Penurunan Rating Tegangan pada Belitan Motor Induksi 3 Fasa dengan
Metode Rewinding untuk Aplikasi Kendaraan Listrik
Muhammad Qahhar 2209 100 104
Dosen Pembimbing: Dedet Candra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D. Dimas Anton Asfani, ST., MT., Ph.D.
1
Latar Belakang
2
Motor Penggerak
Baterai
Motor Penggerak
• EFISIENSI
1. PMBM
2. IM
3. SRM
4. DCM
3
PENGEMBANGAN
1. IM
2. DCM
3. PMBM
4. SRM
KEANDALAN
1. IM
2. DCM
3. PMBM
4. SRM
KERAPATAN DAYA
1. PMBM
2. IM
3. SRM
4. DCM
FAKTOR BIAYA
1. IM
2. DCM
3. SRM
4. PMBM
DC MOTOR (DCM) PERMANENT MAGNET BRUSHLESS MOTOR (PMBM)
INDUCTION MOTOR (IM) SWITCHED RELUCTANCE MOTOR (SRM)
PU
IL
4
5
TOPIK UTAMA
Motor Induksi
Penurunan Rating
Tegangan
Perbandingan Karakteristik
Batasan Masalah
• Pengukuran nilai parameter menggunakan peralatan laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro ITS
• Rewinding dilakukan dengan bantuan teknisi ahli
• Simulasi dan analisis menggunakan perangkat lunak
6
Parameter Motor Induksi 3 Fasa Awal
7
Parameter Nilai
Manufacturer Alliance-Motori
Rated Voltage 220/380 V
Output Power 1 HP
Rated Current 3.6/2.1 A
Power Factor 0.76
Rated Speed 1390 rpm
Rated Frequency 50 Hz
Number of Poles 4
Insulation Class (Is) F
Index Protection (IP) 55
Type A-Y3A-80M2-4 B3
Parameter Nilai
Type A-Y3A-80M2-4 B3
Output Power 1 HP
Rated Speed 1390 rpm
Rated Frequency 50 Hz
Efficiency 73 %
Power Factor 0,76
Rotor Inertia 0,0021 kg.m2
Penambahan Mounting, Terminal, dan Coupling Gear
8
Penentuan Rangkaian ekivalen Motor Induksi 3 Fasa
Tes DC
Tes no-load
Tes blocked-rotor
9
Tes DC IDC (A) VDC (V) R1 (Ω)
0 0 0
0,15 2,8 18,666667
0,3 5,7 19
0,45 8,5 18,888889
0,6 11,5 19,166667
0,75 14,4 19,2
0,9 17,4 19,333333
1,05 20,6 19,619048
1,2 23,6 19,666667
1,35 26,7 19,777778
1,5 30,1 20,066667
1,65 34,5 20,909091
1,8 38,1 21,166667
1,95 42,6 21,846154
2,1 46,6 22,190476
10 nilai rata-rata R1 sebesar 19,96415 Ω.
𝑅1 =𝑉𝐷𝐶𝐼𝐷𝐶
Tes no-load
11
VLN (V) cos φ IL (A)
0 0 0
20 0,55 0,52
30 0,56 0,78
35 0,83 0,38
40 0,8 0,31
60 0,59 0,28
80 0,4 0,3
100 0,29 0,37
120 0,19 0,44
140 0,14 0,52
160 0,1 0,61
180 0,09 0,72
200 0,07 0,84
220 0,04 1,05
240 0,03 1,27
Tes blocked-rotor
12
VLN 83,5
cos φ 0,59
IL 2,1
Penentuan Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 Fasa
Awal (1) • tes DC:
R1 = 19,96415 Ω
• tes No-load: IL = 1,05 A Vϕ,nl = 220 V
𝑍𝑒𝑞.𝑛𝑙 = 209,52 Ω ≈ 𝑋1 + 𝑋𝑀
Rugi tembaga stator yaitu
𝑃𝑆𝐶𝐿 = 3. 𝐼12. 𝑅1 = 3. 1,05 𝐴 2. 19,96 Ω = 66,03 𝑊
Rugi no-load yaitu 𝑃𝑛𝑙 = 3 . 𝑉∅. 𝐼𝐿 . 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 3 . 220 . 1,05 . 0,07 = 48,51 𝑊
13
Penentuan Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 Fasa
Awal (2) • tes blocked-rotor:
𝑍𝐿𝑅 =𝑉∅𝐼𝐿
= 83,5
2,1= 39,76 Ω
dan sudut impedansi (θ) yaitu
𝜃 = cos−1 𝑃𝐹 = cos−1 0,59 = 53,84° maka, RLR = 39,76 . cos (53,84°) = 23,46 Ω = R1+R2.
