Motor Induksi Fasa Tunggal
Transcript of Motor Induksi Fasa Tunggal
PERTEMUAN XIV
MOTOR INDUKSI FASA TUNGGAL
14.1 UMUM
Penggunaan motor induksi fasa tunggal di industri sangat luas khususnya motor-motor
yang berukuran kecil (ukuran sekitar 1 kW). Penggunaannya adalah sebagai penggerak
listrik untuk peralatan kecepatan konstan berdaya rendah seperti mesin-mesin perkakas,
peralatan domestic, dan mesin-mesin pertanian pada keadaan dimana tidak terdapat
suplai fasa tiga. Kebutuhan motor-motor induksi fasa tunggal sangat besar mulai dari
ukuran kecil (< 1 kW) sampai 4 kW.
Kekurangan penggunaan motor induksi fasa tunggal antara lain adalah:
a. Outputnya hanya sekitar 50% dari motor fasa tiga, untuk suatu ukuran rangka dan
kenaikan temperatur yang diberikan.
b. Faktor kerja rendah.
c. Efisiensi lebih rendah.
d. Harga lebih mahal disbanding dengan motor fasa tiga untuk output yang sama.
Secara konstruksi, motor ini mirip dengan motor induksi fasa banyak kecuali:
statornya hanya mempunyai belitan fasa tunggal dan saklar sentrifugal digunakan pada
beberapa tipe motor untuk memutus belitan yang digunakan untuk tujuan start. Motor
induksi fasa tiga, bila dihubungkan dengan tegangan bolak balik akan menghasilkan
suatu medan magnet yang berputar terhadap ruang dan medan putar ini yang menjadi
prinsip dasar motor induksi. Namun, fasa tunggal tidak menghasilkan medan putar.
Sumber tegangan bolak balik yang sinusoidal menghasilkan fluks yang sinusoidal pula.
(14.1)
Fluks yang sinusoidal di atas hanya menghasilkan fluks (medan) pulsasi saja dan
bukan fluks yang berputar terhadap ruang.
Bila fluks sebagai fungsi waktu:
(14.2)
maka fluks sebagai fungsi waktu dan ruang:
(14.3)
dimana = kecepatan, dan = sudut ruang, atau:
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Dr. Ir. Hamzah Hillal M.Sc
MESIN ARUS BOLIK-BALIK 1
(14.4)
Dengan kata lain, fluks yang dihasilkan oleh kumparan fasa tunggal merupakan
fluks dengan dua komponen yaitu:
a. Komponen fluks dengan arah maju:
b. Komponen fluks dengan arah mundur:
dimana kedua komponen di atas bergerak berlawanan arah dengan kecepatan ωt yang
sama sehingga kedudukannya terhadap ruang seolah-olah tetap.
Kedua komponen fluks yang berlawanan arah tersebut tentunya akan
menghasilkan torsi (kopel) yang sama besarnya dan berlawanan arah pula (arah maju
dan mundur) seperti ditunjukkan pada gambar 14.1. Torsi resultan yang dihasilkan oleh
kedua komponen torsi tersebut pada dasarnya mempunyai kemampuan untuk
mengerakkan motor dengan arah maju dan mundur. Tetapi pada keadaan start
kemampuan motor untuk maju sama besar dengan kemampuan gerak mundurnya, oleh
sebab itu motor tetap saja diam. Apabila dengan suatu alat bantu dapat diberikan
sehingga memberikan sedikit torsi maju, maka motor akan berputar mengikuti torsi
resultan maju, demikian pula sebaliknya. Persoalan sekarang adalah bagaimana cara
memberikan torsi mula pada motor induksi fasa tunggal.
Gambar 14.1 Torsi maju dan mundur pada mesin induksi fasa tunggal
14.2 RANGKAIAN EKIVALEN
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Dr. Ir. Hamzah Hillal M.Sc
MESIN ARUS BOLIK-BALIK 2
Rangkaian ekivalen motor induksi fasa tunggal dapat dikembangkan berdasarkan pada
teori medan berputar dua. Untuk pengembangan rangkaian ekivalen, pertama adalah
menimbang kondisi berhenti atau rotor terkunci dimana pada kondisi ini motor seakan-
akan bertindak sebagai transformator dengan belitan kedua terhubung singkat sperti
dapat dilihat pada gambar 14.2.
Gambar 14.2 Rangkaian ekivalen motor induksi fasa tunggal keadaan berhenti
Gambar 14.3 menunjukkan rangkaian ekivalen motor induksi fasa tunggal pada saat
berhenti yang didasarkan pada teori medan berputar dua. Penjumlahan fasor Emf dan Emb
adalah sama dengan tegangan yang diterapkan V (kurang jatuh tegangan pada resistansi
stator R1 dan reaktansi bocor X1).
