Mesin Arus Bolak balik pdf
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Mesin Arus Bolak balik
TE091403
Part 5 : Mesin Induksi
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
August, 2012
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
1
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
2
ACARA PERKULIAHAN DAN KOMPETENSI
Pertemuan Kompetensi
keDasar
13-16
Memahami
Motor Induksi
Materi Pokok
Indikator keberhasilan
1. Fitur mesin induksi tiga
fasa
2. Sistem kemagnitan dalam
m.i. tiga fasa
3. medan putar
4. tegangan induksi pada
kumparan stator dan rotor
5. rangkaian ekivalen
6. penentuan parameter
7. aliran daya dalam m.i.
8. pembentukan torka
9. dinamika sistem
10. m.i. tipe sangkar
11. pengaturan arus dan torka
mula dalam motor
sangkar
12. torka parasit
1. Menjelaskan prinsip
kerja motor induksi.
2. Menjelaskan
rangkaian ekivalen
motor induksi.
3. Menjelaskan daya
dan torsi.
4. Menjelaskan macammacam motor
induksi.
5. Menjelaskan prinsip
kerja genera-tor
induksi
6. Menjelaskan
pengaturan putaran.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Prosentase
materi
28%
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor Induksi
Fakta umum mengenai motor Induksi
•
Motor induksi dapat digunakan sebagai
motor dan generator. Namun umumnya
digunakan sebagai motor. Mesin ini
adalah salah satu pilar utama di industri
•
Umumnya yang digunakan di industri
adalah tipe rotor sangkar.
•
Baik mesin yang tiga phasa ataupun satu
phasa sangat umum digunakan.
•
Generator induksi sangat jarang
digunakan. Umumnya diaplikasikan pada
pembangkit listrik tenaga angin.
Motor Induksi tiga phasa
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor Induksi
• Kontruksi stator
– Inti besi berlaminasi dengan slot
– Koil ditempatkan pada slot yang ada
untuk membentuk kumparan satu
atau tiga phasa.
• Kontruksi rotor sangkar bajing.
– Inti besi berlaminasi dengan slot.
– Batang konduktor disambungkan
terpasang dalam slot
– Dua cincin menghubung singkatkan
batang konduktor
– Batang konduktor dipilin sedikit
untuk mengurangi noise.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Kontruksi
•
Konsep motor sangkar bajing
Stator mempunyai inti besi
berlaminasi berbentuk cincin
dengan slot
•
Kumparan tiga atau satu phasa
ditempatkan pada slot
•
Rotor mempunyai inti besi
berlaminasi yang berbentuk
cincin, dengan slot digabungkan
dengan poros/shaft.
•
Rotor sangkar bajing: Batang
konduktor ditempatkan dalam slot
dan dihubungsingkatkan pada
kedua sisi (paling banyak
digunakan).
Phase
A
Bars
Phase
C
Slots with
winding
BA+
Squirrel cage
Rotor
Ring to short
circuit the bars
Stator with
laminated
iron-core
C+
C-
AB+
Phase
B
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Konsep motor rotor belit
Kontruksi
•
•
•
•
•
Rotor-belit:
Belitan tiga phasa ditempatkan
pada slot.
Kumparan dikoneksikan wye atau
delta.
Ujung tiap phasa dihubungkan
dengan cincin geser atau slip ring.
Tiga sikat/brushes terhubung
dengan tiga cincin geser/slip-rings.
Belitan rotor mungkin di bebani
dengan resistor variable atau
disuplay dengan sumber tegangan
terpisah.
Phase
A
Three phase
winding
Slip
rings
Stator with Laminated core
laminated with slots Phase
iron-core
C
Slots with
Bwinding
A+
C+
C-
AB+
Phase
B
Shaft
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Kontruksi stator
•
•
•
•
•
Kontruksi inti besi stator
Gambar disamping menunjukkan
bentuk umum inti stator
Inti besi betuk cincin yang
berlaminasi
disatukan/bolted
dengan frame motor.
Koil ditempatkan dalam slot. The
slots are closed by a wedge.
Ujung koil dibentuk kompak
melekat pada inti besi dan diikat
bersama dengan pengikat.
Koil motor tegangan tinggi
diisolasi dengan metode “dried
and impregnated”.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Kontruksi stator
•
•
•
•
•
Gambar disamping menunjukan
bentuk umum kontruksi koil
stator.
Koil digulung dan dibentuk
menggunakan
konduktor
tembaga yang berisolasi.
Koil juga diisolasi menggunakan
insulating tape.
Koil yang sudah di isolasi
ditempatkan pada slot stator.
Dua sisi koil mempunyai beda
sudut listrik sekitar 180o.
Kontriksi belitan stator
Tape-wound
coil insulation
coil end
coil sides
Tape-wound
coil insulation
coil end
coil leads
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Rotor sangkat bajing
•
•
•
•
•
Kontruksi rotor
Gambar disamping menunjukkan bentuk
rotor untuk motor kecil dan besar.
Kedua rotor mempunyai inti berlaminasi
dengan slot, yang digabungkan dengan
shaft.
Bar aluminium sedikit dimiringkan/dipilin
pada rotor kecil. Hal ini mengurangi
kebisingan dan meningkatkan kinerja.
Sirip ditempatkan pada cincin untuk
menghubung singkatkan batang rotor.
Sirip bekerja sebagai kipas dan untuk
meningkatkan pendinginan.
Rotor besar juga memiliki sirip dan bar.
Tapi bar tidak miring.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Rotor-Gulung
(Wound-rotor)
•
Gambar disamping
menunjukkan sebuah
rotor dari Rotor-Gulung
yang berkapasitas besar
•
Ujung-ujung dari setiap
phasa terhubung ke slip
ring.