R1 = 19,96415 Ω R2 = 3,49585 Ω
𝑋𝐿𝑅 = 39,76 . 𝑠𝑖𝑛 (53,84°) = 32,104 𝛺
untuk motor induksi kelas A, maka reaktansinya dibagi sama rata antara rotor dan stator
𝑿𝟏 = 𝑿𝟐 = 𝟏𝟔, 𝟎𝟓𝟐 𝜴 𝑿𝑴 = 𝑍𝑛𝑙 − 𝑋1 = 209,52 − 16,052 = 𝟏𝟗𝟑, 𝟒𝟕𝟐 𝜴
14
Rangkaian Ekivalen Total Motor Induksi 3 Fasa Awal
15
Nilai Ekivalen Thevenin Motor Induksi 3 Fasa Awal
• 𝑉𝑇𝐻 ≈ 𝑉∅𝑋𝑀
𝑋1+𝑋𝑀= 𝑉∅
𝑋𝑀
𝑅12+(𝑋1+𝑋𝑀)2
𝑉𝑇𝐻 = 202,229 𝑉
• 𝑅𝑇𝐻 ≈ 𝑅1 𝑋𝑀
𝑋1+𝑋𝑀
2
𝑅𝑇𝐻 ≈ 17,0223 𝛺
• 𝑋𝑇𝐻 ≈ 𝑋1
𝑋𝑇𝐻 ≈ 16,052 𝛺
16
Slip dan Torsi Motor Induksi 3 Fasa
• 𝑆𝑚𝑎𝑥 =𝑅2
𝑅𝑇𝐻2+(𝑋𝑇𝐻+𝑋2)
2
𝑺𝒎𝒂𝒙 = 𝟎, 𝟏𝟎𝟖 = 𝟏𝟎, 𝟖%
• 𝜏𝑚𝑎𝑥 =3𝑉𝑇𝐻
2
2𝜔𝑠𝑦𝑛𝑐 𝑅𝑇𝐻+ 𝑅𝑇𝐻2+ 𝑋𝑇𝐻+𝑋2
2
𝝉𝒎𝒂𝒙 = 𝟕, 𝟑𝟐 𝑵.𝒎
• 𝜏𝑖𝑛𝑑 =3𝑉𝑇𝐻
2 .𝑅2 𝑠
𝜔𝑠𝑦𝑛𝑐 𝑅𝑇𝐻+𝑅2 𝑠 2+ 𝑋𝑇𝐻+𝑋22
𝝉𝒊𝒏𝒅 = 𝟕, 𝟏𝟑 𝑵.𝒎
• 𝜏𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡 = 3𝑉𝑇𝐻
2.𝑅2
𝜔𝑠𝑦𝑛𝑐 𝑅𝑇𝐻+𝑅22+ 𝑋𝑇𝐻+𝑋2
2
𝝉𝒔𝒕𝒂𝒓𝒕 = 𝟏, 𝟖𝟖 𝑵.𝒎 17
Konstruksi Motor Induksi 3 Fasa Awal
Parameter Nilai
Tegangan Fasa Rating 220 V
Arus Rating 2,1 A
Jumlah kutub (P) 4
Jumlah slot stator (G) 24
Diameter inti stator (D) 10,64 cm
Panjang inti stator (L) 6,8 cm
Diameter konduktor 0,55 mm
Jumlah belitan per kutub per fasa
125
18
Jumlah belitan pada sebagian kutub sebesar 128 belitan
Penghitungan Belitan secara Teoritis
• 𝜏𝑝 = 𝜋.𝐷
𝑃=
𝜋 .0,1064 𝑚
4= 𝟎, 𝟎𝟖𝟑𝟔 𝒎
• motor dengan diameter inti stator 0,15 meter digunakan Bav = 0,35 Wb/m2
ɸ = 𝐵𝑎𝑣. 𝐿. 𝜏𝑝 = 0,35 . 0,068 . 0,0836 = 𝟏, 𝟗𝟗 𝐱 𝟏𝟎−𝟑 𝐖𝐛
• 𝑛 = 𝑞 =𝐺
𝑃 .𝑀=
24
4 .3= 𝟐
• 𝑘𝑝 = 𝑠𝑖𝑛180°
2= 𝟏
• 𝛾 =360°
𝐺=
360°
24= 𝟏𝟓° 𝒓𝒂𝒅𝒊𝒂𝒏
• 𝑘𝑑 =𝑠𝑖𝑛(2 .(15°/2))
2 .𝑠𝑖𝑛(15°/2)= 𝟎, 𝟗𝟗𝟏𝟒
• 𝑇𝑝ℎ =56
4,44 .50 .1,99 x 10−3 .0,9914 .1 = 𝟏𝟐𝟖 𝐛𝐞𝐥𝐢𝐭𝐚𝐧/fasa
= 32 belitan/fasa/kutub
19
Penentuan Ukuran Konduktor (1)
• 𝑆𝐴 = 3𝑉𝐴𝐼𝐴 = 𝑆𝐵 = 3𝑉𝐵𝐼𝐵 • 𝑉𝐴 = 220 𝑉 ; 𝑉𝐵 = 56 𝑉, maka
𝐼𝐵 = 220
56 𝐼𝐴
𝐼𝐵 = 220
56. 2,1 = 𝟖, 𝟐𝟓 𝑨
• 𝛼𝐴 = 𝐼𝐴
𝛿 , 𝛼𝐵 =
𝐼𝐵
𝛿, maka
𝛼𝐵 = 220
56 𝛼𝐴
• ∝𝐴= 𝜋 . 𝑟2 = 𝜋 . 0,2752 = 0,23768 𝑚𝑚2
• 𝛼𝐵 = 220
