RANCANGAN MESIN LISTRIK

DESAIN ROTORPanjang celah udara. Ampere-turns yang dibutuhkan untuk mengirim fluks melalui celah udara secara otomatis sebanding dengan kepadatan dan panjang celah. Bahkan celah udara dengan tingkat kepadatan rendah dan celah udara yang pendek, ampere-turn celah lebih besar/luas dibanding ampere-turns untuk sisa sirkuit magnet. Oleh karena itu, kepadatan dan panjang celah air menentukan arus magnetis. Untuk memperoleh karakteristik yang baik, arus magnetis sebaiknya sekecil mungkin dan panjang celah air sebaiknya sama kecilnya dengan kapasitas konstruksi mekanik. Perkiraan panjang minimum celah air dapat ditentukan dengan rumus empiris sebagai berikut,

10.17

( = 0.125 -

(181)

D + 90

Dimana : : panjang dari celah udara dari tengah kutub

Diameter rotor

Dr = D -2 (.

Putaran rotor. Putaran Squirrel-cage terdiri dari konduktor batangan yang short-ciccuit pada setiap ujungnya pada ujung cincin/end-ring. Batang-batang tersebut ada yang berbentuk bundar ataupun segiempat dan terbuat dari tembaga, kuningan, atau aluminium. End-ring pada umumnya terbuat dari bahan yang sama dan mungkin berbentuk sama. Untuk menghubungkan end-ring dengan batangan tersebut telah dilaksanakan metode yang beragam. Karena perubahan suhu yang tidak tetap, hubungan antara batangan dan end-ring yang paling memungkinkan dan paling baik, sangatlah penting untuk menghindari kontak langsung yang berlawanan pada hubungan tersebut. Untuk motor-motor besar, end-ring pada umumnya brazed nad welded dengan batangan. Pada motor wound-rotor, 3 fase, putaran dua lapis/double-layer digunakan pada rotor, yang merupakan putaran gelombang yang terbatas. Putaran tersebut dapat menghubungkan bintang atau delta dan dapat pula menarik pitch atau chorded. Putaran-putaran tersebut dapat ditampilkan untuk menentukan rangkaian koil yang tepat dengan menggunakan metode yang dijelaskan pada Bab XI untuk putaran-putaran dinamo pada mesin-mesin sejenis. Jumlah dan ukuran slot rotor. Pembuatan rotor pada motor-motor squirrel-cage harus dilakukan dengan teliti dan hati-hati untuk menghindari adanya getaran dan noise/suara gaduh, memutar atau menahan roda penggerak, dan cusp sejenis pada kurva torka yang cepat/speed torque curve. Menutup atau membuka torka adalah kondisi torka yang berbeda pada saat awal pada posisi rotor yang berbeda. Perputaran/cycle torka yang tinggi maupun rendah dipindahkan melalui sebuah pitch slot rotor. Cusp-cusp selaras merupakan ujung/point-point pada kurva torka cepat dimana motor terkunci dari kecepatan rendah dan bekerja sebagai motor sejenis pada nilai torka yang sangat luas. Point minimum pada kurva torka bisa menjadi sangat rendah dimana rotor tidak dapat mencapai kecepatan penuh meskipun sedang tidak bermuatan. Karakteristik yang tidak diharapkan ini sebagian besar disebabkan oleh keseimbangan pada gelombang fluks celah udara. Ketika slot-slot stator dan rotor menghasilkan keseimbangan/harmonics pada gelombang fluks celah udara maka yang harus diperhatikan adalah jumlah slot rotor yang pantas digunakan dalam sehubungan dengan slot stator untuk menghindari karakteristik yang tidak diinginkan tersebut. Jumlah slot rotor tidak boleh sama dengan jumlah slot stator, akan tetapi harus berbeda, apakah lebih banyak ataupun lebih sedikit. Hasil yang memuaskan akan didapatkan ketika jumlah slot rotor antara 15 sampai 30 persen lebih banyak atau lebih sedikit dibanding jumlah slot-slot stator. Dalam hal ini sangat tidak mungkin mendapatkan analisa lengkap tentang kombinasi slot pada motor-motor induksi squirrel-cage yang tidak diinginkan. Hanya ada beberapa kombinasi slot yang dipastikan mungkin menimbulkan masalah. Mahasiswa yang ingin meneliti lebih dalam tentang kombinasi slot harus mempelajari referensi berikut ini.

Noise dan getaran seringkali mengurangi tingkat kepuasan apabila jumlah slot-slot rotor yang digunakan Ss Sr tidak sama dengan ( 1, ( 2, ((p(1), atau ((p(2). Untuk menghindari batas akhir/dead point atau cogging, Ss Sr harus tidak sama dengan (3p atau kelipatan dari 3p pada motor-motor 3fase dan (2p atau kelipatannya untuk mesin-mesin 2 fase. Untuk menghindari cusp pada kurva speed-torque, Ss Sr tidak boleh sama dengan ( p untuk motor 3fase dan 2fase atau sama dengan -2p atau -5p untuk motor-motor 3fase. Dead point, noise, dan cusp pada kurva speed-torque dapat dikurangi atau bahkan dihilangkan sama sekali dengan skewing slot-slot stator maupun rotor dengan throw koil stator yang baik. Untuk motor-motor kecil slot rotor biasanya tidak miring, karena ukuran slot stator dan rotor yang paling diinginkan tidak selamanya berdiameter kecil. Jika slot-slot diagonal digunakan, kemiringan kira-kira satu pitch slot rotor atau stator, tergantung yang mana yang lebih besar.

