Mesin Arus Bolak balik - Share...

Part 5 : Mesin InduksiMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id

TE091403

Institut Teknologi Sepuluh NopemberAugust, 2012

Mesin Arus Bolak balik

Part 5 : Mesin Induksi

1



ACARA PERKULIAHAN DAN KOMPETENSIACARA PERKULIAHAN DAN KOMPETENSI2

Pertemuanke-

Kompetensi Dasar

Materi Pokok Indikator keberhasilanProsentase

materi13-16 Memahami

Motor Induksi1. Fitur mesin induksi tiga

fasa2. Sistem kemagnitan dalam

m.i. tiga fasa3. medan putar4. tegangan induksi pada

kumparan stator dan rotor5. rangkaian ekivalen6. penentuan parameter 7. aliran daya dalam m.i. 8. pembentukan torka9. dinamika sistem10. m.i. tipe sangkar11. pengaturan arus dan torka

mula dalam motor sangkar

12. torka parasit

1. Menjelaskan prinsipkerja motor induksi.

2. Menjelaskanrangkaian ekivalenmotor induksi.

3. Menjelaskan dayadan torsi.

4. Menjelaskan macam-macam motor induksi.

5. Menjelaskan prinsipkerja genera-tor induksi

6. Menjelaskanpengaturan putaran.

28%



Fakta umum mengenai motor Induksi• Motor induksi dapat digunakan sebagai

motor dan generator. Namun umumnyadigunakan sebagai motor. Mesin iniadalah salah satu pilar utama di industri

• Umumnya yang digunakan di industriadalah tipe rotor sangkar.

• Baik mesin yang tiga phasa ataupun satuphasa sangat umum digunakan.

• Generator induksi sangat jarangdigunakan. Umumnya diaplikasikan padapembangkit listrik tenaga angin.

Motor Induksi tiga phasa

Motor Induksi



• Kontruksi stator– Inti besi berlaminasi dengan slot– Koil ditempatkan pada slot yang ada

untuk membentuk kumparan satuatau tiga phasa.

• Kontruksi rotor sangkar bajing.– Inti besi berlaminasi dengan slot.– Batang konduktor disambungkan

terpasang dalam slot– Dua cincin menghubung singkatkan

batang konduktor– Batang konduktor dipilin sedikit

untuk mengurangi noise.

Motor Induksi



Kontruksi• Stator mempunyai inti besi

berlaminasi berbentuk cincindengan slot

• Kumparan tiga atau satu phasaditempatkan pada slot

• Rotor mempunyai inti besiberlaminasi yang berbentukcincin, dengan slot digabungkandengan poros/shaft.

• Rotor sangkar bajing: Batangkonduktor ditempatkan dalam slot dan dihubungsingkatkan padakedua sisi (paling banyakdigunakan).

Konsep motor sangkar bajing

A-

B+

A+C+

C-

B-

PhaseA

Phase

B

PhaseC

Stator with laminatediron-core

Slots withwinding

Squirrel cageRotor

Bars

Ring to short circuit the bars



Kontruksi

Rotor-belit:• Belitan tiga phasa ditempatkan

pada slot.• Kumparan dikoneksikan wye atau

delta.• Ujung tiap phasa dihubungkan

dengan cincin geser atau slip ring. • Tiga sikat/brushes terhubung

dengan tiga cincin geser/slip-rings.• Belitan rotor mungkin di bebani

dengan resistor variable ataudisuplay dengan sumber teganganterpisah.

Konsep motor rotor belit

A-

B+

A+C+

C-

B-

PhaseA

Phase

B

PhaseC

Stator with laminatediron-core

Slots withwinding

Sliprings

Three phasewinding

Laminated corewith slots

Shaft



Kontruksi stator

• Gambar disamping menunjukkanbentuk umum inti stator

• Inti besi betuk cincin yangberlaminasi disatukan/bolteddengan frame motor.

• Koil ditempatkan dalam slot. Theslots are closed by a wedge.

• Ujung koil dibentuk kompakmelekat pada inti besi dan diikatbersama dengan pengikat.

• Koil motor tegangan tinggidiisolasi dengan metode “driedand impregnated”.

