motor induksi

MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

-. Motor induksi adalah suatu mesin listrik yang

merubah energi listrik menjadi energi gerak

dengan menggunakan gandengan medan listrik

dan mempunyai slip antara medan stator dan

medan rotor.

-. Motor induksi merupakan motor yang paling

banyak kita jumpai dalam industri.

Konstruksi motor tiga phasa

Bagian Motor Induksi Tiga Phasa

Stator

-. Stator adalah bagian dari mesin yang tidak berputar dan terletak pada bagian luar. Dibuat dari besi bundar berlaminasi dan mempunyai alur – alur sebagai tempat meletakkan kumparan.

Rotor

-. Rotor sangkar

Adalah bagian dari mesin yang berputar bebas dan letaknya bagian dalam. Terbuat dari besi laminasi yang mempunayi slot dengan batang alumunium / tembaga yang dihubungkan singkat pada ujungnya.

Rotor Sangkar

Konstruksi rotor sangkar ( squarrel-cage rotor )

Rotor kumparan ( wound rotor )

Kumparan dihubungkan bintang dibagian dalam dan ujung yang lain dihubungkan dengan slipring ke tahanan luar. Kumparan dapat dikembangkan menjadi pengaturan

kecepatan putaran motor.

Pada kerja normal slipring hubung singkat secara otomatis, sehingga rotor bekerja

seperti rotor sangkar.

Jenis Rotor Belitan

Konstruksi rotor kumparan ( wound rotor ).

Keuntungan motor tiga phasa -.Konstruksi sangat kuat dan sederhana terutama

bila motor dengan rotor sangkar.

-. Harganya relatif murah dan kehandalannya tinggi.

-. Effesiensi relatif tinggi pada keadaan normal, tidak ada sikat sehingga rugi gesekan kecil.

-. Biaya pemeliharaan rendah karena

pemeliharaan motor hampir tidak diperlukan.

KERUGIAN PENGGUNAAN MOTOR INDUKSI

• Kecepatan tidak mudah dikontrol

• Power faktor rendah pada beban ringan

• Arus start biasanya 5 sampai 7 kali dari arus nominal

PRINSIP KERJA MOTOR (Gaya Lorentz)

F = Gaya B = Kerapatan fluksI = Arus L = Konduktor

Arus listrik (i) yang dialirkan di dalam suatu medan magnet dengan kerapatan Fluks (B) akan menghasilkan suatu gayaSebesar:

Nilai F Dipengaruhi Banyaknya Lilitan ( N )

Linear Motor

Prinsip kerja 3 Phasa

1. Bila sumber tegangan tiga phasa dipasang pada kumpara stator, maka pada kumparan stator akan timbul medan putar dengan kecepatan

P

fns

120ns = kecepatan sinkron

f = frekuensi sumberp = jumlah kutup

P

fns

120

2. Medan putar stator akan memotong konduktor yangterdapat pada sisi rotor, akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi ( ggl ) sebesar

fNE s 4,442

E = tegangan induksi ggl f = frekkuensiN = banyak lilitanQ = fluks

3. Karena kumparan rotor merupakan kumparan rangkaian tertutup, maka tegangan induksi akan menghasilkan arus ( I ).4. Adanya arus dalam medan magnet akan menimbulkan gaya ( F ) pada rotor.5. Bila torsi awal yang dihasilkan oleh gaya F pada rotor cukup besar untuk memikul torsi beban, maka rotor akan berputar searah dengan arah medan putar stator.

6. Untuk membangkitkan tegangan induksi E2s agar tetap ada,

maka diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan

medan putar stator ( ns )dengan kecepatan putar rotor ( nr ).7.Perbedaan antara kecepatan nr dengan ns disebut dengan slip ( S ) yang dinyatakan dengan persamaan:

8.Jika ns = nr tegangan akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada rotor, dengan demikian tidak ada torsi yang dapat dihasilkan. Torsi suatu motor akan timbul apabila ns > nr. 9.Dilihat dari cara kerjanya motor tiga phasa disebut juga dengan motor tak serempak atau asinkron.

