Slip - Ring Induction Motor
-
Upload
haogoaro-zr -
Category
Documents
-
view
196 -
download
3
Transcript of Slip - Ring Induction Motor
Motor Induksi Rotor Belit
Keistimewaan motor induksi rotor belit adalah motor ini dapat di start dengan menambahkan
tahanan eksternal ke rangkaian rotor, kemudian secara bertahap tahanan eksternal kembali
dilepaskan dari rangkaian rotor. Oleh sebab itu diperoleh keuntungan sebagai berikut :
1. Tahanan eksternal yang ditambahkan ke rangkaian rotor pada saat start akan
menambah besar impedansi rotor yang membatasi besar arus start motor.
2. Kinerja motor dapat dibuat bervariasi dengan mengubah parameter rotor untuk
memperoleh torsi start dan kecepatan yang diinginkan.
3. Selama start – up, rotor motor listrik lebih rentan terhadap kerusakan akibat panas
berlebih dibanding stator. Namun pada slip ring motor, sebagian besar panas ini akan
dibagi ke tahanan eksternal yang besarnya sebanding dengan nilai tahanan eksternal
tersebut.
Rangkaian Ekivalen Motor Induksi
Sebuah motor induksi identik dengan sebuah transformator. Oleh sebab itu, rangkaian
ekivalen motor induksi mirip dengan rangkaian ekivalen transformator. Perbedaannya
hanyalah bahwa kumparan rotor dari motor induksi berputar, yang berfungsi untuk
menghasilkan daya mekanik. Rangkaian ekivalen motor induksi dihasilkan dengan cara yang
sama sebagaimana halnya pada transformator. Semua parameter-parameter rangkaian
ekivalen yang akan dijelaskan berikut mempunyai nilai-nilai perfasa hal ini dimaksudkan
untuk mempermudah analisis.
Rangkaian Ekivalen Stator
Putaran gelombang fluks pada celah udara membangkitkan ggl lawan tiga fasa yang
seimbang E1 pada belitan stator. Rangkaian ekivalen stator, seperti gambar berikut ini.
Gambar Rangkaian ekivalen stator per-fasa motor induksi.
(1.1)
Besar tegangan terminal stator V 1 merupakan penjumlahan ggl lawan E1. V 1'¿) dan jatuh
tegangan pada impedansi bocor stator I 1(R1+ jX 1), dapat dinyatakan sebagai berikut :
V 1=E1+ I 1(R1+ jX1)
dimana:
V 1 = tegangan terminal stator (Volt)
E1 = ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah udara resultan (Volt)
I 1 = arus stator (Ampere)
R1 = tahanan efektif stator (Ohm)
jX 1 = reaktansi bocor stator (Ohm)
Sebagaimana halnya pada transformator, arus stator I 1 terdiri dari dua komponen. Komponen
pertama, I 2' ' adalah komponen beban yang akan menghasilkan fluks yang akan melawan fluks
yang dihasilkan oleh arus rotor. Komponen lainnya yaitu I 0, arus I 0 ini terbagi lagi menjadi
dua komponen yaitu komponen rugi-rugi inti I c yang sefasa dengan komponen rugi-rugi inti
E1 dan komponen magnetisasi I m yang menghasilkan fluks magnetik pada inti dan celah
udara yang tertinggal 90 ° dari E1.
Rangkaian Ekivalen Rotor
Pada saat rotor dalam kondisi diam yaitu kondisi sesaat rotor sebelum bergerak, kecepatan
relative diantara putaran medan magnet dengan konductor rotor adalah kecepatan sinkron Ns.
Pada kondisi ini tegangan induksi yang dibangkitkan pada rangkaian rotor adalah E2. karena
seluruh belitan rotor dihubung-singkat maka akan mengalir arus I 2 akibat ggl induksi E2 pada
rotor. Sehingga dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut :
I 2=¿ E2
R2+ j X2
(1.3)
(1.2)
(1.4)
Dari bentuk persamaan di atas, rangkaian ekivalen rotor perfasa dalam keadaan diam
digambarkan seperti gambar berikut.
Gambar Rangkaian ekivalen per-fasa rotor motor induksi keadaan diam
dimana :
I 2 = arus rotor dalam keadaan diam (Ampere)
E2 = ggl induksi rotor dalam keadaan diam (Volt)
R2 = resistansi rotor (Ohm)
j X2 = reaktansi rotor dalam keadaan diam (Ohm)
Setelah rotor berputar maka ggl rotor perfasa E2 dan reaktansi rotor perfasa X2 masing-
masing dipengaruhi oleh frekuensi, nilai reaktansi rotor dapat dijelaskan dari persamaan di
bawah ini dimana nilainya tergantung dari induktansi dan frekuensi rotor.
