H. MOTOR ASINKRON

Dibidang industri banyak sekali menggunakan motor dan generator

untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dan mengubah energi

mekanik menjadi energi listrik. Motor yang paling banyak dipakai adalah motor

asinkron dengan rotor sangkar. Motor ini mempunyai banyak kelebihan

dibandingkan dengan motor dc dan motor sinkron.

Kelebihan dari motor asinkron:

> Konstruksinya sangat sederhana dan kuat.

> Harganya relatif murah.

> Keandalannya tinggi.

> Efisiensinya relatif tinggi pada keadaan nominal.

> Pemeliharaan motor mudah ( hampir tidak diperlukan ).

> Dapat Start dengan mudah.

Kekurangan dari motor asinkron:

> Pengaturan putaran sulit.

> Putaran akan turun bila beban bertambah.

> Torsi start kecil.

1. BAGIAN UTAMA MOTOR ASINKRON

Motor induksi 3 phasa pada dasamya terdiri dari 2 bagian utama

yaitu : ( stator ) bagian yang diam, dan ( rotor ) bagian yang berputar. Jarak

antara rotor & Stator Terdapat suatu celah udara yang pendek, Jaraknya

antara 0,4 mm sampai 4 mm13. Untuk Menentukan jarak celah udara dapat

digunakan persamaan:

lg=0,2 + 2y[DL (2.1)1

Dimana:

lg - Jarak celah udara ( mm)

D ™ Diameter stator ( m ) dalam pengukuran =120 mm

L m Panjang stator ( m ) dalam pengukuran = 210 mm

1.1 Stator

Stator terdiri dari suatu rangka besi baja yang mengelilingi suatu

bagian yang berlubang. Merupakan suatu silinder yang dibuat dari

lembaran-lembaran tipis besi baja dengan laminasi yang berlapis-lapis.

Laminasi ini bertujuan agar rugi arus eddy yang timbul menjadi kecil.

Laminasi ini pada umumnya menggunakan kertas, papan, varnis, dan

sprayed china clay.

I. A Shanmugasundaram, Electrical Machine Design Data Book, hal 99

6

1.1.1 Macam alur

Inti stator mempunyai alur-alur dimana kumparan stator 3

phasa diletakkan. Bentuk alur pada umumnya dibedakan menjadi 3

bentuk yaitu:

a) Alur Terbuka. Alur ini mempunyai keuntungan, dapat

dengan mudah memasukkan & mengeluarkan

kumparan stator, tetapi distribusi flux dicelah udara

menjadi tidak baik yang menyebabkan terjadinya

ripples pada tegangan yang dihasilkan.

b) Alur Setengah Tertutup. Alur ini agak sulit untuk

memasukkan & mengeluarkan kumparan stator, tetapi

distribusi flux yang dihasilkan menjadi lebih baik.

c) Alur Tertutup. Sangat sulit untuk memasukkan

kumparan pada alur, karena harus dimasukkan satu per

satu. Selain itu induksi dari kumparan menjadi lebih

besar.

7

5 ALURTERBUKA ALURSETENGAH ALURTERTUTUP

TERTUTUP

GAMBAR2.12

BENTUK ALUR STATOR

1.1.2 Rumah stator

Untuk melindungi inti stator maka dibuat rumah stator.

Rumah stator dibuat dari besi, baja tuang atau besi plat yang

diiengkungkan. Rumah stator dapat dibedakan menjadi 2 yaitu:

a) Tipe Terbuka. Pada tipe ini bagian luar rumah stator

tidak bergerigi atau bersirip, dan dilengkapi dengan

kipas untuk mensirkulasikan udara sebagai pendingin.

Motor ini digunakan di tempat-tempat terbuka yang

dilindungi oleh atap, untuk udara kering dan tidak

berdebu.

2. Diktat Mesin-Mesin Listrik, hal 6

8

b) ripe Tertutup. Bagian luar dari rumah stator ini dibuat

bergerigi atau bersirip untuk pendinginan, seringkali

dilengkapi dengan kipas. Motor ini digunakan di

tempat-tempat yang lembab, atau pada ruang terbuka.

1.2 Rotor

Rotor motor induksi mempunyai 2 tipe, yaitu:

> rotor sangkar bajing

> rotor sangkar tergulung

Sama seperti inti stator, rotor juga terdiri dari lembaran-

lembaran besi baja tipis yang dilaminasi.

1.2.1 Rotor sangkar bajing

Rotor sangkar bajing terdiri dari batangan-batangan

aluminium, dimana dimana batangan-batangan ini lebih panjang

dari lembaran-lembaran rotor. Pada batangan akhir yang

berseberangan dilas pada 2 cincin tembaga akhir, dimana semua

batangan dihubung singkat. Seluruh kontruksi ( batangan-batangan

dan cincin-cincin akhir) menyerupai sangkar bajing, sehingga rotor

tipe ini disebut rotor sangkar bajing.

Seringkali batangan-batangan dimiringkan untuk mengurangi

pulsa magnetik / mencegah agar motor tidak terkunci secara

magnetis dan mengurangi noise waktu motor berputar.

