Motor AC Satu Phase dan Tiga Phase
Puji Iswandi 4211301025
POLITEKNIK NEGERI BATAM BATAM 2014
1. Landasan Teori Pada era industri modern saat ini, kebutuhan terhadap alat produksi yang tepat guna sangat diperlukan untuk dapat meningkatkan effesiensi waktu dan biaya. Sebagian besar alat industri menggunakan tenaga listrik sebagai energi penggerak utamanya, dan di berbagai perindustrian banyak menggunakan mesin-mesin dengan penggerak uatamanya adalah Motor AC Phasa Satu. Yang mana pada umumnya digunakan pada mesin produksi seperti mesin bubut, mesin bor, dan sebagainya. Faktor yang menyebabkan hal tersebut karena motor induksi memiliki beberapa kelebihan antara lain: harga lebih murah, mudah dalam perawatan, konstruksi sederhana, tetapi motor induksi juga memiliki kekurangan antara lain: motor induksi memiliki nilai slip (perbedaan kecepatan putar medan stator terhadap kecepatan medan rotor) yang sangat besar, dan motor induksi sulit dalam pengen-dalian kecepatan putarnya. Berbagai jenis motor fase tunggal dibedakan oleh cara-cara yang mereka mulai. Dibawah ini dalah jenis-jenis dari motor satu phasa sesuai dengan cara mereka mulai : 1. Motor Split Phase (Motor Fase Sebelah) Motor fase belah terdiri atas dua kumparan stator yaitu kumparan utama dan kumparan bantu. Antara kumparan utama dan kumparan bantu berbeda arus 90 derajat listrik Dibawah ini adalah gambar dari motor fase sebelah :
Gambar 1. Motor Fase Sebelah
Motor split-tahap ini juga dikenal sebagai induksi start / jalankan motor induksi. Ia memiliki dua gulungan: memulai dan berliku utama. Awal berliku dibuat dengan lebih kecil kabel mengukur dan ternyata lebih sedikit, relatif terhadap utama berliku untuk menciptakan lebih banyak perlawanan, sehingga menempatkan memulai berkelok-kelok's lapangan pada sudut yang berbeda dibandingkan dengan utama belitan yang menyebabkan motor mulai berputar. Itu utama berkelok-kelok, yang merupakan kawat berat, menjaga motor menjalankan sisa waktu. Dibawah ini adalah gambar dari rangkaian motor fase sebelah :
Gambar 2. Rangkaian Motor Fase Sebelah Torsi mulai rendah, biasanya 100% menjadi 175% dari rate torsi. Motor menarik tinggi mulai saat ini, sekitar 700% menjadi 1.000% dari nilai arus. Itu torsi maksimum yang dihasilkan berkisar dari 250% sampai 350% dari torsi rate (lihat Gambar 9 untuk torsikecepatan kurva). Baik untuk aplikasi motor split-fase termasuk kecil penggiling, kipas kecil dan blower dan rendah lainnya mulai torsi aplikasi dengan kebutuhan daya dari 1 / 201 / 3 hp. Hindari menggunakan jenis motor di setiap aplikasi membutuhkan tinggi pada / siklus harga off atau torsi tinggi. 2. Motor Capasitor (Motor Kapasitor) Ini adalah motor split-fasa diubah dengan kapasitor diseri dengan
mulai
berkelok-kelok
untuk
memberikan
memulai
"mendorong." Seperti motor fase-split, motor kapasitor mulai juga memiliki saklar sentrifugal yang memutus hubungan mulai berliku dan
kapasitor ketika motor mencapai sekitar 75% dari nilai kecepatan. Karena kapasitor berada dalam seri dengan sirkuit mulai, itu menciptakan torsi lebih awal, biasanya 200% sampai 400% dari rate torsi. Dan, saat ini mulai biasanya 450% menjadi 575% dari, saat ini dinilai jauh lebih rendah daripada fase-split karena kabel yang lebih besar pada sirkuit mulai. Lihat Gambar 7 untuk kurva torsi-kecepatan. Sebuah versi modifikasi motor mulai kapasitor adalah resistensi mulai motor. Dalam tipe motor, mulai kapasitor digantikan oleh resistor. Perlawanan mulai motor digunakan dalam aplikasi mana torsi mulai kebutuhan kurang dari yang diberikan oleh kapasitor mulai motor. Selain biaya, motor ini tidak menawarkan keuntungan yang besar atas motor mulai kapasitor.
