mesin induksi tiga fasa

BAB II MOTOR INDUKSI TIGA PHASA 2.1

UMUM

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 rotornya, 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. Mesin ini juga disebut mesin asinkron (mesin tak serempak), hal ini dikarenakan putaran motor tidak sama dengan putaran fluks magnet stator. Dengan perkataan lain, bahwa antara rotor dan fluks magnet stator terdapat selisih perputaran yang disebut dengan slip. Pada umumya motor ac yang digunakan adalah motor induksi, terutama motor induksi tiga phasa yang paling banyak dipakai di perindustrian. Motor induksi tiga phasa sangat banyak dipakai sebagai penggerak di perindustrian karena banyak memiliki keuntungan, tetapi juga memiliki beberapa kelemahan. Keuntungan motor induksi tiga phasa: 1. Sangat sederhana dan daya tahan kuat (konstruksi hampir tidak pernah terjadi kerusakan, khususnya tipe squirel cage). 2. Harga relatif murah dan perawatan mudah. 3. Efisiensi tinggi. Pada kondisi berputar normal, tidak dibutuhkan sikat dan karenanya rugi daya yang diakibatkannya dapat dikurangi. 4. Tidak memerlukan starting tambahan dan tidak harus sinkron.

4

Universitas Sumatera Utara

Kerugian motor induksi tiga phasa: 1. Kecepatan tidak dapat berubah tanpa mengorbankan efisiensi. 2. Kecepatannya menurun seiring dengan pertambahan beban.

2.2

KONSTRUKSI MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (ac) yang paling luas digunakan, karena konstruksinya yang kuat dan karakteristik kerjanya yang baik. Secara umum motor induksi terdiri dari rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak, sedangkan stator bagian yang diam. Diantara stator dengan rotor ada celah udara yang jaraknya sangat kecil. Konstruksi Konstruksi motor induksi induksi dapat diperlihatkan pada pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 : Konstruksi motor induksi

Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam dan mengalirkan arus phasa. Stator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk silindris. Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas (Gambar 2.2.(b)). Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi (Gambar 2.2 (a)). Tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan phasa dimana untuk motor tiga phasa, o

belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120 . Kawat kumparan yang digunakan

5


terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris (Gambar 2.2.(c)). Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang telah disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga phasa.

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.2 : Komponen Stator motor induksi tiga phasa

(a) Lempengan Inti, (b) Tumpukan Inti dengan Kertas Isolasi pada Beberapa Alurnya, (c) Tumpukan Inti dan Kumparan Dalam Cangkang Stator Diantara stator dan rotor terdapat celah udara yang merupakan ruangan antara stator dan rotor. Pada celah udara ini lewat fluks induksi stator yang memotong kumparan rotor sehingga meyebabkan rotor berputar. Celah udara yang terdapat antara stator dan rotor diatur sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil kerja motor yang optimum. Bila celah udara antara stator dan rotor terlalu besar akan mengakibatkan efisiensi motor induksi rendah, sebaliknya bila jarak antara celah terlalu kecil/sempit akan menimbulkan kesukaran mekanis pada mesin. Untuk rotor akan dibahas pada bagian berikutnya, yaitu jenis motor induksi tiga phasa berdasarkan jenis rotornya.

6


2.3

JENIS MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Ada dua jenis motor induksi tiga phasa berdasarkan rotornya yaitu: 1. Motor induksi tiga phasa sangkar tupai ( squirrel-cage motor) 2. Motor induksi tiga phasa rotor belitan ( wound-rotor motor ) kedua motor ini bekerja pada prinsip yang sama dan mempunyai konstruksi stator yang sama tetapi berbeda dalam konstruksi rotor. 2.3.1 Motor Induksi Tiga Phasa Sangkar Tupai

Penampang motor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Inti stator pada motor sangkar tupai tiga phasa terbuat dari lapisan – lapisan pelat baja beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau pelat baja yang dipabrikasi. Lilitan – lilitan kumparan stator diletakkan dalam alur stator yang terpisah 120 derajat listrik. Lilitan phasa ini dapat tersambung dalam hubungan delta ( ∆ ) ataupun bintang ( Υ ). Rotor jenis rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.3 di bawah ini.

