Laporan Praktikum Karakteristik Motor Induksi Berangkai Tiga Fasa dengan Squirrel Cage (Sangkar)

LAPORAN PRAKTIKUM MESIN LISTRIK AC

“KARAKTERISTIK OPERASIONAL MOTOR INDUKSI BERANGKAI TIGA FASA DENGAN SQUIRREL CAGE

(SANGKAR)”

Kelompok : 1

Nama Anggota : 1. Adam Hidayat (2102321006)

2. Adila Syifa Prayogi (2102321012)

3. Ahlul Haq Can (2102321005)

4. Andika Maulana Yunus (2102321007)

5. Andisa Syaharani (2102321036)

6. Amarullah Ramadhan (2102321032)

Kelas : 5B

PROGRAM STUDI TEKONOLOGI REKAYASA KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN

POLTITEKNIK NEGERI JAKARTA 2024

BAB I TUJUAN

Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mempelajari karakteristik awal dan operasional dari motor induksi berangkai tiga fasa dengan squirrel cage (sangkar).

BAB II DASAR TEORI

Terdapat dua jenis utama motor induksi yang ditentukan oleh rangkaian rotor yang digunakan dalam mesin. Satu jenis disebut rotor lilit yang terdiri dari tiga belitan identik dalam rangkaian rotor yang terhubung dalam konfigurasi bintang (wye) dan kemudian disingkat untuk membentuk rangkaian rotor. Jenis lainnya disebut rotor squirrel cage (sangkar) yang terdiri dari batang-batang besar yang ditempatkan di slot rotor dan disingkat di kedua ujungnya oleh cincin.

Istilah "squirrel cage (sangkar)" berasal dari fakta bahwa batang-batang dan cincin tersebut terhubung membentuk sesuatu yang mirip dengan roda latihan di dalam kandang hamster atau kelinci.

Sebuah motor induksi tiga fasa dapat memulai sendiri dan sering disebut sebagai mesin self-excited atau singly-excited. Motor induksi tiga fasa dihidupkan dengan menyuplai tegangan dan arus tiga fasa ke stator yang pada gilirannya menginduksi tegangan dan arus pada rotor yang terhubung singkat. Medan magnetik berputar yang dihasilkan oleh arus yang disuplai ke stator BS

dan medan magnetik berputar yang dihasilkan oleh arus yang diinduksi di rotor BR berinteraksi di celah udara untuk menghasilkan torsi yang diinduksi. Arus yang diinduksi di rotor mengalami keterlambatan dibandingkan dengan tegangan yang diinduksi di rotor akibat induktansi rotor.

Medan magnetik rotor tertinggal di belakang arus rotor sebesar 90°. Jika rotor bebas bergerak, torsi yang diinduksi di celah udara akan menyebabkan rotor bergerak pada kecepatan sedikit di bawah kecepatan sinkron mesin saat rotor mencoba untuk beralignasi dengan medan stator (Hukum Lenz). Medan magnetik stator dan medan magnetik rotor berputar dalam arah dan frekuensi yang sama, sementara rotor sebenarnya berputar pada kecepatan yang lebih lambat karena slip rotor. Sebuah motor induksi tidak akan pernah mencapai kecepatan sinkron karena slip inheren rotor terhadap stator. Saat slip mendekati nol, rotor tampak diam relatif terhadap medan magnetik stator dan tidak ada tegangan yang diinduksi di rotor. Oleh karena itu, torsi motor induksi turun menjadi nol pada kecepatan sinkron.

Motor induksi tiga fasa dengan rotor squirrel cage (sangkar) adalah salah satu jenis motor yang lebih sering digunakan karena beroperasi dengan efisiensi terbaik dan faktor daya tertinggi pada beban terukur. Motor ini juga lebih dapat diandalkan karena tidak menggunakan sikat atau slip ring yang bisa aus. Oleh karena itu, tidak ada percikan yang dihasilkan, sehingga motor ini dapat digunakan di daerah di mana bahan volatil hadir.

Motor induksi dengan rotor squirrel cage (sangkar) umumnya digunakan dalam aplikasi berkecepatan rendah. Bahkan, kecepatan rotor menurun seiring dengan peningkatan beban yang diterapkan pada motor. Untuk setiap motor induksi tertentu, parameter kecepatan rotor, faktor daya, efisiensi, dan torsi yang diplotkan terhadap daya output memberikan semua informasi yang diperlukan untuk menentukan titik operasi motor tersebut. Karakteristik operasional dari motor induksi dengan rotor squirrel cage (sangkar) ditentukan secara eksperimental melalui uji rotor terblokir, uji tanpa beban, dan uji beban.

