rancanganmesinlistrik

RANCANGAN MESIN LISTRIK MOTOR INDUKSI 1 PHASA 2 HP

RANCANGAN MESIN LISTRIK

Rotor Motor Induksi satu Phase

Jenis rotor yang banyak digunakan untuk motor induksi yaitu rotor

sangkar. Pada prinsipnya rotor sangkar tersusun dari batang-batang

konduktor yang kedua ujungnya disatukan oleh cincin yang dibuat

dari bahan konduktor pula sehingga bentuknya seperti sangkar.

a. Prinsip rotor sangkar b. Plat dari rotor

Pada gambar diatas sumbu tidak digambarkan, demikian juga

badan rotor digambarkan terpisah. Badan rotor terdiri dari plat yang

berlapis lapis. Dari luar motor sangkar terlihat hanya seperti silinder

yang pejal. Untuk pendingin dari motor pada bagian tepi dari rotor


dilengkapi dengan daun- daun kipas sehingga bila rotor terputar aliran

udara akan membantu mendinginkan motor. Susunan

dari batang- batang konduktor ada yang sejajar dengan sumbu (poros),

kadang- kadang ada yang tidak sejajar dengan sumbu, ada miring

(skew).

Motor phase belah (Split Phase Motor)

Motor phase belah mempunyai kumparan utama dan kumparan

bantu yang letaknya bergeser 90o listrik dan disambung paralel

a. b.

c.

Keterangan

Kumparan

bantu

Kumparan

utama

Celah

Udara

i

iu

Kumparan

Utama

Kumparan

Bantu

O Ib

I Iu


a. Letak kumparan utama dan kumparan bantu pada stator

b. Bagian hubungan kumparan utama dan kumparan bantu

c. Diagram vektor

Keterangan gambar :

Iu = Arus pada kumparan utama (Amp)

Ib = Arus pada kumparan sekunder (Amp)

I = Arus pada motor (Amp)

V = Tegangan pada motor (Volt )

Seperti yang terlihat pada gambar diatas, bahwa letak kumparan utama

dan kumparan bantu bergeser 900 listrik.

Selain itu, diusahakan agar arus pada kedua kumparan bergeser

sebesar mungkin (teoritis 900L) dengan demikian seolah- olah sepserti

dua phase. Dua arus dalam kumparan inilah yang akan menimbulkan

medan magnet berputar dan menyebabkan motort berputar sendiri (self

starting).

Pada motor phase belah, kumparan utama mempunyai tahanan murni

rendah dan reaktansi tinggi. Sebaliknya kumparan bantu mempunyai

tahanan tahanan murni tinggidan reaktansinya rendah. Tahanan murni

kumparan bantu dapat dipertinggi dengan menambah R yang

disambung seri dengannya atau menggunakan kumparan dengan

kawat yang diameternya sangat kecil. Untuk memutuskan arus pada

kumparan bantu dilengkapi dengan saklar pemutus S yang

dihubungkan seri terhadap kumparan bantu. Alat ini akan secara

otomatis memutuskan kumparan bantu setelah motor mencapai 75%


dari kecepatan penuh. Pada motor phase belah yang dilengkapi saklar

pemutus kumparan bantu, biasanya yang dipakai saklar centrifugal.

A. Motor kapasitor

1. Motor Starting Kapasitor

Pada motor kapasitor pergeseran phase antara Iu dan Ib

didapatkan dengan memasang sebuah kapasitor yang dipasang seri

terhadap kumparan bantunya.

CS

Ib

Iu

Ib

V

I

Iu


Gbr.2. Bagan rangkaian motor kapasitor dan diagram vektor Iu dan Ib.

Keterangan gambar : Iu = Arus pada kumparan utama (Amp)

Ib = Arus pada kumparan sekunder (Amp)

I = Arus pada motor (Amp)

V = tegangan pada motor (Volt )

Kondensator yang dipakai umumnya kondensator elektrolit.

Pemasangannya diletakkan pada motor sebagai bagian yang dapat

dipisahkan. Kondensator start direncanakan khusus untuk waktu

singkat dan tiap jam hanya 20 kali pemakaian (star capasitor motor).

Pada start capasitor motor, bila putaran motor mencapai 75% dari

kecepatan penuh, saklar otomatis S terbuka dan memutuskan arus

kumparan bantu dan kondensator dari sumbernya, sehingga hanya

kumparan utama yang dialiri arus.

Pada gambar.2 terlihat, bahwa Iu terbelakang/ ketinggalan

terhadap sumbu V, sedangkan Ib mendahului terhadap tegangan

sumber V. Pergeseran phase antara Iu dan Ib sekitar 800. Pada motor

phase belah pergeseran phase antara V dan I 300. Motor kapasitor

banyak digunakan pada motor kipas angin, kompresor pada kulkas,

motor pompa air, dan sebagainya.

