Perancangan Motor Induksi 3 Phasa 90 kW

PERANCANGAN MOTOR INDUKSI 3 PHASA 90 kW

OLEH

NAMA : DAVID LUMBAN GAOL

NIM : 050402083

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

PERANCANGAN MOTOR INDUKSI 3 PHASA 90 kW

OLEH

NAMA : DAVID LUMBAN GAOL

NIM : 050402083

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

Pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 16 Juli 2011 didepan Penguji: 1. Ir. Sumantri Zulkarnain : Ketua Penguji : 2. Ir. A. Rachman Hasibuan : Anggota Penguji :

3. Ir. Satria Ginting : Anggota Penguji :

Disetujui oleh : Pembimbing Tugas Akhir,

(Ir.Syarifuddin Siregar) NIP:19461081976031002

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro,

(Ir.Surya Tarmizi Kasim, M.si) NIP:195405311986011002

ABSTRAK

Motor induksi tiga phasa merupakan jenis motor yang paling banyak digunakan pada perindustrian. Motor inilah yang akan digunakan untuk memutar beban yang ada di perindustrian. Motor induksi tiga phasa keluaran besarannya berupa torsi untuk menggerakkan beban. Jika torsi beban yang dipikul motor induksi tiga phasa lebih besar, maka motor induksi tiga phasa tidak akan berputar.

Untuk mendukung suatu perindustrian yang membutuhkan motor dengan rating dan rancangan tertentu, maka diperlukan suatu desain motor dengan rancangan khusus untuk pertimbangan ekonomis demi efisiensi biaya industri tersebut. Untuk itu pada Tugas Akhir ini akan dirancang motor induksi dengan rating daya 90 kW, 3 phasa, 1 pasang kutub, frekuensi sumber 50 Hz, tegangan 460/380 V, hubungan bintang, faktor daya yang diharapkan 0,9 dan efisiensi yang diharapkan adalah 90 persen.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus atas kasih dan penyertaan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :

PERANCANGAN MOTOR INDUKSI 3 PHASA 90 kW

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 Kedua Orang tua yang telah banyak memberikan kasih-sayang yang tak ternilai harganya sehingga penulis mampu, bersemangat dan berkemauan keras untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Juga kepada adik-adikku tercinta yang memberikan semangat dan perhatian kepada penulis selama menyelesaikan tugas akhir ini.

2 Bapak Ir. A. Syarifuddin Siregar sebagai Dosen Pembimbing Pembimbing Akhir penulis yang sangat besar bantuannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3 Bapak Ir. Arman Sani, MT sebagai Dosen Wali penulis selama menyelesaikan pendidikan di kampus USU.

4 Bapak Ir. S. Tarmizi Kasim, M,Si sebagai Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5 Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT sebagai Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6 Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU.

7 Kepada Sabrina Sianipar yang telah menemani penulis, memberikan semangat serta motivasi yang besar untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

8 Seluruh Teman-teman stambuk 2005 yang telah mendukung dan memberikan semangat kepada penulis.

9 Seluruh Adik-adik stambuk yang juga membantu member masukan dalam Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya. Untuk itu penulis menerima dengan terbuka segala kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini.

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

Medan, Juni 2011

Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK…… ... i

KATA PENGANTAR………..ii

DAFTAR ISI………...iv

DAFTAR TABEL………....vi

DAFTAR GAMBAR………...………vii

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

I.2 Tujuan dan Manfaat penelitian ... 2

I.3 Batasan Masalah ... 2

I.4 Metode Penelitian ... 3

I.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II MOTOR INDUKSI II.1 Umum ... 5

II.2 Konstruksi Motor Induksi... 8

II.3 Jenis Motor Induksi 3 Phasa ... 10

II.4 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa ... 15

BAB III PERANCANGAN MOTOR INDUKSI 90 kW III.1 Umum ... 19

III.2 Merancang Parameter Stator ... 20

III.3 Merancang Belitan Stator ... 22

III.4 Perancangan Slot Stator ... 28

III.5 Perancangan Slot Rotor ... 33

III.6 Perancangan Gigi Slot Rotor ... 35

BAB IV PERHITUNGAN RANCANGAN MOTOR 3 PHASA 90 kW

IV.1 Umum ... 38

IV.2 Analisis Parameter Stator ... 38

IV.3 Analisis Rancangan Belitan Stator ... 40

IV.4 Perancangan Ukuran Slot Stator ... 44

IV.5 Analisis Perancangan Slot Rotor ... 49

IV.6 Analisis Perancangan Rotor Bar Current...50

IV.7 Analisis Perancangan Gigi Slot Rotor... 51

IV.8 Analisis Perancangan Teras Rotor ... 51

IV.9 Analisis Perancangan End Ring ... 52

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan ... 53

V.2 Saran ... 70

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Tabel Stack Aspect Ratio ... 21

Tabel 3.2. Rasio diameter luar dan diameter dalam stator ... 22

Tabel 3.3. Standard Konduktor Magnetik ... 27

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Desain Motor Induksi ... 5

Gambar 2.2 Motor Induksi 3 Phasa Modern ... 5

Gambar 2.3 Motor induksi 1 phasa dengan kapasitor Start and Run ... 6

Gambar 2.4 Motor induksi berbahan alluminium ... 7

Gambar 2.5 Gambar rotor dan stator... 9

Gambar 2.6 Menggambarkan Komponen Stator motor induksi tiga phasa ... 10

Gambar 2.7 Rotor Sangkar ... 11

Gambar 2.8 Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Kecil dan Besar ... 12

Gambar 2.9 Gambar Skematik Motor ... 16

Gambar 2.10 Konstruksi Belitan Motor ... 17

Gambar 3.1 Grafik Sgap vs C0 ... 20

Gambar 3.2 Konstruksi belitan ... 23

Gambar 3.3 Hubungan slot motor 3 phasa , 2 kutub, 12 slot ... 24

Gambar 3.4 Grafik di hubungan kf dan 1+Ksd ... 25

Gambar 3.5 Bentuk slot yang sering digunakan... 28

Gambar 3.6 Gambar Slot Dirancang ... 29

Gambar 4.1Belitan 3 Phasa dengan 36 slot, 2 kutub, 2 layer ... 41

Gambar 4.2 Bentuk Slot Trapezoidal ... 45

ABSTRAK

Motor induksi tiga phasa merupakan jenis motor yang paling banyak digunakan pada perindustrian. Motor inilah yang akan digunakan untuk memutar beban yang ada di perindustrian. Motor induksi tiga phasa keluaran besarannya berupa torsi untuk menggerakkan beban. Jika torsi beban yang dipikul motor induksi tiga phasa lebih besar, maka motor induksi tiga phasa tidak akan berputar.

Untuk mendukung suatu perindustrian yang membutuhkan motor dengan rating dan rancangan tertentu, maka diperlukan suatu desain motor dengan rancangan khusus untuk pertimbangan ekonomis demi efisiensi biaya industri tersebut. Untuk itu pada Tugas Akhir ini akan dirancang motor induksi dengan rating daya 90 kW, 3 phasa, 1 pasang kutub, frekuensi sumber 50 Hz, tegangan 460/380 V, hubungan bintang, faktor daya yang diharapkan 0,9 dan efisiensi yang diharapkan adalah 90 persen.

BAB II

MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

II.1 UMUM

Faraday menemukan hukum induksi elektromagnetik pada tahun 1831 dan Maxwell memformulasikannya ke hukum listrik (persamaan Maxwell) sekitar tahun 1860. Pengetahuan tersebut dikembangkan hingga ditemukannya mesin induksi yang diperkenalkan Gallileo Ferraris (1885) dan Nicola Tesla (1886). Mesin tersebut ditunjukkan pada gambar berikut.