Dalam uji rotor terblokir, rotasi rotor dihalangi dan tegangan diterapkan pada motor untuk menghasilkan arus line terukur. Tegangan line VBR, arus line IBR, dan daya masukan per fase PBR diukur. Resistansi setara per fase yang dirujuk ke gulungan stator adalah:

r_e=P_BR

I_BR² Ω per fasa,

di mana PBR adalah daya masukan per fase dan IBR adalah arus line untuk kondisi rotor terblokir.

Impedansi setara per fase Ze yang dirujuk ke stator adalah:

Z_e= V_BR

√

^3IBR

Ω per fasa,

di mana VBR adalah tegangan line dan IBR adalah arus line untuk kondisi rotor terblokir.

Reaktansi setara per fase Xe yang dirujuk ke stator sekarang dihitung sebagai:

X_e=

√

^Z2e−re2 Ω per fasa.

Pada uji tanpa beban, motor induksi dilepas dari beban dan motor dijalankan pada tegangan terukur. Tegangan line VNL, arus line INL, daya masukan per fase (Pin)NL, dan kecepatan rotor ωr diukur. Kecepatan rotor seharusnya berada pada atau dekat dengan kecepatan sinkron motor induksi. Kerugian daya terbuang SP yang mencakup kerugian gesekan dan inti dihitung dari pengukuran tanpa beban sebagai berikut:

P_¿¿_NL−3I²_NLr_e

SP=3¿ Watt,

di mana (Pin)NL adalah daya masukan per fase untuk kondisi tanpa beban, INL adalah arus line untuk kondisi tanpa beban, dan re adalah resistansi setara per fase yang dirujuk ke stator. Daya terbuang tetap konstan pada nilai ini.

Pada uji beban, tegangan line VL, arus line IL, daya masukan per fase (Pin)L, dan kecepatan rotor ωr diukur untuk berbagai beban pada motor. Karakteristik operasional berikut ditentukan:

a) Kehilangan tembaga total: P_cu=3I²_Lr_e

b) Daya output:

P

¿ P_out¿=3¿

c) Efisiensi:

P_¿¿_L 3¿¿ η=P_out

¿

d) Daya output dalam satuan HP: HP_out= P_out (746W/HP) e) Faktor daya:

P_¿¿_L

¿¿ pf=cos(θ)=¿

f) Torsi: T=P_out

ω_r N-m, ω_r=2π

60 × RPM

❑

T=H P_out×33000

2π × RPM lb-ft.

BAB III LANGKAH KERJA 1. Catat data nameplate dari motor induksi dan generator DC.

2. Hubungkan mesin seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.1. Mulai motor induksi tiga fasa dengan secara perlahan meningkatkan tegangan suplai AC tiga fasa dari autotransformer tiga fasa variabel pada bangku kerja ke stator motor induksi (Item #10).

Tingkatkan tegangan line-ke-line ke nilai terukur motor. Mulai memuat motor induksi dengan mengubah pasokan medan dari generator DC terpisah (Item #4). Beban generator DC dengan menggunakan panel Beban DC di bangku laboratorium. Tingkatkan beban pada motor hingga arus line IL sekitar 1A dan catat tegangan line VL, arus line IL, daya masukan per fase (Pin)L, dan kecepatan rotor ωr. Kecepatan rotor diukur oleh transduser tegangan yang terhubung antara motor dan generator (20.8VDC=1000 RPM). Kurangi beban melalui 8 langkah ke nilai minimum, ambil semua pembacaan pada setiap beban.

3. Dengan motor berhenti, hambat rotor untuk mencegah rotasi. Ini aman dilakukan dengan tangan karena motor ini memiliki daya yang sangat rendah. Sambil menghambat rotor, sesuaikan tegangan masukan untuk mencapai arus terukur (1A) dan baca semua instrumen seperti dalam Prosedur #2.

4. Lepaskan kopling generator DC dari motor induksi. Jalankan motor pada tegangan terukur (120V) dan baca semua instrumen seperti dalam Prosedur #2.