Kontruksi inti besi stator



Kontruksi stator

• Gambar disamping menunjukanbentuk umum kontruksi koilstator.

• Koil digulung dan dibentukmenggunakan konduktortembaga yang berisolasi.

• Koil juga diisolasi menggunakaninsulating tape.

• Koil yang sudah di isolasiditempatkan pada slot stator.

• Dua sisi koil mempunyai bedasudut listrik sekitar 180o.

Kontriksi belitan stator

Tape-woundcoil insulation

Tape-woundcoil insulation

coil end

coil end

coil sides

coil leads



Rotor sangkat bajing

• Gambar disamping menunjukkan bentukrotor untuk motor kecil dan besar.

• Kedua rotor mempunyai inti berlaminasidengan slot, yang digabungkan denganshaft.

• Bar aluminium sedikit dimiringkan/dipilinpada rotor kecil. Hal ini mengurangi kebisingan dan meningkatkan kinerja.

• Sirip ditempatkan pada cincin untukmenghubung singkatkan batang rotor. Sirip bekerja sebagai kipas dan untukmeningkatkan pendinginan.

• Rotor besar juga memiliki sirip dan bar. Tapi bar tidak miring.

Kontruksi rotor



Rotor-Gulung(Wound-rotor)• Gambar disamping

menunjukkan sebuahrotor dari Rotor-Gulungyang berkapasitas besar

• Ujung-ujung dari setiap phasa terhubung ke slip ring.

• Tiga sikat (brushes) terhubung dengan tigaslip-ring dan tigaresistan dengan koneksiwye.

Kontruksi Rotor



Prinsip operasi

• Stator disuplai oleh tegangan tiga fase yang mensuplai arus tiga fase seimbang yang mengalir melalui gulungan.

• Arus tiga-fase menghasilkan medan magnet berputar.• Medan ini berputar pada kecepatan sinkron. Kecepatan sinkron

ditentukan oleh frekuensi dari tegangan suplai dan jumlah kutub: ns = f/p/2 = 2f/p. Unit ini dalam rpm.

• Medan berputar menginduksi tegangan di konduktor rotor yang dihubung-singkatkan.

• Tegangan induksi menghasilkan arus di bar.



Prinsip operasi

• Interaksi antara arus rotor dan medan stator menghasilkan gaya yang menggerakkan motor: Gaya = BIL sin f.

• Besarnya tegangan induksi tergantung pada perbedaan kecepatan antara medan putar stator dan rotor.

• Perbedaan kecepatan maksimum terjadi pada saat starting ketika motor menarik arus yang besar. Frekuensi arus rotor adalah 60 Hz ketika rotor stasioner.

• Pada saat motor mulai berputar perbedaan kecepatan berkurang, yang menghasilkan: reduksi frekuensi pada tegangan induksi di rotor. mengurangi besarnya magnitude arus dan tegangan induksi

di rotor.



Terbangkitkannya Gaya.• Medan putar

menginduksi arus diBar.

• Arus dan medanberinteraksimenghasilkan gayagerakGaya = Brotating L Ir

• Gaya menggerakkanmotor.

• L adalah panjang rotor

Force

Brotating

Ir

Ring



Prinsip Operasi

• Jika kecepatan rotor sama dengan kecepatan sudut medan stator, tegangan induksi, arus dan torsi menjadi nol. Oleh karena itu kecepatan motor harus kurang dari kecepatan sinkron.

• Operasi motor membutuhkan perbedaan kecepatan antara medanputar yang dihasilkan stator dan kecepatan rotor yang sebenarnya. Perbedaan kecepatan disebut slip (s) dan didefinisikan sebagai:

s = (ns - nr) / ns dimana ns = 2 f / p

• Frequency arus rotor adalah: fr = s f• Slip untuk kondisi operasi normal adalah antara 1 dan 5 %



Motor Induksi tiga phasa, 20 hp, 208 V, 60 Hz, 6 kutub, dikoneksikanwye.

Motor megeluarkan daya 15 kW pada slip 5%.

Hitunglah:

a) Kecepatan sinkron.

b) Kecepatan rotor.

c) Frekuensi dari arus rotor.