(a) (b)

Gambar 2.1 (a) Desain motor induksi Ferrari (b) Desain motor induksi Tesla

Kedua rancangan motor tersebut disuplai oleh tegangan ac 2 phasa dan terkonsentrasi pada belitan 1-1’ dan 2-2’ pada inti stator ferromagnetik. Pada penemuan Ferrari, rotor terbuat dari silinder berbahan tembaga sedangkan pada penemuan Tesla rotor terbuat dari silinder berbahan ferromagnetic yang belitannya dihubung singkat.

Hingga pada saat sekarang motor induksi dikembangkan hingga seperti pada gambar 2.2 dan performansinya sudah jauh lebih baik, meskipun prinsip dasarnya adalah sama. Suatu belitan stator multiphasa menghasilkan medan putar yang menginduksikan tegangan pada rotor yang

menghasilkan arus pada belitan rotor yang terhubung singkat. Interaksi antara medan stator dan rotor menghasilkan torsi sehingga mesin dapat berputar, oleh karena torsi rotor pada saat start tidaklah nol, maka motor induksi dapat berputar secara langsung.

Pada tahun 1889, Dolivo Dobrovolsky menemukan motor induksi rotor belitan dan secara konstruksi sangat persis dengan yang digunakan pada saat ini. Selain itu dia adalah penemu rotor sangkar ganda. Pada tahun 1900, motor induksi telah digunakan pada perindustrian. Tidak lama setelahnya, sebelum tahun 1910 di Eropa kereta api telah menggunakan motor induksi sebagai penggerak yang dapat mencapai kecepatan 200 km/jam

Gambar 2.2 Motor Induksi 3 Phasa Modern

Seiring dengan berkembangnya teknologi elektronika daya dan kendali digital, motor induksi sangat populer dan mendapat julukan sebagai “ The Work House For Industry” dan diberi label “ The Race Horse of High Technology”.

Motor induksi pada umumnya disuplai oleh sumber tegangan tiga phasa dan satu phasa. Suplai motor 1 phasa belitan 2 phasa dan biasanya digunakan pada aplikasi rumahan (kipas angin, mesin cuci, dan lain lain) berdaya diatas 2,7 sampai 3 kW. Motor induksi 1 phasa memiliki 2 kapasitor (Start dan Run) pada phasa pembantu ditunjukkan pada gambar.

Gambar 2.3. Motor induksi 1 phasa dengan kapasitor Start and Run

Motor induksi 3 phasa ada juga yang dirancang dari alluminium untuk penggunaan tertentu dan biasanya dayanya dibawah 55 kW

Gambar 2.4 Motor induksi berbahan alluminium

Disamping standard motor (kelas B untuk amerika dan EFF1 di Eropa), kelas motor berefesiensi tinggi (EFF2 dan EFF3) juga telah dalam proses perkembangan dan penelitian. Tabel 1.2 menunjukkan kelas effisiensi standard Eropa (EFF1, EFF2, dan EFF3), diperkirakan dengan bahkan 1 sampai 2 % effisiensi bertambah, maka meningkatkan penghematan energi

yang sangat signifikan. Motor berefisiensi tinggi tersebut dirancang dengan bertegangan 3800 sampai 11.500 Volt dan 50 – 60 Hz.

Hampir semua motor ac yang digunakan adalah motor induksi, terutama motor induksi tiga phasa yang paling banyak dipakai di perindustrian. Motor induksi tiga phasa sangat banyak dipakai sebagai penggerak di perindustrian karena banyak memiliki keuntungan, tetapi ada juga kelemahannya.

Keuntungan motor induksi tiga phasa:

1. Motor induksi tiga phasa sangat sederhana dan kuat. 2. Biayanya murah dan dapat diandalkan.

3. Motor induksi tiga phasa memiliki efisiensi yang tinggi pada kondisi kerja normal. 4. Perawatanya mudah.

Kerugianya:

1. Kecepatannya tidak bisa bervariasi tanpa merubah efisiensi. 2. Kecepatannya tergantung beban.

3. Pada torsi start memiliki kekurangan.

II.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa

Motor induksi adalah motor ac yang paling banyak dipergunakan, 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 2.5.

Rotor

Stator

Gambar 2.5 Gambar rotor dan stator

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 2.6.(b)). Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi (Gambar 2.6 (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 2.6.(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 2.6 Menggambarkan Komponen Stator motor induksi tiga phasa, (a) Lempengan Inti, (b)

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

Untuk rotor akan dibahas pada bagian berikutnya, yaitu jenis – jenis motor induksi tiga phasa berdasarkan jenis rotornya.

II.3 Jenis Motor Induksi Tiga Phasa

Ada dua jenis motor induksi tiga phasa 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.

(a) (b)

II.3.1 Motor Induksi Tiga Phasa Sangkar Tupai ( Squirrel-cage Motor)

Penampang motor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Inti stator pada motor sangkar tupai tiga phasa terbuat dari lapisan – lapisan pelat baja beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau pelat baja yang dipabrikasi. Lilitan – lilitan kumparan stator diletakkan dalam alur stator yang terpisah 120 derajat listrik. Lilitan phasa ini dapat tersambung dalam hubungan delta ( Δ ) ataupun bintang ( Υ ).

Rotor jenis rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.7 di bawah ini.

Batang Poros

Kipas Laminasi Inti

Besi

Aluminium

Cincin Aluminium

Batang Poros

Kipas

Gambar 2.7 rotor sangkar, (a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Bagian-bagian Rotor Sangkar

(a)

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.

Pada ujung cincin penutup dilekatkan sirip yang berfungsi sebagai pendingin. Rotor jenis rotor sangkar standar tidak terisolasi, karena batangan membawa arus yang besar pada tegangan rendah. Motor induksi dengan rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 (a) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Kecil,

(b) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Besar

II.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 phasa rotor dihubungkan secara Υ dan masing – masing phasa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Secara skematik dapat dilihat pada gambar-2.9. Dari gambar ini dapat dilihat bahwa cincin slip dan sikat semata – mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkaian rotor.

Sumber tegangan

Belitan Stator

Belitan Rotor

Slip Ring

Tahanan Luar

Gambar 2.9 Gambar skematik motor

Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal yang berfunsi membatasi arus pengasutan dan yang bertanggung jawab terhadap pemanasan rotor. 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 di bawah ini.

(b)

Gambar 2.10 (a) Rotor Belitan, (b) Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa dengan Rotor Belitan

II.4 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa

Motor induksi adalah peralatan pengubah energi listrik ke bentuk energi mekanik. Pengubahan energi ini bergantung pada keberadaan phenomena alami magnetik, medan listrik, gaya mekanis dan gerak.

Dalam motor induksi, tidak ada hubungan listrik ke rotor, arus rotor merupakan arus induksi. Tetapi ada kondisi yang sama seperti motor dc, dimana pada rotor mengalir arus. Arus ini berada dalam medan magnetik sehingga akan terjadi gaya (F) pada rotor yang akan menggerakkan rotor dalam arah tegak lurus medan.

Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga phasa, maka pada stator akan dihasilkan arus tiga phasa, 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 lilitan 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 – 2.14 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.

X X

X

X X X

X

Stator

Rotor

Gerakan medan magnet berputar

Gambar 2. 11. Penampang stator dan motor

Untuk arah fluksi dan gerak yang ditunjukkan gambar di atas, penggunaan aturan tangan kanan fleming bahwa 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 kutub – kutub 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.

Untuk memperjelas prinsip kerja motor induksi tiga phasa, maka dapat dijabarkan dalam langkah – langkah berikut:

1. Pada keadaan beban nol ketiga phasa stator yang dihubungkan dengan sumber tegangan tiga phasa yang setimbang menghasilkan arus pada tiap belitan phasa.

2. Arus pada tiap phasa menghasilkan fluksi bolak-balik yang berubah-ubah.

3. Amplitudo fluksi yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan arahnya tegak lurus terhadap belitan phasa.

4. Akibat fluksi yang berputar timbul ggl pada stator motor yang besarnya adalah:

e1 =

dt d N Φ

− 1 ( Volt )

atau E1 =4,44fN1Φ ( Volt ).