%100n

nnS

s

rs

Contoh soal

• Motor enam kutub disuplai dari sumber 60 Hz fasa tiga. Kecepatan rotor pada beban penuh adalah 1140 rpm. Tentukan:

a) kecepatan sinkron dari medan magnet b) slip per unit c) kecepatan rotor untuk sebuah hasil beban yang dikurangi di slip s = 0,02

Penyelesaian

• Kecepatan sinkron

rpm

x

p

fns

12006

7200

6

60120120

Diketahui :p = 6 f = 60 Hznr = 1140 rpm

Slip pada beban penuhSlip pada beban penuh

%505,01200

60

1200

11401200

atau

n

nns

s

rs

Kecepatan putar rotor bila s = Kecepatan putar rotor bila s = 0,020,02

rpm

xn

n

n

n

n

nns

r

r

s

r

s

rs

1176

1200)02,01(1200

102,0

1

TEGANGAN TERINDUKSI PADA ROTOR

• Pada saat standstill (slip = 100%)– medan putar rotor maksimum– Fluks dalam stator sama dengan dalam rotor– tegangan yang dibangkitkan maksimum,

tergantung pada belitan rotor– Tegangan yang diinduksikan ke rotor tergantung

pada ratio belitan– Frekuensi rotor sama dengan frekuensi stator

• Pada saat bergerak:– medan putar rotor maksimum– fluks dalam stator sama dengan dalam rotor– tegangan yang dibangkitkan berkurang sesuai dengan slip

yang terjadi– Frekuensi rotor semakin berkurang sesuai dengan

penurunan slip• Dapat disimpulkan bahwa:

– Er = s x EBR

• Er tegangan induksi rotor• EBR tegangan induksi rotor saat standstill

– fR = s x fS

• fR frekuensi rotor• fS frekuensi stator

Contoh Soal• A three-phase 60 Hz four-pole 220-V wound

induction motor has a stator winding Delta connected and a rotor winding Y connected. The rotor has 40% as many turns as the stator. For a rotor speed of 1710 r/min, calculate:– The slip – The block rotor-induced voltage per phase EBR

– The rotor-induced voltage per phase ER

– The voltage between rotor terminals– The rotor frequency

Solution

• The slip

min/18004

60120120r

x

p

fns

05,01800

171011

s

r

n

ns

The block rotor-induced voltage per The block rotor-induced voltage per phase Ephase EBRBR

• The rotor-induced voltage per phase ER

phaseVofE statorBR /%40

phaseVxEBR /882204,0

V4,48805,0 xsEE BRR

The voltage between rotor terminalsThe voltage between rotor terminals

• The rotor frequency

VxV rotorLL 62,74,43)(

RrotorLL VV 3)(

zxsffR H36005,0

RANGKAIAN ROTOR

• Di rotor dalam tiap kondisi diperoleh kesimpulan:– Arus short circuit rotor dibatasi oleh impedansi rotor– Impedansi terdiri dari dua komponen yaitu:

• Resistansi rotor RR

• Reaktansi diri sXBR (XBR Reaktansi diri rotor pada stand-still)

– Selama reaktansi diri merupakan fungsi dari frekuensi, reaktansi proportional terhadap slip

• Sebagai hasil, arus rotor menjadi

22RR

RR

XR

EI

BRR

BRR

sXX

sEE

22 )( BRR

BRR

sXR

sEI

bila,bila, maka,maka,

jika penyebut dan pembilang dibagi dengan s, maka:

22][ BRR

BRR

Xs

R

EI

sehingga rangkaian ekuivalen rotor per fasa sehingga rangkaian ekuivalen rotor per fasa menjadi:menjadi:

Pembagian dengan s Pembagian dengan s merubah titik referensi merubah titik referensi dari rotor ke dari rotor ke rangkaian statorrangkaian stator

• Untuk tujuan menyamakan dengan rangkaian resistansi rotor RR yang sebenarnya, maka RR/s dipisah dalam dua komponen:

RRRR RR

s

R

s

R

)11

( s

RRs

RRR

R

sehingga rangkaian ekuivalen rotor sehingga rangkaian ekuivalen rotor menjadi sebagai berikut:menjadi sebagai berikut:

RANGKAIAN EKUIVALEN ROTOR

KOMPONEN DAYA PADA ROTOR

• ROTOR POWER INPUT (RPI)• ROTOR COPPER LOSS (RCL)• ROTOR POWER DEVELOPED (RPD)• OUT-PUT POWER

)11

( s

RRs

RRR

R

Ketiga komponen daya tersebut Ketiga komponen daya tersebut didapat dari persamaan:didapat dari persamaan:

bila ruas kanan dan bila ruas kanan dan ruas kiri dari persamaan ruas kiri dari persamaan ini dikalikan dengan Iini dikalikan dengan IRR

22, , maka:maka:

)11

(222 s

RIRIs

RI RRRR

RR

s

RI R

R2

RR RI 2

)11

(2 s

RI RR

Dimana:

ROTOR POWER INPUT (RPI)

