahan beban. Karena itu dibutuhkan model lain yang lebih fleksibel untuk menganalisis motor induksi. Model motor induksi dalam koordinat d-q-n digunakan untuk menganalisis motor dan lebih fleksibel.Tegangan Sinusoidal Sumber tegangan listrik yang dipakai dalam arus bolak-balik adalah sumber tegangan yang berbentuk sinusoidal, yang dapat dinyatakan dalam fungsi harmonik sinus maupun cosines. Hukum Faraday menyatakan apabila fluks magnetik berubah maka dapat dihasilkan suatu gaya gerak listrik (GGL) induksi. Jika suatu koil diputar pada ruang yang terdapat medan magnet, maka dihasilkan gaya gerak listrik induksi yang berubah dengan waktu secara sinusoida, yang dikenal sebagai arus bolak balik (ac). Prinsip kerja putaran koil inilah yang digunakan

dalam sumber tegangan arus bolak balik (ac) atau dikenal dengan istilah generator arus bolak balik (ac).

Sebagai contoh tegangan sinusoidal dapat dituliskan sebagai berikut:

Tegangan sinusoidal dapat pula dituliskan dalam bentuk cosinus karena sinus dan cosinus hanya berbeda tetapan fase awal sebesar 90o. Tegangan sinusoidal selalu berulang dalam waktu satu perioda (T). Banyaknya perulangan dalam satu satuan waktu disebut sebagai frekuensi (f) atau f=1/T. Satuan frekuensi adalah seperdetik atau Hertz (Hz). Frekuensi dan frekuensi sudut dihubungkan menurut

Satuan frekuensi sudut adalah radian per/detik.

Dalam tegangan bolak-balik, ada beberapa besaran yang digunakan untuk menyatakan harga dari tegangan, antara lain:Tegangan sesaat, yaitu tegangan listrik bolak-balik yang hitung pada waktu t tertentu. Tegangan maksimum (Vm), yaitu nilai maksimum yang dapat dicapai oleh suatu tegangan bolak-balik. Tegangan puncak ke puncak (Vpp), yaitu beda tegangan antara tegangan maksimum dan minimum dari suatu tegangan bolak balik (Vpp=2Vm)

Tegangan rata-rata (Vrt), yaitu harga rata-rata tegangan pada selang waktu tertentu. Tegangan rata-rata ini definsikan sebagai :

Tegangan akar kuadrat rata-rata atau tegangan root mean square (Vrms) adalah tegangan yang didefinsikan sebagai :

Keadaan tunak (bahasa Inggris: steady state) adalah kondisi sewaktu sifat-sifat suatu sistem tak berubah dengan berjalannya waktu atau dengan kata lain, konstan. Ini berakibat untuk setiap properti p dari sistem, turunan parsial terhadap waktu adalah nol:

Pada kebanyakan sistem, keadaan tunak baru akan dicapai beberapa waktu setelah sistem dimulai atau diinisiasi. Kondisi awal ini sering disebut sebagai keadaan transien.

Kesetimbangan dinamis adalah suatu kondisi khusus dari keadaan tunak yang terjadi sewaktu dua atau lebih proses terbalikkan (reversible process) terjadi pada laju yang sama. Tetapi, sistem dalam keadaan tunak tidak berarti harus berada dalam kesetimbangan dinamis, karena beberapa proses yang terlibat bukanlah proses yang terbalikkan. Misalnya, aliran fluida di dalam pipa atau aliran listrik dalam suatu jaringan merupakan suatu keadaan tunak karena adanya aliran fluida atau listrik yang konstan di dalamnya.

2. Penggunaan motor listrik (motor induksi tiga fasa)?

Jawab: MOTOR INDUKSI 3 FASE

Pada struktur elektromagnetik mesin induksi, stator (bagian mesin yang diam)

disusun dengan susunan tertentu dari sejumlah kumparan yang dibagi dalam tiga group dan

disuplai dengan arus tiga phasa. Ketiga group kumparan tersebut secara fisik tersebar

disekitar ruang phasa stator dan masing-masing membawa arus yang berbeda secara waktu

phasa. Kombinasi ini menghasilkan suatu medan magnetik yang berotasi dan merupakan

syarat utama agar mesin dapat bekerja. Mesin induksi merupakan mesin yang memiliki

kecepatan tidak serempak (asynchronous) dimana titik operasi berada di bawah

kecepatan serempak (synchronous) jika berperilaku sebagai motor dan di atas kecepatan

serempak jika berperilaku sebagai generator (pembangkit daya listrik). Kehadiran

resistansi negatif (terjadi bila slip-nya negatif) pada mesin induksi menyatakan bahwa

selama mode pembangkitan, daya mengalir dari rotor (bagian mesin yang berputar) ke

stator.

Motor induksi tiga fasa merupakan motor elektrik yang paling banyak digunakan

dalam dunia industri. Salah satu kelemahan motor induksi yaitu memiliki beberapa

karakteristik parameter yang tidak linier, terutama resistansi rotor yang memiliki nilai yang

bervariasi untuk kondisi operasi yang berbeda, sehingga tidak dapat mempertahankan

kecepatannya secara konstan bila terjadi perubahan beban. Oleh karena itu untuk

mendapatkan kecepatan yang konstan dan peformansi sistem yang lebih baik terhadap

perubahan beban dibutuhkan suatu pengontrol

Motor induksi tiga fasa merupakan motor elektrik yang paling banyak digunakan

dalam dunia industri. Salah satu kelemahan motor induksi yaitu memiliki beberapa

karakteristik parameter yang tidak linier, terutama resistansi rotor yang memiliki nilai yang

