Elektronika Daya Dalam Motor Listrik AC

BAB 10

BAB.10 ELDA DALAM MOTOR LISTRIK AC

10.1 PENDAHULUAN

Motor AC memiliki keuntungan :

 Ringan (20%-40%) dibandingkan dengan motor DC

 Murah

 Perawatan/Maintenance rendah

Pengaturan kecepatan motor AC dapat dilakukan dengan :

1. Kontrol frekuensi 2. Control tegangan 3. Control arus

Converter daya, inverter dan control tegangan AC dapat mengontrol :

 Frekuensi  Tegangan

 Arus

Ada 2 (dua) tipe penggerak AC yaitu :

1. Motor penggerak induksi 2. Motor penggerak Sinkron

10.2 PENGGERAK MOTOR INDUKSI

Motor adalah tiga fasa secara umum dipakai pada pengaturan kecepatan dan memiliki belitan tiga fasa pada rotot dan startor. Gambar 10.1 adalah rangkaian ekuivalen motor AC.

Kecepatan medan sinkron,

ω

_s

=

2

ω

P

(10.1)

Vs=

√

2Vssinωt (10.2)

Fluks lingkage,

∅

(

t

)=

_∅

_m

cos

⁡

(

ω

_m

t

+

δ

−

ω

_s

t

)

(10.3)

Tegangan induksi per fasa pada belitan rotor,

e

_r

=

n

_r

d

∅

dt

=

N

r

d

dt

(

∅

m

cos

[

ω

m

t

+

δ

−

ω

s

t

])

¿

N

_r

∅

m

(

ω

s

−

ω

m

)

sin

[

(

ω

s

−

ω

m

)

t

−

δ

]

(10.4)

¿−s E_msin

(

s ω_st−δ

)

¿

−

s

_√

2

E

r

sin

(

s ω

t

−

δ

)

dimana,

Nr = Jumlah belitan rotor/fasa

⍵t = Kecepatan sudut rotor

δ = Posisi relative rotor

Er = Tegangan rms induksi rotor

Bila ada slip,

S

=

J

ω

s

−

ω

m

ω

s

+

Bω

+

T

_L (10.5)

10.2.1 Karateristik Performance

Rugi chopper stator,

P

su

=

3.

I

s

2

. R

s (10.6)

Rugi chopper motor,

Impedansi input dari motor,

Faktor daya motor,

∅

m

=

π

−

tan

Subtitusi persamaan (10.17) ke persamaan (10.11) dan (10.12) diperoleh,

T_d= 3Rf

Saat star

ω

_m

=

0

dan S

=

1,

Torsi star ad alah

T_s= 3Rf

2

Vs2

ω2

[

(

Rs+Rs/s

)

2

+

(

Xs+Xr

)

2

]

1/2

d T

_d

d

s

=

0,

maka slip pada torsi maksimumadalah

S

m

=

±

R

_r

[

R

_s2

+(

X

_s

+

X

_r

)

2

]

1/2 (10.20)

Jika S = Sm maka,

T

_mm

=

3

V

s

2

2

ω

s

[

R

s

+

√

R

s s

+

(

X

s

+

X

r

)

2

]

(10.21)

Jika S = -Sm maka torsi regenerating,

T

_mr

=

3

V

s

2

2

ω

_s

[

−

R

_s

+

√

R

2_s

+

(

X

_s

+

X

_r

)

2

]

(10.22)

Bila Rs Kecil diandingkan impedansi rangkaian, maka

T

_d

=

3

R

r

V

s

Dari persamaan (10.23),(10.24) dan dilanjutkan dengan persamaan (10.26) diperoleh,

Maka kecepatan sebagai fungsi torka adalah,

ω

_m

=

ω

_s

(

1

−

s

m

2

T

_mm

T

d

)

Kecepatan dan torsi dari motor induksi dapat dirubah oleh salah satu metode berikut :

1. Pengaturan tegangan stator 2. Pengaturan tegangan rotor 3. Pengaturan frekuensi

4. Pengaturan frekuensi dan tegangan stator 5. Pengaturan arus stator

10.2.2 Pengaturan Tegangan Stator

Persamaan (10.18) mengintimidasikan bahwa torsi proporsional dengan kuadrat tegangan stator dan penurunan kecepatan. Bila tegangan terminal adalah penurunan bVs maka persamaan (10.18) dikembangkan menjadi,

T

_d

=

3

R

2

(

bV

s

)

2

sω

2

[

(

R

s

+

R

r

/

s

2

)

+

(

X

s

+

X

r

)

2

]

dimana b ≤ I

V_a=bV_s=K_mωθ

∅

=

V

a

K

m

ω

∅

(10.31)

10.2.3 Pengaturan Tegangan Rotor

Pada belitan rotor, tahana 3 fasa eksternal dihubungkan untuk slip ring seperti ditunjukkan gambar 10.5 tahanan 3 fasa bias diganti dengan penyearah diode 3 fasa dan sebuah chopper seperti ditunjukkan gambar 10.6(a), dimana GTO dipoerasikan sebagai sebuah saklar chopper. Nduktor Ld, arus sumber sebenarnya Id

dan pengaturan tahanan efektif chopper dirumuskan sebagai,

R

_c

=

R

(

1

−

k

)

(10.32)

Dimana k adalah selama siklus chopper. Kecepatan dapat diatur dengan pengaturan k.