Putaran rotor pada motor-motor wound-rotor memiliki 3 fase putaran, dan jumlah slot rotor harus dapat membuat putaran menjadi seimbang. Pada umumnya, putaran pada sebuah jumlah integral slot per kutub per fase digunakan pada rotor. Mungkin juga dipakai putaran slot fraksional/kecil, akan tetapi biasanya hasil yang memuaskan hanya dapat didapatkan apabila jumlah slot merupakan kelipatan dari jumlah waktu fase dan jumlah pasangan kutub. Motor-motor wound-rotor mulai bekerja pada tegangan normal yang diberikan pada putaran stator dan resistansi yang cukup pada sirkuit rotor untuk menghasilkan torka dan arus bermuatan penuh. Maka faktor utama yang menjadi penentu normalnya gerak motor adalah pada saat start. Untuk menghindari noise magnetis dan banyaknya getaran fluks pada celah air, bagaimanapun, perbandingan slot stator dan slot rotor seharusnya, jika mungkin, tidak melewati batas yang telah ditentukan diatas.

Jika ampere-turns total rotor dianggap 10 persen lebih kecil dibanding empere-turn total stator, perbandingan lempeng tembaga total/copper section rotor terhadap copper section total stator adalah

Scr

As

= 0.90

(182)

Scs

Ar

Dimana :

Scr : total bagian tembaga dari rotor

Scs : total bagian tembaga dari stator

As : kepekaan arus dalam penghantar tembaga

Ar : kepekaan arus dalam tembaga pada rotor

Pada putaran squirrel-cage, kepadatan arus bisa lebih tinggi dibanding arus yang ada pada putaran stator karena jarak rata-rata putaran lebih pendek dan ventilasinya lebih baik. Untuk arus sebesar 2500 ampere per inci kuadrat pada putaran stator dan 5000 ampere per inci kuadrat pada bar putaran squirrel-cage, perbandingan copper section total rotor terhadap copper section total stator

Scr

2500

= 0.90

= 0.45

Scs

5000

Copper section total harus ditentukan, karena berhubungan dengan panjang bar dan bagian end-ring, sehingga resistansi rotor yang tepat dapat didapatkan untuk kemudian menentukan kebutuhan torka pada saat start. Biasanya antara 50 sampai 80 persen dari copper section total stator.

Untuk putaran wound-rotor, jarak rata-rata lingkar putaran kira-kira sama dengan panjang rata-rata lingkaran koil-koil stator. Maka dari itu, untuk menghindari excessive rotor copper losses/kehilangan tembaga rotor yang berlebihan, kepadatan arus rotor tidak bisa dibuat terlalu tinggi dibanding kepadatan arus stator. Sehingga copper section rotor total pada umumnya berkisar antara 80sampai 95persen copper section total stator.

. terlihat bahwa arus di setiap bar terbagi di end-ring, sebagian kembali melaui sebuah bar pada suatu pitch kutub menuju ke kanan dan sebagian yang lainnya melalui sebuah bar pada pitch kutub menuju ke kiri. Apabila nilai maksimum arus pada setiap bar adalah Im dan jika arus tersebut maksimum pada setiap bar pada waktu yang sama, maka nilai maksimum arus pada end-ring adalah

ImNb

= (

2 P

Arus tidak maksimum di setiap bar per kutub pada saat yang sama, akan tetapi arus tersebut bervariasi tergantung hukum sinus; sehingga nilai maksimum arus pada end-ring adalah

ImNb2

= ( (2 p(dan nilai efektif arus pada end-ring adalah

ImNb 2(2

= ( ( ( 2 p ( 2

Nilai efektif arus pada setiap bar, Ib = Im/(2, dan arus end-ring

0.32ImNb

=

(183)

p

Area section setiap end-ring

0.32ImNb

ser =

(184)

pAer

dan total bar section

IbNb Ser =

(185)

Ar

Dimana :

Ser : pembagian area dari cincin akhir

Dengan menggabungkan dan menyederhanakan kedua persamaan diatas, area section setiap end-ring pada copper section total rotor adalah

0.32Ser Ar

Ser =

(185)

p Aer

dimana :

- Aer : kepekaan arus pada cincin akhir

Ventilasi pada end-ring biasanya lebih baik dibandingkan dengan ventilasi pada bar, dan kepadatan arus dapat dibuat menjadi sama dengan atau agak lebih besar daripada kepadatan arus pada bar.