bervariasi untuk kondisi operasi yang berbeda, sehingga tidak dapat mempertahankan

kecepatannya secara konstan bila terjadi perubahan beban. Oleh karena itu untuk

mendapatkan kecepatan yang konstan dan peformansi sistem yang lebih baik terhadap

perubahan beban dibutuhkan suatu pengontrol

Motor induksi 3 fasa adalah alat penggerak yang paling banyak digunakan dalam

dunia industri. Hal ini dikarenakan motor induksi mempunyai konstruksi yang sederhana,

kokoh, harganya relatif murah, serta perawatannya yang mudah, sehingga motor induksi

mulai menggeser penggunaan motor DC pada industri. Motor induksi memiliki beberapa

parameter yang bersifat non-linier, terutama resistansi rotor, yang memiliki nilai bervariasi

untuk kondisi operasi yang berbeda. Hal ini yang menyebabkan pengaturan pada motor

induksi lebih rumit dibandingkan dengan motor DC.

Salah satu kelemahan dari motor induksi adalah tidak mampu mempertahankan

kecepatannya dengan konstan bila terjadi perubahan beban. Apabila terjadi perubahan beban

maka kecepatan motor induksi akan menurun. Untuk mendapatkan kecepatan konstan serta

memperbaiki kinerja motor induksi terhadap perubahan beban, maka dibutuhkan suatu

pengontrol. Penggunaan motor induksi tiga fasa di beberapa industri membutuhkan

performansi yang tinggi dari motor induksi untuk dapat mempertahankan kecepatannya

walaupun terjadi perubahan beban. Salah satu contoh aplikasi motor induksi yaitu pada

industri kertas. Pada industri kertas ini untuk menghasilkan produk dengan kualitas yang

baik, dimana ketebalan kertas yang dihasilkan dapat merata membutuhkan ketelitian dan

kecepatan yang konstan dari motor penggeraknya, sedangkan pada motor induksi yang

digunakan dapat terjadi perubahan beban yang besar.

Motor induksi merupakan motor arus bolak balik (ac) yang paling luas

penggunaannya. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan

diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya

perbedaan relative antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang

dihasilkan oleh arus stator.

Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga fasa akan

menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns = 120f/2p). Medan

putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga

terinduksi arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan ikut berputar mengikuti

medan putar stator.

Perbedaan putaran relative antara stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban,

akan memperbesar kopel motor, yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi

pada rotor, sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah

besar. Jadi , bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun. Dikenal dua tipe

motor induksi yaitu motor induksi dengan rotor belitan dan rotor sangkar.

Konstruksi sangat kuat dan sederhana terutama bila motor dengan rotor sangkar.

Harganya relatif murah dan kehandalannya tinggi.

Effesiensi relatif tinggi pada keadaan normal, tidak ada sikat sehingga rugi gesekan kecil.

Biaya pemeliharaan rendah karena pemeliharaan motor hampir tidak diperlukan.

Kerugian Penggunaan Motor Induksi Kecepatan tidak mudah dikontrol

Power faktor rendah pada beban ringan

Arus start biasanya 5 sampai 7 kali dari arus nominal

Prinsip kerja Motor 3 Phasa1. Bila sumber tegangan tiga phasa dipasang pada kumparan stator, maka pada kumparan stator akan timbul medan putar dengan kecepatan, ns = 120f/P , ns = kecepatan sinkron, f  = frekuensi sumber, p  = jumlah kutup

2. Medan putar stator akan memotong konduktor yang terdapat pada sisi rotor, akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi ( ggl ) sebesa E2s = 44,4fnØ . Keterangan : E = tegangan induksi ggl, f = frekkuensi, N = banyak lilitan, Q = fluks

3. Karena kumparan rotor merupakan kumparan rangkaian tertutup, maka tegangan induksi akan menghasilkan arus ( I ).

4. Adanya arus dalam medan magnet akan menimbulkan gaya ( F ) pada rotor.

5. Bila torsi awal yang dihasilkan oleh gaya F pada rotor cukup besar untuk memikul torsi beban, maka rotor akan berputar searah dengan arah medan putar stator.

6. Untuk membangkitkan tegangan induksi E2s agar tetap ada, maka diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan putar rotor (nr).

7. Perbedaan antara kecepatan nr dengan ns disebut dengan slip ( S ) yang dinyatakan dengan Persamaan S = ns-nr/ns (100%)

8. Jika ns = nr tegangan akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada rotor, dengan demikian tidak ada torsi yang dapat dihasilkan. Torsi suatu motor akan timbul apabila ns > nr.

9. Dilihat dari cara kerjanya motor tiga phasa disebut juga dengan motor tak serempak atau asinkron.

Motor induksi 3 phasa saat ini sering digunakan pada industri dengan berbagai aplikasi. Hal ini disebabkan karena motor induksi 3 phase memiliki keunggulan diantaranya handal, tidak ada kontak antara stator dan rotor kecuali bearing, tenaga yang besar, daya listrik rendah dan hampir tidak ada perawatan. Motor induksi 3 phasa memiliki kelemahan pada pengontrolan kecepatan karena kecepatanya bergantung pada frekuensi input sedangkan sumber yang ada memiliki frekuensi yang konstan, untuk mengubah frekuensi input lebih sulit dari pada mengatur tegangan input, dengan ditemukannya teknologi inverter maka hal tersebut menjadi mungkin dilakukan.

3. Motor induksi tiga fasa cocok untuk digunakan pada beban yang seperti apa?

Jawab: Beban motor mengacu kepada keluaran tenaga putar/torsi sesuai dengan

kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga

kelompok: 

• Beban torsi konstan, adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi

dengan kecepatan operasinya, namun torsi nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan

torsi konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan. 