Gambar 3. Rangkaian Motor Kapsitor Biasa Mereka digunakan dalam berbagai aplikasi belt-drive seperti konveyor kecil, blower besar dan pompa, serta sebagai banyak drive atau diarahkan langsung-aplikasi. 3. Motor Kapasitor Permanen Sebuah kapasitor split permanen (PSC) motor jenis menjalankan permanen kapasitor dihubungkan secara seri dengan mulai berliku-liku. Hal ini membuat seorang pembantu mulai berliku berliku setelah motor mencapai kecepatan berjalan. Karena kapasitor dijalankan harus dirancang untuk terus menerus digunakan, tidak dapat memberikan dorongan mulai dari awal kapasitor. Torsi mulai khas dari PSC motor
rendah, dari 30% sampai 150% dari torsi rate. motor PSC telah rendah mulai saat ini, biasanya kurang dari 200% dari nilai arus, membuat mereka sangat baik untuk aplikasi dengan tempat tinggi / off siklus harga. Lihat Gambar 7 untuk kurva torsi-kecepatan. Motor PSC memiliki beberapa keunggulan. Motor desain dengan mudah dapat diubah untuk digunakan dengan pengendali kecepatan. Mereka juga dapat didesain untuk efisiensi optimum dan High-Power Factor (PF) pada beban nilai. Mereka dianggap paling dapat diandalkan fase-tunggal motor, terutama karena tidak beralih mulai sentrifugal adalah diperlukan. Dibawah ini adalah gambar rangkaian motor kapasitor permanaen/tetap, yaitu :
Gambar 4. Rangkaian Motor Permanen / Tetap Tetap split-kapasitor motor memiliki berbagai aplikasi tergantung pada desain. Ini termasuk fans, blower dengan kebutuhan rendah dan torsi mulai terputus-putus bersepeda menggunakan, seperti penyesuaian mekanisme, gerbang operator dan pembuka pintu garasi. 4. Motor Capasitor Star/Run Motor ini memiliki kapasitor mulai ketik seri dengan bantu berliku seperti motor mulai kapasitor untuk tinggi mulai torsi. Seperti motor PSC itu, juga memiliki tipe menjalankan kapasitor yang ada di seri dengan tambahan berliku setelah kapasitor mulai diaktifkan keluar dari sirkuit. Ini memungkinkan torsi overload tinggi.
Gambar 5. Rangkaian Motor Kapasitor Star dan Run Jenis motor dapat dirancang untuk menurunkan beban penuh arus dan efisiensi yang lebih tinggi (lihat Gambar 9 untuk torquespeed kurva). motor ini mahal karena untuk memulai dan menjalankan kapasitor, dan saklar sentrifugal. Hal ini dapat menangani aplikasi terlalu menuntut untuk lain jenis motor fase tunggal. Ini termasuk woodworking mesin, kompresor udara, tekanan tinggi pompa air, pompa vakum dan torsi tinggi lainnya aplikasi yang memerlukan 1-10 hp. 5. Shaded Pole Motor (Motor Bayangan Kutub) Bayang-kutub motor hanya memiliki satu berliku utama dan tidak mulai berliku. Memulai adalah dengan cara desain yang cincin loop tembaga kontinu di sebagian kecil dari masing-masing kutub motor. Ini "warna" yang sebagian kutub, menyebabkan medan magnet di daerah diarsir ketinggalan di belakang lapangan di daerah unshaded. Itu reaksi dari dua bidang mendapatkan poros berputar. Karena motor berbayang-tiang tidak memiliki awal yang berkelok-kelok, mulai beralih atau kapasitor, itu adalah elektrik sederhana dan murah. Juga, kecepatan dapat dikendalikan hanya dengan memvariasikan
tegangan,
atau
melalui
multi-tap
berliku.