ROTOR COPPER LOSS (RCL)

ROTOR POWER DEVELOPED (RPD)

RPI = RCL + RPD

HUBUNGAN RPD DENGAN RPI

s

RIRPI R

R2

)1(2

ss

RIRPD RR

)11

(2 s

RIRPD RR )1

(2

s

sRIRPD RR

)1( sRPIRPD

HUBUNGAN RCL DENGAN RPI

s

RIRPI R

R2

RR RIsRPI 2 RR RIRCL 2

RCLsRPI sRPIRCL

DAYA OUT-PUT

• Daya yang dibangkitkan di poros rotor dapat dinyatakan dengan persamaan:

Pout = RPD - Protasional

Protasional adalah daya hilang yang disebabkan oleh gaya gesekan (friksi) dan angin (kipas pendingin)

TORSI YANG DIBANGKITKAN

• Torsi elektromekanik Te adalah torsi yang dibangkitkan di celah udara yang dapat dinyatakan dengan persamaan:

se

RPIT

60

2 ss

n

• Torsi poros Td adalah torsi yang dibangkitkan di poros rotor yang dapat dinyatakan dengan persamaan:

Rd

RPDT

R

outd

PT

60

2 rr

n

Bila rugi Protasional diabaikan maka TBila rugi Protasional diabaikan maka Tdd dapat dinyatakan dengan persamaan:dapat dinyatakan dengan persamaan:

RANGKAIAN STATOR

• Terdiri dari – Tahanan stator Rs– Reaktasi induktif Xs– Rangkaian magnetisasi (tidak boleh diabaikan

seperti trafo karena rangkaian ini menyatakan celah udara)

• Rangkaian stator per fasa dinyatakan pada gambar berikut:

DIAGRAM RANGKAIAN STATOR

• Bila tegangan konstan– Rugi inti dianggap konstan mulai dari kondisi tanpa beban

sampai beban penuh– Rc dapat dihilangkan dari diagram rangkaian tetapi:

• rugi inti tetap ada dan diperhitungkan pada efisiensi– Arus magnetisasi pada motor sekitar 30% s/d 50% dari

arus nominal– Reaktansi magnetisasi merupakan komponen penting

pada rangkaian pengganti• Sehingga penyederhanaan diagram rangkaian stator

menjadi seperti gambar berikut:

PENYEDERHANAAN DIAGRAM RANGKAIAN STATOR

PENGGABUNGAN DIAGRAM RANGKAIAN ROTOR DAN STATOR

• Sisi stator sebagai referensi parameter rotor• Untuk menggabung rangkaian rotor dengan rangkaian

stator maka dapat digunakan konsep: “daya stator sama dengan daya rotor”

• Sehingga EBR harus sama dengan ES

• ES = a.EBR = E’BR • I’R = IR/a• R’R =a2.RR

• X’BR =a2.XBR

• Konstanta a merupakan transformasi tegangan stator ke rotor

DIAGRAM LENGKAP MOTOR INDUKSI TIAP FASA

ANALISA ARUS (METODE LOOP)

Dari diagram rangkaian berikut Dari diagram rangkaian berikut dapat dibuat dua persamaan:dapat dibuat dua persamaan:

SRMMSS V)I'X(0-)IsXXR( jjj

0)I'XX's

R'()IsX0( RMBR

RM jjj

0')'('

)0(

)0()(S

R

S

MBRR

M

MMSS V

I

IXXj

s

RjX

jXXXjR

Loop I:Loop I:

Loop II:Loop II:

Dibuat dalam bentuk matrik didapat:Dibuat dalam bentuk matrik didapat:

)'('

)0(

)0()(

MBRR

M

MMSS

XXjs

RjX

jXXXjR

)'(

'0

)0(0

MBRR

MS

S

XXjs

RjXjV

I

Tentukan nilai deteminant (Tentukan nilai deteminant () ) konstanta matrik, dengan:konstanta matrik, dengan:

Arus IArus ISS didapat dengan persamaan: didapat dengan persamaan:

0)0(

)0()(

' M

SMSS

R

jX

jVXXjR

I

Arus IArus IRR didapat dengan persamaan: didapat dengan persamaan:

Arus magnetisasi IArus magnetisasi IMM diperoleh dari: diperoleh dari:

Faktor daya motor didapat dari Cos Faktor daya motor didapat dari Cos sudut arus stator Isudut arus stator ISS

IIMM = I = ISS – I’ – I’RR

KOMPONEN DAYA TIGA FASA

cos3 SSVxISPI

SS RxISCL 23

STATOR POWER INPUT (SPI)