• Beban dengan torsi variabel, adalah beban dengan torsi yang bervariasi dengan

kecepatan operasi. Contoh beban dengan torsi variabel adalah pompa sentrifugal dan

fan (torsi bervariasi sebagai kwadrat kecepatan). 

• Beban dengan energi konstan, adalah beban dengan permintaan torsi yang berubah

dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan

adalah peralatan-peralatan mesin. 

Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003): 

• Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi

dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan

memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini

merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga,

seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga

3 sampai 4 Hp. 

• Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga

fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat

memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang

tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri

menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan

listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp. 

Hubungan antara beban, kecepatan dan torsi

Gambar 9 menunjukan grafik torsi vs kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan

arus yang sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003): 

• Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torsi yang rendah

(“pull-up torque”). 

• Mencapai 80% kecepatan penuh, torsi berada pada tingkat tertinggi (“pull-out

torque”) dan arus mulai turun. 

• Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torsi dan stator turun ke nol. 

Beban Motor Induksi Tiga Fasa

Dalam melaksanakan pengujian pengereman dinamik digunakan

dinamometer DC (generator-motor arus searah) sebagai beban motor induksi.

Dinamometer DC dalam percobaan berfungsi untuk mengubah energi

mekanik menjadi energi listrik.

4. Penggunaan transformasi clarke dan park?

Jawab:

- Motor-motor induksi yang digunakan pada umumnya motor tiga fasa,

sedangkan model motor yang dikembangkan sampai saat ini adalah dua fasa,

karena perhitungan dan analisa yang dilakukan menjadi lebih mudah. Oleh

karena itu diperlukan suatu metode untuk mentransformasi dari tiga fasa

menjadi dua fasa.

- (pada trafo, utk sinyal) Adapun tujuan dari transformasi abc ke referensi

dq adalah untuk memudahkan pemrosesan sinyal dimana tegangan sistem

3 phasa diubah menjadi 2 komponen Vd dan Vq. Transformasi sistem abc

ke sistem dq disajikan dalam dua tingkat matriks, yaitu transformasi

Clarke dan dilanjutkan transformasi Park. Transformasi Clarke, dimana sudut

θ adalah sudut radian dengan frekunsi sistem jala-jala yang diperoleh dari

phase.

- locked loop (PLL).

- Berdasarkan survey bahwa bila motor dioperasikan dengan kecepatan variabel, maka motor akan mengkonsumsi daya listrik yang kecil. Karena itu motor ini banyak dipakai dengan kecepatan variabel. Untuk mengatur kecepatan motor induksi pada kecepatan tetap dan kecepatan variable diperlukan konverter daya. Apabila motor induksi mendapat tegangan melalui konverter daya, maka bentuk gelombang tegangan tidak lagi sinusoidal. Dalam kondisi ini pemodelan motor tidak lagi menggunakan model trafo. Pemodelan dilakukan dengan menggunakan pemodelan dalam koordinat d-q

untuk melakukan analisa. Model d-q lebih fleksibel dari model trafo, bentuk tegangan sumber tidak harus sinusoidal dan parameter bisa diubah. Selain itu model d-q dapat menganalisa motor induksi dalam kondisi : transient, steady state dan perubahan karena beban.

- Secara konvensional untuk menganalisis motor induksi tiga phasa dikembangkan berdasarkan model trafo, dengan mengasumsikan tegangan sumber adalah sinusoidal dan kondisi steady state. Dalam operasi real ditemui permasalahan tegangan sumber yang tidak sinusoidal dan terjadi perubahan beban. Oleh karrna itu dibutuhkan model lain yang lebih fleksibel untuk menganalisis motor induksi yaitu model motor induksi dalam koordinat d-q-n.

-- Pertama adalah rangkaian ekivalen per phasa yang melibatkan metode

loop impedansi dan admitansi nodal. Metode ini tepat digunakan untuk mempelajari karakteristik keadaan tunak mesin. Metode lain adalah model dx-axis yang didasarkan pada teori generalisasi mesin dan dapat digunakan untuk menganalisis baik kondisi transien maupun keadaan tunak mesin.

- Seperti diketahui bahwa semua induktansi yang berubah waktu dapat dieliminasi dengan menggunakan variabel stator dan rotor ke suatu kerangka acuan yang berputar pada kecepatan putar tertentu atau dibiarkan tetap stasioner. Semua transformasi kemudian didapatkan dengan menandai kecepatan rotasi yang tepat ke urut-urutan kerangka acuan ini. Jika sistem ini diseimbangkan maka komponen nol akan sama dengan nol.

5. Penjelasan mendetail tentang rangkaian ekivalen motor induksi?Jawab:Untuk menentukan rangkaian ekivalen dari motor induksi tiga fasa, pertama-tama perhatikan keadaan pada stator. Gelombang fluks pada celah udara yang berputar serempak membangkitkan ggl lawan tiga fasa yang seimbang di dalam fasa-fasa stator. Besarnya tegangan terminal stator berbeda dengan ggl lawan sebesar jatuh tegangan pada impedansi bocor stator, sehingga dapat dinyatakan dengan persamaan 2.2.

Dimana,V1 = tegangan terminal stator (Volt)E1 = ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah udara resultan (Volt)I1 = arus stator (Ampere) R1 = resistansi efektif stator (Ohm) X1 = reaktansi bocor stator (Ohm)

Seperti halnya transformator, arus stator dapat dipecah menjadi dua komponen, komponen beban dan komponen penetralan. Komponen beban menghasilkan suatu fluks

yang akan melawan fluks yang diakibatkan arus rotor. Komponen penetralan , merupakan arus stator tambahan yang diperlukan untuk menghasilkan fluks celah udara

resultan. Arus penetralan dapat dipecah menjadi komponen rugi-rugi inti yang sefasa

dengan dan komponen magnetisasi yang tertinggal dari sebesar °90 . Sehingga dapat dibuat rangkaian ekivalen pada stator, seperti gambar 2.10 di berikut ini.