Tiga sikat (brushes)
terhubung dengan tiga
slip-ring dan tiga
resistan dengan koneksi
wye.
•
Kontruksi Rotor
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Prinsip operasi
•
•
•
•
•
Stator disuplai oleh tegangan tiga fase yang mensuplai arus tiga
fase seimbang yang mengalir melalui gulungan.
Arus tiga-fase menghasilkan medan magnet berputar.
Medan ini berputar pada kecepatan sinkron. Kecepatan sinkron
ditentukan oleh frekuensi dari tegangan suplai dan jumlah kutub:
ns = f/p/2 = 2f/p. Unit ini dalam rpm.
Medan berputar menginduksi tegangan di konduktor rotor yang
dihubung-singkatkan.
Tegangan induksi menghasilkan arus di bar.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Prinsip operasi
•
•
•
•
Interaksi antara arus rotor dan medan stator menghasilkan gaya yang
menggerakkan motor: Gaya = BIL sin f.
Besarnya tegangan induksi tergantung pada perbedaan kecepatan antara
medan putar stator dan rotor.
Perbedaan kecepatan maksimum terjadi pada saat starting ketika motor
menarik arus yang besar. Frekuensi arus rotor adalah 60 Hz ketika rotor
stasioner.
Pada saat motor mulai berputar perbedaan kecepatan berkurang, yang
menghasilkan:
9 reduksi frekuensi pada tegangan induksi di rotor.
9 mengurangi besarnya magnitude arus dan tegangan induksi
di rotor.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Terbangkitkannya Gaya.
• Medan putar
menginduksi arus di
Bar.
•
Arus dan medan
berinteraksi
menghasilkan gaya
gerak
Gaya = Brotating L Ir
•
Gaya menggerakkan
motor.
•
L adalah panjang rotor
Brotating
Force
Ir
Ring
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Prinsip Operasi
•
•
Jika kecepatan rotor sama dengan kecepatan sudut medan stator,
tegangan induksi, arus dan torsi menjadi nol. Oleh karena itu
kecepatan motor harus kurang dari kecepatan sinkron.
Operasi motor membutuhkan perbedaan kecepatan antara medan
putar yang dihasilkan stator dan kecepatan rotor yang sebenarnya.
Perbedaan kecepatan disebut slip (s) dan didefinisikan sebagai:
s = (ns - nr) / ns
•
•
dimana ns = 2 f / p
Frequency arus rotor adalah: fr = s f
Slip untuk kondisi operasi normal adalah antara 1 dan 5 %
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor Induksi tiga phasa, 20 hp, 208 V, 60 Hz, 6 kutub, dikoneksikan
wye.
Motor megeluarkan daya 15 kW pada slip 5%.
Hitunglah:
a) Kecepatan sinkron.
b) Kecepatan rotor.
c) Frekuensi dari arus rotor.
Jawaban
- Kecepetan sinkron:
- Kecepetan rotor:
- Frekuensi arus rotor:
ns = 2 f / p = (120) / 6 = 20 rev/sec = 1200 rpm
nr = (1-s) ns = (1- 0.05) (1200) = 1140 rpm
fr = s f = (0.05) (60) = 3 Hz
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Penurunan rangkaian ekivalen.
•
Motor induksi terdiri dari dua sistem magnet yang terhubung : Stator dan
Rotor
•
Tegangan sumber (V1) pada phase A sama dengan penjumlahan dari
– tegangan induksi (E1).
– Tegangan drop pada resistansi stator (I1 R1).
– Tegangan drop pada reaktansi bocor stator (I1 j X1).
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Penurunan rangkaian ekivalen.
•
Semakin besar kecepatan relative (perbedaan) antara medan magnet rotor
danstator, maka makin besar tegangan rotor yang dihasilkan E2.
•
Tegangan paling besar E2 terjadi pada saat rotor di blok atau ditahan
(mengapa?) yang disebut dengan E2O . Pada slip tertentu :
E2 = s. E2O ; X2 = s. X2O
I2 =
I2 =
I2 =
E2
R 2 + jX 2
s.E 20
R 2 + j.sX 20
E 20
R 2 / s + jX 20
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Penurunan rangkaian ekivalen.
•
Jika semua paramenter mengacu pada
sisi stator, dimana :
a
R '2 = a 2 R 2
X '20 = a 2 X 20
= rasio jumlah belitan (efektif) antara stator dan rotor
R’2 = Resistansi rotor dengan mengacu pada stator
X’20 = Reaktansi rotor (pada blocked rotor) mengacu pada stator
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Penurunan rangkaian ekivalen.
•
R2 dan X20 sangat sulit (atau tidakmungkin) di hitung langsung dari rotor
sangkar, begitu juga “a”. Tetapi kira bisa mendapatkan-nya dari
pengukuran R2 dan X2
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor tiga phasa. Penurunan rangkaian ekivalen.
•
Rangkaian ekivalen motor induksi dapat disederhanakan dengan
memindahkan cabang magnetisasi ke sisi tegangan suplai, dan membagi
resistansi rotor menjadi dua bagian :R’2 / s = R’2 + R’2 (1-s) / s.
•
Resistansi yang pertama merepresentasikan rugi tembaga dalam rotor.
Bagian yang kedua merepresentasikan daya yang dibangkitkan motor
(electric developed motor power).
Rotor
Copper Losses
Electric Developed
Power
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari hasil test
Parameter motor dihitung dari tiga macam test, yaitu :
1.
2.
3.
Test tanpa beban (No-load test). Menghasilkan reaktansi magnetisasi dan
reistansi inti ( Rc dan Xm ).