X2 s= ωrL2 = 2πf2L2
Dengan f2 = sf,
Maka:
X2 s= 2πsfL2
= s(2πfL2)
X2 s=sX2
Dengan demikian nilai E2 dan X2 bergantung terhadap slip s, sementara nilai resistansi rotor
perfasa R2 tidak dipengaruhi oleh frekuensi sehingga tidak tergantung terhadap nilai slip s.
(1.5)
(1.6)
Sehingga dari persamaan di atas dapat dibuat persamaannya menjadi :
I 2' =¿
s E2
R2+ j sX 2
Dengan membagi pembilang dan penyebut pada persamaan di atas dengan s, maka nilai arus
rotor diperoleh seperti berikut :
I 2' =¿
E2
R2
s+ j X2
Nilai dari R2
s sekarang lebih besar dari R2 dikarenakan s memiliki nilai dalam bentuk
pecahan.
Rangkaian Ekivalen Lengkap
Dari penjelasan rangkaian ekivalen pada stator dan rotor di atas, maka dapat dibuat rangkaian
ekivalen perfasa motor induksi tiga fasa pada masing – masing fasa, seperti halnya seperti
rangkaian ekivalen sebuah transformator.
Gambar Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa
Daya celah udara adalah daya yang ditransfer dari stator ke rotor sepanjang celah udara. Daya
celah udara Pg dapat dituliskan seperti berikut.
Pg = E2 I2 cos∅ 2 . dengan cos∅ 2 = tahanan rotor
impedansirotor=
R2
s
√( R2
s )2
+ X22
(1.7)
(1.8)
(1.9)
(1.10)
Pg =
E2
√(R2
s )2
+ X22
. I2' R2
s=I 2
' 2 R2
s
Pg=I 2'2 ×
R2
s=(I ¿¿2' 2
× R2)+ I 2'2 × R2( 1−s
s )¿ Pg = rugi ohmic rotor + daya mekanik internal yang dibangkitkan di rotor (Pm)
Pg = sPg + (1-s) Pg
Sedangkan torsi internal yang dibangkitkan per fasa adalah :
T e=dayamekanik internal yangdibangkitkan dirotor
kecepatan rotor dalam radian per detik
T e=¿ Pm
w r =
(1−s) Pg
(1−s )w s
=Pg
w s
T e=1ws
×(I ¿¿2' 2
×R2
s)= 1
2 π ns
× I2' ×
R2
s¿
Besar daya di shaft dapat dihitung dari besar daya celah udara dikurangi rugi – rugi di rotor,
sebagai berikut :
Daya di shaft = Psh = Pm – Fixed loses ( gesekan, angin, rugi inti )
= Pg – rugi ohmic rotor – fixed loses.
Torsi shaft = Tsh = P sh
Kecepatan Rotor=
Psh
(1−s)w s
Starting Slip – Ring Motor
Starting slip – ring motor dapat mengadopsi baik current limiting method atau defenite time
control method. Pada current limiting method, penutupan kontaktor setiap step diatur oleh
rele pembatas arus yang memungkinkan percepatan kerja kontaktor dari setiap step untuk
menutup setelah arus start motor turun dari nilai puncak ke nilai yang lebih kecil. Rele
menentukan waktu penutupan dengan merasakan nilai arus motor antara masing – masing
step dan akan menutup hanya jika besar arus telah turun ke nilai yang ditentukan pada rele
tersebut. Urutan penutupan kontaktor didesain otomatis dan dapat disesuaikan terhadap
variasi beban. Lama waktu starting bergantung pada beban yang dipikul slip – ring motor.
Pada defenite time control method setiap kontaktor akan menutup setelah waktu pre – set
telah tercapai. Memotong bagian dari tahanan eksternal yang akan meningkatkan torsi start
dan memberikan kesempatan ke motor untuk pick – up. Oleh sebab itu, biasanya hanya
metode ini yang digunakan untuk starting dan kontrol slip – ring motor induksi.
Memilih tahanan rotor
Besar tahanan eksternal yang akan ditambahkan ke rangkaian rotor, tergantung pada torsi
yang diinginkan dan pembatasan arus stator. Besar arus stator berhubungan dengan besar
torsi dan begitu juga sebaliknya.
Dengan bantuan pengaturan waktu pada setiap step, keseluruhan tahanan eksternal yang
ditambahkan secara bertahap dilepaskan dari rangkaian rotor untuk menjaga profil torsi yang
telah ditentukan sebelumnya.