Gambar 2.10. Rangkaian Ekivalen perfasa pada Stator

Pada rotor belitan, jika belitan yang dililit sama banyaknya dengan jumlah kutub dan fasa stator. Jumlah belitan efektif tiap fasa pada belitan stator banyaknya a kali jumlah belitan rotor. Bandingkan efek magnetis rotor ini dengan yang terdapat pada rotor ekivalen magnetik yang mempunyai jumlah belitan yang sama seperti stator. Untuk kecepatan dan fluks yang

sama, hubungan antara tegangan yang diimbaskan pada rotor yang sebenarnya dan

tegangan yang diimbaskan pada rotor ekivalen adalah

Bila rotor – rotor akan diganti secara magnetis, belitan ampere masing-masing harus

sama, dan hubungan antara arus rotor sebenarnya dan arus pada rotor ekivalen haruslah

Akibatnya hubungan antara impedansi bocor frekuensi slip Z2s dari rotor ekivalen dan impedansi bocor frekuensi slip Zrotor dari rotor yang sebenarnya haruslah sebagai berikut

Karena rotor terhubung singkat, hubungan fasor antara ggl frekuensi slip yang

dibangkitkan pada fasa patokan dari rotor patokan dan arus pada fasa tersebut adalah

Dimana,Z2s= impedansi bocor rotor frekuensi slip tiap fasa berpatokan pada stator (Ohm) R2 = tahanan rotor (Ohm) X2s = reaktansi bocor patokan pada frekuensi slip (Ohm)

Reaktansi yang didapat pada persamaan (2.6) dinyatakan dalam cara yang demikian karena sebanding dengan frekuensi rotor dan slip. Jadi X2 didefinisikan sebagai harga yang akan dimiliki oleh reaktansi bocor pada rotor dengan patokan pada frekuensi stator.

Pada stator ada gelombang fluks yang berputar pada kecepatan sinkron. Gelombang

fluks ini akan mengimbaskan tegangan pada rotor dengan frekuensi slip sebesar dan ggl

lawan stator . Bila bukan karena efek kecepatan, tegangan rotor akan sama dengan tegangan stator, karena belitan rotor identik dengan belitan stator. Karena kecepatan relatif gelombang fluks terhadap rotor adalah s kali kecepatan terhadap stator, hubungan antara ggl efektif pada stator dan rotor adalah

Gelombang fluks magnetik pada rotor dilawan oleh fluks magnetik yang dihasilkan komponen beban 2I dari arus stator, dan karenanya, untuk harga efektif

Dengan membagi persamaan (2.7) dengan persamaan (2.8) didapatkan persamaan 2.9 berikut ini:

Didapat hubungan antara persamaan (2.8) dengan persamaan (2.9), yaitu

Dengan membagi persamaan (2.10) dengan s, maka didapat

Dari persamaan (2.11) dapat dibuat rangkaian ekivalen untuk rotor Dari persamaan (2.6) , (2.7) dan (2.11) maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen pada rotor pada gambar 2.11 di bawah ini.

Gambar 2.11. Rangkaian Ekivalen Perfasa pada Rotor

Dari penjelasan mengenai rangkaian ekivalen pada stator dan rotor di atas, maka dapat dibuat rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa pada masing-masing fasanya. Perhatikan gambar 2.12 .

Gambar 2.12. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi

Untuk mempermudah perhitungan maka rangkaian ekivalen pada gambar 2.12 diatas dapat dilihat dari sisi stator, rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa akan dapat digambarkan sebagai berikut.

Gambar 2.13. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi StatorAtau seperti gambar berikut.

Gambar 2.14. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator

Dalam teori transformator-statika, analisis rangkaian ekivalen sering disederhanakan dengan mengabaikan seluruh cabang penalaran atau melakukan pendekatan dengan memindahkan langsung ke terminal primer. Pendekatan demikian tidak dibenarkan dalam motor induksi yang bekerja dalam keadaan normal, karena adanya celah udara yang menjadikan perlunya suatu arus penetralan yang sangat besar (30% sampai 40% dari arus beban penuh) dan karena reaktansi bocor juga perlu lebih tinggi. Untuk itu dalam rangkaian ekivalen Rc dapat dihilangkan (diabaikan), seperti terlihat pada gambar 2.15 di bawah ini.

Gambar 2.15. Rangkaian Ekivalen Perfasa Motor Induksi Dilihat dari Sisi Stator dengan Mengabaikan Rc

6. Karakteristik motor standar NEMA D selain karakteristik torsi-kecepatan?Jawab:

Motors are designed with certain speed-torque characteristics to match speed-torque requirements of various loads. The four standard NEMA designs are NEMA A, NEMA B, NEMA C, and NEMA D. NEMA A is not used very often. NEMA B is most commonly used. NEMA C and NEMA D are used for specialized applications. A motor must be able to develop enough torque to start, accelerate and operate a load at rated speed, torque can be calculated by transposing the formula for horsepower.

The starting torque of a NEMA design D motor is approximately 280% of the motor’s full-load torque. Very hard to start applications, such as punch presses, cranes, hoists, and oil well pumps require this high starting torque. NEMA D motors have no true breakdown torque. After initial starting torque is reached torque decreases until full-load torque is reached. NEMA D motors typically are designed with 5 to 8% slip or 8 to 13% slip.