A. B.

CS

Ib

Iu Sumber

Cen. Sw

Start

CS

Ib

Iu Sumber

Cen. Sw

Start


Gbr. A Capasitor Start Motor Dengan Reverse

Gbr. B. Capasitor Start Motor Dengan Forward

2. Motor Starting dan Running Kapasitor (Permanent Capasitor Motor)

Pada dasarnya motor ini sama dengan capasitor start motor,

hanya di sini kumparan bantu dan kapasitor selalu dihubungkan

dengan jala- jala (tanpa saklar otomatis).

Keuntungan motor ini adalah:

1. Mempertinggi kemampuan motor dari beban lebih

2. Mempertinggi cos (faktor daya)

3. Mempertinggi rendamen ( )

4. Putaran motor halus.

Motor induksi starting dan running kapasitor terdiri dari dua jenis

berdasarkan jumlah kapasitor yang digunakan :

1. Kapasitor yang digunakan pada rangkaian motor hanya Satu

2. Kapasitor yang digunakan pada rangkaian motor dua, dimana waktu

start kapasitor yang digunakan yang kapasitasnya tinggi sedangkan

pada waktu jalan yang digunakan adalah yang kapasitasnya rendah.


Kemudian dalam merencanakan suatu motor induksi, ada beberapa

yang harus diperhatikan dalam perencanaan suatu motor induksi yaitu

faktor teknis dan faktor ekonomis, oleh sebab itu di dalam perencanaan

konstruksi motor ini diupayakan mempunyai biaya produksi, biaya

operasional dan biaya pemeliharaan seminimal mungkin tanpa

mengabaikan aspek teknisnya.

Dalam pandangan teknis, aspek penampilan konstruksi harus

mendapatkan perhatian secara menyeluruh, terutama menyangkut

kejenuhan magnet, fluks bocor dan rugi-rugi, karena hal tersebut sangat

mempengaruhi karakteristik serta efektivitas dan efisiensi dari motor yang

akan direncanakan. Kita harus senantiasa mengacu pada standarisasi yang

telah dikeluarkan oleh International Elektro Technical Commision (IEC)

terhadap pembebanan spesifik, yaitu ;

1. Pembebanan magent spesifik (Bav) dari motor induksi adalah 0,4

0,5 Wb/m2.

2. Kerapatan fluks pada gigi stator adalah 1,3 1,7 Wb/m2.

3. Kerapatan arus pada penghantar (s) adalah 3 8 A/mm2.

4. Pembebanan listrik spesifik (ac) adalah 100 450 A.llt/cm.

5. Konstanta belitan terdistribusi (Kw) adalah 0,95.

Perencanaan motor induksi 1 phasa 2 kutub terdiri dari ;

1. Perencanaan ukuran utama.

2. Perencanaan stator.

3. Perencanaan belitan stator.

4. Perencanaan rotor.


BAB II

DESAIN STATOR

Desain stator pada suatu motor induksi dibuat dengan cara yang

sama dengan desain jangkar pada motor atau generator sejenis. Tegangan

yang dihasilkan pada putaran stator adalah

tNkpCw E = Volt per fase (170)

60 108

Dimana :

t : fluks total hipotikal

n : putaran

N : urutan penghantar dalam setiap fasa

Kp : faktor kisar

Cw : konstanta kumparan


Sebuah pembagian/distribusi fluks gelombang sinus pada umumnya

dipakai untuk motor induksi, karena putaran stator yang telah didistribusikan

menghasilkan suatu fluks celah udara yang sangat sinusoidal Kedua faktor

tersebut masing-masing adalah 1.11 dan 0.637 pada gelombang sinus yang

dihasilkan adalah 0.956 untuk 3 fase putaran dan 0.91 untuk 2 fase

perputaran. Putaran tetap adalah

Cw = fbfdkd = 1.11 0.637 X 0.956 = 0.677 untuk 3 fase,

Cw = fbfdkd = 1.11 0.637 X 0.91 = 0.643 untuk 2 fase.

Dimana :

Fb : faktor bentuk

Fd : faktor distribusi fluks pada celah udara

Kd : faktor distribusi kumparan

Tegangan yang dihasilkan dalam sebuah koil/gulungan sebanding

dengan sinus setengah sudut dimana koil tersebut membentang. Sinus

setengan sudut bentang koil tersebut disebut sebagai faktor chord.

kp = sin (P 900). Pada tegangan tertentu maka fluks total adalah

E 60 108

t = nNkpCw Pada persamaan ini, E adalah tegangan yang dihasilkan per fase

dan sama dengan tegangan terminal per fase waktu (1 per unit Im X per


unit X1). Hasil Im per unit dan X1 pada umunya antara limit 0.02 dan 0.04

dan bisa mencapai 0.03 untuk desain pada umumnya. Maka E = Er X 0.97.

