Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan Dengan Injeksi Tegangan Pada Rotor(Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

Teks penuh

(1)

TUGAS AKHIR

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA

ROTOR BELITAN DENGAN INJEKSI TEGANGAN PADA

ROTOR

(Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh

AUGUS PENNIEL PANJAITAN NIM : 040402026

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

(2)

Lembar Pengesahan

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR BELITAN DENGAN INJEKSI TEGANGAN PADA ROTOR

Oleh :

AUGUS PENNIEL PANJAITAN 04 0402 026

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro

Disetujui oleh : Dosen Pembimbing,

Ir. Riswan Dinzi, MT NIP: 19610404 198811 1 001

Diketahui oleh : Pelaksana Harian

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

Prof.Dr.Ir. Usman Baafai NIP:19461022 197302 1 001

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

(3)

ABSTRAK

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul

PENGATURAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR BELITAN DENGAN INJEKSI TEGANGAN PADA ROTOR.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada :

1. Orang Tua, kakak dan adik saya yang tidak pernah berhenti memberi dukungan, semangat dan doanya kepada saya dengan segala pengorbanan dan kasih sayang yang tidak ternilai besarnya.

2. Bapak Ir.Riswan Dinzi, MT, sebagai dosen pembimbing tugas akhir saya yang sangat besar bantuannya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Ir. Mustafrind Lubis, sebagai Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik USU yang telah memberi izin riset di Laboratorium Konversi Energi Listrik.

(5)

5. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

7. Bang Isroy Tanjung sebagai Staff Administrasi Laboratorium Konversi Energi Listrik Eko Prasetyo dan Iqbal selaku Asisten Laboratoruium yang telah menyediakan waktunya untuk pengambilan data di laboratorium. 8. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU. 9. Teman-teman stambuk 04 yang tidak bisa saya sebutkan namanya satu

persatu, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan. Nama kalian akan selalu terpatri dalam hati sanubari penulis.

10. Teman-teman kos di JG 411 : Juan Khan, Juan Rio, Julius, Jenson, Frangky, Raymond.

Penulis meyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis harapkan.

Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Agustus 2010

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK--- i

KATA PENGANTAR --- ii

DAFTAR ISI --- iv

DAFTAR GAMBAR---vii

DAFTAR TABEL ---x

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang---1

I.2 Tujuan Penulisan ---2

I.3 Manfaat Penulisan---2

I.4 Batasan Masalah---2

I.5 Metode Penulisan ---3

I.6 Sistematika Penulisan---3

BAB II MOTOR INDUKSI TIGA FASA II.1 Umum---5

II.2 Konsruksi Motor Induksi Tiga Fasa ---6

II.3 Jenis Motor Induksi Tiga Fasa ---8

II.3.1 Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai---8

II.3.2 Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan --- 10

(7)

II.5.1 Analisa Medan Putar secara Vektor --- 13

II.5.2 Analisa Medan Putar secara Perhitungan--- 17

II.6 Frekuensi Rotor--- 19

II.7 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi--- 20

II.8 Aliran Daya Pada Motor Induksi--- 26

II.9 Efisiensi--- 28

II.10 Disain Kelas Motor Induksi --- 30

BAB III PENGATURAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR BELITAN DENGAN INJEKSI TEGANGAN PADA ROTOR III.1 Umum--- 32

III.2 Prinsip Dasar Pengaturan Motor Induksi --- 32

III.3 Mengatur Tahanan Rotor--- 34

III.4 Mengatur Induktansi Rotor --- 35

III.5 Mengatur Tegangan Terminal --- 35

III.6 Mengatur Frekuensi Tegangan Terminal --- 37

III.7 Teknik Pengembalian Energi Slip ke Sumber (SER) --- 38

III.8 Pengaturan Tegangan dan Frekuensi --- 40

(8)

BAB IV ANALISI PENGATURAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA

ROTOR BELITAN DENGAN INJEKSI TEGANGAN PADA

ROTOR

IV.1 Umum--- 46 IV.2 Peralatan yang Digunakan --- 46 IV.3 Percobaan untuk Mendapatkan Parameter-Parameter Motor

Induksi Tiga Fasa --- 47 IV.3.1. Percobaan Tahanan DC--- 47 IV.3.2. Percobaan Rotor Tertahan--- 50 IV.4 Analisa Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa

Rotor Belitan dengan Injeksi Tegangan pada Rotor --- 52

BAB V PENUTUP

V.1 Kesimpulan--- 67

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konstruksi motor induksi---6

Gambar 2.2 Komponen Stator motor induksi tiga phasa---7

Gambar 2.3 Konstruksi rotor motor induksi rotor sangkar ---9

Gambar 2.4 Konstruksi motor induksi rotor sangkar --- 10

Gambar 2.5 Skematik motor induksi rotor belitan --- 11

Gambar 2.6 Konstruksi motor induksi rotor belitan --- 11

Gambar 2.7 Penampang rotor dan stator motor Induksi memperlihatkan medan magnet dalam celah udara--- 12

Gambar 2.8 Kerapatan medan magnet --- 14

Gambar 2.9 Kerapatan medan magnet untuk t=00--- 16

Gambar 2.10 Kerapatan medan magnet untuk t 90--- 16

Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen Stator --- 21

Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen Rotor--- 24

Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen Motor Induksi --- 24

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen Motor Induksi dilihat dari sisi Stator --- 25

Gambar 2.15 Bentuk lain rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator --- 25

Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen motor induksi dengan mengabaikan tahanan Re--- 26

Gambar 2.17 Aliran Daya Motor Induksi --- 27

(10)

tahanan rotor --- 34

Gambar 3.3 Karakteristik Torsi Kecepatan motor induksi dengan mengatur tegangan terminal --- 36

Gambar 3.4 Karakteristik Torsi Kecepatan motor induksi dengan mengatur frekuensi tegangan sumber--- 38

Gambar 3.5 Rangkain sistim Pengembalian energi slip--- 39

Gambar 3.6 Karakteristik torsi kecepatan dengan pengaturan tegangan dan frekuensi --- 40

Gambar 3.7 Karakteristik torsi kecepatan dengan pengaturan tegangan dan frekuensi (Rasio v/f tetap) --- 41

Gambar 3.8Rangkaian ekivalen motor induksi dimana slipring dihubungkan denganVi--- 42 Gambar 3.9 Karakteristik torsi kecepatan dengan injeksi tegangan pada rotor- 45

Gambar 4.1 Rangkaian percobaan tahanan dc pada belitan stator --- 47

Gambar 4.2 Rangkaian percobaan tahanan DC pada belitan Rotor --- 49

Gambar 4.3 Gambar rangkaian percobaan rotor tertahan --- 50

Gambar 4.4 Rangkaian percobaan pengaturan motor induksi dengan injeksi tegangan pada rotor --- 52