BAB IV

DATA DAN PENGOLAHAN DATA SERTA TUGAS 4.1 Data praktikum

Tabel 4.1 Data praktikum tanpa beban

Beban PBR = Pin IBR V RPM

- 400 W 12,06 A 64,5 V -

tanpa beban 500 W 4,60 A 372 V 2950

0 600 W 4,82 A 375 V 2950

Tabel 4.2 Data praktikum dengan beban

Beban PBR = Pin IL V RPM

0 600 W 4,82 A 375 V 2950

1 1600 W 5,57 A 372 V 2930

2 2400 W 6,22 A 372 V 2920

3 2800 W 6,64 A 372 V 2910

4 3000 W 6,53 A 372 V 2910

5 3200 W 7,09 A 372 V 2910

6 3200 W 7,12 A 372 V 2910

4.2 Hasil

4.2.1 Perhitungan resistansi, impedansi, dan reaktansi yang dirujuk ke stator Perhitungan reaktansi (re) tanpa beban

4,60A¿²

¿

¿ r_e=P_BR

I_BR² =500W

¿

Ω per fasa

Perhitungan impedansi (Ze) tanpa beban

Z_e= V_BR

√

^3IBR

= 372V

√

^{3×4,60A=46,690 Ω per fasa}

Perhitungan reaktansi (Xe) tanpa beban

X_e=

√

^Z2e−re2=

√

^{(46,690Ω)2−(23,629Ω)2=40,269} Ω per fasa

Tabel 4.3 Data hasil perhitungan resistansi, impedansi, dan reaktansi yang dirujuk ke stator

Beban re (Ω per fasa) Ze (Ω per fasa) Xe (Ω per fasa)

- 2,750 3,088 1,404

tanpa beban 23,629 46,690 40,269

0 25,826 44,918 36,752

1 51.571 38.559 34.246j

2 62.034 34.530 51.535j

3 63.507 32.346 54.652j

4 70.355 32.890 62.194j

5 63.659 30.293 55.989j

6 63.123 30.165 55.449j

4.2.2 Perhitungan kerugian daya terbuang SP untuk uji tanpa beban P¿¿_NL−3I2NL

re

SP=3¿

3×(4,60A¿²×23,629Ω)^❑ SP=(3×500W)−¿

SP=0W

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan kerugian daya terbuang SP untuk uji tanpa beban Beban re (Ω per fasa) SP

- 2,750 0 W

tanpa beban 23,629 0 W

0 25,826 0 W

1 51.571 0 W

2 62.034 0 W

3 63.507 0 W

4 70.355 0 W

5 63.659 0 W

6 63.123 0 W

4.2.3 Perhitungan dengan uji beban

Kehilangan tembaga total untuk beban 1:

P_cu=3I²_Lr_e=3×(5,57A)²×51,571Ω=4800W Daya output untuk beban 1:

P

¿ P_out¿=3¿

Efisiensi untuk beban 1:

P_¿¿_L 3¿¿ η=P_out

¿

Daya output dalam satuan HP untuk beban 1:

HP_out= P_out

(746W/HP)= 0W

746W/HP=0HP Faktor daya untuk beban 1:

P_¿¿_L

¿¿ pf=¿

Torsi untuk beban 1:

T=P_out ωr

= P_out 2π

60× RPM

= 0W 2π

60 ×2930

=0Nm

T=H P_out×33000

2π × RPM =0HP ×33000

2π ×2930 =0lbft

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan dengan uji beban

Beban Pcu Pout η HPout

pf T ωr

W W % HP N-m lb-ft rad/s

0 1800 0 0 0 0,192 0 0 308,767

1 4800 0 0 0 0,446 0 0 306,673

2 7200 0 0 0 0,599 0 0 305,627

3 8400 0 0 0 0,654 0 0 304,580

4 9000 0 0 0 0,713 0 0 304,580

5 9600 0 0 0 0,700 0 0 304,580

6 9600 0 0 0 0,698 0 0 304,580

4.2.4 Grafik

Grafik 4.1 Kecepatan rotor - daya output dalam satuan HP

Grafik 4.2 Faktor daya - daya output dalam satuan HP

Grafik 4.3 Efisiensi - daya output dalam satuan HP

Grafik 4.4 Torsi - daya output dalam satuan HP 4.3 Jawaban tugas

(a) Apa informasi yang diberikan oleh grafik-grafik terkait dengan kecepatan, faktor daya, efisiensi, dan torsi terhadap daya output dari motor induksi squirrel cage (sangkar)?

Jawab

Dari grafik-grafik pada subbab 4.2.4, dapat dilihat bahwa daya output dari motor induksi squirrel cage (sangkar) tidak dipengaruhi oleh kecepatan, faktor daya, efisiensi, dan torsi.

(b) Apa yang terjadi pada efisiensi motor induksi di bawah beban yang lebih besar daripada daya output dalam satuan HP terukur dari motor tersebut?