5. Penjumlahan ketiga fluksi bolak-balik tersebut disebut medan putar yang berputar dengan kecepatan sinkron ns, besarnya nilai ns ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi stator f

yang dirumuskan dengan

p f

ns =120× ( rpm ).

6. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E2 yang besarnya:

E₂ =4,44fN₂Φ_m ( Volt ) dimana :

E2 = Tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (Volt)

N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor

Фm = Fluksi maksimum (Wb)

7. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl tersebut akan menghasilkan arus I2

8. Adanya arus I2 di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F pada rotor

9. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah medan putar stator

10.Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan sinkron. Perbedaan kecepatan medan stator (ns) dan kecepatan rotor (nr) disebut slip (s) dan dinyatakan dengan

100% s

r s − × =

n n n s

11.Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi pada kumparan rotor akan bervariasi tergantung besarnya slip. Tegangan induksi ini dinyatakan dengan E2s

yang besarnya:

E_2s = 4,44sfN₂Φ_m ( Volt )

dimana

E2s = tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar (Volt)

f2 = s.f = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar)

12.Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan

BAB II

MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

II.1 UMUM

Faraday menemukan hukum induksi elektromagnetik pada tahun 1831 dan Maxwell memformulasikannya ke hukum listrik (persamaan Maxwell) sekitar tahun 1860. Pengetahuan tersebut dikembangkan hingga ditemukannya mesin induksi yang diperkenalkan Gallileo Ferraris (1885) dan Nicola Tesla (1886). Mesin tersebut ditunjukkan pada gambar berikut.

(a) (b)

Gambar 2.1 (a) Desain motor induksi Ferrari (b) Desain motor induksi Tesla

Kedua rancangan motor tersebut disuplai oleh tegangan ac 2 phasa dan terkonsentrasi pada belitan 1-1’ dan 2-2’ pada inti stator ferromagnetik. Pada penemuan Ferrari, rotor terbuat dari silinder berbahan tembaga sedangkan pada penemuan Tesla rotor terbuat dari silinder berbahan ferromagnetic yang belitannya dihubung singkat.

Hingga pada saat sekarang motor induksi dikembangkan hingga seperti pada gambar 2.2 dan performansinya sudah jauh lebih baik, meskipun prinsip dasarnya adalah sama. Suatu belitan stator multiphasa menghasilkan medan putar yang menginduksikan tegangan pada rotor yang

menghasilkan arus pada belitan rotor yang terhubung singkat. Interaksi antara medan stator dan rotor menghasilkan torsi sehingga mesin dapat berputar, oleh karena torsi rotor pada saat start tidaklah nol, maka motor induksi dapat berputar secara langsung.

Pada tahun 1889, Dolivo Dobrovolsky menemukan motor induksi rotor belitan dan secara konstruksi sangat persis dengan yang digunakan pada saat ini. Selain itu dia adalah penemu rotor sangkar ganda. Pada tahun 1900, motor induksi telah digunakan pada perindustrian. Tidak lama setelahnya, sebelum tahun 1910 di Eropa kereta api telah menggunakan motor induksi sebagai penggerak yang dapat mencapai kecepatan 200 km/jam

Gambar 2.2 Motor Induksi 3 Phasa Modern

Seiring dengan berkembangnya teknologi elektronika daya dan kendali digital, motor induksi sangat populer dan mendapat julukan sebagai “ The Work House For Industry” dan diberi label “ The Race Horse of High Technology”.

Motor induksi pada umumnya disuplai oleh sumber tegangan tiga phasa dan satu phasa. Suplai motor 1 phasa belitan 2 phasa dan biasanya digunakan pada aplikasi rumahan (kipas angin, mesin cuci, dan lain lain) berdaya diatas 2,7 sampai 3 kW. Motor induksi 1 phasa memiliki 2 kapasitor (Start dan Run) pada phasa pembantu ditunjukkan pada gambar.

Gambar 2.3. Motor induksi 1 phasa dengan kapasitor Start and Run

Motor induksi 3 phasa ada juga yang dirancang dari alluminium untuk penggunaan tertentu dan biasanya dayanya dibawah 55 kW

Gambar 2.4 Motor induksi berbahan alluminium

Disamping standard motor (kelas B untuk amerika dan EFF1 di Eropa), kelas motor berefesiensi tinggi (EFF2 dan EFF3) juga telah dalam proses perkembangan dan penelitian. Tabel 1.2 menunjukkan kelas effisiensi standard Eropa (EFF1, EFF2, dan EFF3), diperkirakan dengan bahkan 1 sampai 2 % effisiensi bertambah, maka meningkatkan penghematan energi

yang sangat signifikan. Motor berefisiensi tinggi tersebut dirancang dengan bertegangan 3800 sampai 11.500 Volt dan 50 – 60 Hz.

Hampir semua motor ac yang digunakan adalah motor induksi, terutama motor induksi tiga phasa yang paling banyak dipakai di perindustrian. Motor induksi tiga phasa sangat banyak dipakai sebagai penggerak di perindustrian karena banyak memiliki keuntungan, tetapi ada juga kelemahannya.

Keuntungan motor induksi tiga phasa:

1. Motor induksi tiga phasa sangat sederhana dan kuat. 2. Biayanya murah dan dapat diandalkan.

3. Motor induksi tiga phasa memiliki efisiensi yang tinggi pada kondisi kerja normal. 4. Perawatanya mudah.

Kerugianya:

1. Kecepatannya tidak bisa bervariasi tanpa merubah efisiensi. 2. Kecepatannya tergantung beban.

3. Pada torsi start memiliki kekurangan.

II.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa

Motor induksi adalah motor ac yang paling banyak dipergunakan, 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 2.5.

Rotor

Stator

Gambar 2.5 Gambar rotor dan stator

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 2.6.(b)). Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi (Gambar 2.6 (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 2.6.(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 2.6 Menggambarkan Komponen Stator motor induksi tiga phasa, (a) Lempengan Inti, (b)

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

Untuk rotor akan dibahas pada bagian berikutnya, yaitu jenis – jenis motor induksi tiga phasa berdasarkan jenis rotornya.

II.3 Jenis Motor Induksi Tiga Phasa

Ada dua jenis motor induksi tiga phasa 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.

(a) (b)

II.3.1 Motor Induksi Tiga Phasa Sangkar Tupai ( Squirrel-cage Motor)

Penampang motor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Inti stator pada motor sangkar tupai tiga phasa terbuat dari lapisan – lapisan pelat baja beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau pelat baja yang dipabrikasi. Lilitan – lilitan kumparan stator diletakkan dalam alur stator yang terpisah 120 derajat listrik. Lilitan phasa ini dapat tersambung dalam hubungan delta ( Δ ) ataupun bintang ( Υ ).

Rotor jenis rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.7 di bawah ini.

Batang Poros

Kipas Laminasi Inti

Besi

Aluminium

Cincin Aluminium

Batang Poros

Kipas

Gambar 2.7 rotor sangkar, (a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Bagian-bagian Rotor Sangkar

(a)

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.

Pada ujung cincin penutup dilekatkan sirip yang berfungsi sebagai pendingin. Rotor jenis rotor sangkar standar tidak terisolasi, karena batangan membawa arus yang besar pada tegangan rendah. Motor induksi dengan rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 (a) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Kecil,

(b) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Besar

II.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 phasa rotor dihubungkan secara Υ dan masing – masing phasa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Secara skematik dapat dilihat pada gambar-2.9. Dari gambar ini dapat dilihat bahwa cincin slip dan sikat semata – mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkaian rotor.

Sumber tegangan

Belitan Stator

Belitan Rotor

Slip Ring

Tahanan Luar

Gambar 2.9 Gambar skematik motor

Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal yang berfunsi membatasi arus pengasutan dan yang bertanggung jawab terhadap pemanasan rotor. 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 di bawah ini.