Penghitungan sirkuit motor induksi magnetis seringkali lebih tepat

dilakukan dengan menggunakan fluks per kutub dengan total fluks, dan

frekuensi dari rpm sejenis. Fluks per kutub adalah

fd = p 2 X 60 X f

Dengan mengganti persamaan diatas untuk t dan untuk rpm sebanding,

Er X 0.97 X 108 =

2.22Nfkpkd Dimana :

Er : Tegangan rotor diantara slip ring

Keluaran konstan. Jika E adalah tegangan terminal per fase,

keluaran/output dari sebuah motor induksi adalah

EIm eff. PF hp. = tenaga kuda 746

tnNkpCw E = volt, kira-kira.

60 108 Dimana :

E : tegangan induksi

Im : arus kemagnetan per fasa

Eff : efesiensi

PF : faktor kerja

p


Fluks total t = DlgBg dan amper konduktor total pada stator ImNkp =

DQ. Dibagi dengan hasil persamaan diatas,

DlgBg DQnCw eff. PF hp. =

44.75 1011

D2lgnBgQCw eff. PF hp. =

44.54 1011

D2lgn 44.75 1011 (171) =

hp. BgQCw eff. PF

Dimana :

D : diameter dalam rotor

lg : panjang celah udara

Bg : kerapatan fluks dalam kutub utama pada celah udara

Q : ampere penghantar setiap inchi dalam celah stator

Kepadatan celah udara. Dalam suatu motor induksi, arus magnetis

dari arus yang dibutuhkan untuk mempertahankan fluks dalam sirkuit

magnetis ditarik dari garis/kawat arus pengganti ke bagian dimana motor

terhubung. Arus magnetis tersebut meninggalkan arus sebanyak 900 dan

harus kecil apabila ingin mendapatkan karakteristik pengoperasian yang

beralasan. Untuk celah udara terpendek yang dapat dipraktekkan,

reluktansi celah udara lebih besar dibanding reluktansi sisa sirrkuit

magnetis. Hal ini dibutuhkan untuk menghindari kepadatan arus magnetis

yang berlebihan. Kepadatan pada gigi stator secara langsung proporsional


dengan yang ada pada celah udara. Kepadatan gigi yang besar

menghasilkan high core losses dan meningkatkan arus magnetis.

Kepadatan fluks pada celah udara motor induksi pada umumnya antara

25.000 dan 45.000 line per inci kuadrat. Nilai yang besar dibutuhkan untuk

kapasitas besar, motor berkecepatan tinggi. Untuk motor-motor biasa,

sangat memuaskan apabila kepadatan celah udaranya dari 30.000 sampai

40.000 line per inci kuadrat.

Konduktor ampere. Nilai konduktor-ampere per inci pada keliling

celah stator tergantung ukuran atau besar motor, tegangan putaran stator,

jenis ventilasi, dan rekatansi leakage yang memungkinkan. Nilai rata-rata Q

untuk tipe terbuka, 400 C,

Efisiensi dan faktor kekuatan. Karakteristik pengoperasian yang

diperlihatkan pada tabel XXIV adalah untuk polifase normal, 60 putaran,

kecepatan konstan, 400, motor-motor squirrel-cage pada tegangan diatas

600 volt, dan apa yang diperlihatkan pada tabel XXV adalah polifase

normal, 60 putaran, kecepatan konstan, 400, motor-motor slip-ring pada

tegangan diatas 600 volt.

Untuk motor-motor 2200 volt, efisiensi bermuatan penuh kira-kira 1

persen lebih rendah dan faktor kekuatan bermuatan penuh kira-kira 2

persen lebih rendah dibanding nilai yang ada pada tabel XXIV dan XXV.


Sangat jelas kelihatannya bahwa pasangan konstan dapat diperoleh

dari rating yang beragam dan kecepatan yang dapat dipergunakan untuk

menghitung diameter stator dan panjangnya. Panjang lg adalah panjang inti

stator dikurangi saluran ventilasi. Biasanya lebih mudah untuk menghitung

panjang total stator daripada panjang section celah udara. Diameter yang

dipergunakan pada keluaran/output persamaan 171 adalah diameter dalam

atau celah bor stator. Diameter luar stator juga biasanya ingin diketahui,

dimana diameter tersebut adalah diameter dalam sebuah rangka, dari

persamaan yang dihasilkan untuk memilih rangka standar dari sebuah

motor. Maka dari itu persamaannya ditulis sebagai berikut

Do2ln

= C. (172) hp.

