MODIFIKASI JUMLAH KUTUB PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA 36 ALUR

Transkripsi

1 MODIFIKASI JUMLAH KUTUB PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA 36 ALUR Muhammad Naim Staf Pengajar Teknik Mesin, Akademi Teknik Soroako, Sorowako * mnaim@ats-sorowako.ac.id Astrak Kecepatan motor induksi 3 fasa dapat diatur dengan menguah jumlah kutu dan frekuensi dari sumer listrik. Untuk menguah esaran frekuensi listrik hampir tidak mungkin jika sumernya menggunakan koneksi Perusahaan Listrik Negara (PLN). Hal ini diseakan PLN telah menetapkan frekuensi konstan seesar 50 Hz. Maka alternatif cara yang lain adalah menguah jumlah kutu pada kumparan pada motor induksi. Tujuan penelitian ini adalah untuk memodifikasi jumlah kutu motor induksi. Eksperimen dilakukan dengan memodifikasi elitan stator pada motor induksi 3 fasa 4 kutu 36 alur menjadi elitan stator motor induksi 3 fasa 6 kutu 36 alur. Hasil modifikasi menunjukan ahwa jumlah lilitan stator peralur persisi adalah 100 lilitan dan jumlah lilitan stator peralur adalah 200 lilitan, dengan diameter penghantar 0.5 mm. Hasil pengujian tanpa ean pada motor induksi seelum dan setelah modifikasi menunjukan penurunan putaran seesar 34 %. Kata Kunci : putaran, motor induksi, jumlah lilitan, modifikasi, kutu Astract The modification of the pole numer on the 3 phase induction motor with 36 stator. The speed of the 3-phase induction motor can e adjusted y altering the numer of poles and the frequency of the power source. To change the frequency, it is almost impossile as the power station has set a constant frequency of 50 Hz. To change the numer of pole can e an alternative way. The aim of this research is to modify the numer of the poles on the 3-phase induction motor. It modifies the induction motor stator winding on a 3 phase-4pole at a 36 stator to a 3 phase-6 pole at a 36 stator. The result shows the numer of the stator winding of the modified motor is 100 each side and 200 each plot, with the conductor diameter of 0.5 mm. The testing result shows the decrease of the speed y 34%. Keywords: rotation, motor, induction, winding, modification, pole 1. Pendahuluan Motor induksi adalah motor arus olak-alik yang paling anyak digunakan seagai motor penggerak di industri yang telah mengkonsumsi 30-80% dari total energi industri di seluruh dunia, didorong oleh keleihan seperti struktur dan konstruksinya yang kokoh, sederhana dan perawatannya mudah (Soemanto, 1993). Pada umumnya motor induksi yang digunakan adalah 3 phasa seagai penggerak poros mesin (Hasanuzzaman dkk, 2011). Kecepatan motor induksi (N S ) dapat diuah dengan menguah jumlah kutu dan frekuensi sesuai dengan persamaan 1, erikut : Ns = (120.f) / p ( 1 ) Dimana f adalah frekuensi (Hz), dan p adalah jumlah kutu (Fitzegerald, 1990). Untuk menguah esaran frekuensi listrik hampir tidak mungkin jika menggunakan sumer listrik dari PLN. Hal ini diseakan PLN telah menetapkan frekuensi konstan seesar 50 Hz. Maka satusatunya cara adalah menguah jumlah kutu pada kumparan stator motor induksi. Dalam penelitian ini dilakukan eksperimen y pada motor induksi 3 fasa 4 kutu 36 alur, dengan memodifikasi elitan stator pada motor. Proses modifikasi memutuhkan data dari motor induksi erupa data dari name plate, elitan 23