Test rotor ditahan (Blocked-Rotor Test) atau (Short circuit test).
menghasilkan (R1+R’2) dan (X1+X’2).
Mengukuran resistansi DC stator. Menghitung nilai resistansi stator ( R1).
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari hasil test
Pengukuran resistansi DC stator
– Motor disupplay dengan tegangan DC di dua terminalnya (digambar
pada titik A dan B)
– Tegangan dan arus DC diukur
– Resistansinya adalah
R1 =
A
Idc
Vdc
2 ⋅ I dc
Vdc
R1
jX1
R1
R1
B
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari hasil test
• Test tanpa beban
– Motor di suplai dengan tegangan rating (Vml ) , kemudian arus Inl dan daya tanpa
beban diukur Pnl .
– Daya tanpa beban meliputi rugi magnetisasi dan rugi putaran.
– Dengan menggunakan hasil pengukuran, admitansi dan resistansi dihitung. Jika
impedansi bocor diabaikan, maka :
Pin = V1.I1.cos j
Y=I/V
Y = G +jB
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari hasil test
• Test rotor ditahan (Blocked-Rotor Test)
– Motor disuplai dengan tegangan yang direduksi V1 dan frekuensi yang
lebih rendah. Frekuensi yg direduksi digunakan agar frekuensi arus
rotor menjadi kecil pada kondisi operasi normal.
– Tegangan Vbr , arus Ibr, daya input Pb r diukur dan dicatat.
– Pada kondisi rotor di tahan, slip adalah s =1. Reaktansi dan resistansi
magnetisasi diabaikan karena tegangan suplai di reduksi (diperkecil).
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari hasil test
• Test rotor ditahan (Blocked-Rotor Test)
Rbr
P = I 2 .R
br br br
P
R = br
br 3 I 2
br
Xbr
v
V
v
Z = vbr
br I
br
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari hasil test
• Test rotor ditahan (Blocked-Rotor Test)
– Reaktansi rotor pada frekuensi penge-test-an ftest adalah:
Xbrtest = Zbr2 − Rbr2
– Reaktansi pada saat rotor ditahan dengan dasar frekuensi rating adalah:
Xbr = Xbr, test (frated / ftest )
– Parameter rangkaian ekivalen dihitung dari:
Rbr = R1 + R’2 and
Xbr = X1 + X’2
– R1 dihitung dengan mengukur resistansi stator.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari penge-test-an
Mesin induksi tiga-phasa, 30 hp, 208 V, 4 kutub, 60 Hz, dikoneksikan wye
telah ditest dan menghasilkan data test sebagai berikut:
- Tanpa beban pada 60 Hz: Vnl = 208 V ; Inl =22 A ; Pnl = 1600 W
- Rotor ditahan pada 15 Hz: Vbr = 21 V ;Ibr =71 A ; Pbr = 2100 W
- DC test :
Vdc= 12 V ; Idc =75 A
a) Hitunglah:
– parameter rangkaian ekivalen
– Rugi putar (rotational losses)
b) Gambarlah rangkaian ekivalen dengan nilai nilai parameternya.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor tiga phasa. Analisa kinerja.
•
•
Kinerja/performance motor induksi dapat di evaluasi menggunakan rangkaian
ekivalennya.
Diagram aliran daya motor induksi ditunjukkan sebagai berikut:
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Krakteristik Torsi Vs Kecepatan
Torsi induksi pada motor dinyatakan sebagai berikut:
V thev
jX m
=
R1 + jX 1 + jX
V1
m
V thev =
R1 + ( X 1 + X m )
Xm
2
2
V1
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Krakteristik Torsi Vs Kecepatan
Z thev
jX m (R1 + jX 1 )
=
R1 + j ( X 1 + X m )
Since Xm>>X1 and Xm>>R1 then
V thev
Xm
V1
=
X1 + X m
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Krakteristik Torsi Vs Kecepatan
Z thev = R thev + jX thev
jX m (R1 + jX 1 )
=
R1 + j ( X 1 + X m )
Karena Xm>>X1 dan Xm+X1>>R1 maka :
R thev
⎛
Xm
⎜
≈ R1 ⎜
⎝ X1 + X m
X thev ≈ X 1
⎞
⎟⎟
⎠
2
X
Vthev
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Krakteristik Torsi Vs Kecepatan
I '2 =
R thev
V thev
+ R 2 / s + jX thev + jX
X
2
I '2 =
(R thev
+ R 2 / s ) + ( X thev + X 2 )
PAG =
(R thev
+ R 2 / s )2 + ( X thev + X 2 )2
V thev
2
2
2
3V thev
.R 2 / s
Torsi induksi pada rotor adalah
τ ind
PAG
=
ω sync
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Krakteristik Torsi Vs Kecepatan
τ ind =
[
ω sync . (R thev + R 2 / s )2 + ( X thev + X 2 )2
2
3V thev
.R 2 / s
]
Persamaan diatas dapat di
nyatakan dengan gambar berikut:
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Torsi maksimum motor Induksi
Dari rangkaian ekivalen, daya maksimum yang ditransfer dapat
dicapai ketika R’2 sama dengan impedansi dibagian kiri
R2
s max T
=
2
R thev
+ ( X thev + X 2 )
2
Dengan mensubstitusikan ke persamaan torsi
T max =
ω sync .⎛⎜ R thev +
⎝
2
2
+ ( X thev + X 2 ) ⎞⎟
R thev
⎠
3
2
2
V thev
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Torsi starting motor induksi
Ketika start, slip sama dengan (ns- nr)/nr = 1. Pada persamaan
torsi, isilah s = 1 :
τ start =
τ start =
[
2
3V thev
.R 2 / 1
2
2
+ R 2 / 1 ) + ( X thev + X 2 )
[
2
3V thev
.R 2
2
2
+ R 2 ) + ( X thev + X 2 )
ω sync . (R thev
ω sync . (R thev
]
]
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Desain klas (Class Design) dari motor induksi
Motor
Klass
Description
X1
X2
A
Normal starting Torque,
normal starting current
0.5
0.5
B
Normal starting Torque,
Low starting current
0.4
0.6
C
High starting Torque,
Low starting current
0.3
0.7
D
High starting Torque,
High Slip
0.5
0.5
0.5
0.5
Rotor
Gulung
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan/Control Motor Induksi
Mengapa kita perlu mengatur motor induksi?