(b)

Gambar 2.10 (a) Rotor Belitan, (b) Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa dengan Rotor Belitan

II.4 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa

Motor induksi adalah peralatan pengubah energi listrik ke bentuk energi mekanik. Pengubahan energi ini bergantung pada keberadaan phenomena alami magnetik, medan listrik, gaya mekanis dan gerak.

Dalam motor induksi, tidak ada hubungan listrik ke rotor, arus rotor merupakan arus induksi. Tetapi ada kondisi yang sama seperti motor dc, dimana pada rotor mengalir arus. Arus ini berada dalam medan magnetik sehingga akan terjadi gaya (F) pada rotor yang akan menggerakkan rotor dalam arah tegak lurus medan.

Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga phasa, maka pada stator akan dihasilkan arus tiga phasa, 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 lilitan 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 – 2.14 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.

X X

X

X X X

X

Stator

Rotor

Gerakan medan magnet berputar

Gambar 2. 11. Penampang stator dan motor

Untuk arah fluksi dan gerak yang ditunjukkan gambar di atas, penggunaan aturan tangan kanan fleming bahwa 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 kutub – kutub 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.

Untuk memperjelas prinsip kerja motor induksi tiga phasa, maka dapat dijabarkan dalam langkah – langkah berikut:

1. Pada keadaan beban nol ketiga phasa stator yang dihubungkan dengan sumber tegangan tiga phasa yang setimbang menghasilkan arus pada tiap belitan phasa.

2. Arus pada tiap phasa menghasilkan fluksi bolak-balik yang berubah-ubah.

3. Amplitudo fluksi yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan arahnya tegak lurus terhadap belitan phasa.

4. Akibat fluksi yang berputar timbul ggl pada stator motor yang besarnya adalah:

e1 =

dt d N Φ

− 1 ( Volt )

atau E1 =4,44fN1Φ ( Volt ).

5. Penjumlahan ketiga fluksi bolak-balik tersebut disebut medan putar yang berputar dengan kecepatan sinkron ns, besarnya nilai ns ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi stator f

yang dirumuskan dengan

p f

ns =120× ( rpm ).

6. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E2 yang besarnya:

E₂ =4,44fN₂Φ_m ( Volt ) dimana :

E2 = Tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (Volt)

N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor

Фm = Fluksi maksimum (Wb)

7. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl tersebut akan menghasilkan arus I2

8. Adanya arus I2 di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F pada rotor

9. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah medan putar stator

10.Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan sinkron. Perbedaan kecepatan medan stator (ns) dan kecepatan rotor (nr) disebut slip (s) dan dinyatakan dengan

100% s

r s − × =

n n n s

11.Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi pada kumparan rotor akan bervariasi tergantung besarnya slip. Tegangan induksi ini dinyatakan dengan E2s

yang besarnya:

E_2s = 4,44sfN₂Φ_m ( Volt )

dimana

E2s = tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar (Volt)

f2 = s.f = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar)

12.Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan

BAB III

PERANCANGAN MOTOR INDUKSI 3 PHASA 90 kW

Daya 100 kW digunakan untuk motor induksi berdaya kecil dan menengah. Pada umumnya motor induksi berdaya 100 kW menggunakan stator tunggal dan mempunyai celah sebagai ventilasi masuknya udara ke badan motor. Biasanya mempunyai rotor yang terbuat dari alluminium dan mempunyai belitan stator yang terbuat dari konduktor magnetik dengan 1 sampai 6 konduktor utama ( diameter lebih kecil dari 2,5 mm) yang paralel bergantung dari jumlah pasang kutub.

Motor induksi dengan daya dibawah 100 kW sangat umum dipasarkan dalam dunia industri. Didesain untuk standard atau efisiensi tinggi membutuhkan gabungan antara seni dan ilmu pengetahuan, khususnya dalam tahap optimalisasi mesin.

III.1 Algoritma Desain

Tahap utama dalam desain motor induksi ditunjukkan di bawah. Proses desain dimulai dari proses dengan mendesain spek yang dibutuhkan dan menentukan kerapatan fluks dan kerapatan arus sehingga dapat menentukan diameter stator, panjang stack, slot stator dan diameter luar stator. Setelah besar arus stator dan rotor ditemukan, dapat ditentukan slot rotor, dan ukuran rotor sangkarnya.

Semua dimensi yang diperoleh harus disesuaikan dengan standard yang telah ada

(seperti diameter luar stator, ukuran belitan stator, dll). Lalu pada tahap akhir pembebanan elektris dan magnetis dapat ditentukan ( kerapatan arus dan fluks).

III.2 MERANCANG PARAMETER STATOR

Pada tahap ini akan digunakan persamaan diameter stator

3

0 1 1)

( 2

C f

S p p

Dis gap

πλ

=

(3.1)

dimana

p = p1 = jumlah kutub

Sgap= Daya celah udara (VA)

f1= frekuensi mesin (Hz)

C0=Faktor utilisasi yang dapat ditentukan dengan gambar di bawah ini

Sgap dapat ditentukan dengan

n n

N E gap

P K S

1 cosθ

η

= (3.2)

dimana K_E = Koefisien emf. dimana;K_E =0,98−0,05p PN = Daya motor (Watt)

n

η = Efisiensi yang diharapkan

n

1

cosθ = Faktor daya yang diharapkan Rasio faktor stack λdapat ditentukan dengan

τ π

λ L

D p L

is

=    

= 2 1

(3.3)

dimana Dis= diameter stator bore P1 = Jumlah kutub

L= Panjang stack (m) τ = Pole pitch (m)

Dari pengalaman, nilai λdapat ditentukan dari tabel berikut

Jumlah slot pitch τ_sadalah

q

s

3

τ

τ = (3.4)

Pada umumnya semakin besar nilai q akan memberikan performansi mesin yang lebih baik seperti rugi rugi yang lebih kecil

Dari pengalaman, bahwa rasio diameter luar dan diameter dalam stator diberikan pada tabel di bawah

Tabel 3.2 Rasio diameter luar dan diameter dalam stator

Untuk menentukan celah udara, dapat ditentukan dengan persamaan berikut

(

P

)

m

g n

3 3 ₁₀

02 , 0 1 ,

0 + −

= untuk 2p1 = 2 dan (3.5)

(

P

)

m

g n

3 3 ₁₀

012 , 0 1 ,

0 + −

= untuk 2p1 ≥ 2 (3.6)

Pn= Daya motor

III.3 MERANCANG BELITAN STATOR

Jumlah slot stator Ns dapat ditentukan dengan

qm p N_s =2 ₁

(3.7)

m = Jumlah phasa

q = bilangan asli ( 1,2,3,....) atau pecahan nilai q pada umumnya bilangan asli

Gambar 3.2 Konstruksi belitan

untuk lapis tunggal y=τ, sedangkan untuk banyak lapis diperbolehkan y <τ Sudut elektris antara emf dan slot slot yang berdekatan adalah α_ec dimana

s ec

N p₁

2π

α = derajat (3.8)

Dimana :

Gambar 3.3 Hubungan slot motor 3 phasa , 2 kutub, 12 slot

Zone factor K_q1 dapat ditentukan dengan

q q K_q

6 sin

6 sin

1 π

π

= (3.9)

q = bilangan asli ( 1,2,3,....) atau pecahan Chording factor dapat ditentukan dengan

τ

π y

Ky

2 sin

1 =

(3.10)

dimana

τ y

= faktor paduan belitan berlapis

Faktor belitan stator dapat ditentukan

1 1 y q

w K K

K =

(3.11)

g

LB

τ α

φ = 1 (3.12)

dimana Bg = Kerapatan fluks pada celah udara

Bg yang disarankan adalah

Bg = (0,5-0,75) T untuk 2p1= 2

Bg = (0,65-0,78) T untuk 2p1= 4

Bg = (0,7-0,82) T untuk 2p1= 6

Bg = (0,75-0,85) T untuk 2p1= 8

danα₁=faktor bentuk rapat fluks, yang dapat ditentukan dengan grafik di hubungan kf dan 1+Ksd

Gambar 3.4 Grafik di hubungan kf dan 1+Ksd

Jumlah belitan perphasa dapat ditentukan dengan

φ 1 1 1

4K K f V K W W f Ph E = (3.13)

Dimana KE = Koefisien emf

Kf = Factor saturasi

Kw = Faktor belitan stator

Jumlah konduktor per slot ns dapat ditentukan dengan

q p W a n_s 1 1 1 = (3.14)

dimana a1 adalah jumlah current path yang terhubung paralel

nilai n yang diperoleh haruslah bilangan genap, bila bilangan pecahan maka harus _s

digenapkan sehingga harus dihitung kembali Bg yang sebenarnya.