(a)

(b) Gambar 2.3 : Konstruksi rotor motor induksi rotor sangkar

(a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Bagian-bagian Rotor R otor Sangkar Batang rotor dan cincin ujung motor sangkar tupai yang lebih kecil adalah coran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Dalam motor yang lebih besar, batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan ke dalam alur rotor dan kemudian dilas dengan kuat ke cincin ujung. Batang rotor motor sangkar tupai tidak selalu

7


ditempatkan paralel terhadap poros motor tetapi kerapkali dimiringkan. Hal ini akan menghasilkan torsi yang lebih seragam dan juga mengurangi derau dengung magnetik sewaktu motor sedang berputar. Pada ujung cincin penutup dilekatkan sirip yang berfungsi sebagai pendingin. Rotor jenis rotor sangkar standar tidak terisolasi, karena batangan membawa arus yang besar pada tegangan rendah. Motor induksi dengan rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.4.

(a)

(b) Gambar 2.4 : Konstruksi motor induksi rotor sangkar

(a) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Kecil, (b) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Besar

2.3.2 Motor Induksi Tiga Phasa Rotor Rotor Belitan

Motor rotor belitan ( motor cincin slip ) berbeda dengan motor sangkar tupai dalam hal konstruksi rotornya. Seperti namanya, rotor dililit dengan lilitan terisolasi serupa dengan lilitan stator. Lilitan Phasa rotor dihubungkan secara

Υ

dan masing –

masing phasa ujung terbuka yang dihubungkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Secara skematik dapat dilihat pada gambar 2.5. Dari gambar ini dapat dilihat bahwa cincin slip dan sikat semata – mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkaian rotor.

8


Gambar 2.5 : Skematik motor induksi rotor belitan

Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal yang berfungi membatasi arus pengasutan dan yang bertanggung jawab terhadap pemanasan rotor. Selama pengasutan, penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan menghasilkan torsi pengasutan yang lebih besar dengan arus pengasutan yang lebih kecil dibanding dengan rotor sangkar. Konstruksi motor tiga phasa rotor belitan ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

(a) Rotor Belitan

9


(b) Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa dengan denga n Rotor Belitan Gambar 2.6 : Konstruksi motor induksi rotor belitan

(a) Rotor Belitan, (b) Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa P hasa dengan Rotor Belitan

2.4

PRINSIP KERJA MOTOR INDUKSI

Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga phasa, maka pada stator akan dihasilkan arus tiga phasa, arus ini menghasilkan medan magnetik yang berputar dengan kecepatan sinkron. Ketika medan melewati konduktor rotor, dalam konduktor ini diinduksikan ggl yang sama seperti ggl yang diinduksikan dalam belitan sekunder transformator oleh fluksi arus primer. Rangkaian rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui ujung cincin atau tahanan luar, ggl induksi menyebabkan arus mengalir dalam konduktor rotor. Jadi arus yang mengalir pada konduktor rotor dalam medan magnet yang dihasilkan stator akan menghasilkan gaya (F) yang bekerja pada rotor. Gambar 2.7 di bawah ini menggambarkan penampang stator dan rotor motor induksi, dengan medan magnet diumpamakan berputar searah jarum jam dan dengan statornya diam seperti pada saat start. Untuk arah fluksi dan gerak yang ditunjukkan gambar 2.7, penggunaan aturan tangan kanan fleming bahwa arah arus induksi dalam konduktor rotor menuju pembaca. Pada kondisi seperti itu, dengan konduktor yang mengalirkan arus berada dalam medan

10


magnet seperti yang ditunjukkan, gaya pada konduktor mengarah ke atas karena medan magnet di bawah konduktor lebih kuat dari pada medan di atasnya. Agar sederhana, hanya

