Download - Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
1/26
BAB V
MOTOR INDUKSI
Deskripsi Singkat
Pada bab ini akan diuraikan mengenai dasar motor induksi yang meliputi: medan putar, prinsip
kerja, slip, rangkaian ekivalen, daya, pengaturan putaran, membalik putaran dan pengereman.
Kompetensi Dasar:
Setelah mempelajari bab ini diharapkan anda dapat menjelaskan motor induksi.
Indikator:
1. Menjelaskan konstruksi motor induksi.2. Menjelaskan medan putar.
3. Menjelaskan prinsip kerja motor induksi.
4. Menjelaskan slip.
5. Menjelaskan rangkaian ekivalen.
6. Menghitung daya.
7. Mengatur putaran.
8. Membalik putaran.
9. Melakukan pengereman.
V.1 Konstruksi
Motor induksi merupakan motor arus bolak balaik (ac) yang paling luas
digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor itu bukan diperoleh dari
sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif
antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus
stator.
Dikenal dua tipe motor induksi (lihat gambar 5.1) yaitu motor induksi dengan rotor
belitan dan motor induksi dengan rotor sangkar.
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
2/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MT
76
Gambar 5.1 Konstruksi motor induksi
V.1.1 Bagian Stator
Pada bagian stator terdapat beberapa slot yang merupakan tempat kawat (konduktor) dari
tiga kumparan tiga fasa yang disebut kumparan stator, yang masing masing kumparan
mendapat suplai arus tiga fasa.
Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga fasa akan
menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns = 120f/2p). Medan
putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga terinduksi
arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan turut berputar mengikuti medan putar
stator. Perbedaan putaran relatif antara stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan
memperbesar kopel motor, yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor,
sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi, bila
beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun.
V.1.2 Bagian Rotor
Bagian rotor yang merupakan tempat kumparan rotor adalah bagian yang bergerak atau
berputar. Ada dua jenis kumparan rotor yaitu rotor sangkar (sguirel-cage rotor) dan rotor belitan
(wound rotor).
Hampir 90 % kumparan rotor dari motor induksi menggunakan jenis rotor sangkar
(squirel-cage rotor). Ini karena bentuk kumparannya sederhana dan tahan terhadap goncangan.
Ciri khusus dari rotor sangkar (sguirel-cage rotor) adalah ujung ujung kumparan rotor
terhubung singkat secara permanen. Lain halnya pada fasa rotor belitan (wound rotor) yang
ujung ujung kumparan rotor akan terhubung langsung bila kecepatan putar rotor telah
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
3/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
77
mencapai kecepatan putar normalnya secara otomatis melalui slip ring yang terpasang pada
bagian rotor (perhatikan gambar 5.2).
Gambar 5.2 Motor Induksi tiga fasa jenis fasa rotor belitan (wound rotor)
V.2 Medan Putar
Perputaran motor pada mesin arus bolak-balik ditimbulkan olah adanya medan putar
(fluks yang berputar) yang dihasilkan dalam kumparan statornya. Medan putar ini terjadi apabilakumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak, umumnya fasa 3. Hubungan dapat berupa
hubungan bintang atau delta.
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
4/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MT
78
Di sini akan dijelaskan bagaimana terjadinya medan putar itu. Perhatikanlah gambar 5.3.
Gambar 5.3 Proses terjadinya medan putar
Misalkan kumparan a-a;b-b;c-c dihubungkan tiga fasa, dengan beda fasa masing-masing
120o(gambar 5.3a) dan dialiri arus sinusoid. Distribusi ia, ib, ic sebagai fungsi waktu adalah
seperti gambar 5.3b. Pada keadaan t1, t2, t3 dan t4, fluks resultan yang ditimbulkan oleh kumparan
tersebut masing-masing adalah seperti gambar 5.3c, d, e danf. Pada t1 fluks resultan mempunyai
arah sama dengan arah fluks yang dihasilkan oleh kumparan a-a; sedangkan pada t2, fluks
resultannya dihasilkan oleh kumparan b-b. Untuk t4, fluks resultannya berlawanan arah dengan
fluks resultan yang dihasilkan pada saat t1. (Keterangan ini akan lebih jelas pada analisis vektor).