Dimana : Do : diameter luar dari stator

Keluaran konstan yang cukup sesuai dengan desain terkini dan

untuk 60 putaran, kecepatan konstan, motor-motor squirrel-cage pada

tegangan diatas 600 volt. Untuk motor-motor 2200 volt dan motor-motor

induksi wound-rotor output konstan harus ditambah sekitar 5 persen.

Dimensi motor juga dapat ditentukan dengan menentukan terlebih dahulu

hasil D02l daripada keluaran konstan C terhadap h.p/r.p.m. Diameter dan

panjang. Dengan mengetahui hasil D02l, diameter dan anjang harus sangat

disesuaikan sehingga dapat diperoleh karakteristik pengoperasian yang

memuaskan dengan biaya murah. Diameter atau diameter dalam


ditemukan dengan bantuan tabel, yang memberikan perbandingan, r,

diameter luar terhadap diameter dalam stator dalam jumlah kutub yang

berbeda-beda.

Karakteristik pengoperasian motor-motor induksi berbeda-beda

tergantung perbandingan panjang inti stator terhadap pitch kutub pada

lingkaran celah. Untuk faktor kekuatan l/r harus sama dengan antara 1.0

sampai 1.25, dan untuk efisiensi yang terbaik, yaitu sekitar 1.5. Untuk biaya

terendah l.r harus sama dengan antara 1.5 sampai 2.0. Faktor kekuatan

motor-motor induksi berbeda-neda tergantung pitch kutub: yaitu, sebuah

motor dengan kutub pitch besar dan jumlah kutub yang sedikit akan

mempunyai faktor kekuatan yang lebih besar dibanding sebuah motor

dengan pitch kutub kecil. Untuk motor dengan pitch kutub yang besar,

diameter dan panjang ditentukan untuk menghasilkan biaya rendah, dan

untuk motor-motor dengan pitch kutub kecil, diameter dan panjuang

disesuaikan untuk menghasilkan faktor kekuatan yang baik dengan biaya

yang sesuai. Nilai l/r sebesar 1.0 tidak selalu dapat digunakan pada motor-

motor kecil, dibawah kira-kira 15 tenaga kuda, karena diameter kecil yang

dihasilkan akan juga menghasilkan jumlah slot stator yang terlalu kecil.

Biasanya, perbandingan panjang inti stator terhadap pitch kutub adalah

l = 0.60 terhadap 2.0 r pitch kutub


D r = ,

p

D l = ( 0.60 sampai 2.0)

p Keluaran konstan. untuk diameter luar dari jangkar Do. Nilai r1,

perbandingan diameter luar stator terhadap diameter dalam, terdapat dalam

tabel. Panjang inti sehubungan dengan diameter luar

Do l = ( 0.60 sampai 2.0) inci

p Dibagi dengan persamaan output,

pC hp.r Do = 3 inci (173)

(0.60 sampai 2.0) n

C. hp l = inci Do

2n

Diameter luar stator juga dapat diperoleh. Ketika hasil D02l telah

diketahui, dengan menggunakan persamaan ;

hp

D04 = 2.5 106 inci

N Batas kecepatan yang maksimal mungkin menjadi faktor yang

menentukan pada pemilihan dimensi atau ukuran. Konstruksi standar dapat

juga secara umum dipergunakan untuk kecepatan diatas 12.000 ft per


menit. Kecepatan 15.000 ft per menit memungkinkan pada konstruksi

khusus rotor dan meningkatkan biaya.

Putaran. Putaran dipergunakan untuk stator atau bagan pada motor

induksi sama dengan putaran jangkar mesin-mesin sejenis. Metode

penampakan putaran ini telah dijelaskan pada bab IX. Putaran koil

konsentrik pada biasanya dipergunakan pada stator motor-motor satu fase.

Kadang-kadang putaran koil konsentrik dipergunakan pada motor polifase,

akan tetapi sekarang ini motor polifase tersebut talah digantikan dengan

putaran lapis dua oleh sebagian besar pabrik karena biaya yang murah

sehingga hemat biaya.

Motor-motor induksi untuk tujuan biasa diproduksi dalam 2 fase dan

3 fase serta pada tegangan yang bermacam-macam. Unutk tetap menjaga

penggunaan biaya sehemat mungkin, jumlah slot stator harus ditentukan

pada setiap rangka dimana memungkinkan jumlah maksimal pasangan

kutub, fase, dan tegangan. Untuk jumlah integral slot per kutub per fase,

slot per kutub akan menjadi integer/bilangan bulat, dan jumlah total slot

mencukupi untuk kedua fase (2fase dan 3 fase) jika jumlah slot per kutub

merupakan kelipatan dari 2 dan atau 3. motor-motor induksi standar

biasanya dibuat dengan putaran stator 220 atau 440 volt. Hal ini dapat

dilakukan dengan menggunakan putaran 1 sirkuit dengan 440 volt dan

putaran 2sirkuit untuk 220 volt, atau, jika putaran 2 sirkuit dibutuhkan untuk


440 volt, maka sebuah putaran 4 sirkuit haarus dipergunakan pada

tegangan 220 volt.