Gambar 2.7 : Penampang rotor dan stator motor Induksi memperlihatkan

medan magnet dalam celah udara. satu konduktor rotor yang diperlihatkan. Tetapi, konduktor – konduktor rotor yang berdekatan lainnya dalam medan stator juga mengalirkan arus dalam arah seperti pada konduktor yang ditunjukkan, dan juga mempunyai suatu gaya ke arah atas yang dikerahkan pada mereka. Pada setengah siklus berikutnya, arah m edan stator akan dibalik, tetapi arus rotor juga akan dibalik, sehingga gaya pada rotor tetap ke atas. Demikian pula konduktor rotor di bawah kutup – kutup medan stator lain akan mempunyai gaya yang semuanya cenderung memutarkan rotor searah jarum jam. Jika kopel yang dihasilkan cukup besar untuk mengatasi kopel beban yang menahan, motor akan melakukan percepatan searah jarum jam atau dalam arah yang sama dengan perputaran medan magnet stator. Untuk memperjelas prinsip kerja motor induksi maka dapat dijabarkan langkahlangkah terjadinya prinsip kerja motor induksi adalah sebagai berikut :

11


1. Apabila belitan stator dihubungkan dengan sumber tegangan tiga phasa yang sinusoidal dan setimbang, maka akan dihasilkan arus yang juga sinusoidal pada tiap belitan phasa. 2. Arus pada tiap phasa menghasilkan fluksi yang juga sinusoidal. Dengan menganggap 0

belitan stator adalah reaktif murni dimana arus tertinggal 90 dari tegangan, maka fluksi yang dihasilkan adalah : ................................................................................. .............................. (2.1) Φ Φ = Φ Φ m sin ω ω t (Weber) ..................................................... 3. Akibat fluksi yang berputar timbul ggl induksi pada belitan stator motor yang besarnya adalah e1 =

− N 1

= − N1

e1

d Φ Φ

( Volt ) ...................................................... ................................................................................. ........................... (2.2a)

dt

d (Φ m sin ωt ) dt

= − N1 × ω × Φ m × cos ωt

Pada kondisi maksimum, e1maks = N1

ω Φm

, dimana

ω

= 2πf1 sehingga harga

efektifnya adalah : E1

=

e1maks

=

N 1 2πf 1 Φ m

2

2

E 1 = 4 , 44 f 1 N 1Φ Φ m

( Volt ) ........................................................ ........................................................................ ................ .(2.2b)

4. Penjumlahan ketiga fluksi bolak-balik tersebut disebut medan putar yang berputar dengan kecepatan sinkron ns, besarnya nilai ns ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi stator f yang dirumuskan dengan : n s

=

120 × f 1 p

( rpm ) ............................................................ .................................................................................. ...................... (2.3)

12


5. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada r otor. Akibatnya pada belitan rotor timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E sebesar E2 yang besarnya : E 2

= 4 , 44 f 2 N 2Φ Φ m

( Volt ) ................................................... ........................................................................... .........................(2.4)

dimana : E 2

= Tegangan induksi induksi pada rotor saat rotor dalam dalam keadaan diam (Volt)

N 2 = Jumlah belitan belitan rotor Фm

= Fluksi maksimum (Wb)

6. Karena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl tersebut akan menghasilkan arus I 2. 2. 7. Adanya arus I 2 di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F pada rotor 8. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya ga ya F cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah medan putar stator. 9. Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan sinkron. Perbedaan kecepatan medan stator (ns) dan kecepatan rotor (nr) disebut slip ( S ) dan dinyatakan dengan S

=

n s − n r n s

.................................................................................. ................................ ...... .(2.5) × 100% ........................................................

10. Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi pada belitan rotor akan bervariasi tergantung besarnya slip. Tegangan induksi ini dinyatakan dengan E 2s 2s yang besarnya E 2 s

= 4 , 44 Sf 1 N 2Φ Φ m

( Volt ) ...................................................... ..................................................................... ............... .(2.6)

dimana E 2s 2s = tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar (Volt) f 2

=

S f .f 1 = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam keadaan

berputar)

13 Universitas Sumatera Utara

11. Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada belitan rotor, karenanya tidak dihasilkan kopel. Kopel ditimbulkan jika nr < ns.