Slot-slot rotor seringkali merupakan tipe tertutup sebagian Bar dan slot biasanya diutamakan yang berbentuk segiempat, karena reaktansi bar pada bagian lebih rendah yang lebih besar selama waktu start, mendorong arus menuju puncak bar, sehingga agak meningkatkan hambatan pada putaran rotor. Slot rotor yang dalam, meningkatkan reaktansi bocor dan menuju ke lebar gigi kecil dan kapasitas besar pada akar gigi. Jika bar yang dalam dipergunakan untuk putaran rotor squirrel-cage, maka slot rotor biasanya berkisar antara 4 sampai 6 kali jarak lebarnya. Motor-motor dengan putaran bara yang dalam disebut motor kelas B pada tes kode dari A.I.E.E. Untuk mesin-mesin induksi dan didefinisikan sebagai torka normal, motor squirrel-cage yang start dengan arus lemah. Motor-motor squirrel-cage untuk torka high starting dan start dengan arus lemah disebut motor kelas C pada tes kode dari A.I.E.E. dan biasanya mempunyai dua putaran squirrel-cage pada rotor. Putaran dobel squirrel-cage dapat dioperasikan dalam beberapa cara. Pada dasarnya terdiri dari putaran dengan hambatan besar yang ditempatkan di dekat permukaan celah udara rotor dan suatu putaran dengan hambatan kecil ditempatkan tepat di bawah permukaan. Efektifitas putaran yang lebih rendah pada saat start akan tergantung pada seberapa dalam putaran tersebut ditempatkan di bawah permukaan rotor. Selam masa start, putaran di dekat permukaan, bekerja aktif. Setelah rotor mencapai kecepatan penuh, reaktansi putaran rendah menjadi kecil dan akan membawa arus rotor dalam porsi besar.

Area section setiap bar

SerSb =

(187)

Nb

Tidak diadakan penyekatan/pemisahan antara bar dan inti rotor. Jarak 0.005 sampai 0.015 inci tergantung pada apakah slot miring atau tidak, harus dipergunakan atau tidak dipergunakan antara bar dan inti.

Jumlah konduktor rotor pada suatu motor wound-rotor tergantung tegangan antara slip ring ketika rotor tidak bergerak, ring terbuka, dan tegangan normal diberikan pada putaran stator. Untuk motor biasa, tegangan rotor diantara slip ring biasanya tidak lebih dari 400 volt. Untuk motor besar, dibutuhkan tegangan rotor yang lebih besar untuk menghindari section konduktor yang besar. Tegangan rotor

NrkprkdrEr =

k2E

(188)

Nkpkd

Untuk putaran rotor yang berhubungan dengan bintang, k2 = 1.73, dan untuk putaran rotor yang berhubungan dengan delta, k2 = 1.00

Konduktor bar segiempat dipergunakan pada putaran rotor. Ketika slot tipe segiempat yang pada dipergunakan, koil hanya terbentuk setengah sebelum ditempatkan ke dalam slot, Bab XVI. Untuk tipe slot seperti pada gambar 191, koil diberi sekat dan dibentuk sebelum ditempatkan ke dalam slot.

Tebal sekat yang dibutuhkan tergantung tegangan rotor. Sebuah lapisan slot yang terdiri dari 0.010 inci horn fiber ditempatkan ke dalam slot, dan sekat selanjutnya ditempatkan diatas koil. Ketebalan sekat pada koil biasanya 0.025 inci untuk tegangan diatas 600 dan 0.035 inci untuk tegangan diatas 2500. Sekat koil terdiri dari kain katun halus yang telah dipernis, kapas, dan sekat pernis.

Area setiap konduktor

Sersr =

(189)

Nrma

Gigi rotor dan besar yoke. Jumlah maksimum gigi rotor

(t

Btr2 =

wtr2 (l ndwd)k1Sr

Lebar minimum gigi

(Dr 2dsr)(wtr2 =

- wsr

SrUntuk motor induksi dengan kecepatan konstan, frekuensi fluks yang kembali ke rotor sangat kecil, slip persen mengukur frekuensi stator. Core losses pada besi rotor akan menjadi kecil meskipun jumlahnya/kepadatan besar. Kepadatan meaksimum pada gigi rotor pada umumnya hanya dapat agak lebih tinggi dibanding kepadatan maksimum gigi stator, karena ampere-turn yang diperlukan untuk mengirim fluks melalui gigi.

Kepadatan yoke rotor pada umumya sama dengan atau hanya sedikit lebih besar dibanding kepadatan yoke stator dan dapat dihitung seperti yang telah dijelaskan pada penjelasan yoke stator

BAB IV

KARAKTERISTIK MOTOR

Arus magnetis. Fluks yang disusun oleh ampere-turns stator melewati celah udara menuju rotor dan melewati gigi rotor menuju yoke rotor. Disanalah fluks pada setiap kutub terbagi, sebagian kembali melalui gigi-gigi rotor, celah/lobang udara, gigi-gigi stator dan yoke maing-masing pada kutub yang berdekatan.

Ampere-turns celah udara. Ampere-turns per pole ang dibutuhkan pada stator untuk mengirim/membawa fluks melalui celah udara.

ATg = Bg(kskr ( 0.313.