Mekanis,
pembangunan berbayang-kutub motor memungkinkan tinggi volume produksi. Bahkan, ini biasanya dianggap sebagai "sekali pakai" motor, yang berarti
mereka jauh lebih murah untuk menggantikan daripada perbaikan. Di bawah ini adalah gambar rangkaian dari shaded pole motor, yaitu :
Gambar 6. Rangkaian Shaded Pole Motor Motor berbayang-kutub memiliki banyak fitur yang positif tetapi juga memiliki beberapa kelemahan. Ini rendah mulai torsi biasanya 25% sampai 75% dari nilai torsi. Hal ini motor slip tinggi dengan kecepatan berjalan 7% sampai 10% di bawah kecepatan sinkron. Secara umum, efisiensi motor jenis ini sangat rendah (di bawah 20%). Setelan biaya rendah awal motor berbayang-tiang untuk rendah daya kuda atau aplikasi tugas ringan. Mungkin terbesar mereka digunakan adalah multi-kecepatan kipas untuk penggunaan rumah tangga. Tapi torsi rendah, efisiensi rendah dan kurang kokoh mekanik fitur membuat motor berbayang-kutub tidak praktis untuk sebagian besar industri atau komersial penggunaan, di mana tingkat yang lebih tinggi atau siklus tugas kontinu norma. 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. Beberapa penelitian pengaturan kecepatan motor induksi yang telah dilakukan antara lain oleh Brian heber, Longya Xu dan Yifan tang (1997) menggunakan kontroller logika fuzzy untuk memperbaiki performansi kontroller PID pada pengaturan kecepatan motor induksi. Demikian juga penelitian yang dilakukan oleh Mohammed dkk(2000) mengembangkan kontroller fuzzy yang digunakan untuk menala parameter PI. Kontroller fuzzy juga dikembangkan pada penelitian yang dilakukan Chekkouri MR dkk (2002) dan Lakhdar M & Katia K (2004) dengan melengkapi mekanisme adaptasi pada kontroller fuzzy pada pengaturan motor induksi. Pada penelitian ini dirancang suatu pengaturan kecepatan motor induksi 3 fasa dengan menggunakan pengontrol adaptif fuzzy.
Dengan adanya pengaturan
kecepatan ini diharapkan kecepatan motor induksi dapat konstan sesuai diinginkan,
walaupun
mendapat
perubahan
beban,
sehingga
yang
menghasilkan
performansi motor induksi yang tinggi .
2. Prinsip Kerja Motor AC satu fasa berbeda cara kerjanya dengan motor AC tiga fasa, dimana pada motor AC tiga fasa untuk belitan statornya terdapat tiga belitan yang menghasilkan medan putar dan pada rotor sangkar terjadi induksi dan interaksitorsi
yang menghasilkan putaran. Sedangkan pada motor satu fasa memiliki dua belitan stator, yaitu belitan fasa utama (belitan U1-U2) dan belitan fasa bantu (belitan Z1-Z2), lihat gambar1.
Gambar 7. Prinsip Medan Magnet Utama dan Medan magnet Bantu Motor Satu fasa
Belitan utama menggunakan penampang kawat tembaga lebih besar sehingga memiliki impedansi lebih kecil. Sedangkan belitan bantu dibuat dari tembaga berpenampang kecil dan jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya lebih besar dibanding impedansi belitan utama. Grafik arus belitan bantu ( I bantu ) dan arus belitan utama ( I utama ) berbeda fasa sebesar φ, hal ini disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua belitan tersebut. Perbedaan arus beda fasa ini menyebabkan arus total, merupakan penjumlahan vektor arus utama dan arus bantu. Medan magnet utama yang dihasilkan belitan utama juga berbeda fasa sebesar φ dengan medan magnet bantu.