1,2.2 Rotor tergulung

Rotor tergulung mempunyai belitan 3 phasa, seperti belitan

pada stator.selain itu juga mempunyai jumlah kutub yang sama.

Behtan ini mempunyai distribusi yang secara keseluruhan terletak

didalam alur-alur. Terminal-terminal dihubungkan pada ketiga

cincin slip yang terhubung pada rotor. Cincin slip yang berputar dan

sekumpulan sikat yang diam memungkinkan untuk dihubungkan

dengan resistor secara eksternal yang seri dengan belitan rotor.

Eksternal resistor ini digunakan selama periode penyalaan kondisi

kerja dibawah normal, dengan 3 sikat dihubungkan singkat. Dengan

penambahan tahanan luar dapat membuat kopel mula mencapai

harga kopel maksimum, yang dapat membatasi arus mula gerak

yang besar dan mengatur kecepatan motor. Dal am keadaan kerja,

cincin slip akan secara otomatis dihubungkan singkat dan rotor akan

bekerja seperti rotor sangkar bajing dan juga sikat akan diangkat

sehingga rugi gesekan dapat dijaga minimum.

2. PUTARAN MOTOR ASINKRON

2.1 Medan Putar

Medan putar sering disebut sebagai medan magnet stator.

Medan putar ini dapat ditimbulkan oleh medan magnet Hstrik. Medan

magnet listrik untuk medan putar 3 phasa menggunakan 3 kumparan yang

10

posisinya saling berbeda 120° dalam ruang, dan dialiri arus dan tegangan

bolak-balik 3 phasa dimana arus masing-masing phasa berbeda 120°.

Dengan adanya medan putar atau flux yang berputar ini maka

akan terjadi perputaran dari rotor. Jadi fungsi utama dari stator adalah

menghasilkan medan putar.

2.2 Prinsip Kerja Motor Asinkron

Waktu kumparan 3 phasa distator diberi tegangan 3 phasa, suatu

flux resultan yang konstan dan berputar timbul. Flux ini melalui celah

udara memotong permukaan rotor dan batang-batang rotor yang masih

dalam keadaan diam. Karena kecepatan relatif antara flux putar dan

batang konduktor yang diam maka terinduksi suatu emf. Karena

batangan-batangan rotor membuat circuit tertutup / dihubungkan singkat

maka ada arus yang mengalir. Interaksi antara medan putar dan arus yang

mengalir menimbulkan gaya dan menyebabkan rotor berputar dengan arah

yang sama seperti medan putar pada stator, seolah-olah mau mengikuti

medan putar tesebut.

Tegangan induksi akan timbul bila batang konduktor rotor

terpotong oleh medan putar. Sehingga ada 2 syarat yang dibutuhkan untuk

terjadinya suatu gerakkan relatif dari rotor dan medan magnet, yaitu

kecepatan slip dan slip.

Kecepatan slip didefinisikan sebagai suatu beda antara

kecepatan sinkron (stator) dengan kecepatan rotor.

II

N,up = Ns-N (2.2)3

Dimana:

NiUp- kecepatan slip motor (RPM )

Ns = kecepatan putar medan magnet / kecepatan stator (RPM)

N= kecepatan rotor (RPM)

Perbedaan antara kecepatan stator Ns Dan kecepatan rotor N

disebut slip. Biasanya slip ini dinyatakan dalam % dari kecepatan sinkrorL

s-Ns-N X100% (2.3)4

Ns

Jika rotor berputar pada kecepatan sinkron, maka s • 0, dan jika

motor dalam keadaan diam, maka s = 1. Sehingga kecepatan motor dapat

diberikan sebagai:

N = Ns(l-s)

Bila terjadi Ns - N ( s = 0 ), maka tidak akan terinduksi

tegangan dan arus tidak akan mengalir pada belitan rotor, akibatnya tidak

ada torsi yang dihasilkan.

Apabila rotor suatu motor dikunci ( diblok ) sehingga tidak

dapat bergerak, maka rotor akan mempunyai frekuensi yang sama dengan

stator. Pada keadaan lain, jika suatu rotor berputar pada kecepatan

sinkron, maka frekuensi pada rotor sama dengan nol.

Apabila N = 0 RPM, maka frekuensi rotor f = f, dan slip = 1.

Bila N = Ns, maka frekuensi rotor F = 0 Hz, dan slip • 0.

3. Stephen J. Chapman Electric Machinery Fundamentals, hal 488 4. Ibid

12

f-sf (2.4)5

f=p/60(Ns-N)

Dimana:

f~ frekuensi rotor ( Hz )

/ = frekuensi stator (Hz)

p ~ jumlah pasang kutub

Ns = kecepatan sinkron / kecepatan stator (RPM)

N" kecepatan rotor (RPM )

3. RANGKAIAN PENGGANTI MOTOR ASINKRON

Prinsip kerja motor asinkron sama dengan prinsip kerja

transformator, oleh karena itu motor asinkron dapat dipresentasikan dengan

menggunakan rangkaian pengganti dari transformator. Rangkaian pengganti

ini digunakan untuk mempermudah perhitungan.