2 stator dan inti stator. Data lain yang diutuhkan adalah jumlah kutu, jumlah alur stator, diameter dalam inti stator, dan panjang inti stator. Modifikasi elitan stator yang akan dilakukan pada motor induksi meliputi peruahan jumlah kutu elitan stator dari 4 kutu menjadi 6 kutu, peruahan type elitan stator dari type lonsentrik semi doule layer menjadi type spiral doule layer, dan peruahan diameter kawat dan jumlah lilitan kawat untuk tiap-tiap alur. 2. Kajian Pustaka Motor Induksi Motor induksi merupakan motor arus olak-alik (AC) yang paling anyak digunakan. Penamaan motor induksi erasal dari kenyataan ahwa arus listrik pada rotor motor induksi ukan diperoleh dari sumer tertentu, tetapi merupakan arus listrik yang terinduksi seagai akiat adanya peredaan relatif antara putaran rotor dengan putaran medan putar yang dihasilkan oleh arus listrik pada stator yang diseut dengan slip. Apaila rotor dari motor induksi erputar dengan kecepatan Nr, dan medan magnet stator erputar dengan kecepatan Ns, maka ila ditinjau peredaan kecepatan relatif antara kecepatan medan magnet putar stator terhadap kecepatan rotor yang diseut kecepatan slip (s) yang dirumuskan dengan (Fitzegerald, 1990): mengalir pada penghantar rotor yang erada dalam medan magnet erputar dari stator, sehingga pada penghantar rotor terseut timul gaya-gaya yang erpasangan dan erlawanan arah. Gaya terseut menimulkan torsi yang cenderung memutar rotornya, dan rotor akan erputar dengan kecepatan (Nr) mengikuti putaran medan putar stator (Ns) (Soemanto, 1993, Marthen, 2010). Bagian-agian Motor Induksi Motor induksi 3 fasa terdiri dari 2 agian utama yaitu stator dan rotor. Bagian stator terdiri dari elitan stator yang erfungsi seagai penghasil medan magnet. Inti stator erfungsi seagai tempat kumparan dililitkan dan seagai jalur flux magnet. Rumah stator erfungsi seagai pelindung atau wadah komponen stator. Name plate erfungsi seagai informasi dari motor yang ersangkutan, dan terminal cale erfungsi seagai tempat huungan arus listrik. Bagian rotor terdiri dari atang penghantar yang erfungsi seagai tempat terinduksinya magnet, cincin huung singkat yang mementuk lingkaran tertutup untuk induksi magnet, plat rotor seagai tempat melekatnya atang penghantar dan poros, earing seagai penyangga poros, dan poros seagai penerus putaran (Kulhman, 1950, Soemanto, 1993). s = (Ns-Nr) / Ns ( 2 ) Prinsip Kerja Motor Induksi Prinsip kerja motor induksi adalah erdasarkan induksi elektromagnet, dimana tegangan sumer AC dierikan pada kumparan stator, sehingga kumparan di stator menjadi magnet yang erputar dengan kecepatan sinkron. Garis-garis gaya fluks dari stator yang erputar akan memotong panghantar rotor sehingga pada penghantar rotor terseut timul Gaya Gerak Listrik (GGL) atau tegangan induksi. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian yang tertutup, pada kumparan terseut dapat mengalir arus. Arus Keleihan dan Kekurangan Motor Induksi Keleihan motor induksi adalah mempunyai konstruksi yang sederhana, relatif leih murah harganya ila diandingkan dengan jenis motor yang lainnya, menghasilkan putaran yang konstan, mudah perawatannya, untuk pengasutan tidak memerlukan motor lain seagai penggerak mula, dan tidak memutuhkan sikat-sikat, sehingga rugi gesekan isa dikurangi. Adapun kekurangan motor induksi adalah putarannya sulit diatur, arus asut yang cukup tinggi, erkisar antara 5 s/d 7 kali arus nominal motor, dan power factor rendah pada ean ringan (Soemanto, 1993, Isdiyarto,2010). 24