Gambar 4.5 Grafik pengaruh injeksi tegangan terhadap kecepatan motor dalam keadaan tidak berbeban--- 62

(11)

Gambar 4.8 Grafik pengaruh injeksi tegangan terhadap kecepatan motor dalam

keadaan tidak berbeban, beban 2 N.m dan beban 4 N.m --- 64

Gambar 4.9 Grafik pengaruh Injeksi tegangan terhadap Arus rotor--- 64

Gambar 4.10 Grafik Pengaruh Injeksi tegangan terhadap Arus stator --- 65

Gambar 4.11 Grafik pengaruh Injeksi tegangan terhadap torsi motor --- 65

(12)

DAFTAR TABEL

(13)

ABSTRAK

(14)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Pada saat ini motor induksi adalah motor yang paling banyak digunakan dalam dunia industri maupun rumah tangga. Motor induksi memiliki keuntungan antara lain motor ini memiliki konstruksi yang sederhana, relatif murah dah mudah dalam pemeliharaannya dibandingkan dengan motor DC.

Pada penggunaannya motor induksi baik rotor sangkar ataupun rotor belitan sering dibutuhkan untuk beroperasi pada kecepatan yang bervariasi. Salah satu kelebihan motor induksi jenis rotor belitan adalah kemudahan dalam hal pengaturan kecepatannya karena kita bisa mengakses rotornya. Untuk memperoleh pengaturan kecepatan motor induksi rotor belitan dapat dilakukan dengan beberapa cara, salah satunya adalah dengan metode injeksi tegangan pada rotor menggunakan sumber tegangan luar. Metode ini memiliki rentang pengaturan yang cukup lebar dan membutuhkan alat yang sederhana.

(15)

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh besar tegangan injeksi pada rotor terhadap pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa rotor belitan.

1.3 Manfaat Penulisan

Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah dapat memberikan informasi kepada penulis maupun pembaca tentang pengendalian kecepatan motor induksi dengan metode tegangan injeksi pada rotor.

1.4 Batasan Masalah

Agar tujuan penulisan tugas akhir ini sesuai dengan apa yang diharapkan serta terarah pada judul dan bidang yang telah disebutkan diatas, maka penulis membatasi permasalahan yang akan dibahas sebagai berikut.

1. Motor yang digunakan adalah motor induksi tiga fasa rotor belitan 2. Tidak membahas gangguan yang terjadi pada motor induksi 3. Tidak membahas masalah starting motor induksi

4. Analisa data bedasarkan peralatan yang tersedia di laboratorium konversi energi listik

1.5 Metode Penulisan

(16)

1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain.

2. Studi lapangan yaitu dengan melaksanakan percobaan di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU.

3. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak departemen Teknik Elektro USU, dengan dosen-dosen bidang Konversi Energi Listrik, asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik dan teman-teman sesama mahasiswa.

1.6 Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut

BAB I PENDAHULUAN

Bagian ini berisi tentang, latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II MOTOR INDUKSI TIGA FASA

(17)

BAB III PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI

Bab ini berisi pembahasan mengenai pengaturan motor induksi secara umum, jenis pengaturan, prinsip kerja, dan keuntungan pengaturan motor induksi dengan metopde injeksi tegangan.

BAB IV ANALISIS PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR BELITAN DENGAN INJEKSI TEGANGAN PADA ROTOR

Bab ini berisikan tentang pengujian-pengujian pada motor induksirotor belitan, peralatan yang digunakan, rangkaian percobaan, prosedur pengujian, data hasil pengujian, dan analisa data hasil pengujian.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(18)

BAB II

MOTOR INDUKSI TIGA FASA

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 fasa yang paling banyak dipakai di perindustrian. Motor induksi tiga fasa sangat banyak dipakai sebagai penggerak di perindustrian karena banyak memiliki keuntungan, tetapi juga memiliki beberapa kelemahan.

Keuntungan motor induksi tiga fasa:

(19)

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. Kerugian motor induksi tiga fasa:

1. Kecepatan tidak dapat berubah tanpa pengorbanan efisiensi. 2. Kecepatannya menurun seiring dengan pertambahan beban. 3. Kopel awal mutunya rendah dibanding dengan motor DC shunt.

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 motor induksi dapat diperlihatkan pada gambar 2.1.

(20)

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

Gambar 2.2 Komponen Stator motor induksi tiga fasa

(a) Lempengan Inti, (b) Tumpukan Inti dengan Kertas Isolasi pada Beberapa Alurnya, (c) Tumpukan Inti dan Kumparan Dalam Cangkang Stator

(21)

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.

2.3 JENIS MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Ada dua jenis motor induksi tiga fasa 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 ( Squirrel-cage Motor)

(22)

hubungan delta ( ) ataupun bintang ( ). Rotor jenis rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.3 di bawah ini.

Batang Poros

Gambar 2.3 Konstruksi rotor motor induksi rotor sangkar (a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Bagian-bagian Rotor 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 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.

(23)

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 Belitan ( wound-rotor motor )

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 fasa rotor dihubungkan secara dan masing masing fasa ujung terbuka yang dikeluarkan 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. Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal berfungsi membatasi arus pengasutan yang bertanggung jawab terhadap pemanasan rotor.

(24)

Gambar 2.5 Skematik motor induksi rotor belitan

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 2.6 berikut.

Gambar 2.6 Konstruksi motor induksi rotor belitan

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

(25)

2.4 PRINSIP KERJA MOTOR INDUKSI

Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga fasa, maka pada stator akan dihasilkan arus tiga fasa, 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 cincin ujung 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.

(26)

Untuk arah fluksi dan gerak yang ditunjukkan gambar 2.7, penggunaan aturan tangan kanan fleming yaitu arah arus induksi dalam konduktor rotor menuju pembaca. Pada kondisi seperti itu, dengan konduktor yang mengalirkan arus berada dalam medan 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 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 medan 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.

2.5 PRINSIP MEDAN PUTAR

Ada beberapa metode yang dapat dilakukan untuk menganalisa medan putar. Pada kesempatan ini akan dibahas analisa medan putar secara vector dan secara perhitungan.