Gambar 8. grafik Gelombang arus medan bantu dan arus medan utama
Gambar 9. Medan magnet pada Stator Motor satu fasa
Belitan bantu Z1-Z2 pertama dialiri arus Ibantu menghasilkan fluks magnet Φtegak lurus, beberapa saat kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utamaIutama. yang bernilai positip. Hasilnya adalah medan magnet yang bergesersebesar 45° dengan arah berlawanan jarum jam. Kejadian ini berlangsung terussampai satu siklus sinusoida, sehingga menghasilkan medan magnet yang berputarpada belitan statornya. Rotor motor satu fasa sama dengan rotor motor tiga fasa yaitu berbentukbatangbatang kawat yang ujung-ujungnya dihubung singkatkan dan menyerupaibentuk sangkar tupai, maka sering disebut rotor sangkar.
Gambar 10. Rotor sangkar
Belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator, menghasilkan teganganinduksi, interaksi antara medan putar stator dan medan magnet rotor akanmenghasilkan torsi putar pada rotor. 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. Sebelum kita membahas bagaimana rotating magnetic field (medan putar) menyebabkan sebuah motor berputar, marilah kita tinjau bagaimana medan putar ini dihasilkan. Gambar berikut menunjukkan sebuah stator tiga fasa dengan suplai arus bolak balik tiga fasa pula. Belitan stator terhubung wye (Y). Dua belitan pada masing-
masing fasa dililitkan dalam arah yang sama. Sepanjang waktu, medan magnet yang dihasilkan oleh setiap fasa akan tergantung kepada arus yang mengalir melalui fasa tersebut. Jika arus listrik yang melalui fasa tersebut adalah nol (zero), maka medan magnet yang dihasilkan akan nol pula. Jika arus mengalir dengan harga maksimum, maka medan magnet berada pada harga maksimum pula. Karena arus yang mengalir pada system tiga fasa mempunyai perbedaan 120o, maka medan magnet yang dihasilkan juga akan mempunyai perbedaan sudut sebesar 120o pula. Ketiga medan magnet yang dihasilkan akan membentuk satu medan, yang akan beraksi terhadap rotor. Untuk motor induksi, sebuah medan magnet diinduksikan kepada rotor sesuai dengan polaritas medan magnet pada stator. Karenanya, begitu medan magnet stator berputar, maka rotor juga berputar agar bersesuaian dengan medan magnet stator.
Gambar 11. Motor 3 fasa Pada sepanjang waktu, medan magnet dari masing-masing fasa bergabung untuk menghasilkan medan magnet yang posisinya bergeser hingga beberapa derajat. Pada akhir satu siklus arus bolak balik, medan magnet tersebut telah bergeser hingga 360o, atau satu putaran. Dan karena rotor juga mempunyai medan magnet berlawanan arah yang diinduksikan kepadanya, rotor juga akan berputar hingga satu putaran. Penjelasan mengenai ini dapat dilihat pada gambar selanjutnya. Putaran medan magnet
dijelaskan pada gambar di bawah dengan “menghentikan” medan tersebut pada enam posisi. Tiga posisi ditandai dengan interval 60o pada gelombang sinus yang mewakili arus yang mengalir pada tiga fasa A,B, dan C. Jika arus mengalir dalam suatu fasa adalah positif, medan magnet akan menimbulkan kutub utara pada kutub stator yang ditandai dengan A’, B’, dan C’. 3. Rangkaian Ekuivalen Motor Ac Motor induksi satu fasa terdiri kumparan stator dan kumparan rotor. Kumparan stator dan rotor masing-masing terdiri dari parameter resistansi “R’, reaktansi “jX”dan lilitan penguat “N”. rangkaian ekivalen dari motor induski satu fasa dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 12. Rangkaian ekivalen motor induksi sederhana.
Gambar 13. Rangkaian pengganti motor induksi satu phase.
