TUGAS IV

SoalUntuk dapat menganalisa pemberian tahanan secara ;1. Open Loop dengan penambahan Resistor Secara Seri (Rs) terhadap Ra (Resistansi Armatur) 2. Open loop dengan penambahan Resistor Secara Shunt (Rp) terhadap Ra (Resistansi Armatur)

Data Motor (Sumber: Tugas1 PPML)Untuk Data Motor DC yang digunakan ;Pout = 400 HPPin = 298400 WEa = 500 VIa = 640 AT = 1140 N.m = 2500 rpm = 261,8 rad/secJ= 89,0 lbft2J= 3,7505 Nmsec2/radRa= 0,0031 ohmLa= 0,00043 H= 93,25 %Km= 1,7809 Nm/AB = 4,3537 Nmsec/radKb= 1,9023 V sec/rad

MOTOR DC TERKENDALI JANGKARDiketahui bersama bahwasanya suatu motor dalam keadaan diam menuju ke keadaan berputar (bergerak) atau yang umumnya disebut Starting hingga mencapai keadaan steady membutuhkan arus yang besar, kebutuhan arus ini dapat menyebabkan lonjakan arus (transient) yang tinggi, terlebih lagi jika motor listrik DC yang digunakan diperuntukkan untuk daya output yang besar dalam hal ini 400 HP. Selain itu meng-offkan motor pun akan terjadi arus transient yang tidak diharapkan. Salah satu teknik pengontrolan ON dan OFF motor Dc terkendali jangkar untuk pengontrolan arus lonjakan ini adalah dengan memasangkan resistor (hambatan), yang ditempatkan antara sumber tegangan dengan motor DC terkendali jangkar tersebut. Sehingga didapatkanlah rangkaian resistor yang dihubungkan secara seri dan secara pararel. Untuk dapat mengetahui rangkaian dari resistor tersebut berikut gambar yang menunjukkan model Motor DC terkendali jangkar dengan Resistor (Rs) yang dihubungkan secara seri dan (Rp) yang dihubungkan secara pararel.

Gambar 4.1.Rangkaian Motor DC terkendali jangkar dengan Ra-seri

Gambar 4.2.Rangkaian Motor DC terkendalijangkardengan Ra-shuntDengan melihat gambar di atas terlihat bahwa Rs variable yang terhubung seri terhadap Ra dan La sehingga arus yang dihasilkan oleh Ea akan terhambat oleh rangkaian resistor dan inductor tersebut, sedangkan Rp yang terhubung pararel akan menghasilkan sumber tegangan yang berubah ubah terhadap motor tersebut.Untuk dapat melihat prilaku arus yang terjadi selama ON dan OFF motor DC terkendali jangkar maka dilakukan simulasi dengan menggunakan simulink Matlab dengan memodelkan terlebih dahulu motor dan resistor sebagai pengendali arus tersebut. Berikut hasil pemodelan dengan menggunakan simulink.(a)(b)

(c)Gambar 4.3.Hasil Modeling dengan menggunakan simulink (a) Modeling Motor Dc Terkendali Jangkar (b)Modeling Motor Dc Terkendali jangkar (c) Model variacel controller potensiometer sebagai resistor RsUntuk dapat melihat lonjakan arus yang terjadi pada sistem dari motor DC itu sendiri dapat dilihat sebagai berikut;

Gambar 4.4.Karakteistik arus starting pada Motor DC terkendali jangkarBerdasarkan grafik di atas dapat kita lihat bahwa lonjakan arus pada saat start dapat mencapai 23.000 Ampere dan polaritas terbalik di -16.000 Ampere di mana arus nominal sekitar 640 A Lonjakan arus sebesar ini secara teoritis adalah 36 kali dari arus nominal. Walaupun dalam keadaan singkat namun hal semacam ini dapat merusak diri motor tersebut.Simulink motor DC terkendali jangkar akan memperlihatkan perbandingan antara motor DC terkendali jangkar tanpa menggunakan pengontrolan tahanan luar yang dihubungkan seri maupun pararel terhadap motor DC tersebut terrhadap pengontrolan dengan tahanan luar dengan variasi nilai tahanan dan lama waktu pengontrolan.Berikut simulasi yang dilakukan tanpa menggunakan tahanan luar dalam hal ini Rs = 0 dengan melakukan simulasi ON terhadap motor yang dimaksud setelah 5 sec pertama dan OFF terhadap motor di 35 sec kemudian.

