BAB II MOTOR INDUKSI SEBAGAI GENERATOR MISG
II.1 Umum
Motor induksi tiga phasa merupakan motor yang banyak digunakan baik di industri rumah tangga maupun industri skala besar. Hal ini dikarenakan konstruksi
motor induksi yang kuat, murah, sederhana serta tidak membutuhkan perawatan yang sangat banyak.
Secara umum konstruksi motor induksi sama dengan generator induksi, hanya saja generator induksi memerlukan adanya prime mover sebagai penggerak
mula. Oleh karena itu motor induksi tiga phasa dapat dioperasikan sebagai generator dengan cara memutar rotor pada kecepatan di atas kecepatan medan putar, sehingga
menghasikan slip s negatif. Untuk menjadikan motor induksi sebagai generator maka mesin ini membutuhkan daya reaktif untuk membangkitkan arus eksitasi.
Dengan cara ini maka motor listrik tiga phasa dapat dioperasikan sebagai generator. Motor induksi sebagai generator banyak diterapkan pada Pembangkit Listrik
Tenaga Mikrohidro PLTMh yang bekerja secara sendiri. Mesin ini dipilih sebagai alternatif pembangkit tenaga listrik karena tidak banyak membutuhkan perawatan
seperti mesin sinkron dan tidak membutuhkan bahan bakar pada saat diaplikasikan di lapangan, tapi cukup bergantung pada sumber energi terbarukan seperti air, angin,
dan lain – lain sebagai prime over penggerak mula.
Universitas Sumatera Utara
II.1.1 Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa
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 dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Penampang rotor dan stator motor induksi
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 120
o
. 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,
Universitas Sumatera Utara
lempengan inti yang telah disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga phasa.
c
Gambar 2.2 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.
Rotor motor induksi tiga phasa dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu rotor sangkar squirrel cage rotor dan rotor belitan wound rotor. Rotor sangkar terdiri
dari susunan batang konduktor yang dibentangkan ke dalam slot – slot yang terdapat a
b
c
Universitas Sumatera Utara
pada permukaan rotor dan tiap – tiap ujungnya dihubung singkat dengan menggunakan shorting rings.
a b
Gambar 2.3 a Rotor motor induksi
b Konstruksi motor induksi rotor sangkar
Sementara itu pada rotor belitan, rotornya dibentuk dari satu set belitan tiga phasa yang merupakan bayangan dari belitan statornya. Biasanya belitan tiga phasa
dari rotor ini terhubung Y dan kemudian tiap-tiap ujung dari tiga kawat rotor tersebut diikatkan pada slip ring yang berada pada poros rotor. Pada motor induksi rotor
belitan, rangkaian rotornya dirancang untuk dapat disisipkan dengan tahanan eksternal, yang mana hal ini akan memberikan keuntungan dalam memodifikasi
karakteristik torsi – kecepatan dari motor.
a b
Gambar 2.4 a Rotor belitan
b Motor induksi rotor belitan
Universitas Sumatera Utara
II.1.2 Slip
Slip adalah nilai suatu dari perbedaan antara frekuensi listrik rotasi dari medan magnet internal dengan frekuensi gerak rotasi dari rotor pada mesin listrik.
Selisih antara kecepatan rotor dengan kecepatan medan putar stator disebut slip s. Slip dapat dinyatakan dalam putaran setiap menit, tetapi lebih umum dinyatakan
sebagai persen dari kecepatan sinkron.
Slip s =
s r
s
n n
n −
x 100 ............................................ 2. 1 dimana:
n
r
= kecepatan rotor n
s
= kecepatan medan putar stator
Apabila n
r
n
s
, 0 s 1, kecepatan dibawah sinkron akan menghasilkan kopel, rotor dijalankan dengan mempercepat rotasi medan magnet, tenaga listrik
diubah ke tenaga gerak daerah motor. Bila n
r
= n
s,
s = 0 , tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada belitan rotor, sehingga tidak akan dihasilkan kopel.
Bila n
r
n
s
, s 0 , kecepatan di atas sinkron, rotor dipaksa berputar lebih cepat daripada medan magnet. Tenaga gerak diubah ke tenaga listrik daerah
generator. s = 1, rotor ditahan, tidak ada transfer tenaga.
s 1, kecepatan terbalik, rotor dipaksa bekerja melawan medan magnet daerah pengereman .
Universitas Sumatera Utara
II.1.3 Medan Putar
Perputaran motor pada mesin arus bolak – balik ditimbulkan oleh adanya medan putar fluks yang berputar yang dihasilkan dalam kumparan statornya.
Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak, umumnya fasa 3. Hubungan dapat berupa hubungan bintang atau delta.
