BAB II MOTOR INDUKSI 3 FASA

BAB II MOTOR INDUKSI 3 FASA 2.1

Umum Motor listrik merupakan beban listrik yang paling banyak digunakan di dunia, motor induksi tiga fasa adalah suatu mesin listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi gerak dengan menggunakan gandengan medan listrik dan mempunyai slip antara medan stator dengan medan rotor. Penamaan motor ini berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar yang dihasilkan arus stator. Keunggulan-keunggulan motor induksi dibanding dengan motor listrik lainnya (HamzahBerahim, 1993) adalah : a) Konstruksi sederhana ringkas dan kuat, b) Memiliki faktor daya yangcukup baik, c) Pemeliharaan mudah dan d) Harganya relative lebih murah. Sedangkan kekurangannya, adalah : a) Daerah pengaturan untuk kecepatan tidak seluas motor arus searah, b) Kecepatan akan turun bila beban bertambah besar, c) Torsi asut tidak lebih baik dibanding dengan motor arus searah shunt

6 http://digilib.mercubuana.ac.id/

2.2

Konstruksi Motor Induksi 3 fasa. Secara umum konstruksi motor induksi tiga fasa terdiri dari stator dan rotor. Stator merupakan bagian dari mesin yang tidak berputar dan terletak pada bagian luar. Sedangkan rotor merupakan bagian dari mesin yang berputar dan letaknya pada bagian dalam. Konstruksi motor induksi dapat dilihat pada gambar berikut. rotor Terminal sumber V frame kipas

Eye hook

Belitan stator

poros

Ganbar 2.1 Konstruksi motor induksi 3 fasa

2.2.1 Stator Stator adalah bagian dari mesin yang tidak berputar yang terletak pada bagian luar dan merupakan tempat mengalirkan arus beban. Stator terbuat dari besi bundar berlaminasi yang mempunyai alur – alur sebagai tempat meletakkan kumparan. Elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi (Gambar 2.2(a)), tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan phasa dimana untuk


motor tiga phasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120º. Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas (Gambar 2.2(b)). Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris (Gambar 2.2(c)). Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang telah disatukan, dan belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga phasa.

(a) (b) Gambar 2.2 Komponen stator motor induksi 3 fasa

( c)

a) Lempengan inti b) Tumpukan inti dengan isolasi kertas c) Tumpukan inti dan kumparan dalam cangkang stator.

2.2.2 Rotor Rotor adalah bagian dari mesin yang berputar dan letaknya pada bagian dalam.Pada motor induksi terdapat dua tipe rotor yang berbeda yaitu rotor sangkar tupai dan rotor belitan. Kedua tipe rotor ini menggunakan laminasi melingkar yang terikat erat pada poros. Penampang rotor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Batang rotor dan cincin ujung sangkar tupai yang kecil merupakan coran


tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Pada motor yang lebih besar, batang rotor dibenamkan dalam alur rotor dan kemudian di las dengan kuat ke cincin ujung. Apabila dilihat tanpa inti rotor, maka batang rotor ini kelihatan seperti kandang tupai.oleh karena itu motor induksi dengan rotor sangkar tupai dinamakan motor induksi sangkar tupai. Pada ujung cincin penutup dilekatkan kipas yang berfungsi sebagai pendingin. Rotor jenis ini tidak terisolasi, karena batangan dialiri arus yang besar pada tegangan rendah. Motor induksi dengan rotor sangkar tupai ditunjukkan pada Gambar 2.3 Cincin alumunium

Batang poros

alumunium

(a)

(b)

Gambar 2.3 (a) tipikal rotor sangkar, (b) motor induksi rotor sangkar

Pada tipe rotor belitan, slot rotor menampung belitan terisolasi yang mirip dengan belitan pada stator. Belitan rotor terdistribusi merata, biasanya terhubung bintang dan masing – masing ujung fasa terbuka yang terhubung pada cincin slip yang terpasang pada rotor. Konstruksi motor induksi tiga fasa rotor belitan ditunjukkan pada Gambar 2.4


(a)

(b)