(27)

putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam phasa banyak, pada umumnya tiga phasa. Hubungan belitan pada stator dapat berupa hubungan Y atau . Untuk mempermudah memahami medan putar, maka dapat dilihat gambar 2.8 berikut yang menggambarkan keadaan pada kumparan yang dialiri oleh arus dari sumber tiga fasa. Misalkan arus yang mengalir pada ketiga kumparan tersebut sebesar:

Karena arus yang mengalir pada kumparan aa'ini, maka dihasilkan kuat medan

magnet ( H ) pada kumparan aa' sebesar

Gambar 2.8 Kerapatan medan magnet

Dan kuat medan magnet pada kumparan bb' dan cc' sebesar:

(28)

Telah diketahui bahwa kerapatan fluks ( B ) dapat dihitung dari kuat medan magnet ( H ), yaitu :

B = µH ( Tesla )...(2.9)

Maka didapat kerapatan fluks pada masing masing kumparan, yaitu

dapat dihitung resultannya dengan menentukan nilai dari waktu (t), sehingga resultan kerapatan fluks ada nilainya, misalnya pada saat t= 0, maka kerapatan fluks pada masing masing kumparan stator sebesar:

0

Resultan kerapatan fluks pada stator sebesar

(29)

Gambar 2.9 Kerapatan medan magnet untuk t= 00

Gambar 2.10 Kerapatan medan magnet untuk t 90

(30)

oleh gambar 2.9 dan gambar 2.10, terlihat jelas bahwa medan magnet yang dihasilkan ini berputar tergantung terhadap waktu ( t ).

2.5.2. Analisa Medan Putar Secara Perhitungan

Pada analisa medan putar secara vektoris, diketahui bahwa pada harga waktu (t) berapapun nilainya maka didapat magnitudo dari resultan medan magnet

sebesar 1,5BM. Dan ini akan terus konstan dan berputar dengan kecepatan sudut

.

Dari gambar 2.8 sebelumnya diperlihatkan sistem koordinat, dimana garis horizontal positif disimbolkan dengan x dan garis vertikal keatas disimbolkan

dengan y. ax disimbolkan sebagai vektor satuan dari garis horizontal dan ay

sebagai vector satuan dari garis vertikal. Untuk mendapatkan persamaan umum dari resultan fluks magnetik

( Bnet ) maka dijumlahkan kerapatan fluks magnetik yang dihasilkan pada masing

- masing kumparan stator secara vektoris.

Resultan fluks magnet pada stator dinyatakan dengan persamaan:

(31)

Dengan menganggap konponen ril berada pada sumbu x dan komponen khayal

pada sumbu y, maka Persamaan diatas dapat dinyatakan dalam komponen axdan

y

Komponen komponen vektor x dan y dapat disatukan menjadi sebagai berikut.

(32)

y

Dari persamaan (2.5) diatas, jika dimasukkan nilai t= 0 maka dihasilkan fluks

medan magnet sebesar ,15BM90 dan jika t= 90 didapat fluks medan

magnet sebesar ,15BM0. Hasil perhitungan ini menyatakan bahwa fluks medan

magnet yang dihasilkan pada kumparan stator motor induksi tiga fasa berputar terhadap waktu ( t ).

2.6 FREKUENSI ROTOR

Ketika rotor masih dalam keadaan diam, dimana frekuensi arus pada rotor sama seperti frekuensi masukan ( sumber ). Tetapi ketika rotor akan berputar, maka frekuensi rotor akan bergantung kepada kecepatan relatif atau bergantung terhadap besarnya slip. Untuk besar slip tertentu, maka frekuensi rotor sebesar f2

yaitu :

120 ) (

2 p ns nr

f  

dengan mengalikan persamaan diatas dengan

s

(33)

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( f2=Sf1). Karena tegangan induksi dan

reaktansi kumparan rotor merupakan fungsi frekuensi, maka harganya turut pula dipengaruhi oleh slip.

E2s= 4,44 f2N2 m = 4,44 S f1N2 m

E2s= S E2 (Volt) .. ...( 2.13)

E2 : ggl pada saat rotor diam (nr= ns) E2s : ggl pada saat rotor berputar

X2s= 2 f2L2 = 2 S f1L2

X2s = S X2 (ohm) ... ....(2.14)

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

2.7 RANGKAIAN EKIVALEN MOTOR INDUKSI

(34)

Di mana : V1 = tegangan terminal stator (Volt)

1

E = ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah udara resultan (Volt)

1

I = arus stator (Ampere)

1

R = resistansi efektif stator (Ohm)

1

X = reaktansi bocor stator (Ohm)

Seperti halnya transformator, arus stator dapat dipecah menjadi dua

komponen, komponen beban dan komponen peneralan. Komponen beban I2

menghasilkan suatu fluks yang akan melawan fluks yang diakibatkan arus rotor.

Komponen peneralan I, merupakan arus stator tambahan yang diperlukan untuk

menghasilkan fluks celah udara resultan. Arus peneralan dapat dipecah menjadi

komponen rugi rugi inti Ic yang sefasa dengan E1 dan komponen magnetisasi

m

I yang tertinggal dari E1 sebesar 90 . Sehingga dapat dibuat rangkaian

ekivalen pada stator, seperti gambar 2.11 berikut ini :

Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen Stator

(35)

lilitan yang sama seperti stator. Untuk kecepatan dan fluks yang sama, hubungan antara tegangan Erotor yang diimbaskan pada rotor yang sebenarnya dan tegangan E2syang diimbaskan pada rotor ekivalen adalah

E2s= a Erotor (Volt) ...(2.16)

Bila rotor rotor akan diganti secara magnetis, lilitan-ampere masing-masing harus sama, dan hubungan antara arus rotor sebenarnya Irotor dan arus I2s

pada rotor ekivalen haruslah :

I2s= Irotora (Volt) ...(2.17)

Akibatnya hubungan antara impedansi bocor frekuensi slip Z2S dari rotor

ekivalen dan impedansi bocor frekuensi slip Zrotor dari rotor yang sebenarnya

haruslah sebagai berikut.

Karena rotor terhubung singkat, hubungan antara ggl frekuensi slip E2s

yang dibangkitkan pada phasa patokan dari rotor patokan dan arus I2spada phasa

tersebut adalah

Z2 = impedansi bocor rotor frekuensi slip tiap phasa berpatokan pada stator

(Ohm)

2

(36)

Reaktansi yang didapat pada persamaan (2.19) dinyatakan dalam cara demikian

karena sebanding dengan frekuensi rotor dan slip. Jadi X2 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 E2s dan ggl lawan stator E1. Bila bukan karena efek kecepatan,

tegangan rotor akan sama dengan tegangan stator, karena lilitan rotor identik dengan lilitan stator. Karena kecepatan relatif gelombang fluks terhadap rotor adalah S kali kecepatan terhadap stator, hubungan antara ggl efektif pada stator dan rotor adalah

E2s= S E1 (Volt) ...(2.20)

Gelombang fluks magnetik pada rotor dilawan oleh fluks magnetik yang dihasilkan komponen bebanI2dari arus stator, dan karenanya, untuk harga efektif I2s= I2 (Ampere)...(2.21)

Dengan membagi persamaan (2.20) dengan persamaan (2.21) didapatkan

s

Dengan membagi persamaan (2.22) dengan S, maka didapat :

(37)

Dari persamaan (2.19), (2.20) dan (2.23) maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen pada rotor sebagai berikut.

Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen Rotor dimana :

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

(38)

Untuk mempermudah perhitungan maka rangkaian ekivalen pada gambar 2.13 diatas dapat dilihat dari sisi stator, rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa akan dapat digambarkan sebagai berikut.

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen Motor Induksi dilihat dari sisi Stator Atau seperti gambar berikut.

Gambar 2.15 Bentuk lain rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator

Dimana:

2 '

X = a2X2

2 '

R = a2R2

(39)

peneralan yang sangat besar (30% sampai 40% dari arus beban penuh) dan karena reaktansi bocor juga perlu lebih tinggi. Untuk itu dalam rangkaian ekivalen

c

R dapat dihilangkan (diabaikan). Rangkaian ekivalen menjadi gambar berikut.

Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen motor induksi dengan mengabaikan tahanan Rc

2.8 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

cos I V 3

Pin 1 1 ( Watt )...(2.25)

Dimana :

V1 = tegangan sumber (Volt) I1 = arus masukan (Ampere)

(40)

Sebelum daya ditransfer melalui celah udara, motor induksi mengalami rugi-rugi berupa rugi-rugi tembaga stator (PSCL) dan rugi-rugi inti stator (PC). Daya yang ditransfer melalui celah udara (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.

conv

Diagram aliran daya motor induksi dapat dilihat pada Gambar 2.17 di bawah ini.

Gambar 2.17 Aliran Daya Motor Induksi Dimana :

-PSCL= rugi rugi tembaga pada kumparan stator (Watt)

- PC = rugi rugi inti pada stator (Watt)

- PAG= daya yang ditranfer melalui celah udara (Watt)

(41)

- 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 :

 

2 2 2 AG

RCL 3I R sP

P ' ' ( Watt )...(2.28)

 

2 2 2 AG

conv 3I 1ss R 1 s sP

P ' ( ) ' ( ) ( Watt )...(2.29)

Dari gambar 2.17 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: 1 s ...(2.30)

2.9 EFISIENSI

(42)

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 masukan ditambah rugi-rugi, yang dirumuskan dalam persamaan (2.31) :

Loss

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 - Mengukur langsung seluruh rugi-rugi dan daya masukan

- 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.

(43)

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.

2.10 DESAIN KELAS MOTOR INDUKSI

Motor asinkron yang sering kita temukan sehari-hari misalnya adalah : kipas angin, mesin pendingin, kereta api listrik gantung, dan lain sebagainya. Untuk itu perlu diketahui kelas-kelas dari motor tersebut untuk mengetahui unjuk kerja dari motor tersebut. Adapun kelas-kelas tersebut adalah sebagai berikut :

1. Kelas A : Torsi start normal, arus start normal dan slip kecil

Tipe ini umumnya memiliki tahanan rotor sangkar yang rendah. Slip pada beban penuh kecil atau rendah namun efisiensinya tinggi. Torsi maksimum biasanya sekitar 21% dari torsi beban penuh dan slipnya kurang dari 21%. Motor kelas ini berkisar hingga 20 Hp.

2. Kelas B : Torsi start normal, arus start kecil dan slip rendah

Torsi start kelas ini hampir sama dengan kelas A tetapi arus startnya berkisar 75%Ifl . Slip dan efisiensi pada beban penuh juga baik. Kelas ini umumnya berkisar antara 7,5 Hp sampai dengan 200 Hp. Penggunaan motor ini antara lain : kipas angin, boiler, pompa dan lainnya.

(44)

Kelas ini memiliki resistansi rotor sangkar yang ganda yang lebih besar dibandingkan dengan kelas B. Oleh sebab itu dihasilkan torsi start yang lebih tinggi pada arus start yang rendah, namun bekerja pada efisisensi dan slip yang rendah dibandingkan kelas A dan B.

4. Kelas D : Tosi start tinggi, slip tinggi

(45)

BAB III

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA

ROTOR BELITAN DENGAN INJEKSI TEGANGAN PADA ROTOR

3.1 UMUM

Motor induksi pada umumnya berputar dengan kecepatan konstan, mendekati kecepatan sinkronnya. Meskipun demikian pada penggunaan tertentu dikehendaki adanya pengaturan kecepatan. Dibandingkan dengan motor dc, pengaturan kecepatan motor induksi membutuhkan skema yang lebih rumit dan kompleks. Sebelum adanya peralatan elektronika daya pengaturan motor induksi sangat terbatas, tidak efisien dan memiliki rentang pengaturan yang sempit.

Dengan kemajuan elektronika daya pengaturan motor induksi telah berkembang pesat, motor induksi sudah diinginkan pada aplikasi yang membutuhkan pengaturan dengan presisi tinggi. Beberapa robot, aktuator telah dilengkapi dengan motor induksi yang beroperasi pada teknik pengaturan yang presisi.

3.2 PRINSIP DASAR PENGATURAN MOTOR INDUKSI

(46)

Td = (3.1)

Dimana Td dan Pd masing masing adalah Torsi dan Daya yang dihasilkan motor induksi.

Dengan menganalisa persamaan ini, satu hal dapat disimpulkan bahwa kecepatan (atau slip s) dapat diatur jika salah satu atau lebih parameter dibawah ini divariasikan :

1. Resistansi rotor. 2. Induktansi rotor.

3. Besar tegangan terminal. 4. Frekuensi terminal.

Seperti telah diketahui bahwa teknik pengaturan motor induksi dengan variabel diatas adalah kurang efisien. Tetapi jika dikombinasikan maka akan menjadi lebih efektif.

Walaupun tidak dinyatakan secara langsung melalui rumus 3.1 diatas, ada beberapa teknik yang lebih efektif dalam pengaturan kecepatan motor induksi yaitu :

5. Injeksi tegangan pada rotor.

(47)

3.3 MENGATUR TAHANAN ROTOR

Salah satu ciri yang penting dari motor induksi rotor belitan, belitan rotor didesain mempunyai tahanan rendah sehingga effisiensi kerja tinggi dan slip pada saat beban penuh rendah.

Perbaikan perilaku start motor induksi rotor belitan diperoleh dengan cara menghubungkan tahanan luar secara seri dengan belitan rotor.

(48)

Penambahan tahanan luar Rn, tidak mempengaruhi harga torsi maksimum tetapi tahanan luar berbanding lurus dengan harga slip. Pengaturan kecepatan dengan mengatur tahanan luar memiliki beberapa kerugian yaitu:

 Kecepatan hanya dapat dilakukan untuk harga di bawah kecepatan

sinkronnya.

 Mereduksi efisiensi pada putaran rendah karena besarnya rugi-rugi yang

dihasilkan oleh tahanan tersebut.

3.4 MENGATUR INDUKTANSI ROTOR

Penambahan induktansi ke rangkaian motor adalah pilihan yang kurang baik karena alasan sebagai berikut :

1. Ukuran fisik induktansi yang diperlukan agar dapat berfungsi sebagai pengatur kecepatan akan lebih besar dari motor itu sendiri.