Dari gambar 5.3c, d, e, danftersebut terlihat bahwa fluks resultan ini akan berputar satu
kali. Oleh karena itu, untuk mesin dengan jumlah kutub lebih dari dua, kecepatan sinkron dapat
diturunkan sebagai berikut :
ns = 120 f/p
f = frekuensi
p = jumlah kutub
Analisis secara Vektor
Analisis secara vektor didapatkan atas dasar :
(1) Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir dalam suatu lingkar sesuai dengan
perputaran sekrup (gambar 5.4a).
(2) Kebesaran fluks yang ditimbulkan ini sebanding dengan arus yang mengalir.
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
5/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
79
Gambar 5.4a Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus
Notasi yang dipakai untuk menyatakan positif atau negatifnya arus yang mengalir pada
kumparan a-a, b-b, dan c-c yaitu : untuk harga positif, dinyatakan apabila tanda silang (x)
terletak pada pangkalan konduktor tersebut (titik a, b, c), sedangkan negatif apabila ada tanda
titik ( ) terletak pada pangkal konduktor tersebut (gambar 5.4b). Maka diagram vektor untuk
fluks total pada keadaan t1, t2, t3, t4, dapat dilihat pada gambar 5.4b.
Gambar 5.4b Diagram vektor untuk fluks total
Dari semua diagram vektor di atas dapat pula dilihat bahwa fluks resultan berjalan (berputar).
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
6/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
80
Analisis secara Matematika
Misalkan fluks yang dihasilkan oleh kumparan a-a pada saat tdapat dinyatakan dalam koordinat
polar, yaitu :
cosFa
Dan fluks yang dihasilkan oleh kumparan b-b dan c-c masing-masing adalah :
oc
o
b
240cosF
120cosF
Karena amplitudo fluks berubah menurut waktu secara sinusoid, maka amplitudo Fa, Fb, dan Fc
dapat dituliskan :
omaksc
o
maksb
maksa
240tcosFF
120tcosFF
tcosFF
Fluks resultan adalah jumlah ketiga fluks tersebut, dan merupakan fungsi tempat () dan
waktu (t),
oomoommt 240tcos240cosF120tcos120cosFcostcosFt),(F
Dengan memakai transformasi trigonometri dari :
coscoscoscos 21
2
1
didapat :
om21m21
o
m21
m21
m21
m21
480tcosFtcosF
240tcosFtcosFtcosFtcosFt),(F
Suku kedua, keempat, dan keenam saling menghapuskan, maka :
tcosFt,F m23
Rumus di atas menyatakan gelombang berjalan.
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
7/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
81
V.3 Prinsip Kerja Motor Induksi
~3
Gambar 5.5 Motor induksi tiga fasa
Ada beberapa prinsip kerja motor induksi :
(1) Apabila sumber tegangan tiga fasa dihubungkan pada kumparan statorakan timbul medan
putar dengan kecepatanp
f120n s
(2) Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor.
(3) Akibatnya pada kumparan rotortimbul tegangan induksi (ggl) sebesar :
m222s Nf4,44E (untuk satu fasa)
E2s adalah tegangan induksi pada saat rotor berputar.
(4) Karena kumparan rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka ggl (E) akan
menghasilkan arus (I).
(5) Adanya arus (I) di dalam medan magnet menimbulkan gaya (F) pada rotor.
(6) Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya (F) pada rotor yang cukup besar untuk memikul
kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.
(7) Seperti telah dijelaskan pada (3) tegangan induksi timbul karena terpotongnya batang
konduktor (rotor) oleh medan putar stator. Artinya agar tegangan terinduksi diperlukan
adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan
berputar rotor (nr).
(8) Perbedaan kecepatan anatar nrdan ns disebut slip (S) dinyatakan dengan :
%100n
)n-(nS
s
rs
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
8/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
82
(9) Bila nr= ns, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada kumparan jangkar
rotor, dengan demikian tidak dihasilkan kopel. Kopel motor akan ditimbulkan apabila nr
lebih kecil ns.
(10) Dilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga sebagai motor tak serempak atau
asinkron.