Misalkan kumparan a – a; b – b; c – c dihubungkan 3 fasa, dengan beda fasa masing – masing 120
gambar 2.5a dan dialiri arus sinusoid. Distribusi arus i
a
, i
b
, i
c
sebagai fungsi waktu adalah seperti gambar 2.5b. Pada keadaan t
1
, t
2
, t
3
, dan t
4
, fluks resultan yang ditimbulkan oleh kumparan tersebut masing – masing adalah
seperti gambar 2.6c, d, e, dan f. Pada t
1
fluks resultan mempunyai arah sama dengan arah fluks yang dihasilkan oleh kumparan a – a; sedangkan pada t
2
, fluks resultannya mempunyai arah sama dengan arah fluks yang dihasilakan oleh kumparan c – c; dan untuk t
3
fluks resultan mempunyai arah sama dengan fluks yang dihasilkan oleh kumparan b – b. Untuk t
4
, fluks resultannya berlawanan arah dengan fluks resultan yang dihasilkan pada saat t
1
keterangan ini akan lebih jelas pada analisa vektor.
Gambar 2.5 a Diagram phasor fluksi tiga phasa
b Arus tiga phasa seimbang
Universitas Sumatera Utara
b Arus tiga phasa setimbang
Gambar 2.6 Medan putar pada motor induksi tiga phasa
Dari gambar c, d ,e, dan f tersebut terlihat fluks resultan ini akan berputar satu kali. Oleh karena itu untuk mesin dengan jumlah kutub lebih dari dua, kecepatan
sinkron dapat diturunkan sebagai berikut : n
s
= p
f .
120 ................................................................ 2. 2
f = frekuensi jala-jala p = jumlah kutub
II.1.4 Prinsip Kerja Motor Induksi
Prinsip kerja dari motor induksi tiga fasa sehingga terjadi putaran pada rotor motor adalah sebagai berikut :
Jika kumparan stator diberi tegangan tiga fasa, maka akan terjadi medan putar
dengan kecepatan sinkron n
s
.
Medan putar stator tersebut akan mengimbas pada penghantar yang ada pada rotor batang konduktor rotor, sehingga pada rotor timbul tegangan induksi.
Universitas Sumatera Utara
E
2s
= 4,44. f . n
s
. Φm
….................................................... 2. 3
Dimana : E
2s
= tegangan induksi pada saat rotor berputar Volt f
= frekuensi arus rotor Hertz Φm = fluks magnetik Weber
Tegangan yang terjadi pada rotor menyebabkan timbulnya arus pada
penghantar rotor.
Selanjutnya arus pada medan magnet menimbulkan gaya F pada rotor.
Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk
menanggung kopel beban, maka rotor akan berputar searah dengan medan
putar stator.
Agar timbul tegangan induksi, maka harus ada perbedaan relatif antara
kecepatan medan putar n
s
dengan kecepatan putaran rotor n
r
. Perbedaan antara n
s
dan n
r
yang disebut slip s.
Jika n
s
= n
r
maka tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan jangkar rotor sehingga tidak dihasilkan kopel. Kopel
pada motor akan timbul, jika n
s
n
r
.
II.1.5 Frekuensi Rotor
Pada waktu start motor dimana s = 100 maka 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 f’ yaitu,
Universitas Sumatera Utara
n
s
– n
r
=
P f
120
, diketahui bahwa n
s
=
p f
120
…………….………….... 2.4
Dengan membagikan dengan salah satu, maka didapatkan :
f f
=
ns nr
ns −
= s ……………………………..………… 2.5 Maka
f’ = sf Hz ……………………….………………..…. 2.6
Telah diketahui bahwa arus rotor bergantung terhadap frekuensi rotor f’ = sf dan ketika arus ini mengalir pada masing – masing phasa di belitan rotor, akan
memberikan reaksi medan magnet. Biasanya medan magnet pada rotor akan menghasilkan medan magnet yang berputar yang besarnya bergantung atau relatif
terhadap putaran rotor sebesar sn
s
. Pada keadaan tertentu, arus rotor dan arus stator menghasilkan distribusi
medan magnet yang sinusoidal dimana medan magnet ini memiliki magnitud yang konstan dan kecepatan medan putar n
s
yang konstan. Kedua hal ini merupakan medan magnetik yang berputar secara sinkron. Kenyataannya tidak seperti ini karena
pada stator akan ada arus magnetisasi pada belitannya.
II.1.6 Efisiensi
Sama halnya dengan mesin – mesin listrik yang lain, pada motor induksi sebagai generator rugi – rugi terdiri dari rugi – rugi tetap dan rugi – rugi variabel.
Pada kondisi beban nol daya outputnya sama dengan nol, sehingga efisiensi bernilai nol. Apabila motor induksi berbeban ringan, maka rugi – rugi tetap akan lebih besar
Universitas Sumatera Utara
jika dibandingkan terhadap outputnya, sehingga efisiensi rendah. Jika beban meningkat, maka efisiensinya juga akan meningkat dan akan menjadi maksimum
sewaktu rugi – rugi variabel sama dengan rugi – rugi inti. Efisiensi maksimum terjadi saat 80 hingga 95 persen dari rated output. Jika beban ditingkatkan secara terus –
menerus hingga melampaui efisiensi maksimumnya rugi – rugi beban akan meningkat dengan sangat cepat daripada outputnya, sehingga efisiensi menurun.
II.2 Disain Motor Induksi Tiga Phasa
Kategori