2. Tidak seperti Tahanan variabel, induktansi variabel membutuhkan rancangan yang rumit dan mahal.

3. Penambahan induktansi akan mengurangi torsi start.

4. Penambahan induktansi memerlukan daya reaktif yang akan mengurangi faktor daya motor induksi.

3.5 MENGATUR TEGANGAN TERMINAL

(49)

berbanding lurus dengan kuadrat tegangan terminal. Untuk slip dan frekuensi yang sama, perubahan kecil pada tegangan terminal akan menyebabkan perubahan yang relatif besar pada torsinya. Seperti terlihat pada gambar karakteristik torsi kecepatan berikut ini :

Gambar 3.3 Karakteristik Torsi Kecepatan motor induksi dengan mengatur tegangan terminal

(50)

3.6 MENGATUR FREKUENSI TERMINAL

Dalam keadaan normal, motor induksi beroperasi pada daerah dengan slip yang kecil, dimana kecepatan motor selalu mendekati kecepatan sinkron dari medan putar ns.

ns= 120

dimana f adalah frekuensi tegangan stator dan p adalah jumlah kutub. Karena kecepatan sinkron adalah berbanding lurus dengan frekuensi tegangan stator, maka perubahan frekuensi akan menyebabkan perubahan kecepatan motor. Penurunan frekuensi akan menyebabkan reaktansi menurun dan arus yang besar sehingga teknik ini jarang digunakan.

Jika frekuensi dinaikkan diatas nilai normalnya, maka flux dan torsinya akan bekurang. Jika kecepatan sinkron pada frekuensi normal adalah b, maka kecepatan sinkron pada frekuensi yang lain adalah :

s= b

s =

dan persamaan torsinya adalah

(51)

Karakteristik torsi kecepatan untuk nilai yang bervariasi ditunjukkan oleh gambar 3.4 berikut.

Gambar 3.4 Karakteristik Torsi Kecepatan motor induksi dengan mengatur frekuensi tegangan sumber.

3.7 TEKNIK PENGEMBALIAN ENERGI SLIP KE SUMBER (SLIP ENERGY RECOVERY)

(52)

Pemulihan energi slip dikenal juga sebagai Rangkaian Statis Scherbius seperti ditunjukkan pada gambar 3.3. Rangkaian rotor dihubungkan dengan rangkaian stator melalui dua konverter : konverter ac/dc tiga fasa dan konverter dc/ac tiga fasa. Keluaran dari konverter dc/ac dihubungkan kesumber yang sama dengan sumber stator. Sistem pemulihan energi slip ini membagi dua daya slip yaitu rugi-rugi pada tahanan rotor dan daya yang dikembalikan ke sumber.

Gambar 3.5 Rangkain sistim Pengembalian energi slip

Pengaturan kecepatan pada sistem ini dapat dilakukan dengan mengatur sudut penyalaan ( ) SCR pada konverter dc/ac. Formulasi pengaturannya ditunjukkan oleh persamaan berikut.

n = ns (3.3)

(53)

3.8 PENGATURAN TEGANGAN DAN FREKUENSI

Pengaturan ini merupakan kombinasi dari pengaturan tegangan dan pengaturan frekuensi sumber. Dengan kombinasi seperti ini maka dapat diperoleh penambahan kecepatan pada torsi yang tetap. Sistem ini biasa disebut dengan kontrolv/f.Pada teknik pengaturan ini tegangan dan frekuensi dapat diubah secara simultan dengan menggunakan teknik modulasi lebar pulsa (PWM). Ada beberapa variasi dimana rasio v/f juga diatur untuk memperoleh performansi tertentu. Tapi yang paling banyak digunakan adalah rasio v/f yang tetap.

Gambar 3.6 Karakteristik torsi kecepatan dengan pengaturan tegangan dan frekuensi

(54)

Gambar 3.7 Karakteristik torsi kecepatan dengan pengaturan tegangan dan frekuensi (Rasio v/f tetap)

3.7 PENGATURAN KECEPATAN DENGAN INJEKSI TEGANGAN PADA ROTOR

Jika motor memiliki tipe slip ring, maka kita dapat mengakses rangkaian rotor, dimana kita dapat menambahkan tahanan luar atau sumber tegangan luar. Dalam pengaturan motor induksi penggunaan tegangan luar lebih effektif dibanding dengan tahana luar.

(55)

(a)

(b)

(c)

(56)

Frekuensi dari E2 adalah sama dengan frekuensi tegangan sumber Vs. sedangkan frekuensi frtergantung pada kecepatan motor n dan frekuensi stator fs.

fr= sfs= =

fr= fs

-Seperti ditunjukkan pada gambar 3.1(a) kita dapat memodifikasi rangkaian ekivalen pada rotor menjadi seperti gambar 3.1(b) dengan membagi tegangan dan impedansi dengan slip s. Bentuk baru motor induksi ini menjaga agar arus rotor tidak berubah-ubah. Rangkaian ini mennjadi lebih sesuai sebagai representasi dari motor induksi.

Rangkaian ekivalen pada gambar 3.1(b) adalah modifikasi dari gambar 3.1(c). Semua variabel dan parameter adalah dilihat dari sisi stator menggunakan rasio perbandingan belitan N1/N2. diasumsikan bahwa motor terhubung Y, Vsdan Viadalah tegangan fasa ke netral. Arus rotorI 2adalah :

I 2= (3.4)

Karena persamaan torsi Tdyang dihasilkan adalah

Td=

(57)

Dimana radalah sudut antara VidanI 2.

Daya Pg terbagi kedalam tiga komponen yang pertama diubah ke daya mekanik yang menggerakkan beban, yang kedua adalah rugi-rugi pada tahanan rotor, yang ketiga adalah daya yang dikirimkan melalui slipring. Penjumlahan dua komponen yang terakhir dikenal sebagai daya slip atau sPg.

sPg= 3 (I 2)2 R 2+ 3 V iI 2cos ( r) (3.6)

dengan subtitusi Pg pada persamaan 3.3 diperoleh :

Td= [ (I 2)2R 2+ ViI icos ( r)] (3.7)

Persamaan 3.4 dan 3.5 adalah dasar dari pengaturan kecepatan motor induksi dengan menggunakan injeksi tegangan pada rotor. Dalam keadaan normal dan torsi beban yang telah diketahui dapat dicari besar tegangan yang akan diinjeksikan pada rotor untuk memperoleh kecepatan tertentu. Jika tegangan yang diinjeksikan sefasa dengan sumber tegangan motor induksi maka persamaan menjadi :

I 2= (3.8)

Dan jika persamaan 3.6 diatas di subtitusi dengan persamaan 3.5 maka akan diperoleh persamaan karakteristik torsi-kecepatan yaitu:

(58)

Untuk nilai tegangan yang diinjeksikan dimanaVi1 < Vi2< Vi3, maka karakteristik

torsi kecepatannya adalah sebagai berikut :

Gambar 3.9 Karakteristik torsi kecepatan dengan injeksi tegangan pada rotor

(59)

BAB IV

ANALISA PENGATURAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR BELITAN DENGAN INJEKSI TEGANGAN PADA ROTOR

4.1 Umum

Salah satu kelebihan motor induksi jenis rotor belitan dibanding rotor sangkar adalah kemudahan dalam mengakses belitan rotor. Belitan rotor dapat dihubungkan dengan komponen seperti tahanan atau sumber tegangan luar. Dengan penambahan ini maka kecepatan dan torsi motor dapat diatur.