Nilai arus suber bolak-balik satu fasa dapat dirumuskan sebagai berikut : I1 = IØ + I2’ Besarnya arus pemaknitan IØ yang timbul akibat adanya induksi yang terjadi antara medan stator dan rotor adalah : IØ = Ir + Im Ggl yang dihasilkan akibat interaksi induksi medan magnet antara stator dan rotor yang masing-masing sebesar E1 dan E2 adalah :
E1 = I2 (Rs +jXs) Rr E1 = I2
+ jXr
Impedansi pada kumparan motor stator dan rotor masing-masing adalah : jXs = jws Ls jXr = jwr Lr Telah disebutkan sebelumnya bahwa motor induksi identik dengan sebuah transformator, tentu saja dengan demikian rangkaian ekivalen motor induksi sama dengan rangkaian ekivalen transformator. Perbedaan yang ada hanyalah, karena pada kenyataannya bahwa kumparan rotor (kumparan sekunder pada transformator) dari motor induksi berputar, yang mana berfungsi untuk menghasilkan daya mekanik. Awal dari rangkaian ekivalen motor induksi dihasilkan dengan cara yang sama sebagaimana halnya pada transformator. Semua parameter-parameter rangkaian ekivalen yang akan dijelaskan berikut mempunyai nilai-nilai perfasa. Rangkaian Ekivalen Stator Gelombang fluks pada celah udara yang berputar dengan kecepatan sinkron membangkitkan ggl lawan tiga fasa yang seimbang Besarnya tegangan terminal stator
di dalam fasa-fasa stator.
berbeda dengan ggl lawan
tegangan pada impedansi bocor stator
sebesar jatuh
, sehingga dapat dinyatakan
dengan persamaan :
……………………………………………(2.12) dimana, = tegangan terminal stator (Volt) = ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah udara resultan (Volt)
= arus stator (Ampere) = tahanan efektif stator (Ohm) = reaktansi bocor stator (Ohm)
Sebagaimana halnya pada transformator, arus stator Komponen pertama
terdiri dari dua komponen.
adalah komponen beban yang akan menghasilkan fluks yang
akan melawan fluks yang dihasilkan oleh arus rotor. Komponen lainnya yaitu ini terbagi lagi menjadi dua komponen yaitu komponen rugi-rugi inti dengan
dan komponen magnetisasi
, arus
yang sefasa
yang menghasilkan fluks magnetik pada inti
dan celah udara yang tertinggal dari . Sehingga dapat dibuat rangkaian ekivalen pada stator, seperti gambar 2.11 berikut ini. R1
jX1
+
I0
I1 V1
Ic
Rc X m I m
-
+
I
'' 2
E1 -
Gambar 14. Rangkaian Ekivalen Stator per-Fasa Motor Induksi Rangkaian Ekivalen Rotor Pada saat rotor dalam kondisi diam yaitu kondisi sesaat rotor sebelum bergerak atau pada saat rotor terkunci (locked-rotor), slip s = 1 dimana kecepatan rotor nr = 0, karena seluruh belitan rotor dihubung-singkat, maka akan mengalir arus induksi
akibat ggl
pada rotor. Sehingga dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut : ………………………………………………………… (2.13)
dan rangkaian ekivalen rotor perfasa dalam keadaan diam (s = 1) digambarkan seperti gambar 2.12. di bawah ini.
R2 I2
E2
jX 2
Gambar 15. Rangkaian Ekivalen per-Fasa Rotor Motor Induksi Keadaan Diam dimana, = arus rotor dalam keadaan diam (Ampere) = ggl induksi rotor dalam keadaan diam (Volt) = resistansi rotor (Ohm) = reaktansi rotor dalam keadaan diam (Ohm)
Ketika rotor berputar, maka ggl rotor perfasa
dan reaktansi rotor perfasa
masing-masingnya dipengaruhi oleh frekuensi (untuk
dapat melihat persamaan
(2.7), sementara reaktansi rotor dapat dijelaskan dari persamaan di bawah ini dimana nilainya tergantung dari induktansi dan frekuensi rotor.
