Analisa Penggunaan Tahanan Luar Untuk Memperbesar Torsi Awal Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Fakultas Teknik USU)

(1)

ANALISA PENGGUNAAN TAHANAN LUAR UNTUK

MEMPERBESAR TORSI AWAL MOTOR INDUKSI TIGA

FASA ROTOR BELITAN

(Aplikasi Pada Laboratorium konversi Fakultas Teknik USU)

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

Oleh

JONSON SINURAT 050402096

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ANALISA PENGGUNAAN TAHANAN LUAR UNTUK MEMPERBESAR

TORSI AWAL MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR BELITAN (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Fakultas Teknik USU)

oleh :

JONSON SINURAT 050402096

Tugas ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk Memperoleh gelar Sarjana Teknik

Disetujui oleh: Pembimbing

Ir.Satria Ginting NIP:196005141989031002

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

Ir.Surya Tarmizi Kasim,Msi. NIP:1954053198611002

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

Abstrak

Motor induksi banyak dipergunakan dalam industri karena dalam penggunaan dan perawatannya lebih sederhana, pemasangannya tidak sulit, dan biayanya lebih murah dari pada motor sinkron. Untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi pada motor induksi tiga fasa, maka dirancanglah motor tersebut dengan memiliki tahanan rotor yang kecil. Tahanan rotor yang kecil ini mengakibatkan torsi awal yang dihasilkan kecil dan arus awal yang besar.

Pada motor induksi tiga fasa jenis rotor belitan, terminal belitan rotornya dihubungkan pada cincin slip melalui sikat. Untuk menjalankan motor, tahanan luar dihubungkan secara seri dengan belitan rotor, hal ini dapat menghasilkan torsi awal yang besar dan arus awal yang kecil. Dengan menambahkan tahanan luar pada nilai tertentu maka dapat dihasilkan torsi awal yang tinggi yang terjadi pada keadaan diam

Pada tugas akhir ini penulis akan melakukan analisa penggunaan tahanan luar untuk memperbesar torsi awal pada motor induksi tiga fasa jenis rotor belitan.

(4)

KATA PENGANTAR

Pujian dan ucapan syukur penulis panjatkan terhadap Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia kasihnya yang menyertai penulis setiap saat selama perkuliahan., dalam pelaksanaan penelitian tugas akhir ini, dan saat penyusunan laporan tugas akhir.

Tugas akhir ini merupakan bagian kurikulum yang harus di selesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, penulis berjudul :

ANALISA PENGGUNAAN TAHANAN LUAR UNTUK MEMPERBESAR TORSI AWAL MOTOR INDUKSI TIGA FASA

ROTOR BELITAN

(Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Fakultas Teknik USU)

Penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada orang tua saya, Ayahanda Sihol Halomoan Sinurat (almarhum) dan Ibunda Kesianna Sitanggang yang telah membesarkan, mendidik dan terus membimbing serta mendoakan saya. Juga rasa sayang kepada kepada saudara-saudara saya Charles Sinurat dan Selamat Andreas Sinurat, dan saudari-saudari saya kak Meris Sinurat, Tinur Arta sinurat, dan Ansari Sinurat , dan juga kepada Keluarga Besar Sinurat yang selalu menyertai dan membantu penulis dari kecil sampai akhirnya penulis mengrjakan tugas akhir ini.

(5)

Dalam kesempatan ini, penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir.Satria Ginting, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Soeharwinto,ST,MT selaku dosen Wali penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan.

3. Bapak Ir.Surya Tarmizi Kasim,Msi selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rahmat Fauzi, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.

4. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU.

5. Teman-teman angkatan ’05 Teknik Elektro USU, Richard, Ridwan, Darwin, Wosvi,Joseph, Colin dan lain-lain yang tak dapat penulis sebutkan satu persatu.

6. Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Akhir kata, tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, masih banyak kesalahan dan kekurangan, namun penulis tetap berharap semoga tugas akhir ini bisa bermanfaat dan memberikan inspirasi bagi pengembangan selanjutnya.

Medan, November 2010 Penulis

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK...( i)

KATA PENGANTAR ... ...( ii )

DAFTAR ISI ... ( iv )

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Tujuan dan mamfaat Penulisan ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Metode Penulisan ... 2

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II MOTOR INDUKSI TIGA PHASA 2.1 Umum ... 5

2.2 Konstruksi Motor Induksi ... 6

2.3 Jenis Motor Induksi Tiga Fasa ... 8

2.3.1 Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai... ...9

2.3.2 Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan... . ....10

2.4 Slip ... 12

2.5 Medan Putar...13

2.6 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa ... 17

2.7 Frekuensi Arus Rotor ... 20

2.8 Rangkaian Ekivalen ... 21

2.9 Aliran Daya Pada Motor Induksi ... 26

(7)

BAB III PARAMETER DAN TORSI MOTOR INDUKSI TIGA FASA

3.1 Parameter Motor Induksi Tiga Fasa ... 32

3.1.1 Percobaan DC ... 32

3.1.2 Percobaan Beban Nol ... 35

3.1.3 Percobaan Rotor Tertahan ... 38

3.2 Torsi Motor Induksi Tiga Fasa ... 40

3.2.1 Torsi Awal (Torsi Start) ... 43

3.2.2. Torsi Maksimum ... 43

3.2.3 Torsi Beban Penuh ... 46

3.3 Disain Motor Induksi Tiga Fasa ... 48

BAB IV PERHITUNGAN PARAMETER DAN PENGGUNAAN TAHANAN LUAR UNTUK MEMPERBESAR TORSI AWAL MOTOR INDUKSI TIGA FASA 4.1 Umum ... 49

4.2 Peralatan Yang Digunakan ... 50

4.3 Percobaan Untuk Mendapatkan Parameter – Parameter Motor Induksi Tiga Fasa ... 51

4.3.1. Percobaan Tahanan DC ... 51

4.3.1.1 Percobaan Tahanan DC Pada Belitan Stator... 51

4.3.1.2 Percobaan Tahanan DC Pada Belitan Rotor ... 52

4.3.2. Percobaan Rotor Tertahan (Block Rotor) ... 53

(8)

4.4 Percobaan Penggunaan Tahanan Luar Untuk Mendapatkan Torsi

Awal Yang Besar ... 55

4.5 Percobaan Pengaruh Tahanan Luar terhadap Torsi dan kecepatan ... 57

4.6 Analisa Data ... 61

4.6.1 Perhitungan Parameter Motor Induksi ... 61

4.6.2 Perhitungan Torsi Maksimum ... 64

4.6.3 Perhitungan Nilai Torsi Awal Terhadap Penambahan Tahanan Luar ... 66

4.6.4 Perhitungan Arus Start Akibat Penambahan Tahanan Luar ... 68

4.6.5 Perhitungan Slip Maksimum pada Saat Terjadi Torsi Maksimum Akibat Penambahan Tahanan Luar ... 69

BAB V KESIMPULAN ... 72

(9)

Abstrak

Pada tugas akhir ini penulis akan melakukan analisa penggunaan tahanan luar untuk memperbesar torsi awal pada motor induksi tiga fasa jenis rotor belitan.

(10)

BAB 1 PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Pada era saat ini, kebutuhan akan alat produksi yang tepat sangat diperlukan agar dapat meningkatkan efisiensi waktu dan biaya. Sebagian besar dari peralatan industri menggunakan tenaga listrik sebagai penggerak utama, yaitu motor listrik. Pemilihan motor listrik untuk industri merupakan salah satu hal penting yang harus dipertimbangkan.

Motor induksi tiga fasa merupakan jenis motor yang paling banyak digunakan pada perindustrian, motor inilah yang akan digunakan untuk memutar beban yang ada diperindustrian. motor induksi tiga fasa keluaran besarannya berupa torsi untuk menggerakkan beban. Jika torsi beban yang dipikul motor induksi tiga fasa lebih besar, maka motor induksi tiga fasa tidak akan berputar. Dan jika torsi beban yang dipikul motor induksi tiga fasa terlalu kecil, maka ini dianggap suatu hal yang berlebihan.

Motor induksi tiga fasa yang mempunyai efisiensi tinggi biasanya memiliki tahanan rotor yang kecil. Akibatnya motor ini akan menghasilkan torsi awal yang kecil dan menarik arus awal yang besar. untuk merubah besarnya torsi awal yang dihasilkan motor induksi tiga fasa jenis rotor belitan agar dapat menggerakkan beban dan arus awal yang dihasilkan kecil, maka dapat dilakukan dengan menambahkan tahanan luar. Maka perlu dilakukan analisa penggunaan tahanan luar pada torsi awal motor induksi tiga fasa jenis rotor belitan.

(11)

I.2 Tujuan dan Mamfaat Penulisan

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan tahanan luar terhadap torsi awal yang dihasilkan oleh motor induksi tiga fasa jenis rotor belitan.

Manfaat penelitian ini adalah mendapatkan pengertian dan penjelasan mengenai penggunaan tahanan luar terhadap torsi awal yang dihasilkan oleh motor induksi tiga fasa jenis rotor belitan dan memberikan kesempatan bagi mahasiswa lain untuk mempelajari lebih lanjut.