Parameter apa yang dapat dikontrol pada motor induksi?
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan kecepatan motor induksi
Terdapat beberapa teknik pengaturan (kecepatan) pada motor induksi:
1.
Pengubahan inti
2.
Pengaturan frekuensi sumber
3.
Pengaturan tegangan sumber
4.
Pengaturan resistansi rotor (hanya untuk rotor gulung)
5.
Pengaturan slip menggunakan peralatan khusus (hanya untuk rotor
gulung)
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Pengubahan kutub
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Pole changing
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Pole changing derives three control of Induction Motor :
A)
Constant Torque
B)
Constant Horse Power
C)
Variable Torque
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Line Frequency Control
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Line Voltage Control
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Rotor Resistance Control
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Slip Control
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor Induksi
Efek penggunaan rangka ganda (Double Cage)
Ketika rotor berputar pada kecepatan rendah, frekuensi arus yang mengalir
pada batang rotor menjadi tinggi. Begitu pula sebaliknya.
Rotor sangkar dapat di desain untuk mendapatkan resistansi efektif pada
frekuensi tinggi sama dengan beberapa kali-nya pada frekuensi rendah
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor Induksi
Efek pemilinan (pemiringan)
batang rotor
Rotor sangkar dipilin/dimiringkan
untuk mengurangi tegangan
induksi pada rotor, sehingga arus
hubung singkat (pada slip 1)
dapat dikurangi
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Motor satu phasa sering disebut sebagai fractional hp motor
karena rating dayanya yang kecil.
Motor satu phasa paling sering digunakan untuk lemari es,
mesin cuci, jam, kompresor, pompa, dll
Jenis motor satu phasa diklasifikasikan berdasarkan metode
startingnya.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
•
Kumparan utama disuplai oleh sumber
satu phasa yang menghasilkan medan
magnet berdenyut atau berbentu pulsa.
Main winding flux
-ωt
•
Medan magnet berpulsa dibagi menjadi
dua medan, berputar dengan arah yang
berlawanan.
•
Interaksi antara medan dan arus yang
terinduksi di batang rotor menghasilkan
torsi yang berlawanan.
•
Dengan kondisi ini, motor belum akan
dapat berputar, seperti yang ditunjukkan
pada gambar.
+ωt
Main
winding
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
+
_
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Konsep kerja motor satu phasa.
•
•
Diasumsikan, motor di star dengan torsi luar dan berputar denga kecepatan
n dengan arah maju. ns adalah kecepatan sinkron.
Kondisi ini menghasilkan slip positif terkait dengan medan magnet putar
yang berputar maju
s+ =(ns-n)/ ns
Slip positif sangatlah kecil: 1-5%
•
Hal ini pula dapat menghasilkan slip negatif karena diasumsikan berputar
melawan arah medan putar
s- =(ns+ n) / ns
Slip negatif sangatlah besar 1.95-1.99
•
Kombinasi dari kedua persamaan diatas menghasilkan :
s- = 2- s+
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Besar torsi berbanding terbalik tergantung slip.
P2
(1 − s) 1
(1 − s)
2
2
T=
= I 2 R2
= I 2 R2
s ωs
ωs
ω s s2
• Slip positif kecil (0.01-0.03) menghasilkan torsi yang lkebih
besar dari pada slip negatif yang besar (1.95-1.99).
• Perbedaan torsi, akan menggerakkan motor untuk terus
berputar dalam arah maju walaupun tanpa torsi eksternal.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
“Torsi eksternal” diperlukan sebagai
penggerak awal rotor.
Sebuah “auxiliary winding” dipasang
tegak lurus dengan gulungan utama
seperti yang terlihat pada gambar.
Saklar sentrifugal akan beroperasi
(terputus/membuka) pada saat
kecepatan mencapai sekitar 75%
kecepatan sinkron.
SPLIT PHASE MOTORS
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Umumnya digunakan untuk kipas
angin, blowers, centifugal pump.
typical rating dayanya dari 1/20-hp
sampai ½-hp.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
“Torsi eksternal” diperlukan
sebagai penggerak awal rotor.
Selain auxiliary winding, kapasitor
yang ditambahkan untuk
meningkatkan kinerja awal pada
saat starting.
CAPACITOR-TYPE MOTORS
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Biasanya digunakan untuk
peralatan compressor, pump,
refrigeration, air conditioning.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Penggunaan kapasitor permanen dapat menyederhanakan
konstruksi, meningkatkan faktor daya dan efisiensi.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Penggunaan kapasitor permanen yang dikombinasikan
“starting kapasitor menghasilkan optimal starting dan saat
pengoperasian.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Sebuah "shaded pole" secara skematis diilustrasikan pada gambar.
