MAKALAH

Energi dan Dasar Konversi Energi Elektrik

OLEH:KELOMPOK 9

1. Prima Ezy (1110951001)2. Arif Kurniawan (1110952031)3. Rico Afrinando (1110953009)4. Yoga Tri Warmen (1110952029)5. Diva Septian Jones (1110952049)

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ANDALASPADANG

2013

Motor induksiMotor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada

berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

Motor listrik yang umumdigunakan di duniaIndustriadalah motor listrikasinkron, denganduastandar global yakni IEC dan NEMA. Motor asinkron IEC berbasismetrik (milimeter), sedangkan motor listrik NEMA berbasis imperial (inch), dalamaplikasiadasatuandayadalam horsepower (hp) maupunkiloWatt (kW).

Motor listrik IEC dibagimenjadibeberapakelassesuaidenganefisiensi yang dimilikinya, sebagaistandar di EU, pembagiankelasinimenjadi :

EFF1

EFF2

EFF3

A. EFF1

EFF1 adalah motor listrik yang paling efisien, paling sedikitmemboroskantenaga, sedangkan.

B. EFF3

EFF3 sudahtidakbolehdipergunakandalamlingkungan EU, sebabmemboroskanbahanbakar di pembangkitlistrikdansecaraotomatisakanmenimbulkanbuangankarbon yang terbanyak, sehinggalebihmencemarilingkungan.

Standar IEC yang berlakuadalah IEC 34-1, iniadalahsebuahstandar yang mengatur rotating equipment bertenagalistrik. Ada banyakpabrikelektrik motor, tetapihanyasebagiansaja yang benar-benarmengikutiarahan IEC 34-1 danjugamengikutiarahan level efisiensidari EU.

Banyakprodusenelektrik motor yang tidakmengikutistandar IEC dan EU supayaproduknyamenjadimurahdanlebihbanyakterjual, banyaknegaraberkembangmanjdipasaruntukprodukini, yang dalamjangkapanjangmemboroskankeuanganpemakai, sebabtagihanlistrik yang semakintinggisetiaptahunnya.

Lembaga yang mengaturdanmenjamin level efisiensiiniadalah CEMEP, sebuahkonsorsium di Eropa yang didirikanolehpabrik-pabrikelektrik motor yang ternama, dengan tujuan untuk menyelamatkan lingkungan dengan mengurangi pencemaran karbon secara global, karena banyak daya diboros kan dalam pemakaian beban listrik.

Sebagai contoh, dalamsebuahindustri rata-rata konsumsilistrikuntuk motor listrikadalahsekitar 65-70% dari total biayalistrik, jadimemakaielektrik motor yang efisien akan mengurangi biaya overhead produksi, sehingga menaikkan daya saing produk, apalagi dengan kenaikan tariff listrik setiap tahun, maka pemakaian motor listrik EFF1 sudah waktun ya menjadi keharusan.

Pembagian motor induksiMotor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama :

Motor induksisatufase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasidengan pasokan

daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti fan angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.

Motor induksitigafase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang

seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.

Konstruksi Mesin Induksi (Mesin Asinkron)

Motor ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana, handal, serta berbiaya murah. Di samping itu motor ini juga memiliki effisiensi yang tinggi saat berbeban penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang banyak. Akan tetapi jika dibandingkan dengan motor DC, motor induksi masih memiliki kelemahan dalam hal pengaturan kecepatan. Dimana pada motor induksi pengaturan kecepatan sangat sukar untuk dilakukan, sementara pada motor DC hal yang sama tidak dijumpai Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam dan mengalirkan arus phasa.

Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama :

1. Stator terdiriatastumpukanlaminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk silindris. Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas. Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi. Tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan phasa dimana untuk motor tiga phasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120o. Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris. Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang telah disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga phasa.

2.Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:

1. Rotor Belitan

Motor induksi jenis ini mempunyai rotor dengan belitan kumparan tiga fasa sama seperti kumparan stator. Kumparan stator dan rotor juga mempunyai jumlah kutub yang sama. Rotor yang mempunyai tiga belitan yang mirip dengan belitan stator.Ketiga belitan tersebut biasanya terhubung bintang.Ujung – ujung belitan tersebut dihubungkan dengan slipring yang terdapat pada poros rotor.