I.3 Batasan Masalah

Agar tujuan penulisan tugas akhir ini terfokus pada judul tugas akhir maka penulis membatasi permasalahan yang akan dibahas sebagai berikut :

1. Motor yang digunakan adalah motor induksi tiga fasa jenis rotor belitan.

2. Tidak membahas gangguan yang terjadi pada motor induksi tiga fasa. 3. Motor induksi tiga fasa beroperasi sendiri.

4. Tidak membahas pembebanan pada motor induksi tiga fasa.

I.4 Metode Penulisan

Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi diantaranya :

(12)

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 Elektrik FT-USU.

3. Studi analisa yaitu berupa penganalisaan terhadap data – data yang diperoleh.

4. Diskusi yaitu berupa konsultasi tentang topik tugas akhir ini dengan dosen pembimbing, dosen – dosen bidang konversi energi elektrik, asisten laboratorium konversi energi elektrik dan teman – teman sesama mahasiswa Departemen Teknik Elektero FT-USU.

I.5 Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut. BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metode dan sistematika penulisan.

BAB II. MOTOR INDUKSI TIGA FASA

Bab ini menjelaskan tentang motor induksi tiga fasa secara umum, konstruksi, prinsip keja, jenis – jenis motor induksi tiga fasa, dan rangkaian ekivalen dari motor induksi tiga fasa.

(13)

BAB III. TORSI DAN PARAMETER MOTOR INDUKSI TIGA FASA Pada bab ini menjelaskan bagaimana persamaan untuk dapat menghitung parameter – parameter motor induksi tiga fasa, dan persamaan – persamaan mengenai torsi.

BAB IV. ANALISA PENGUNAAN TAHANAN LUAR UNTUK MEMPERBESAR TORSI AWAL MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR BELITAN

Bab ini menganalisa penggunaan tahanan luar pada torsi awal yang dihasilkan oleh motor induksi tiga fasa dengan membandingkan hasil dari data percobaan dengan hasil dari hitungan.

BAB V. KESIMPULAN

Bab ini merupakan bagian penutup, berupa kesimpulan yang berkaitan dengan pembahasan mengenai pengaruh penggunaan tahanan luar terhadap torsi awal yang dihasilkan oleh motor induksi tiga fasa jenis rotor belitan.

(14)

BAB II

MOTOR INDUKSI TIGA FASA

2.1 Umum

Motor listrik yang paling umum dipergunakan dalam perindustrian industri adalah motor induksi. Berdasarkan phasa sumber daya yang digunakan, motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi motor satu phasa dan motor phasa banyak. Karena sistem distribusi umumnya adalah tiga phasa, maka motor phasa banyak biasanya adalah tipe tiga phasa. Motor induksi tiga phasa banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri, sedangkan motor induksi satu phasa banyak digunakan pada peralatan rumah tangga karena motor induksi satu phasa mempunyai daya keluaran yang rendah. Adapun beberapa keuntungan motor induksi dibandingkan motor lain adalahkonstruksinya yang sederhana tetapi padat dan kuat, ukurannya lebih kecil dan lebihringan sehingga harganya lebih murah, perawatan yang mudah, dan memiliki efisiensiyang tinggi.

Motor induksi adalah motor listrik arus bolak-balik (ac) dimana putaran rotor dengan putaran medan pada stator terdapat selisih putaran yang disebut slip.

Mesin induksi (asinkron) ini pada umumnya hanya memiliki satu suplai tenaga yang mengeksitasi belitan stator. Belitan rotornya tidak terhubung langsung dengan sumber tenaga listrik, melainkan belitan ini dieksitasi oleh induksi dari perubahan medan magnetik yang disebabkan oleh arus pada belitan stator.

(15)

Hampir semua 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 ada juga kelemahannya.

Keuntungan motor induksi tiga fasa: 1. Konstruksinya sederhana dan kuat. 2. Harganya murah dibandingkan motor lain

3. Memiliki efisiensi yang tinggi pada kondisi kerja normal. 4. Perawatanya sederhana dan mudah

Kerugianya:

1. Kecepatannya tergantung pada beban yang dipikul.

2. kecepatannya tidak bisa bervariasi tanpa merubah efisiensi. 3. pada torsi start memiliki kekurangan.

2.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa

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,seperti pada gambar di bawah.

(16)

Rotor

Stator

Gambar – 2.1 Celah Udara Diantara stator dan Rotor

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.

(17)

(c)

Gambar 2.2 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

2.3 Jenis Motor Induksi Tiga Fasa

Ada dua jenis motor induksi tiga fasa berdasarkan rotornya yaitu: 1. motor induksi tiga fasa sangkar tupai ( squirrel-cage motor) 2. motor induksi tiga fasa rotor belitan ( wound-rotor motor )

(18)

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 Fasa Sangkar Tupai ( Squirrel-cage Motor)

Penampang motor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Inti stator pada motor sangkar tupai tiga fasa 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 fasa ini dapat tersambung dalam hubungan delta ( Δ ) ataupun bintang ( Υ ).

Rotor jenis rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.3 di bawah ini.

Batang Poros

Kipas Laminasi Inti

Besi

Aluminium

Cincin Aluminium

Batang Poros

Kipas

(b)

Gambar- 2.3 rotor sangkar

(a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Bagian-bagian Rotor Sangkar (a)

(19)

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 2.4.

Gambar- 2.4 Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar 2.3.2 Motor Induksi Tiga Fasa 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 Υ. Masing – masing fasa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Secara skematik dapat dilihat pada gambar-2.5. Dari

(20)

gambar ini dapat dilihat bahwa cincin slip dan sikat semata – mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkaian rotor.

Gambar-2.5 Skematik Motor Rotor Belitan

Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal yang berfungsi membatasi arus pengasutan yang mengakibatkan 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 fasa rotor belitan ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

(21)

(b)

Gambar- 2.6 (a) Rotor Belitan, (b) Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa dengan Rotor Belitan

2.4 Slip

Motor induksi tidak dapat berputar pada kecepatan sinkron. Seandainya hal ini terjadi, maka rotor akan tetap diam relatif terhadap fluksi yang berputar. Maka tidak akan ada ggl yang diinduksikan dalam rotor, tidak ada arus yang mengalir pada rotor, dan karenanya tidak akan menghasilkan kopel. Kecepatan rotor sekalipun tanpa beban, harus lebih kecil sedikit dari kecepatan sinkron agar adanya tegangan induksi pada rotor, dan akan menghasilkan arus di rotor, arus induksi ini akan berinteraksi dengan fluks listrik sehingga menghasilkan kopel. Selisih antara kecepatan rotor dengan kecepatan sinkron disebut slip (s). Slip dapat dinyatakan dalam putaran setiap menit, tetapi lebih umum dinyatakan sebagai persen dari kecepatan sinkron.

Slip (S) = − ×1 0 0% s

r s

n n n

…………...….(2.1)

(22)

persamaan (2.1) di atas memberikan imformasi yaitu:

1. saat S = 1 dimana n = 0, ini berati rotor masih dalam keadaan diam atau r akan berputar.

2. S = 0 menyatakan bahwa n = s n , ini berarti rotor berputar sampai kecepatan r sinkron. Hal ini dapat terjadi jika ada arus dc yang diinjeksikan ke belitan rotor, atau rotor digerakkan secara mekanik.

3. 0 < S < 1, ini berarti kecepatan rotor diantara keadaan diam dengan kecepatan sinkron. Kecepatan rotor dalam keadaan inilah dikatakan kecepatan tidak sinkron. Biasanya slip untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi pada saat beban penuh adalah 0,04.

2.5 Medan Putar

Ketika belitan tiga phasa dari motor induksi maka medan magnet yang berputar akan dihasilkan. Medan magnet ini dibentuk oleh kutub-kutubnya yang berada pada posisi yang tidak tetap pada stator. Adapun magnitudo dari medan putar ini selalu tetap yaitu sebesar 1.5 Φm dimana Φm adalah fluks yang disebabkan suatu phasa.

Untuk melihat bagaimana medan putar dibangkitkan, maka dapat diambil contoh pada motor induksi tiga phasa dengan jumlah kutub dua. Dimana ke-tiga phasanya R, S, T disuplai dengan sumber tegangan tiga phasa, dan arus pada phasa ini ditunjukkan sebagai IR, IS, dan IT, maka fluks yang dihasilkan oleh arus-arus ini adalah :

(23)

ΦR=Φmsin t……….(2.2a)

ΦS=Φmsin( t–1200)………..(2.2b)

ΦT=Φmsin( t–2400)………..(2.2c)

Gambar-2.7 Arus tiga phasa seimbang

(24)

Gambar-2.9 Medan putar pada motor induksi tiga phasa

(i) Pada keadaan 1 ( Gambar 2.8 ), ωt = 0 ; arus dalam phasa R bernilai nol sedangkan besarnya arus pada phasa S dan phasa T memiliki nilai yang sama dan arahnya berlawanan. Dalam keadaan seperti ini arus sedang mengalir ke luar dari konduktor sebelah atas dan memasuki konduktor sebelah bawah. Sementara resultan fluks yang dihasilkan memiliki besar yang konstan yaitu sebesar 1,5 Φm dan dibuktikan sebagai berikut :

ΦR=0

ΦS= Φmsin(–1200)=– Φm ΦT= Φmsin (–2400)= Φm

(25)

Oleh karena itu resultan fluks, Φr adalah jumlah phasor dari ΦT dan – ΦS Sehinngga resultan fluks, Φr = 2× Φm cos 300 = 1,5 Φm

(ii) Pada keadaan 2, ωt = 300 arus bernilai maksimum negatif pada phasa S, sedangkan pada phasa R dan phasa T bernilai 0,5 maksimum, dan pada saat ini ωt = 30o, oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing-masing phasa :

ΦR = Φm sin ( 300 ) = 0,5 Φm

ΦS = Φm sin ( -900 ) = – Φm

ΦT = Φm sin (-2100) = 0,5 Φm

Maka phasor ΦR dan – ΦT adalah= Φr’ = 2 x 0,5 Φm cos 60 = 0,5 Φm. Sehingga resultan fluks Φr = 0,5 Φm + Φm = 1,5 Φm

Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks berpindah sejauh 300 dari posisi pertama.