Motor selection is a complicated process containing numerous tradeoffs. Efficiency is only one of several important considerations. The objective of informed motor selection is to arrive at the best possible installation consistent with minimum cost, horsepower and frame size for the specified life expectancy, load torque, load inertia and duty cycle of the specified application. To satisfy the torque, horsepower, and speed requirements of a large variety of motor applications, polyphase AC motors are designed and manufactured in four groups classified Design A, B, C, and D by NEMA. Each classification of motors has its own distinctive speed–torque relationship (Figure 21) and inherent expectations regarding motor efficiency.

Motors intended for loads that are relatively constant and run for long periods of time are of low slip design (less than 5%) and are inherently more efficient than Design D motors which are used in applications where heavy loads are suddenly applied such as hoists, cranes and heavy metal presses. Design D motors deliver high starting torque and are designed with high slip (more than 5%) so that motor speed can drop when fluctuating loads are encountered. Although Design D motor efficiency can be less than other NEMA designs it is not possible to replace a Design D motor with a more efficient Design B motor because it would not meet the performance demands of the load.

The National Electrical Manufacturer’s Assosciation (NEMA) specifies that every motor nameplate must show these spesific items:

a. Manufacturer’s typeb. Rated volts and full load ampsc. Rated frequency & number of phasesd. Rated full load speede. Rated temperature rise or the insulation system classf. Time ratingg. Rated horsepowerh. Locked rotor indicating code letteri. Service factorj. Efficiencyk. Frame sizel. Design code

NEMA DESIGN LETTERChanges in motor windings and rotor design will alter the performance characteristics

of induction motor. to obtain uniformity in application, NEMA has designated spesific design of general purpose motors having specified locked rotor torque, breakdown torque, slip starting current, or other values.

- however, shows the cross section of an induction motor rotor with small bars placed near the surface of the rotor. since the cross sectional area of the bars is small, the rotor resistance is relatively is still small. this motor is very much like a wound rotor resistance, this motor has a pullout torque occuring at a high slip, and its starting torque is quite high. a squirrel cage motor with this type of rotor construction is called NEMA design class D.

NEMA has established four different designs - A, B, C and D - for electrical induction motors.

Different motors of the same nominal horsepower can have varying starting current, torque curves, speeds, and other variables. Selection of a particular motor for an intended task must take all engineering parameters into account. The four NEMA (National Electrical Manufacturers Association) designs have unique speed-torque-slip relationships making them suitable to different type of applications.

NEMA design A

maximum 5% slip high to medium starting current normal locked rotor torque normal breakdown torque suited for a broad variety of applications - as fans and pumps

NEMA design B

maximum 5% slip low starting current high locked rotor torque normal breakdown torque suited for a broad variety of applications, normal starting torque - common in HVAC

application with fans, blowers and pumps

NEMA design C

maximum 5% slip low starting current

high locked rotor torque normal breakdown torque suited for equipment with high inertia starts - as positive displacement pumps

NEMA design D

maximum 5-13% slip low starting current very high locked rotor torque suited for equipment with very high inertia starts - as cranes, hoists etc.

7. Dasarnya kerangka referensi?Jawab: Pemodelan motor digunakan sebagai pengganti fungsi motor dalam keadaan sebenarnya. Dengan mengetahui model dinamik suatu motor, maka akan memungkinkan kita untuk dapat menganalisa motor secara dinamik dengan suplai tegangan yang tidak harus selalu berbentuk sinusoidal. Maraknya penggunaan elektronika daya untuk pengendalian motor, membuat model dinamik motor ini perlu diketahui, karena keluaran perangkat elektronika daya tersebut bukanlah merupakan suatu tegangan yang sinusoidal.keuntungan:

- The number of voltage equations is reduced- The time-varying voltage equations become time-invariant ones

The DQ transformation is a transformation of coordinates from the three-phase stationary coordinate system to the dq rotating coordinate system. This transformation is made in two steps:

1) a transformation from the three-phase stationary coordinate system to the two-phase,

so-called ab, stationary coordinate system and

2) a transformation from the ab stationary coordinate system to the dq rotating

coordinate system.

Transformation is used to decouple variables with time-varying coefficients and refer all variables to a common reference frame.

Untuk mempermudah analisa dan perhitungan maka digunakan suatu metoda yang akan mengubah arus, fluks, dan tegangan tiga phasa ke bentuk dua phasa. Metode untuk melakukan tranformasi tiga phasa ke bentuk dua phasa diam adalah transformasi Clarke, selanjutnya akan ditransformasikan lagi ke bentuk dua phasa berputar dengan transformasi Park. Misalkan arus tiga phasa akan diubah ke dalam bentuk dua phasa diam dengan

transformasi Clarke. Dianggap arus a, b, dan c bernilai sesuai fungsi sinusoida dan memiliki beda phasa sebesar 1200 per phasanya. Lalu akan diubah kedalam dua fasa diam, yaitu sumbuαβ , atau dengan sumbu α sebagai nilai real, dan β sebagai nilai imajiner. Transformasi clarke dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Transfomasi Tiga Fasa ke Dua Fasa Diam

Pada gambar 2.4 ditunjukkan bahwa iα adalah proyeksi dari ai , bi , dan ci pada sumbu real, sedangkan iβ merupakan proyeksi dari ai , bi , dan ci pada sumbu imajiner. Sehingga dalam bentuk matrik

(2.7)

Nilai i0 merupakan arus urutan nol (zero squence current) yang bernilai nol pada keadaan setimbang dan ideal. Sehingga persamaan 2.7 dalam bentuk lain dapat ditulis:

Nilai konstanta pada persamaan 2.7 – 2.9 adalah nilai konstanta untuk sistem power invariant. Transformasi Clarke telah mentransformasikan bentuk tiga phasa, ke dalam bentuk dua phasa diam ( iα dan iβ ), selanjutnya akan ditransformasikan dengan transformasi Park untuk mendapatkan nilai dua phasa berputar ( id dan iq ).