Arus rated dapat diperoleh dengan

1 1 cos 3 V P I n n n ϕ ηη = (3.15)

V1 = Tegangan phasa- phasa

Sehingga dapat ditentukan konduktor yang digunakan untuk motor ini, dimana kerapatan arus konduktor yang direkomendasikan adalah

J = ( 5-8) A/mm2 untuk 2p1 = 6,8

Belitan magnetik dapat ditentukan dengan

1 1

Ja I A_Co = n ,

πCO

Co

A d = 4

(3.16)

n

I₁ = Arus rated

J = Kerapatan arus, a1 = Jumlah current path yang terhubung paralel

Ukuran konduktor harus disesuaikan dengan tabel standard konduktor berikut Tabel 3.3 Standard Konduktor Magnetik

III.4 PERANCANGAN SLOT STATOR

Seperti yang kita ketahui, jumlah lilitan perslot ns dan jumlah konduktor yang terpasang

paralel ap dengan diameter konduktor dCO,dapat ditentukan area slot Asu

sehingga kita harus menentukan faktor isi slot (Kfill). Untuk konduktor bulat, Kfiill bernilai 0,35

sampai 0,4 untuk motor dibawah 10 kW dan 0,4 sampai 0,44 untuk motor diatas 10 kW

Bentuk stator yang umumya digunakan adalah bentuk trapezoidal dan bentuk semi melingkar

a. Trapezoidal b. Semi melingkar

Gambar 3.5 Bentuk slot yang sering digunakan

Gambar 3. 6 Gambar Slot Dirancang

Variabel bos, hos dan hw ditentukan dari pengalaman dimana biasanya ; bos = 2 s/d 3 mm, hos = 0,5

s/d 1 mm, hw = 1 s/d 4 mm. Asumsi bahwa semua fluks mencapai stator, sehingga

Fe ts ts s

g L B b LK

B τ ≈

(3.17)

Bg = Kerapatan fluks pada celah udara

s

τ ₌ Jumlah slot pitch L = Panjang Stack

dengan Bts = 1,5 - 1,65 T, dari persamaaan BgτsL≈BtsbtsLKFe sehingga dapat ditentukan nilai

bts. Dengan pembatasan ketebalan yang tidak boleh melebihi 3,5 x 103 m.bs1 dapat ditentukan

dengan rumus

ts s

w os is

s b

N

h h D

b₁ =π( +2 +2 ) − (3.18)

is

D = diameter dalam stator

hos = panjang bagian stator seperti pada gambar 3.6

hw = panjang bagian stator seperti pada gambar 3.6

ts

b = panjang bagian stator seperti pada gambar 3.6

Ns = Jumlah slot stator

Luas daerah Asu dapat dinyatakan dengan

2 ) ( _{s1 s2}

s su

b b h

A = +

(3.19)

hs , bs1 , bs2 = panjang bagian stator seperti pada gambar 3.6

dan nilai bs2 dapat dinyatakandengan

s s

s s

N h b

Dari 2 persamaan diatas, nilai bs2 dan hs yang akan dicari dapat dihitung dengan s su s s N A b

b ₂2 − ₁2 =4 tan π (3.21)

dan hs dapat dihitung dengan

2 1 2 s s su s b b A h +

= (3.22)

Proses selanjutnya adalah menghitung faktor saturasi 1+ Kst dengan menganggap bahwa stator

dan rotor menghasilkan efek yang sama

mg mtr mts st F F F K = + +

+ 1

1 (3.23)

Dimana ;

1 + Kst = Faktor saturasi

Fmts

= efek dihasilkan stator Fmtr = Efek dihasilkan rotor

Celah udara mmf Fmg dapat dihitung dengan

0 2 , 1 µ g mg B g

F ≈ (3.24)

Bg = kerapatan fluks pada celah udara

dari tabel 3.2 dapat dicari nilai Bts dan Hts sebagai pertimbangan dalam penentuan Fmts

(mmf gigi stator) dengan rumus

)

( _{s os w}

ts

mts H h h h

F = + + (3.25)

Tabel 3.4 Kurva Magnetisasi Bm (Hm)

Dari persamaan 3.20 dapat dihitung nilai mmf gigi rotor mmf Fmtr yang nilainya mendekati 1+Kst

= 1,4

mts mg st

mtr K F F

F = −

Jika nilai Fmtr yang diperoleh selisihnya kecil dibandingkan dengan gigi stator, maka

proses perhitungan desain dapat dilanjutkan, akan tetapi jika Fmtr <<Fmts

(atau negatif) maka dari persamaan 3.24 untuk nilai 1+K_styang diberikan, kita memerlukan nilai Bg yang lebih kecil. Akibatnya, kita harus kembali ke persamaan 3.9. Iterasi yang dilakukan

adalah ketika F_mtr ≈F_mts.

Oleh karena diameter luar stator telah dihitung sebelumnya pada persamaan 3.1, maka dapat dihitung tinggi stator (stator back iron) sebagai berikut

2

) (

2

( _{is os w s}

out os

h h h D

D

b = − + + +

(3.27)

Kerapatan fluks pada inti Bcs dapat dihitung dengan

cs cs

Lh B

2

φ

=

(3.28)

III.5 PERANCANGAN SLOT ROTOR

Dalam memilih jumlah slot rotor harus diingat persyaratan bahwa slot rotor harus berkisar 15 – 30 % lebih besar atau lebih kecil dari slot stator.

Dan juga untuk mengurangi getaran dan suara berisik (vibration and noise ) maka selisih jumlah slot stator (Ss –Sr) tidak boleh sama dengan

2 : 1 ± ± danP P

Dimana p merupakan jumlah kutub, dengan mengingat hal - hal di atas, maka ;

Slot rotor dipilih dengan persamaan

2

P S S_r = _s −

(3.29)

Dimana Ss adalah jumlah slot stator, sehingga slot stator perkutub perphasa adalah

p a jumlahphas S q r r × = _(3.30)

Kisar slot rotor (rotor slot pitch) teoritis tanpa memperhitungkan winding factor stator adalah :

r r th

S D Ysr =π×

(3.31)

Arus ekivalen stator dapat dihitung dengan

ϕ cos ' _s r I I = (3.32)

Ampere Turn pada rotor dihitung dengan

' r r WR r S WS S r I T K M T K M AT × × × × × = (3.33) Dimana ;

Ms = Jumlah slot pada stator , Mr = Jumlah slot rotor

Kws = Efek pada stator Kwr = Efek pada rotor

Ts = Emf pada stator Tr = Emf pada rotor

Dengan telah didapatnya jumlah slot stator, maka besar arus yang mungkin pada rotor bar dapat dihitung dengan

φ

cos 2

S r

s WS s

b I

S T K m

I = × × ×

(3.34)

Dalam memperhitungkan luas penampang konduktor, tentunya luas penampang konduktor dipengaruhi oleh kerapatan arus yang timbul pada konduktor rotor. Menurut teori, bahwa kerapatan arus pada rotor berkisar 4 – 7 Ampere/mm2.