(iii) Pada keadaan ini ωt = 600, arus pada phasa R dan phasa S memiliki besar yang sama dan arahnya berlawanan ( 0,866 Φm ), oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing-masing phasa

ΦR = Φm sin ( 600) = Φm

ΦS = Φm sin ( -600) = − Φm

ΦT = Φm sin ( -1800 ) = 0

Maka magnitudo dari fluks resultan : Φr = 2 × Φm cos 300 = 1,5 Φm Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks berpindah sejauh 600 dari posisi pertama.

(26)

( iv ) Pada keadaan ini ωt = 900, arus pada phasa R maksimum ( positif), dan arus pada phasa S dan phasa T = 0,5 Φm, oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing-masing phasa:

ΦR = Φm sin ( 900) = Φm

ΦS = Φm sin ( -300) = - 0,5 Φm

ΦT = Φm sin (-1500) = - 0,5 Φm

Maka phasor – ΦT dan – ΦT adalah = Φr’ = 2 x 0,5 Φm cos 60 = 0,5 Φm Sehingga resultan fluks Φr = 0,5 Φm + Φm = 1,5 Φm

Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks berpindah sejauh 900 dari posisi pertama.

2.6 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa

Prinsip kerja motor induksi tiga phasa dapat dijelaskan sebagai berikut : Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga phasa, maka pada stator akan dihasilkan arus tiga phasa. Arus ini akan mengalir melalui belitan yang akan menimbulkan fluks dan karena adanya perbedaan sudut phasa sebesar 1200 antara ketiga phasanya, maka timbul medan putar dengan kecepatan sinkron ns.

Dimana:

(27)

………..(2.3) P= Jumlah pasang kutub

p = Jumlah kutub f = Frekunsi stator

Dalam stator sendiri akan timbul tegangan pada masing-masing phasa yang dinyatakan

e1 =– 2 fN1Φm cos t

e1 =– 2 fN1Φm sin( t–900)

e1maks= 2 fN1Φm

Maka tegangan induksi pada stator adalah

E1= 4.44 fN1Φm………(2.4) Dimana:

e1 = ggl induksi (Volt) e1maks= ggl maksimum(Volt) N1 = jumlah lilitan kumparan stator E1 = Tegangan induksi pada stator( Volt)

Φm=Fluksi maksimum (Wb)

f = Frekuensi (Hz)

Dalam keadaan rotor masih diam, medan putar stator akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E2 :

(28)

Dimana:

E2= Tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (Volt) N2= Jumlah lilitan kumparan rotor

Фm = Fluks maksimum(Wb)

Karena kumparan rotor membentuk rangkaian tertutup, maka ggl tersebut akan menghasilkan arus I2. Adanya arus I2 di dalam kumparan rotor akan menghasilkan medan magnet rotor. Interaksi medan magnet rotor dengan medan putar stator akan menimbulkan gaya F pada rotor. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah medan putar stator. Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan sinkron. Perbedaan kecepatan sinkron medan putar stator (ns) dan kecepatan rotor (nr) disebut slip, dinyatakan dengan

Slip (S) = − ×100% s

r s

n n n

……….(2.6)

Pada saat rotor dalam keadan berputar, besarnya tagangan yang terinduksi pada kumparan rotor akan bervariasi tergantung besarnya slip, dan tegangan induksi ini dinyatakan dengan E2s yang besarnya

E2s = 4,44 sfN2 Φ m ( Volt ) ... (2.7) Dimana:

(29)

f2 = s. f = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar) Bila ns = nr , tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan rotor, karenanya tidak dihasilkan kopel. Kopel ditimbulkan jika nr < ns.

2.7 Frekuensi Arus 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 f '

yaitu,

s n

n − ₌

P f '

120

, diketahui bahwa ns=

p f

120

Dengan membagikan dengan salah satu, maka didapatkan

s n

n n f f

s r

s − =

= '

Maka f = ' sf ( Hz )………...(2.8)

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 sebesarsn . s

(30)

Pada keadaan tertentu, arus rotor dan arus stator menghasilkan distribusi medan magnet yang sinusoidal dimana medan magnet ini memiliki magnetudo yang konstan dan kecepatan medan putar n yang konstan. Kedua Hal ini s merupakan medan magnetik yang berputar secara sinkron. kenyataannya tidak seperti ini karena pada stator akan ada arus magnetisasi pada kumparannya.

2.8 Rangkaian Ekivalen

Kerja motor induksi seperti juga kerja transformator adalah berdasarkan prinsip induksi-elektromagnetik. Oleh karena itu, motor induksi dapat dianggap sebagai transformator dengan rangkaian sekunder yang berputar. Rangakian pengganti motor induksi dapat dilihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.10 Rangkaian Pengganti Motor Induksi

Untuk menentukan rangkaian ekivalen dari motor induksi tiga phasa, pertama- tama perhatikan keadaan pada stator. Gelombang fluks pada celah udara yang berputar sinkron membangkitkan ggl lawan tiga phasa yang seimbang di dalam phasa-phasa stator. Besarnya tegangan terminal stator berbeda dengan ggl lawan sebesar jatuh tegangan pada impedansi bocor stator, sehingga dapat dinyatakan dengan persamaan

(31)

Di mana: V1 = tegangan terminal stator (Volt)

E1= ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah udara resultan(Volt) I1 = arus stator (Ampere)

R = resistansi efektif stator (Ohm) 1 X = reaktansi bocor stator (Ohm) 1

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_Φ , merupakan arus stator tambahan yang diperlukan untuk menghasilkan fluks celah udara resultan. Arus peneralan dapat dipecah menjadi komponen rugi – rugi inti I yang sefasa dengan c E₁ dan komponen magnetisasi

I yang tertinggal dari E1 sebesar 90 °

Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Stator

Pada rotor belitan, jika belilitan yang dililit sama banyaknya dengan jumlah kutub dan fasa stator. Jumlah lilitan efektif tiap fasa pada lilitan stator banyaknya a kali jumlah lilitan rotor.

(32)

Gambar-2.12 Rangkaian Ekivalen pada Rotor

Bandingkan efek magnetis rotor ini dengan yang terdapat pada rotor ekivalen magnetik yang mempunyai jumlah lilitan yang sama seperti stator. Untuk kecepatan dan fluks yang sama, hubungan antara tegangan Erotor yang diimbaskan pada rotor yang sebenarnya dan tegangan E2s yang diimbaskan pada rotor ekivalen adalah

E2 = aErotor………...(2.10)

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

I2 =

a Irotor

………...(2.11)

Akibatnya hubungan antara impedansi bocor frekuensi slip Z2S dari rotor ekivalen dan impedansi bocor frekuensi slip Zrotor dari rotor yang sebenarnya haruslah sebagai berikut

Z2S= = S

I E

2 2

r o t o r r o t o r

I E a2

rotor

(33)

Karena rotor terhubung singkat, hubungan fasor antara ggl frekuensi slip s

E2 yang dibangkitkan pada fasa patokan dari rotor patokan dan arus I2s pada fasa tersebut adalah

S S

I E

2 2

Z₂ ₌_{R +}₂ _{jsX …………...(2.13)}₂

Dimana

Z2 = impedansi bocor rotor frekuensi slip tiap fasa (Ohm)

R = tahanan rotor (Ohm)

sX = reaktansi bocor patokan pada frekuensi slip (Ohm)

Reaktansi yang didapat pada persamaan (2.13) dinyatakan dalam cara yang demikian karena sebanding dengan frekuensi rotor dan slip. Jadi X didefinisikan 2 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 E . Bila bukan karena efek kecepatan, 1 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

(34)

Gelombang fluks magnetik pada rotor dilawan oleh fluks magnetik yang dihasilkan komponen beban I dari arus stator, dan karenanya, untuk harga 2 efektif

I2 = I ...(2.15) 2

Dengan membagi persamaan (2.14) dengan persamaan (2.15) didapatkan

= S S I E 2 2 2 1 I E s ………...(2.16)

Didapat hubungan antara persamaan (2.15) dengan persamaan (2.16), yaitu

= S S I E 2 2 2 1 I E s

= R + 2 jsX …...(2.17) 2

Dengan membagi persamaan (2.16) dengan s, maka didapat

2 1 I E = s R₂

+ jX ………...(2.18) 2

Dari penjelasan mengenai rangkaian ekivalen pada stator dan rotor di atas, maka dapat dibuat rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa pada masing – masing fasanya dan untuk mempernudah 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.