Gambar 2.5 Transformasi Dua Phasa Diam ke Dua Phasa Berputar

Gambar 2.5 menunjukkan bahwa arus pada sumbu dq berputar membentuk sudut θe

terhadap sumbu αβ yang diam. Nilai θe akan berubah terhadap waktu sehingga kerangka dari sumbu dq pun akan berputar sesuai dengan perubahan yang terjadi pada nilai θe . Transformasi Park dapat dituliskan dalam matrik:

(2.10)

Bila transformasi Clarke dan Park digabungkan, maka matriks transformasinya akan merubah besaran tiga phasa ke bentuk besaran dua phasa berputar, seperti yang ditunjukkan persamaan 2.11.

(2.11)

8. Prosedur pengujian? Jawab: pada hakekatnya tiap motor induksi memiliki karakteristik torka-kecepatan yang berbeda-beda. Dengan diketahuinya karakteristik suatu motor maka pemilihan motor untuk penggerak beban dapat dilakukan secara tepat. Namun, karakteristik tersebut hanya dapat diketahui jika parameter motor yang bersangkutan juga diketahui. Parameter tersebut mencakup tahanan stator, reaktansi bocor stator, reaktansi magnetisasi, dan tahanan inti besi. Nilai parameter tersebut tidak akan ditemukan pada nameplate sebuah motor. Untuk mengetahuinya perlu dilakukan pengujian pada motor tersebut yang mencakup percobaan tanpa beban, percobaan rotor ditahan, dan percobaan dc.

FIRST NO-LOAD TEST

no-load test, like the open circuit test on a transformer, gives information about exciting current and rotational losses. The test is performed by applying balanced rated voltage on the statorwindings at the rated frequency. The small power provided to the machine is due to core losses, friction and winding loses. Machine will rotate at almost a synchronous speed, which makes slip nearly zero. This test is represented with an equivalent circuit in Figure 1.

Values measured during this test are current and it’s angle with respect to know voltage. From this we can calculate total power supplied to the machine. Measured values are shown in Table 1.

Table 1. Values measured during no-load test.

Assuming that Rc is much bigger than Rs and Xlr we can calculate Rc and Lm from the equivalent circuit. The formulas and complete calculations are shown below.

LOCKED ROTOR TEST

The locked rotor test, like short circuit test on a transformer, provides the information about leakage impedances and rotor resistance. Rotor is at the stand still, while low voltage is applied to stator windings to circulate rated current. Measure the voltage and power to the phase. Since there is no rotation slip, s=1 which gives us following equivalent circuit.

Note that Rr is much less than Rc so that part of the circuit is ignored. Values measured during the locked rotor test are shown in Table 2.

Table 2. Values Measured during Locked Rotor Test

Assuming known Rs and values in the Table 2, we can calculate Lls, Llr and Rr, ss shown below.

9. Macam-macam kerangka referensi?Jawab: Among possible choices of dq frames are the following:

a. Stator frame where ωk = 0 b. Rotor frame where ωk = ωmc. Synchronous frame associated with the frequency ωs (possibly time varying)

of the stator excitation.d. Rotor flux frame in which the d-axis lines up with the direction of the rotor

flux vector.The choice of the common dq frame is usually dictated by the symmetry constraints

imposed by the construction and excitation of the machine. With the complete symmetry encountered in a three-phase induction machine with balanced sinusoidal excitation, any one of the five frames can be used, although the synchronous frame is more convenient in as much as all signals appear as constant dc in steady state.

However, certain control strategies may require the adoption of a specific frame, as is the case of vector control where the reference frame is attached to the rotor flux vector. In the presence of asymmetry, the common frame is attached to the asymmetrical member: an induction motor with unbalanced excitation or asymmetrical stator windings (the case of a capacitor motor) will be modeled in the stator frame where as a synchronous machine is represented in the rotor frame. In the common dq frame, the machine dynamic equations appear as differential equations with constant coefficients (independent of rotor position) and nonlinearities confined to products of variables associated with speed voltages and torque components.

- At this stage e has not been defined and is quite arbitrary. However, certain simplifica-tions in the equations occur if e is restricted to be one of the following three angles: (a) Stationary referenqe frame Now e = 0; this is called the stationary reference frame because the d, q axes do not rotate. In addition, the +d-axis is chosen to coincide with the stator phase A axis. Hence, from Fig. 1,

Substituting eqns. (5) - (7) into eqn. (3),

Replacing the flux linkages in eqn. (8) by currents (using eqn. (4)),

Where

and the other matrices appear in Appendix A. Equation (9) can be rearranged in state space form for solution on a digital computer as follows:

where [B] is the inverse of the inductance matrix and is given in Appendix A. [B] is a constant matrix and needs to be inverted only once during the entire simulation. If the busbar voltages are

and the motor terminals are connected direct-ly to the busbars, then using Park's transform of eqn. (2),

Note that Vds,the voltage applied to the stator d-axis coil, is the same as the stator phase A voltage. This means that the stator d-axis cur-rent idsis exactly equal to the phase A current ias, and it is not necessary to compute ias separately at each step of the integration pro-cess through the inverse of Park's transform. This saves computer time and hence is an advantage of the stationary reference frame. If there are compensating capacitors con-nected between the busbar and the motor, then for the case when series capacitors are present in the line (but shunt capacitors are absent (Appendix B):