III.6 PERANCANGAN GIGI SLOT ROTOR (ROTOR TEETH)

Dengan berdasarkan ukuran penampang slot bar di atas, maka dapat ditentukan

a. Tinggi slot stator

Untuk mempertimbangkan tinggi slot rotor harus ditambahkan ketinggian dor , dir dan

juga clearance antara rotor bar dan rotor core. Menurut teori, bahwa besarnya clearance antara rotor bar dan rotor core berkisar 0,15 -0,4 mm.

b. Lebar slot rotor

Juga harus ditambahkan clearance antara rotor bar dan rotor core. Tetapi sebelum menentukan ukuran slot rotor, harus dipertimbangkan juga kerapatan fluksi pada bagian slot rotor yaitu dengan langkah- langkah sebagai berikut :

Kisar slot (slot pith) bila diperhitungkan pengaruh winding factor stator adalah

r WS r

S K D

Ysr= π( −2 )

(3.35)

Dimana ;

Dr = diameter luar stator

Kws = Winding faktor

Kerapatan fluksi dapat dihitung dengan

tr i r

m

W L P S Bsr

× ×

= φ

(3.36)

m

φ = fluks maksimum rotor Sr = Slot rotor

III.7 PERANCANGAN TERAS ROTOR

Karena celah udara antara stator dan rotor sedemikian kecilnya, maka depth of rotor core (dcr)

dapat dianggap sama dengan depth of stator core (dcs)

Dengan demikian diameter dalam rotor (rotor stamping) adalah

Di = Dr -2 dsr -2 dcr

(3.37)

Menghitung End Ring

Arus yang mengalir pada end- ring dihitung dengan rumus

p I S

I r b

π

× =

0 _(3.38)

BAB IV

PERHITUNGAN RANCANGAN MOTOR INDUKSI 3 PHASA 90 kW

IV.1 UMUM

Sebagaimana yang telah dipaparkan dalam bab 3, mengenai prosedur perancangan motor 3 phasa, maka pada bab ini akan dihitung rancangan parameter parameter dan performansi motor 3 phasa yang diharapkan. Maka dari itu motor yang akan dirancang adalah sebagai berikut

Daya 90 kW, 3 phasa, 1 pasang kutub, Frekuensi sumber 50 Hz, tegangan 460/380, hubungan bintang, faktor daya yang diharapkan 0,9, efisiensi yang diharapkan adalah 90 persen,

IV.2 ANALISIS PARAMETER STATOR

Dari persamaan 3. 2, bahwa koefisien emf K_E dapat ditentukan dengan

p KE =0,98−0,05

) 2 ( 05 , 0 98 , 0 − = 96 , 0 = gap

S _{dapat ditentukan,}

) 9 , 0 ( 9 , 0 ) 000 . 90 ( 97 , 0 W

S_gap =

KVA

107

Dari gambar 3.1 dapat ditentukan nilai C0 =230 x 103 J/m3 .dan dari tabel 3.1 nilai λ diambil

1,5, sehingga nilai Dis dari persammaan 3.1 dapat dihitung sebagai berikut

(

)

3 3 3 ) J/m 10 x 230 ( 50 ) 5 , 1 )( 14 , 3 ( ) 815 . 71 )( 2 )( 2 ( 2 Hz W Dis =

m

219 , 0 =

Panjang Stack L dari persamaan 3.3 adalah

    = ) 2 ( 2 ) 5 , 1 )( 219 , 0 ( 14 , 3 m

L =0,2578m

Pole pitch (kisar kutub ) dihitung dengan persamaan 3.3.

5 , 1 2578 , 0 = τ m 1719 , 0 =

Jumlah slot perkutub yang dirancang adalah 3(q=3), maka panjang slot pitch setiap kutub adalah

=

s

τ 0,0179m

) 3 ( 3 1719 , 0 =

Dari tabel 3.2 maka dapat dipilih perbandingan Dis dengan Dout , sesuai dengan spek motor yang

Sehingga

m m

D_out 0,3532 62 , 0 219 , 0 = =

Maka dari itu dapat ditentukan besar celah udara yang optimal, dari persamaan 3.6

(

P

)

m

g = _0,1+_0,0123 _{n 10}−3

(

3

)

3m

10 000 . 90 012 , 0 1 ,

0 + −

=

m x10 3 3 ,

6 −

=

IV.3 ANALISIS RANCANGAN BELITAN STATOR Dari persamaan 3.7 , dengan mengambil q = 3, maka

qm p Ns =2 1

=2(2)3(3)=36

Karena yang dirancang adalah Belitan 2 layer (lapis) kta ambil τ =79

y _{dibulatkan menjadi 0,8.}

Besar sudut elektris antara mmf dan slot yang berdekatan adalah

ec α 36 2 2π = 9 π =

Oleh karena jumlah slot total adalah 36, maka jumlah slot perkutub adalah 18, sehingga terdapat 18 anak panah dan distribusi slot untuk tiap phasa adalah sebagai berikut.

Gambar 4.1. Belitan 3 phasa dengan 36 slot, 2 kutub, 2 layer

Zone factor dapat K ditentukan dengan _q1

1

q

K 0,9598 )

3 ( 6 sin 3

6 sin

=

= _π

Chording factor dapat ditentukan dengan τ π y Ky 2 sin

1 = 0,9397

9 7 2

sin =

     = π

Faktor belitan stator dapat ditentukan

9019 , 0 ) 9397 , 0 )( 9598 , 0 ( = = w K

Jumlah belitan perphasa ditentukan berdasarkan fluksi φ

g

LB

τ α

φ = 1

untuk Bg diambil 0,7 Tesla(2 p1 = 4), Untuk faktor saturasi belitan

(1+Kst), bergantung pada bahan yang digunakan, dengan memasukkan nilai 1+Kst = 1,5, sehingga

dari gambar 3.4 maka diperoleh dengan αi = 0,74 dan Kf = 1,08. Sehingga dari persamaan 3. 12

diperoleh

g

LB

τ α

φ = 1

) 7 , 0 )( 2578 , 0 )( 1719 , 0 ( 74 , 0 = Wb 02295 . 0 =

Jumlah belitan perphasa W1 dapat dihitung dengan

) 02295 , 0 )( 50 )( 9019 , 0 )( 08 , 1 ( 4 ) 380 )( 96 , 0 ( 1 Wb Hz V W =

Jumlah konduktor perslot ns ditentukan dengan persamaan 3.14, dimana jumlah current path diambil 1 q p W a n_s 1 1 1 = 6 , 13 ) 3 ( 2 ) 59 , 81 ( 1 = = s n

Nilai ns yang diambil adalah hasil pembulatan, sehingga ns =14, sehingga harus kembali ke

persamaan 3.14 untuk menghitung W1 sebenarnya

asa lilitperph qn

p

W₁ = _{1 s} =84

sehingga harus dihitung kembali kerapatan fluks celah udara (Bg) yang sebenarnya

84 59 , 81 semula B sebenarnya

B_g = _g

T

68 , 0 = Arus nominal motor dapat dihitung dengan

1 1 cos 3 V P I n n n ϕ ηη = A V W 82 , 168 ) 380 )( 9 , 0 )( 9 , 0 ( 3 000 . 90 = =

Untuk menentukan ukuran konduktor, maka dipilih tingkat kerapatan arus konduktor. Dalam hal

ini dipilih J = 4,3 (semakin kecil kerapatan arus, maka effisiensi mesin semakin tinggi)

dengan menggunakan persamaan 3.16, maka

1 1 Ja I A n Co = 2 26 , 39 ) 1 )( 3 , 4 ( 82 , 168 mm = = πCO Co A

d = 4 d_Co mm 7,07mm

14 , 3 ) 26 , 39 ( 4 2 = =

Dengan demikian diameter konduktor nominal adalah 7,07 mm

IV.4 PERANCANGAN UKURAN SLOT STATOR

Oleh karena telah diketahuinya jumlah lilitan untuk tiap slot dan diameter kabel yang digunakan, maka kita dapat menghitung luas area slot yang dipengaruhi oleh faktor pengisian (Kfill).