Putaran slot kecil/fraksional juga dapat dipergunakan pada motor

induksi. Pada putaran ini, bilangan pecahan dari bagiannya tidak

merupakan kelipatan jumlah fase dimana putaran tersebut bekerja.

Contohnya: sebuah putaran dengan 2 slot per kutub per fase cukup baik

untuk putaran 3 fase akan tetapi tidak baik buat putaran 2 fase. Begitu pula

dengan 2 1/3 slot per kutub per fase cukup baik untuk 2 fase tetapi tidak

cukup baik untuk putaran 3 fase. Bagaimanapun, penggunaan 3 3/7 slot

per kutub per fase, adalah yang cukup memuaskan untuk kedua fase (2

fase dan 3 fase) tersebut. Jumlah sirkuit paralel sangat terbatasdengan

putaran slot fraksional karena putaran ini tidak mengulangi setiap kutub

sebagai putaran seperti yang terjadi pada slot integral per kutub dan fase.

Oleh karena itu, motor-motor induksi standar biasanya didesain dengan

jumlah slot stator sama dengan salah satu kelipatan jumlah kutub, yang

mengatur julah fase.

Putaran chorded juga dipergunakan pada motor induksi. Kelebihan

daripada chording dijelaskan pada bab IX yang juga diaplikasikan pada

motor induksi. Penjelasan lengkap mengenai kelebihan putaran pitch

fraksional untuk motor induksi telah dijelaskan oleh D. F. Alexander.

Jumlah dan ukuran slot. Jumlah konduktor per kutub harus merupakan

sebuah integer/bilangan bulat tetap untuk putaran double-layer, karena


salah satu bagian konduktor per slot adalah kepunyaan sisi koil pada

puncak slot dan sebagian yang lainnya adalah untuk sisi koil pada bagian

bawah slot. Jumlah pasangan konduktor per fase dapat ditentukan dengan

rumus 170.

Er 0.97 60 108 N =

nkpCw Kepadatan fluks dalam celah udara biasanya diambil sama dengan

35.000 lines per inci kuadrat pada perhitungan awal. Maka fluks totalnya

adalah

t = DlgBg

Fluks per kutub untuk motor infuksi polifase bisa didapatkan dari

hubungan berikut:

= C1 105

60

hp f Batasan untuk C1 dapat dilihat pada tabel dibawah

Kutub 2 4 6 8 10 12 14 16

C1 Maksimum

Minimum

3.7

2.5

2.45

1.95

2.10

1.70

1.00

1.55

1.80

1.45

1.70

1.40

1.65

1.33

1.60

1.30


Pasangan konduktor efektif per fase

Er 0.97 108

Nkpkd =

2.22 f Konduktor stator total = Nam

Oleh karena itu jumlah slot stator harus diseleksi untuk memenuhi

kebutuhan jumlah kutub dan fase dengan sebuah jumlah tetap konduktor

per slot pada nilai tertentu dimana kepadatan celah udara yang cukup dapat

diperoleh melalui faktor chord antara 0.707dan 1.0.

Umumnya tidak terlalu diperlukan adanya chord pada putaran motor

induksi yang lebih dari 2/3 pitch. Untuk motor dua kutub, mungkin akan

diperlukan unsur chord yang serendah 0.707.

Untuk motor dengan slot terbuka, pembukaan mempunyai pengaruh

yang cukup besar terhadap reluktansi celah udara. Slot stator dan rotor

harus disesuaikan dimana variasi minimum pada reluktansi celah udara

akan terjadi jika slot rotor bergerak ke slot stator. Pengaruh dari adanya

variasi pada reaktansi celah udara adalah menghasilkan getaran pada fluks

celah udara, yang menyebabkancore losses tambahan dan noise.

