BAB MOTOR NDUKS TGA FASA.1 Umum Motor induki merupakan motor aru bolak balik (AC) yang paling lua digunakan dan dapat dijumpai dalam etiap aplikai indutri maupun rumah tangga. Penamaannya beraal dari kenyataan bahwa aru rotor motor bukan diperoleh dari umber tertentu, tetapi merupakan aru yang terinduki ebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihailkan aru tator. Hampir emua motor AC yang digunakan adalah motor induki, terutama motor induki tiga faa yang paling banyak dipakai pada perindutrian, karena memiliki banyak keunggulan. Keunggulan motor induki tiga faa antara lain memiliki kontruki yang angat ederhana dan kuat khuunya motor induki rotor angkar, harganya yang murah, mempunyai effiieni yang tinggi, dan tidak menggunakan ikat ehingga faktor geekan dapat dihindari erta perawatannya yang lebih mudah. Selain itu motor induki juga memiliki beberapa kelemahan bila dibandingkan dengan mein lainnya yaitu pengaturan kecepatannya tidak dapat dilakanakan tanpa mengurangi effiieninya, putaran motor akan turun eiring dengan meningkatnya beban yang dipikul, dan memiliki aru tart yang bear. 5
. Kontruki Motor nduki Tiga Faa Secara umum motor induki terdiri dari rotor dan tator. Rotor merupakan bagian yang berputar, edangkan tator adalah bagian yang diam. Diantara tator dan rotor terdapat celah udara yang jaraknya angat kecil. Kontruki motor induki dapat dilihat pada Gambar.1 dibawah ini. Gambar.1. Kontruki motor induki tiga faa Komponen tator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam dan mengalirkan aru faa. Stator terdiri ata tumpukan laminai inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk ilindri. Alur pada tumpukan laminai inti diiolai dengan kerta. Tiap elemen laminai inti dibentuk dari lembaran bei. Tiap lembaran bei terebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan terebar dalam alur yang diebut belitan faa dimana untuk motor tiga faa, belitan terebut terpiah ecara litrik ebear 10 o. Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapi dengan iolai tipi. Kemudian tumpukan inti dan belitan tator diletakkan dalam cangkang ilindri. 6
.3 Jeni Motor nduki Tiga Faa Ada dua jeni motor induki tiga faa berdaarkan rotornya yaitu : 1.Motor induki tiga faa angkar tupai.motor induki tiga faa rotor belitan. Kedua motor ini bekerja pada prinip yang ama dan mempunyai kontruki tator yang ama tetapi berbeda pada kontruki rotornya..3.1 Motor nduki Tiga Faa Sangkar Tupai Penampang motor angkar tupai memiliki kontruki yang ederhana. nti tator pada motor angkar tupai tiga faa terbuat dari lapian lapian pelat baja beralur yang didukung dalam rangka tator yang terbuat dari bei tuang atau pelat baja yang dipabrikai. Lilitan lilitan kumparan tator diletakkan dalam alur tator yang terpiah 10 derajat litrik. Lilitan faa ini dapat diambung dalam hubungan delta ( Δ ) ataupun bintang ( Υ ). Rotor jeni rotor angkar ditunjukkan pada Gambar. di bawah ini. Gambar. Rotor angkar dan bagian- bagiannya Batang rotor dan cincin ujung motor angkar tupai yang lebih kecil adalah coran tembaga atau aluminium dalam atu lempeng pada inti rotor. Dalam motor yang lebih bear, batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan ke dalam alur 7