Pada percobaan ini akan dilakukan pengaturan kecepatan motor induksi dalam keadaan tidak berbeban dengan cara menghubungkan belitan rotor dengan suatu sumber tegangan luar yang memiliki frekwensi yang sama. Pengaturan kecepatan motor dapat dilakukan dengan mengubah besar tegangan yang diinjeksikan ke rotor. Melalui percobaan ini akan dapat dilihat pengaruh besar tegangan yang diinjeksikan terhadap kecepatan dan torsi motor induksi tiga fasa.

4.2. Peralatan Yang Digunakan

Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini adalah: 1. Motor induksi tiga fasa

tipe : rotor belitan

(60)

- isolasi B

- a = N1/N2= 3.09 2. Amper meter

3. Volt Meter 4. Watt Meter 3

5. Sumber tegangan AC dan DC 6. Tachometer

4.3 Percobaan Untuk Mendapatkan Parameter Parameter Motor Induksi Tiga Fasa

Untuk dapat menentukan parameter motor induksi tiga fasa jenis rotor belitan, maka dapat dilakukan dengan percobaan berikut ini:

4.3.1 Percobaan Tahanan DC

A. Percobaan Tahanan DC Pada Belitan Stator 1. Rangkaian Percobaan

(61)

2. Prosedur Percobaan

1. Hubungan belitan stator dibuat hubungan Y. yang akan diukur adalah dua dari ketiga belitan stator.

2. Rangkaian belitan stator dihubungkan dengan suplai tegangan DC 3. Tegangan DC suplai dinaikkan sampai pada nilai tertentu.

4. Ketika tegangan menunjukkan pada besaran 15,4 Volt, penunjukan alat ukur voltmeter dan amperemeter dicatat

5. jika telah selesai Rangkaian dilepas.

3. Data Hasil Percobaan

Tabel 4.1 Data hasil percobaan tahanan dc pada stator

Phasa V (volt) I (Ampere)

U V 15,4 5,01

4. Analisa Data Pengujian

Rdc= I

V ( )

Rdc=

Karena belitan ini bekerja pada tegangan bolak balik maka tahanan ini harus dikalikan dengan faktor koreksik1,3.

Rac= k Rdc

(62)

B. Percobaan Tahanan DC pada Belitan Rotor 1. Rangnkaian Percobaan

Gambar 4.2Rangkaian percobaan tahanan DC pada belitan Rotor

2. Prosedur Percobaan

1. Hubungan belitan rotor dibuat hubungan Y, yang akan diukur adalah dua dari ketiga belitan rotor.

2. Rangkaian belitan rotor dihubungkan dengan suplai tegangan DC

3. Naikkan Tegangan DC suplai secara perlahan, sampai pada nilai tertentu. 4. Ketika tegangan menunjukkan pada besaran 3,5 Volt, penunjukan alat ukur

voltmeter dan amperemeter dicatat 5. Jika telah selesai Rangkaian dilepas.

3. Data Hasil Percobaan

Tabel 4.2 Data hasil percobaan tahanan dc pada rotor

(63)

4. Analisa Data Pengujian

Rdc = I

V ( )

Rdc = = 0,9

Rac= k Rdc

Rac= 1,3 x 0,9 = 1,17

4.3.2 Percobaan Rotor Tertahan ( Block Rotor ) 1. Rangkaian Percobaan

Dari data yang didapat pada pengukuran motor dalam keadaan rotor tertahan atau hubung singkat maka dihitung X1 dan X2'. Rangkaian pengukuran ketika terhubung singkat ditunjukkan pada Gambar 4.3 di bawah ini

Gambar 4.3 Gambar rangkaian percobaan rotor tertahan

2. Prosedur Percobaan

(64)

2. Semua switch dalam keadaan terbuka, pengatur tegangan dalam kondisi minimum.

3. Switch S1 ditutup, PTAC1 dinaikkan sehingga motor induksi mulai berputar perlahan.

4. Switch S3 kemudian ditutup, PTDC2 dinaikkan sampai penunjukan amperemeter A3mencapai harga arus penguat nominal mesin arus searah 5. Switch S2 ditutup dan PTDC1dinaikkan sehingga mesin arus searah memblok

putaran motor induksi dan putaran berhenti. Kemudian penunjukan alat ukur A1, W dan T dicatat

6. Pengukuran diulang beberapa kali untuk mendapatkan nilai yang paling baik.

3. Data Hasil Percobaan Rotor Tertahan

Tabel 4.3 Data hasil percobaan rotor tertahan

BR

V ( Volt ) IBR ( Ampere ) PBR ( Watt )

108 6,2 575

4. Analisa Data Pengujian

ZBR=

ZBR= = 10.057

RBR=

(65)

XBR= 8,967

Untuk Rotor belitan, sesusi dengan standar NEMA maka X1= X2= 0,5 XBR X1= 0,5 x 8,967 = 4,484 X2= 4,484

4.4 Analisa Pengaturan Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan dengan Injeksi Tegangan pada Rotor

1. Rangkaian Percobaan

Gambar 4.4Rangkaian percobaan pengaturan motor induksi dengan injeksi tegangan pada rotor.

2. Prosedur Percobaan

Prosedur yang dilakukan untun mengatur kecepatan motor induksi dengan metode injeksi tegangan adalah sebagai berikut.