2.5

FREKUENSI ARUS ROTOR

Ketika rotor masih dalam keadaan diam, dimana frekuensi arus pada rotor sama seperti frekuensi masukan masukan ( sumber ). Tetapi ketika rotor sudah berputar, berputar, maka frekuensi rotor akan bergantung kepada kecepatan relatif atau bergantung terhadap besarnya slip. Untuk besar slip tertentu, maka frekuensi rotor sebesar f 2 yaitu : f 2

=

p(n s

− n r )

120

dengan mengalikan persamaan diatas dengan

f 2

=

f 2

=

− nr )

×

pns

×

ns

120

=

ns

− n r

ns

S × f 1

ns

didapat :

ns ns

120

dimana, S =

f 2

p( ns

ns

− n r

ns

dan f 1

=

pns

120

maka frekuensi di rotor adalah :

(Hertz)………………………….…..………………… ..(2.7)

Dari persamaan ini terlihat bahwa pada saat start dan rotor belum berputar, frekuensi pada stator dan rotor akan sama. Dalam keadaan rotor berputar, frekuensi arus motor dipengaruhi oleh slip ( f 2=Sf 1 ). Karena tegangan induksi induksi dan reaktansi kumparan kumparan rotor merupakan fungsi frekuensi, maka harganya turut pula dipengaruhi oleh slip.


E 2s 2s = 4,44 f 2 N 2 Φm = 4,44 S f 1 N 2 Φm

E 2s = S E 2

(Volt)…………………..…………………….....…. ( 2.8)

E2 : ggl pada saat rotor diam (nr = ns) E2s : ggl pada saat rotor berputar X 2s 2s = 2 π f 2 L2 = 2 π S f 1 L2

X 2s = S X 2

(ohm)…………………………...………………..… .(2.9)

X2 : reaktansi pada pada saat rotor rotor diam (nr = ns) X2s : reaktansi pada saat rotor berputar

2.6

RANGKAIAN EKIVALEN MOTOR INDUKSI

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

V1 = E 1 + I 1 ( R1

+

jX 1 )

(Volt) …………………………………...…. (2.10)

Di mana: V 1 = tegangan terminal stator (Volt) celah udara resultan (Volt) E 1 = ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah I 1 = arus arus stator stator (Ampere) R1

= resistansi resistansi efektif stator (Ohm)

X 1 = reaktansi bocor stator (Ohm)


Seperti halnya transformator, arus stator dapat dipecah menjadi dua komponen, komponen beban dan komponen peneralan. Komponen beban I 2 menghasilkan suatu fluks yang akan melawan fluks yang diakibatkan arus rotor. Komponen peneralan I Φ , merupakan arus stator tambahan yang diperlukan untuk menghasilkan fluks celah udara resultan. Arus peneralan dapat dipecah menjadi komponen rugi – rugi inti I c yang sephasa dengan E 1 dan komponen magnetisasi I m yang tertinggal dari E 1 sebesar 90° . Sehingga dapat dibuat dibuat rangkaian ekivalen pada stator, seperti gambar 2.8 berikut ini : R1

I 2

X 1

I Φ

I 1 V 1

Rc

I c

X m

I m

E 1

Gambar 2.8 : Rangkaian ekivalen Stator

Misalkan pada rotor belitan, jika belitan yang dililit sama banyaknya dengan jumlah kutub dan phasa stator. Jumlah lilitan efektif tiap phasa pada lilitan stator banyaknya a kali jumlah lilitan rotor. Bandingkan efek magnetis rotor ini dengan yang terdapat pada rotor ekivalen magnetik yang mempunyai jumlah lilitan yang sama seperti stator. Untuk kecepatan dan fluks yang sama, hubungan antara tegangan E rotor rotor yang diimbaskan pada rotor yang sebenarnya dan tegangan E 2s 2s yang diimbaskan pada rotor ekivalen adalah

E 2s = a E rotor

(Volt)………………………………………..…..……. .(2.11)

Bila rotor – rotor akan diganti secara magnetis, lilitan-ampere masing-masing harus sama, dan hubungan antara arus rotor sebenarnya I rotor rotor dan arus I 2s 2s pada rotor ekivalen haruslah :