(191)

Dimana :

Atg : pembalikan ampere dalam celah udara setiap kutub

Bg : kepekaan fluks dalam kutub utama dalam celah udara

Pembukaan slot baik pada stator maupun rotor meningkatkan reluktansi celah udara. Pengaruh yang dihasilkan dapat dihitung dengan menganggap bahwa bagian/seksi celah udara dikurangi sebesar jumlah tertentu, dengan cara meningkatkan kepadatan/kapasitas, atau dengan menganggap bahwa pembukaan slot sama dengan pertambahan panjang celah udara. F.W Carter memperoleh sebuah persamaan dimana koefisien celah udara dapat dihitung. Persamaan yang serupa juga dikemukakan oleh Dr. Arnold. R.W. Wiesman mendapatkan koefisien celah udara dengan menggambar grafik distribusi fluks di sekeliling sebuah gigi. Hasil yang didapatkannya membuktikan dengan sangat baik apa yang dirumuskan oleh Dr. Arnold dan F.W. Carter. Koefisien celah udara pada pembukaan slot stator, dengan rotor halus tanpa slot,

t1sks =

(192)

wts1 + ((y )

Demikian pula dengan koefisien celah air untuk pembukaan slot rotor, dengan stator halus tanpa slot,

t1rkr =

(193)

wtr1 + ((y )

Koefisien celah udara dari cara Carter untuk slot terbuka

t1(5( + ws1)k =

(192a)

t1 + (5( + ws1) - ws12

dan Untuk beberapa slot tertutup

t1(4.4( + 0.75ws1)

k =

(193a)

t1 (4.4( + 0.75ws1) - ws12Untuk menghitung ks1 pembukaan slot stator dan pergerakan gigi pada celah digunakan pada persamaan 192a atau 193a, dan untuk menghitung kr pada rotor, yang dipakai adalah.

ATg = Bg(kskr x 0.313

(194)

Stator ampere-turns dan yoke rotor. Metode penghitungan kepadatan fluks pada yoke untuk stator dan rotor telah dijelaskan diatas. Jumlah tersebut adalah nilai maksimal kepadatan fluks pada yoke. Pada motor-motor induksi fluks tidak memasuki stator dan yoke rotor pada batas tertentu; sehingga kepadaran yoke tidak dapat menjadi konstan terhadap panjang path fluks. Jika kurva distribusi fluks celah udara dianggap sebagai sebuah gelombang sinus, maka kepadatan fluks pada yoke akan beragam sesuai dengan nilai maksimum pada jarak interpolar/antar kutub. Ampere-turns per kutub pada stator dan yoke rotor dapat dihitung dengan metode berikut ini. Untuk sebuah nilai maksimum tertentu pada kepadatan yoke yang beragam, ampere-turns per inci ditentukan pada jarak berbeda-beda dan sepanjang gelombang. Nilai rata-rata ampere-turns per inchinya ditentukan bagi kurva tersebut dengan integrasi grafis. Dengan mengulangi perhitungan yang sama untuk jumlah nilai maksimum Bys, sebuah kurva dapat digambarkan pada Bys terhadap atau berlawanan dengan rata-rata ampere-turns per incinya. Seperti kurva yang digambarkan pada lempengan baja elektrik dan dipergunakan untuk menghitung ampere-turns per kutub pada stator dan yoke rotor. Panjang garis/path fluks paa toke-yoke mungkin didapatkan dari sebagian pitch/pergerakan kutub pada diameter yoke sedang. Pada stator

(D + 2dss + dys)(

lys =

(195)

2p

dan pada rotor

(D + 2dsr + dyr)(

lyr =

(196)

2pAmpere-turn per kutub pada yoke stator

Atys = atyslys

Dan pada yoke rotor

Atys = atyrlyr

Stator ampere-turns dan gigi-gigi rotor. Untuk sator tapered/lonjong dan gigi-gigi rotor, kepadatannya bervariasi sesuai dengan panjang gigi tersebut. Beberapa metode yang berbeda juga telah diketengahkan untuk menghitung berapa ampere-turns yang dibutuhkan untuk mengirimkan fluks melalui gigi yang tapered/runcing. Hasil yang memuaskan biasanya didapatkan dengan menghitung ampere-turns untuk kepadatan pada 1/3 bagian panjang gigi dari bagian minimum. Dari kurva yang diperoleh dari kurva, empere-turns per inci didapatkan dan dikalikan dengan 1.57, dan

Atts = attslts.

Dimana :

Atts : ampere balik dalam stator yoke per kutub

lts : panjang bagian fluks pada gigi stator

atts : ampere balik setiap inci untuk kepekaan pada gigi stator

Dan untuk gigi-gigi rotor

Attr = attrltr

Dimana :

Attr : ampere balik dalam rotor yoke per kutub

lts : panjang bagian fluks pada gigi rotor

atts : ampere balik setiap inci untuk kepekaan pada gigi rotor

Panjang path fluks pada gigi-gigi tersebut sama dengan kedalaman slot.

Keseluruhan ampere-turns per kutub yang dibutuhkan untuk mengirim fluks melalui sirkuit magnetis adalah

ATP = ATtg + ATts +ATtr + ATys + ATyr.