V.4 Slip
Berubah-ubahnya kecepatan motor induksi (ns) mengakibatkan berubahnya harga slip
dari 100% pada saatstartsampai 0% pada saat motor diam (nr= ns). Hubungan frekuensi dengan
slip dapat dilihat sebagai berikut :
Bila f1 = frekuensi jala-jala,
ns = 120f1/p atau f1 = pns/120Pada rotor berlaku hubungan :
120
nnpf rs2
2f = frekuensi arus rotor
atau
s
rss2
n
nn
120
pnf
Karena
120
pnfdan
n
nnS s1
s
rs
maka
Sff 12
pada saat start : S = 100% ; f2 = f1
Demikianlah terlihat bahwa pada saat start dan rotor belum berputar, frekuensi pada
stator dan rotor sama. Dalam keadaan rotor berputar, frekunsi arus rotor dipengaruhi olehslip (f1
= s f1). Karena tegangan induksi dan reaktansi kumparan rotor merupakan fungsi frekuensi, maka
harganya turut pula dipengaruhi oleh slip.
22s
m212s
m222s
SEE
Nf4.44E
Nf4.44E
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
9/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
83
E2 = tegangan induksi pada saat start (diam)
E2s = tegangan induksi pada saat motor berputar.
22s
2s12s
2s22s
SXX
Lsf2X
Lf2X
X2s adalah reaktansi pada saat rotor berputar
X2 adalah reaktansi pada saat start (diam)
V.5 Rangkaian Rotor
Setelah dibahas bahwa pada saat rotor berputar tegangan induksi rotor (E2) dan reaktansi
rotor (X2) turut dipengaruhi olehslip, maka arus motor menjadi :
222
2
22
2
2
2
2
2
2
2s
2
2
2s2
XS
R
EIatau
SXR
SE
XS
R
EI
Dengan demikian rangkaian rotor digambarkan seperti terlihat pada gambar 5.6.
2SE
2I
2R 2SX
2E
2I
S/R2 2
X
a b
Gambar 5.6 Rangkaian listrik dari kumparan rotor yang sedang berputar
Karena
S
S1RR
S
R22
2 , rangkaian rotor dapat juga dilihat pada gambar 5.7
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
10/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
84
2E
2I
2R
2X
S
S-1R2
Gambar 5.7 Rangkaian listrik kumparan rotor
Perhatikan bahwa :
mekanikdayamenjadidiubahyangrotorkeluardayaS
S1RI
panasberupahilangyangdayaRI
2
2
2
2
2
2
V.6 Rangkaian Ekivalen
Kerja motor induksi seperti juga kerja transformator adalah bedasarkan prinsip induksi-
elektromagnet. Oleh karena itu, motor induksi dapat dianggap sebagai transformator dengan
rangkaian sekunder yang berputar. Hingga rangkaian motor induksi dapat dilukiskan seperti pada
gambar 5.8.
MX
CR
1I
'
2I
oI
1
V1
E2
SE
1R
1X
2SX
2
I
2R
Gambar 5.8 Rangkaian listrik motor induksi
Vektor diagram dapat dilihat pada gambar 5.9
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
11/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
85
MI
CI
0I
'I2
1I
1E
2SE
2
2R
I
2I
22SXI
1
2R'
I
12X'I
1V
Gambar 5.9 Vektor diagram motor induksi
Sedangkan rangkaian ekivalen motor induksi dapat dilukiskan seperti dalam gambar 5.10.
1V
1R 1X1
I S/Ra 22
22Xa
'I2C
IMI
MX
CR
oI
1V
1R 1X1I S/Ra 2
2
22Xa
CI MI
MX
CR
oI
'I2
S
S1Ra
2
2
Gambar 5.10 Rangkaian ekivalen motor induksi
Vektor diagram untuk rangkaian ekivalen di atas terlihat pada gambar 5.11.