10.2.4 Pengaturan Frekuensi

Kecepatan dan torsi motor induksi dapat dikontrol dengan merubah frekuensi sumber. Jika tegangan sumber dijaga tetap pada nilai ratingnya maka frekuensi dapat direduksi dibawa nilai ratingnya, maka fluks akan meningkat, hal ini dikenal celah fluks saturasi dan parameter motor lainnya seharusnya tidak dipertimbangkan untuk menghitung karateristik kecepatan-torsi, pada frekuensi rendah, reaktansi akan meningkat dan arus motor menjadi tinggi. Tipe pengaturan frekuensi seperti ini tidak digunakan

Jika frekuensi meningkat diatas ratingnya, fluks dan torsi seharusnya

menurun. Jika kecepatan sinkron berada pada frekuensi rating disebut control dasar. Kecepatan sinkron dan frekuensi menjadi,

ω

_s

=

βω

_b

s

=

βω

b−ωm

βω

_b

(10.33)

Dan torsi menjadi,

Td=

Karateristik kecepatan-torsi ditunjukkan seperti pada gambar 10.7 untuk variasi nilai β, torsi maksimum pada kecepatan dasar,

T

mb

=

3

V

a2

2

ω

_b

(

X

_s

+

X

_r

)

(10.35)

Torsi maksimum pada frekuensi lain,

s

_m

=

R

r

β

(

X

s

+

X

r

)

(10.37)

T

_m

T

mb

=

1

β

2

(10.38)

Tmβ

2

=Tmb

(10.39)

Dari persamaan (10.38 dan 10.39) disimpulkan torsi maksimum proporsional dengan kuadrat frekuensi

10.2.5 Pengaturan Tegangan dan Frekuensi

Jika tegangan frekuensi dijaga konstan, maka fluks juga menjadi konstan. Torsi maksimum independen terhadap frekuensi, sehingga dapat dijaga konstan. Pada frekuensi rendah fluks celah udara mereduksi impedansi stator dan tegangan meningkat untuk menjaga level torsi, hal ini dikenal sebagai control Volt/Hertz. Jika

ωs=β ωβ dan rasio tegangan frekuensi tetap,

maka-V

_a

Dan slip untuk torsi maksimum,

s

_m

=

R

r

[

(

R

_s2

+

β

2

)

(

X

_s

+

X

_r

)

]

1/2

(10.42)

Karateristik kecepatan-torsi ditunjukkan pada gambar 10.8, dengan mengatur tegangan dan frekuensi, maka torsi dan kecepatan dapat diatur seperti hubungan persamaan diatas. Secara normal torsi dijaga konstan dengan variasi tegangan.

Gambar 10.9 adalah rangkaian pengatur tegangan dan frekuensi yang mungkin dapat disusun dari fixed dan PWM inverter, variable dc dan inverter, variable dc dual converter dan inverter.

10.2.6 Pengatur Arus

Torsi pada motor induksi dapat dikontrol dengan mengatur arus rotor. Karateristik kecepatan-torsi dengan pengaturan arus rotor dapat dilihat pada gambar 10.10 arus rotor didapat dari persamaan,

I

r

=

Torsi Star (s=1)

T

s

=

Slip untuk torsi maksimum,

s

_m

=

±

R

r

[

R

s

2

+

₍

X

m

+

X

s

+

X

r

)

2

]

1/2

(10.46)

s_m=± Rr Xm+Xr

(10.47)

Torsi maksimum ( s=Sm ),

T

_m

=

3

X

m

2

2

ω

_s

_[

X

_m

+

X

_r

_]

I

i

2

=

3

L

m

2

2

_[

L

_m

+

L

_r

_]

I

i

2

(10.48)

10.2.7 Pengaturan tegangan, Arus, dan Frekuensi

Karateristik Kecepatan torsi pada motor induksi bergantung pada tipe pengaturan. Hal ini diperlukan untuk mengatur tegangan, arus dan frekuensi untuk

mendapatkan torsi dan kecepatan yang diinginkan. Ada tiga cara pengaturan pada motor induksi yaitu :

1. Kecepatan dapat diatur dengan pengaturan tegangan/arus pada torsi konstan