3 Mulai a Tentukan kisar kumparan Tentukan derajat listrik antar alur erdekatan Tentukan kisar kutu Tentukan Jumlah lilitan stator peralur persisi Tentukan jumlah kelompok kumparan Tentukan jarak antar ujung permulaan tiap terminal fasa elitan Tentukan Jumlah lilitan stator perphasa persisi Tentukan Arus ean penuh perphasa Tentukan jumlah kelompok kumparan perfasa Tentukan daya input motor induksi Tentukan Jumlah lilitan stator peralur persisi Tentukan Diameter penghantar a Selesai Gamar 1. Flow chart perencanaan modifikasi elitan stator 3. Metodologi Dalam penelitian ini dilakukan eksperimen yang diawali dengan studi literatur terhadap penelitian yang erkaitan. Tahap lain dalam penelitian ini adalah pengamilan data dan perancangan untuk mendesain dn memodifikasi elitan stator motor induksi 3 fasa 4 kutu 36 alur menjadi elitan stator motor induksi 3 fasa 6 kutu 36 alur. Tahap selanjutnya adalah modifikasi elitan stator dan pengujian pada motor induksi hasil modifikasi dengan memandingkannya dengan motor seelumnya. Modifikasi yang akan dilakukan pada elitan stator motor induksi 3 fasa memutuhkan data yang ada pada name plate yaitu daya, arus, tegangan, putaran dan memutuhkan data pada stator dan elitan stator yaitu luas alur-alur stator, diameter penghantar, jumlah lilitan per alur dan gamar kumparan. Modifikasi pada elitan stator motor dilakukan dengan perhitungan untuk desain gamar elitan stator motor induksi dan perhitugan untuk menentukan jumlah lilitan kawat pada alur stator serta perhitungan untuk menentukan diameter kawat yang akan digunakan (Gamar 1). 4. Hasil dan Pemahasan Parameter Desain Gamar Belitan Parameter untuk perhitungan desain gamar elitan stator motor induksi (Sawhney, 2000, Vincent, 2013, Tino, 2012) meliputi kisar kumparan, Y z, yang diperoleh dari (3) Dimana Ss adalah jumlah alur stator, dan p adalah jumlah pasang kutu. Parameter selanjutnya adalah jumlah kelompok kumparan untuk elitan doule layer (K), diperoleh dari persamaan: K = 3 x 2 x p (4) Parameter yang lain adalah jumlah kelompok kumparan perphasa (Kr), yang diperoleh dari K r = (5) Dimana m adalah jumlah phasa. 25

4 Parameter selanjutnya adalah derajat listrik antar alur yang erdekatan (ϴ) yang diperoleh dari ϴ = (6) L = (7) Gamar 2 merupakan gamar elitan stator motor induksi 3 phasa 6 kutu yang diperoleh dari hasil perhitungan parameter. Jarak antara ujung permulaan setiap terminal phasa elitan (L), diperoleh dari persamaan: Gamar 2. Belitan stator motor induksi 3 phasa 6 kutu Menentukan Jumlah Lilitan Kawat pada Alur Stator dan Diameter Kawat Parameter untuk menentukan jumlah lilitan kawat pada alur stator dan diameter kawat yang digunakan meliputi (Sawhney, 2000) daya input (Q dalam KVA), yang diperoleh dari persamaan Q = (HP x 0,746)/(η x cos ϴ ) (8) Dimana HP adalah daya output yang direncanakan, η adalah efisiensi motor, dan cos ϴ adalah faktor daya motor. Parameter selanjutnya adalah kisar kutu (Y) yang diperoleh dari Y = (π x D) /2p (9) Dimana D adalah diameter dalam inti stator (cm). Parameter selanjutnya adalah jumlah lilitan stator perphasa persisi (TS), yang diperoleh dari persamaan: Ts = E / (4,44 x Kw x F x Øm) (10) Øm = Bav x L x Y W (11) Dimana E adalah tegangan line to netral (Volt), Kw adalah konstanta elitan, F adalah frekuensi (Hz), Bav adalah pemeanan magnet spesifik (W/m 2 ) dan L adalah panjang inti stator (cm). Jumlah lilitan stator peralur persisi diperoleh dari Tss = Ts x 2 / (3 x 2p) (12) (Tss) Arus ean penuh perphasa (Is) diperoleh dari Is = Q / ( 3x E ) (13) Luas penghantar, (As) diperoleh dari As = Is/δs (14) Dimana δs adalah kerapatan arus listrik pada penghantar (A/mm 2 ) Diameter penghantar (Ds) diperoleh dari Ds = ((( 4 x as ))/π) (15) Setelah melakukan perhitungan untuk modifikasi elitan stator motor induksi 3 fasa 6 kutu diperoleh jumlah lilitan stator peralur persisi 100 lilitan, jumlah lilitan stator peralur adalah 200 lilitan, dan diameter penghantar, adalah 0,5 mm. 26