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
12/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
86
M
I
CI
0I
'I2
1I
1E
1
2
R'I
2X'I
1V
2
2X
a'I
S
2R
2a
'I
2
Gambar 5.11 Rangkaian ekivalen motor induksi secara vektoris
V.7 Kopel Motor Induksi
Dari rangkaian ekivalen gambar 5.8, arus '2I adalah:
2
2
22
2
2
1'
2
XaS/Ra
EI
dan
2222
2
2
2
2
XaS/Ra
S/Ra
impedansi
tahanancos
cosIE3TP '21
P = daya
T = kopel = kecepatan sudut
maka cosIE3//PT '21
Bila Z1 = R1 + jX1 dianggap kecil, E1 hampir sama V1
22222
2
2
2
22
1
XaSRa
RSaV
W
3T
(1)
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
13/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MT
87
Berapa harga S agar harga T maksimum? Harga S untuk mendapatkan T maksimum adalah bila
dT/dS = 0. Dari diferensiasi dT/dS = 0 diperoleh harga T maksimum pada saat
22 X/RS (2)
222
1maks XWa2/V3T (3)
Dari ketiga persamaan tersebut dapat ditarik beberapa kesimpulan. Dari persamaan (1) diketahui
bahwa untuk harga S kecil di mana S2(a
2X2)
2dapat diabaikan, maka kopel sebanding dengan
S(T~S). Dari persamaan (2) diketahui bahwa untuk memperoleh kopel maksimum pada saat start
(S = 1) ialah dengan membuat R2 = X2. Harga kopel maksimum dapat diubah dengan mengatur
harga X2 atau tegangan sumber V1 (lihat persamaan (3)). Dari persamaan (1) diketahui bahwa
kopel akan menjadi nol ketika S = ~. Persamaan (1) dan (2) menunjukan bahwa R2 tidak
mengubah harga kopel maksimum, melainkan hanya mengubah harga S pada saat kopel
maksimum terjadi. Perubahan R2 dalam hubungan dengan kopel (T) dan slip (S) dapat dilihat
dari kurva berikut pada gambar 5.12.
Gambar 5.12 Kurva perubahan R2 hubungannya dengan kopel (T) dan slip (S)
V.8 Daya Motor Induksi
Dengan memperlihatkan model rangkaian diketahui bahwa daya masuk stator :
cosIV3P 111
1V
1R
1X1I
2
2Ra
2
2Xa
CI
MI
MXCR
oI
'I2
S
S1Ra
2
2
Gambar 5.13 Rangkaian ekivalen motor induksi
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
14/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
88
Daya masuk rotor (terdapat pada celah udara)
S
RaI3P
2
S1RRaI3P
cosIE3P
222'
22
22
2'
22
'
212
Daya keluar rotor (daya mekanik pada rotor termasuk rugi geser dan angin).
S
S1RaI3P 2
22'
2m
Rugi tembaga rotor :
22'2Cu RaI3P
Jadi :S:)S1(:1P:P:P Cum2
Dengan demikian diperoleh cara menghitung yang lebih cepat. Daya keluar rotor dapat juga
diketahui diperoleh dari daya masuk rotor dikurangi rugi tembaga rotor ( Pm = P2 - PCu ).
V.9 Pengaturan Putaran
Motor induksi pada umunya berputar dengan kecepatan konstan, mendekati kecepatan
sinkronnya. Meskipun demikian pada penggunaan tertentu dikehendaki juga adanya pengaturan
putaran. Pengaturan motor induksi memerlukan biaya yang agak tinggi. Biasanya pengaturan ini
dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu dengan mengubah jumlah kutub motor, mengubah
frekuensi jala-jala, mengatur tegangan jala-jala, dan mengatur tahanan luar.
V.9.1 Mengubah Jumlah Kutub Motor
Karena ns = 120f/p, maka perubahan jumlah kutub (p) atau frekuensi (f) akan
mempengaruhi putaran. Jumlah kutub dapat diubah dengan merencanakan kumparan stator
sedemikian rupa sehingga dapat menerima tegangan masuk pada posisi kumparan yang berbeda-
beda. Biasanya diperoleh dua perubahan kecepatan sinkron dengan mengubah jumlah kutub dari
2 menjadi 4, seperti terlihat pada gambar 5.14.
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
15/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MT
89
Gambar 5.14 Perubahan kecepatan sinkron dengan mengubah jumlah kutub dari 2 menjadi 4
V.9.2 Mengubah Frekuensi Jala-jala
Pengaturan putaran motor induksi dapat dilakukan dengan mengubah-ubah harga
frekuensi jala. Hanya saja untuk menjaga keseimbangan kerapatan fluks perubahan tegangan
harus dilakukan bersamaan dengan perubahan frekuensi . Persoalannya sekarang adalah
bagaimana mengatur frekuensi dengan cara yang efektif dan ekonomis. Cara pengaturan
frekuensi dengan menggunakansolid state frekuensi converter.
V.9.3 Mengatur Tegangan Jala-jala
2
2
222
2
2
2
22
1
XaSRa
RSaV
w
3T
Dari persamaan kopel motor induksi di atas diketahui bahwa kopel sebanding dengan
pangkat dua tegangan yang diberikan. Untuk karakteristik beban seperti terlihat pada gambar
5.15, kecepatan akan berubah dari n1 ke n2 untuk tegangan masuk setengah tegangan semula.