Untuk konduktor bulat, Kfiill bernilai 0,35 sampai 0,4 untuk motor dibawah 10 kW dan

0,4 sampai 0,44 untuk motor diatas 10 kW (dalam hal ini diambil Kfill = 0,44)

Luas slot stator adalah

2 2 1189 ) 44 , 0 ( 4 ) 6 , 13 )( 1 ( ) 07 , 7 )( 14 , 3 ( mm

Bentuk slot yang digunakan adalah bentuk trapezoidal

Gambar 4.2 Bentuk Slot Trapezoidal

Variabel bos, hos, dan hw ditentukan dari pengalaman dimana biasanya ; bos= 2 sampai 3 mm,

untuk perancangan mesin diambil nilai 3 mm, oleh karena motor yang dirancang relatif besar, sehingga struktur geometri yang dipakai adalah yang besar juga, hos = 1 mm, hw= 4 mm. Asumsi

bahwa semua fluks mencapai stator, sehingga dari persamaan 3.17 bahwa

Fe ts ts s

g L B b LK

B τ ≈

dimana K Fe = 0,96 dengan ketebalan laminasi 0,5 mm dan Bts = 1,5 -1,65 T (diambil 1,5

T) maka dari persamaan 3.17, maka

FE ts s g ts K B L B b = τ

bts 0,0085m

) 96 , 0 )( 5 , 1 ( ) 0179 , 0 )( 68 , 0 ( = =

Sesuai dengan pengalaman, bahwa ketebalan gigi stator (bos +hos +hw ) tidak boleh

kurang dari 3,5 x 10-3 dan perbandingan b os : h os : hw = 4,4 : 1 : 3 maka diambil (bos +hos +hw )=

50 x 10-3 m (perkiraan untuk motor berdaya 90 kW),

m x x

x

b_os 50 10 3 26,2 10 3 4

, 8

4 ,

4 _{− −}

= = m x x x

h_os 50 10 3 0,12 10 3 4

, 8

1 _{− −}

= = m x x x hw 3 3 10 36 , 0 10 50 4 , 8

3 _{− −}

= =

bs1 dapat dihitung dari persamaan 3. 18 sebagai berikut

m x

x

b_s 0,0085

36 ) 10 36 , 0 ( 2 ) 10 12 , 0 ( 2 219 , 0

( 3 3

1 −

+ +

=π − −

m b_s1 =0.01

bs2 dapat dihitung dengan persamaan 3.21

2 1

2 4 tan s

s su

s b

N A

b = π −

m bs2 = 4(0,01189)(0,009)−0,0001=0,02

Dari persamaan 3. 19 Luas daerah hs dapat dinyatakan dengan

m b b A h s s su

s 0,4

02 , 0 01 , 0 ) 01189 , 0 ( 2 2 2 1 = + = + =

Celah udara mmf Fmg dihitung dengan

Aturns x

x B

g

F_mg g ) 409

10 256 , 1 68 , 0 )( 10 63 , 0 ( 2 , 1 2 ,

1 3 ₆

0

= =

≈ − ₋

µ

Dari Tabel 3.2 dapat dicari nilai Hts dari Bts = 1,5 sebagai pertimbangan dalam penentuan Fmts

(mmf gigi stator ) dengan rumus

)

( _{s os w}

ts

mts H h h h

F = + +

ATurns x

x10 0,36 10 ) 536 12 , 0 4 , 0 (

1340 + 3 + 3 =

Dari persamaan 3.23 dapat dihitung Fmtr , untuk 1+Kst = 1,5 mg mtr mts st F F F K = + +

+ 1 1 ATurns F K F

F_mtr = _{mg st} − _mts =409(1,5)−536=77,5

Tinggi stator (back iron stator) sebagai berikut

2

) (

2

( _{is os w s}

out os h h h D D

b = − + + +

m

b_os 0,02

2 ) 05 , 0 ( 2 219 , 0 ( 3532 , 0 = + − =

IV.5 ANALISIS PERANCANGAN SLOT ROTOR

Seperti pada persamaan 3.29, maka slot rotor yang dipilih

2

P S S_r = _s −

35 2 2

36− =

=

r

S

Sehingga, jumlah slot perphasa perkutub adalah

8 , 5 2 3 35 = × = r q

Kisar slot rotor (rotor slot pitch) teoritis tanpa memperhitungkan pengaruh winding factor stator adalah

cm m

Ysr_th 3,1 35 353 , 0 14 , 3 = × =

IArus ekivalen stator dapat dihitung dengan

ϕ cos ' _s r I I = A I_r'=168(0,9)=151,2

Ampere Turn pada rotor dapat dihitung dengan

' r r WR r S WS S r I T K m T K m AT × × × × × =

Dimana ms =3

5 , 17 2 35 = = = p S m_r r

1 2 = = p T_r 1 = WR

K K_WS =0,93

AT ATr 151,2 2024

1 1 5 , 17 84 93 , 0 3 = × × × × × =

IV.6 ANALISIS RANCANGAN ROTOR BAR CURRENT

Dengan telah diperolehnya jumlah slot stator, maka besar arus yang mungkin pada rotor bar sama dengan jumlah ampere turn pada rotor.

φ cos 2 S r s WS s b I S T K m

I = × × ×

A I_b 151,2(0,9) 1822

35 84 93 , 0 ) 3 ( 2 = × × × =

Dalam memperhitungkan luas penampang konduktor, tentunya dipengaruhi oleh kreapatan arus yang timbul pada konduktor rotor. Dan menurut teori, bahwa kerapatan arus pada rotor bar berkisar 4-7 ampere/mm2. Diambil kerapatan arus = 4,3 A/mm2. Maka luas masing masing rotor bar adalah 2 424 3 , 4 1822 mm ab= =

Dari luas rotor ini, maka cross section dari rotor bar dapat dipilih 20 mm x 21 mm, untuk motor induksi biasanya dibuat tidak sejajar dengan alur stator. Hal ini dibuat untuk menghindarkan pulsasi antara slot stator dan slot rotor, yang dapat menambahkan rugi rugi inti. Untuk mengatasi hal hal di atas maka alur dari rotor harus dibuat tidak sejajar. Dengan pemasangan demikian, pada ujung kedua rotor bar masing masing terjadi pertambahan panjang 3,1 cm terhadap inti stator L.

IV.7 ANALISIS RANCANGAN GIGI SLOT ROTOR

Dipilih besarnya clearance antara rotor bar dan rotor core 0,2 mm, d0r = 2 mm, dir = 2

mm, maka tinggi slot rotor (depth of rotor slot) :

dsr =21+0,2+2+2=25,2 mm

Lebar slot rotor = 20+0,2=20,2 mm

Jadi ukuran slot rotor adalah 25,2 x 20,2 mm2

Slot pitch bila diperhitungkan pengaruh winding factor stator, adalah

r WS r

S K D

Ysr =π( −2 )

cm

Ysr 3

35

)) 93 , 0 ( 2 3 , 35 ( 14 , 3

= −

=

Lebar gigi slot adalah 3 cm - 2,02 cm = 0,98 cm

IV.8 ANALISIS RANCANGAN TERAS ROTOR (ROTOR CORE)

Karena celah udara antara stator dan rotor sedemikian kecilnya, maka depth of rotor core (dcr ) dapat dianggap sama dengan depth of stator core (dcs),

Maka , dcr = 30 mm

IV.9 ANALISIS RANCANGAN END RING

Arus yang mengalir pada end ring dihitung dengan rumus :

A Ie 10.154

2 14 , 3

1822 35

= × × =

Dengan kerapatan arus 4,3 A/mm2, maka luas end ring adalah

2

2361 3

, 4 10154

mm

A= =

Diambil A= 2360 mm2

Dengan harga ini, kita dapat memilih ukuran end ring yaitu 40 mm x 59 mm, dimana ukuran yang diambil mendekati harga (luas) berdasarkan perhitungan.