Harga efektif dari arus magnetis per fase adalah

2.22pATP

Im =

(197)

msNkdkp

Impersentase arus magnetis =

100.

I

Arus tidak bermuatan. Arus tak bermuatan pada sebuah motor induksi terdiri dari dua komponen: Satu, arus magnetis, dimana 900 tidak sefase dengan tegangan: dua, komponen watt dari arus tak bermuatan, yang sefase dengan tegangan. Komponen se-fase dari arus tak bermuatan tersebut merupakan arus yang dibutuhkan oleh losses tak bermuatan. Hal ini terdiri dari core losses, friction, dan windage losses, dan armature copper losses dikarenakan arus yang tak bemuatan.

Core losses. Losses pada core motor-motor induksi terdiri dari hysteresi dan eddy-current losses pada gigi-gigi dan yoke-yoke oleh karena adanya fluks frekuensi fundamental ditambah losses tambahan. Losses tambahan terdiri dari losses permukaan pada gigi-gigi dikarenakan beberapa variasi pada pada kepadatan celah udara, getaran gigi berkurang dikarenakan variasi-variasi pada kepadatan gigi, berkurang karena filing slot, berkurang karena distribusi fluks yang lain dari biasanya, dan berkurang pada ujung lempengan dan ujung bracket. Pada core stator, frekuensi pembalikan fluks sama dengan frekuensi garis/line; pada rotor, frekuensi pembalikan fluks sama dengan frekuensi garis yang diukur dengan slip per sen. Untuk wound-rotor, motor bekerja pada kecepatan yang dikurangi, losses core rotor harus dimasukkan ketika menghitung karakteristik yang sedang bekerja. Loss pada gugu stator yang dikarenakan oleh fluks frekuensi fundamental sama dengan loss per pon pada kepadatan gigi stator yang menghitung/times berat besi pada gigi. Loss per pon untuk kepadatan fluks yang beragam dan untuk beberapa tingkat lempengan baja diketahui dari kurva pada Appendix. Kurva-kurva tersebut didapatkan dari pengujian pada sampel-sampel oleh American Society for Testing Material. Loss pada yoke stator karena fluks frekuensi fundamental, dihitung dengan cara yang sama dengan cara yang dilakukan pada gigi-gigi.

Losses tambahan yang sukar dihitung. Losses permukaan pada gigi-gigi dan losses getaran gigi dapat dihitung dengan metode yang dikemukakan oleh T. Spooner dan I.F. Kinard.

Tooth pulsation loss

= CBg2.3 (f/p)1.55 D20.5 (ws1/()1.22 (Ss (l ndwd)k1 10-8 watt.

Disini C = 1.85 untuk 26gauge/ukuran lempengan baja elektrik, 1.36 untuk dinamo 26 gauge, dan Bg adalah kepadatan celah udara pada kilo-lines inci meter per segi. Losses tambahan juga bisa termasuk sebuah loss tanpa muatan pada winding squirrel-cage. Losses core keseluruhan untuk motor induksi biasanya 1.5 sampai 2.5 kali jumlah gigi stator dan yoke yang hilang/loses yang disebabkan oleh fluks frekuensi fundamental. Faktor perkalian harus didapatkan dari pengujian motor-motor yang serupa. Apabila datanya tidak mencukupi maka 1.75 sampai 2.2 juga dapat digunakan.

Friction and Windage Losses. Bearing friction losses dapat dihitung jika dimensi bearing diketahui. Windage losses tergantung pada tipe atau jenis konstuksi/bangunan dan sangat sukar untuk dihitung. Gabungan antara friction and windage losses dapat ditentukan dari hasil pengujian mesin-mesin dengan desain dan konstruksi serupa. Losses ini biasanya sama dengan antara 3.5 persen keluaran/output koliwatt untuk motor 5-hp, 1800 r.p.m. sampai dengan motor 200 sampai 300-hp., 450 r.p.m.

Copper loss stator tak bermuatan. Panjang setengah putaran-sedang koil stator dihitung dengan seperti cara pada koil dinamo untuk mesin sejenis, yang telah dijelaskan sebelumnya. Perluasan koil dan jarak antara koil-koil pada ujung sambungan biasanya lebih kecil dibanding yang dipakai untuk kumparan dinamo pada mesin-mesin sejenis. Tabel XXVI menunjukkan nilai-nilai untuk stator motor induksi dan kumparan/perputaran rotor.Panjang salah putaran-sedang koil stator adalah:

((D + dss)

Ls =

P + 2b +dss + l inci

(198)

p cos (

wss + s

sin ( =

t1sPerluasan horisontal koil stator pada setiap ujung core dihitung dengan menggunakan cara yang dijelaskan di halaman 210. panjang salah satu putaran-sedang dari sebuah koil rotor untuk motor jenis wound-rotor .

((D + dsr)

Lr =

P + 2b +dsr + l inci

(199)

p cos (

wsr + s

sin ( =

t1rHambatan per fase pada kumparan stator

LsNr

R =

ohm

(200)

ass X 106

Hambatan arus searah pada kumparan stator: efektif, yang juga disebut arus bolak balik, hambatan, Rse, yang pada umumnya antara 1.15 sampai 1.30 kali hambatan arus searah. Nilai yang lebih rendah akan berlaku untuk rating terendah dengan daerah bagian konduktor kecil pada kumparan stator, dan nilai tertinggi terhadap rating yang lebih besar.