(35)

Atau seperti gambar berikut.

Gambar-2.13 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Sisi Stator Dimana:

2 '

X = 2

X a

2 '

R = 2

R a

2.9 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.

(36)

Dimana PFW= Rugi-rugi gesek dan angin motor

PS = Daya penggerak poros

TS = Torsi penggerak poros

Daya total yang dimasukkan pada kumparan stator (Pin) dirumuskan dengan

θ c o s 1 1 i n 3V I

P = _{( Watt )...(2.19)}

Dimana :

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

θ = perbedaan sudut phasa antara arus masukan dengan tegangan sumber.

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.

PA G= PR C+LPc o (Watt)...(2.20)

( )

' '

2 2 2 2

2 3

3 I R

s R

I =

= +

( )

s s R

I' ' (1− )

(37)

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

r oad

out τl ϖ

P = θ

cos . _L _L

in 3V I

P =

Daya celah udara

P Pconv

SCL

RCL

P F&W

SLL

Gambar- 2.15 Aliran Daya Motor Induksi. Dimana :

- PSCL= rugi – rugi tembaga pada kumparan stator (Watt) - P = rugi – rugi inti pada stator (Watt) C

- P = daya yang ditranfer melalui celah udara (Watt) AG - PRCL= rugi – rugi tembaga pada kumparan rotor (Watt) - PF+W= rugi – rugi gesek + angin (Watt)

- 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 :

P_R _C=3

( )

_LI₂' 2R₂' =s P_A ( Watt )...(2.22)

( )

2 A

2 2

c o n v 1

3 R s s P

s s I

(38)

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

2.10 Efisiensi

Efisiensi motor induksi adalah ukuran keefektifan motor induksi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanis yang dinyatakan sebagai perbandingan antara masukan dan keluaran atau dalam bentuk energi listrik berupa perbandingan watt keluaran dan watt masukan. Defenisi NEMA terhadap 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 keluaran ditambah rugi-rugi, yang dirumuskan dalam persamaan (2.2.4)

L o u t

o u

i n

l o s s i n

i n o u t

P P P P P P P P + = − = =

η ×100%_...(2.24)

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.

(39)

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.

Kebanyakan pabrikan lebih memilih melakukan pengukuran komponen rugi-rugi secara individual, karena dalam teorinya metode ini tidak memerlukan pembebanan pada motor, dan ini adalah suatu keuntungan bagi pabrikan. 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.

(40)

BAB III

PARAMETER DAN TORSI MOTOR INDUKSI TIGA FASA

3.1. Parameter Motor Induksi Tiga Fasa

Parameter rangkaian ekivalen dapat dicari dengan melakukan pengukuran pada percobaan tahanan DC, percobaan beban nol, dan percobaan rotor tertahan ( block- rotor). Dengan penyelidikan pada setiap rangkaian ekivalen, percobaan beban nol motor induksi dapat disimulasikan dengan memaksimalkan tahanan

rotor

s R'2

. Hal ini bisa terjadi pada keadaan normal jika slip dalam nilai yang minimum. Slip yang mendekati nol terjadi ketika tidak ada beban mekanis, dan mesin dikatakan dalam keadaan berbeban ringan.

Pengukuran rotor tertahan dilakukan dengan menahan rotor tetap diam. Pada kondisi ini slip bernilai satu yang merupakan nilai slip tertinggi untuk

kondisi motor, jadi nilai

s R'2

bernilai minimum. Untuk menentukan bentuk

rangkaian ekivalen, pola fluksi dianggap sinusoidal, demikian juga rugi-rugi yang diukur proporsional terhadap fluksi utama, dan kejenuhan diabaikan

3.1.1 Percobaan DC

Untuk memperoleh harga R dilakukan dengan pengukuran DC yaitu 1 dengan menghubungkan sumber tegangan DC (VDC) pada dua terminal input dan

(41)

arus DC-nya (IDC) lalu diukur. Di sini tidak mengalir arus rotor karena tidak ada tegangan yang terinduksi.

1. Kumparan hubungan Wye (Y)

Gambar rangkaian ketika kumparan motor induksi tiga phasa terhubung Y, dan diberi suplai DC dapat dilihat pada Gambar 3.1 di bawah ini.

RDC

VDC

-IDC

Gambar -3.1a Kumparan HubunganWye(Y)

Harga R1DC dapat dihitung, untuk kumparan dengan hubungan Y, adalah

sebagai berikut :

D C D C D C

1 2 1

I V

R = _{( Ohm )...(3.1)}

2. Kumparan Hubungan Delta (∆)

Gambar rangkaian ketika kumparan motor induksi tiga phasa terhubung delta dan diberi suplai DC, dapat dilihat pada Gambar 3.1b di bawah ini.

(42)

Diketahui bahwa tahanan pada kumparan pada masing – masing phasa dianggap sama, maka RA =RB =RC =R.

Jadi gambar diatas dapat disederhanakan menjadi gambar berikut.

R

_R

D C

V

D C

I

A I

Dimana R = P RB +RC

Jadi R = A A DC I V Dimana P A P D C A R R R I I + × = IA ID C

3 2

= , maka

R1dc=

DC DC

I V

2 =

DC DC I V × 2 3

Harga R1 ini dinaikkan dengan faktor pengali 1,1-1,5 untuk operasi arus bolak-balik, karena pada operasi arus bolak-balik resistansi konduktor meningkat karena distribusi arus yang tidak merata akibat efek kulit dan medan magnet yang melintasi alur.

ac k R

R1 = × 1 ( Ohm )...(3.2) Dimana k =faktor pengali, besarnya 1,1 – 1,5

(43)

Karena besar tahanan konduktor stator dipengaruhi oleh suhu, dan biasanya bila rugi-rugi motor ditentukan dengan pengukuran langsung pada motor, maka untuk mengetahui nilai tahanan yang paling mendekati, biasanya dilakukan dengan beberapa kali pengukuran dan mengambil besar rata-rata dari semua pengukuran yang dilakukan.

3.1.2 Percobaan Beban Nol

Motor induksi dalam keadaan beban nol dibuat dalam keadaan berputar tanpa memikul beban pada rating tegangan dan frekuensinya. Besar tegangan yang digunakan ke belitan stator perphasanya adalah V ( tegangan nominal), arus 1 masukan sebesarI dan dayanya 0 P . Nilai ini semua didapat dengan melihat alat 0 ukur pada saat percobaan beban nol.

Dalam percobaan beban nol, kecepatan motor induksi mendekati

kecepatan sinkronnya. Dimana besar s  0, sehingga

s R₂'

 ~ sehingga besar

impedansi total bernilai tak berhingga yang menyebabkan arus I'2 pada Gambar 3.2 bernilai nol sehingga rangkaian ekivalen motor induksi pada pengukuran beban nol ditunjukkan pada Gambar 3.3. Namun karena pada umumnya nilai kecepatan motor pada pengukuran ini n yang diperoleh tidak sama dengan nr0 _s maka slip tidak sama dengan nol sehingga ada arus I2’ yang sangat kecil mengalir pada rangkaian rotor, arus I'2 tidak diabaikan tetapi digunakan untuk menghitung rugi – rugi gesek + angin dan rugi – rugi inti pada percobaan beban nol. Pada pengukuran ini didapat data-data antara lain : arus input (I1=I ), tegangan input 0

(44)

(V1 = V ), daya input perphasa (P0 0) dan kecepatan poros motor (n ). Frekuensi r0 yang digunakan untuk eksitasi adalah frekuensi sumber f, maka rangkaian pada saat beban nol adalah sepeti pada gambar di bawah ini.

Iφ

I1 = Iφ

Rc jX1 R1

s R'2 2

Gambar- 3.2 Rangkaian Ekivalen pada Saat Beban Nol

Dengan tidak adanya beban mekanis yang terhubung ke rotor dan tegangan normal diberikan ke terminal, dari Gambar 3.2 didapat besar sudut phasa antara arus antara I dan 0 V adalah : 0

= −   0 0

0 1 0

I V

P C o s

θ ...(3.3) Dimana: P0 =Pn l =daya saat beban nol perphasa

(45)

1 0 V

V = _{= tegangan masukan saat beban nol}

= =In l

I₀ _{arus beban nol}

dengan P0 adalah daya input perphasa. Sehingga besar E1 dapat dinyatakan dengan

E1 V1 0 (I 0) R1( j 1X)

o ₋ _∠ ₊

∠

= ϕ θ (Volt )...(3.4)

n adalah kecepatan rotor pada saat beban nol. Daya yang didissipasikan oleh Rc dinyatakan dengan :

1 2 0 0

c P I R

P = − _{( Watt )...(3.5)}

R didapat pada saat percobaan dengan tegangan DC.