Gambar 2.4 (a) tipikal rotor belitan, (b) motor induksi rotor belitan

2.3

Medan Putar Perputaran rotor pada motor arus bolak – balik terjadi akibat adanya medan putar ( fluks yang berputar ) yang memotong rotor. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dengan suplai fasa banyak, umumnya tiga fasa. Pada saat terminal tiga fasa motor induksi dihubungkan dengan suplai tiga fasa maka arus bolak – balik tiga fasa ia, ib, ic yang terpisah sebesar 120º derajat satu sama lain akan mengalir pada kumparan stator. Arus – arus ini akan menghasilkan gaya gerak magnet yang kemudian menghasilkan fluks yang berputar atau disebut juga medan putar. Untuk melihat bagaimana medan putar dihasilkan, maka dapat diambil contoh sebuah motor induksi tiga fasa yang dihubungkan dengan sumber tiga fasa sehingga pada stator mengalir arus tiga fasa yang kemudian menghasilkan medan putar, seperti berikut ini :


Gambar 2.5 (a) Diagram phasor fluksi tiga phasa, ( b ) Arus 3 fasa seimbang

Gambar 2.6 Diagram vektor untuk fluksi total pada kondisi t1,t2, t3, t4 Dari semua diagram vektor di atas dapat pula dilihat bahwa fluksi resultan berjalan (berputar).


2.4

Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Pada saat terminal tiga fasa stator motor induksi diberi suplai tegangan tiga fasa seimbang, maka akan mengalir arus pada konduktor di tiap belitan fasa stator dan akan menghasilkan fluksi bolak-balik. Amplitudo fluksi per fasa yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan menghasilkan fluks resultan (medan putar) dengan magnitud yang nilainya konstan yang berputar dengan kecepatan sinkron : ns = 120 ……………………………………………...……… (2.1) dimana : ns = kecepatan sinkron/medan putar (rpm) f = frekuensi sumber daya( Hz ) p= jumlah kutup motor induksi Medan putar akan terinduksi melalui celah udara menghasilkan ggl induksi (ggl lawan) pada belitan fasa stator sebesar :

=-

=-

== 2 Jadi

= 2

∅

.( 2.3 )

∅

(∅ sin

)

(∅ cos

)

∅

(

− 90°)

∴ untuk nilai maksimum sin = 1

∅ 12

http://digilib.mercubuana.ac.id/

=

=

√

,

∅

=

√

∅

..................................................................( 2.2 )

Dimana, e1

=

ggl induksi sesaat stator/fasa (Volt)

Em1

=

ggl induksi maksimum stator/fasa (Volt)

E1

=

ggl induksi efektif stator/fasa (Volt)

f1

=

frekuensi saluran (Hz)

N1

=

jumlah lilitan kumparan stator/fasa

Øm

=

fluks magnetik maksimum (Weber)

Medan putar tersebut juga akan memotong konduktor-konduktor belitan rotor yang diam (perhatikan gambar 2.7). Hal ini terjadi karena adanya perbedaan relatif antara kecepatan fluksi yang berputar dengan konduktor rotor yang diam, yang disebut juga dengan slip (s). S=

................................................................................ ( 2.3 )

Akibat adanya slip, maka ggl (gaya gerak listrik) akan terinduksi pada konduktor-konduktor rotor sebesar :

=-

atau

=

,

∅

...........................................................................( 2.4 )

∅

......................................................................( 2.5 )


dimana : e2

=

ggl induksi sesaat pada saat rotor diam/fasa (Volt)

E2

=

ggl induksi efektif pada saat rotor diam/fasa (Volt)

f2

=

frekuensi arus rotor (Hz)

N2

=

jumlah lilitan pada kumparan rotor/fasa

Øm

=

fluks magnetik maksimum (Weber)

Gambar 2.7 Proses Induksi Medan Putar Stator pada Kumparan Rotor Karena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui cincin ujung (end ring) ataupun tahanan luar, maka arus akan mengalir pada konduktor-konduktor rotor. Karena konduktor-konduktor rotor yang mengalirkan arus ditempatkan di dalam daerah medan magnet yang dihasilkan stator, maka akan terbentuklah gaya mekanik (gaya lorentz) pada konduktor-konduktor rotor. Hal ini sesuai dengan hukum gaya lorentz (perhatikan gambar 2.8) yaitu bila suatu konduktor yang dialiri arus berada dalam suatu kawasan medan magnet, maka konduktor tersebut akan mendapat gaya elektromagnetik (gaya lorentz) sebesar : = . . . sin

.......................................................................( 2.6 )


Dimana : F = gaya yang bekerja pada konduktor (Newton) B = kerapatan fluks magnetik (Wb/m2) i = besar arus pada konduktor (A) l = panjang konduktor (m) θ = sudut antara konduktor dan vektor kerapatan fluks magnetik Gaya F ini adalah hal yang sangat penting karena merupakan dasar dari bekerjanya suatu motor listrik.