STATOR COPPER LOSS (SCL)


s

RxIRPI R

R

''3 2

RR RxIRCL ''3 2

ROTOR POWER INPUT (RPI)

ROTOR COPPER LOSS (RCL)

)11

(''3 2 s

RxIRPD RR

ROTOR POWER DEVELOPED (RPD)

ROTASIONAL LOSS (PR)

OUTPUT POWER (PO)

PO = RPD - PR


Rugi-rugi yang disebabkan oleh gesekan dan angin

DIAGRAM ALIR DAYA PADA MOTOR INDUKSI TIGA FASA

P OUT

SPIRPI

RPD

SCL RCL PR

ANALISA ARUS (METODE PENYEDERHANAAN)

• Mengacu pada diagram lengkap motor induksi tiap fasa

• Untuk tujuan menyederhanakan analisa, pindahkan parameter XM mendekati sumber tegangan maka didapat diagram rangkaian seperti berikut:

PENYEDERHANAAN RANGKAIAN EKUIVALEN MOTOR INDUKSI

• Dari rangkaian penyederhanaan didapat persamaan arus I’R sebagai berikut:

)'()'

('

RSBR

S

SR

XXjs

RR

VI

M

SM jX

VI

Arus pemagnetan IArus pemagnetan IMM sebagai berikut: sebagai berikut:

RMS I'II

SS RxISCL 23

Arus stator IArus stator ISS sebagai berikut: sebagai berikut:

Bila mengikuti gambar rangkaian maka Bila mengikuti gambar rangkaian maka rugi tembaga stator SCL menggunakan rugi tembaga stator SCL menggunakan arus I’arus I’RR. Tetapi untuk mengurangi error . Tetapi untuk mengurangi error yang tinggi pada perhitungan efisiensi yang tinggi pada perhitungan efisiensi maka SCL dihitung menggunakan maka SCL dihitung menggunakan persamaan berikut:persamaan berikut:

Faktor daya motor didapat dari Cos Faktor daya motor didapat dari Cos sudut arus stator Isudut arus stator ISS

Perhitungan daya dan rugi-rugi yang lain Perhitungan daya dan rugi-rugi yang lain sama seperti perhitungan metode LOOPsama seperti perhitungan metode LOOP

EFISIENSI ()

• Menyatakan perbandingan daya output dengan daya input

in

loos

in

loosin

in

out

P

P

P

PP

P

P

1

%100xP

P

in

out

Bila dinyatakan dalam prosen maka, Bila dinyatakan dalam prosen maka,

Contoh Soal

A three-phase 220-V 60-Hz six-pole 10-hp induction motor has following circuit parameters on a per phase basis referrred to the stator:

RS = 0.344 R’R = 0.147 XS = 0.498 X’R = 0.224 X’M = 12.6 Assuming a Y-connected stator winding. The

rotational losses and core loss combined amount to 262 W and may be assumed constant. For slip of 2.8 % determine:– the line current and power factor– the shaft torque and output horse power– the efficiency

SOLUTION (LOOP METHODE)

• the phase voltage is:

V1273/220

the equivalent circuit is given in Figure:the equivalent circuit is given in Figure:

271)I'6,21(0-)Is098,13344,0( R jj

0)I'824,12(5,25)Is6,210( R jj

0

127

'824,1225,5)6,120(

)6,120(098,13344,0

R

S

I

I

jj

jj

Loop I:Loop I:

Loop II:Loop II:

Dibuat dalam bentuk matrik didapat:Dibuat dalam bentuk matrik didapat:

73,177,4

(-158.76)-167,97-68,764,411,81

824,1225,5)6,120(

)6,120(098,13344,0

j

jj

jj

jj

Tentukan nilai deteminant (Tentukan nilai deteminant () ) konstanta matrik, dengan:konstanta matrik, dengan:

04,2893,23,2511-23,64

17,734,7

1628.65666,75

17,734,7

824,1225,50

)6,120(0127

824,1225,50

)6,120(0127

j

j

j

j

j

jj

j

jj

IS

a. Arus Ia. Arus ISS didapat dengan persamaan: didapat dengan persamaan:

77,5757,212,1922,747

17,734,7

1600,20

17,734,7

0)6,120(

0127824,1225,5

'

j

j

j

j

j

jj

I R


Power faktor motor (diambil dari sudut Power faktor motor (diambil dari sudut IISS):): 88,0)04,28cos( PF

b. The shaft torque and output horse b. The shaft torque and output horse powerpowerKecepatan sinkron dari motor adalah :Kecepatan sinkron dari motor adalah :

rpmP

fn s

s 12006

60120120

rpmnsn sr 1166)028,01()1(

rad/detik1,12260

11662

60

2

xnrr

Kecepatan rotor adalah :Kecepatan rotor adalah :