Harga Rc dapat ditentukan dengan

0 2 1 c P E

R = _{(Ohm )...(3.6)}

Dalam keadaan yang sebenarnya R lebih kecil jika dibandingkan dengan 1 X m dan juga R jauh lebih besar dari c X , sehingga impedansi yang didapat dari m percobaan beban nol dianggap jX dan 1 jX yang diserikan. m

nl Z ₌ 3 1 nl I V

≅ j(X1+Xm) ( Ohm )...(3.7)

Sehingga didapat 1 1 3 X I V X n l

(46)

3.1.3 Percobaan Rotor Tertahan

Pada pengukuran ini rotor dipaksa tidak berputar (n = 0, sehingga s = 1) r dan kumparan stator dihubungkan dengan tegangan seimbang. Karena slip s = 1,

maka pada Gambar 3.2, harga '2 ' 2

R s R

= . Karena R2' + j X2' < <Rc j Xm maka

arus yang melewati Rc jXm dapat diabaikan.

Sehingga rangkaian ekivalen motor induksi dalam keadaan rotor tertahan atau hubung singkat seperti ditunjukkan pada gambar 3.3

jX1+jX’2

R1 + R’2

Gambar- 3.3 Rangkaian Ekivalen Pada Saat Rotor Tertahan (s = 1)

Impedansi perphasa pada saat rotor tertahan (ZBR) dapat dirumuskan sebagai berikut:

B R

' 2 1 '

2 1

B RR R j(X X ) R j X

Z = + + + = + _{( Ohm )...(3.9)}

Pengukuran ini dilakukan pada arus mendekati arus rating motor. Data hasil pengukuran ini meliputi : arus input (I1 =IBR), tegangan input (V1 = V ) dan BR daya input perphasa ( P = PBR in ). Karena adanya distribusi arus yang tidak merata pada batang rotor akibat efek kulit, harga R menjadi tergantung frekuensi. Maka 2'

(47)

umumnya dalam praktek, pengukuran rotor tertahan dilakukan dengan mengurangi frekuensi eksitasi menjadi fBR untuk mendapatkan harga

2 R yang

sesuai dengan frekuensi rotor pada saat slip rating. Dari data-data tersebut, harga

R _danX_BR_{dapat dihitung :}

2 1 B R B R

I P

R = _{(Ohm )...(3.10)}

RB R=R1+R2'(Ohm )...(3.11)

B R B R B R

I V

Z = _{(Ohm )...(3.12)}

B2 R

2 B R

B R Z R

X = − (Ohm )...(3.13)

Untuk menentukan harga X1 dan X2 digunakan metode empiris berdasarkan IEEE standar 112. hubungan X1 dan X2 terhadap Xbr dapat dilihat pada Tabel 2.1

Tabel 2.1 Distribusi Empiris dari Xbr Disain

Kelas Motor

X1 X ₂'

A 0,5 Xbr 0,5 Xbr

B 0,4 Xbr 0,6 Xbr

C 0,3 Xbr 0,7 Xbr

D 0,5 Xbr 0,5 Xbr

(48)

di sini besar XBR harus disesuaikan dahulu dengan frekuensi rating f.

B R B R '

X f

f X

B R

= (Ohm )...(3.14)

X_{B R}' = X₁−X'2(Ohm )...(3.15)

3.2 Torsi Motor Induksi Tiga Fasa

Suatu persamaan torsi pada motor induksi dapat dihasilkan dengan bantuan teori rangakaian thevenin. Dalam bentuk umumnya, teorema thevenin mengijinkan penggantian sembarang jaringan yang terdiri atas unsur – unsur rangkaian linier dan sumber tegangan fasor tetap. Rangkaian rotor direfrensikan terhadap stator. Misalkan V tegangan input motor, dengan melihat dari sisi 1 terminal a-b, dapat dicari tegangan theveninnya. Perhatikan gambar berikut ini.

Gambar-3.4

Untuk mempermudah perhitungan maka pada gambar -3.4 terminal a-b dibuka. Perhatikan gambar berikut.

(49)

Gambar-3.5

Dari gambar – 3.5 dapat dihitung tegangan thevenin ( V ) Th

V = V1 

     +

+ ( ₁ )

1 m m X X j R j X

( Volt )………...(3.16)

Z = R + e jX = e

) ( ) ( 1 1 1 1 m m X X j R j X R j X +

+ + (Ohm )…………...(3.17)

Rangkaian ekivalen pada gambar – 3.5 berubah menjadi seperti pada gambar – 3.7 berikut.

Gambar-3.6 Dengan demikian I dapat dihitung dengan persamaan 2

2 '

I =

) ( '2 2 ' X X j s R R V e e T h + +

(50)

Torsi ( Td) dapat juga dihitung dengan persamaan

Td= s g P ω = s R I s 2 ' 2 2 ' 3 1 ×

ω (Nm)………...(3.19) subsitusikan persamaan (3.18) di atas ke persamaan (3.19), maka didapat

Td=

   



 ₊ ₊ ₊ 2

2 ' 2 2 ' 2 ' 2 ) ( ) ( ) ( 3 X X s R R s R V e e T h s

ω ( Nm )…………...(3.20)

pada keadaan motor bekerja normal, rotor berputar pada arah putaran medan magnetik yang dihasilkan oleh arus stator, kecepatannya diantara nol sampai kecepatan serempak, dan slipnya diantara nol dengan satu. Lihat gambar – 3.7 berikut

Gambar-3.7 Kurva Daerah Motor dan Generator

Untuk mendapatkan mesin induksi yang bekerja sebagai generator, maka terminal stator dihubungkan pada suatu sumber tegangan dengan frekuensi tetap dan rotornya digerakkan diatas kecepatan serempak dengan suatu penggerak

(51)

mula, seperti pada gambar diatas. Sumber tersebut menjaga supaya kecepatan serempak tetap dan mencatu masukan daya reaktif yang diperlukan untuk meneral medan magnetis celah udara. Karenanya slip berharga negatif.

3.2.1 Torsi Awal ( Torsi Start )

Pada saat pengasutan, ketika motor dalam keadaan diam, besar slip adalah satu, dan daya mekanis bernilai nol, torsi pengasutan didapat dengan mensubstitusikan besar s =1 ke persamaan (3.20), maka di dapat

T_start =

[

]

2 ' 2 2 ' 2 ' 2 ) ( ) ( 3 X X R R R V e e T h

s + + +

ω (Nm)…………..………...…(3.21)

Pada motor induksi tiga phasa rotor belitan torsi awal perlu diperbesar apabila torsi beban lebih besar dari torsi awal,maka untuk menggerakkan beban maka torsi awal perlu diperbesar.Torsi awal ( torsi start ) τstart besarnya dapat diatur ( diubah ) besarnya dengan menggunakan tahanan variabel dari luar (R luar ) yang dihubungkan secara seri ke kumparan rotor melalui sikat ( pada motor induksi tiga fasa rotor belitan ),

T_start =

[

₂

]

2 ' 2 2 ' 2 ' 2 ) ( ) ( ) ( 3 X X Rluar R R Rluar R V e e Th

s + + + +

ω (Nm)...(3.22)

3.2.2 Torsi Maksimum

Dari persamaan (3.19), torsi maksimum terjadi ketika daya celah udara bernilai maksimum. Karena daya celah udara sebanding dengan daya yang terpakai pada tahanan R2’/s, maka torsi induksi maksimum terjadi ketika daya

(52)

yang dikonsumsi tahanan tersebut maksimum. Dengan berperinsip pada penyesuian impedansi dalamteori rangkaian, daya tersebut akan merupakan yang

terbesar bila impedansi

s R'2

sama dengan besar impedansi diantaranya dan

tegangan V , atau pada harga Th sτmaxslip yang mempunyai hubungan

(

_e2 _e ₂' 2

)

max

2 '

) (X X R s R T + + = ...(3.23)

Untuk motor tiga fasa rotor belitan

(

R_e2 +(X_e +X₂')2

)

(Nm)...(3.24) Dari sini didapat besar slip pada saat torsi maksimum sτmax adalah

(

' 2

)

2 e 2 e 2 ' max ) (X X R R s_T + + = ...(3.25)

Untuk motor tiga fasa rotor belitan

(

' 2

)

2 e 2 e 2 ' max ) (X X R R R s luar T + + + = ...(3.26)

Besar torsi maksimum didapat dengan mensubstitusikan slip pada torsi maksimum pada persamaan (3.23). Persamaan besar torsi maksimumnya didapat

[

' 2

]

2 e 2 e e s 2 th maks ) ( 2 3 X X R R V T + + + = ω (Nm)...(3.27)

(53)

Untuk motor tiga fasa rotor belitan

[

' 2

]

2 e 2 e e s 2 th maks ) ( 2 3 X X R R V T + + + = ω (Nm)...(3.28) Persamaan (3.25) dan (3.26) menunjukkan bahwa slip yang terjadi saat torsi maksimum sangat bergantung pada besarnya harga R dan R2' luar , tetapi pada persamaan (3.27) dan (3.28) yang mana persamaan ini mengindikasikan bahwa torsi maksimumT_maxtidak ada hubungan dengan R . Maksud dari hal ini bahwa 2'

jika R ditambah besarnya dengan menggunakan tahanan luar yang terhubung 2' seri dengan kumparan rotor pada motor induksi jenis rotor belitan ( Rluar ) , besar torsi maksimum yang dihasilkan tidak berpengaruh tetapi berpengaruh hanya pada nilai slip dimana terjadi torsi maksimum.