Pada sisi stator rangkaian penggantinya terdiri dari resistansi dan

reaktansi stator, selain itu terdapat Re dan Xm. Re adalah mempresentasikan

rugi besi, sedang Xm mempresentasikan mutual reaktansi. Bagian stator

dipresentasikan dengan menggunakkan angka 1. Bagian stator dan bagian

rotor berhubungan melalui aeff. Aeff adalah perbandingan lilitan antara bagian

stator dan bagian rotor.

5Ibid,hal489

13

GAMBAR2.26

RANGKAIAN PENGGANTI MODEL TRANSFORMATOR DARI

MOTOR ASINKRON

Tegangan input dapat dicari dengan persamaan:

V, - Ei + h (Ri +JXi) (2.5 )7

Dimana:

Vs = tegangan input

Ii - arus distator

Ri = resistansi distator

Xi = reaktansi distator

Pada bagian rotor terdapat resistansi dan reaktansi rotor, resistansi

dari rotor ( RR ) besamya konstan sedangkan reaktansi dari rotor ( XR )

besamya tergantung pada induktansi rotor ( LR ) dan ftekuensi dari tegangan

dan arus dirotor. Rangkaian pengganti pada bagian rotor diberi tanda dengan

hurufr.

6. Ibid, hal 491 7. Fitzgerald, A.E,Electric Machinery, hal 416

14

ER = SERO,

JXR=J»XRO

o RR

GAMBAR 2.3s

RANGKAIAN PENGGANTI MOTOR BAGIAN ROTOR

XM-SK* (2.6 f

& RR+JXR

/ * = iSQ~-

RR +JSXRO

•(2.7) 10

(R^SJ+JXRQ

Dimana

XRO=reaktansi rotor saat di tahan tidak berputar

IR = arus dirotor

LR = induktansi dirotor

Rangkaian pengganti perphasa dari motor asinkron secara lengkap

dilihat dari sisi stator terlihat pada gambar 2.4. Re termasuk didaiam core

loss. Core loss didapatkan pada saat kondisi no load. Harga-harga didaiam

rangkaian itu didapatkan dari:

8. Chapman, S.J, Op-cit, hal 493 9. Ibid, hal 493, 495 10. Ibid

Ei-a.jrEso (2.8)"

*. A & a

.(2.9 )12

Zi-a'efffRz+jXjto) (2 .10) 1 3

Jh = a2effRR (2 .11) 1 4

Xj = a2effXRO (2 .12) 1 5

II 12

+ Ex Xi X2

1,4 -AWvv

Rcl V,

JXQ; R2/S

E,

16 GAMBAR2.4

RANGKAIAN PENGGANTI PERPHASA DARI MOTOR ASINKRON

-A/WW + h-+

X, -/VWWV.

1 x2

I*

R2

•AAA/W

R2 n

GAMBAR2.5 17

RANGKAIAN EKUIVALEN YANG DIGUNAKAN PADA ANALISA

11,12,13,14,15, 16 Ibid 17. A.E. Fitzgerald, Mesin-Mesin Listrik, hal 452

16

Untuk mendapatkan data-data pada rangkaian ekuivalen, digunakan

pengujian tanpa beban, pengujian berbeban, pengujian rotor terkunci, dan

pangujian untuk mendapatkan tahanan dc.

Pada keadaan tanpa beban, besamya arus rotor sangat kecil dan

hanya diperlukan untuk menghasilkan torsi yang cukup untuk mengatasi

gesekan dan perlilitan. Karena rugi-rugi I2R rotor tanpa beban adalah sangat

kecil dan dapat diabaikan.

Karena slip pada keadaan tanpa beban sangat kecil, tahanan rotor

terpantul R2 / S„i sangat besar. Sehingga gabungan paralel rotor dan cabang

magnetisasi menjadi jXQ dishunt dengan suatu tahanan yang sangat besar, dan

besamya reaktansi dari gabungan paralel karenanya sangat mendekati sama

dengan XQ. Akibatnya besamya reaktansi yang tampak X^, yang diukur pada

terminal stator pada keadaan tanpa beban sangat mendekati Xj + XQ, yang

merupakan reaktansi diri X,) stator adalah:

X„-X, + Xq-X* (2.13)18

Maka besamya reaktansi diri stator dapat ditentukan dari pembacaan alat-alat

ukur tanpa beban. Besamya impedansi tanpa beban Z^ tiap phasa adalah :

^^VJphasal ( 2 1 4 ) 1 9

I „, (phasa)

Dimana:

Vvi - tegangan terminal per phasa (volt)

/„/ = arus per phasa (ampere)

18. A.E. Fitzgerald, Op-cit, hal 462 19. Ibid

17

Besamya tahanan R,u adalah :

Kri=~T- ( 2 1 5 ) 2 0

3/ «/

I>imana: P„i - masukan daya tiga phasa pada keadaan tanpa beban (watt)

Sedangkan besamya reaktansi tanpa beban X„i adalah: X„,= Jz^ + R2n, (2.16)21

Biasanya besamya faktor tanpa beban sekitar 0,1 sehingga reaktansi

tanpa beban sangat mendekati sama dengan impedansi tanpa beban.

