Motor Induksi Rotor Belit Keistimewaan motor induksi rotor belit adalah motor ini dapat di start dengan menambahkan tahanan eksternal ke rangkaian rotor, kemudian secara bertahap tahanan eksternal kembali dilepaskan dari rangkaian rotor. Oleh sebab itu diperoleh keuntungan sebagai berikut : 1. Tahanan
eksternal yang yang ditambahkan ditambahkan ke rangkaian rangkaian rotor pada pada saat saat start akan
menambah besar impedansi rotor yang membatasi besar arus start motor. 2. Kinerja motor dapat dibuat bervariasi dengan mengubah parameter rotor untuk memperoleh torsi start dan kecepatan yang diinginkan. 3. Selama start – up, rotor motor listrik lebih rentan terhadap kerusakan akibat panas berlebih dibanding stator. Namun pada slip ring motor, sebagian besar panas ini akan dibagi ke tahanan eksternal yang besarnya sebanding dengan nilai tahanan eksternal tersebut. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi
Sebuah motor induksi identik dengan sebuah transformator. Oleh sebab itu, rangkaian ekivalen motor induksi mirip dengan rangkaian ekivalen transformator. Perbedaannya hanyalah bahwa kumparan rotor dari motor induksi berputar, yang berfungsi untuk menghasilkan daya mekanik. 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 hal ini dimaksudkan untuk mempermudah analisis. Rangkaian Ekivalen Stator
Putaran gelombang fluks pada celah udara membangkitkan ggl lawan tiga fasa yang seimbang
pada belitan stator. Rangkaian ekivalen stator, seperti gambar berikut ini. jX 1
R1 +
+
I 0
I 1 V 1
-
I c
Rc X m I m
''
I 2
E 1
-
Gambar Rangkaian ekivalen stator per-fasa motor induksi.
Besar tegangan terminal stator
merupakan penjumlahan ggl lawan
jatuh tegangan tegangan pada impedansi impedansi bocor stator
̅ ̅ ̅
̅
.
) dan
, dapat dinyatakan sebagai berikut :
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 pertama,
̅
terdiri dari dua komponen. Komponen
adalah komponen beban yang akan menghasilkan fluks yang akan melawan fluks
yang dihasilkan oleh arus rotor. Komponen lainnya yaitu dua komponen yaitu komponen rugi-rugi inti
̅
dan komponen magnetisasi
udara yang tertinggal
dari
̅
̅ ̅ , arus
ini terbagi lagi menjadi
yang sefasa dengan komponen rugi-rugi inti
yang menghasilkan fluks magnetik pada inti dan celah
.
Rangkaian Ekivalen Rotor
Pada saat rotor dalam kondisi diam yaitu kondisi sesaat rotor sebelum bergerak, kecepatan relative diantara putaran medan magnet dengan konductor rotor adalah kecepatan sinkron N s. Pada kondisi ini tegangan induksi yang dibangkitkan pada rangkaian rotor adalah seluruh belitan rotor dihubung-singkat maka akan mengalir arus rotor. Sehingga dapat dituliskan persamaannya persamaannya sebagai berikut :
̅
̅
akibat ggl induksi
(1.1)
. karena pada
Dari bentuk persamaan di atas, rangkaian ekivalen rotor perfasa dalam keadaan diam digambarkan seperti gambar berikut. R2 I 2 jX 2
E 2
Gambar 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)
Setelah rotor berputar maka ggl rotor perfasa
dan reaktansi rotor perfasa
masing-
masing dipengaruhi oleh frekuensi, nilai reaktansi rotor dapat dijelaskan dari persamaan di bawah ini dimana nilainya tergantung dari induktansi dan frekuensi rotor.
Dengan
= ωr L2 = 2πf 2 L2
(1.2)
f 2 = sf ,
(1.3)
Maka:
= 2πsfL2 = s(2πfL2)
=sX 2
Dengan demikian nilai perfasa
(1.4)
dan X 2 bergantung terhadap slip s, sementara nilai resistansi rotor
tidak dipengaruhi oleh frekuensi sehingga tidak tergantung terhadap nilai slip s.
Sehingga dari persamaan di atas dapat dapat dibuat persamaannya persamaannya menjadi :
̅
(1.5)
Dengan membagi pembilang dan penyebut pada persamaan di atas dengan s, maka nilai arus rotor diperoleh seperti berikut :
̅
Nilai dari
(1.6)
sekarang lebih besar dari R2 dikarenakan s memiliki nilai dalam bentuk pecahan.
Rangkaian Ekivalen Lengkap
Dari penjelasan rangkaian ekivalen pada stator dan rotor di atas, maka dapat dibuat rangkaian ekivalen perfasa motor induksi tiga fasa pada masing – masing fasa, seperti halnya seperti rangkaian ekivalen sebuah transformator. R1
jX 2
jX 1
+
I 0
I 1 V 1
Rc
I c
jX m
''
'
I 2 I m
I 2
E 1
E 2
R2 s
-
Gambar Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa
Daya celah udara adalah daya yang ditransfer dari stator ke rotor sepanjang celah udara. Daya celah udara P g dapat dituliskan seperti berikut.