= ωrL2 = 2πf2L2 …………………………………………………. (2.14) dengan
f2 = sf, = 2πsfL2
maka = s(2πfL2)
= sX2 …………………………………………………………(2.15) Dengan demikian rotor perfasa
dan X2 nilainya bergantung terhadap slip s, sementara resistansi
tidak dipengaruhi oleh frekuensi sehingga tidak tergantung terhadap
nilai slip s. Sehingga dari persamaan (2.13) di atas dapat dibuat persamaannya menjadi :
……………………………………………………… (2.16) Dengan membagi pembilang dan penyebut pada persamaan (2.16) di atas dengan s, maka
………………………………………………………… (2.17) Perhatikan bahwa magnitud dan fasa dari
pada persamaan (2.16) dan
(2.17) adalah sama. Namun demikian, terdapat sebuah perbedaan signifikan diantara dua persamaan ini. Pada persamaan (2.16) ggl dibagi dengan (2.17),
berada pada frekuensislip, ketika
memberikan arus frekuensi-slip. Tetapi pada persamaan
berada pada frekuensi-saluran ketika dibagi dengan
+
memberikan arus frekuensi-saluran.
Nilai dari
sekarang lebih besar dari R2 dikarenakan s memiliki nilai dalam bentuk
pecahan. Untuk itu,
dapat dipecah menjadi sebuah bagian yang bernilai konstan R2
dan sebuah bagian yang variabel (
), yaitu
……………………………………………… (2.18) Bagian pertama R2 merupakan tahanan rotor/fasa dan mewakilkan rugi tembaga (Cu loss). Bagian kedua
1
−1
merupakan sebuah beban tahanans
variabel. Daya yang dikirim ke beban ini mewakilkan daya mekanik keseluruhan yang dibangun di rotor. Untuk itu beban mekanik pada motor dapat digantikan
dengan sebuah beban tahanan-variabel dengan nilai R2
1
−1
. Ini diketahui
s sebagai tahanan beban RL.
Dengan demikian persamaan (2.17) dapat dirubah menjadi : …………………………………………………… (2.19) Dari persamaan (2.16), (2.17) dan (2.19) di atas, maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen rotor seperti gambar 2.13. di bawah ini.
+
+ I
'
' 2
I2
sE 2
-
R2 s
E2
jsX 2
-
(i)
(ii)
R2
2 R2
jX 2
+ '
I2 1 R2 ( −1) s
E2 -
(iii)
Gambar 15. Rangkaian Ekivalen Rotor per-Fasa Keadaan Berputar pada Slip = s dimana (i) menyatakan persamaan 2.16, (ii) menyatakan persamaan 2.17, (iii) menyatakan persamaan 2.19
jX
Rangkaian Ekivalen Lengkap Dari penjelasan mengenai rangkaian ekivalen pada stator dan rotor di atas, maka dapat dibuat rangkaian ekivalen perfasa motor induksi dengan model transformator, dengan rasio perbandingan ‘a’ antara stator dan rotor. Perhatikan gambar 2.14. R1
jX1
+
I0
I1 V1
jX
a = N1/N2
Ic
Rc
jXm I m
'
2 '
I '2
I2
E1
E2
R2 s
Gambar 16. Rangkaian Ekivalen Per-Fasa Motor Induksi Model Transformator Untuk menghasilkan rangkaian ekivalen per-fasa akhir dari motor induksi, penting untuk menyatakan bagian rotor dari model rangkaian ekivalen gambar 2.14 di atas terhadap sisi stator. Pada transformator yang umum, tegangan, arus, dan impedansi pada sisi sekunder, dapat dinyatakan terhadap sisi primer dengan menggunakan rasio perbandingan belitan dari transformator tersebut. Dengan mengasumsikan jenis rotor yang digunakan adalah jenis rotor belitan dan terhubung bintang ( Y ), yang mana motor dengan rotor jenis ini sangat mirip dengan transformator, maka kita dapat juga menyatakan sisi rotor terhadap sisi stator seperti halnya pada transformator. Jika rasio perbandingan efektif dari sebuah motor induksi adalah a maka pentransformasian tegangan rotor terhadap sisi stator menjadi: ……………………………………………………. (2.20) untuk arus rotor :
(= N1/N2),
……………………………………………………………… (2.21) dan untuk impedansi rotor : =
=
=
……………………………………………… (2.22a) =
dengan penguraian lebih lanjut : = a2 R2 …………………………………………………………. (2.22b)