Cara ini hanya menghasilkan pengaturan putaran yang terbatas (daerah pengaturan sempit).
Gambar 5.15 Karakteristik beban
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
16/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MT
90
V.9.4 Pengaturan Tahanan Luar
Tahanan luar motor induksi rotor belitan dapat diatur, dengan demikian dihasilkan
karakteristik kopel kecepatan yang berbeda-beda seperti gambar 5.16.
Gambar 5.16 Karakteristik kopel
Putaranan akan berubah dari n1
ke n2
dan dari n2
ke n3
bertambahnya tahanan luar yang
dihubungkan ke rotor.
V.9.5 Kesimpulan
Pengaturan putaran motor induksi umumnya mahal, sedangkan daerah pengaturan yang
diperoleh tidak begitu lebar, kecuali dengan pengaturan pada 2, yaitu pengaturan frekuensi jala.
Contoh Soal
1. Suatu motor induksi, 1000 hp, 2200 volt, 25 cps, 12 kutub, 3 fasa hubungan bintang,mempunyai data sebagai berikut:
Pengukuran beban nol memberikan :
P = 15.2 kW pada cos = 0.053 terbelakang, arus beban nol = 0I = 75.1 ampere. Jika slip =
0.018, tentukan daya output, kecepatan, kopel, daya input, faktor kerja, dan efisiensi.
Penyelesaian
Rangkaian ekivalen (satu fasa) pada gambar 5.17a dapat dijadikan seperti gambar 5.17b, di
mana V1 adalah tegangan pada titik xy dan dengan teorema Thevenin didapat hubungan:
)jX(RI-VV 110t1
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
17/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
91
1V
1R
1X
1I
'R
2
'
2X
CI MI
MXCR
oI
'I2
S
S1'
2R
1V
1R
1X'
2X
S
S1'
2R
CI MIMXCR
oI
X
Y
)a()b(
Gambar 5.17
Dengan secara pendekatan, kebesaran V1 dapat dituliskan :
21210t1 XRIVV
volt1270
3
2200Vt
maka
ampere220
313.0313.0018.0/0992.0102.0
1245
XXS/RR
VI
volt1245313.0102.01.751270V
22
2'
21
2'
21
1'
1
22
1
sehingga
hp1060kW789
018.0
018.010992.02203
S
S1RI3keluarDaya
2'
2
2'
2
Kecepatan sinkron : rpm25012
25120p/f120n s
Kecepatan rotor : rpm242S1nn sr
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
18/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
92
Kopel : ft-lb22600meter-newton30600242/602
789000W/P r
Daya masuk = 789000 + 3(220)2(0.102 + 0.992) + 15200 = 833 kW
Maka daya reaktif pada keadaan berbeban :
284000 + 3(220)2(0.313 + 0.313) = 375 kvar
Faktor kerja = cos(tan-1
375/833) = 0.912
Dan akhirnya efesiensi = 789/833 = 0.945
2. Kemudian jika pada soal 1 dikehendaki motor mempunyai kopel maksimum pada saatstart,
berapakah tahanan luar yang diperlukan untuk maksud tersebut dan berapa harga kopel
maksimum tersebut. Dan bila, setelahstarttahanan luar ini dihilangkan, tentukan slip ketika
kopel maksimum dan berapa kecepatannya.
Penyelesaian
Pada saat kopel maksimumslip mempunyai hubungan sebagai berikut :
diabaikan.tidakXdanRbila,
XXR
RS 11
'
21
2
1
'
2
m
Misalkan tahanan luar dipasang pada rangkaian rotor, dan pada saatstart, Sm= 1.0 maka :
fasaperohm632.0313.0313.0102.0R 22'2
Jadi, Rluar = 0.632 0.0992 = 0.533 ohm per fasa (harga ini adalah harga tahanan luar dari
rangkaian rotor yang di-transferke rangkaian stator). Arus motor pada keadaan start :
ampere1290
313.0313.0632.0102.0
1245I
22
'
2
Jadi,
ft-lb89000
m-N121000632.012903254
12T
2
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
19/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
93
Kemudian tahanan luar dihilangkan, maka kopel maksimum terjadi pada saatslip Sm di mana
:
0.157
313.0313.0102.0
0992.0S
22m
Dan kecepatan rotor :
rpm211157.01250n
3. Suatu motor induksi, 3 fasa hubungan bintang, 220 volt (tegangan jala-jala), 10 hp, 60 cps, 6
kutub, mempunyai konstanta sebagai berikut :
R1 = 0.294 omh/fasa;'
2R = 0.144 omh/fasa;
X1 = 0.503 omh/fasa;'
2X = 0.029 omh/fasa;
Xm = 13.25 omh/fasa; R c = diabaikan (Go = 0)
Jumlah rugi geser + angin + besi = 403 watt
Jika slip 0.02, tentukanlah kecepatan motor, daya mekanik, kopel, arus stator, faktor kerja,
dan efesiensinya. Motor dijalankan pada kemampuan tegangan dan frekuensinya.
