TEORI DASAR

TEORI DASAR

1. Pendahuluan

2. Konstruksi

3. Medan putar

4. Prinsip kerja motor induksi

5. Slip

6. Kopel

Berdasarkan

fungsi

Mesin Tak Serempak

Pemakaian

Sumber

tegangan

Kelebihan dan

kekurangan

1. Pendahuluan

Putaran

Berdasarkan fungsi dibedakan menjadi generator induksi dan motor induksi. Generator induksi jarang atau tidak pernah di gunakan untuk melayani kepentingan umum.

Motor induksi dalam pemakaian sehari-hari digunakan dalam perindustrian (sistem 3 fasa) dan rumah tangga (sistem 1 fasa).

Sumber tegangan dihubungkan pada salah satu elemen nya (stator atau rotor), sedang elemen lainnya hanya karena dihasilkan tegangan induksi. Oleh sebab itu motor tak serempak dinamakan juga motor induksi.

Keuntungan/kelebihan: - tidak memerlukan arus dc untuk penguatan medan (eksitasi), hanya perlu arus ac

- lebih ekonomis untuk kecepatan tinggi

- tingkat pengaturan kecepatan cukup baik (rotor belit)

Kekurangan:- kecepatan motor berkurang dengan bertambahnya kopel beban

Gambar 1-1. Prinsip fungsi motor

Putaran:

Mesin Serempak/Sinkron f = (p x n) : 60 n = (60. f) : pdimana; f = frekuensi ------ Hz

n = putaran rotor rpmp = jumlah pasang kutub

Mesin Tak Serempak / Asinkron n (60. f) : pdimana; f = frekuensi ------ Hz

n = putaran rotor rpmp = jumlah pasang kutub

ns = (60. f) : p

ns = putaran sinkron / putaran medan putar - rpm

Pada mesin tak serempak tidak ada kutub magnet seperti pada mesin serempak, kecuali pada shaded pole

motor

Konstruksi

dasar

Stator Rotor

Rumah

stator

Inti

stator

Rotor

sangkar

Rotor

belit

2. Konstruksi

Konstruksi dasar stator

Rumah stator

terbuka dan tertutup

berfungsi mekanis, harus kokoh

terbuat dari besi cor/baja cor/besi plat yang dilengkung

Inti stator

fungsi elektris yang penting

terbuat dari bahan plat baja silikon berlaminasi, campuran silikon 1%3%. Lembaran baja plat antara (0,0140,019) inch

Alur stator

tempat belitan stator

terbuka, tertutup sebagian

tertutup

Belitan stator

dapat digunakan untuk satu, dua atau tiga macam tegangan

merubah kecepatan putaran motor

Gambar belitan motor induksi,

menggambarkan perubahan

putaran dengan perubahan

jumlah kutub

a. belitan motor 4 kutub, tiap-

tiap kutub hubungan seri

b. belitan motor 2 kutub yang

dihubungkan seri

c. belitan motor 2 kutub yang

dihubungkan paralel

8 kutub

4 kutub

Gambar rangkaian untuk merubah-ubah jumlah kutub

Konstruksi dasar rotor

1. a. Rotor belit

- alur-alur disekeliling rotor dipasang belitan

- dilengkapi dengan cincin seret untuk menghubungkan

tahanan luar pada rangkaian rotor

- tahanan luar pada rangkaian rotor berfungsi untuk:

a). menghasilkan kopel start yang besar

b). membatasi arus start yang besar, dan

c). mengatur kecepatan rotor

- jumlah fasa belitan rotor = jumlah fasa belitan stator

- belitan stator dan belitan rotor mempunyai jumlah kutub

yang sama.

Perhatikan gambar 1-7, 1-8, dan 1-9

Gambar 1-7 Rotor belit sebuah motor induksi

Gambar 1-8 Pelaksanaan hubungan motor induksi rotor belit

dengan tahanan asut

Gambar 1.9. Pelaksanaan hubungan motor induksi

rotor delit dengan tahanan asut

2. Rotor sangkar belitan rotor berupa batang konduktor telanjang yang dimasukkan

kedalam alur di sekeliling rotor. Pada kedua sisi/ujung-ujungnya disambung pendek dengan cincin.

bagian-bagian:

a). poros; dibuat dari baja giling

b). badan rotor ; dibuat dari baja silikon

c). batang-batang rotor; dibuat dari tembaga (Cu)/ aluminium (Al)

d). cincin hubung singkat; dibuat dari tembaga atau aluminium

Perhatikan gambar 1-10

(a)