Pengaruh pada slot stator tersebut biasanya dapat dijaga sehingga tetap

kecil dengan menggunakan slot sempit dalam jumlah besar. Semakin bear

jumlah slot pada diameter terentu, semakin kecil tooth pitchnya. Tooth pitch

minimum

D


t1s = Ss

Dimana :

- tls : kisar gigi stator pada permukaan celah udara

- Ss : urutan alur stator

Lebar slot stator biasanya setengah atau agak kecil dibanding

setengah pitch gigi pada keliling celah. Apabila pitch gigi kecil, lebar gigi

juga kecil, dan kesukaran pada konstukrsi kadang-kadang meningkat;

dimana mempersulit pendorongan gigi stator pada saluran ventilasi dan

pada ujung inti stator tanpa menghalangi ventilasi. Biaya produksi juga

lebih besar untuk motor-motor dengan jumlah slot banyak, karena akan

lebih banyak koil untuk diputar, disekat, dan ditempatkan dalam slot. Pada

umumnya, jumlah slot stator harus diseleksi untuk menghasilkan jumlah

integral slot per kutub per fase dan sebuah pitch gigi pada lingkaran celah

udara pada slot tipe terbuka dengan batas antara 0.60 sampa 1.0. Untuk

slot yang tertutup sebagian, pitch gigi bisa kurang dari 0.60 inci. Untuk slot

seperti itu, gigi biasanya mempunyai sisi-sisi pararel dan kedalaman slot

lebih kecil dibanding kedalaman slot pada jenis slot terbuka.

Arus per fase pada putaran stator,

hp. 746 I = (175)

Ems eff PF Dimana :

- ms : urutan fasa dalam kumparan stator

Luas bagian konduktor stator,


I ss = (176)

As

Dimana :

- As : kepekaan arus tembaga dalam stator

Copper losses pada putaran apapun berbeda-beda sesuai dengan

A2. kenaikan suhu tergantung pada losses pada jenis konstruksi yang ada.

Kepadatan arus stator harus diseleksi sangat ketat sehingga dapat

diperoleh efisiens yang cukup tanpa menaikkan suhu secara berlebihan.

Untuk putaran stator pada motor-motor induksi standar yang memiliki

konstruksi bagan jenis terbuka kepadatan arus dari 2000 sampai 3000

amper per inci kuadrat adalah cukup. Nilai terendah dipergunakan pada

motor lambat, dan nilai yang lebih tinggi adalah untuk rating tertinggi pada

kecepatan tinggi.

Konduktor per slot harus diatur dalam slot untuk mengisi kelonggaran

jarak, dengan sekat yang baik antara pembelokan dan antara inti dari koil.

Stator jenis terbuka biasanya dipergunakan untuk motor induksi yang lebih

besar daripada kira-kira 25 tenga kuda, dan konduktor tersebut biasanya

adalah kawat segiempat dcc atau pita tembaga dcc. Untuk motor polifase,

putaran didesain untuk melakukan satu kali atau lebih putaran per koil, dan

bila memungkinkan, putaran diatur dengan sangat baik sehingga hanya ada

satu kali putaran per lapisan/layer,. Bagian konduktor yang besar terdiri

dari dua atau lebih kawat yang berhubungan secara pararel, untuk


mencegah eddy-current loses yang berlebihan Untuk putaran yang

membutuhkan banyak perputaran per koilnya, tidak mungkin selalu hanya

memakai satu putaran per layer. Seperti dalam kasus dimana koil

seharusnya diputar. Untuk motor kecil, kurang dari 25 tenaga kuda , slot

stator yang sebagian tertutup adalah berfungsi sebagai aturan yang

dibutuhkan karena efek pembalikan dari slot terbuka. Pembukaan slot

biasanya kemudian menjadi 1/3 inci, dan bentuk Untuk jenis slot ini, koilnya

adalah kawat dcc random-wound atau kawat serabut Formvar atau Formex.

Jika diameter kawat yang dibutuhkan lebih besar dari 1/3 inci, dapat

digunakan kawat yang lebih kecil sebayak dua atau lebih yang dirangkaikan

paralel.

Ukuran slot stator tergantung pada jumlah konsuktor per slot, ukuran

konduktor, dan ketebalan sekat yang dibutuhkan. Sekat pada konduktor

apakah berupa kapas tebal, Formvar, atau fiber glass tebal untuk

penyekatan kelas B. Sekat antara inti dan koil adalah kain halus yang

dilapisi pernis, pita kapas, sekat pernis, dan kertas untuk penyekatan kelas

A, dan mika, kain fiberglass, dan pita untuk penyekatan kelas B. Metode

untuk menentukan jarak sekat pada slot terbuka sama pada mesin-mesin

sejenis. Tabel XXVI memuat daftar jarak sekat yang dibutuhkan pada lebar

dan kedalaman slot pada putaran stator motor induksi pada tegangan yang

bermacam-macam.