Penyelesaian
Rangkaian ekivalen motor dapat digambarkan sebagai berikut (per fasa). Impedansi Zf
merupakan impedansi '22 jXS/R yang paralel dengan jXM . (ingat dasar rangkaian listrik).
m'2'2
m
'
2
'
2fff
XXjR
jXjXS/RjXRZ
40.32/75.661.3j41.525.13209.0j02.0/144.0
25.13j209.0j02.0/144.0
jala)-jala(teganganvolt1273/220Vt
Arus stator = I1 = 127/6.75 = 18.8 ampere
Faktor daya = cos 32.4o
= 0.884
Kecepatan sinkron = ns = 120 f/p = 1200 rpm = 20 rps
Kecepatan rotor = 1200(1-0.02) = 1176 rpm
Daya yang ditransfer pada air gap = 3( '2I )2 (R2/S) = 3
2
1I Rf
(= daya masuk rotor) = 3(18.8)2(5.41) = 5740 watt
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
20/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
94
Daya mekanik pada rangkaian rotor (termasuk juga rugi geser + angin + besi)
= (1- 0.02)(5740) = 5630 watt
Maka daya mekanik (keluar) = 5630 403 = 5227 watt = 5230 watt
hp7.0nm5.420.0212025230
W
PTKopel
R
Efesiensi dihitung sebagai berikut:
Rugi 1 tembaga pada stator = (3)(18.8)2(0.294) = 312 watt
Rugi 1 tembaga pada stator = (3)(0.02)(5740) = 115 watt
Rugi angina + geser + besi = 403 watt
Rugi total = 830 watt
Daya keluar = 5230 wattDaya masuk = 6060 watt
Jadi, efisiensi = 5230/660 = 0.863
4. Motor induksi 3 fasa,4 kutub, 50 Hz, 400 volt berputar 1400 rpm pada faktor daya 0.88 dan
memberikan daya pada beban penuh 14.8 hp. Rugi-rugi stator 1060 watt dan rugi-rugi
gesekan dan angin 375 watt. Hitung : (i) slip, (ii) rugi-rugi tembaga rotor, (iii) frekuensi
rotor, (iv) arus yang mengalir, dan (v) efesiensi.
Slip pada beban penuh %4%1001500
14401500
Penyelesaian
Daya keluar 14.8 hp = 14.8 x 735.5 = 10885.4 watt
Daya mekanik yang dihasilkan = 10885.4 + 375 watt = 11260.4 watt
Diketahui bahwa :
rugi-rugi tembaga rotor:input rotor:daya mekanik = 1:1/5(1-5)/5
rugi-rugi tembaga rotor watt469.2watt96.0
04.04.11260 .
Daya masuk ke rotor = 11260.4 + 469.2 = 11729.6 watt
Daya masuk ke stator = 11729.6 + 1060 = 12789.6 watt
ampere97.2088.04003
11.789.6saluranArus
.
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
21/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
95
motor = (10885.4)/(12789.6) + 100% = 85.11%
Frekuensi rotor = sf = 0.04 x 50 = 2 Hz.
5. Motor induksi di mana rotornya dihubung bintang mempunyai impedansi dalam keadaan
diam (0.4 + j4) ohm per fasa, dan impedansi rheostat per fasa (6 + j2) ohm. Motor
mempunyai tegangan induksi 80 volt antara cincin-cincin slip pada keadaan diam apabila
dihubungkan dengan sumber tegangan normal, hitunglah arus rotor (a) pada keadaan diam
dengan rheostat dalam rangkaian. (b) Apabila dijalankan terhubung singkat dengan slip 3%.
