Analisia Pengaruh Tegangan Tidak Seimbang Dua Fasa Terhadap Temperatur Motor Induksi Tiga Fasa
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor Induksi
Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik (AC) yang paling luas
digunakan dan dapat dijumpai di dalam setiap aplikasi industri maupun
rumahtangga. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini
bukan berasal dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai
akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating
magnatic field) yang dihasilkan arus stator [1].
Penggunaan motor induksi cukup banyak digunakan, hal ini dikarenakan
motor induksi mempunyai keuntungan yaitu:
1. Bentuknya sederhana, konstruksinya kuat
2. Biaya murah dan dapat diandalkan
3. Efisiensi tinggi. Pada keadaan normal tidak memerlukan sikat, sehingga
rugi – rugi gesekan dapat dikurangi.
4. Perawatan yang minimum
5. Pada waktu mulai beroperasi tidak memerlukan tambahan peralatan
khusus.
Namun disamping hal itu, perlu juga diperhatikan faktor – faktor yang
tidak menguntungkan yaitu pengaturan kecepatan sangat mempengaruhi efisiensi,
kecepatan akan berkurang apabila beban bertambah dan kopel mula lebih rendah
daripada mesin arus searah pararel. [2]
18
Universitas Sumatera Utara
2.2 Konstruksi Motor Induksi
Konstruksi Motor memiliki stator yang sama dengan motor sinkron, dan
hanya terdapat perbedaan pada konstruksi rotor. Stator dibentuk dari laminasilaminasi-laminasi tipis yang terbuat dari aluminium dan besi tuang, dan kemudian
dipasak bersama-sama untuk membentuk inti stator dengan membentuk inti stator
dengan slot. Kumparan (coil) dari konduktor-konduktor ini kemudian disisipkan
dalam slot-slot tersebut.
Rotor motor induksi tiga fasa 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 pada permukaan rotordan tiap-tiap ujungnya dihubung singkat
menggunakan shorting rings.
Gambar 2.1 Rotor Sangkar (Squirrel Cage Rotor)
Sementara itu pada rotor belitan, rotor dibentuk dari satu set belitan tiga
fasa yang merupakan bayangan dari belitan statornya. Biasanya belitan tiga fasa
dari rotor ini terhubung Y dan kemudian tiap-tiap ujung dari tiga kawat rotor
tersebut diikatkan pada slip ring yang berada pada poros rotor.
19
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Rotor Belitan (Wound Rotor)
Pada motor induksi rotor belitan, rangkaian rotornya dirancang untuk
dapat disisipkan dengan tahanan eksternal, yang mana hal ini memberikan
keuntungan dan memodifikasi karakteristik torsi-kecepatan dari motor.
2.3 Medan Putar
Perputaran motor pada 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 tiga.
R
=
m
sin
…………………………………………………………………(2.1)
S
=
m
sin
….…………………………………………………...(2.2)
T
=
m
sin (
….…………………………………………………...(2.3)
Gambar 2.3 Diagram fasor tiga fasa seimbang
20
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Arus tiga fasa seimbang
(i)
(ii)
(iii)
(iv)
Gambar 2.5 Medan Putar pada Induksi Motor Tiga Fasa
2.4 Prinsip Kerja Motor Induksi
Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari
kumparan stator kepada kumparan rotornya. Bila kumparan stator induksi 3-fasa
yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan 3-fasa, maka kumparan stator
akan menghasilkan medan magnet yang berputar. Garis-garis gaya fluks yang
diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga
timbul emf (ggl) atau tegangan induksi. Karena penghantar (kumparan) rotor
merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan
rotor. Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya
21
Universitas Sumatera Utara
fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami
gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai
dengan arah pergerakan medan induksi stator. Untuk memperjelas prinsip kerja
motor induksi 3-fasa, maka dapat dijabarkan sebagai berikut:
1. Pada keadaan beban nol ketiga fasa stator yang terhubung dengan
sumber tegangan tiga fasa yang seimbang akan menghasilkan arus pada
tiap belitan fasa arus pada tiap fasa menghasilkan fluksi bolak-balik
yang berubah-ubah.