Kecepatan sudut rotor adalah :Kecepatan sudut rotor adalah :

W7455,53125,5757,213

''3

2

2

xx

s

RIRPI R

R

W7246.776

0,028)-7455.531(1

)1(

sRPIRPD

Rotor Power Input adalah :Rotor Power Input adalah :

Rotor Power Developed adalah :Rotor Power Developed adalah :

Power Output adalah :Power Output adalah :

Torsi motor adalah :Torsi motor adalah :

Pout = RPD – Protasional

= 7246,776 – 262 = 6984,776 W

m-N 57.21,122

6984.776

R

outd

PT

9.36746

6984.776

746 outP

HP

Horsepower motor adalah :Horsepower motor adalah :

Power loos adalah :Power loos adalah :

c. Efisiensi motor adalah :c. Efisiensi motor adalah :

Protasional + Core loss = 262 WRCL = 0,028 x 7455,351 = 208.75 WSCL = 3x23,932x 0,344 = 590,97 W + Total loss = 1061,72 W

,8%681061,726984,776

6984,776

%100

x

PP

P

lossout

out

SOLUTION (Penyederhanaan)

• the phase voltage is:

V1273/220

the equivalent circuit is given in Figure:the equivalent circuit is given in Figure:

Aj

jIR

,882-22,33

4,752,22

722,025,5344,0

127


Ajj

IM 08,106,12

127

Arus IArus IMM didapat dengan persamaan: didapat dengan persamaan:

A

j

jIS

1,3082,25

,9612-22,33

)08,1088,2(33,22

a. Arus Sumber Ia. Arus Sumber ISS didapat dari : didapat dari :

Power faktor motor (diambil dari sudut Power faktor motor (diambil dari sudut IISS):): 865,0)1,30cos( PF

b. The shaft torque and output horse b. The shaft torque and output horse powerpowerKecepatan sinkron dari motor adalah :Kecepatan sinkron dari motor adalah :

rpmP

fn s

s 12006

60120120

rpmnsn sr 1166)028,01()1(

rad/detik1,12260

11662

60

2

xnrr

Kecepatan rotor adalah :Kecepatan rotor adalah :

Kecepatan sudut rotor adalah :Kecepatan sudut rotor adalah :

W798825,552,223

''3

2

2

xx

s

RIRPI R

R

W7764

0,028)-7988(1

)1(

sRPIRPD

Rotor Power Input adalah :Rotor Power Input adalah :

Rotor Power Developed adalah :Rotor Power Developed adalah :

Power Output adalah :Power Output adalah :

Torsi motor adalah :Torsi motor adalah :

Pout = RPD – Protasional

= 7764 – 262 = 7502 W

m-N .4161,122

7502

R

outd

PT

.101746

7502

746 outP

HP

Horsepower motor adalah :Horsepower motor adalah :

Power loos adalah :Power loos adalah :

c. Efisiensi motor adalah :c. Efisiensi motor adalah :

Protasional + Core loss = 262 WRCL = 0,028 x 7988 = 224 WSCL = 3x25,822x 0,344 = 688 W + Total loss = 1174 W

,5%6811747502

7502

%100

x

PP

P

lossout

out

Perbandingan Kedua Metode

• Arus sumber

AjIS 1,3082,25,9612-22,33

AjIS 04,2893,23,2511-23,64

Metode LoopMetode Loop

Metode Metode PendekatanPendekatan


• Torsi Poros dan Output Horsepower

1,10mN4,61 HPTd



36,9mN2,57 HPTd


• Efisiensi

,8%86

,5%86



KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI

• Rotor sangkar bajing dibuat dalam 4 kelas berdasarkan National Electrical Manufacturers Association (NEMA)– Motor kelas A

• Mempunyai rangkaian resistansi ritor kecil• Beroperasi pada slip sangat kecil (s<0,01) dalam keadaan berbeban• Untuk keperluan torsi start yang sangat kecil

• Rotor sangkar bajing dibuat dalam 4 kelas berdasarkan National Electrical Manufacturers Association (NEMA)– Motor kelas B