= a2
X2 …………………………………………………………. (2.22c) Dari persamaan (2.18), (2.19), dan (2.22) di atas, maka dapat kita gambarkan rangkaian ekivalen per-fasa motor induksi sebagai kelanjutan dari gambar 2.14, dimana disini bagian rangkaian rotor telah dinyatakan terhadap bagian stator. dimana adanya R2
1 −1
menyatakan resistansi variabel sebagai analog listrik
s dari beban mekanik variabel. R1
jX1
jX 2'
+ I0
I1
Ic
V1
Rc
jX m
''
I2 R2 ' s
I m E1
(a) R1
jX1
R '2
jX 2'
+ I0
I1 V1
-
Ic
Rc
jX m
''
I2 I m E1
R2 ' (
1 1) s−
Gambar 17. Rangkaian Ekivalen per-Fasa Motor Induksi dengan Bagian Rangkaian Rotor Dinyatakan Terhadap Sisi Stator (a) dengan tahanan variabel R2' s (b) dengan tahanan variabel R2' (1s −1) sebagai bentuk analog
listrik
dari
beban mekanik Pada
transformator,
analisis
rangkaian
ekivalen
dilakukan
dengan
mengabaikan cabang pararel yang terdiri dari Rc dan Xm atau dengan memindahkan cabang pararel ke terminal primer. Bagaimanapun, penyederhanaan ini tidak diperbolehkan pada rangkaian ekivalen motor induksi. Ini disebabkan kenyataan bahwa arus penguatan pada transformator bervariasi dari 2% sampai 6% dari arus beban penuh dan per unit reaktansi bocor primer kecil. Tetapi pada motor induksi, arus penguatan bervariasi dari 30% sampai 50% dari arus beban penuh dan per unit reaktansi bocor stator adalah lebih tinggi. Dengan demikian kesalahan yang besar akan terjadi dalam penentuan daya dan torsi, dalam hal cabang pararel diabaikan, atau dihubungkan pada terminal stator. Dibawah kondisi kerja normal pada tegangan dan frekuensi konstan, rugi inti pada motor induksi biasanya juga konstan. Dalam pandangan pada kenyataan ini, tahanan rugi inti Rc yang mewakili rugi inti motor, dapat dihilangkan dari rangkaian ekivalen motor induksi pada gambar 2.15(b). Akan tetapi, untuk menentukan daya poros atau torsi poros, rugi inti yang konstan harus diikutsertakan dalam pertimbangan, bersama dengan gesekan, rugi-rugi beban buta (stray-load losses) dan angin. Dengan penyederhanaan ini, maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen baru (gambar 2.16.) dengan akurasi rugi yang dapat diabaikan.
jX 1
R1
+
I0
I1 jX m
V1
jX 2'
R '2 ''
I2 E1
1 R2 ' ( −1) s
Gambar 18. Rangkaian Ekivalen per-Fasa Motor Induksi dengan Mengabaikan Rugi Inti
Kesimpulan Pada era industri modern saat ini, kebutuhan terhadap alat produksi yang tepat guna sangat diperlukan dapat meningkatkan efisiensi waktu dan biaya. Sebagian besar alat industri dan rumah tangga menggunakan tenaga listrik sebagai energi penggerak utamanya. Sebuah motor AC induksi satu fasa bergantung pada komponen listrik tambahan untuk menghasilkan ini berputar medan magnetik. Dua set elektromagnet dibentuk dalam setiap motor. Antara stator dan rotor, terdapat celah udara, melalui yang karena induksi, energi tersebut dipindahkan dari stator ke rotor.
Daftar Pustaka
1. Mitra Hebat Teknik, Motor Listrik Satu Fasa, http://maintenace.wordpress.com/2009/10/25/motor-listrik-ac-satu-fasa. 2. Dunia Listrik, Motor ListrikAC Satu Fasa, http://dunialistrik.blogspot.com/2009/04/motorlistrik-ac-satu-fasa.html 3. http://www.energyefficiencyasia.org/docs/ee_modules/indo/Chapter%20%20Electric%20motors%20(Bahasa%20Indonesia).pdf 4. http://insyaansori.blogspot.com/2013/04/motor-listrik-3-fasa.html 5. http://kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/13045-12-482468644196.pdf 6. http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/motor-listrik-ac-satu-fasa.html