(b)

Gambar : Konstruksi rotor sangkar; a). Untuk

kapasitas rendah s/d menengah; b) kapasitas besar

Alur rotor sangkar

- alur normal, alur dalam, dan alur ganda (gb. 1-11)

- alur dalam diisi dengan satu batang rotor

- alur ganda diisi dengan dua batang rotor, bagian puncak (T) diisi

dengan bahan dengan R yang tinggi tetapi X rendah, sedang

bagian dasar alur (B) diisi dengan bahan R yang rendah dan X

yang tinggi

- pemakaian alur dalam dan alur ganda bertujuan untuk

memperoleh tahanan yang tinggi pada rangkaian rotor saat start

agar mendapat kan kopel start yang besar dan tahanan yang

rendah pada waktu bekerja untuk mendapatkan efisiensi yang

baik.

- Teori skin effect

Rotor bagian permukaan (Top)

Rotor bagian dasar (bottom)

Gb. Alur dalam Gb. Alur ganda

Gambar : beberapa macam alur rotor sangkar

Gambar rotor sangkar tunggal

dari Bradley

Gambar rotor sangkar ganda dari

Boucherot

Gambar rotor sangkar dari Heemaf

Gambar konstruksi rotor batang

tunggalGambar konstruksi rotor batang ganda/

rangkap

3. Medan Putar

Medan putar disebut juga medan magnet stator yang dapat di

bangkitkan dengan sebuah magnet listrik atau magnet permanen

yang diputar.

Fungsi utama dari stator adalah menghasilkan medan putar.

Dengan adanya medan putar atau fluksi yang berputar ini maka

akan terjadi perputaran dari rotornya.

Perhatikan gambar 1-14

a. stator tiga fasa dengan kumparan a-a, b-b, dan c-c yang dihubung

kan sumber tegangan tiga fasa yang masing-masing bergeser 120

listrik.

b. distribusi arus I1, I2, dan I3 sebagai fungsi waktu

c. arah MR untuk t1 = 90 listrik

d. arah MR untuk t2 = 180 listrik

e. arah MR untuk t3 = 300 listrik

I2

I3

Stator 3 fasa dengan kumparan

a-a; b-b, dan c-c yang dihubung

kan sumber tegangan dengan

beda fasa masing-masing 120

listrik

Gambar 1-14(a) Gambar 1-14(b)

Distribusi arus I1, I2 dan I3 sebagai fungsi

waktu (t)

Gambar 1-14c, d, dan e. Medan putar yang dihasilkan oleh stator 3 fasa

untuk t1, t2 dan t3. Betulkah gambar di atas?

Gambar 1-14f. Diagram MMF (medan putar) yang dihasilkan oleh

kumparan 3 fasa pada saat t1

Dari gb.1-14b

I1 = Im sin I1 menghasilkan MaI2 = Im sin (-120) I2 menghasilkan MbI3 = Im sin (-240) I3 menghasilkan McIm = I maksimum menghasilkan M

Dari analisis secara vektor untuk 3 waktu t1,, t2, dan, t3, ternyata medan putar itu berputar (dengan kecepatan sinkron = ns)

Untuk membalik arah putaran, posisi I1 dengan I2, atau I1 dengan I3, atau I3 dengan I2 ; ditukar tempatnya.

Dari analisis secara matematika untuk 3 waktu t1,, t2, dan, t3, ternyata harga MR untuk sistem tiga fasa tetap konstan 3/2 M

Buktikan!

Jadi dari analisis secara vektor dan matematika dapat disimpul kan bahwa medan putar itu berputar dengan nilai/harga yang konstan.

4. Prinsip kerja motor induksi

1. Apabila kumparan stator 3 fasa dihubungkan pada sumber tegangan 3 fasa, maka pada stator akan dibangkitkan suatu medan putar. Medan putar ini mempunyai kecepatan berputar berdasarkan persamaan; ns = (60.f) : p rpm

2. Karena berputar, maka medan putar ini akan memotong batang konduktor rotor. Akibatnya pada rotor dibangkitkan tegangan induksi (ggl) sebesar e2 dimana e2 adalah tegangan induksi pada saat rotor berputar.