Gambar 4.4. Karakteistik arus ,putaran, tegangan, pada Motor DC terkendali jangkar terhadap perubahan nilai resistansi Rs= 0 OhmTerlihat dari grafik di atas bahwa pada saat diberikan tegangan sumber 500 V DC maka arus starting akan melakukan sifat transient begitu pula pada omega (putaran motor), dimana diperoleh arus starting mencapai nilai 21.000 ampere, begitu pula pada 35 sec tegangan sumber di OFF-kan maka terjadi lagi prilaku transient arus dan omega dengan perubahan yang ekstrim hingga untuk arus dapat mencapai 22.000 polaritas terbalik terhadap sumber tegangan.Dengan menggunakan simulink di atas maka dapat dilakukan analisa karakteristik dari arus tersebut dengan memberikan nilai tahanan yang ditambah nilai resistansisnya secara berkala terhadap fungsi waktu;

1. Pengendalian Motor DC Terkendali Jangkar dengan Penambahan Tahanan (Rs) secara seri

Sebagaimana telah disebutkan di atas bahwa pengendalian kecepatan motor DC terkendali jangkar salah satunya adalah dengan mengatur tahanan variabel Rs yang diserikan dengan tahanan jangkar Ra, Simulasi 1a) Penambahan Rs = 250 * (Ra) = 250 x 0,0031 = 0.775 Ohm ( T = 10 detik)Untuk simulasi pertama di beri nilai tahanan sebesar 0.775 Ohm dan diperoleh grafik sebagai berikut;

(a)(b)Gambar 4.5.Karakteistik arus ,putaran, tegangan, pada Motor DC terkendali jangkar terhadap perubahan nilai resistansi Rs= 0.775Ohm (a) t=10 sec, (b) t=5 secb) Penambahan Rs = 550 * (Ra) = 550 x 0,0031 = 1.705 Ohm Setelah disimulasikan maka Grafik Tahanan seri (Rs), Arus (I) dan kecepatan putaran motor () akan diperoleh grafik berikut :

(a)

(b)Gambar 4.6.Karakteistik arus ,putaran, tegangan, pada Motor DC terkendali jangkar terhadap perubahan nilai resistansi Rs= 1.705Ohm (a) t=10 sec, (b) t=5 secc) Penambahan Rs = 850 * (Ra) = 850 x 0,0031 = 2.635 OhmSetelah disimulasikan maka Grafik Tahanan seri (Rs), Arus (I) dan kecepatan putaran motor () akan diperoleh grafik berikut :(a)

(b)

Gambar 4.7. Karakteistik arus ,putaran, tegangan, pada Motor DC terkendali jangkar terhadap perubahan nilai resistansi Rs= 2.635Ohm (a) t=10 sec, (b) t=5 sec

Dengan melihat grafik simulasi dari ketiga nilai tahanan dengan variasi waktu 5 dan 10 sec maka dapat dibuat table perbandingan nilai arus dan putaran pada saat ON dan OFF dari kondisi masing-masing.

Table 4.1 perbandingan nilai arus dan putaran maksimal pada nilai Rs yang berbeda

(Rs)InominalNominalt=10t=5t=10t=5

StartingStopping

ImaxImaxImaxImax

ARpmARpmARpmARpmARpm

0.7756402500699.42,505770.72,511-325.70-332.90

1.7056402500786.72,5121,0102,531-95.30-99.70

2.63564025008972,5221,3672,562-45.50-48.480

Dari tabel terlihat bahwa arus transien tertinggi pada Rs = 0.775 ohm arus maksimal untuk t=5 mencapai 770.7 A merupakan Imax terendah dibandingkan dengan kondisi nilai tahanan lainnya, namun kondisi OFF lonjakan arus terbesar diperoleh hingga -332.9 A Sedangkan untuk Rs = 2.635 ohm untuk t=5 arus transient maksimal mencapai 897 A pada saat starting namun besarnya tahanan akan mengurangi arus pada saat stop (motor di OFF-kan) dengan nilai -48.48 APada saat pengontrolan dibutuhkan waktu yang lebih banyak terlihat Perbandingan nilai t menyebabkan perubahan nilai arus nilai t=10 menghasilkan nilai arus transient yang lebih rendah dibandingkan nilai t=5.