I 2s =

I rotor

(Volt)…………………………………………..……… .(2.12)

a

Akibatnya hubungan antara impedansi bocor frekuensi slip Z 2 S dari rotor ekivalen dan impedansi bocor frekuensi slip Z rotor dari rotor yang sebenarnya haruslah sebagai berikut. Z 2 s =

E 2 s I 2 s

=

a 2 E rotor I rotor

2

= a

Z rotor

( Ohm )…………………………….…. (2.13)

Karena rotor terhubung singkat, hubungan antara ggl frekuensi slip E 2s 2s yang dibangkitkan pada phasa patokan dari rotor patokan dan arus I 2s 2s pada phasa tersebut adalah E 2 s I 2 s

= Z 2 s = R 2

+ jSX 2

(Ohm)…………………………...……. (2.14)

Dimana Z 2 S = impedansi bocor rotor frekuensi frekuensi slip tiap phasa berpatokan pada stator (Ohm) R2 = tahanan rotor (Ohm)

SX2 = reaktansi bocor patokan pada frekuensi frekuensi slip (Ohm) Reaktansi yang didapat pada persamaan (2.14) dinyatakan dalam cara demikian karena sebanding dengan frekuensi rotor dan slip. Jadi X 2 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 E 2s 2s dan ggl lawan stator E 1. Bila bukan karena efek kecepatan, tegangan rotor akan sama dengan tegangan stator, karena lilitan rotor identik dengan lilit an stator. Karena kecepatan relatif gelombang fluks terhadap rotor adalah S kali kecepatan terhadap stator, hubungan antara ggl efektif pada stator dan rotor adalah


E 2s = S E1

(Volt)…………………………………………………...…….. (2.15)

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

(Ampere) ................................................................ .................................................................................... .................... (2.16)

Dengan membagi persamaan (2.15) dengan persamaan (2.16) didapatkan E 2 s

=

I 2 s

SE 1 I 2

Didapat hubungan E 2 s

=

I 2 s

SE 1 I 2

= R 2 + jSX 2 (Ohm)……………………………………….... (2.17)

Dengan membagi persamaan (2.22) dengan S, maka didapat : E 1 I 2

=

R 2 S

(Ohm)…………………………………..……. .(2.18)

+ jX 2

Dari persamaan (2.14), (2.15) dan (2.18) maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen pada rotor sebagai berikut.

R2

R2

X 2

I 2

SX 2

E 2 s

I 2 E 1

R2 S

X 2 I 2

E 1

R2 (

1 S

−1)

Gambar 2.9 : Rangkaian ekivalen Rotor

dimana : R2 S

=

R2 S

+ R2 − R2


R 2 S

= R 2 + R 2 (

1 S

− 1 )

(Ohm)…………….………………………..…. (2.19)

Dari penjelasan mengenai rangkaian ekivalen pada stator dan rotor di atas, maka dapat dibuat rangkaian ekivalen motor induksi tiga phasa pada masing – masing phasanya. Perhatikan gambar di bawah ini :

R1

I 2

X 1

SX 2

I Φ

I 1 V 1

Rc

I 2

I c X m I m

E 1

R2

SE 2

Gambar 2.10 : Rangkaian ekivalen Motor Induksi

Untuk mempermudah perhitungan maka rangkaian ekivalen pada gambar 2.10 diatas dapat dilihat dari sisi stator, rangkaian ekivalen motor induksi tiga phasa akan dapat digambarkan sebagai berikut.

'

R1

I 2

X 1

X 2

'

I 0

I 1

R 2 V 1

Rc

X m I m

E 1

'

s

I c

Gambar 2.11 : Rangkaian ekivalen Motor Induksi dilihat dari sisi Stator


Atau seperti gambar berikut. R1

X 1

I

'

X 2

2

'

R

'

2

I 0

I 1

R 2 V 1

X m

E 1

Rc I m

'

(

1 s

− 1)

I c

Gambar 2.12 : Bentuk lain rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator

Dimana: X ' 2 = a 2 X 2 R ' 2 = a 2 R2

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 peneralan 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). Rangkaian ekivalen menjadi gambar berikut. R1

X 1

I

'

X 2

2

'

R

2

I 0

I 1

'