Tabel XXVI


Tegangan s 2b

Kedalaman slot Lebar slot

Diameter celah, inci Diameter celah, inci

15 ke bawah

15 s/d 40

40 ke atas

15 ke bawah

15 s/d 40

40 keatas

0300 300600 600-1500

1500-3000

0.08 0.10 0.12 0.14

1.00 1.50 1.75 2.00

0.24 0.25

0.25 0.29 0.31 0.36

0.31 0.34 0.37 0.45

0.060 0.075

0.065 0.085 0.095 0.120

0.080 0.095 0.110 0.150

Untuk slot jenis terbuka sekat dibungkuskan ke koil dengan tebal

0.010 inci slot kertas untuk melindungi koil ketika ditempatkan ke dalam

slot. Koil-koil tersebut dilapisi dengan hati-hati, dan lebar slot ditemukan

dengan mengalikan dimensi konduktor yang telah disekat pada lebar slot

dengan jumlah lebar konduktor dan ditambahkan dengan jarak sekat yang

ada pada tabel XXVI. Begitu pula halnya dengan kedalaman slot

merupakan dimensi konduktor yuang disekat pada kedalaman dikalikan

dengan jumlah konduktor dalam ditambah jarak sekat dari tabel XXVI.

Lebar slot stator biasanya kira-kira 50 persen dari pitch gigi minimum stator

dan jarang mencapai 60 persen pitch gigi minimum. Untuk besarnya

raktansi leakage dan karakteristik pengoperasian yang tidak baik, slot stator

harus tidak lebih dari 6 kali lebar slot.

Untuk slot yang sebagian tertutup, sekat diletakkan di dalam slot dan

bukan di sekeliling koil, karena pembukaan slot yang sempit menyebabkan

pentingnya peletakan konduktor ke dalam slot satu persatu. Slot-slot yang

sebagian tertutup dipergunakan pada motor-motor unduksi dengan


diameter celah 15 inci atau kurang, dan untuk tegangan 600 volt ke bawah.

Pembukaan slot, ws1, adalah 0.10 inci untuk diameter celah sebesar 8.0

inci atau kurang dan 0.125 inci untuk diameter 8.0 sampai 15.0 inci. Fluks

total, jumlah total konduktor, dan jumlah slot ditentukan seperti dijelaskan

diatas, dan lebar gigi. Untuk slot tertutup sebagian, gigi biasanya

mempunyai sisi pararel,

t wts = Bts (l ndwd)k1Ss

Dimana :

- wts : lebar gigi stator pada permukaan celah udara

Dimensi d3 dan d4, biasanya 0.03 inci pada diameter celah yang

kecil sampai 0.06 inci pada diameter celah yang lebih besar. Perbandingan

luas tembaga yang disekat pada slot terhadap jarak jaring slot yang tersedia

untuk putaran disebut unsur jarak atau unsur isian/fill factor. Luas sekat

tembaga pad setiap slot merupakan diameter sekat konduktor kuadrat yang

menghitung jumlah konduktor per slot.

Pada kawat sekat Formvar tebal, faktor jarak tidak boleh lebih besar

dari 0.85, dan untuk besar produksi tidak lebih dari 0.70 sampai 0.75. luas

jaring slot pada slot bawah yang melingkar

Ws2 + ws3 iw iw 2 SA = - iw d id + + R - inci kuadrat. 2 2 2 2

Dimana ;


- S : urutan alur

- Iw : watt komponen dalam arus tanpa beban per fasa

- Id : arus kemagnetan

dan untuk slot bawah yang berbentuk lempeng luas slot jaring

Ws2 + ws3 SA = - iw ( d id ) inci kuadrat. 2

Disini, iw dan id adalah sekat dan kelonggaran jarak untuk lebar dan

kedalaman slot yang masing masing diambil dari tabel XXVI. Dari luas

tembaga per slot dan faktor spasi, luas slot yang diminta dapat ditentukan

dan lebar slot ws2 dapat dihitung langsung setelah lebar gigi ditentukan.

Ukuran slot untuk mendapatkan luas slot dapat ditentukan sebagai berikut

180 ws2 ws2 = , X = , K = - iw So 2 sin 2

Untuk slot bawah berbentuk lempengan, dikeluarkan dan d ds.

Gigi stator dan kepadatan yoke. Untuk total fluks yang telah didapatkan,

dimensi slot menentukan kepadatan gigi. Pada kepadatan gigi tinggi,

losses pada gigi juga tinggi, dan dibutuhkan ampere-turn dalam jumlah

besar untuk mengirim fluks melalui gigi. Nilai minimum kepadatan gigi

stator untuk bagian minimum

t Bts1 = (177) wts1 (l ndwd)k1Ss

lebar gigi untuk bagian minimum


wts1 = t1s wss (178) Nilai maksimum kepadatan gigi stator untuk bagian minimum sebaiknya

tidak melebihi

Bts1 = 100

Bts1 = 110

Kedalaman lapisan stator di bawah slot tergantung kepadatan fluks

pada yoke. Pengikisan besi pada yoke dan ampere-turn yang dibutuhkan

untuk mengirim fluks melalui yoke menentukan kepadatannya. Kepadatan

fluks sebaiknya tidak melebihi

Bys = 95000

Bys = 110

Dimana

Bys : kerapatan fluks dalam dukungan stator

Umumnya Bys sama dengan antara 500000 sampai 80000.untuk 60

lingkaran dan 60000 sampai 100000 untuk 25 lingkaran.