2. Pengendalian Motor DC Terkendali Jangkar penambahan Resistansi Parael (Rp)

Metoda lain yang digunakan adalah penambahan resistansi yang dihubngkan secara pararel terhadap sumber dc dan motor itu sendiri Pengaturan tegangan yang dimaksud adalah dengan menaikkan tegangan jangkar secara perlahan dari 0 sampai Ea nom dalam waktu T.

Ea nomEatT

Gambar 4.8 Karakteristik Pengatutan TeganganJangkar (Ea)

Model sistem dengan pengaturan tegangan yang akan disimulasikan adalah:

(a)

(b)

(c)Gambar 4.9.Hasil Modeling dengan menggunakan simulink (a) Modeling Motor Dc Terkendali Jangkar (b)Modeling Motor Dc Terkendali jangkar (c) Model variacel controller potensiometer sebagai resistor RsUntuk dapat melihat perilaku arus pada kondisi starting dan stop maka diperlukan variasi waktu pengontrolan dalam hal ini digunakan waktu antara 5,10,15,20 dan 25 sec sehingga menhasilkan grafik dari hasil simulink sebagai berikut;

(a)

(b)(c)

(d)

(e)Gambar 4.10 .Garfik Hasil Modeling dengan menggunakan simulink untuk Rsistansi Pararel (Rp) (a) untuk t=5 (b) untuk t=10 (c) untuk t=15(d) untuk t=20(e) untuk t=25Berdasarkan grafik di atas, dapat terlihat bahwa dengan adanya pengaturan tegangan jangkar melalui Rp maka diperoleh nilai pengaturan yang berbeda beda sesuai kondisi dimana semakin lama waktu pengaturan yang diberikan maka semakin kecil arus transient yang diperoleh terlihat perbandingan antara nilai arus transient yang terjadi pada motor pada kondisi t=5 sec dan t=20 sec yang dapat di tebelkan sebagai berikut;

Table 4.1 perbandingan nilai arus dan putaran maksimal pada nilai Rs yang berbedatInominalNominalStartingStopping

ImaxImax

secARpmARpmARpm

564025007502,509-109.8-9.35

106402500698.92,505-54.88-4.6

156402500676.62503-36.587-3.112

206402500667.42502-27.439-2.332

256402500661.92,501-21.95-1.85

3064025006582,501-18.3-1.5

Simpulan

Berdasarkan hasil simulasi diatas, maka dapat di tarik disimpulkan bahwa motor DC terkendali jangkar mempunyai arus transient yang tinggi pada saat starting awal hingga mencapai 22.000 ampere atau 30 kali dari arus nominal dan akan menghasilkan arus riak lagi dengan polaritas terbalik -20.000 ampere pada saat motor diberhentikan (stopping), sehingga diperlukan pengaturan kontrol motor pada dua kondisi tersebut (starting dan stop)Ada dua motode yang umum digunakan untuk menghindari arus lonjakan (trnansient) tersebut yakni dengan memasang tahanan yang dihubungkan secara seri terhadap motor DC tersebut ataupun dengan tahanan yang dihubungkan secara pararel.Berdasarkan pengamatan hasil simulink bahwa besarnya nilai Rs akan mempengaruhi riak dari arus starting dan stopping begitu pula lama pengaturan akibat dari jumlah pangaturan tahanan yang diberikan, bahwa semaki besar waktu yang diberikan dalam pengaturan tahanan maka semakin kecil resiko arus balik yang dihasilkan oleh motor DC terkendali jangkar tersebut.

MK: PemodelandanPengendalian Motor ListrikDosen: Dr. Ir. H. Rhiza S. Sadjad, MSEE

Oleh :

Kazman RiyadiP2700213012

TEKNIK ELEKTRO - TEKNIK ENERGIPROGRAM PASCASARJANAUNIVERSITAS HASANUDDINMAKASSAR20143