R2 ( V 1

'

X m

E 1

1 s

− 1)

Gambar 2.13 : Rangkaian ekivalen motor induksi dengan mengabaikan tahanan Rc


2.7

ALIRAN DAYA PADA MOTOR INDUKSI

Pada motor induksi, tidak ada sumber listrik yang langsung terhubung ke rotor, sehingga daya yang melewati celah udara sama dengan daya yang diinputkan ke rotor. Daya total yang dimasukkan pada kumparan stator ( Pin) dirumuskan dengan

Pin

= 3V 1 I 1 cos ϕ ϕ

( Watt ) ............................................................. ........................................................................ ........... (2.20)

Dimana : V 1 = tegangan sumber sumber (Volt) I 1 = arus masukan masukan (Ampere)

perbedaan sudut phasa antara arus masukan dengan tegangan sumber. ϕ = perbedaan

Sebelum daya ditransfer melalui celah udara, motor induksi mengalami rugi-rugi PSCL) dan rugi-rugi inti stator ( PC). Daya yang ditransfer berupa rugi-rugi tembaga stator ( P melalui celah udara ( P PAG) sama dengan penjumlahan rugi-rugi tembaga rotor ( PRCL) dan daya yang dikonversi ( Pconv). Daya yang melalui celah udara ini sering juga disebut sebagai daya input rotor.

PAG

= PRCL +

Pconv

R 2

( )

3( I 2 )

2

s

= 3 I 2

2

(Watt) ................................................................. ........................................................................ ....... (2.21)

R2 + 3( I 2 ) R 2 2

( 1 − s ) s

(Watt) ................................. .................................(2.22)


Diagram aliran daya motor induksi dapat dilihat pada Gambar 2.14 di bawah ini. PAG

Pconv

Pout = τ l oadϖ r Pin =

3 .V L I L cos θ

PSLL PF&W PRCL PC PSCL

Gambar 2.14 : Aliran Daya Motor Induksi

Dimana : - PSCL = rugi – rugi tembaga pada kumparan stator (Watt) - PC = rugi – rugi inti pada stator (Watt) - P AG = daya yang ditranfer melalui celah udara (Watt) - P RCL = rugi – rugi tembaga pada kumparan rotor (Watt) - PF +W = rugi – rugi gesek + angin (Watt) - PSLL = stray losses (Watt) - PCONV = daya mekanis keluaran (output) (Watt)

Hubungan antara rugi-rugi tembaga rotor dan daya mekanis dengan daya masukan rotor dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

P RCL

P conv

( ) R

= 3 I 2

2

2

( )

= 3 I 2

2

=

sPAG ( Watt ) ............................................................. ................................................................ ... (2.23)

( 1 − s ) R 2 s

=

( 1 − s )sPAG ( Watt ) ........................................ ........................................ (2.24)


Dari gambar 2.14 dapat dilihat bahwa motor induksi juga mengalami rugi-rugi gesek + angin ( PF&W), sehingga daya mekanis keluaran sama dengan daya yang dikonversi ( Pconv) dikurangi rugi-rugi gesek + angin.

Pout = Pconv – PF&W Secara umum, perbandingan komponen daya pada motor induksi dapat dijabarkan dalam bentuk slip yaitu : PAG : PRCL : Pconv = 1 : s ...................................................................... ............. (2.25) : s : 1 – s – s .........................................................

2.8

EFISIENSI

Efisiensi motor induksi adalah ukuran keefektifan motor induksi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanis yang dinyatakan sebagai perbandingan antara masukan dan keluaran atau dalam bentuk energi listrik berupa perbandingan watt keluaran dan watt masukan. Defenisi NEMA terhadap efisiensi energi adalah bahwa efisiensi merupakan perbandingan atau rasio dari daya keluaran yang berguna terhadap daya input total dan biasanya dinyatakan dalam persen. Juga sering dinyatakan dengan perbandingan antara keluaran dengan keluaran ditambah rugi-rugi, yang dirumuskan dalam persamaan (2.26) : η η =

P out Pin

=

Pin − Ploss Pin

=

P out P out

+ P Loss

.............................................(2.26) × 100% .............................................