Pada saat memikul beban yang berat, perlu diketahui berapa besar torsi yang diperlukan pada
saat pick – up, besar tahanan eksternal yang harus ditambahkan ke rangkaian rotor. Grid
tahanan ini dapat dikontrol melalui kontaktor dan timer.
Tabel. konfigurasi penambahan tahanan external pada rotor motor induksi rotor belit
Menentukan tahanan eksternal dan lama waktu starting
Gambar di bawah menunjukkan penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor, dan distarting dengan lima step. diasumsikan torsi maksimum dan torsi minimum terjadi antara setiap step.
Gambar penambahan tahanan external dengan lima step
Imax =
E2
√(R21
S1)
2
+ X22
=E2
√( R22
S3)
2
+X22 ,dst
R21
s1
=R22
s2
….=R2
smax
R21 adalah total tahanan rotor per fasa setelah penambahan tahanan eksternal.
R21 = S1 ×R2
Smax . pada saat start, S1 = 1, maka R21 =
R2
Smax .
dengan cara yang sama,
Imin =
E2
√(R21
S2)
2
+ X22
=E2
√( R22
S3)
2
+X22 ,dst.
Atau, R21
s2
=R22
s3
….=R25
smax
s2
s1
=s3
s2
=…=R22
R21
=R23
R22
=…=R2
R25
=β
R22 = β.R21
R23 = β.R22 = β2. R21
Dan, R2 = β.R25 = β.β4 R21 = β5 R21 = β5 R2
smax .
Diperoleh, β5 = smax , β = 5√smax
Secara umum, β = ∝√smax
Setelah nilai β diketahui, nilai tahanan untuk setiap step dapat ditentukan. Seperti pada kasus di atas, slip maksimum sesuai dengan slip pada operating point.
Gambar kurva torsi starting motor induksi rotor belit dengan lima step
Contoh :
Sebuah motor listrik rotor belit 2500 kw, 6 kv, 286 Ampere, 990 RPM, 3∅ , 50 Hz, efisiensi 95%, tegangan rotor 1876 volt, arus stator 819 Ampere hubungan belitan Y/Y. Hitung penambahan tahanan external untuk membatasi arus start 1,5 arus beban penuhnya ?
Solusi :
Psh = 2500 kw
= Pin – rugi–rugi motor ( rugi inti stator + rugi tembaga stator + rugi inti rotor + rugi
tembaga rotor + rugi gesek dan rugi angin ).
= Pg - rugi tembaga rotor – rugi tetap (rugi inti stator - rugi inti rotor - rugi gesek dan
rugi angin).
Pg = daya celah udara
=√3 E2 I2 cos∅ 2 ( dengan cos∅ 2 = tahanan rotor
impedansirotor=
R2
s
√( R2
s )2
+ X22
)
=√3 I22
R2
s
Gambar Rangkaian starting motor induksi rotor belit dengan lima step
n = Pout
P¿× 100% ;
Pin = 2500 kw
0,95 = 2631,57 kw (total rugi – rugi sebesar 131,57 kw).
Dengan slip(s) ¿N s−N r
N s =
1000−9901000
= 0,01
Asumsi rugi tembaga stator 40% dari total rugi – rugi, maka rugi tembaga stator = 52,6 kw.
Pg = 2500 kw + 78,9 kw = 2578,9 kw
= √3 I22
R2
s = √38192
R2
0,01 ; R2 = 0.021 ohm.
= √3×E2 ×I2× cos∅ 2
= √3×1876volt ×819 ampere× cos∅ 2
cos∅ 2 = 0,96 = tahanan rotor
impedansirotor=
R2
s
√( R2
s )2
+ X22
=
0,0210,01
√( 0,0210,01 )
2
+X22
X2 = 0,61 ohm.
Sebelum penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor, maka :
I2st = E2
√R22+ X2
2= 1876
√0,0212+0,612 = 3073 amp
Tst = 3
50 π I2st
2 R2 = 3
50 π 30732 x 0,021 = 3789,36 Nm.
Disaat arus start dibatasi sebesar 1,5 arus beban penuh, maka :
Smax = 1,5 × Sfl = 1,5 × 0,01 = 0,015
R1 = R2
Smax =
0,0210,015
= 1,4 ohm.
Setelah tahanan rotor pada saat start menjadi 1,4 ohm. Maka :
I2st = E2
√R22+ X2
2= 1876
√1,42+0,612= 1228 amp
Tst = 3
50 π I2st
2 R2 = 3
50 π 12282 x 1,4 = 40112,3 Nm.
Dengan penambahan 1,4 ohm arus start berkurang dari 3073 amp menjadi 1228 amp. Dan Torsinya naik dari 3789,36 Nm menjadi 40112,3 Nm.