1. Motor induksi dirangkai deperti pada gambar 4.5

(66)

4. Pada setiap tahapan dicatat pembacaan kecepatan motor, Amperemeter, Voltmeter, Wattmeter dan Torsimeter.

5. Setelah dicatat rangkaian dilepas

3. Data Hasil Percobaan

Motor tidak berbeban

Tabel 4.4 Data hasil percobaan pengaturan kecepatan motor tidak berbeban

V1= 360 Volt

Vi(volt) IRotor ( Ampere ) IStator ( Ampere ) n ( rpm ) Torsi (N.m)

0 0,60 2,01 1310 0,69

1 0,66 2,03 1310 0,71

2 0,91 2,05 1300 0,73

3 1,66 2,08 1295 0,76

4 1,67 2,11 1290 0,79

5 1,60 2,15 1280 0,81

6 1,78 2,19 1275 0,83

7 2,30 2,24 1270 0,87

8 2,62 2,28 1260 0,90

9 2,99 2,32 1250 0,94

10 3,30 2,35 1245 0,97

11 3,60 2,39 1240 1,01

12 3,60 2,44 1240 1,05

(67)

Motor dengan beban 2 N.m

Tabel 4.5 Data hasil percobaan pengaturan kecepatan motor berbeban 2 N.m. V1= 360 Volt

10 4,11 2,68 1195 2,43

11 4,47 2,73 1185 2,48

12 4,70 2,77 1175 2,50

13 4,95 2,83 1160 2,52

14 5,22 2,89 1150 2,57

15 5,66 2,92 1135 2,62

Motor dengan beban 4 N.m

Tabel 4.6 Data hasil percobaan pengaturan kecepatan motor berbeban 4 N.m V1= 360 Volt

Vi(volt) IRotor ( Ampere ) IStator ( Ampere ) n ( rpm ) Torsi (N.m)

(68)

3 4,45 2,69 1230 4,12

4 4,68 2,73 1220 4,17

5 4,81 2,78 1205 4,24

6 5,19 2,82 1195 4,29

7 5,47 2,87 1190 4,31

8 5,70 2,91 1180 4,36

9 5,95 2,94 1170 4,39

10 6,24 2,98 1165 4,43

11 6,40 3,02 1155 4,48

12 6,65 3,07 1140 4,51

13 6,81 3,13 1130 4,56

14 6,98 3,19 1125 4,60

15 7,13 3,25 1110 4,66

4. Analisa Data

Pengaruh injeksi tegangan pada kecepatan motor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.6.

Dengan menggunakan data pengujian yang telah diperoleh maka nilai slip s untuk masing-masing injeksi tegangan dapat dicari.

Motor induksi tidak berbeban.

Vi= 0 volt

(69)

0,324 (0,60) =

0,0378 =

- 43115,636 +

- 43115,636 s2+1,685 s + 4,695 = 0

s1,2=

=

s1= - 0,010 s2= 0,010

Slip yang memungkinkan adalah yang bernilai positif yaitu s = 0,010

ns= = = 1500

nr= ns- sns

nr= 1500 0,010 (1500) nr= 1485 rpm

Vi= 1 volt

aI2=

0,324 (0,66) =

0,0457 =

(70)

s1,2=

=

s1= -0,009 s2= 0,018

Slip yang memungkinkan adalah yang bernilai positif yaitu s = 0.018 nr= 1500 0,018 (1500)

nr= 1473 rpm

Dengan mengunakan langkah dan perhitungan yang sama, maka dapat diperoleh slip untuk setiap tahap injeksi tegangan sebagai berikut.

Tabel 4.7 Hasil perhitungan slip dan kecepatan motor tidak berbeban

(71)

Motor berbeban 2 N.m. Vi= 0 volt

aI2=

0,324 (1,6) =

0,269 =

- 42599,635 + = 0

- 42599,635 s2+ 11,992 s + 33,412 = 0

s1,2=

=

s1= - 0,028 s2= 0,028

nr= 1500 0,028 (1500) nr= 1458 rpm

Slip yang memungkinkan adalah yang bernilai positif yaitu s = 0.028 Vi= 1 volt

aI2=

0,324 (1,72) =

(72)

- 42505,898 s2 + 429,554 s + 37,629 = 0

s1,2=

=

s1= - 0,025 s2= 0,035

Slip yang memungkinkan adalah yang bernilai positif yaitu s = 0.035 nr= 1500 0,035 (1500)

nr= 1448 rpm

Dengan mengunakan langkah dan perhitungan yang sama, maka dapat diperoleh slip untuk setiap injeksi tegangan sebagai berikut.

Tabel 4.8 Hasil perhitungan slip dan kecepatan motor berbeban 2 N.m

(73)

15 0,205 1193

Motor berbeban 4 N.m Vi= 0 volt

aI2=

0,324 (3,80) =

1,516 =

- 39816,531 + = 0

- 39816,531 s2+ 67,583 s + 188,302 = 0

s1,2=

s1= - 0,068 s2= 0.069

Slip yang memungkinkan adalah yang bernilai positif yaitu s = 0.069 nr= 1500 0,069 (1500)

nr= 1397 rpm

Vi= 1 volt

aI2=

(74)

1,613 =

- 39600,042 + = 0

- 39600,042 s2+ 487,598 s + 199,351 = 0

S1,2 =

=

S1 = - 0,071 S2 = 0,077

Slip yang memungkinkan adalah yang bernilai positif yaitu s = 0.077 Nr = 1500 0,077 (1500)

Nr = 1385 rpm

Dengan mengunakan langkah dan perhitungan yang sama, maka dapat diperoleh slip untuk setiap injeksi tegangan sebagai berikut.

Tabel 4.9 Hasil perhitungan slip dan kecepatan motor berbeban 4 N.m

Vi ( volt) s nr(rpm)

0 0,069 1397

1 0,077 1385

2 0,088 1368

3 0,099 1352

4 0,110 1335

5 0,119 1322

6 0,135 1298

7 0,148 1278

(75)

11 0,202 1197

12 0,220 1170

13 0,232 1152

14 0,246 1131

15 0,261 1109

Dari tabel hasil pengujian dan perhitungan diatas dapat dilihat bahwa penambahan besar tegangan injeksi pada rotor akan cenderung untuk mengurangi kecepatan motor, tetapi sebaliknya torsi akan cenderung bertambah besar. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada grafik berikut ini.

(76)

Gambar 4.6 Grafik pengaruh injeksi tegangan terhadap kecepatan motor dalam keadaan berbeban 2 N.m.

(77)

Gambar 4.8 Grafik pengaruh injeksi tegangan terhadap kecepatan motor dalam keadaan tidak berbeban, beban 2 N.m dan beban 4 N.m.

Dari grafik 4.6 diatas dapat dilihat bahwa semakin besar tegangan yang diinjeksikan pada rotor akan mengakibatkan penurunan kecepatan motor induksi.

(78)

Gambar 4.10Grafik Pengaruh Injeksi tegangan terhadap Arus stator

(79)

Gambar 4.12Grafik hubungan torsi dan kecepatan

(80)

BAB V

PENUTUP

V.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis dan uraian pada bab-bab sebelumnya, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Injeksi tegangan pada rotor motor induksi tiga fasa rotor belitan dapat mengubah kecepatan dan torsi motor.