Hambatan pada kumparan rotor pada motor wound-rotor sehubungan dengan kumparan stator

kd2kp2N2LrNrr

Rr =

ohm per fase

(201)

kdr2kpr2Nr2 asr ( 106Atau

kd2kp2 Lr ScsRr =

Rs ohm per fase

(201a)

kdr2kpr2 Ls Scr Pada suhu 250C..r = 0.692 dan pada suhu 750C.. r = 0.826. losses tembaga stator yang disebabkan oleh arus tak bermuatan adalah kurang lebih,

Wieo = Im2mRs watt

(202)

Dimana :

- Rs : tahanan per fasa dari kumparan stator

Komponen sefase arus tak bermuatan

Wc + Wfw + Wsc0Iw =

ampere

(203)

mE

dimana :

Wc : rugi inti per pound

Wfw : gesekan bearing dan rugi angin

Dan arus tak bermuatan

I0 = (Im2 + Iw2

(204)

Faktor kekuatan pada motor tak bermuatan

Iw

PFo =

(205)

Io

Arus pendek. Arus yang akan dipindahkan oleh motor induksi dari kawat ketika rotor terblok, tergantung pada tegangan yang terpakai dan impedansi total pada motor pada saat berhenti. Impedansi total membandingkan hambatan stator dan rotor, dan reaktansi kebocoran stator dan rotor.

Hambatan rotor. Metode menghitung hambatan kumparan rotor untuk motor-motor wound-otor telah dijelaskan diatas. Memperlihatkan distribusi/pembagian arus pada kumparan squirrel-cage. Hambatan total pada bar/batangan squirel-cage adalah

IbNbr

=

ohm

106Sb

dan hambatan total pada dua end-ring

2(Derr=

ohm

106Ser

Hambatan total pada kumparan squirrel-cage sama dengan copper loss total dibagi dengan kuadrat arus, yaitu

IarNbr Nb2 2xDer Ibr 0,64Dre2 = + = Nb2 + ohm

106sb x2p2 106ser 106serNb 106serp2

Hambatan rotor harus ditentukan terlebih dahulu dengan jelas pada kumparan stator sebelum hambatan rotor trebut dapat ditambahkan dengan hambatan stator untuk menentukan berapa hambatan total dari motor. Motor induksi tetap saja merupakan sebuah transformer polyphase sederhana; sehingga hambatan ekuivalen rotor sama dengan hambatan total rotor mengukur hasil kuadrat dari perbandingan antara turn/lingkaran stator dengan lingkaran/turn rotor. Jumlah fase dalam kumparan squirrel-cage sama dengan jumlah batangan/bar per kutub = Nb/p, dan jumlah lingkaran dalam satu rangkaian per fase sama dengan jumlah pasangan kutub = p/2. Hambatan total dari sebuah kumparan squirrel-cage bila dihitung pada kumparan stator, adalah

(N/2) kpkdm 2 r lb 0,64Der= Nb2 + (p/2) (Nb/p) 106 sbNb p2ser (N2kp2 kd2 m2r lb 0,64Der= + 106 sbNb p2serJika jari-jari lingkaran end-ring lebar, seperti yang ada pada motor kecil pada umumnya, hambatan end-ring harus dipastikan benar untuk dibawa ke perhitungan efek distribusi arus yang berbeda-beda pada ring. P.H.Trickey, pada makalahnya Induction Motor Resistance Ring Width, telah mengembangkan suatu kesatuan yang konstan dimana hambatan end-ring harus dikalikan untuk mengikutsertakan pengaruh dari distribusi arus yang berbeda-beda. Hambatan rotor ekuivalen per fase (N2kp2 kd2 m2r lb 0,64DerRr = + Kring ohm

(206)

106 sbNb p2serKring diambil dari kurva, dan m, jumlah fase, yaitu 2 untuk mesin-mesin 1 fase. Pada rumus ini, r x 10-6 adalah hambatan tembaga dalam inci persegi. r = 0.826 untuk 75oC dan 0.692 untuk 25oC. Apabila sebuah bahan lain selain tembaga dipakai pada kumparan squirrel-cage maka harus dipakai nilai r yang sesuai dengan bahan tersebut. Kuningan yang standar mempunyai hambatan sekitar 4 kali lebih besar dibanding tembaga, dan aluminium mempunyai hambatan sekitar 2 kali hambatan tembaga.

Untuk menghitung reaktansi kebocoran/leakage pada semua jenis kumparan, yang harus dilakukan pertama kali adalah menghitung fluks leakage per unit arus yang mengalir pada kumparan, yang mana sama dengan tenaga magnetis yang bekerja pada leakage path yang mengatur permeance of the path.