rotor dan kemudian dila dengan kuat ke cincin ujung. Batang rotor motor angkar tupai tidak elalu ditempatkan paralel terhadap poro motor tetapi kerapkali dimiringkan. Hal ini akan menghailkan tori yang lebih eragam dan juga mengurangi derau dengung magnetik ewaktu motor edang berputar. Pada ujung cincin penutup dilekatkan irip yang berfungi ebagai pendingin..3. Motor nduki Tiga Faa Rotor Belitan Motor rotor belitan berbeda dengan motor rotor angkar tupai dalam hal kontruki rotornya. Seperti namanya, rotor pada motor induki rotor belitan dililit dengan lilitan teriolai erupa dengan lilitan tator. Lilitan faa rotor dihubungkan ecara Υ dan maing maing faa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin lip yang terpaang pada poro rotor. Secara kematik dapat dilihat pada Gambar.3. Dari gambar ini dapat dilihat bahwa cincin lip dan ikat emata mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkaian rotor. Gambar.3 Cicin lip 8
Pada motor ini, cincin lip yang terhubung ke ebuah tahanan variabel luar yang berfungi membatai aru pengautan dan yang bertanggung jawab terhadap pemanaan rotor. Selama pengautan, penambahan tahanan luar pada rangkaian rotor belitan menghailkan tori pengautan yang lebih bear dengan aru pengautan yang lebih kecil dibanding dengan rotor angkar. Kontruki motor tiga faa rotor belitan ditunjukkan pada Gambar.4 di bawah ini. Gambar.4 Rotor belitan motor induki 3 faa.4 Medan Putar Perputaran motor pada mein aru bolak balik ditimbulkan oleh adanya medan putar (fluk yang berputar) yang dihailkan dalam kumparan tatornya. Medan putar ini terjadi apabila kumparan tator dihubungkan dalam faa banyak, umumnya 3 faa. Hubungan dapat berupa hubungan bintang atau delta. Mialkan kumparan a a; b b; c c dihubungkan 3 faa, dengan beda faa maing maing 10 0 (Gambar.5a) dan dialiri aru bolak-balik. Ditribui aru i a, i b, i c ebagai fungi waktu adalah eperti Gambar.5b. Pada keadaan t 1, t, 9
t 3, dan t 4, fluk reultan yang ditimbulkan oleh kumparan terebut maing maing adalah eperti Gambar.5c. Pada t 1 fluk reultan mempunyai arah ama dengan arah fluk yang dihailkan oleh kumparan a a; edangkan pada t, fluk reultannya mempunyai arah ama dengan arah fluk yang dihailkan oleh kumparan c c; dan untuk t 3 fluk reultan mempunyai arah ama dengan fluk yang dihailkan oleh kumparan b b. Untuk t 4, fluk reultannya berlawanan arah dengan fluk reultan yang dihailkan pada aat t 1 keterangan ini akan lebih jela pada analia vektor. Gambar.5 (a) Kumparan a a; b b; c c dihubungkan 3 faa (b) Aru tiga faa etimbang (c) Medan putar pada motor induki tiga faa Dari Gambar.5 diata terlihat fluk reultan ini akan berputar atu kali. Oleh karena itu untuk mein dengan jumlah kutub lebih dari dua, kecepatan inkron dapat diturunkan ebagai berikut : 10
n = 10.f p (.1) dimana: n = Kecepatan inkron (rpm) f = frekueni umber ( Hz ) p = jumlah kutub.4.1 Analii Secara Vektor Analii ecara vektor didapatkan ata daar : 1. Arah fluk yang ditimbulkan oleh aru yang mengalir dalam uatu lingkar euai dengan perputaran ekrup (Gambar.6). Gambar.6 Arah fluk yang ditimbulkan oleh aru yang mengalir dalam uatu lingkar. Bearan fluk yang ditimbulkan ini ebanding dengan aru yang mengalir. Notai yang dipakai untuk menyatakan arah aru yang mengalir pada kumparan a a, b b, dan c c pada Gambar.7a yaitu: aru mauk, apabila tanda ilang (x) terletak pada pangkal konduktor terebut (titik a, b, c), edangkan aru keluar apabila tanda titik (. ) terletak pada pangkal konduktor terebut. Maka diagram vektor untuk fluk total pada keadaan t 1, t, t 3, t 4 pada Gambar.5, dapat dilihat pada Gambar.7. 11