Arus induksi dalam kumparan shading menyebabkan fluks di "bagian
shaded" dari kutub untuk menggeser fluks agar tertinggal (lag)
dibanding bagian yang lain.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Mesin Arus Bolak balik
TE091403
Part 5 : Mesin Induksi
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
August, 2012
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
1
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
2
ACARA PERKULIAHAN DAN KOMPETENSI
Pertemuan Kompetensi
keDasar
13-16
Memahami
Motor Induksi
Materi Pokok
Indikator keberhasilan
1. Fitur mesin induksi tiga
fasa
2. Sistem kemagnitan dalam
m.i. tiga fasa
3. medan putar
4. tegangan induksi pada
kumparan stator dan rotor
5. rangkaian ekivalen
6. penentuan parameter
7. aliran daya dalam m.i.
8. pembentukan torka
9. dinamika sistem
10. m.i. tipe sangkar
11. pengaturan arus dan torka
mula dalam motor
sangkar
12. torka parasit
1. Menjelaskan prinsip
kerja motor induksi.
2. Menjelaskan
rangkaian ekivalen
motor induksi.
3. Menjelaskan daya
dan torsi.
4. Menjelaskan macammacam motor
induksi.
5. Menjelaskan prinsip
kerja genera-tor
induksi
6. Menjelaskan
pengaturan putaran.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Prosentase
materi
28%
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor Induksi
Fakta umum mengenai motor Induksi
•
Motor induksi dapat digunakan sebagai
motor dan generator. Namun umumnya
digunakan sebagai motor. Mesin ini
adalah salah satu pilar utama di industri
•
Umumnya yang digunakan di industri
adalah tipe rotor sangkar.
•
Baik mesin yang tiga phasa ataupun satu
phasa sangat umum digunakan.
•
Generator induksi sangat jarang
digunakan. Umumnya diaplikasikan pada
pembangkit listrik tenaga angin.
Motor Induksi tiga phasa
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor Induksi
• Kontruksi stator
– Inti besi berlaminasi dengan slot
– Koil ditempatkan pada slot yang ada
untuk membentuk kumparan satu
atau tiga phasa.
• Kontruksi rotor sangkar bajing.
– Inti besi berlaminasi dengan slot.
– Batang konduktor disambungkan
terpasang dalam slot
– Dua cincin menghubung singkatkan
batang konduktor
– Batang konduktor dipilin sedikit
untuk mengurangi noise.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Kontruksi
•
Konsep motor sangkar bajing
Stator mempunyai inti besi
berlaminasi berbentuk cincin
dengan slot
•
Kumparan tiga atau satu phasa
ditempatkan pada slot
•
Rotor mempunyai inti besi
berlaminasi yang berbentuk
cincin, dengan slot digabungkan
dengan poros/shaft.
•
Rotor sangkar bajing: Batang
konduktor ditempatkan dalam slot
dan dihubungsingkatkan pada
kedua sisi (paling banyak
digunakan).
Phase
A
Bars
Phase
C
Slots with
winding
BA+
Squirrel cage
Rotor
Ring to short
circuit the bars
Stator with
laminated
iron-core
C+
C-
AB+
Phase
B
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Konsep motor rotor belit
Kontruksi
•
•
•
•
•
Rotor-belit:
Belitan tiga phasa ditempatkan
pada slot.
Kumparan dikoneksikan wye atau
delta.
Ujung tiap phasa dihubungkan
dengan cincin geser atau slip ring.
Tiga sikat/brushes terhubung
dengan tiga cincin geser/slip-rings.
Belitan rotor mungkin di bebani
dengan resistor variable atau
disuplay dengan sumber tegangan
terpisah.
Phase
A
Three phase
winding
Slip
rings
Stator with Laminated core
laminated with slots Phase
iron-core
C
Slots with
Bwinding
A+
C+
C-
AB+
Phase
B
Shaft
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Kontruksi stator
•
•
•
•
•
Kontruksi inti besi stator
Gambar disamping menunjukkan
bentuk umum inti stator
Inti besi betuk cincin yang
berlaminasi
disatukan/bolted
dengan frame motor.
Koil ditempatkan dalam slot. The
slots are closed by a wedge.
Ujung koil dibentuk kompak
melekat pada inti besi dan diikat
bersama dengan pengikat.
Koil motor tegangan tinggi
diisolasi dengan metode “dried
and impregnated”.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Kontruksi stator
•
•
•
•
•
Gambar disamping menunjukan
bentuk umum kontruksi koil
stator.
Koil digulung dan dibentuk
menggunakan
konduktor
tembaga yang berisolasi.
Koil juga diisolasi menggunakan
insulating tape.
Koil yang sudah di isolasi
ditempatkan pada slot stator.
Dua sisi koil mempunyai beda
sudut listrik sekitar 180o.
Kontriksi belitan stator
Tape-wound
coil insulation
coil end
coil sides
Tape-wound
coil insulation
coil end
coil leads
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Rotor sangkat bajing
•
•
•
•
•
Kontruksi rotor
Gambar disamping menunjukkan bentuk
rotor untuk motor kecil dan besar.
Kedua rotor mempunyai inti berlaminasi
dengan slot, yang digabungkan dengan
shaft.
Bar aluminium sedikit dimiringkan/dipilin
pada rotor kecil. Hal ini mengurangi
kebisingan dan meningkatkan kinerja.
Sirip ditempatkan pada cincin untuk
menghubung singkatkan batang rotor.
Sirip bekerja sebagai kipas dan untuk
meningkatkan pendinginan.
Rotor besar juga memiliki sirip dan bar.
Tapi bar tidak miring.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Rotor-Gulung
(Wound-rotor)
•
Gambar disamping
menunjukkan sebuah
rotor dari Rotor-Gulung
yang berkapasitas besar
•
Ujung-ujung dari setiap
phasa terhubung ke slip
ring.