Gambar 14.3 Rangkaian ekivalen motor induksi fasa tunggal keadaan berhenti
yang didasarkan pada teori medan berputar dua
Bila rotor berputar pada kecepatan N yang besesuian dengan medan maju, slip s
adalah bersesuaian dengan medan maju sedangkan slip (s-2) bersesuaian dengan
medan mundur, dan rangkaian ekivalen berubah seperti diberikan pada gambar 14.4.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Dr. Ir. Hamzah Hillal M.Sc
MESIN ARUS BOLIK-BALIK 3
Gambar 14.4 Rangkaian ekivalen motor induksi fasa tunggal keadaan operasi normal
Jika rugi-rugi inti diabaikan, maka rangkaian ekivalen termodifikasi seperti yang
dapat dilihat pada gambar 14.5. Rugi-rugi inti disini ditimbang sebagai rugi-rugi putaran
dan dikurangkan dari daya yang dikonversi menjadi daya mekanik dengan kesalahan
yang timbul relatif kecil.
Gambar 14.5 Aproksimasi rangkaian ekivalen motor induksi fasa tunggal
keadaan operasi normal
14.3 KARAKTERITIK PERFORMANSI
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Dr. Ir. Hamzah Hillal M.Sc
MESIN ARUS BOLIK-BALIK 4
Ketika suatu motor induksi fasa tunggal beroperasi dengan hanya mengenergisasi medan
utamanya, karakteristik performansinya dapat ditentukan dari dagram rangkaian ekivalen
untuk nilai slip yang berbeda. Sementara melakukan perhitungan, rugi-rugi inti akan
ditimbang sebagai rugi-rugi putaran.
Impedansi yang disebabkan oleh medan maju adalah:
(14.5)
sedangkan impedansi yang disebabkan oleh medan mundur adalah:
(14.6)
sehingga menghasilkan impedansi total:
(14.7)
Arus motor menjadi:
(14.8)
dan factor daya menjadi:
(14.9)
dan , sehingga:
(14.10)
dan (14.11)
Daya-daya yang timbul adalah:
a. Daya pada celah udara untuk medan maju:
(14.12)
b. Daya pada celah udara untuk medan mundur:
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Dr. Ir. Hamzah Hillal M.Sc
MESIN ARUS BOLIK-BALIK 5
(14.13)
c. Daya output mekanik untuk medan maju:
(14.14)
d. Daya output mekanik untuk medan mundur:
(14.15)
e. Daya output mekanik net:
(14.16)
f. Akhirna daya output = Pmek-net – rugi-rugi friksi dan belitan – rugi-rugi inti.
Torsi yang timbul adalah:
a. Torsi yang dikembangkan untuk medan maju:
(14.17)
b. Torsi yang dikembangkan untuk medan mundur:
(14.18)
c. Torsi net yang dikembangkan:
(14.19)
14.4 MOTOR FASA TIDAK SEIMBANG
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Dr. Ir. Hamzah Hillal M.Sc
MESIN ARUS BOLIK-BALIK 6
Mempunyai 2 kumparan stator yaitu kumparan utama (u) dan kumparan bantu (b) yang
diletakkan dengan perbedaan sudut 900 derajat listrik. Kumparan bantu mempunyai
tahanan lebih besar daripada kumparan utama, sedangkan reaktansinya dibuat lebih
kecil. Dengan demikian, terdapat perbedaan fasa antara arus kumparan Im dengan arus
kumparan bantu Ia (Ia terdahulu dari Im). Motor berfungsi sebagai motor fasa dua tidak
seimbang, akibatnya terjadi medan putar pada stator yang mengakibakan motor berputar.
Kumparan bantu diputuskan hubungannya (saklar s terbuka) ketika motor mencapai
putaran sekitar 75% kecepatan sinkron (gambar 14.6). Biasanya digunakan saklar yang
terbuka oleh adanya gaya sentrifugal pada motor.
Gambar 14.6 Motor fasa tidak seimbang
14.5 MOTOR KAPASITOR
Dengan dipasangnya kapasitor pada rangkaian kumparan bantu akan diperoleh beda
fasa 900 antara arus kumparan utama Im dan arus kumparan bantu Ia (Ia terdahulu 900 dari
Im). Berbagai alat seperti kompressor, pompa, mesin pendingin yang banyak dipakai di
rumah memang memerlukan torsi awal yang relatif lebih besar, sehingga motor kapasitor
cocok digunakan (gambar 14.7).
Gambar 14.7 Motor kapasitor
Contoh soal:
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Dr. Ir. Hamzah Hillal M.Sc
MESIN ARUS BOLIK-BALIK 7
I Motor Induksi Fasa Tunggal
I.1 Suatu motor fasa tunggal dengan tipe kapasitor motor 1/3 hp, 120 volt, 60 Hz,
mempunyai impedansi kumparan utama dan kumparan bantu dengan nilai masing-
masing: Zu=4,5+j3,7 ohm, dan Zb=9,5+j3,5 ohm. Tentukan besar kapasitor yang
diperlukan untuk menjalankan motor tersebut. (177 F)
Solusi I1:
Sudut antara I dan Im sama dengan sudut impedansi kumparan uatamnya yaitu:
θu = tan-1 (3,7/4,5) =39,60. Sedangkan sudut antara I dan Ic sama dengan sudut
impedansi kumparan antu dan kapasitansi:
θ = 39,6 – 90 = tan-1 {(3,3-Xc)/9,5} =39,60
(3,3-Xc)/9,5 = tan (-50,40) = -1,21
Xc = 1,25x9,5 + 3,5 = 15 Ohm. Atau C = 106/(15x377) = 177 μF
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Dr. Ir. Hamzah Hillal M.Sc
MESIN ARUS BOLIK-BALIK 8