56 .0,23768 𝑚𝑚2 = 0,933743 𝑚𝑚2
• 𝐷𝐵 = 2.𝛼𝐵
𝜋
𝐷𝐵 = 2.0,933743
𝜋= 1,09 𝑚𝑚 ≈ 𝟏, 𝟏 𝒎𝒎
20
Penentuan Ukuran Konduktor (2)
• diameter konduktor paralel 4 adalah
𝛼𝐵 =0,933743 𝑚𝑚2
4= 0,233436 𝑚𝑚2
𝐷𝐵 = 2.0,233436
𝜋
= 0,545 𝑚𝑚 ≈ 𝟎, 𝟓𝟓 𝒎𝒎
21
Penentuan Jumlah Belitan • 3 . 𝑇𝐴. 𝐼𝐴 = 3 . 𝑇𝐵 . 𝐼𝐵
• 𝑇𝐵 =2,1
8,25𝑇𝐴
𝑇𝐵 =2,1
8,25. 125 = 𝟑𝟐 𝐛𝐞𝐥𝐢𝐭𝐚𝐧
• 𝑍𝐵 = 2 . 32 = 𝟔𝟒 𝐤𝐨𝐧𝐝𝐮𝐤𝐭𝐨𝐫
22
Konstruksi Motor Induksi 3 Fasa Baru
Parameter Nilai
Tegangan Fasa Rating 56 V
Arus Rating 8,25 A
Jumlah kutub (P) 4
Jumlah slot stator (G) 24
Diameter inti stator (D) 10,64 cm
Panjang inti stator (L) 6,8 cm
Diameter konduktor 4 x 0,55 mm
Jumlah belitan per fasa per kutub (TB)
32
Jumlah Konduktor per fasa per kutub (ZB)
64
23
Rangkaian Ekivalen Total Motor Induksi 3 Fasa Baru
24
Parameter Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 Fasa Baru
Parameter Nilai
R1 1,0297 Ω
X2 1,02 Ω
R2 0,4973 Ω
X2 1,02 Ω
XM 12,3771 Ω
VTH 51,584 V
RTH 0,879 Ω
XTH 1,02 Ω
Smax 22,39 %
τmax 8,19 N.m
τind 5,47 N.m
τstart 4,17 N.m 25
Perbandingan Parameter Rangkaian Ekivalen Motor
Sebelum dan Sesudah Rewinding Parameter Nilai
R1 19,96415 Ω
X2 16,052 Ω
R2 3,49585 Ω
X2 16,052 Ω
XM 193,472 Ω
VTH 202,229 V
RTH 17,0223 Ω
XTH 16,052 Ω
Smax 10,8 %
τmax 7,32 N.m
τind 7,13 N.m
τstart 1,88 N.m 26
Parameter Nilai
R1 1,0297 Ω
X2 1,02 Ω
R2 0,4973 Ω
X2 1,02 Ω
XM 12,3771 Ω
VTH 51,584 V
RTH 0,879 Ω
XTH 1,02 Ω
Smax 22,39 %
τmax 8,19 N.m
τind 5,47 N.m
τstart 4,17 N.m
Perbandingan Karakteristik Torsi Induksi (motor awal dan baru)
27
8,19 N.m
7,32 N.m
4,17 N.m
1,88 N.m
Perbandingan Karakteristik Power Converted (motor awal dan baru)
28
Perbandingan Karakteristik Efisiensi (motor awal dan baru)
29
Tes Pembebanan Motor Induksi 3 Fasa Baru
30
3 phase Voltage Source Magnetic powder brake
Cos phi meter
Brake control rheostat Ampere meter