3. Karena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka e2 akan mengalirkan arus rotor i2. Dengan adanya arus i2 dalam medan magnet akan membangkitkan gaya F pada rotor. Bila kopel mula yang dibangkitkan oleh gaya F pada rotor cukup besar untuk mengatasi kopel beban, maka rotor akan berputar dan mempunyai arah yang sama dengan arah medan putar.

4. Di atas telah dijelaskan bahwa tegangan induksi e2 akan timbul

bila batang konduktor rotor terpotong oleh medan putar. Hal

ini berarti agar tegangan e2 tetap terinduksi, diperlukan adanya

perbedaan relatif antara kecepatan medan putar ns dengan

kecepatan berputar rotor nr. Perbedaan kecepatan ns dan nrdisebut slip (S) dan dinyatakan dengan S = (ns nr) rpm.

Biasanya dinyatakan dalam %

S ={ (ns nr) / ns} x 100%

5. Bila terjadi nr = ns atau S = 0, maka tidak akan terinduksi

tegangan e2 (e2 = 0), dan arus i2 tidak mengalir pada belitan

rotor (i2 = 0). Akibatnya tidak dibangkitkan gaya F (F = 0)

sehingga kopelnya (T) sama dengan nol. Kopel (T) motor

induksi akan timbul bila nr < ns

5. Slip (S)

Pengaruh slip (S) pada besaran-besaran rotor

SLIP

(S)

f2 = f1. S

e2 = sse2. S

x2 = ssx2. S

z2 ?

i2 ?

(cos)2 ?

f2

100%

25 Hz

0 %

50 Hz

100%

S S0 %

sse2

ssx2

Gambar 1-18. Hubungan S dengan f2, e2,dan x2

Soal-soal latihan

1. Motor induksi 3 fasa, 4 kutub, dicatu dari sistem 50 Hz. Hitunglah: a).

kecepatan sinkron, b).kecepatan rotor bila slip 4%, dan c). frekuensi

rotor bila rotor berputar 600 rpm.

2. Sebuah generator 3 fasa, 12 kutub berputar pada kecepatan 500 rpm

untuk mencatu sebuah motor induksi 3 fasa, 8 kutub. Jika slip motor

pada beban penuh 3%, kalkulasi kecepatan rotor pada beban penuh itu.

3. Sebuah pompa triple ram diputar dengan kecepatan 60 rpm oleh sebuah

motor induksi 3 fasa, 8 kutub, 50 Hz. Jika slip motor 4%, carilah

perbandingan total gigi motor dengan pompa.

4. Sebuah motor induksi 3 fasa, mempunyai belitan rotor hubungan

mempunyai tegangan induksi antar cincin seret 80 V pada saat standstill.

Rotor mempunyai tahanan dan reaktansi per fasa 1 dan 4 . Hitung

arus / fasa dan faktor kerja bila: a. slip ring dihubung singkat, b. rotor

dihubungkan pada tahanan luar(rheotat) hubungan dengan tahanan

3/fasa.

5. Rotor hubungan dari sebuah motor induksi mempunyai impedansi saat

standstill (0,4 + j4) /fasa, dan impedansi rheostat per fasa (6 +j2) .

Motor mempunyai tegangan induksi 80 V antar cincin seret saat

standstill bila dihubungkan pada catu tegangan normal. Cari: a) arus

rotor saat standstill dengan rheostat dihubungkan dalam rangkaian, b)

bila berputar dengan dihubung singkat pada slip 0,03.

6. Sebuah motor induksi 3 fasa mempunyai tegangan induksi 72V antar

cincin seret saat standstill. Tahanan dan reaktansi saat standstill per fasa

adalah 0,5 dan 3,5 . Harga tahanan hubungan untuk starting 4

/fasa. Hitung arus rotor dan faktor kerja saat: a) starting, b) pada slip

4% dengan cincin seret dihubungsingkat.

7. Sebuah motor induksi 3 fasa mempunyai kumparan stator dihubungkan

dan berputar pada frekuensi 50 Hz, dicatu dengan tegangan 400 V

antar line. Tahanan rotor dan reaktansi saat standstill berturut-turut 0,2

dan 2. Perbandingan kumparan rotor dengan kumparan stator 0,65.

Hitung arus rotor per fasa saat slip 3%. Rotor dihubungkan .

8. Tegangan induksi rotor sebuah motor induksi 3 fasa, 6 kutub, 440 V

membuat 180 rpm. Hitung a). Kecepatan motor, dan b) slip dalam

prosen.