Tiga sikat (brushes)
terhubung dengan tiga
slip-ring dan tiga
resistan dengan koneksi
wye.
•
Kontruksi Rotor
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Prinsip operasi
•
•
•
•
•
Stator disuplai oleh tegangan tiga fase yang mensuplai arus tiga
fase seimbang yang mengalir melalui gulungan.
Arus tiga-fase menghasilkan medan magnet berputar.
Medan ini berputar pada kecepatan sinkron. Kecepatan sinkron
ditentukan oleh frekuensi dari tegangan suplai dan jumlah kutub:
ns = f/p/2 = 2f/p. Unit ini dalam rpm.
Medan berputar menginduksi tegangan di konduktor rotor yang
dihubung-singkatkan.
Tegangan induksi menghasilkan arus di bar.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Prinsip operasi
•
•
•
•
Interaksi antara arus rotor dan medan stator menghasilkan gaya yang
menggerakkan motor: Gaya = BIL sin f.
Besarnya tegangan induksi tergantung pada perbedaan kecepatan antara
medan putar stator dan rotor.
Perbedaan kecepatan maksimum terjadi pada saat starting ketika motor
menarik arus yang besar. Frekuensi arus rotor adalah 60 Hz ketika rotor
stasioner.
Pada saat motor mulai berputar perbedaan kecepatan berkurang, yang
menghasilkan:
9 reduksi frekuensi pada tegangan induksi di rotor.
9 mengurangi besarnya magnitude arus dan tegangan induksi
di rotor.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Terbangkitkannya Gaya.
• Medan putar
menginduksi arus di
Bar.
•
Arus dan medan
berinteraksi
menghasilkan gaya
gerak
Gaya = Brotating L Ir
•
Gaya menggerakkan
motor.
•
L adalah panjang rotor
Brotating
Force
Ir
Ring
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Prinsip Operasi
•
•
Jika kecepatan rotor sama dengan kecepatan sudut medan stator,
tegangan induksi, arus dan torsi menjadi nol. Oleh karena itu
kecepatan motor harus kurang dari kecepatan sinkron.
Operasi motor membutuhkan perbedaan kecepatan antara medan
putar yang dihasilkan stator dan kecepatan rotor yang sebenarnya.
Perbedaan kecepatan disebut slip (s) dan didefinisikan sebagai:
s = (ns - nr) / ns
•
•
dimana ns = 2 f / p
Frequency arus rotor adalah: fr = s f
Slip untuk kondisi operasi normal adalah antara 1 dan 5 %
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor Induksi tiga phasa, 20 hp, 208 V, 60 Hz, 6 kutub, dikoneksikan
wye.
Motor megeluarkan daya 15 kW pada slip 5%.
Hitunglah:
a) Kecepatan sinkron.
b) Kecepatan rotor.
c) Frekuensi dari arus rotor.
Jawaban
- Kecepetan sinkron:
- Kecepetan rotor:
- Frekuensi arus rotor:
ns = 2 f / p = (120) / 6 = 20 rev/sec = 1200 rpm
nr = (1-s) ns = (1- 0.05) (1200) = 1140 rpm
fr = s f = (0.05) (60) = 3 Hz
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Penurunan rangkaian ekivalen.
•
Motor induksi terdiri dari dua sistem magnet yang terhubung : Stator dan
Rotor
•
Tegangan sumber (V1) pada phase A sama dengan penjumlahan dari
– tegangan induksi (E1).
– Tegangan drop pada resistansi stator (I1 R1).
– Tegangan drop pada reaktansi bocor stator (I1 j X1).
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Penurunan rangkaian ekivalen.
•
Semakin besar kecepatan relative (perbedaan) antara medan magnet rotor
danstator, maka makin besar tegangan rotor yang dihasilkan E2.
•
Tegangan paling besar E2 terjadi pada saat rotor di blok atau ditahan
(mengapa?) yang disebut dengan E2O . Pada slip tertentu :
E2 = s. E2O ; X2 = s. X2O
I2 =
I2 =
I2 =
E2
R 2 + jX 2
s.E 20
R 2 + j.sX 20
E 20
R 2 / s + jX 20
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Penurunan rangkaian ekivalen.
•
Jika semua paramenter mengacu pada
sisi stator, dimana :
a
R '2 = a 2 R 2
X '20 = a 2 X 20
= rasio jumlah belitan (efektif) antara stator dan rotor
R’2 = Resistansi rotor dengan mengacu pada stator
X’20 = Reaktansi rotor (pada blocked rotor) mengacu pada stator
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Penurunan rangkaian ekivalen.
•
R2 dan X20 sangat sulit (atau tidakmungkin) di hitung langsung dari rotor
sangkar, begitu juga “a”. Tetapi kira bisa mendapatkan-nya dari
pengukuran R2 dan X2
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor tiga phasa. Penurunan rangkaian ekivalen.
•
Rangkaian ekivalen motor induksi dapat disederhanakan dengan
memindahkan cabang magnetisasi ke sisi tegangan suplai, dan membagi
resistansi rotor menjadi dua bagian :R’2 / s = R’2 + R’2 (1-s) / s.
•
Resistansi yang pertama merepresentasikan rugi tembaga dalam rotor.
Bagian yang kedua merepresentasikan daya yang dibangkitkan motor
(electric developed motor power).
Rotor
Copper Losses
Electric Developed
Power
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari hasil test
Parameter motor dihitung dari tiga macam test, yaitu :
1.
2.
3.
Test tanpa beban (No-load test). Menghasilkan reaktansi magnetisasi dan
reistansi inti ( Rc dan Xm ).
Test rotor ditahan (Blocked-Rotor Test) atau (Short circuit test).
menghasilkan (R1+R’2) dan (X1+X’2).