Gambar.7 Diagram vektor untuk fluk total pada keadaan t 1, t, t 3, t 4 Dari emua diagram vektor di ata dapat dilihat bahwa fluk reultan yang dihailkan berputar..5 Slip Motor induki tiga faa tidak dapat berputar pada kecepatan inkron. Seandainya hal ini terjadi, maka rotor akan tetap diam relatif terhadap fluki yang berputar. Maka tidak akan ada ggl yang diindukikan dalam rotor, tidak ada aru yang mengalir pada rotor, dan karenanya tidak akan menghailkan kopel. Kecepatan rotor ekalipun tanpa beban, lebih kecil edikit dari kecepatan inkron agar adanya tegangan induki pada rotor, dan akan menghailkan aru di rotor, aru induki ini akan berinteraki dengan fluk litrik ehingga menghailkan kopel. Seliih antara kecepatan rotor dengan kecepatan inkron diebut lip (). Slip dapat dinyatakan dalam putaran etiap menit, tetapi lebih umum dinyatakan ebagai peren dari kecepatan inkron. 1
n n r Slip () = 100% n (.) dimana: n r = kecepatan rotor (rpm) Peramaan. di ata memberikan informai yaitu : 1. aat = 1 dimana n r = 0, ini berarti rotor maih dalam keadaan diam atau akan berputar.. = 0 menyatakan bahwa n = n r, ini berarti rotor berputar ampai kecepatan inkron. Hal ini dapat terjadi jika ada aru dc yang diinjekikan ke belitan rotor, atau rotor digerakkan ecara mekanik. 3. 0 < < 1, ini berarti kecepatan rotor diantara keadaan diam dengan kecepatan inkron. Kecepatan rotor dalam keadaan inilah dikatakan kecepatan tidak inkron..6 Prinip Kerja Motor nduki Tiga Faa Secara umum prinip kerja motor induki tiga faa dapat dijabarkan dalam langkah-langkah berikut: 1. Pada keadaan beban nol ketiga faa tator yang dihubungkan dengan umber tegangan tiga faa yang etimbang menghailkan aru pada tiap belitan faa.. Aru pada tiap faa menghailkan fluki bolak-balik yang berubah-ubah. 3. Amplitudo fluki yang dihailkan berubah ecara inuoidal dan arahnya tegak luru terhadap belitan faa. 4. Akibat fluki yang berputar timbul ggl pada tator motor yang bearnya adalah e 1 = dφ N 1 dt atau E1 = 1 4,44fN Φ 13
5. Penjumlahan ketiga fluki bolak-balik ecara periodik akan menghailkan medan putar yang diebut dengan kecepatan inkron n. Bearnya nilai n ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekueni tator f yang dirumukan euai dengan peramaan.1 6. Fluki yang berputar terebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induki (ggl) ebear E yang bearnya E = 4,44fN Φ m dimana : E 1 = Tegangan pada tator (Volt) E = Tegangan induki pada rotor aat rotor dalam keadaan diam (Volt) N 1 = Jumlah lilitan kumparan tator N = Jumlah lilitan kumparan rotor Ф m = Fluki makimum (Wb) 7. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl terebut akan menghailkan aru. 8. Adanya aru di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F pada rotor 9. Bila kopel mula yang dihailkan oleh gaya F cukup bear untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar earah medan putar tator. 10. Perputaran rotor akan emakin meningkat hingga mendekati kecepatan inkron. Perbedaan kecepatan medan tator (n ) dan kecepatan rotor (n r ) diebut lip () dan dinyatakan dengan n n r = n 100% 14