• Untuk keperluan umum, mempunyai torsi starting normal dan arus starting normal

• Regulasi kecepatan putar pada saat full load rendah (dibawah 5%)• Torsi starting sekitar 150% dari rated• Walaupun arus starting normal, biasanya mempunyai besar 600% dari

full load– Motor kelas C

• Mempunyai torsi statring yang lebih besar dibandingkan motor kelas B• Arus starting normal, slip kurang dari 0,05 pada kondisi full load• Torsi starting sekitar 200% dari rated• Untuk konveyor, pompa, kompresor dll

• Rotor sangkar bajing dibuat dalam 4 kelas berdasarkan National Electrical Manufacturers Association (NEMA)– Motor kelas D

• Mempunyai torsi statring yang besar dan arus starting relatif rendah

• Slip besar• Pada slip beban penuh mempunyai efisiensi lebih rendah

dibandingkan kelas motor lainnya• Torsi starting sekitar 300%

TORQUE-SPEED CURVES OF DIFFERENT NEMA STANDARD MOTORS

Karakteristik motor induksi

Kondisi-kondisi Ektrim Karakteristik Motor Induksi

• Untuk mempersingkat perhitungan dan penjelasan maka dari Gambar karakteristik motor induksi dipilih kondisi-kondisi ekstrim yaitu :– Kondisi starting– Kondisi puncak (maksimum)– Kondisi beban nominal (sudah dibahas)

Kondisi Torsi Starting (Stand still)

• Dari gambar penyederhanaan rangkaian ekuivalen motor• Pada saat start rotor belum berputar sehingga slip s = 1• Arus starting rotor menjadi:

22)(

)'('

eRS

SstartR

XRR

VI

RstartRstart RIRPI ''3 2)()(

s

startstart

RPIT

)(

60

2 ss

n

Kondisi Torsi Maksimum

• Dari gambar penyederhanaan rangkaian ekuivalen motor • Pada saat arus rotor maksimum torsi akan maksimum • Arus maksimum rotor pada slip sb (torsi max) terjadi bila

impedansi rotor mendekati nol sehingga:

0' 2

2

e

b

RS X

s

RR

eS

RTb XR

Rss

'max

2

2'

'

eb

RS

SR

Xs

RR

VI

Karena nilai normal RKarena nilai normal RSS<<X<<Xee maka: maka:

e

RTb X

Rss

'max

• Masukkan nilai sb ke dalam persamaan arus saat torsi maksimum, didapat arus rotor maksimum yaitu:

)1()()( bmakmak sRPIRPD

e

S

b

RmakRmak X

V

s

RIRPI

2

3''3

22

)()(

e

S

ee

SmakR

X

V

XX

VI

2'

22)(

Rotor power Input maksimum menjadi: Rotor power Input maksimum menjadi:

Torsi maksimum menjadi: Torsi maksimum menjadi:

Rotor power developed maksimum Rotor power developed maksimum menjadi: menjadi:

)()(

)()(

bR

out

bR

rotmakmakd

PPRPDT

Contoh soal

• A three-phase 220-V 60-Hz six-pole 10-hp induction motor has following circuit parameters on a per phase basis referrred to the stator:

RS = 0.344 W R’R = 0.147W XS = 0.498 W X’R = 0.224W X’M = 12.6W Assuming a Y-connected stator winding. The rotational

losses and core loss combined amount to 262 W and may be assumed constant. For slip of 2.8 % calculate of:– the starting torque of the motor– the maximum torque of the motor

SOLUTION• Arus starting :

RPI starting :RPI starting :

A

XRR

VI

eRS

SstartR

45,145

)224,0498,0()47,0344,0(

127

)'('

22

22)(

W

xx

RIRPI RstartRstart

9330

147,0)45,145(3

''32

2)()(

SOLUTION

rpmx

P

fns 1200

6

60120120

Kecepatan sudut sinkron :Kecepatan sudut sinkron :

Torsi starting :Torsi starting :

mN2,74664,125

9330)( s

startstart

RPIT

rad/det 125,66460

12002

60

2

xnss

SOLUTION

• Slip saat torsi maksimum :2,0

)224,0498,0(

147,0'max

e

RTb X

Rss

rpmxnsn sbmakr 9601200)2,01()1()(

RPI saat torsi maksimum :RPI saat torsi maksimum :

Kecepatan putar saat torsi maksimum :Kecepatan putar saat torsi maksimum :

Wx

x

X

VRPI

e

Smak 509,33

722,02

1273

2

3 22

)(

SOLUTION

W

x

sRPIRPD bmakmak

807,26

)2,01(509,33

)1()()(

mN264

531,100

262807,26

)()(

)()(

bR

out

bR

rotmakmakd

PPRPDT

rad/det 100,53160

9602

60

2)(

xnR

bR

RPD saat torsi maksimum :RPD saat torsi maksimum :