Jawaban- Kecepetan sinkron: ns = 2 f / p = (120) / 6 = 20 rev/sec = 1200 rpm- Kecepetan rotor: nr = (1-s) ns = (1- 0.05) (1200) = 1140 rpm- Frekuensi arus rotor: fr = s f = (0.05) (60) = 3 Hz



Penurunan rangkaian ekivalen.

• Motor induksi terdiri dari dua sistem magnet yang terhubung : Stator danRotor

• Tegangan sumber (V1) pada phase A sama dengan penjumlahan dari

– tegangan induksi (E1).

– Tegangan drop pada resistansi stator (I1 R1).

– Tegangan drop pada reaktansi bocor stator (I1 j X1).




• Semakin besar kecepatan relative (perbedaan) antara medan magnet rotor danstator, maka makin besar tegangan rotor yang dihasilkan E2.

• Tegangan paling besar E2 terjadi pada saat rotor di blok atau ditahan(mengapa?) yang disebut dengan E2O . Pada slip tertentu :

E2 = s. E2O ; X2 = s. X2O

202

202

202

202

22

22

jXs/REI

sX.jRE.sI

jXREI




• Jika semua paramenter mengacu pada

sisi stator, dimana :

a = rasio jumlah belitan (efektif) antara stator dan rotor

R’2 = Resistansi rotor dengan mengacu pada stator

X’20 = Reaktansi rotor (pada blocked rotor) mengacu pada stator

202'

20

22'

2

XaX

RaR




• R2 dan X20 sangat sulit (atau tidakmungkin) di hitung langsung dari rotor sangkar, begitu juga “a”. Tetapi kira bisa mendapatkan-nya daripengukuran R2 dan X2



Motor tiga phasa. Penurunan rangkaian ekivalen.

• Rangkaian ekivalen motor induksi dapat disederhanakan denganmemindahkan cabang magnetisasi ke sisi tegangan suplai, dan membagiresistansi rotor menjadi dua bagian :R’2 / s = R’2 + R’2 (1-s) / s.

• Resistansi yang pertama merepresentasikan rugi tembaga dalam rotor. Bagian yang kedua merepresentasikan daya yang dibangkitkan motor (electric developed motor power).

Electric DevelopedPower

RotorCopper Losses



Perhitungan parameter dari hasil test

Parameter motor dihitung dari tiga macam test, yaitu :

1. Test tanpa beban (No-load test). Menghasilkan reaktansi magnetisasi danreistansi inti ( Rc dan Xm ).

2. Test rotor ditahan (Blocked-Rotor Test) atau (Short circuit test). menghasilkan (R1+R’2) dan (X1+X’2).

3. Mengukuran resistansi DC stator. Menghitung nilai resistansi stator ( R1).



Perhitungan parameter dari hasil test

Pengukuran resistansi DC stator– Motor disupplay dengan tegangan DC di dua terminalnya (digambar

pada titik A dan B)

– Tegangan dan arus DC diukur

– Resistansinya adalah

Idc

R1

jX1

R1

R1

A

B

Vdcdc

dc1 I2

VR



Perhitungan parameter dari hasil test • Test tanpa beban

– Motor di suplai dengan tegangan rating (Vml ) , kemudian arus Inl dan daya tanpabeban diukur Pnl .

– Daya tanpa beban meliputi rugi magnetisasi dan rugi putaran.– Dengan menggunakan hasil pengukuran, admitansi dan resistansi dihitung. Jika

impedansi bocor diabaikan, maka :

Pin = V1.I1.cos jY = I / VY = G +jB



Perhitungan parameter dari hasil test • Test rotor ditahan (Blocked-Rotor Test)

– Motor disuplai dengan tegangan yang direduksi V1 dan frekuensi yang lebih rendah. Frekuensi yg direduksi digunakan agar frekuensi arusrotor menjadi kecil pada kondisi operasi normal.

– Tegangan Vbr , arus Ibr, daya input Pb r diukur dan dicatat.– Pada kondisi rotor di tahan, slip adalah s =1. Reaktansi dan resistansi

magnetisasi diabaikan karena tegangan suplai di reduksi (diperkecil).




2brI3brP

brR

brIbrV

brZ

brR2brIbrP .