(15)

(16)

The voltage components and across the series capacitor are found by integrating the following two differential equations:

When there are shunt capacitors connected across the terminals of the motor but the series capacitors are absent,

(20)Where

It is possible to formulate the equations where shunt and series capacitors are con-nected simultaneously to the motor. How-ever, such a system is rather unlikely in prac-tice and is therefore not considered here.(b) Synchronously rotating reference frameNow 0 = wst; this is called the synchro-nously rotating reference frame because the d,q axes rotate at synchronous speed. From Fig. 1,

Substituting eqns. (23) - (25) into eqn. (3),

Following the same procedure as for the stationary reference frame, the state space equation for simulation on a digital computer is

where the [v] and [i] vectors are the same as in eqns. (10) and (11), and the other matricesappear in Appendix A. Without any capacitors, the terminal voltages in eqn. (14) become

This means that the stator d,q voltages are DC quantities and this has advantages in thefield of feedback controller design when the motor equations are linearized around asteady operating point. It is also possible to use a larger step length in the digital integ-ration routine when using this frame, since the variables are slowly changing DC quanti-ties during transient conditions. If there are compensating capacitors con-nected to the motor, then for the case when only series capacitors are present (Appendix B), the terminal voltage eqns. (15) and (16) become:

The voltage components and across the series capacitor are found by integrating thefollowing two differential equations:

When there are shunt capacitors connected across the terminals of the motor (without series capacitors), eqns. (19) - (22) become

(33)

(34)

(c) Rotor reference frameNow ; this is called the rotor ref-erence frame because the d,q axes rotate at the rotor speed, but in addition the d-axis position coincides with the rotor phase A axis. Hence, from Fig. 1,

Substituting eqns. (37) - (39) into eqn. (3),

Following the same procedure as for the stationary reference frame, the state space equation for simulation on a digital computer is

where the [v] and [i] vectors are the same as in eqns. (10) and (11), and the other matricesappear in Appendix A. Without any capacitors, the terminal volt-age eqn. (14) becomes

The d,q voltages are therefore of slip fre-quency and the d-axis rotor current behaves exactly as the phase A rotor current does. This means that it is not necessary to com-pute the phase A rotor current at each step of the digital integration process through the in-verse of Park's transform. This saves computer time and hence is an advantage of the rotor reference frame when studying rotor quanti-ties. If there are compensating capacitors con-nected to the motor, then for the case when only series capacitors are present, the terminal voltage eqns. (15) and (16) become

Where

When there are shunt capacitors connected across the terminals of the motor (without series capacitors), eqns. (19) - (22) become

Thus far, the voltage equations for three reference frames have been presented with their advantages. The electrical torque is given by the following expression which is indepen-dent of the reference frame:

The mechanical motion is described by

Three commonly used reference frames models that are specific cases of the generalised reference frame model are:

- Stationary reference frames model; - Rotor reference frames model; - Synchronously rotating reference frames model.

For the stationary reference frames model, the speed of the reference frame is that of the stator which is zero, i.e., ω=0; for the rotor reference frames model, ω = rotor speed, ω r

and for the synchronously rotating reference frames model, ω = synchronous speed, ωe.

10. Keuntungan menggunakan simulink matlab?Jawab:

The dynamic analysis of the symmetrical induction machines in the arbitrary reference frame has been intensively used as a standard simulation approach from which

any particular mode of operation may then be developed. Matlab/Simulink has an advantage over other machine simulators in modeling the induction machine using dq0 axis transformation [8, 9]. It can be a powerful technique in implementing the machine equations as they are transferred to a particular reference frame. Thus, every single equation among the model equations can be easily implemented in one block so that all the machine variables can be made available for control and verification purposes.

model of the three-phase induction motor and its computer simulation using MATLAB/SIMULINK having advantage that it does not require the compilation. Constructional details of various sub-models for the induction motor are given and their implementation in SIMULINK is outlined. For this purpose, the relevant equations are stated at the beginning, and then a generalized model of a three-phase induction motor is developed. This approach could be extended to other engineering systems.

In the case of Matlab, the proper state equations should be obtained in order to describe the power conversion circuit. With the state equations, the circuit can be easily modeled by using the functional blocks, which are supported in Matlab Simulink. In particular, in Matlab, the various kinds of control algorithms can be easily implemented without using actual analog components. However, obtaining the state equation according to the circuit configuration is a cumbersome and time-consuming job. Whenever there is a minor change in the circuit configuration, new state equations should be obtained for describing the new circuit.

Therefore, a simple method to model the power conversion circuits is highly desirable, which is not based on the state equations. Thus the SIMULINK software of MATLAB for the dynamic modeling of the induction motor is used here. The main advantage of SIMULINK over other programming software is that, instead of compilation of program code, the simulation model is built up systematically by means of basic function blocks. Through a convenient graphical user interface (GUI), the function blocks can be created, linked and edited easily using menu commands. A set of machine differential equations can thus be modeled by interconnection of appropriate function blocks, each of which performing a specific mathematical operation.

Programming efforts are drastically reduced and the debugging of errors is easy. Since SIMULINK is a model operation programmer, the simulation model can be easily developed by addition of new sub-models to cater for various control functions. As a sub-model the induction motor could be incorporated in a complete electric motor drive system.