2. Amplitudo fluksi yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan
arahnya tegak lurus terhadap belitan fasa
3. Akibat fluksi yang berputar timbul ggl pada stator motor yang besarnya:
………………………………………………...(2.4)
E1 =
E1= 4.44 N1
……………………………………………………………………...(2.5)
4. Resultan dari ketiga fluksi bolak-balik tersebut menghasilkan medan
putar yang bergerak dengan kecepatan sinkron ns yang besarnya
ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi stator f yang dirumuskan
sebagai berikut:
ns =
……………………………………………….......(2.6)
5. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada
rotor. Akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi
sebesar E2 yang besarnya:
E2 = 4.44 N2
………………………………………………………………..(2.7)
Dimana:
E2 = tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (volt)
22
Universitas Sumatera Utara
N2 = jumlah lilitan rotor
Φm= fluksi maksimum (Wb)
6. Kumparan I2 merupakan rangkaian tertutup, maka ggl tersebut akan
menghasilkan arus I2
7. Adanya arus I2 di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F
pada rotor
8. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk
memikul kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar
stator
9. Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan
sinkron. Perbedaan kecepatan medan putar stator (n s) dengan
kecepatan rotor (nr) disebut slip (s) dinyatakan dengan
s=
........................................................................(2.8)
10. Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang
terinduksi pada kumparan rotor akan bervariasi tergantung besarnya
slip. Tegangan induksi ini dinyatakan dengan E 2s yang besarnya:
E2s = 4.44s N2
Dimana:
…………………………………………………………………………………(2.9)
E2s = tegangan induksi rotor dalam keadaan berputar (volt)
f2 = sf = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam
keadaan berputar)
11. Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan
mengalir pada kumparan rotor, sehingga tidak akan dihasilkan kopel.
Kopel akan dihasilkan jika nr
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor Induksi
Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik (AC) yang paling luas
digunakan dan dapat dijumpai di dalam setiap aplikasi industri maupun
rumahtangga. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini
bukan berasal dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai
akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating
magnatic field) yang dihasilkan arus stator [1].
Penggunaan motor induksi cukup banyak digunakan, hal ini dikarenakan
motor induksi mempunyai keuntungan yaitu:
1. Bentuknya sederhana, konstruksinya kuat
2. Biaya murah dan dapat diandalkan
3. Efisiensi tinggi. Pada keadaan normal tidak memerlukan sikat, sehingga
rugi – rugi gesekan dapat dikurangi.
4. Perawatan yang minimum
5. Pada waktu mulai beroperasi tidak memerlukan tambahan peralatan
khusus.
Namun disamping hal itu, perlu juga diperhatikan faktor – faktor yang
tidak menguntungkan yaitu pengaturan kecepatan sangat mempengaruhi efisiensi,
kecepatan akan berkurang apabila beban bertambah dan kopel mula lebih rendah
daripada mesin arus searah pararel. [2]
18
Universitas Sumatera Utara
2.2 Konstruksi Motor Induksi
Konstruksi Motor memiliki stator yang sama dengan motor sinkron, dan
hanya terdapat perbedaan pada konstruksi rotor. Stator dibentuk dari laminasilaminasi-laminasi tipis yang terbuat dari aluminium dan besi tuang, dan kemudian
dipasak bersama-sama untuk membentuk inti stator dengan membentuk inti stator
dengan slot. Kumparan (coil) dari konduktor-konduktor ini kemudian disisipkan
dalam slot-slot tersebut.
Rotor motor induksi tiga fasa 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 pada permukaan rotordan tiap-tiap ujungnya dihubung singkat
menggunakan shorting rings.