Belitan – belitan tersebut dihubung singkat melalui sikat (brush) yang menempel pada slipring. Jenis rotor belitan dapat dilihat pada gambar sebagai berikut :

2. Rotor Sangkar

Motor induksi jenis ini mempunyai rotor dengan kumparan yang terdiri atas beberapa batang konduktor yang disusun sedemikian rupa hingga menyerupai sangkar tupai. Rotor yang terdiri dari sederetan batang – batang penghantar yang terletak pada alur – alur sekitar permukaan rotor. Ujung – ujung batang penghantar dihubung singkat dengan menggunakan cincin hubung singkat.maka jenis rotor sangkar dapat dilihat pada gambar berikut :

- Lingkaran rotor yang memilikigulungantigafase, lapisangandadanterdistribusi.- Dibuatmelingkarsebanyakkutub stator. Tigafasedigulungikawatpadabagiandalamnyadanujung yang lainnyadihubungkankecincinkecilyang dipasangpadabatang as dengansikat yang menempel padanya.

Perbedaan mendasar dari rotor belit dengan rotor sangkar Rotor sangkartupai:- Tahanan rotor tetap- Arus starting tinggI- Torsi starting rendaH

Rotor belit :- Memungkinkantahananluardihubungkanketahanan rotormelalui slip ring yang terhubungkesikat.- Arus starting rendah- Torsi starting tinggi

Prinsip Kerja Motor Induksi

Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator ke kumparan rotor. Garis – garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga timbul GGL (gaya gerak listrik/tegangan induksi) dank arena penghantar rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan rotor.

Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami gaya Lorenz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai arah medan induksi stator. Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang ditempatkan pada slot – slotnya yang di lilitkan pada sejumlah kutub tertentu. Jumlah kutub ini menentukan kecepatan berputarnya medan stator yang terjadi yang di induksikan pada rotornya. Makin besar jumlah katup akan mengakibatkan makin kecil kecepatan putar medan stator dan sebaliknya. Kecepatan putar medan putar ini disebut kecepatan sinkron.Ada dua jenis rotor pada motor induksi, yaitu jenis rotor sangkar tupai (squirrel-cage rotor) dan rotor belitan (wound rotor). Kedua rotor ini mempunyai konstruksi stator dan prinsip kerja yang sama. Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga fasa, maka pada stator akan dihasilkan arus tiga fasa. Arus ini akan mengalir melalui belitan yang akan menimbulkan fluks dan karena adanya perbedaan sudut fasa sebesar 120° antara ketiga fasanya, maka akan timbul medan putar, dengan kecepatan sinkron ns,

Dimana :

ns : kecepatan sinkron f : frekuensi p : jumlah kutub

Dalam stator sendiri akan timbul tegangan pada masing-masing fasa yang dinyatakan:

Dalam keadaan rotor masih diam, medan putar stator akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E2: Dengan :

E1 : tegangan stator E2 :tegangan rotor N1 : jumlah kumparan statorN2 : jumlah kumparan rotor Φm: fluks maksimum

Kecepatan motor induksiMotor induksi bekerja sebagai berikut. Listrik dipasok ke stator yang

akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar.

Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser/ slip ring motor”.

Perbedaan kecepatan sinkron medan putar stator (ns) dan kecepatan rotor (nr) disebut slip. Besarnya slip yang terjadi adalah:

Dimana : s : slip motor ns : kecepatan stator nr : kecepatan rotor

Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi pada kumparan rotor akan bervariasi tergantung besarnya slip, dan tegangan induksi ini dinyatakan dengan E2s.

Dengan :

E2s: tegangan rotor saat keadaan berputar sf sama dengan f2: frekuensi rotor

Slip timbul karena perbedaan perputaran medan putar stator dan perputaran rotor :Ada tiga macam slip:

Slip mutlak, dinyatakan oleh persamaan :

Hubungan antara beban, kecepatan dan torque

Gambar dibawahini menunjukan grafik torque-kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. :

Mulaimenyalaternyataterdapat arus nyala awal yang tinggi dan torque yang Rendah (“pull-up torque”).

Mencapai 80% kecepatanpenuh, torque beradapadatingkattertinggi (“pull-out torque”) danarusmulaiturun.

Padakecepatanpenuh, ataukecepatansinkron, arustorque danstator turunke nol.

Gambar 2. Grafik Torque-Kecepatan Motor Induksi AC 3-Fase