Reaktansi ekuivalen untuk rotor tertahan identik dengan yang

terdapat pada transformator terhubung singkat Karena arus peneralan

diabaikan, besamya reaktansi bocor tertahan XN, sama dengan jumlah

reaktansi bocor stator dan rotor pada frekuensi normal Xj dan X2.

Penampilan motor secara relatif tidak begitu dipengaruhi oleh adanya

pembagian reaktansi bocor keseluruhan Xi + X2 diantara rotor dan stator.

Prosedur pengujian IEEE menyarankan pembagian secara empiris seperti

pada tabel 2.1.

Sekarang reaktansi magnetisasi dapat ditentukan dari pengujian

tanpa beban dan harga Xi, dimana:

XQ = Xnl-X} (2.17)22

Tahanan rotor R, dapat dipandang sebagai harga dc nya. Maka tahanan rotor

dapat ditentukan sebagai berikut: dari percobaan rotor tertahan, tahanan

20,21 Ibid 22. Ibid, hal 464

18

tertahan Rw dapat dihitung dengan menggunakan hubungan yang mirip

dengan persamaan 2.17. Perbedaan antara tahanan tertahan dan tahanan stator

karenanya dapat ditentukandari data pengujian. Dengan menyatakan tahanan

tersebut sebagai R, didapatkan:

Ra = Ru-Ri (2.18)23

TABEL 2.124

PEMBAGIAN SECARA EMPIRIS REAKTANSIBOCOR DALAM

MOTOR INDUKSI

Kelas Motor

A

B

C

D

Rotor terlilit

Keterangan

Torsi awal normal, arus awal normal

Torsi awal normal, arus awal rendah

Torsi awal tinggi, arus awal rendah

Torsi awal tinggi, slip tinggi

Bagian dari Xi + X2

X,

0,5

0,4

0,3

0,5

0,5

x2

0,5

0,6

0,7

0,5

0,5

23. Ibid 24. Ibid, hal 463

19

4. DAYA DAN TORSI PADA MOTOR ASINKRON

Pada motor asinkron energi listrik diubah menjadi energi

mekanik,ini berarti bahwa daya listrik ( energi listrik ) dibagian input diubah

menjadi energi mekanik dalam bentuk torsi dibagian output. Proses

perubahan energi diatasjuga diikuti dengan adanya rugi-rugi yang

menyebabkan tidak semua energi listrik itu diubah menjadi energi mekanik,

tetapi terdapat beberapa energi yang hilang akibat rugi-rugi yang ada seperti

pada gambar 2.6.

input

'out

Pfriction

GAMBAR 2.6

DIAGRAM ALIRAN DAYA PADA MOTOR ASINKRON

Daya input yang masuk ke motor asinkron adalah 3 phasa

( Pin = V3 Vpli cos 9 ), kerugian yang pertama ( I 2 R ) distator adalah stator

copper loss (Psd). Selanjutnya ada kerugian karena hysteresis dan arus eddy

20

distator yang dinamakan core loss ( Pcore). Daya yang tersisa di stator ini

ditransferkan ke rotor melalui air-gape antara stator dan rotor. Daya ini

dinamakan air-gape power (Pag), daya ini biasanya juga disebut daya rotor

input. Kemudian daya ini ditransferkan ke rotor maka terdapat kerugian

( P R ) dirotor yang dinamakan rotor copper loss (Prci). Daya yang tersisa

selanjutnya diubah kebentuk energi mekanik dan dinamakan converted power

(Pconv). Kerugian yang terakhir adaAahfriction, windage dan stray loss. Daya

yang tersisa disebut daya output ( Pout ), daya inilah yang membuat rotor

berputar. Kerugian akibat friction dan windage dinotasikan dengan Petw,

sedangkan untuk kerugian akibat stray dinotasikan dengan Pmiso. Harga dari

friction, windage dan stray loss didapat pada saay motor dalam kondisi no

load

Pada gambar 2.6 terlihat aliran daya yang ada pada motor asinkron,

berdasarkan gambar ini dapat dicari converted power, daya output dan

efisiensi motor sebagai berikut:

Pconv = Pag - Prcl

Pout = Pconv - PfSkw - Pmisc

7j = Pout X 100% Pin

Dimana:

TJ - efisiensi motor

Rangkaian pengganti motor dapat digunakan untuk menghitung torsi

dan daya yang ada pada motor. Berdasarkan rangkaian pengganti motor pada

21

gam bar 2.4 dapat dihitung stator copper loss, core loss, air-gape power dan

rotor copper loss sebagai berikut:

Persamaan stator copper loss:

P*ci^3h*Ri2 (2.19)25

Persamaan core loss:

Pcore = 3ElsGc = 3El± ( 2 . 2 0 ) 2 6

Re

Persamaan air-gape power: Pag — Pin - Pact - Pcore

Pag = 3l2*R2 ( 2 . 2 1 ) 2 7

s

Persamaan rotor copper loss:

Prci=3h2R2 (2.22)28

Persamaan converted power:

Pconv = Pag - Prcl

Prcl = sPag

Pconv = Pag - sPag

Pconv - (1 -S) Pag

Pconv ^3h2Rtb± ( 2 . 2 3 )

5

2<J

Energi listrik ( converted power ) diubah menjadi energi mekanik, energi

mekanik ini dalam bentuk torsi. Torsi yang dibangkitkan dari perubahan

25, 26,27, 28, 29 Stephen J. Chapman, Op-ch, hal 498-500

22

energi listrik ke energi mekanik sebelum terkena^/c/Zon, windage dan stray

loss disebut torsi induksi. Hubungan antara torsi induksi dengan torsi beban

dengan kecepatan angular motor adalah sebagai berikut:

Thod^Em (2.24)3 0

COm

COm = 27mm

Tlood — Pout

27tnm

TM-Ecom, (2.25)3 1

COm

Dimana:

Tioad - torsi beban ( newton meter)

Ttnd = torsi induksi (newton meter )

com - kecepatan angular motor (rad/sec )

Hubungan antara torsi induksi dengan kecepatan angular sinkron

adalah sebagai berikut:

Tmd=Pag (2.26)5 2

COsync

Peg - 3l22R2 S

Tmd = 3Vth*R2s (2 .27) 3 3

COsync [(Rth + Rl)* +(Xlh+Xl)s]

s

Dimana:

COsvnc ~ kecepatan angular sinkron (rad/sec )

30,31, 32, Ibid, hal 500, 504 33. Ibid, hal 511

23

Hubungan antara torsi induksi dengan putaran motor terlihat pada

gambar 2.7.

,o. :JO .*•>!. 'so iwo. i:<a. i;co. ID* :<«o.

GAMBAR 2.7

GRAFIK TORSI TERHADAP PUTARAN MOTOR ASINKRON

Torsi maksimum ( Tpuiiout ) adalah torsi terbesar yang mungkin

terdapat pada motor. Torsi pullout besamya kira-kira 200%-250% dari torsi

full load, torsi maksimum terjadi bila air-gape power besamya maksimum.

Besamya air-gape power sama dengan besamya daya yang dikonsumsi oleh

R2, oleh karena itu Tmaksimum akan terjadi bila daya yang dikonsumsi oleh R2

besamya maksimum. Berdasarkan rangkaian pengganti thevenin pemindahan

24

daya maksimum pada fc/s terjadi bila magnitude dari R:/s besamya sama

dengan besamya magnitude dari impedansi source.

Persamaan Slip motor pada saat torsi maksimum:

Smax - R2 (2.28)34

Daya maksimum ditransferkan bila:

Zsource = Rth + jXth + jX2

Persamaan torsi maksimum sebagai berikut:

Twm~ Wad (2.29)35

Persamaan torsi start sebagai berikut:

Tstart = 3Vth2R2 (2.30)36

Gkync [(Rih + Ri)2 +(Xth+X2)2]

torsi start besamya kira-kira 150% dari torsi full load

34, 35, 36, Ibid, hal 514

25

5. BELITAN

5.1 Menentukan Jumlah Phasa dan Distribusi Phasa

Suatu gulungan mesin arus bolak-balik dimaksudkan digunakan

untuk sistem m phasa, harus menginduksikan besar emf yang sama untuk

masing-masing phasanya.

Emf yang induksikan itu harus mempunyai bentuk gelombang

dan frekuensi yang sama pula. Pergeseran dalam ruang ditentukan oleh

persamaan:

Y-2n (2.31)37

m

Dimana:

r~ pergeseran dalam ruang

m- jumlah phasa

Misalkan mesin dengan 12 slot, 2 kutub dan digulungkan 3

phasa seperti ditunjukan dalam gambar 2.8 ( a )

Jika kerapatan flux, bentuk gelombang dianggap sinusoidal, emf

dari konduktor dalam slot dapat dinyatakan sebagai phasor-phasor yang

bergeseran satu terhadap yang lain dengan suatu sudut: as^m (2.32)38

5

Dimana:

as = sudut antar alur

37, 38 A.K. Sawhney, Op-cit, hal 260

26

p^jumlah kutub

5=jumlahslot

Jadi untuk permisalan diatas didapatkan as = TI/6 - 30° listrik.

Jika gulungan dibagi kedalam tiga kelompok ( satu untuk

masing-masing phasa ) terdistribusi melalui dua kisar kutub, pergeseran

listrik antar ruang antara kelompok-kelompok adalah 2n/3 radian listrik

atau 120° listrik.

Masing-masing phasa terletak dalam empat alur berurutan dan

oleh karena itu distribusi phasa adalah 4 x 30° - 120° listrik. Jika

konduktor dalam alur dihubungkan seperti phasor diagram gambar

2.8 ( b ), penjumlahan dari emf-emf konduktor akan memberikan

pergeseran 120° dalam waktu, mengikuti urutan phasa RYB dalam waktu

dan dalam urutan ruang.

GAMBAR 2.839

BELITAN EMF 3 PHASA DENGAN PENYEBARAN120° PHASA

39 Ibid

27

Bila gulungan dibagi kedalam enam kelompok phasa

(penyebaran 60° ) melalui dua kisar kutub seperti gambar 2.9 (a ).