Rbr

Xbr




– Reaktansi rotor pada frekuensi penge-test-an ftest adalah:

– Reaktansi pada saat rotor ditahan dengan dasar frekuensi rating adalah:

Xbr = Xbr, test (frated / ftest )

– Parameter rangkaian ekivalen dihitung dari:

Rbr = R1 + R’2 and Xbr = X1 + X’2

– R1 dihitung dengan mengukur resistansi stator.

2br

2brtestbr RZX



Perhitungan parameter dari penge-test-anMesin induksi tiga-phasa, 30 hp, 208 V, 4 kutub, 60 Hz, dikoneksikan wye

telah ditest dan menghasilkan data test sebagai berikut:

- Tanpa beban pada 60 Hz: Vnl = 208 V ; Inl =22 A ; Pnl = 1600 W- Rotor ditahan pada 15 Hz: Vbr = 21 V ;Ibr =71 A ; Pbr = 2100 W- DC test : Vdc= 12 V ; Idc =75 A

a) Hitunglah:– parameter rangkaian ekivalen– Rugi putar (rotational losses)

b) Gambarlah rangkaian ekivalen dengan nilai nilai parameternya.



Motor tiga phasa. Analisa kinerja.• Kinerja/performance motor induksi dapat di evaluasi menggunakan rangkaian

ekivalennya.• Diagram aliran daya motor induksi ditunjukkan sebagai berikut:



Krakteristik Torsi Vs KecepatanTorsi induksi pada motor dinyatakan sebagai berikut:

111

VjXjXR

jXVm

mthev

121

21

VXXR

XVm

mthev



Krakteristik Torsi Vs Kecepatan

m

mthev XXjR

jXRjXZ

11

11

Since Xm>>X1 and Xm>>R1 then

11

VXX

XVm

mthev




m

mthevthevthev XXjR

jXRjXjXRZ

11

11

Karena Xm>>X1 dan Xm+X1>>R1 maka :

2

11

m

mthev XX

XRR

1XX thev

X

Vthev




222 /'

jXjXsRRVI

thevthev

thev

222

22

/'

XXsRR

VIthevthev

thev

sync

AGind

P

Torsi induksi pada rotor adalah

222

2

22

//.3

XXsRRsRVPthevthev

thevAG

X




22

22

22

/./.3

XXsRRsRV

thevthevsync

thevind

Persamaan diatas dapat dinyatakan dengan gambar berikut:



Torsi maksimum motor InduksiDari rangkaian ekivalen, daya maksimum yang ditransfer dapatdicapai ketika R’2 sama dengan impedansi dibagian kiri

22

2

max

2 XXRs

Rthevthev

T

Dengan mensubstitusikan ke persamaan torsi

2

22

223

max. XXRR

VTthevthevthevsync

thev



Torsi starting motor induksiKetika start, slip sama dengan (ns- nr)/nr = 1. Pada persamaantorsi, isilah s = 1 :

22

22

22

..3

XXRRRV

thevthevsync

thevstart

22

22

22

1/.1/.3

XXRRRV

thevthevsync

thevstart



Desain klas (Class Design) dari motor induksi

Motor Klass Description X1 X2

A Normal starting Torque, normal starting current 0.5 0.5

B Normal starting Torque, Low starting current 0.4 0.6

C High starting Torque, Low starting current 0.3 0.7

D High starting Torque, High Slip 0.5 0.5

Rotor Gulung 0.5 0.5



Mengapa kita perlu mengatur motor induksi?Parameter apa yang dapat dikontrol pada motor induksi?