5 Pemuatan dan Pemasangan Belitan Stator Pemuatan elitan stator dilakukan dengan menggunakan peralatan antu. Adapun peralatan antu yang digunakan adalah penggulung kumparan, cetakan kumparan, tang potong, palu plastik, dan gunting. Bahan yang digunakan untuk pemuatan elitan stator adalah kawat , kael penghantar, isolasi alur dan isolasi cair untuk kawat . Prosedur dalam pemuatan elitan stator dijelaskan dalam flow chart Gamar 3, sedangkan untuk prosedur pemasangan elitan stator dijelaskan dalam flow chart gamar 4 (Soelaiman, 1995) Pengujian pada motor induksi Pengujian dilakukan pada motor induksi 3 fasa 4 kutu seelum dilakukan modifikasi elitan dan pada motor induksi 3 fasa 6 kutu hasil modifikasi elitan. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tanpa ean untuk mengetahui putaran rotor motor induksi. Dari pengujian tanpa ean diperoleh putaran motor induksi 3 fasa 4 kutu seesar 1490 rpm dan putaran motor induksi 3 fasa 6 kutu seesar 990 rpm. Gamar 5-6 menunjukkan pengujian tanpa ean yang dilakukan pada motor induksi. Mulai Memasukkan kumparan ke dalam alur stator Merapikan kumparan yang telah masuk ke dalam alur stator Mengikat kepala kumparan elitan stator Memeri isolasi cair pada kumparan stator Selesai Gamar 4. Flow chart pemasangan elitan stator Mulai Memuat isolasi alur stator Memuat sampel kumparan pada mal kumparan Gamar 5. Pengujian tanpa ean motor induksi 3 fasa 4 kutu Memuat kumparan stator pada mesin penggulung Memasang isolasi pada alur stator Selesai Gamar 3. Flow chart pemuatan elitan stator Gamar 6. Pengujian tanpa ean motor induksi 3 fasa 6 kutu 27

6 Hasil Perhitungan dan Pengujian Setelah melakukan perhitungan untuk modifikasi elitan stator motor induksi 3 fasa 6 kutu diperoleh jumlah lilitan stator peralur persisi 100 lilitan dan jumlah lilitan stator peralur adalah 200 lilitan dengan diameter penghantar 0,5 mm. Pengujian tanpa ean yang dilakukan pada motor induksi 3 fasa 4 kutu diperoleh kecepatan putaran motor induksi seesar 1490 rpm dan pengujian tanpa ean yang dilakukan pada motor induksi 3 fasa 6 kutu diperoleh kecepatan putaran motor induksi seesar 990 rpm. 5. Kesimpulan dan Saran Kesimpulan dari penelitian ini adalah ahwa modifikasi yang dilakukan pada elitan stator motor induksi 3 fasa 4 kutu menjadi elitan stator motor induksi 3 fasa 6 kutu menyeakan terjadinya penurunan putaran motor induksi seesar 34 % dari 1490 rpm menjadi 990 rpm. Hal yang elum terlihat dari penelitian ini adalah pengamilan data kecepatan putaran motor induksi ketika motor induksi dieani dengan ean listrik ataupun ean mekanik, yang dapat menjadi penelitan lanjut. Sawhney AK, 2000, Electrical machine design. New Delhi : Dhanfat Rai & Sons. Soelaiman, 1995, Practice of induction motor ( 2 th editon, PT.Pradya Paramita Jakarta Soemanto, 1993, Motor Arus Bolak-Balik, Edisi I, Andi Offset, Yogyakarta. Tino A, Amrosius, 2012, Pengaruh modifikasi Belitan Stator Motor Induksi 1 fasa rotor sangkar menjadi motor induksi 3 fasa terhadap peruahan daya keluaran,jurnal ELTEK, Vol 10 No 02 : Vincent D, Bindu R, 2013, Three phase induction motor design in windows programming platform, International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT) Volume 3, Issue 1, July Daftar Pustaka Ansori, N. Mustaji, M.I., 2013, Sistem Perawatan Terpadu, Graha Ilmu, Yogyakarta. Fitzegerald AE, Mesin-Mesin Listrik. Edisi keempat, Jakarta, Erlangga Isdiyarto, 2010, Dampak peruahan putaran terhadap unjuk kerja motor induksi 3 fasa jenis rotor sangkar, Jurnal Kompetensi Teknik vol.1, no.2 : Hasanuzzaman M, Rahim NA, Saidur R, Kazi SN, 2011, Energy savings and emissions reductions for rewinding and replacement of industrial motor, Energy, Volume 36, Issue 1, January 2011, Kulhman JH, 1950, Design of electrical apparatus (3 th edition, John Wiley & Sons Inc New York 1950). Marthen P, 2010, Perencanaan dan pengujian kumparan motor induksi 3 fasa, Jurnal di MEDIA ELEKTRIK, Volume 5, Nomor 2, Desemer 28

7 29