Pengendalian Kecepatan Motor InduksiPage 8
Pendahuluan
Motor Induksi
Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik yang mempunyai penggunaan paling luas, terutama pada industri. Motor induksi ini mempunyai beberapa kelebihan, antara lain mempunyai kontruksi yang kokoh dan sederhana, pemeliharaan yang relatif mudah. Motor induksi terdiri dari dua bagian utama, yaitu stator dan rotor. Bagian rotor ini terdiri atas dua jenis,yaitu rotor sangkar (squirrel cage) danrotor belitan (wound rotor). Motor induksi rotor sangkar mempunyai rotor dengan kumparan yang terdiri atas beberapa konduktor yang disusun menyerupai sangkar tupai. Sedangkan rotor belitan terdiri dari tiga buah belitan yang tersusun dengan hubungan bintang (Y).
Gambar Motor Induksi
Sumber : Google Image
Pada prinsispnya motor induksi dapat diputar dengan beberapa cara yaitu secara konvensional dan terkontrol antara lain kecepatannya, torka dan lain-lain. Untuk memutar motor induksi secara konvensional dapat dilakukan dengan metode Start Direct On Lline (DOL), dikembangkan menjadi putar maju mundur, tetapi dengan metode konvensional terdapat beberapa kendala antara lain adalah arus start-nya besar, tidak dapat dikontrol putarannya, tidak dapat dikontrol torkanya. Untuk mengatasi permasalahan itu maka dimunculkan metode pengendalian kecepatan putaran motor induksi ini dilakukan dengan beberapa macam cara diantaranya mengatur tegangan dan frekuensi inverter secara bersamaan.
Pengendalian Kecepatan Motor Induksi
Mengubah Pasang Kutub
Kecepatan putar pada motor AC (Bolak Balik) dapat dihitung dengan rumus seperti dibawah:
ns = 120 fp
Dimana :
ns = Kecepatan Putar Dari Medan Putar Stator (rpm)
f = Frekuensi (Hz atau cps)
p = Jumlah Pasang Kutub Pada Motor
Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa untuk mendapatkan besarnya putaran medan stator dapat dengan menambah atau mengurangi jumlah pasang kutubnya.
Namun putaran yang dihasilkan tidak bisa tepat seperti putaran yang diinginkan dalam artian putaran yang dihasilkan secara kasar tidak dengan sehalus seperti pada pengendalian motor induksi dengan pengaturan frekuensi input.
Contoh Soal :
Suatu motor induksi tiga fasa diberi frekuensi 50 Hz. Hitunglah kecepatan medan putar stator (ns) jika jumlah pasang kutub pada motor ialah empat pasang kutub dan jika jumlah pasang kutubnnya hanya dua pasang kutub ?.
Pada saat pasang kutubnya empat:Pada saat pasang kutubnya dua ns = 120 fpns = 120 x 502 = 3000 rpmJawab :
Pada saat pasang kutubnya empat:
Pada saat pasang kutubnya dua
ns = 120 fp
ns = 120 x 502 = 3000 rpm
ns = 120 fp
ns = 120 x 504 = 1500 rpm
Berdasarkan Data perhitungan dapat dilaihat bahwa semakin banyak pasang kutubnya maka putaran medan stator nya akan semakin kecil, begitu juga sebaliknya semakin sedikit pasang kutubnya maka ns juga akan bertambah.
Mengatur Frekuensi
Salah satu pengaturan kecepatan motor induksi ini dapat dilakukan dengan cara mengatur frekuensi yang masuk ke motor. Dengan kemajua teknologi, maka cara ini sudah sangat mudah dilakukan. Bila frekuensi sumber yang diberikan ke motor semakin besar, maka motor akan berputar semakin cepat. Tetapi bila frekuensi sumber yang diberikan ke motor semakin rendah, maka motor akan berputar semakin lambat.