Sekarang yang berpengaruh terhadap torsi maksimum adalah tegangan masukan pada kumparan stator V , 1 R yang sebanding dengan tahanan pada e kumparan stator ( R ) , induktansi pada kumparan rotor ( 1

' 2

X ) dan X yang e mana sebanding dengan induktansi kumparan stator ( X ). Dalam tinjauan yang 1 sebenarnya, persamaan (3.24) menunjukkan bahwa:

1. T_max sebanding dengan besar tegangan masuk ( input ) pada stator.

2. T_max dipengaruhi oleh besarnya tahanan stator ( R ). 1

3.T_max dipengaruhi oleh dua induktansi, yaitu induktansi pada kumparan

stator ( X ) dan induktansi pada kumparan rotor ( 1 ' 2

(54)

Hubungan antara torsi dan slip untuk motor induksi dengan adanya penambahan tahanan luar pada belitan rotor ditunjukkan oleh gambar berikut. Untuk kurva torsi beban seperti yang ada pada gambar, dengan kecepatan n pada 1 tahanan rotor sebesar r , kecepatan yang dihasilkan 2 n pada tahanan rotor 2

' 2

r .

Dimana r >2' r dan seterusnya. 2 Dan T1<T2<T3...dan seterusnya

Gambar-3.9 Hubungan Antara Torsi dan Slip Dimana ( R2>R2’>R2’’>R2’’’) Dari gambar diatas, kita dapat menyimpulkan untuk motor induksi rotor belitan bahwa:

1. kecepatan motor dapat diatur dengan variasi tahanan rotor tetapi torsi maksimum tidak dapat dipengaruhi.

2. torsi awal motor induksi dipebesar dengan menambah tahanan rotor. 3. Penambahan tahanan luar mengkibatkan torsi maksimum semakin cepat

diperoleh.

4. arus awal dapat diperkecil dengan mengubah – ubah tahan rotor.

5. faktor daya motor pada saat start dapat diperbaiki dengan tahanan rotor. 6. Torsi maksimum terjadi pada slip yang berbeda-beda.

(55)

3.2.3 Torsi Beban Penuh

Telah diketahui bahwa persamaan untuk mendapatkan nilai dari torsi yaitu

Td=

   



 ₊ ₊ ₊ 2

2 ' 2 2 ' 2 ' 2 ) ( ) ( ) ( 3 X X s R R s R V e e T h s ω (Nm)………(3.29)

Pada saat motor berbeban penuh ( full-load ), motor berputar dengan kecepatan nrfl ( kecepatan dengan beban penuh ). Maka akan dihasilkan slip pada beban penuh (sfl) sebesar

s ₌

s rfl s n n n −

Dengan menggunakan persamaan (3.29) dimana s digantikan dengan sfl, maka didapat torsi pada saat beban penuh ( τfl ) sebesar

Tfl =

        + + + 2 2 ' 2 2 ' 2 ' 2 ) ( ) ( ) ( 3 X X s R R s R V e f l e f l T h s ω (Nm)……….………(3.30)

Di bawah ini gambar kurva karva karakteristik torsi- kecepatan motor induksi

100 200 300

20 40 60 80 100 Torsi Maksimum

Kecepatan

beban penuh Kecepatan sinkron Torsi

beban penuh Torsi start

Kecepatan (% Kecepatan sinkron)

Torsi (% Torsi beban penuh)

Torsi beban nol

(56)

Kurva torsi kecepatan tipikal motor induksi ditunjukkan pada Gambar 3.9 Karakteristik penting yang terdapat dalam kurva tersebut adalah kurva Torsi-Kecepatan. Dari gambar tersebut dapat dijabarkan :

5. Jangkauan motor meliputi slip yang berada di 0<s<1. Kecepatan putaran antara diam (s = 1) sampai kecepatan sinkron (s = 0), dan putaran memiliki arah yang sama dengan putaran medan magnetik. Mesin menjadi motor ditandai dengan daya mekanis keluaran yang bernilai positif.

6. Kurva torsi-kecepatan hampir mendekati linier antara keadaan beban nol dengan keadaan beban penuh. Pada daerah ini tahanan rotor jauh lebih besar dibanding reaktansi rotor, sehingga arus rotor, medan magnetik rotor, dan torsi meningkat linier seiring dengan naiknya slip.

7. Ada titik maksimum torsi yang terjadi ketika kenaikan putaran tidak lagi menaikkan besar torsi. Titik ini disebut sebagai titik torsi maksimum yang mampu dihasilkan motor.

8. Torsi pengasutan motor lebih besar dibanding torsi beban penuh motor

3.3 Disain Motor Induksi Tiga Fasa

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 :

(57)

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.

5. 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.

6. Kelas C : Torsi start tinggi dan arus start kecil

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.

7. Kelas D : Tosi start tinggi, slip tinggi

Kelas ini biasanya memiliki resistansi rotor sangkar tunggal yang tinggi sehingga dihasilkan torsi start yang tinggi pada arus start yang rendah

(58)

BAB IV

PERHITUNGAN PARAMETER DAN PENGGUNAAN TAHANAN LUAR UNTUK MEMPERBESAR TORSI AWAL MOTOR INDUKSI TIGA FASA

ROTOR BELITAN

4.1 Umum

Untuk mendapatkan parameter dari rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa, maka dapat dihitung dari data yang didapat dari percobaan beban nol, rotor tertahan ( block rotor ), dan percobaan tahanan DC. Pada percobaan beban nol dimana tidak ada beban yang terhubung pada poros rotor sehingga putaran rotor dikatakan maksimum. Percobaan rotor tertahan ( block rotor ) harus dilakukan jauh dibawah keadaan nominal, karena dengan tegangan stator yang kecil sudah menghasilkan arus yang besar pada rotor. Dipercobaan rotor tertahan putaran rotor dikatakan dalam keadan minimum (n = 0 ). Untuk percobaan tahanan DC dimana _r

pada percobaan ini akan mengukur besarnya tahanan DC pada kumparan motor. Percobaan penggunaan tahanan luar untuk mendapatkan torsi awal yang besar dilakukan untuk mendapatkan nilai torsi awal yang berubah nilainya akibat bertambahnya tahanan rotor. Adakalanya suatu motor induksi tiga fasa dibebani dengan suatu beban, dimana torsi beban yang dipikul lebih besar dari torsi awal yang dihasilkan oleh motor induksi, untuk menanggulangi masalah ini maka pada motor induksi tiga fasa rotor belitan ditambahkan tahanan luar yang diserikan dengan belitan rotor melalui sikat untuk memperbesar torsi awal dan memperkecil arus awal. Data yang didapat dari percobaan penggunaan tahanan luar terhadap

(59)

torsi awal yang dihasilkan akan dibandingkan dengan besar torsi dan arus hasil dari perhitungan.

4.2. Peralatan Yang Digunakan 1. motor induksi tiga fasa

tipe : rotor belitan

spesifikasi motor: - AEG Typ C AM 112MU 4RI - ∆/Y 220/380 V 10,7 / 6,2 A - 2,2 Kw, cosφ 0,67

- 1410 rpm, 50 Hz -Kelas B

2. Amperemeter 3. Volt Meter 4. Tahanan Geser 5. Watt Meter 3φ

6. sumber tegangan AC dan DC

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:

(60)

4.3.1 Percobaan Tahanan DC

4.3.1.1 Percobaan Tahanan DC Pada Belitan Stator 1. Rangkaian Percobaan

Gambar – 4.1 Rangkaian Percobaan Tahanan DC pada Stator 2. Prosedur Percobaan

1. Hubungkan belitan stator dengan hubungan Y dan yang akan diukur adalah dua dari ketiga tahanan belitan stator.

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

4. Ketika tegangan menunjukkan pada besaran 13,6 Volt, nilai voltmeter dan amperemeter dicatat

(61)

3. Data Hasil Percobaan Ru=Rv=Rw=R1dc

Phasa V(volt) I(Ampere)

U-V 13,6 4,3

U-W 13,6 4,3

V-W 13,6 4,3

4.3.1.2 Percobaan Tahanan DC pada Belitan Rotor 1. Rangnkaian Percobaan

Gambar – 4.2. gambar percobaan tahanan DC pada Rotor

2. Prosedur Percobaan

1. Hubungkan belitan rotor dengan hubungan Y dan yang akan diukur adalah dua dari ketiga tahanan belitan rotor..

2. Belitan rotor dihubungkan dengan suplai tegangan DC 3. Tegangan DC dinaikkan sampai pada nilai tertentu

(62)

4. Ketika tegangan menunjukkan pada besaran 4,0 Volt, nilai voltmeter dan amperemeter dicatat

5. Pecobaan selesai,rangkaian dilepas

3. Data Hasil Percobaan Rk=Rl=Rm=R2dc

Phasa V(volt) I(Ampere)

K-M 4,0 5,4

K-L 4,0 5,4

L-M 4,0 5,4

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

Dari data pengukuran motor dalam keadaan rotor tertahan atau hubung singkat dapat dihitung X1 dan X2'.