Konduktor phasa R diletakkan pada slot 1, 2, dan 7, 8.

Konduktor phasa Y diletakkan pada slot 5, 6, dan 11, 12. Konduktor

phasa B diletakkan pada alur 3, 4, dan 9, 10. Slot 7, 8 merupakan

kembalinya belitan dari slot 1, 2. Slot 11, 12 merupakan kembalinya

belitan dari slot 5,6. Slot 9,10 merupakan kembalinya belitan dari slot 3,

4.

GAMBAR 2.9W

BELITAN EMF 3 PHASA DENGAN PENYEBARAN 60° PHASA

Jika konduktor dihubungkan seperti pada gambar 2.9 ( b ), tetap

diperoleh pergeseran tiga emf yang sama dengan 120° dalam waktu

mengikuti urutan phasa RYB, tetapi urutan ruang menjadi RB* YR' BY'.

Karena jelas bahwa enam kelompok phasa penyebaran 60° ( tiga 60°

kelompok kutub) juga memungkinkan untuk memperoleh tiga emf yang

40. Ibid, hal 261

28

sama yang bergeseran 120° dalam waktu.

Secara umum untuk suatu gulungan m phasa, memungkinkan

untuk memperoieh m emf yang sama yang bergeseran dengan 27i/m radian

dalam waktu dengan mempunyai kelompok m phasa per kutub dengan

distribusi dari rc/m radian.

5.2 Belitan Satu Lapis Dan Belitan Dua Lapis

Ada dua tipe dasar belitan yaitu belitan satu lapis dan belitan

dua lapis.

5.2.1 Belitan satu lapis

Gambar 2.10 menunjukkan penyusunan belitan untuk satu

lapis. Dalam tipe penyusunan ini lubang dari slot ditempati satu

bagian kawat Belitan satu lapis tidak digunakan untuk mesin yang

mempunyai komutator. Belitan ini hanya digunakan untuk slot

dengan tipe setengah tertutup dan slot tipe tertutup.

Coil side

GAMBAR 2.1041

BELITAN SATU LAPIS

41. Ibid, hal 229

29

5.2.2 Belitan dua lapis

Belitan ini identik dengan belitan dimana kawat satu

ditempatkan di setengah bagian atas, dan kawat yang lain

ditempatkan di bagian bawah. Gambar 2.11(a) menunjukkan suatu

belitan dua lapis dengan kumparan dalam satu slot. Sedangkan

gambar 2.11 ( b ) menunjukkan penempatan 8 kumparan per slot

Slot tipe terbuka seringkali digunakan sebagai rumah untuk belitan

dua lapis.

< >

:-':::':!-!i:::!::::.:::::t!'r •

•'MW,W.-Uh}-'.lli!-!!l-l-•; ;:-;t;--;-;-:-;iii;r.;;-;-i

• • l i - - i i • - M i l l - • • - • • »

1 Top coil side

_( top layer ) •

Bottom coil side

( bottom layer)

> ;:f.;:;i;;!i!| p!P!i!WS!i

coil side

( a ) ( b )

GAMBAR2.il 42

BELITAN DUA LAPIS

30

5.3 Sistem Belitan Konsentris

Belitan konsentris adalah belitan satu lapis dengan jarak belitan

dari masing-masing kumparan berbeda. Jarak belitan suatu kumparan

lebih besar atau lebih kecil dari jarak kumparan yang lain, dimana belitan

dengan jarak belitan yang kecil dikelilingi oleh jarak belitan yang lebih

besar.

Terdapat dua tipe belitan konsentris yaitu:

a) gulungan setengah kumparan

b) gulungan kumparan penuh

5.3.1 Gulungan setengah kumparan

Pada gulungan ini kumparannya terdiri dari suatu pasangan

kelompok phasa kutub dalam kisar alur yang bersesuaian

konsentris. Kumparan-kumparan dalam dua kutub yang bersesuaian

membentuk satu kelompok kumparan dan oleh karenanya terdapat

satu kelompok kumparan per pasang kutub. Kelompok kumparan

dan kelompok phasa adalah dua hal yang berbeda dan ini

ditunjukkan pada gambar 2.12 dan 2.13.

31

• average coil span , = pole pitch'

pole phasej* group ««~1

coil grup-

coil span = 5 slot

coil span = 7 slot

10 1 I 1 :> 1 1

GAMBAR 2.1243

GULUNGAN SETENGAH KUMPARAN DENGAN RATA-RATA COIL

SPAN 6 SLOT

Terdapat 2 slot per kutub per phasa atau 6 slot per kutub,

seperti ditunjukkan gambar 2.12. Jarak belitan dari 2 kumparan

membentuk suatu kelompok kumparan yang berbeda. Satu bagian

mempunyai jarak kumparan 7 slot, dan yang lain 5 slot. Sehingga

rata-rata ( efektif ) menjadi 6 slot dan belitan merupakan belitan

kumparan penuh.