11. Pada aat rotor dalam keadaan berputar, bearnya tegangan yang terinduki pada kumparan rotor akan bervariai tergantung bearnya lip. Tegangan induki ini dinyatakan dengan E yang bearnya E = 4,44fN Φ ( Volt ) m dimana E = tegangan induki pada rotor dalam keadaan berputar (Volt) 1. Bila n = n r, tegangan tidak akan terinduki dan aru tidak akan mengalir pada kumparan rotor, karenanya tidak dihailkan kopel. Kopel ditimbulkan jika n r < n..7 Frekueni Rotor Ketika rotor maih dalam keadaan diam, dimana frekueni aru pada rotor ama eperti frekueni maukan. Tetapi ketika rotor akan berputar, maka frekueni rotor akan bergantung kepada kecepatan relatif atau bergantung terhadap bearnya lip. Untuk bear lip tertentu, maka frekueni rotor ebear yaitu, f = (nn nn rr )PP 10 Dengan membagi frekueni rotor etelah berputar dengan frekueni ebelum berputar, maka didapatkan nilai ebagai berikut. ff ff = (nn nn rr ) = nn ' f maka f = f (.3) 15
Telah diketahui bahwa aru rotor dipengaruhi frekueni rotor f ' =f dan ketika aru ini mengalir pada maing maing faa di belitan rotor, akan memberikan reaki medan magnet. Biaanya medan magnet pada rotor akan menghailkan medan magnet yang berputar yang bearnya tergantung atau relatif terhadap putaran rotor ebear n. Pada keadaan tertentu, aru rotor dan aru tator menghailkan ditribui medan magnet yang inuoidal dimana medan magnet ini memiliki magnitud yang kontan dan kecepatan medan putar n yang kontan. Kedua hal ini merupakan medan magnetik yang berputar ecara inkron. Kenyataannya tidak eperti ini karena pada tator akan ada aru magnetiai pada kumparannya..8 Rangkaian Ekivalen Motor nduki Untuk mempermudah analii motor induki, digunakan metoda rangkaian ekivalen per faa. Motor induki dapat dianggap ebagai tranformator dengan rangkaian ekunder berputar. Rangkaian ekivalen tatornya dapat dilihat pada Gambar.8 berikut ini. R 1 X 1 1 0 V 1 Rc c X m m E 1 Gambar.8 Rangkaian ekivalen tator motor induki dimana : 0 = aru ekitai (Ampere) 16
V 1 = tegangan terminal tator ( Volt ) E 1 = ggl lawan yang dihailkan oleh fluk celah udara reultan ( Volt ) 1 = aru tator ( Ampere ) R 1 = tahanan efektif tator ( Ohm ) X 1 = reaktani bocor tator ( Ohm ) Aru tator terbagi ata komponen, yaitu komponen aru beban dan komponen aru penguat 0. Komponen aru penguat 0 merupakan aru tator tambahan yang diperlukan untuk menghailkan fluki celah udara reultan, dan merupakan fungi ggm E 1. Komponen aru penguat 0 terbagi ata komponen rugi rugi inti C yang efaa dengan E 1 dan komponen magnetiai M yang tertinggal 90 0 dari E 1. Hubungan antara tegangan yang diindukikan pada rotor ebenarnya ( E rotor ) dan tegangan yang diindukikan pada rotor ekivalen ( E S ) adalah : E E S rotor = N 1 = a (.4) N atau E S = a E rotor (.5) dimana a adalah jumlah lilitan efektif tiap faa pada lilitan tator yang banyaknya a kali jumlah lilitan rotor. Bila rotor diganti ecara magnetik, lilitan ampere maing maing haru ama, dan hubungan antara aru rotor ebenarnya rotor dan aru S pada rotor ekivalen adalah: S = rotor (.6) a 17