Mengukuran resistansi DC stator. Menghitung nilai resistansi stator ( R1).
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari hasil test
Pengukuran resistansi DC stator
– Motor disupplay dengan tegangan DC di dua terminalnya (digambar
pada titik A dan B)
– Tegangan dan arus DC diukur
– Resistansinya adalah
R1 =
A
Idc
Vdc
2 ⋅ I dc
Vdc
R1
jX1
R1
R1
B
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari hasil test
• Test tanpa beban
– Motor di suplai dengan tegangan rating (Vml ) , kemudian arus Inl dan daya tanpa
beban diukur Pnl .
– Daya tanpa beban meliputi rugi magnetisasi dan rugi putaran.
– Dengan menggunakan hasil pengukuran, admitansi dan resistansi dihitung. Jika
impedansi bocor diabaikan, maka :
Pin = V1.I1.cos j
Y=I/V
Y = G +jB
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari hasil test
• Test rotor ditahan (Blocked-Rotor Test)
– Motor disuplai dengan tegangan yang direduksi V1 dan frekuensi yang
lebih rendah. Frekuensi yg direduksi digunakan agar frekuensi arus
rotor menjadi kecil pada kondisi operasi normal.
– Tegangan Vbr , arus Ibr, daya input Pb r diukur dan dicatat.
– Pada kondisi rotor di tahan, slip adalah s =1. Reaktansi dan resistansi
magnetisasi diabaikan karena tegangan suplai di reduksi (diperkecil).
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari hasil test
• Test rotor ditahan (Blocked-Rotor Test)
Rbr
P = I 2 .R
br br br
P
R = br
br 3 I 2
br
Xbr
v
V
v
Z = vbr
br I
br
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari hasil test
• Test rotor ditahan (Blocked-Rotor Test)
– Reaktansi rotor pada frekuensi penge-test-an ftest adalah:
Xbrtest = Zbr2 − Rbr2
– Reaktansi pada saat rotor ditahan dengan dasar frekuensi rating adalah:
Xbr = Xbr, test (frated / ftest )
– Parameter rangkaian ekivalen dihitung dari:
Rbr = R1 + R’2 and
Xbr = X1 + X’2
– R1 dihitung dengan mengukur resistansi stator.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Perhitungan parameter dari penge-test-an
Mesin induksi tiga-phasa, 30 hp, 208 V, 4 kutub, 60 Hz, dikoneksikan wye
telah ditest dan menghasilkan data test sebagai berikut:
- Tanpa beban pada 60 Hz: Vnl = 208 V ; Inl =22 A ; Pnl = 1600 W
- Rotor ditahan pada 15 Hz: Vbr = 21 V ;Ibr =71 A ; Pbr = 2100 W
- DC test :
Vdc= 12 V ; Idc =75 A
a) Hitunglah:
– parameter rangkaian ekivalen
– Rugi putar (rotational losses)
b) Gambarlah rangkaian ekivalen dengan nilai nilai parameternya.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor tiga phasa. Analisa kinerja.
•
•
Kinerja/performance motor induksi dapat di evaluasi menggunakan rangkaian
ekivalennya.
Diagram aliran daya motor induksi ditunjukkan sebagai berikut:
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Krakteristik Torsi Vs Kecepatan
Torsi induksi pada motor dinyatakan sebagai berikut:
V thev
jX m
=
R1 + jX 1 + jX
V1
m
V thev =
R1 + ( X 1 + X m )
Xm
2
2
V1
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Krakteristik Torsi Vs Kecepatan
Z thev
jX m (R1 + jX 1 )
=
R1 + j ( X 1 + X m )
Since Xm>>X1 and Xm>>R1 then
V thev
Xm
V1
=
X1 + X m
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Krakteristik Torsi Vs Kecepatan
Z thev = R thev + jX thev
jX m (R1 + jX 1 )
=
R1 + j ( X 1 + X m )
Karena Xm>>X1 dan Xm+X1>>R1 maka :
R thev
⎛
Xm
⎜
≈ R1 ⎜
⎝ X1 + X m
X thev ≈ X 1
⎞
⎟⎟
⎠
2
X
Vthev
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Krakteristik Torsi Vs Kecepatan
I '2 =
R thev
V thev
+ R 2 / s + jX thev + jX
X
2
I '2 =
(R thev
+ R 2 / s ) + ( X thev + X 2 )
PAG =
(R thev
+ R 2 / s )2 + ( X thev + X 2 )2
V thev
2
2
2
3V thev
.R 2 / s
Torsi induksi pada rotor adalah
τ ind
PAG
=
ω sync
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Krakteristik Torsi Vs Kecepatan
τ ind =
[
ω sync . (R thev + R 2 / s )2 + ( X thev + X 2 )2
2
3V thev
.R 2 / s
]
Persamaan diatas dapat di
nyatakan dengan gambar berikut:
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Torsi maksimum motor Induksi
Dari rangkaian ekivalen, daya maksimum yang ditransfer dapat
dicapai ketika R’2 sama dengan impedansi dibagian kiri
R2
s max T
=
2
R thev
+ ( X thev + X 2 )
2
Dengan mensubstitusikan ke persamaan torsi
T max =
ω sync .⎛⎜ R thev +
⎝
2
2
+ ( X thev + X 2 ) ⎞⎟
R thev
⎠
3
2
2
V thev
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Torsi starting motor induksi
Ketika start, slip sama dengan (ns- nr)/nr = 1. Pada persamaan
torsi, isilah s = 1 :
τ start =
τ start =
[
2
3V thev
.R 2 / 1
2
2
+ R 2 / 1 ) + ( X thev + X 2 )
[
2
3V thev
.R 2
2
2
+ R 2 ) + ( X thev + X 2 )
ω sync . (R thev
ω sync . (R thev
]
]
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Desain klas (Class Design) dari motor induksi
Motor
Klass
Description
X1
X2
A
Normal starting Torque,
normal starting current
0.5
0.5
B
Normal starting Torque,
Low starting current
0.4
0.6
C
High starting Torque,
Low starting current
0.3
0.7
D
High starting Torque,
High Slip
0.5
0.5
0.5
0.5
Rotor
Gulung
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan/Control Motor Induksi
Mengapa kita perlu mengatur motor induksi?