Gambar 2.8 Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir dalam suatu lingkar. Arah dari gaya elektromagnetik tersebut dapat dijelaskan oleh kaidah tangan kanan (right-hand rule). Kaidah tangan kanan menyatakan, jika jari telunjuk menyatakan arah dari vektor arus i dan jari tengah menyatakan arah dari vektor kerapatan fluks B, maka ibu jari akan menyatakan arah gaya F yang bekerja pada konduktor tersebut (perhatikan gambar 2.9). Gaya F yang dihasilkan pada konduktor – konduktor rotor tersebut akan menghasilkan torsi (τ). Bila torsi mula yang dihasilkan pada


rotor lebih besar daripada torsi beban (τ0 > τb), maka rotor akan berputar searah dengan putaran medan putar stator.

Gambar 2.9 Aturan tangan kanan Untuk mempelajari prinsip kerja motor induksi tiga fasa, maka dapat dijabarkan dalam beberapa langkah berikut: 1. Apabila belitan stator dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa yang setimbang maka akan mengalir arus pada tiap belitan fasa. 2. Arus yang mengalir pada tiap fasa menghasilkan fluks yang berubahubah untuk setiap waktu. 3. Resultan dari ketiga fluksi bolak-balik tersebut menghasilkan medan putar yang bergerak dengan kecepatan sinkron ns yang besarnya ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi stator f yang dirumuskan ns = 120 rpm 4. Akibat fluksi yang berputar pada stator akan menimbulkan GGL induksi sebesar

=

,

∅

volt

5. Fluksi yang berputar akan memotong batang konduktor pada rotor, akibatnya =

,

pada ∅

rotor

akan

timbul

volt


GGL

induksi

sebesar

6. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka akan mengalir arus (I2). 7. Adanya arus (I2) di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya (F) pada rotor. 8. Gaya (F) akan menghasilkan torsi (τ). Apabila torsi mula yang dihasilkan lebih besar torsi beban, maka rotor akan berputar dengan kecepatan (nr) yang searah dengan medan putar stator. 9. Pada saat berputar,maka ada perbedaan kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan rotor (nr) disebut dengan slip (s) dan dinyatakan dengan: S=

x 100%.....................................................................(2.7)

10. Pada rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi pada kumparan rotor akan bervariasi tergantung besarnya slip. Tegangan induksi ini dinyatakan dengan E2S yang besarnya : E2S = 4,44 SfN2Φm (volt) ……….……………..……...………(2.8) Dimana : E2S = tegangan induksi rotor dalam keadaan berputar (volt) Sf = frekuensi rotor ( frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar ). 11. Apabila ns = nr, maka slip akan bernilai nol. Hal ini akan menyebabkan tidak adanya ggl induksi pada rotor tegangan tidak akan


terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan rotor, sehingga tidak akan dihasilkan torsi.

2.5

Frekuensi Rotor Frekuensi rotor tidak persis sama seperti frekensi stator. Jika rotor motor terkunci sehingga tidak dapat bergerak nr = 0 rpm, maka rotor akan mempunyai frekuensi yang sama seperti stator f2 = f1, dimana pada kondisi ini slip s = 1. Akan tetapi, jika rotor berputar pada kecepatan (mendekati) sinkron nr ≈ ns, maka frekuensi rotor akan menjadi (mendekati) nol f2 ≈ 0, dimana pada kondisi ini slip s ≈ 0. Dari pernyataan di atas, maka dapat dibuat hubungan persamaan frekuensi rotor f2 terhadap frekuensi stator f1 sebagai berikut, f2 = sf1

…………………………………………………………………………..……………………..(2.9)

Dengan mensubstitusikan persamaan (2.4) ke dalam persamaan (2.9), maka didapat, f2 = f1 ………………………………………………………………...(2.10) Dari persamaan (2.1) diketahui bahwa ns = 120f1/P, maka f2 =

f1 =(

−

)

……………………………… (2.11)


BAB II MOTOR INDUKSI 3 FASA

Recommend Documents