2. Semakin besar tegangan yang diinjeksikan pada rotor maka kecepatan motor akan cenderung berkurang, sebaliknya torsi motor bertambah besar. 3. Arus rotor akan semakin besar seiring dengan bertambahnya tegangan

(81)

DAFTAR PUSTAKA

1. Chapman S J,Electric Machinery Fundamental, Mc Graw Hill Book company, 1985.

2. Fitgerald A.E. & Charles Kingslay Jr, Electric Machinery, Second Edition, Mc Graw Hill Book Company, 1961.

3. Mehta V.K. & Mehta Rohit, Principles of Electrical Machines, S.Chand &Company Ltd, New Delhi, 2002.

4. Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1993.

5. Mohamed A. El-Sharkawi, Fundamentals of Electric Drives, Brooks/Cole Publishing Company, California, 2000.

6. Wijaya Mochtar, Dasar-dasar Mesin Listrik , Penerbit Djambatan, Jakarta , 2001.

7. Bimbra,P.S, Generalized Circuit Theory of Electrical Machines , Khanna Publisher, India, 1975.

Figur

Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen Stator

Gambar 2.11

Rangkaian ekivalen Stator p.34
Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen Rotor

Gambar 2.12

Rangkaian ekivalen Rotor p.37
Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen Motor Induksi dilihat dari sisi Stator

Gambar 2.14

Rangkaian ekivalen Motor Induksi dilihat dari sisi Stator p.38
Gambar  2.16 Rangkaian ekivalen motor induksi dengan mengabaikan tahananRc

Gambar 2.16

Rangkaian ekivalen motor induksi dengan mengabaikan tahananRc p.39
Gambar 2.17 Aliran Daya Motor Induksi

Gambar 2.17

Aliran Daya Motor Induksi p.40
Gambar 3.2 Karakteristik Torsi Kecepatan motor induksi denganmengatur tahanan rotor

Gambar 3.2

Karakteristik Torsi Kecepatan motor induksi denganmengatur tahanan rotor p.47
Gambar 3.1 Motor Induksi Rotor Belitan dengan tahanan luar

Gambar 3.1

Motor Induksi Rotor Belitan dengan tahanan luar p.47
Gambar 3.3 Karakteristik Torsi Kecepatan motor induksi dengan

Gambar 3.3

Karakteristik Torsi Kecepatan motor induksi dengan p.49
gambar 3.4 berikut.

gambar 3.4

berikut. p.51
Gambar 3.5 Rangkain sistim Pengembalian energi slip

Gambar 3.5

Rangkain sistim Pengembalian energi slip p.52
Gambar 3.6 Karakteristik torsi kecepatan dengan pengaturan tegangan danfrekuensi

Gambar 3.6

Karakteristik torsi kecepatan dengan pengaturan tegangan danfrekuensi p.53
Gambar 3.7 Karakteristik torsi kecepatan dengan pengaturan tegangan danfrekuensi (Rasio v/f tetap)

Gambar 3.7

Karakteristik torsi kecepatan dengan pengaturan tegangan danfrekuensi (Rasio v/f tetap) p.54
Gambar 3.8 Rangkaian ekivalen motor induksi dimana slipring dihubungkan

Gambar 3.8

Rangkaian ekivalen motor induksi dimana slipring dihubungkan p.55
Gambar 3.9 Karakteristik torsi kecepatan dengan injeksi tegangan pada rotor

Gambar 3.9

Karakteristik torsi kecepatan dengan injeksi tegangan pada rotor p.58
Gambar 4.1 Rangkaian percobaan tahanan dc pada belitan stator

Gambar 4.1

Rangkaian percobaan tahanan dc pada belitan stator p.60
Gambar  4.3 Gambar rangkaian percobaan rotor tertahan

Gambar 4.3

Gambar rangkaian percobaan rotor tertahan p.63
Tabel 4.3 Data hasil percobaan rotor tertahan

Tabel 4.3

Data hasil percobaan rotor tertahan p.64
Gambar 4.4 Rangkaian percobaan pengaturan motor induksi dengan injeksitegangan pada rotor.

Gambar 4.4

Rangkaian percobaan pengaturan motor induksi dengan injeksitegangan pada rotor. p.65
Tabel 4.6 Data hasil percobaan pengaturan kecepatan motor berbeban 4 N.m

Tabel 4.6

Data hasil percobaan pengaturan kecepatan motor berbeban 4 N.m p.67
Tabel 4.7 Hasil perhitungan slip dan kecepatan motor tidak berbeban

Tabel 4.7

Hasil perhitungan slip dan kecepatan motor tidak berbeban p.70
Tabel 4.8 Hasil perhitungan slip dan kecepatan motor berbeban 2 N.m

Tabel 4.8

Hasil perhitungan slip dan kecepatan motor berbeban 2 N.m p.72
Tabel 4.9 Hasil perhitungan slip dan kecepatan motor berbeban 4 N.m

Tabel 4.9

Hasil perhitungan slip dan kecepatan motor berbeban 4 N.m p.74
Gambar 4.5 Grafik pengaruh injeksi tegangan terhadap kecepatan motor dalamkeadaan tidak berbeban

Gambar 4.5

Grafik pengaruh injeksi tegangan terhadap kecepatan motor dalamkeadaan tidak berbeban p.75
Gambar 4.7 Grafik pengaruh injeksi tegangan terhadap kecepatan motor dalamkeadaan berbeban 4 N.m.

Gambar 4.7

Grafik pengaruh injeksi tegangan terhadap kecepatan motor dalamkeadaan berbeban 4 N.m. p.76
Gambar 4.6 Grafik pengaruh injeksi tegangan terhadap kecepatan motor dalamkeadaan berbeban 2 N.m.

Gambar 4.6

Grafik pengaruh injeksi tegangan terhadap kecepatan motor dalamkeadaan berbeban 2 N.m. p.76
Gambar 4.8 Grafik pengaruh injeksi tegangan terhadap kecepatan motor dalamkeadaan tidak berbeban, beban 2 N.m dan beban 4 N.m.

Gambar 4.8

Grafik pengaruh injeksi tegangan terhadap kecepatan motor dalamkeadaan tidak berbeban, beban 2 N.m dan beban 4 N.m. p.77
Gambar 4.9 Grafik pengaruh Injeksi tegangan terhadap Arus rotor.

Gambar 4.9

Grafik pengaruh Injeksi tegangan terhadap Arus rotor. p.77
Gambar 4.10 Grafik Pengaruh Injeksi tegangan terhadap Arus stator

Gambar 4.10

Grafik Pengaruh Injeksi tegangan terhadap Arus stator p.78
Gambar 4.11 Grafik pengaruh Injeksi tegangan terhadap torsi motor.

Gambar 4.11

Grafik pengaruh Injeksi tegangan terhadap torsi motor. p.78
Gambar 4.12 Grafik hubungan torsi dan kecepatan

Gambar 4.12

Grafik hubungan torsi dan kecepatan p.79

Referensi

Memperbarui...