43. Ibid, ha] 262

32

Untuk hal yang sama, belitan konsentris ditunjukkan

dalam gambar 2.13, dimana ketiga gulungan dalam suatu kelompok

kumparan memiliki suatu jarak belitan rata-rata ( efektif ) sebesar 9

slot.

average coil span = pole pitch

9 10 M

_S

coil s p a n ^

1? 13 14 15 16

7 slot l-€oil-span^-&-s!©t—>

!•—eoil-span =11 slot-

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

_^

30

44 GAMBAR 2.13

GULUNGAN SETENGAH KUMPARAN DENGAN RATA-RATA COIL

SPAN 9 SLOT

Dapat dilihat dengan jelas untaian belitan konsentris satu

lapis ditempati lebih dari satu bidang. Gambar 2.14 menunjukkan

suatu belitan konsentris dengan 3 slot per kutub per phasa dengan

44. Ibid

33

untaian 2 bidang. Belitan yang sama dapat dipakai untuk untaian 3

bidang seperti ditunjukkan gambar 2.15.

Jumlah kelompok kumparan • pasang kutub x jumlah

phasa = 3p/2

Mengingat suatu belitan 3 phasa dengan untaian disusun

dalam untaian 2 bidang. Untuk semua kasus ketika jumlah pasang

kutub genap, jumlah kelompok kumparan juga genap, dan oleh

karena itu setengah untaian kelompok kumparan diletakkan dalam

satu bidang, sementara setengah untaian lainnya diletakkan dalam

bidang kedua. Tetapi bila jumlah dari pasang kutub adalah ganjil,

kelompok kumparan juga berjumlah ganjil dalam suatu kelompok,

dengan bagian akhir diletakkan dalam satu bidang dan bagian lain

dalam bidang yang lain pula.

45. M. Kostenko & Piotrovsky, Electrical Machines, hal 72

34

GAMBAR2.1546

UNTAIAN 3 BIDANG

5.3.2 Belitan Kumparan Penuh

Dalam belitan ini, masing-masing kelompok phasa kutub

dipecah kedalam dua set kumparan konsentris, masing-masing

bagian suatu set adalah merupakan bagian kumparan yang kembali

dari suatu kelompok phasa kutub dalam phasa yang sama. Jadi akan

dimiliki satu kelompok kumparan per kutub per phasa. Jumlah

kelompok kumparan adalah 3p dan oleh karena itu hubungan akhir

dalam suatu belitan kumparan penuh 3 phasa dapat disusun untuk

46. Ibid, hal 73

35

meletakkan dalam 2 atau 3 bdang. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat

pada gambar 2.16.

coil group coll group I Fn r\1_gple phase group

10 11 12 13 14

i=L

.15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

47 GAMBAR 2.16

BELITAN KUMPARAN PENUH

5.4 Sistem Belitan Terdistribusi

Sistem belitan terdistribusi, gulungannya sering dipakai pada

motor-motor induksi kecil yang mempunyai konduktor-konduktor bulat.

Akhir kumparan dari gulungan ini diletakkan pada alur-alur yang

bersesuaian dan menyilang satu terhadap lainnya ke kanan dan ke kiri

secara bergantian. Ini sebabnya gulungan terdistribusi dikenal sebagai

gulungan keranjang. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.17.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam mendesain suatu

gulungan terdistribusi yaitu:

47. A.K. Sawhney, Op-cit, hal 264

36

> Kumparan-kumparan mempunyai suatu span / kisar yang

sama.

> Hanya terdapat sati sisi kumparan per slot, oleh karena itu

banyak belitan sama dengan banyak slot.

> Hanya terdapat satu kelompok kumparan per phasa per

pasangan kutub, sehingga jumlah maksimum rangkaian

pararel per phasa sama dengan pasangan kutub.

> Span I kisar kumparan harus bilangan ganjil. Apabila

diinginkan 4 kutub dalam 36 slot, maka jarak kumparan

adalah 36/4 - 9 slot. Tetapi bila diinginkan 4 kutub dalam 24

slot jarak kumparan menjadi 24/4 - 6 slot ( genap ),

sedangkan kisar kumparan harus bilangan ganjil, maka

dipilih 5 atau 7 slot

GAMBAR2.1748

GULUNGAN DISTRTOUSI SATU LAPIS

48. M. Kostenko & L Piotrovsky, Op-cit, hal 70

37

6. EMF YANG DIHASILKAN BELITAN

Gambar 118 ( a ) menunjukkan suatu kumparan belitan kisar

penuh. Dua buah konduktor membentuk suatu belitan yang mempunyai

perbedaan jarak sejauh 180° listrik. Emf suatu belitan diperoleh dengan

mengurangi phasor dari masing-masing konduktor E'e dan E"e eperti dalam

gambar 2.18(b).

Es Es

1

GAMBAR 2.18

DIAGRAM VEKTOR

Harga rms untuk belitan kumparan penuh Et = 2 Ee. Pada umumnya

belitan kumparan penuh terdiri dari Te belitan yang dihubung sen. Emf yang

dihasilkan dalam masing-masing kumparan adalah

Ecoii = Te x Ee = 2 Te x Ee.

Jika suatu mesin mempunyai p kutub, maka total belitan T = belitan

per kumparan dikalikan dengan jumlah kumparan yang dihubung sen - Te x

p/2.