Torsi maksimum :Torsi maksimum :

MOTOR ROTOR BELITAN

• Perbedaan mendasar dari Motor rotor belit dengan motor sangkar bajing adalah terdapat pada konstruksi rotor

• Rotor sangkar bajing mempunyai:– Tahanan rotor tetap– Arus starting tinggi– Torsi starting rendah

• Rotor belit– Memungkinkan tahanan luar dihubungkan ke tahanan rotor

melalui slip ring yang terhubung ke sikat.– Arus starting rendah– Torsi starting tinggi– Power faktor baik

BAGIAN-BAGIAN ROTOR BELIT

Graph of induction motors showing effect of Graph of induction motors showing effect of increasing the ratio of resistance to inductanceincreasing the ratio of resistance to inductance

KLAS ISOLASI MOTOR

ClassClass Maximum Maximum AllowedAllowed

Temperature (*)Temperature (*)

AA 105ºC105ºC 221ºF221ºF

BB 130ºC130ºC 266ºF266ºF

FF 155ºC155ºC 311ºF311ºF

HH 180180ooCC 356356ooFF

MOTOR DUTY CYCLE TYPES AS PER IEC STANDARDS

TYPICAL NAME PLATE OF ANAC INDUCTION MOTOR

NAME PLATE TERMS AND THEIR MEANINGS

TermTerm DescriptionDescription

VoltsVolts Rated terminal supply voltage.Rated terminal supply voltage.

AmpsAmps Rated full-load supply current.Rated full-load supply current.

H.P.H.P. Rated motor output.Rated motor output.

R.P.MR.P.M Rated full-load speed of the motor.Rated full-load speed of the motor.

HertzHertz Rated supply frequency.Rated supply frequency.

FrameFrame External physical dimension of the External physical dimension of the motor based on the NEMA motor based on the NEMA standards.standards.

DutyDuty Motor load condition, whether it is Motor load condition, whether it is continuos load, short time, periodic, continuos load, short time, periodic, etc.etc.



DateDate Date of manufacturing.Date of manufacturing.

Class Class InsulationInsulation

Insulation class used for the Insulation class used for the motor construction. This motor construction. This specifies max. limit of the motor specifies max. limit of the motor winding temperature.winding temperature.

NEMA NEMA DesignDesign

This specifies to which NEMA This specifies to which NEMA design class the motor belongs design class the motor belongs to.to.

Service Service FactorFactor

Factor by which the motor can Factor by which the motor can be overloaded beyond the full be overloaded beyond the full load.load.



NEMA NEMA Nom. Nom. EfficiencyEfficiency

Motor operating efficiency at full Motor operating efficiency at full load.load.

PHPH Specifies number of stator phases Specifies number of stator phases of the motor.of the motor.

PolePole Specifies number of poles of the Specifies number of poles of the motor.motor.

Specifies the motor safety Specifies the motor safety standard.standard.

YY Specifies whether the motor Specifies whether the motor windings are start (Y) connected or windings are start (Y) connected or delta (∆) connected.delta (∆) connected.

MENENTUKAN PARAMETER RANGKAIAN EKUIVALEN MOTOR INDUKSI TIGA PHASE

• Melakukan kegiatan pengujian untuk mendapatkan parameter rangkaian ekuivalent motor induksi

• Menggambar karakteristik motor induksi (torsi terhadap slip)

• Menguji kebenaran data-data yang ada pada name plate

RANGKAIAN EKUIVALENT MOTOR INDUKSI

TEST MOTOR

• No load test• Blocked rotor test• DC test

No Load Test

• Tujuan– menentukan rugi inti + rugi rotasional– menentukan parameter Xm

nl

nlm

I

VX

3

Blocked rotor test

• Tujuan– menentukan parameter Re dan Xe

23 BR

BRe

I

PR

BR

BRe

I

VZ

3

22eee RZX

dc

dcsdc I

VRR

2

DC test

• Tujuan– Menentukan parameter RS dan R’R

SeR RRR 'Resistansi ekuivalen rotor

untuk hubungan Y

DC test

SeR RRR '

dc

dcsdc I

VRR

2

3

Resistansi ekuivalen rotor

untuk hubungan delta

•untuk 60Hz Rac=1,4Rdc

•untuk 50Hz Rac=1,3Rdc

Contoh

Name plate Three Phase Induction MotorP = 0,75 KW = 1 HPV = 380/220 Vf = 50 Hznr = 1380 rpm