ehingga hubungan antara impedani bocor frekueni lip Z S dari rotor ekivalen dan impedani bocor frekueni lip Z rotor dari rotor ebenarnya adalah : E S Z S = = S a E rotor rotor = a Z (.7) rotor Nilai tegangan, aru dan impedani terebut diata didefiniikan ebagai nilai yang refereninya ke tator. Selanjutnya peramaan.7 dapat ditulikan : E S S = Z S = R + jx (.8) dimana : E = Tegangan induki rotor ekivalen (Volt) = Aru rotor ekivalen (Amper) Z S = impedani bocor rotor frekueni lip tiap faa dengan refereni ke tator (Ohm) R = tahanan efektif refereni (Ohm) X = reaktani bocor refereni pada frekueni lip X didefiniikan ebagai harga reaktani bocor rotor dengan refereni frekueni tator (Ohm). Reaktani yang didapat pada peramaan.8 dinyatakan dalam cara yang demikian karena ebanding dengan frekueni rotor dan lip. Jadi X didefiniikan ebagai harga yang akan dimiliki oleh reaktani bocor pada rotor dengan patokan pada frekueni tator. Pada tator ada gelombang fluk yang berputar pada kecepatan inkron. Gelombang fluk ini akan mengimbakan tegangan pada rotor dengan frekueni 18
lip ebear E dan ggl lawan tator E 1. Bila bukan karena efek kecepatan, tegangan rotor akan ama dengan tegangan tator, karena lilitan rotor identik dengan lilitan tator. Karena kecepatan relatif gelombang fluk terhadap rotor adalah kali kecepatan terhadap tator, hubungan antara ggl efektif pada tator dan rotor adalah: E = E 1 (.9) Gelombang fluk magnetik pada rotor dilawan oleh fluk magnetik yang dihailkan komponen beban dari aru tator, dan karenanya, untuk harga efektif = (.10) Dengan membagi peramaan.9 dengan peramaan.10 didapatkan: E S S = E 1 (.11) Didapat hubungan antara peramaan.10 dengan peramaan.11, yaitu E S S = E 1 = R + jx (.1) Dengan membagi peramaan.1 dengan, maka didapat E 1 = R + jx (.13) Dari peramaan.7,.8 dan.13 maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen rotor eperti yang terlihat pada Gambar.9 berikut ini. 19
R X R X E X E 1 R E 1 1 R ( 1) Gambar.9 Rangkaian ekivalen pada rotor motor induki. R R = + R - R R 1 = R + R ( 1) (.14) Dari penjelaan mengenai rangkaian ekivalen pada tator dan rotor di ata, maka dapat dibuat rangkaian ekivalen motor induki tiga faa pada maing maing faanya. Perhatikan Gambar.10 di bawah ini. R 1 X 1 X 1 Φ V 1 Rc c X m m E 1 E R Gambar.10 Rangkaian ekivalen motor induki tiga faa Untuk mempermudah perhitungan maka rangkaian ekivalen pada Gambar.10 diata dapat dilihat dari ii tator, rangkaian ekivalen motor induki tiga faa akan dapat digambarkan eperti pada Gambar.11 berikut ini. 0
R1 X 1 ' ' X 0 V 1 1 X m R c E 1 R ' m c Gambar.11 Rangkaian ekivalen dilihat dari ii tator motor induki dimana: ' X = a X ' R = a R Dalam teori tranformator-tatika, analii rangkaian ekivalen ering diederhanakan dengan mengabaikan eluruh cabang penalaran atau melakukan pendekatan dengan memindahkan langung ke terminal primer. Pendekatan demikian tidak dibenarkan dalam motor induki yang bekerja dalam keadaan normal, karena adanya celah udara yang menjadikan perlunya uatu aru penguatan yang angat bear (30% ampai 40% dari aru beban penuh) dan karena reaktani bocor juga perlu lebih tinggi. Untuk itu dalam rangkaian ekivalen Rc dapat dihilangkan (diabaikan). Rangkaian ekivalen menjadi Gambar.1 berikut ini. 1
R1 X 1 ' ' X ' R 0 V 1 1 X m E 1 R 1 ' ( 1) Gambar.1 Rangkaian ekivalen lain dari motor induki