Gambar Struktur Inverter
Kecepatan putaran medan magnet motor induksi akan dipengaruhi oleh frekuensi sumber yang masuk ke motor dengan mengacu ke persamaan di bawah sebagai berikut :
ns = 120 fp
Dimana :
f = frekuensi sumber AC (Hz)
p = jumlah kutub yang terbentuk pada motor
ns = kecepatan putaran medan magnet stator (putaran/menit, rpm)
Tegangan induksi E yang timbul pada rotor, dinyatakan oleh persamaan
E = 4.44 fr Nφ
E = 4.44 fr Nφ
φ : fluks motor
E : tegangan rotor
fr : frekuensi rotor
N : jumlah lilitan pole pitch
Putaran medan magnet stator ini akan diikuti oleh putaran rotor motor induksi. Makin berat beban motor, maka kecepatan rotor juga akan turun sehingga terjadi slip (s) , seperti yang diperlihatkan pada persamaan berikut:
S = ns-nr
S= ns-nrnr
S = ns – nr nr x 100 % ....... Dalam Persen
Dimana :
S = Slip ( % )
nr = kecepatan putaran rotor pada motor (rpm)
ns = kecepatan putaran medan magnet stator (putaran/menit, rpm)
adapun kita bisa menghitung besarnya frekuensi baru berdasarkan slip yaitu :
fr (f ') = S . f
Dimana :
fr (f ') = Frekuensi Baru (Hz)
S= Slip
F = Frekuensi lama (Hz)
RL= R21-SS
RL= R21-SS
Gambar Rangkaian Ekivalen Rotor Motor Induksi
Mengatur Besarnya Frekuensi Dengan PWM (Pulse Width Modulation)
Mengatur frekuensi sumber daya Selain jumlah kutub, pengubahan frekuensi juga akan berpengaruh pada kecepatan putar motor induksi. Hal yang harus diperhatikan, bahwa dengan pengubahan frekuensi adalah kerapatan fluks yang ada harus diusahakan tetap, agar kopel yang dihasilkan pun tidak berubah, untuk itu tegangan jaringan pun harus diubah seiring dengan pengubahan frekuensi. Hal yang paling umum dalam penerapan cara ini adalah dengan menggunakan perangkat yang dikenal sebagai inverter. Inverter berfungsi untuk mengubah listrik dc menjadi listrik ac dengan tegangan dan frekuensi yang dapat diatur.
Gambar Pengaturan Frekuensi Dengan PWM
Sumber : LAB Konversi Energi Elektrik ITN Malang
Contoh Soal :
Motor induksi 3 fasa, 6 kutub dengan sumber tegangan yang frekuensinya 50 Hz, hitunglah :
Kecepatan medan putar stator
Kecepatan rotor jika slip 0,04
Frehuensi arus rotor jika slip 0,03
Frekuensi rotor pada waktu diam
Jawab :
a. ns = 120 fp = 120 x 506 = 1000 rpm
b. S = ns-nrnr
0,04 nr = 1500 - nrnr
0,04 nr = 1500 - nr
1,04 nr = 1500
nr = 1442,30 rpm
c. fr (f ') = S . f
= 0,03 x 50
=1,5 Hz
d. fr (f ') = S . f
= 0x 50
=0 Hz
Menggunakan Tahanan Luar
Pengaturan tahanan luar untuk mengatur kecepatan putaran dengan cara pengaturan tahanan luar hanya bisa dilakukan pada motor induksi rotor belitan. Dengan mengubah- ubah nilai tahanan luar yang terhubung ke rotor, maka besarnya kopel akan berubah, demikian juga dengan kecepatan putarnya.
Gambar Alat Pengatur Tahanan Luar
Sumber : LAB Konversi Energi Elektrik ITN Malang
Adapun kerugian dari pengaturan jenis ini adalah rendahnya efisiensi pada saat kecepatan putarnya dikurangi, di mana rugi-rugi daya dihasilkan cukup besar. Hal ini berlaku pula pada metode pengaturan dengan mengubah tegangan terminal yang akan dibahas dibawah.
Mengatur Tegangan Masuk Jangkar
T = 3ω ( V1)2 Sa2R2(a2R2)2+ S2(a2X2)2
Dari persamaan diatas terlihat bahwa kopel motor induksi sebanding dengan pangkat dua tegangan yang diberikan. Apabila tegangan jaringan diubah, sesuai dengan karakteristiknya, maka kopelnya pun berubah, begitu pula dengan kecepatan putarnya. Cara ini hanya menghasilkan pengaturan putaran yang terbatas (daerah pengaturan sempit).
Menggunakan Kontrol Vektor
Pengendalian motor induksi tiga phasa dengan kontrol vektor adalah suatu cara yang digunakan untuk memperbaiki unjuk kerja motor. Unjuk kerja yang buruk menyebabkan penggunaan motor menjadi terbatas. Seperti diketahui motor induksi relatif murah, kokoh dan mudah perawatannya namun mempunyai masalah dalam pengaturan kecepatannya . Metoda kontrol vektor dilakukan dengan cara mengestimasi fluks rotor dan posisi rotor , untuk mengendalikan fluks rotor dan kecepatan rotor digunakan pengendali PI
Kontrol vektor dikenal sebagai kontrol berorientasi medan, yang diterapkan pada motor induksi sehingga menghasilkan unjuk kerja yang mendekati unjuk kerja motor arus searah. Pada motor arus searah pemisahan hubungan antara torsi dengan fluks dapat dilakukan dengan menyusun model rangkaian penguat motor , sedangkan pada motor induksi, torsi dan fluks hanya dapat dipisahkan dengan membuat rangkaian tambahan diluar sistem, yaitu melalui kontrol vektor
Konsep dasar kontrol vektor, bertujuan memisahkan komponen arus penghasil fluks dengan komponen arus penghasil torsi.
TUGAS DASAR KONVERSI ENERGI ELEKTRIK
[Type the document title]