Rpm meter
Tacho generator Motor induksi
Hasil Tes Pembebanan Riil
• Pout dan Τload yang tercatat disini tidak terukur secara spesifik
31
VLN
(V)
IL
(A) cos φ
nm
(rpm)
wm
(rad/s)
Pin
(W)
Pout *
(W)
Τload *
(N.m)
56 4,35 0,23 1440 150,72 168,08 62,43 0,414211
55 5 0,6 1400 146,53 495 389,35 3,378071
55 5,5 0,68 1375 143,92 617,1 511,45 4,287898
54 6 0,74 1360 142,35 719,28 613,63 5,053016
54 6,5 0,79 1340 140,25 831,87 726,22 5,931196
54 7 0,81 1320 138,16 918,54 812,89 6,648379
53 7,5 0,83 1300 136,07 989,77 884,12 7,274192
52 8 0,84 1280 133,97 1048,3 942,67 7,824841
Karakteristik Torsi Induksi vs Kecepatan (simulasi & riil)
32
Karakteristik Power Output vs Kecepatan (simulasi & riil)
33
Perbandingan karakteristik dan biaya motor induksi 3 fasa tegangan rendah
Parameter Motor Induksi 3 Fasa Tegangan Rendah
A B
Manufacturer Alliance-Motori Electro Vehicle Europe Rated Voltage 56 V 48 V Rated battery voltage 72 VDC 48 VDC
Rated power (1h) 0,75 kW 4 kW
Peak Power (60 s) 1 kW 6 kW
Peak torque (60 s) 8,2 N.m 30 N.m
Rated current (1 h) 8,25 A 120 A
Rated frequency 50 Hz 100 Hz
Rated speed 1270 rpm 2900 rpm
Weight 5 kg 21 kg
IP protection class IP 55 IP 66
Estimated Total Cost Rp 1.300.000,- € 500.00 / Rp 6.300.000,-
34
Kesimpulan • Rewinding menyebabkan penambahan slip pada motor induksi 3
fasa baru tanpa mengubah karakteristik daya dan efisiensi yang dihasilkan oleh motor
• Torsi maksimum pada motor induksi 3 fasa sesudah rewinding lebih besar menjadi 8,2 N.m dari nilai torsi motor induksi 3 fasa awal sebesar 7,3 N.m.
• Motor induksi 3 fasa baru (sesudah rewinding) memiliki keuntungan biaya yang jauh lebih rendah, lebih aman terhadap bahaya tegangan tinggi serta mengurangi dimensi baterai yang digunakan pada kendaraan listrik
35
Terima kasih
36