(63)

2. Prosedur Percobaan

Prosedur yang dilakukan untuk memperoleh data hubung singkat adalah : 1. Motor induksi dikopel dengan mesin DC

2. Semua switch dalam keadaan terbuka, pengatur tegangan dalam kondisi nol. 3. Switch S1 ditutup, PTAC1 dinaikkan sehingga motor induksi mulai berputar. 4. Switch S3 kemudian ditutup, PTDC1 dinaikkan sampai penunjukan

amperemeter A3 mencapai harga arus penguat nominal mesin arus searah 5. Catat harga V2, kemudian naikkan teganganV3 sampai V3=V2

6. Switch S2 ditutup dan PTDC2 dinaikkan sehingga mesin arus searah memblok putaran motor induksi dan putaran berhenti.

3. Data Hasil Percobaan Rotor Tertahan BR

V ( Volt ) I_BR ( Ampere ) P ( Watt ) _BR

94 6,1 550

4.3.2 Percobaan Beban Nol 1. Rangkaian percobaan

(64)

2. Prosedur Percobaan

1. Semua switch terbuka, tegangan pada posisi minimum

2. Switch S1 kemudian ditutup, PTAC1 dinaikkan perlahan sampai tegangan 370 Volt.

3. Ketika tegangan 370 Volt, nilai amperemeter masing masing phasa dan wattmeter dicatat

4. Percobaan selesai

3. Data Hasil Percobaan 0

V ( Volt ) P ( watt ) 0 I (Ampere) 0

370 325 3,45

4.4 Percobaan Penggunaan Tahanan Luar Untuk Mendapatkan Torsi Awal yang Besar

1. Rangkaian Percobaan

(65)

2. Prosedur Percobaan

1. Rangkai rangkaian percobaan seperti gambar di atas. 2. tahanan luar dibuat dalam hubungan Y.

3. hubungkan tahanan luar ke terminal rotor.

4. tutup saklar S1 yang menghubungkan PTAC1 dengan terminal stator motor. 5. tutup switch S₂dan S3.

6. tahanan luar buat pada harga 0 Ohm.

7. PTDC1 dan PTDC2 dinaikkan tegangannya sampai pada nilai tertentu. 8. naikan tegangan PTAC1 sampai pada tegangan 360 Volt.

9. pada saat tegangan dinaikkan maka catat arus dan torsi awalnya. 10. setelah itu turunkan tegangan , nikkan tahanan luar menjadi 1 Ohm.

11. naikkan kembali tegangan PTAC1, catat torsi dan arus awal yang dihasilkan. 12. lakukan kembali prosedur itu untuk harga tahanan luar 2,3,4,5,dan 6 Ω

13. percobaan selesai. 3. Data Hasil Percobaan

Data Percobaan Pengaruh Penambahan Tahanan Luar Terhadap Torsi Awal V₁= 370 Volt

RLuar( Ohm ) τAWAL( Nm ) IRotor ( Ampere )

IStator ( Ampere )

0 3,19 25,6 16,7

1 3,48 22,7 13,3

2 4,35 21,3 10,9

(66)

4 8,75 18,2 6,2

5 11,22 17,5 5,8

6 13,98 16,1 4,9

4.5 Percobaan Pengaruh Tahanan Luar Terhadap Torsi dan Kecepatan 1. Rangkaian Percobaan

Gambar-4.6 Rangkaian Percobaan 2. Prosedur Percobaan

1. Rangkailah rangkaian percobaan seperti gambar – 4.6 di atas. 2. buat hubungan tahanan luar dalam hubungan Y.

3. hubungkan tahanan luar ke terminal rotor.

4. tutup S1 yang menghubungkan PTAC1 dengan terminal stator. 5. tutup switch S₂dan S₃.

6. tahanan luar buat pada harga 0 Ohm.

7. PTDC1 dan PTDC2 dinaikkan tegangannya sampai pada nilai tertentu. 8. naikan tegangan PTAC1 sampai pada nilai 360 Volt.

(67)

10. tambahkan beban yang dipikul motor, lalu catat kecepatan ,torsi, arus, dan daya. ulangi percobaan ini sampai 3 kali.

11. setelah menghasilkan 5 buah data, maka turunkan tegangan. 12. naikkan tahanan luar menjadi 1 Ohm. Dan ulangi prosedur 8 – 11.

13. lakukan posedur 8 s/d 11 untuk tahanan luar sebesar 2,3,4,5, dan 6 Ohm. 14. percobaan selesai.

3. Data percobaan

1.R_Luar= 0 Ohm, V₁= 370 Volt

rotor

(rpm)

slip P (KWatt) _in Torsi (Nm)

Istator (Ampere)

IRotor (Ampere)

1445 0,0378 1,52 3,42 3,6 2,35

1440 0,0402 1,57 4.05 3,7 2,69

1435 0,0441 1,59 5.21 3,73 3,98

1430 0,0480 1,63 7,63 3,92 4,70

1425 0,0514 1,69 8,90 4,21 5.07

2. R_Luar= 1 Ohm, V₁= 370 Volt

rotor

(rpm)

slip P (KWatt) _in Torsi (Nm)

Istator (Ampere)

IRotor (Ampere)

1345 0,1038 1,43 3,33 3,42 2,74

1320 0,1213 1,44 4,12 3,61 3,43

(68)

1295 0,1367 1,58 6,81 3,84 4,53

1285 0,1421 1,63 8.32 4,06 6,72

3. R_Luar= 2 Ohm, V₁= 370 Volt

rotor

(rpm)

slip P (KWatt) _in Torsi (Nm)

Istator (Ampere)

IRotor (Ampere)

1300 0,1339 1,42 3,24 3,46 3,04

1265 0,1567 1,41 3,97 3,71 3,36

1240 0,1745 1,47 4,54 3,42 3,62

1220 0,1872 1,51 5,52 3,58 4,23

1200 0,2004 1,59 6,67 3,47 5,34

4. R_Luar= 3 Ohm, V₁= 370 Volt

rotor

n (rpm) slip P (KWatt) _in Torsi (Nm) I_stator (Ampere)

I_Rotor (Ampere)

1220 0,1878 1,44 3,09 3,25 2,81

1200 0,1990 1,47 4,23 3,56 3,15

1185 0,2087 1,51 4,96 3,74 3,67

1175 0,2170 1,59 5,59 4,15 4,12

(69)

5. RLuar= 4 Ohm, V1= 370 Volt

rotor

n (rpm) slip P (KWatt) _in Torsi (Nm) I_stator (Ampere)

I_Rotor (Ampere)

1130 0,2452 1,43 2,94 3,57 2,72

1110 0,2589 1,46 3,24 3,69 3,01

1085 0,2761 1,52 4,11 3,95 3,46

1030 0,3141 1,61 4,92 4,18 4,1

1020 0,3209 1,69 6,42 4,57 5,3

6. R_Luar= 5 Ohm, V₁= 370 Volt

rotor

(rpm)

slip P (KWatt) _in Torsi (Nm)

I_stator (Ampere)

I_Rotor (Ampere)

1100 0,2649 1,43 2,76 3,7 2,6

1080 0,2809 1,47 3,01 3,8 2,8

1025 0,3152 1,51 3,92 4,0 3,2

990 0,3412 1,62 4,34 4,1 3,7

825 0,4509 1,68 6,01 4,2 4,3

7. R_Luar= 6 Ohm, V₁= 370 Volt

rotor

(rpm)

slip P (KWatt) _in Torsi (Nm)

I_stator (Ampere)

I_Rotor (Ampere)

(70)

1030 0,3143 1,49 2,97 4,1 2,7

980 0,3419 1,53 4,01 4,2 3,0

880 0,4134 1,56 4,26 4,4 3,4

765 0,4890 1,61 5,92 4,5 4,0

4.6 Analisa Data

Dalam penganalisaan ini akan membandingkan pengaruh tahanahan luar terhadap torsi awal yang didapat dari hasil percobaan dengan hasil perhitungan.

4.6.1 Perhitungan Parameter Motor Induksi

Perhitungan Parameter Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan A.Percobaan Tahanan DC pada Stator

= 1,5814 Ω

= 1.1× 1.581 = 1,7395 Ω • Tahanan Stator

Maka tahanan statornya adalah :

(71)

B.Percobaan Tahanan DC pada Rotor

= 0,3703 Ω R2ac = 1,1 × 0,3703

= 0,4073 Ω • Tahanan Rotor

Maka tahanan rotornya adalah :

R2 = R2ac= 0,4073 Ω

C.Percobaan Rotor Tertahan (Block Rotor)

= arc cos 0,5537 = 56,37870 * Xbr1 = Zbr sin (θbr)

= 8,8968× 0,8327 = 7,4085 Ω

(72)

Maka dari hasil diatas didapat : • Reaktansi stator

X1 = 0.5× Xbr

= 3,7042 Ω

• Reaktansi rotor

X2 = 0.5× Xbr = 3,7042Ω

D.Percobaan Beban Nol

• Reaktansi Magnetik Xm =Znl- X1

= 61,9155 – 3,7042 = 58,2133 Ω

4.6.2 Perhitungan Torsi Maksimum

• Vin = Tegangan Sumber

• p = Jumlah Pole

A. Tegangan Thevenin

(73)

= 200,7606 Volt B. Tahanan Ekivalen

Zth = 1,5363+j3,5257 Ω

Maka tahanan kivalennya adalah: • Tahanan Ekivalen (Re)