()⁄ () ( ) Pg = E2 I2 cos
2
. dengan cos
2
=
Pg =
(1.7)
Pg = rugi ohmic rotor + daya mekanik internal yang dibangkitkan di rotor (P m) (1.8)
Pg = sPg + (1-s) P g Sedangkan torsi internal yang dibangkitkan per fasa adalah :
=
(1.9)
(1.10)
Besar daya di shaft dapat dihitung dari besar daya celah udara dikurangi rugi – rugi di rotor, sebagai berikut : Daya di shaft = P sh = Pm – Fixed loses ( gesekan, angin, rugi inti ) = Pg – rugi ohmic rotor – fixed loses. Torsi shaft = T sh =
Starting Slip – Ring Motor
Starting slip – ring motor dapat mengadopsi baik current limiting method atau defenite time control method . Pada current limiting method , penutupan kontaktor setiap step diatur oleh
rele pembatas arus yang memungkinkan percepatan kerja kontaktor dari setiap step untuk menutup setelah arus start motor turun dari nilai puncak ke nilai yang lebih kecil. Rele menentukan waktu penutupan dengan merasakan nilai arus motor antara masing – masing step dan akan menutup hanya jika besar arus telah turun ke nilai yang ditentukan pada rele tersebut. Urutan penutupan kontaktor didesain otomatis dan dapat disesuaikan terhadap variasi beban. Lama waktu starting bergantung pada beban yang dipikul slip – ring motor. Pada defenite time control method setiap kontaktor akan menutup setelah waktu pre – set telah tercapai. Memotong bagian dari tahanan eksternal yang akan meningkatkan torsi start dan memberikan kesempatan ke motor untuk pick – up. Oleh sebab itu, biasanya hanya metode ini yang digunakan untuk starting dan kontrol slip – ring motor induksi.
Memilih tahanan rotor
Besar tahanan eksternal yang akan ditambahkan ke rangkaian rotor, tergantung pada torsi yang diinginkan dan pembatasan arus stator. Besar arus stator berhubungan dengan besar torsi dan begitu juga sebaliknya. Dengan bantuan pengaturan waktu pada setiap step, keseluruhan tahanan eksternal yang ditambahkan secara bertahap dilepaskan dari rangkaian rotor untuk menjaga profil torsi yang telah ditentukan sebelumnya. sebelumnya. Pada saat memikul beban yang berat, perlu diketahui berapa besar torsi yang diperlukan pada saat pick – up, besar tahanan eksternal yang harus ditambahkan ke rangkaian rotor. Grid tahanan ini dapat dikontrol melalui kontaktor dan timer.
Tabel. konfigurasi penambahan penambahan tahanan external pada rotor motor induksi rotor belit
Menentukan tahanan eksternal dan lama waktu starting
Gambar di bawah menunjukkan penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor, dan distarting dengan lima step. diasumsikan torsi maksimum dan torsi minimum terjadi antara setiap step.
Gambar penambahan tahanan external dengan lima step
Imax =
( ) ( )
,dst
R21 adalah total tahanan rotor per fasa setelah penambahan tahanan eksternal. R21 = S1
. pada saat start, S 1 = 1, maka R 21 =
dengan cara yang sama,
.
( ) ( )
Imin =
Atau,
,dst.
R22 = .R21
2
R23 = .R22 =
. R21
Dan, R2 = .R25 = . Diperoleh,
5
= smax ,
Secara umum,
4
R21 =
5
R21 =
5
.
=
=
Setelah nilai diketahui, nilai tahanan untuk setiap step dapat ditentukan. Seperti pada kasus di atas, slip maksimum sesuai dengan slip pada operating point.
Gambar kurva torsi starting motor induksi rotor belit dengan lima step
Gambar Rangkaian starting motor induksi rotor belit dengan lima step
Contoh :
Sebuah motor listrik rotor belit 2500 kw, 6 kv, 286 Ampere, 990 RPM, 3 , 50 Hz, efisiensi 95%, tegangan rotor 1876 volt, arus stator 819 Ampere hubungan belitan Y/Y. Hitung penambahan penambahan tahanan external untuk membatasi arus start 1,5 arus beban penuhnya ? Solusi :
Psh
= 2500 kw rugi motor ( rugi inti stator + rugi – rugi = Pin – rugi – ru gi tembaga stator + rugi inti rotor + rugi
tembaga rotor + rugi gesek dan rugi angin ). = Pg - rugi rugi tembaga rotor – rugi tetap (rugi inti stator - rugi inti rotor - rugi gesek dan rugi angin). Pg
= daya celah udara
√ √
=
E2 I2 cos
=
I2
2
( dengan cos
2
=
⁄ ()
)
2
n
=
100% ;
Pin
=
= 2631,57 kw (total rugi – rugi sebesar 131,57 kw).
Dengan slip(s)
=
= 0,01
Asumsi rugi tembaga stator 40% dari total rugi – rugi, maka rugi tembaga stator = 52,6 kw. Pg
= 2500 kw + 78,9 kw = 2578,9 kw =
= =
√ √ √ √ 2
=
E2
I2
I2
1876volt
2
819
cos
;
= 0.021 ohm.
2
819 ampere
cos
2
cos
X2
2
= 0,96 =
⁄ ()
=
⁄ ( )
= 0,61 ohm.
Sebelum penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor, maka : I2st
=
Tst
=
2
I2st R2 =
= 3073 amp
2
3073 x 0,021 = 3789,36 Nm.
Disaat arus start dibatasi sebesar 1,5 arus beban penuh, maka : Smax
= 1,5
R1
=
Sfl = 1,5
=
0,01 = 0,015
= 1,4 ohm.
Setelah tahanan rotor pada saat start menjadi 1,4 ohm. Maka : I2st
=
Tst
=
2
I2st R2 =
= 1228 amp
2
1228 x 1,4 = 40112,3 Nm.
Dengan penambahan 1,4 ohm arus start berkurang dari 3073 amp menjadi 1228 amp . Dan Torsinya naik dari 3789,36 Nm menjadi 40112,3 Nm.