Jadi Tebal ring (te) = 40 mm = 4 cm

Tinggi ring (de) = 59 mm = 5,9 cm, dibulatkan ke 6 cm

Jadi diameter luar end ring = Dr - 2x dsr

= 35,3 cm – 2(25,2 mm)= 30,3 cm

Jadi diameter dalam end ring = 30,3 cm -2 (de)

= 30,3 cm - 2(6 cm)=17,7 cm

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 KESIMPULAN

Untuk rancangan motor yang berspesifikasi

Daya 90 kW, 3 phasa, 1 pasang kutub, frekuensi sumber 50 Hz, tegangan 460/380, hubungan bintang, faktor daya yang diharapkan 0,9, efisiensi yang diharapkan adalah 90 persen, ditentukan bahwa

1. Elektris

Arus rated motor adalah 169 A.

Kerapatan fluks pada celah udara = 0, 68 Tesla/ mm kubik Fluks yang dihasilkan pada stator = 0,00229 Weber

Besar AmpereTurn pada stator adalah 409 AT 2 Untuk stator

Panjang stack = 257,8 mm

Pole pitch tiap kutub = 17,19 mm

Diameter luar = 353 mm

Celah udara = 6,3 mm

Luas (trapezoidal) = 1189 mm2 Dimana

mm

b_ts =8,5 b_os =26,2mm h_os =12mm h_w =0,36mm mm

b_s1 =10 h_s =400mm D_is =219mm mm

b_os =2

4 Rotor

Rotor Slot pitch = 31 mm

Luas rotor bar = 424 mm2 (20 mm x 21 mm) Depth of rotor slot = 25,2 mm

Lebar slot rotor = 20,2 mm Lebar rotor teeth = 9,8 mm Panjang inti rotor = 242 mm Ukuran endring = 40 x 59 mm Diameter luar end ring = 303 mm Diameter luar end ring = 177 mm

V.2 SARAN

DAFTAR PUSTAKA

1. Bimbra, P.S., Dr., “Electrical Machinery”, Jilid IV, Delhi : Goel Offset Press, 1990

2. Boldea, Ion. “ Induction Machine Handbook “. CLC Press LLC, New York .2002

3. Chapman, Stephen J. “ Electric Machinery Fundaments”EEEB344 Electromechanical Devices, New York

4. Guru, S. Bhag. “ Electric Mchinery and Transformer”. Oxford University Press, New York.2001

5. Sibal, M. K .” Design of Induction Motor Squirrel Cage Type”. Khanna Publisher,1970

IV.6 ANALISIS RANCANGAN ROTOR BAR CURRENT

Dengan telah diperolehnya jumlah slot stator, maka besar arus yang mungkin pada rotor bar sama dengan jumlah ampere turn pada rotor.

φ cos 2 S r s WS s b I S T K m

I = × × ×

A I_b 151,2(0,9) 1822

35 84 93 , 0 ) 3 ( 2 = × × × =

Dalam memperhitungkan luas penampang konduktor, tentunya dipengaruhi oleh kreapatan arus yang timbul pada konduktor rotor. Dan menurut teori, bahwa kerapatan arus pada rotor bar berkisar 4-7 ampere/mm2. Diambil kerapatan arus = 4,3 A/mm2. Maka luas masing masing rotor bar adalah 2 424 3 , 4 1822 mm

ab= =

Dari luas rotor ini, maka cross section dari rotor bar dapat dipilih 20 mm x 21 mm, untuk motor induksi biasanya dibuat tidak sejajar dengan alur stator. Hal ini dibuat untuk menghindarkan pulsasi antara slot stator dan slot rotor, yang dapat menambahkan rugi rugi inti. Untuk mengatasi hal hal di atas maka alur dari rotor harus dibuat tidak sejajar. Dengan pemasangan demikian, pada ujung kedua rotor bar masing masing terjadi pertambahan panjang 3,1 cm terhadap inti stator L.

IV.7 ANALISIS RANCANGAN GIGI SLOT ROTOR

Dipilih besarnya clearance antara rotor bar dan rotor core 0,2 mm, d0r = 2 mm, dir = 2

mm, maka tinggi slot rotor (depth of rotor slot) :

dsr =21+0,2+2+2=25,2 mm

Lebar slot rotor = 20+0,2=20,2 mm

Jadi ukuran slot rotor adalah 25,2 x 20,2 mm2

Slot pitch bila diperhitungkan pengaruh winding factor stator, adalah

r WS r

S K D

Ysr =π( −2 )

cm

Ysr 3

35

)) 93 , 0 ( 2 3 , 35 ( 14 , 3

= −

=

Lebar gigi slot adalah 3 cm - 2,02 cm = 0,98 cm

IV.8 ANALISIS RANCANGAN TERAS ROTOR (ROTOR CORE)

Karena celah udara antara stator dan rotor sedemikian kecilnya, maka depth of rotor core (dcr ) dapat dianggap sama dengan depth of stator core (dcs),

Maka , dcr = 30 mm

IV.9 ANALISIS RANCANGAN END RING

Arus yang mengalir pada end ring dihitung dengan rumus :

A

Ie 10.154

2 14 , 3

1822 35

= × × =

Dengan kerapatan arus 4,3 A/mm2, maka luas end ring adalah

2 2361 3

, 4 10154

mm

A= =

Diambil A= 2360 mm2

Dengan harga ini, kita dapat memilih ukuran end ring yaitu 40 mm x 59 mm, dimana ukuran yang diambil mendekati harga (luas) berdasarkan perhitungan.

Jadi Tebal ring (te) = 40 mm = 4 cm

Tinggi ring (de) = 59 mm = 5,9 cm, dibulatkan ke 6 cm

Jadi diameter luar end ring = Dr - 2x dsr

= 35,3 cm – 2(25,2 mm)= 30,3 cm

Jadi diameter dalam end ring = 30,3 cm -2 (de)

= 30,3 cm - 2(6 cm)=17,7 cm

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 KESIMPULAN

Untuk rancangan motor yang berspesifikasi

Daya 90 kW, 3 phasa, 1 pasang kutub, frekuensi sumber 50 Hz, tegangan 460/380, hubungan bintang, faktor daya yang diharapkan 0,9, efisiensi yang diharapkan adalah 90 persen, ditentukan bahwa

1. Elektris

Arus rated motor adalah 169 A.

Kerapatan fluks pada celah udara = 0, 68 Tesla/ mm kubik Fluks yang dihasilkan pada stator = 0,00229 Weber

Besar AmpereTurn pada stator adalah 409 AT 2 Untuk stator

Panjang stack = 257,8 mm Pole pitch tiap kutub = 17,19 mm Diameter luar = 353 mm Celah udara = 6,3 mm 3 Ukuran slot stator

Luas (trapezoidal) = 1189 mm2 Dimana

mm

b_ts =8,5 b_os =26,2mm h_os =12mm h_w =0,36mm mm

b_s1 =10 h_s =400mm D_is =219mm mm

b_os =2

4 Rotor

Rotor Slot pitch = 31 mm

Luas rotor bar = 424 mm2 (20 mm x 21 mm) Depth of rotor slot = 25,2 mm

Lebar slot rotor = 20,2 mm Lebar rotor teeth = 9,8 mm Panjang inti rotor = 242 mm Ukuran endring = 40 x 59 mm Diameter luar end ring = 303 mm Diameter luar end ring = 177 mm

V.2 SARAN

DAFTAR PUSTAKA

1. Bimbra, P.S., Dr., “Electrical Machinery”, Jilid IV, Delhi : Goel Offset Press, 1990

2. Boldea, Ion. “ Induction Machine Handbook “. CLC Press LLC, New York .2002

3. Chapman, Stephen J. “ Electric Machinery Fundaments”EEEB344 Electromechanical Devices, New York

4. Guru, S. Bhag. “ Electric Mchinery and Transformer”. Oxford University Press, New York.2001

5. Sibal, M. K .” Design of Induction Motor Squirrel Cage Type”. Khanna Publisher,1970