Fluks per kutub

tfd = p kedalaman besi dibawah slot untuk kedua sisi diameter

dys = (179) Bys(l ndwd) k1 Diameter luar lapisan stator


Do = D + 2dss + 4 dys (180)

BAB I I I

DESAIN ROTOR

Panjang 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,

(p1), atau (p2). 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

Im Nb

= 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

Im Nb 2

=

2 p dan nilai efektif arus pada end-ring adalah

Im Nb 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

Ser Sb = (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

Nrkprkdr Er = 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

Ser sr = (189) Nrma Gigi rotor dan besar yoke. Jumlah maksimum gigi rotor

t Btr2 =


wtr2 (l ndwd)k1Sr

Lebar minimum gigi

(Dr 2dsr) wtr2 = - wsr Sr

Untuk 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 = Bgkskr 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,

t1s ks = (192)

wts1 + (y )


Demikian pula dengan koefisien celah air untuk pembukaan slot rotor,

dengan stator halus tanpa slot,

t1r kr = (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) - ws12

Untuk 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 = Bgkskr 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) 2p Ampere-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 Im persentase 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 = t1s

Perluasan 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 = t1r Hambatan per fase pada kumparan stator

LsNr R = ohm (200) ass X 10

6

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

kd2kp

2N2 LrNrr Rr = ohm per fase

(201)

kdr2kpr

2Nr2 asr 10

6


Atau kd

2kp2 Lr Scs

Rr = Rs ohm per fase (201a) kdr

2kpr2 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 + Wsc0 Iw = ampere (203) mE

dimana :

- Wc : rugi inti per pound

- Wfw : gesekan bearing dan rugi angin

Dan arus tak bermuatan

I0 = Im2 + Iw

2 (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

2Derr = 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 10

6serNb 106serp

2

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) 10

6 sbNb p2ser

(N2kp

2 kd

2 m

2r lb 0,64Der = + 106 sbNb p

2ser

Jika 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 kd

2 m

2r lb 0,64Der Rr =

+ Kring ohm (206)

106 sbNb p2ser


Kring 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 2fL. 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 = 0.4ns2 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 2f, maka reaktansi leaktage slot adalah

)(.10

.2..

7

2

ssBsst

s

sgFF

S

KOlfmNXss

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


)3

()2

( 2

1

3

1

4

sr

ir

sr

r

srsr

r

sr

rsrbsrt

W

d

W

d

WW

d

W

dFF

dimana :

- Wsr : lebar dari alur rotor

Reaktansi bocor slot rotor

)()(

.).lg(.2.

10 2.

2

7

2

srbsrt

rdrpr

rsr FF

Skk

KkdkpOmfNX

Pada slot-slot trapezoid/segiempat yang dua sisinya sejalan baik

pada stator maupun rotor

Reaktansi leakage zigzag stator

])()[(2.1

22

rsmg

zS

p

S

p

I

EX

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.


)]2

(5,0[)(8,0

10

2

7

2

ssdd

sc

dfb

p

kkmfNX

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 Dd

Xer = 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)


.....11,1

10.2

32

nsacBavkw

QLD

Jumlah Kutub (P) : 2 kutub

Frekuensi (f) : 50 Hertz

Efisiensi (%) : 75 %

Phasa () : 1

Cos : 0,8

Konstanta belitan (kw) : 0,95

Adapun 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)


Cos

HPQ

.

746,0.

P

fns

.120

P

DL

.2

.2,1

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 ;


P

DY

.2

.

)..(9,0 WdndLLi

mfKw

ETs

...44,4

YLBavm ..

D = Diameter dalam inti stator (cm)


Kisar kutub (Y)

Penentuan kisar kutub dengan menggunakan rumus ;

Dimana ;

D = diameter dalam inti stator (cm)


Panjang efektif dari inti stator (Li)

Rumus yang digunakan adalah :

Dimana ;


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 :


gpFasaSs ..2.

Ss

DYss

.

Dimana ;

E = tegangan input (Volt)

Kw = konstanta belitan

F = frekuensi (Hertz)

1m = 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


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 :


s

IbsAs

AsDs

.4

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


)(2

Weberm

s

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 ;


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 :


Bcs

csAcs

Li

acsdcs

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)

rancanganmesinlistrik

Documents

Transcript of rancanganmesinlistrik

rancangan__mesin__listrik

Documents

Transcript of rancangan__mesin__listrik

rancanganmesinlistrik

Transcript of rancanganmesinlistrik