Parameter apa yang dapat dikontrol pada motor induksi?
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan kecepatan motor induksi
Terdapat beberapa teknik pengaturan (kecepatan) pada motor induksi:
1.
Pengubahan inti
2.
Pengaturan frekuensi sumber
3.
Pengaturan tegangan sumber
4.
Pengaturan resistansi rotor (hanya untuk rotor gulung)
5.
Pengaturan slip menggunakan peralatan khusus (hanya untuk rotor
gulung)
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Pengubahan kutub
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Pole changing
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Pole changing derives three control of Induction Motor :
A)
Constant Torque
B)
Constant Horse Power
C)
Variable Torque
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Line Frequency Control
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Line Voltage Control
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Rotor Resistance Control
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Pengaturan motor induksi
Slip Control
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor Induksi
Efek penggunaan rangka ganda (Double Cage)
Ketika rotor berputar pada kecepatan rendah, frekuensi arus yang mengalir
pada batang rotor menjadi tinggi. Begitu pula sebaliknya.
Rotor sangkar dapat di desain untuk mendapatkan resistansi efektif pada
frekuensi tinggi sama dengan beberapa kali-nya pada frekuensi rendah
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor Induksi
Efek pemilinan (pemiringan)
batang rotor
Rotor sangkar dipilin/dimiringkan
untuk mengurangi tegangan
induksi pada rotor, sehingga arus
hubung singkat (pada slip 1)
dapat dikurangi
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Motor satu phasa sering disebut sebagai fractional hp motor
karena rating dayanya yang kecil.
Motor satu phasa paling sering digunakan untuk lemari es,
mesin cuci, jam, kompresor, pompa, dll
Jenis motor satu phasa diklasifikasikan berdasarkan metode
startingnya.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
•
Kumparan utama disuplai oleh sumber
satu phasa yang menghasilkan medan
magnet berdenyut atau berbentu pulsa.
Main winding flux
-ωt
•
Medan magnet berpulsa dibagi menjadi
dua medan, berputar dengan arah yang
berlawanan.
•
Interaksi antara medan dan arus yang
terinduksi di batang rotor menghasilkan
torsi yang berlawanan.
•
Dengan kondisi ini, motor belum akan
dapat berputar, seperti yang ditunjukkan
pada gambar.
+ωt
Main
winding
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
+
_
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Konsep kerja motor satu phasa.
•
•
Diasumsikan, motor di star dengan torsi luar dan berputar denga kecepatan
n dengan arah maju. ns adalah kecepatan sinkron.
Kondisi ini menghasilkan slip positif terkait dengan medan magnet putar
yang berputar maju
s+ =(ns-n)/ ns
Slip positif sangatlah kecil: 1-5%
•
Hal ini pula dapat menghasilkan slip negatif karena diasumsikan berputar
melawan arah medan putar
s- =(ns+ n) / ns
Slip negatif sangatlah besar 1.95-1.99
•
Kombinasi dari kedua persamaan diatas menghasilkan :
s- = 2- s+
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Besar torsi berbanding terbalik tergantung slip.
P2
(1 − s) 1
(1 − s)
2
2
T=
= I 2 R2
= I 2 R2
s ωs
ωs
ω s s2
• Slip positif kecil (0.01-0.03) menghasilkan torsi yang lkebih
besar dari pada slip negatif yang besar (1.95-1.99).
• Perbedaan torsi, akan menggerakkan motor untuk terus
berputar dalam arah maju walaupun tanpa torsi eksternal.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
“Torsi eksternal” diperlukan sebagai
penggerak awal rotor.
Sebuah “auxiliary winding” dipasang
tegak lurus dengan gulungan utama
seperti yang terlihat pada gambar.
Saklar sentrifugal akan beroperasi
(terputus/membuka) pada saat
kecepatan mencapai sekitar 75%
kecepatan sinkron.
SPLIT PHASE MOTORS
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Umumnya digunakan untuk kipas
angin, blowers, centifugal pump.
typical rating dayanya dari 1/20-hp
sampai ½-hp.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
“Torsi eksternal” diperlukan
sebagai penggerak awal rotor.
Selain auxiliary winding, kapasitor
yang ditambahkan untuk
meningkatkan kinerja awal pada
saat starting.
CAPACITOR-TYPE MOTORS
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Biasanya digunakan untuk
peralatan compressor, pump,
refrigeration, air conditioning.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Penggunaan kapasitor permanen dapat menyederhanakan
konstruksi, meningkatkan faktor daya dan efisiensi.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Penggunaan kapasitor permanen yang dikombinasikan
“starting kapasitor menghasilkan optimal starting dan saat
pengoperasian.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id
Motor induksi satu phasa
Sebuah "shaded pole" secara skematis diilustrasikan pada gambar.
Arus induksi dalam kumparan shading menyebabkan fluks di "bagian
shaded" dari kutub untuk menggeser fluks agar tertinggal (lag)
dibanding bagian yang lain.
Mesin Arus Bolak Balik Part 5 : Mesin Induksi