9. Motor induksi 3 fasa 50 Hz, dengan rotor dihubungkan menginduksikan

tegangan efektif 400 V antar slip-ring saat standstill. Hitung arus rotor dan

faktor kerja tiap fasa saat rotor standstill dan dihubungkan pada rangkaian

hubungan dengan tahanan 8 dan induktansi 0,025H. Tahanan

kumparan rotor/fasa 0,15 dan induktansi 0,025H. Kalkulasi arus rotor

dan faktor kerja tiap fasa bila slip ring dihubungsingkat dan motor berputar

dengan slip 4%. Impedansi kumparan start diabaikan

Kopel (T)

Terjadinya kopel. Perhatikan gb.1-16

Bila kumparan stator dihubungkan dengan sumber tegangan

tiga fasa yang seimbang, maka akan terjadi fluksi yang besar

nya konstan dan berputar berlawanan arah dengan jarum jam

pada kecepatan sinkron.

Selanjutnya bila belitan rotor ditempatkan dalam stator dan

diputar dengan arah yang sama dengan arah fluksi di atas juga

pada kecepatan sinkron (nr = ns), maka tidak terjadi perpotong

an fluksi dengan batang-batang rotor a-b. Akibatnya tidak ter

jadi tegangan induksi pada konduktor a dan b (ea dan eb nol),

sehingga tidak ada arus yang mengalir pada belitan rotor (i2=0)

Karena kopel (T) fungsi dari arus rotor maka T = 0.

Gambar 1-19a dan 1-19b rotor yang terdiri dari satu belitan

Bila belitan rotor dipertahankan tetap (tidak berputar, nr=0),

fluksi atau medan putar akan menginduksikan tegangan pada

batang a dan b (ea dan eb) dengan frekuensi yang sama dengan

frekuensi jala-jala (f2 = f1). Besar tegangan rotor e2 adalah

jumlah dari ea dan eb (e2 = ea + eb ) dan berbanding lurus

dengan kecepatan perubahan fluksi yang terpotong oleh rotor

e2 = sse2. S.

Dalam keadaan dimana konduktor a dan b dialiri arus dan ke

duanya berada dalam medan magnet yang mempunyai kepadat

an fluksi B, maka akan terjadi kekuatan/gaya pada konduktor a

dan b sebesar:

F = 0,1 B. i2.L dyne

B = kepadatan fluksi dalam garis-garis/cm2

L = panjang efektif konduktor dalam cm

i2 = arus yang mengalir pada konduktor rotor dalam Amper.

Besar kopel T = F x konstanta (jari-jari rotor).

Bila motor bekerja dengan slip rendah (S

Gb.1-20a. Hubungan antara i2, dengan e2 dan T pada cos = 1

I2 e2 B

Bila motor bekerja dengan S yang lebih besar (S>), maka:

S>

e2> e2 = sse2. S x2> x2 = ssx2. S

2

2

2

2

22

)()( xr

ei

Semakin besar S maka i2 juga akan bertambah dan semakin

induktif (cos ) semakin kecil

i2 mengikuti e2 dan B

Bentuk gelombang kopel dapat diperoleh dengan mengalikan

ordinat i2 dan B

i2 dapat diuraikan menjadi arus komponen berupa Watt ip dan

arus reaktif iR

Perhatikan gb.1-20

a. Hubungan antara i2 dengan e2 dan kopel T pada cos =1

b. Bentuk gelombang B dengan i2 dengan adanya reaktansi (x)

c. Kopel T dari rotor yang terdiri dari satu belitan

d. Kopel T yang dihasilkan oleh arus ip dengan cos =1

e. Kopel T yang dihasilkan oleh arus reaktif iR

Ip B

B

iR

Kesimpulan.

1. Kopel (T) yang terjadi pada kecepatan sinkron adalah nol

2. Pertambahan slip (S) akan menyebabkan bertambahnya

tegangan rotor (e2) sampai pada suatu batas akan menaikkan

kopel

3. Pertambahan slip (S) akan menyebabkan bertambahnya

reaktansi rotor (x2), dan akan menyebabkn arus rotor yang

semakin mengikuti pada rangkaian rotor.

4. Komponen dari arus rotor ip adalah yang sefasa dengan e2akan menghasilkan kopel positif

5. Komponen dari arus rotor iR yang mengikuti e2 dengan sudut

90 listrik akan menghasilkan kopel yang berosilasi yang

rata-ratanya sama dengan nol