Penyelesaian
Impedansi per fasa Z = 6 + j2 + 0.4 + j4
= 6.4 + j6 ohm= 8.76 ohm/fasa
Tegangan/fasa pada keadaan diam = 80/3 volt
Arus pada kondisi diam = ampere27.576.83
80
Pada slip 0.03, tegangan induksi rotor = 80/3 x 0.03 = 1.38 volt
Impedansi rotor = 0.4 + 4j x 0.3 = 0.4 + j1.2 = 1.26
Sehingga arus rotor apabila dijalankan terhubung singkat dengan slip 3% = 1.38/1.26 = 1.09
ampere.
6. Motor induksi 3 fasa rotornya dihubung bintang dan mempunyai tegangan induksi 50 volt
antara cincin-cincin slip, pada keadaan diam dan dalam keadaan sirkuit terbuka. Ketika stator
dihubungkan dengan tegangan suplai normal, impedansi pada keadaan diam 0.5 + j3.5
ohm/fasa. Hitunglah arus fasa dan faktor daya bila :
(a) rotor dihubungkan tahanan 4 ohm/fasa dan
(b) bila cincin-cincin slip dihubung singkat.
Penyelesaian
Tegangan induksi pada keadaan diam : 50/3 = 28.86 volt
(a) Total impedansi fasa = 4.0 + j3.5 + 0.5 ohm
= 4.5 + j3.5 ohm
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
22/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
96
Arus fasa = ampere.06.55.35.4
86.28
22
Faktor daya = 4.5/5.7 = 0.789.
(c) Jika dalam keadaan hubung singkat
Z = 0.5 +j3.5 = 3.535 ohm
Arus per fasa = 28.86/3.535 = 8.16 ampere
Faktor daya = 0.5/3.535 = 0.1415
7. Motor induksi 4 kutub, 50 Hz, 3 fasa. Jika slip dari motor pada beban penuh 3%. Hitunglah
harga tahanan yang dibutuhkan secara seri per fasa untuk mengurangi kecepatan 10%. Tiap-tiap fasa rotor mempunyai tahanan 0.2 ohm.
Penyelesaian
Jika torsi dalam motor induksi konstan dan kita mengetahui Rrotor/slip adalah konstan, dan
mesin bergerak tanpa tahanan luar pada slip S1, maka
2
eks2
1
1
S
RR
S
R
lalu :
ssrls
rls N97.0N03.01Natau03.0N
NN
Pengurangan kecepatan 10% sehingga kecepatan yang baru Nr2 = 0.973 Ns
Oleh karena itu slip S2 adalah :
127.0873.01N
NNS
s
2rs2
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
23/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi
97
Substitusi harga tersebut sehingga didapat :
ohm646.0R
03.0
006.00254.0R
0254.0R03.0006.0
127.0
R2.0
03.0
2.0
eks
eks
eks
eks
8. Kecepatan motor rotor sangkar 3 fasa, 4 kutub. 50 Hz adalah 1440 rpm. Perbandingan arus
hubung singkat dengan arus beban penuh adalah 5. Hitunglah torsi startdan presentase torsi
beban penuh dengan mengikuti metode-metodestart:
(a) oleh auto transformer dengan 60% tapping.
(b) Oleh saklar-delta.
Penyelesaian
%4%1001500
1400-1500penuhbebanSlip
Diketahui torsi start sebanding dengan Is2
di mana Is adalah arus start
kemudian IfL arus beban penuh, pada torsi beban penuh
04.0
IF
S
I
2
fLfL
2
fL
Jadi,
4.0
I
I
T
4.0I
T
T
penuhbebanTorsi
startTorsi2
fL
s
2
fL
2
s
fL
s
(a) Jikastart digunakan auto transformer, jadi arusstart= 5 x 0.6 arus beban penuh
3penuhbebanarus
startarusatau
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
24/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MT
98
Jadi
Torsistart= (3)2
x 0.4 torsi beban penuh
(b) Penuh keadaan hubung bintang :
%33304.03
5
T
T
penuhbebanarus53
1I
2
fL
start
start
Torsistart = 333% dari torsi beban penuh.
Rangkuman
1. Motor induksi merupakan motor arus bolakbalik (ac) yang paling luas digunakan.
2. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor itu bukan diperoleh dari sumber
tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif
antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus
stator.