Dari persamaan terlihat bahwa efisiensi motor bergantung pada besar rugi-ruginya. Rugi-rugi pada persamaan tersebut adalah penjumlahan keseluruhan komponen rugi-rugi yang dibahas pada sub bab sebelumnya. Pada motor induksi pengukuran efisiensi motor induksi ini sering dilakukan dengan beberapa cara seperti:


- Mengukur langsung daya elektris masukan dan daya mekanis keluaran keluaran - Mengukur langsung seluruh rugi-rugi dan daya m asukan - Mengukur setiap komponen rugi-rugi dan daya masukan, dimana pengukuran daya masukan tetap dibutuhkan pada ketiga cara di atas. Umumnya, daya elektris dapat diukur dengan sangat tepat, keberadaan daya mekanis yang lebih sulit untuk diukur. Saat ini sudah dimungkinkan untuk mengukur torsi dan kecepatan dengan cukup akurat yang bertujuan untuk mengetahui harga efisiensi yang tepat. Pengukuran pada keseluruhan rugi-rugi ada yang berdasarkan teknik kalorimetri. Walaupun pengukuran dengan metode ini relatif sulit dilakukan, keakuratan yang dihasilkan dapat dibandingkan dengan hasil yang didapat dengan pengukuran langsung pada daya keluarannya. Kebanyakan pabrikan lebih memilih melakukan pengukuran komponen rugi-rugi secara individual, karena dalam teorinya metode ini tidak memerlukan pembebanan pada motor, dan ini adalah suatu keuntungan bagi pabrikan. Keuntungan lainnya yang sering disebut-sebut adalah bahwa memang benar error pada komponen rugi-rugi secara individual tidak begitu mempengaruhi keseluruhan efisiensi. Keuntungannya terutama adalah fakta bahwa ada kemungkinan koreksi untuk temperatur lingkungan yang berbeda. Biasanya data efisiensi yang disediakan oleh pembuat diukur atau dihitung berdasarkan standar tertentu.

2.9

DISAIN KELAS MOTOR INDUKSI

Untuk membantu industri dalam memilih motor dengan tepat untuk bermacammacam aplikasi, aplikasi,

NEMA dan dan IEC merancang kurva kurva torsi-kecepatan torsi-kecepatan yang berbeda.

Rancangan standar ini dikenal dengan Desain Kelas (Design Classes). Adapun kelas-kelas tersebut adalah sebagai berikut :


1. Kelas A : Torsi start normal, arus start normal dan slip kecil Torsi maksimum biasanya sekitar 200 sampai 300 % dari torsi beban penuh dan terjadi pada slip yang kecil. Penggunaan motor ini antara lain : blower, pompa, mesin bubut dan peralatan mesin lain. 2. Kelas B : Torsi start normal, arus start kecil dan slip rendah Torsi start kelas ini hampir sama dengan kelas A. Torsi maksimum lebih besar atau sama dengan 200 % dari torsi beban penuh, tetapi kurang dari kelas A karena meningkatnya reaktansi rotor. Penggunaan motor ini sama dengan kelas A, tetapi kelas B lebih disukai karena arus start yang lebih rendah. 3. Kelas C : Torsi start start tinggi, arus start rendah dan dan slip kecil. Torsi maksimum lebih rendah dari motor kelas A, sementara torsi start mencapai 250 % dari torsi beban penuh. Motor ini dirancang dengan double-cage rotors, sehingga lebih mahal dari motor-motor kelas sebelumnya. Penggunaan motor ini antara lain compressors dan conveyors. 4. Kelas D : Tosi start tinggi, arus start rendah dan slip tinggi. Pada dasarnya motor motor kelas ini sama dengan motor kelas A, tetapi batang rotor dibuat lebih kecil dengan material yang beresistansi tinggi.

Sebagai

tambahan

pada

keempat

kelas

tersebut

diatas,

NEMA

juga

memperkenalkan disain kelas E dan F, yang sering disebut motor induksi soft-start , namun disain kelas ini sekarang sudah ditinggalkan.


mesin induksi tiga fasa

Recommend Documents