Gambar 2.1 Rotor Sangkar (Squirrel Cage Rotor)
Sementara itu pada rotor belitan, rotor dibentuk dari satu set belitan tiga
fasa yang merupakan bayangan dari belitan statornya. Biasanya belitan tiga fasa
dari rotor ini terhubung Y dan kemudian tiap-tiap ujung dari tiga kawat rotor
tersebut diikatkan pada slip ring yang berada pada poros rotor.
19
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Rotor Belitan (Wound Rotor)
Pada motor induksi rotor belitan, rangkaian rotornya dirancang untuk
dapat disisipkan dengan tahanan eksternal, yang mana hal ini memberikan
keuntungan dan memodifikasi karakteristik torsi-kecepatan dari motor.
2.3 Medan Putar
Perputaran motor pada 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 tiga.
R
=
m
sin
…………………………………………………………………(2.1)
S
=
m
sin
….…………………………………………………...(2.2)
T
=
m
sin (
….…………………………………………………...(2.3)
Gambar 2.3 Diagram fasor tiga fasa seimbang
20
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Arus tiga fasa seimbang
(i)
(ii)
(iii)
(iv)
Gambar 2.5 Medan Putar pada Induksi Motor Tiga Fasa
2.4 Prinsip Kerja Motor Induksi
Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari
kumparan stator kepada kumparan rotornya. Bila kumparan stator induksi 3-fasa
yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan 3-fasa, maka kumparan stator
akan menghasilkan medan magnet yang berputar. Garis-garis gaya fluks yang
diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga
timbul emf (ggl) atau tegangan induksi. Karena penghantar (kumparan) rotor
merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan
rotor. Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya
21
Universitas Sumatera Utara
fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami
gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai
dengan arah pergerakan medan induksi stator. Untuk memperjelas prinsip kerja
motor induksi 3-fasa, maka dapat dijabarkan sebagai berikut:
1. Pada keadaan beban nol ketiga fasa stator yang terhubung dengan
sumber tegangan tiga fasa yang seimbang akan menghasilkan arus pada
tiap belitan fasa arus pada tiap fasa menghasilkan fluksi bolak-balik
yang berubah-ubah.
2. Amplitudo fluksi yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan
arahnya tegak lurus terhadap belitan fasa
3. Akibat fluksi yang berputar timbul ggl pada stator motor yang besarnya:
………………………………………………...(2.4)
E1 =
E1= 4.44 N1
……………………………………………………………………...(2.5)
4. Resultan dari ketiga fluksi bolak-balik tersebut menghasilkan medan
putar yang bergerak dengan kecepatan sinkron ns yang besarnya
ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi stator f yang dirumuskan
sebagai berikut:
ns =
……………………………………………….......(2.6)
5. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada
rotor. Akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi
sebesar E2 yang besarnya:
E2 = 4.44 N2
………………………………………………………………..(2.7)
Dimana:
E2 = tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (volt)
22
Universitas Sumatera Utara
N2 = jumlah lilitan rotor
Φm= fluksi maksimum (Wb)
6. Kumparan I2 merupakan rangkaian tertutup, maka ggl tersebut akan
menghasilkan arus I2
7. Adanya arus I2 di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F
pada rotor
8. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk
memikul kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar
stator
9. Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan
sinkron. Perbedaan kecepatan medan putar stator (n s) dengan
kecepatan rotor (nr) disebut slip (s) dinyatakan dengan
s=
........................................................................(2.8)
10. Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang
terinduksi pada kumparan rotor akan bervariasi tergantung besarnya
slip. Tegangan induksi ini dinyatakan dengan E 2s yang besarnya:
E2s = 4.44s N2
Dimana:
…………………………………………………………………………………(2.9)
E2s = tegangan induksi rotor dalam keadaan berputar (volt)
f2 = sf = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam
keadaan berputar)
11. Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan
mengalir pada kumparan rotor, sehingga tidak akan dihasilkan kopel.
Kopel akan dihasilkan jika nr