Fluks per unit arus mengatur pertukaran dengan yang menghasilkan induktansi dan reaktansi 2(fL. Reaktansi leakage pada kumparan mesin yang berputar dihitung dengan menganggap bahwa aliran fluks leakage pada path tertentu yang mana daerah dan panjangnya dapat diukur. Pada motor-motor induksi, membagi fluks leakage total dengan leakage slot stator dan rotor, end-connection leakage, zigzag leakage atau leakage berbeda, belt leakage, dan skew leakage/miring, adalah hal yang biasa. Penghitungan reaktansi dilakukan berdasarkan asumsi bahwa path-path leakage tersebut tidak penuh/jenuh. Arus besar yang ditimbulkan oleh motor selama periode awal menghasilkan kejenuhan/saturation pada ujung-ujung gigi yang mempunyai pengaruh terhadap pengurangan reaktansi leakage total. Sehingga untuk menghitung penampilan awal, reaktansi leakage total harus digunakan. Metode penghitungan permeance slot dijelaskan oleh banyak penulis. Untuk sebuah kumparan pitch, induktansi per fas untuk fluks leakage slot adalah

Ls = 0.4(ns2 m/s lg 2,54 (Fsst + Fssb) 10-8 henry.

Dimana :

Ls : panjang satu siklus dari kumparan stator

Fss : faktor kebocoran pada alur rotor

Pada sebagian kecil kumparan pitch, arus pada kedua sisi koil pada beberapa slot tidak sefase dan induktansinya lebih kecil daripada yang ada pada kumparan pitch biasanya. Efek tersebut dimasukkan ke perhitungan dengan mengalikan persamaan untuk induktansi dengan sebuah faktor reduksi/pengurangan Membagi Nm/Ss dengan ns, konduktor seri per slot, dan mengalikannya dengan 2(f, maka reaktansi leaktage slot adalah

dimana :

Xss : reaktansi bocor per fasa dalam alur stator

Dalam hal ini F sst adalah faktor slot stator pada puncak slot dan Fssb adalah faktor slot pada bagian bawah slot. Pada slot stator yang sebagian terbuka

dimana :

- Wsr : lebar dari alur rotor

Reaktansi bocor slot rotor

Pada slot-slot trapezoid/segiempat yang dua sisinya sejalan baik pada stator maupun rotor

Reaktansi leakage zigzag stator

Reaktansi magnetis dari sebuah motor induksi pada ohm per fase kira-kira sama dengan tegangan terminal per fase dibagi dengan arus magnetis per fase sehubungan dengan ampere-turns celah udara

Reaktansi bocor belt sama dengan nol untuk motor-motor dengan kumparan rotor squirrel-cage dan hasil integral slot per kutub

Leakage belt konstan, Kbs dan Kbr bervariasi, dan persentase pitch kumparan masing-masing juga bervariasi. Untuk reaktansi leakage end-connection pada motor-motor induksi wound-rotor, nilai rotor digunakan dan semua persamaan dikalikan dengan perbandingan turn efektif yang dikuadratkan untuk diubah menjadi rumus stator.

dimana :

- dss : kedalaman alur stator

Nilai b pada tabel XXVI juga dapat dipergunakan pada kumparan rotor, dan fr dapat dihitung dengan cara seperti yang dijelaskan pada kumparan dinamo arus searah, 59.

Reaktansi leakage end-connection pada putaran rotor squirrel-cage

N2mj cr (kpkd)2 ( DdXer =

2pb +

ohm

107 p2 1,7wer + 1,2der + 1,4der

Adapun rancangan mesin induksi dengan kapasitas, antara lain :

Tegangan (V): 220 Volt

Daya Input (Q):2 Hp (Horse Power)

Jumlah Kutub (P):2 kutub

Frekuensi (f) :50 Hertz

Efisiensi (%):75 %

Phasa (():1 ( Cos (:0,8

Konstanta belitan (kw):0,95Adapun standarisasi yang saya pilih, adalah :

Bav :0,5 Wb/m2 (Pembebanan Magnet)((:1,5 Wb/m2 (Kerapatan fluks pada gigi stator) ac:400 A/lilitan/cm (Pembebanan listrik spesifik)(s: 7 A/mm2 (Kerapatan arus pada penghantar)

Untuk motor induksi dengan frekuensi 50 Hz pembebanan magnet yang diperbolehkan adalah 0,3 0,6 Wb/m2 dan pembebanan listrik spesifik adalah 100 450 Amp.lilitan/cm serta konstanta belitan (Kw) terdistribusi adalah 0,95 sehingga nilai-nilai tersebut kami pilih

I. Perencanaan ukuran utama

Dalam merencanakan ukuran utama, ada beberapa yang harus perlu diketahui yaitu : Ukuran inti stator

Penentuan ukuran inti stator menggunakan rumus :

Dimana :

D=diameter dalam inti stator (cm)

L=panjang inti stator (cm)

Ns=kecepatan sinkron (rps)

Q=Daya input (KVA)

Bav=pembebanan magnetik spesifik (Wb/m)

ac=pembebanan listrik spesifik (A/cm)

Kw=konstanta beban Ukuran inti stator Untuk menentukan daya input rumus yang digunakan ialah :

Dimana ;