3. Dikenal dua tipe motor induksi yaitu motor induksi dengan rotor belitan dan motor induksi
dengan rotor sangkar.
4. Perputaran motor pada mesin arus bolak-balik ditimbulkan olah adanya medan putar (fluks
yang berputar) dengan kecepatanp
f120n s yang dihasilkan dalam kumparan statornya.
Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak, umumnya
fasa 3. Hubungan dapat berupa hubungan bintang atau delta.
5. Perbedaan kecepatan antara kecepatan berputar rotor )n( r dan )n( s disebut Slip (S)
dinyatakan dengan: %100n
)nn(S
s
rs
6. Besar kopel yang diperoleh pada saat rotor akan berputar disebut kopel start. Nilai kopel start
keadaannya selalu lebih besar dari nilai kopel pada keadaan putaran normal.
7. Daya masuk stator adalah cosIV3P 111 , daya masuk rotor adalah
S
RaI3P 22
2'
22 ,
daya keluar rotor (daya mekanik pada rotor termasuk rugi geser dan angin)
S
S1RaI3P 2
22'
2m
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
25/26
Ir. Antoni Simanjuntak, MT
99
Rugi tembaga rotor :
22'2Cu RaI3P
Jadi :
S:)S1(:1P:P:P Cum2 Dengan demikian diperoleh cara menghitung yang lebih cepat. Daya keluar rotor dapat juga
diketahui diperoleh dari daya masuk rotor dikurangi rugi tembaga rotor ( Pm = P2 - PCu ).
8. Motor induksi pada umunya berputar dengan kecepatan konstan, mendekati kecepatan
sinkronnya. Meskipun demikian pada penggunaan tertentu dikehendaki juga adanya
pengaturan putaran. Pengaturan motor induksi memerlukan biaya yang agak tinggi. Biasanya
pengaturan ini dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu dengan mengubah jumlah kutub
motor, mengubah frekuensi jala-jala, mengatur tegangan jala-jala, dan mengatur tahanan
luar.
Soal soal latihan.
1. Motor induksi 3 fasa, 4 kutub beroperasi pada frekuensi jala jala 50 Hz.
Hitunglah: a. Kecepatan putar stator.
b. kecepatan putar rotor.
c. frekuensi arus rotor, jika slip 0,03
d. frekuensi arus rotor, jika frekuensi arus rotor dalam keadaan stasioner.
e. Kecepatan putar rotor, jika kecepatan putar rotor dalam keadaan stasioner.
2. Motor induksi 3 fasa, 4 kutub disuplai oleh sumber listrik pada frekuensi jala jala 50 Hz.
Hitunglah: a. Kecepatan putar sinkron.
b. kecepatan putar rotor, jika slip 5 %.
c. frekuensi arus rotor, jika berputar 600 rpm.
3. Rotor terhubung bintang dari sebuah motor induksi mempunyai impedansi pada keadaan
diam (0,4 + j4) ohm per fasa dan impedansi per fasa (6 +j2) ohm motor mempunyai ggl
induksi 80 volt antara cincin cincin slip pada keadaan diam apabila dihubungkan dengan
tegangan penyedia normalnya. Tentukan:
a. Arus rotor dalam keadaan diam dengan rheostat dalam rangkaian.
b. Arus rotor apabila dijalankan terhubung singkat dengan slip 0,03.
4. Daya masukan dari motor induksi 3 fasa adalah 60 kW. Rugi rugi stator total 1,5 kW.
Tentukanlah daya mekanis yang dihasilkan jika motor dijalankan dengan slip 4 %.
-
7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw
26/26
I A i Si j k MT
Daftar Pustaka
1. Nagrath, I.J., Kothari, D.P.(1989), Electric Machines, McGraw-Hill Publishing Company
Limited., New Delhi. Bab 9, Hal. 437.
2. Zuhal. (1988), Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya, Gramedia, Jakarta.
Bab 7, Hal. 101
Bacaan Lebih Lanjut
1. Rijono, Y.(1997), Dasar Teknik Tenaga Listrik, Andi, Yogyakarta. Bab. 6, Hal. 309.
2. Marappung. (1988), Teori Soal Penyelesaian Teknik Tenaga Listrik, Armico, Bandung.
Bab.4, Hal.276.