38

Emf dari belitan konsentris kumparan penuh = jumlah kumparan

yang dihubung sen dikalikan dengan emf tiap kumparan.

E = p/2 x Ewu

- 2.T.Ee

dan karena Ee - 2,22 <|>f (2.33 )49

maka E = 2Tx 2,22 4>f

E = 4,44T <|>f (2.34)50

Dimana:

E • tegangan yang dibangkitkan (V )

T = N = jumlah belitan

<|> = flux magnet (Wb)

f = frekuensi (Hz )

Dari gambar 2.19 kalau kumparan pada alur nomor 1 dan nomor 7,

maka kumparan dikatakan kisar penuh karena jangkar kutub adalah 6 alur.

Kalau kumparan ditempatkan dalam alur 1 dan 6 maka kumparan

disebut kisar diperpendek, karena ini jaraknya sama dengan 5/6 jangka kutub.

Kumparan ini lebih pendek sejarak 1/6 jangka kutub • 180/6 = 30°.

49. A.K. Sawhney, Op-cit, hal 293 50. Ibid

39

kisar penuh

kisar5/6

kisar kutub

GAMBAR 2.19

KISAR PENUH DAN KISAR DIPERPENDEK

Kumparan dengan kisar diperpendek ini tegangan yang dihasilkan

sedikit berkurang. Karena tegangan pada kedua sisi kumparan sedikit berbeda

phasa maka jumlah vektoris dari kedua tegangan lebih kecil dari penjumlahan

secara aljabar.

Kp = jumlah vektor dari emf per kumparan jumlah aljabar emf terinduksi dari tiap kumparan

Bila Es adalah tegangan yang terinduksi pada tiap sisi dari

kumparan, dan kumparan tersebut adalah kisar penuh maka emf total dari

kumparan tersebut adalah 2 Es. Kalau kumparan itu mempunyai

pemendekkan kisar 30° maka resultan E adalah jumlah vektor dari 2 tegangan

yang bergeseran dengan sudut 30°. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar

2.20.

1

•J 1

71

I COIL

\ •

5

. i JL

-POLE PITCH-

(a)

Ec" (b) EC

Et

-Ec"

GAMBAR 2.2051

EMF YANG DIHASILKAN OLEH BELITAN KISAR PENUH

Jadi E - 2 Es cos 30° 2

kp * iumlah vektor • JS_ jumlah aljabar 2 Es

= 2 Es cos 3072 2Es

-cos 15° = 0,966

51. Ibid

41

Secara umum untuk kumparan yang lebih pendek dengan sudut

sebesar a maka:

kp^ cos a/2 (2.35)52

Dimana:

kp - faktor span kumparan

a = sudut pemendekkan

Tiap phasa kumparan tidak dihubungkan dalam satu alur tetapi

didistribusikan dalam beberapa alur untuk membentuk group-group kutub

dibawah tiap-tiap kutub.

Kumparan-kumparan per phasa akan bergeseran dalam phasa

terhadap satu dengan yang lain. Akibatnya emf yang terinduksi pada sisi-sisi

kumparan dalam satu group kutub tidak sephasa satu terhadap yang lain

melainkan berbeda sesuai dengan pergeseran phasa dari alurnya.

Maka faktor distribusi didefinisikan sebagai:

kd = emf dengan kumparan distribusi emf dengan kumparan disatukan

Untuk keadaan umum bila {3 adalah pergeseran sudut phasa antara 2

alur maka:

p = 18J£ =180°

jarak alur per kutub per phasa q

Maka tegangan total yang terinduksi dalam satu group kutub adalah

m Es, dimana Es adalah tegangan yang terinduksi pada 1 sisi kumparan.

52. Ibid, hal 295

42

Cara untuk menemukan tegangan induksi total, bila m harganya

besar maka kurva ABCDE merupakan bagian dari Hngkaran dengan jari-jari

R. Apabila AB = Es = 2R sin p/2, maka jumlah aljabar = q Es = q x 2R sin

p/2 dan jumlah vektor - AE - Er = 2 R sin q p72, sehingga:

kd = , jumlah vektor dari emf kumparan jumlah aljabar dari emf kumparan

• 2rsin a &2 -sinqpQ (2.36)53

qx2r sin p/2 q sin f¥2

Dimana:

kd = faktor distribusi

q = jumlah alur per kutub per phasa

P = sudut antara dua alur

0

GAMBAR 2.21s4

KURVA TEGANGAN INDUKSI TOTAL

53. Ibid, hal 294 54. Ibid, hal 293

Jadi total tegangan yang ditimbulkan oleh belitan adalah:

43

E = 4,44 x T x <|> x f x kd x kp

= 4,44 x T x <f> x f x kw

Dimana:

E • tegangan yang dihasilkan belitan ( V )

T = N = jumlah belitan

f - frekuensi (Hz)

<(>» flux magnet (Wb) = 0,0044745 Wb untuk tiap kutub

kw = faktor belitan

CAM BAR 2.22

FLUX PADA ROTOR DENGAN KUTUB MENONJOL