Pout=daya motor dalam satuan HP

(=efisiensi motor (%)

Cos (=faktor daya motor

Kecepatan sinkron (ns)

Untuk menentukan kecepatan sinkron motor, maka rumus yang digunakan ialah :

Dimana ;

f=frekuensi (Hertz)

P=jumlah pasangan kutub Panjang inti stator (L)

Penentuan panjang inti stator menggunakan rumus ;

Dimana ;

D=Diameter dalam inti stator (cm)

P=jumlah pasangan kutub

Kisar kutub (Y)

Penentuan kisar kutub dengan menggunakan rumus ;

Dimana ;

D=diameter dalam inti stator (cm)

P=jumlah pasangan kutub

Panjang efektif dari inti stator (Li)

Rumus yang digunakan adalah :

Dimana ;

L=panjang inti stator (cm)

nd=jumlah ventilasi

Wd=lebar ventilasi (cm)

II. Perencanaan ukuran utama

Dalam perencanaan stator ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu :

Jumlah lilitan stator perfasa yang persisi dengan menggunkan rumus :

Dan :

Dimana ;

E=tegangan input (Volt)

Kw=konstanta belitan

F =frekuensi (Hertz)

1(m=fluks magnetik tanpa beban (Wb)

L=panjang stator (cm)

Bav=pembebanan magnetik spesifik (Wb/m2)

Y=kisar kutub (cm) Jumlah alur stator (Ss)

Untuk menentukan jumlah alur stator digunakan rumus ;

Dimana ;

g=jumlah alur perfasa

P=jumlah pasangan kutub Besar kisar alur (Yss)

Untuk menentukan besar kisar alur digunakan rumus ;

Dimana ;

D=diameter dalam stator

Ss=jumlah alur stator

Ukuran penghantar stator

a. Luas penghantar stator (As)

untuk menentukan luas penghantar stator, digunakan rumus :

Dimana ;

Ibs=arus beban penuh setiap fasa (Amp)

(s=kerapatan arus (A/mm2)

Q=daya masuk (KVA)

Vsu=tegangan nominal yang masuk (Volt)

b. Diameter penghantar stator (DS)

Untuk menentukan diameter penghantar stator, digunakan rumus :

Dimana ;

As=luas penghantar stator (mm2) Ukuran alur stator dan gigi stator:

a. Lebar alur (Wss)

Untuk menentukan lebar alur, digunakan rumus :

Wss = jumlah kawat penghantar ke samping + isolasi alur +

faktor toleransi (mm)

b. Kedalaman alur (dss)

Untuk menentukan kedalaman alur, digunakan rumus :

dss = jumlah kawat penghantar ke bawah + isolasi alur +

besar pasak alur + faktor toleransi (mm)c. Ukuran gigi stator Wts)

Untuk menentukan ukuran gigi stator, digunakan rumus :

Wts = Yss Wss mm

Dimana ;

Yss=besar kidas alur (mm)Wss=lebar alur stator (mm) Panjang kawat penghantar

a. Panjang rata-rata konduktor tiap belitan (Lmc)

Untuk menentukan Panjang rata-rata konduktor tiap belitan, digunakan rumus :

Lmc = L . 1,15 . Y + Ss / 2P (cm)

Dimana ;

L=panjang inti stator (cm)

Y=kisar kutub (cm)

Ss=jumlah alur stator

P=jumlah pasang kutub

b. Panjang konduktor tiap phasa (Lc)

Untuk menentukan Panjang konduktor tiap phasa, digunakan rumus :

Lc = Lmc . 2 . Ts (cm)

Dimana ;

Lmc=panjang rata-rata konduktor tiap belitan (cm)

Ts=jumlah lilitan stator

Ukuran inti stator

a. Fluks yang melewati inti stator ((cs)

Untuk menentukan Panjang rata-rata konduktor tiap belitan, digunakan rumus :

Dimana ;

(m=fluks magnetik tanpa beban (Weber)

b. Luas inti stator (aCS)

Rumus yang digunakan :

Dimana ;

(cs=fluks magnetik yang melewati inti stator (Weber)

Bcs =kerapatan fluks pada inti stator (Wb/mm2) c. Ketebalan inti stator (dcs)

Rumus yang digunakan :

Dimana ;

acs=luas inti stator (m2)

Li =panjang efektif inti stator (cm)

Diameter luas stator (D0)

Dalam menentukan diameter luas stator, digunakan rumus :

Do =D + 2 . dss + 2 . dcs (cm)

Dimana ;

D =diameter dalam intri stator (cm)

Dss=kedalaman alur stator (cm)

Dcs =ketebalan inti stator (cm) EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

_1116904389.unknown

_1116980261.unknown

_1117300788.unknown

_1117301581.unknown

_1117301949.unknown

_1117301156.unknown

_1116981514.unknown

_1117300238.unknown

_1116991085.unknown

_1116981388.unknown

_1116905912.unknown

_1116906518.unknown

_1116904679.unknown

_1116903520.unknown

_1116904000.unknown

_1116904308.unknown

_1116903764.unknown

_1116903137.unknown

_1116903306.unknown

_1116885863.unknown