Pengaturan/Control Motor Induksi



Terdapat beberapa teknik pengaturan (kecepatan) pada motor induksi:

1. Pengubahan inti

2. Pengaturan frekuensi sumber

3. Pengaturan tegangan sumber

4. Pengaturan resistansi rotor (hanya untuk rotor gulung)

5. Pengaturan slip menggunakan peralatan khusus (hanya untuk rotor gulung)

Pengaturan kecepatan motor induksi



Pengubahan kutub

Pengaturan motor induksi



Pole changing




Pole changing derives three control of Induction Motor :A) Constant TorqueB) Constant Horse PowerC) Variable Torque




Line Frequency Control




Line Voltage Control




Rotor Resistance Control




Slip Control




Efek penggunaan rangka ganda (Double Cage)Ketika rotor berputar pada kecepatan rendah, frekuensi arus yang mengalirpada batang rotor menjadi tinggi. Begitu pula sebaliknya.Rotor sangkar dapat di desain untuk mendapatkan resistansi efektif padafrekuensi tinggi sama dengan beberapa kali-nya pada frekuensi rendah

Motor Induksi



Efek pemilinan (pemiringan) batang rotorRotor sangkar dipilin/dimiringkanuntuk mengurangi teganganinduksi pada rotor, sehingga arushubung singkat (pada slip 1)dapat dikurangi

Motor Induksi



Motor satu phasa sering disebut sebagai fractional hp motor karena rating dayanya yang kecil.

Motor satu phasa paling sering digunakan untuk lemari es, mesin cuci, jam, kompresor, pompa, dll

Jenis motor satu phasa diklasifikasikan berdasarkan metodestartingnya.

Motor induksi satu phasa




• Kumparan utama disuplai oleh sumbersatu phasa yang menghasilkan medanmagnet berdenyut atau berbentu pulsa.

• Medan magnet berpulsa dibagi menjadidua medan, berputar dengan arah yang berlawanan.

• Interaksi antara medan dan arus yang terinduksi di batang rotor menghasilkantorsi yang berlawanan.

• Dengan kondisi ini, motor belum akandapat berputar, seperti yang ditunjukkanpada gambar.

Main

winding +

_

+t-t

Main winding flux



Konsep kerja motor satu phasa.

• Diasumsikan, motor di star dengan torsi luar dan berputar denga kecepatann dengan arah maju. ns adalah kecepatan sinkron.

• Kondisi ini menghasilkan slip positif terkait dengan medan magnet putaryang berputar maju

s+ =(ns-n)/ ns Slip positif sangatlah kecil: 1-5%

• Hal ini pula dapat menghasilkan slip negatif karena diasumsikan berputarmelawan arah medan putars- =(ns+ n) / ns Slip negatif sangatlah besar 1.95-1.99

• Kombinasi dari kedua persamaan diatas menghasilkan :s- = 2- s+




Besar torsi berbanding terbalik tergantung slip.

• Slip positif kecil (0.01-0.03) menghasilkan torsi yang lkebihbesar dari pada slip negatif yang besar (1.95-1.99).

• Perbedaan torsi, akan menggerakkan motor untuk terusberputar dalam arah maju walaupun tanpa torsi eksternal.

2s

2 2

2 s

2 2

2 s

2

s )s 1( R I 1

s)s 1(R I

P T





“Torsi eksternal” diperlukan sebagaipenggerak awal rotor.

Sebuah “auxiliary winding” dipasangtegak lurus dengan gulungan utamaseperti yang terlihat pada gambar.

Saklar sentrifugal akan beroperasi (terputus/membuka) pada saat kecepatan mencapai sekitar 75% kecepatan sinkron.

SPLIT PHASE MOTORS




Umumnya digunakan untuk kipasangin, blowers, centifugal pump.

typical rating dayanya dari 1/20-hp sampai ½-hp.




“Torsi eksternal” diperlukansebagai penggerak awal rotor.

Selain auxiliary winding, kapasitoryang ditambahkan untukmeningkatkan kinerja awal padasaat starting.

CAPACITOR-TYPE MOTORS




Biasanya digunakan untukperalatan compressor, pump, refrigeration, air conditioning.




Penggunaan kapasitor permanen dapat menyederhanakankonstruksi, meningkatkan faktor daya dan efisiensi.




Penggunaan kapasitor permanen yang dikombinasikan“starting kapasitor menghasilkan optimal starting dan saatpengoperasian.




Sebuah "shaded pole" secara skematis diilustrasikan pada gambar.Arus induksi dalam kumparan shading menyebabkan fluks di "bagianshaded" dari kutub untuk menggeser fluks agar tertinggal (lag) dibanding bagian yang lain.

Mesin Arus Bolak balik - Share...

Documents

Transcript of Mesin Arus Bolak balik - Share...