Re=1,5363 Ω

C. Reaktansi Ekivalen

Zth=1,5363+ j3,5257

• Reaktansi Ekivalen(Xe)

Xe=3,5257 Ω

D. Kecepatan Sinkron dalam rpm • Kecepatan Sinkron

(74)

E. Kecepatan Sinkron dalam • Kecepatan Sinkron

F. Torsi Maksimum

• Torsi Maksimum(Nm)

=

43,1114 Nm

4.6.3 Perhitungan Nilai Torsi Awal Terhadap Penambahan Tahanan Luar Perhitungan pengaruh tahanan luar (Rluar) dari (0–6 )ohm,terhadap torsi awal yang dihasilkan

Maka untuk Rluar (0–8) ohm adalah :

a.Rluar = 0 Ω

(75)

Maka dengan cara yang sama didapat:

b.Rluar = 1 Ω e`Rluar= 4 Ω

Tstart = 17,7787 Nm Tstart = 38,7320 Nm c.Rluar = 2 Ω f. Rluar = 5 Ω

Tstart = 27,3238 Nm Tstart = 41,4257 Nm

d.Rluar = 3 Ω g. Rluar = 6 Ω

Tstart = 34,1936 Nm Tstart = 42,7528 Nm

Dari perhitungan maka didapat kurva torsi awal yang dihasilkan terhadap tahanan luar, seperti berikut ini.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 1 2 3 4 5 6 7

i A

)

Tahanan Luar (Ohm) Kurva Torsi Vs Tahanan Luar

(76)

Sedangkan kurva torsi awal terhadap penambahan tahanan luar yang dilakukan di laboratorium didapat sebagai berikut.

4.6.4Perhitungan Arus Start dengan Adanya Penambahan Tahanan Luar (Rluar)

Dengan penambahan tahanan luar dari (0–6) ohm,maka arus startya adalah sebagai berikut yaitu:

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 2 4 6 8

i A

)

Tahanan Luar (Ohm) Kurva Torsi Vs Tahanan Luar

(77)

Maka untuk Rluar (0–6) ohm adalah:

a. Rluar = 0 Ω

= 26,8163 A Maka dengan cara yang sama didapat:

b. Rluar = 1 Ω e.Rluar = 4 Ω

Istart = 25,7184 A Istart = 21,4503 A

c. Rluar = 2 Ω f. Rluar = 5 Ω Istart = 24,3777 A Istart = 20,0275 A

d. Rluar = 3 Ω g.Rluar = 6 Ω

Istart = 22,9220 A Istart = 18,6908 A

Dari nilai perhitungan di atas didapat grafik antara arus start dengan penambahan tahanan luar, sebagai berikut

0 5 10 15 20 25 30

0 2 4 6 8

(

)

Tahanan Luar(Ohm) Kurva Arus Start Vs Tahanan Luar

(78)

4.6.5 Perhitungan Slip Maksimum pada Saat Terjadi Torsi Maksimum Akibat Penambahan Tahanan Luar

Akibat adanya penambahan tahanan luar, maka torsi maksimum terjadi pada slip yang berbeda-beda .

Maka untuk Rluar (0–6) ohm adalah:

a. Rluar = 0 Ω

S = 0.0551

Maka dengan cara yang sama didapat:

b. Rluar = 1 Ω

S = 0,1903 c. Rluar = 2 Ω

S = 0,3256 d. Rluar = 3 Ω

S = 0,4609 e. Rluar = 4 Ω

S = 0,5962 f. Rluar= 5 Ω S = 0,7315 g. Rluar = 6 Ω S = 0,8668

(79)

Dari perhitungan dapat dihasilkan grafik torsi-kecepatan terhadap penambahan tahanan luar.

...

RLuar = 0 ohm

...

RLuar = 4 ohm

...

RLuar = 1 ohm

...

RLuar = 5 ohm

...

RLuar = 2 ohm

...

RLuar = 6 ohm

...

RLuar = 3 ohm

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 500 1000 1500 2000

i (

)

n_rot(rpm)

(80)

Dari nilai slip maksimum, data percobaan torsi awal terhadap penambahan tahanan luar dan data percobaan pengaruh tahanan luar terhadap torsi - kecepatan, maka dapat digambarkan kurva torsi – kecepatan terhadap penambahan tahanan luar seperti berikut ini.

...

RLuar = 0 ohm

...

RLuar = 4 ohm

...

RLuar = 1 ohm

...

RLuar = 5 ohm

...

RLuar = 2 ohm

...

RLuar = 6 ohm

...

RLuar = 3 ohm

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 500 1000 1500 2000

)

n_rot (rpm)

(1)

Maka untuk Rluar (0–6) ohm adalah:

a. Rluar = 0 Ω

= 26,8163 A Maka dengan cara yang sama didapat:

b. Rluar = 1 Ω e.Rluar = 4 Ω

Istart = 25,7184 A Istart = 21,4503 A

c. Rluar = 2 Ω f. Rluar = 5 Ω

Istart = 24,3777 A Istart = 20,0275 A

d. Rluar = 3 Ω g.Rluar = 6 Ω

Istart = 22,9220 A Istart = 18,6908 A

Dari nilai perhitungan di atas didapat grafik antara arus start dengan penambahan tahanan luar, sebagai berikut

0 5 10 15 20 25 30

0 2 4 6 8

(

)

Tahanan Luar(Ohm)

(2)

4.6.5 Perhitungan Slip Maksimum pada Saat Terjadi Torsi Maksimum Akibat Penambahan Tahanan Luar

Akibat adanya penambahan tahanan luar, maka torsi maksimum terjadi pada slip yang berbeda-beda .

Maka untuk Rluar (0–6) ohm adalah:

a. Rluar = 0 Ω

S = 0.0551 Maka dengan cara yang sama didapat:

b. Rluar = 1 Ω

S = 0,1903 c. Rluar = 2 Ω

S = 0,3256 d. Rluar = 3 Ω

S = 0,4609 e. Rluar = 4 Ω

S = 0,5962

f. Rluar= 5 Ω

S = 0,7315 g. Rluar = 6 Ω

S = 0,8668

(3)

Dari perhitungan dapat dihasilkan grafik torsi-kecepatan terhadap penambahan tahanan luar.

...

RLuar = 0 ohm

...

RLuar = 4 ohm

...

RLuar = 1 ohm

...

RLuar = 5 ohm

...

RLuar = 2 ohm

...

RLuar = 6 ohm

...

RLuar = 3 ohm

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 500 1000 1500 2000

i (

)

n_rot(rpm)

(4)

...

RLuar = 0 ohm

...

RLuar = 4 ohm

...

RLuar = 1 ohm

...

RLuar = 5 ohm

...

RLuar = 2 ohm

...

RLuar = 6 ohm

...

RLuar = 3 ohm

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 500 1000 1500 2000

)

n_rot (rpm)

(5)

BAB V KESIMPULAN

V.1. Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Dari perhitungan untuk penambahan tahanan luar terhadap torsi awal yang dihasilkan, memiliki kenaikan yang lebih halus dibandingkan dengan data yang didapat dari percobaan.

2. Dengan penambahan tahanan luar ke rotor motor, maka arus start yang dihasilkan akan semakin kecil.

3. Dengan penambahan tahanan luar,maka torsi maksimum akan semakin cepat didapat.

4. Pada percobaan pengaruh tahanan luar terhadap torsi awal yang dihasilkan, diketahui bahwa jika tahanan luar yang dihubungkan ke rotor diperbesar maka torsi awal yang dihasilkan juga akan bertambah, sampai pada suatu nilai tahanan tertentu.

5. Dari grafik torsi – kecepatan terhadap penambahan tahanan luar diketahui bahwa besar torsi maksimum yang terjadi selalu tetap nilainya untuk setiap penambahan tahanan luar, tetapi yang berubah hanya slip dimanana terjadinya torsi maksimum.

(6)

DAFTAR PUSTAKA

1. Chapman,Stephen J “ Electric Machineriy Fundamentals” Third Edition, McGraw-Hill , New York,1999.

2. Bird Jhon “Electrical and Electronic Principles and Technology”Second Edition,Laser words Private Limited,Great Britain,1988.

3. Eugene C Lister “Mesin dan Rangkaian Listrik”, Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta, 1988.

4. Fitzgerald, A.E, Charles Kingsley, Jr., Stephen D. Umans, “Mesin – Mesin Litrik”, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta, 1984.

5. Hickey Robert B ”Electrical Engineer’s Portable Handbook” Second Edition, McGraw-Hill , New York,1999.

6. McPherson, George “An Introduction To Electrical Mechines And Transformers”, Jhon Wiley & sons, Inc, Canada, 1981.

7. P.S Bimbra “ Electrical Machinery” Khana Publisher, 1990

8. Ramshaw, Raymond., R.G. Van Heeswijk. “ Energy Conversion”, Saunders College Publishing.

9. Theraja, B.L, ”A Text-Book Of Electrical Technology”, Nurja Construction & Development, New Delhi, 1989.

10. Zuhal “ Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya” Edisi Kelima, Penerbit Gramedia, Jakarta, 1995.

Analisa Penggunaan Tahanan Luar Untuk Memperbesar Torsi Awal Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Fakultas Teknik USU)