Jawab

Ketika motor induksi beroperasi di bawah beban yang lebih besar daripada daya output dalam satuan HP yang terukur, efisiensinya akan mengalami penurunan. Efisiensi motor adalah rasio antara daya keluaran yang bermanfaat (output) dengan daya masukan total.

Dalam kasus ini, beban yang lebih besar menyebabkan peningkatan daya masukan yang diperlukan oleh motor untuk menjaga putaran dan menghasilkan torsi yang cukup.

Peningkatan beban menyebabkan peningkatan rugi-rugi dalam motor, seperti rugi-rugi gesekan dan rugi-rugi dalam kumparan. Sebagai hasilnya, daya masukan yang diperlukan untuk mengatasi beban tersebut menjadi lebih besar, sementara daya keluaran yang bermanfaat tidak meningkat secara proporsional. Efisiensi motor, yang dihitung sebagai

rasio daya keluaran terhadap daya masukan, akan menurun karena sebagian besar daya masukan digunakan untuk mengatasi beban tambahan.

.

(c) Bagaimana motor induksi tiga fasa dihidupkan (Penjelasan singkat tanpa semua perhitungan matematika.)?

Jawab

Proses menghidupkan motor induksi tiga fasa melibatkan serangkaian langkah yang terkoordinasi untuk memastikan operasi yang aman dan efisien. Pertama, pemeriksaan fisik pada motor dilakukan untuk memastikan tidak ada kerusakan atau keausan yang dapat mempengaruhi kinerja. Setelah itu, kabel daya disambungkan dari sumber listrik ke terminal motor sesuai konfigurasi bintang (wye) atau segitiga (delta), yang tergantung pada desain motor dan kebutuhan aplikasi.

Langkah selanjutnya adalah memeriksa isolasi kabel dan terminal motor untuk mencegah kebocoran arus. Motor kemudian dihubungkan ke panel pengendali motor yang sesuai, dan pengaturan pada pengendali motor disesuaikan, termasuk arah putaran dan parameter lainnya. Proteksi motor juga dikonfigurasi, seperti pengaturan suhu dan kelebihan arus, untuk mencegah kerusakan.

Sebelum menghidupkan motor, sumber listrik dinyalakan dan tegangan diperiksa sesuai spesifikasi motor. Starter motor diatur dengan benar jika diperlukan. Setelah semua persiapan selesai, motor dihidupkan dengan mengaktifkan sumber listrik atau tombol start pada panel pengendali motor.

Motor induksi tiga fasa dimulai dengan memberikan tegangan tiga fasa ke belitan stator.

Hal ini menciptakan medan magnet berputar, yang menginduksi arus pada rotor. Interaksi antara medan magnet yang berputar dan arus induksi rotor menghasilkan torsi, menyebabkan rotor berputar dan motor hidup. Ada periode slip yang singkat selama penyalaan, dimana kecepatan rotor lebih kecil dari kecepatan sinkron medan magnet yang berputar. Saat rotor berakselerasi, slip berkurang hingga motor mencapai kecepatan operasinya. Biasanya tidak diperlukan perangkat pengasutan eksternal untuk motor induksi tiga fasa, sehingga motor dapat mengasut sendiri dalam kondisi normal.

BAB V KESIMPULAN 5.1Kesimpulan

Kesimpulannya, karakteristik pengoperasian motor induksi sangkar tupai tiga fasa merupakan aspek penting yang menentukan kinerjanya. Motor menunjukkan kemampuan memulai sendiri dan beroperasi secara efisien dengan faktor daya tinggi pada beban tetapannya. Tidak adanya sikat atau cincin selip meningkatkan keandalan dan mengurangi risiko masalah terkait keausan. Kecepatan motor menurun seiring dengan meningkatnya beban, dan perilakunya pada beban yang berbeda ditentukan secara eksperimental melalui pengujian seperti uji rotor yang diblokir, uji tanpa beban, dan uji beban. Kemampuannya untuk memulai operasi secara otomatis, karakteristik torsi yang stabil pada berbagai tingkat beban, serta efisiensi tinggi menjadi ciri utama yang membedakan motor ini. Desain rotor yang sederhana tidak hanya menawarkan efisiensi operasional yang tinggi tetapi juga meminimalkan kebutuhan perawatan rutin. Keandalan operasional yang terus menerus menjadikan motor tiga fasa dengan squirrel cage pilihan yang populer dan dapat diandalkan untuk penggerak kipas, kompresor udara, dan sejumlah peralatan industri lainnya.