11. Latar belakang pemodelan motor induksi?Jawab:

Parameter rangkaian ekivalen mesin induksi sangat penting ketika mempertimbangkan teknik kontrol lebih lanjut. Sengaja ada juga parameter yang tidak pasti ketika mesin dikeluarkan dari produksi. Penentuan parameter rangkaian ekivalen untuk motor induksi sangkar tupai adalah masalah yang kompleks, karena tidak ada teori yang dapat diandalkan dan tidak ada metode pengukuran langsung di sirkuit rotor yang tersedia. Efek kulit belitan rotor dan efek saturasi inti besi menyebabkan komplikasi dalam proses pemodelan tupai kandang motor. Oleh karena itu metode langsung pengukuran dan perhitungan harus digunakan untuk penentuan parameter dari data yang diberikan oleh referensi atau melalui eksperimen yang mengukur karakteristik torsi-kecepatan.

Salah satu keuntungan dari Simulink atas Simulator rangkaian elektronika adalah kemudahan dalam pemodelan transien mesin listrik dan drive dan mencakup drive kontrol dalam simulasi.

The inputs of a squirrel cage induction machine are the three-phase voltages, their fundamental frequency, and the load torque. The outputs, on the other hand, are the three-phase

currents, the electrical torque, and the rotor speed. The dq model requires that all the three-phase variables have to be transformed to the two-phase synchronously rotating frame.

The differential equations to comprehensively study the steady-state and dynamic performance of induction were developed in the machine variables using Kirchoff’s second law and Newton law of motion. That is, the motor steady-state and transient behavior are described using the abc stator and rotor quantities. It has known that the qdO quantities can be applied to reduce the complexity of the resulting differential equations that maps the dynamics of induction machines.

12. Tegangan diubah-ubah itu gangguan bukan?Jawab:Man-made noise: Secara sederhana diartikan sebagai noise yang dihasilkan manusia.

Sumber utama dari noise ini adalah mekanisme spark-producing, seperti komutator dalammotor elektrik, sistem pembakaran kendaraan bermotor, alternator, dan aktivitas peralihan alat oleh manusia (switching equipment). Misalnya, setiap saat di rumah, penghuni sering mematikan dan menyalakan lampu melalui saklar, otomatis arus listrik dapat tiba-tiba muncul atau terhenti. Tegangan dan arus listrik berubah secara mendadak, perubahan ini memuat lebar frekuensi yang cukup besar. Beberapa frekuensi itu memancar/menyebar dari saklar atau listrik rumah, yang bertindak sebagai miniatur penghantar dan antena. Noise karena aktivitas manusia ini disebut juga impulse noise, karena bersumber dari aktivitas on/of yang bersifat mendadak. Spektrum noise cenderung besar dan lebar frekuensi bisa sampai 10 MHz. Noise jenis ini lebih sering terjadi pada daerah metropolitan dan area industri yang padat penduduknya, karena itu disebut juga industrial noise.

13. Rotor sangkar Vs Rotor belitan?Jawab:

Berdasarkan jenis rotor nya, motor induksi tiga fasa dapat dibedakan menjadi dua jenis, yang juga akan menjadi penamaan untuk motor tersebut, yaitu rotor belitan (wound rotor) dan rotor sangkar tupai (squirrel cage rotor).Jenis rotor belitan terdiri dari satu set lengkap belitan tiga fasa yang merupakan bayangan dari belitan pada statornya. Belitan tiga fasa pada rotor belitan biasanya terhubung Y, dan masing-masing ujung dari tiga kawat belitan fasa rotor tersebut dihubungkan pada slip ring yang terdapat pada poros rotor (gambar 2.1.3(a)).

Belitan-belitan rotor ini kemudian dihubung singkatkan melalui sikat (brush) yang menempel pada slip ring (perhatikan gambar 2.1.4), dengan menggunakan sebuah perpanjangan kawat untuk tahanan luar.

Gambar 2.1.3. (a) Tampilan Close-Up Bagian Slip Ring Rotor Belitan (b) Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan

Gambar 2.1.4. Skematik Diagram Motor Induksi Rotor Belitan

Dari gambar 2.1.4. dapat dilihat bahwa semata-mata keberadaan slip ring dan sikat hanyalah sebagai penghubung belitan rotor ke tahanan luar (exsternal resistance). Keberadaan tahanan luar disini berfungsi pada saat pengasutan yang berguna untuk membatasi arus mula yang besar. Tahanan luar ini kemudian secara perlahan dikurangi sampai resistansinya nol sebagaimana kecepatan motor bertambah mencapai kecepatan nominalnya. Ketika motor telah mencapai kecepatan nominalnya, maka tiga buah sikat akan terhubung singkat tanpa tahanan luar sehingga rotor belitan akan bekerja seperti halnya rotor sangkar tupai. Rotor sangkar mempunyai kumparan yang terdiri atas beberapa batang konduktor yang disusun sedemikian rupa hingga menyerupai sangkar tupai. Rotor terdiri dari tumpukan lempengan besi tipis yang dilaminasi dan batang konduktor yang mengitarinya (perhatikan gambar 2.1.5(a)). Tumpukan besi yang dilaminasi disatukan untuk membentuk inti rotor. Alumunium (sebagai batang konduktor) dimasukan ke dalam slot dari inti rotor untuk membentuk serangkaian konduktor yang mengelilingi inti rotor. Rotor yang terdiri dari sederetan batang-batang konduktor yang terletak pada alur-alur sekitar permukaan rotor, ujung-ujungnya dihubung singkat dengan menggunakan cincin hubung singkat (shorting ring) atau disebut juga dengan end ring.

Gambar 2.1.5. (a) Rotor Sangkar Tupai dan Bagian-bagiannya (b) Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai

14. contoh penggunaan transformasi clarke park?Jawab:

Pada pemodelan motor induksi, generator induksi, untuk keperluan teknik kontrol selanjutnya, dll.