I = 2/3,45 A

Data yang diperoleh :No load test :

P = 120 WV = 380 VI = 1,3 A

Blocked rotor test :P = 260 WV = 120 VI = 2 A

DC test :V = 48 VI = 2 A

PERHITUNGAN

1. No load test

76,1683,13

380

3 nl

nlm

I

VX

W

xx

xRxIPP acnlnl

5,42

27,153,13120

32

2intirot

1222

48

2 xxI

VR

dc

dcdc

6,15123,13,1 xxRR dcac

2.DC test

PERHITUNGAN

PERHITUNGAN

02,2767,2164,34 2222eee RZX

07,66,1567,21' SeR RRR

67,2123

260

3 22 xxI

PR

BR

BRe

46,3423

120

3 xxI

VZ

BR

BRe

3. Blocked rotor test

Rangkaian Ekuivalen MI

• Slip motor:– Jika nr = 1380 rpm, maka ns yang mungkin pada

frekuensi 50 Hz adalah 1500 rpm shg:

4

501201500

120

PP

xP

xfns

08,01500

13801500

s

rs

n

nns

A

j

jXs

RR

VI

eR

S

SR

8,1522,2

8,1502,99

0220

02,2727,95

0220

02,27)08,007,6

27,15(

220'

'

Arus I’R

A

jj

jIII mRS

6,4186,2

9,114,2)3,16,0(14,2

3,18,1522,2'

Arus IS

• Rotor Power Input (RPI)

W

xx

s

RxxIRPI R

R

83,1121

08,0

07,622,23

''3

2

2

W

x

sRPIxRPD

1,1032

)08,01(83,1121

)1(

Rotor Power Developed (RPD)Rotor Power Developed (RPD)

• Daya Output

W

PRPDPout

6,989

5,421,1032intirot

Daya LossesDaya Losses

WxRPIxSRCL 75,8908,083,1121 WxxSCL 71,37427,1586,23 2

W

PSCLRCLPloses

96,506

5,4271,37475,89ntirot

• Effisiensi dan daya dalam Hp

%12,66

%10096,5066,989

6,989

%100

%100

x

xPP

P

xP

P

lossesout

out

in

out

HPP

HPdalamoutputDaya output 33,1746

6,989

746

Rangkuman Hasil Test

No load test Xm = 168,76 ohmP rot+inti = 42,5 W

Blocked rotor testRe = 21,67 ohmZe = 34,6 ohmXe = 26,97 ohmR’r = 6,07 ohm

DC testRdc = 11,75 ohmRac = 15,27 ohmSlip= 0,08

Rangkuman Hasil Test

I’R = 2,3 ARPI = 1185,2 WRPD = 1032,1 WPout = 989,6 WEffisiensi = 66,12 %Daya output dalam Hp = 1,33 Hp

SOAL 1• Diketahui motor induksi tiga phasa, P=4,

V=230 V, f=60 Hz, nm=1725 rpm

• Tentukan : slip per-unit dan frekuwensi rotor pada rated speed

PENYELESAIAN

• Kecepatan sinkron dari motor adalah :

Slip per-unit :Slip per-unit :

Maka frekwensi rotor :Maka frekwensi rotor :

rpmP

fn s

s 18004

60120120

0417.01800

17251800

s

ms

n

nns

Hzfsf sr 5.2600417.0

SOAL 2

• Diketahui motor induksi tiga phasa 10 HP, P=4, V=440 V, f=60 Hz, nm=1725 rpm

Rugi tembaga stator = 212 W; rotational loss=340 W• Tentukan : a. Power developed b. Daya celah udara c. Rugi tembaga rotor d. Total daya input e. Efisiensi motor

PENYELESAIAN

• Kecepatan sinkron dari motor adalah :

Slip per-unit :Slip per-unit :

Daya output rotor :Daya output rotor :

rpmP

fn s

s 18004

60120120

0417.01800

17251800

s

ms

n

nns

WxHPPo 746074610746

c. Rugi tembaga rotor :

d. Daya input :

Pcu2 = sPAG = 0.0417x8139.41 = 339.413 W

Rugi tembaga stator :Pcu1= 212 W (diberikan)

W8351.41 2128139.41 P P P cu1AGin

e. Efisiensi :

%3.89893.041.8351

7460atau

P

P

in

o

SOAL 3

• Diketahui motor induksi tiga phasa 2 HP, P=4, V=120 V, f=60 Hz, nm=1620 rpm

Impedansi stator=0.02+j0.06 Ω; rotational loss=160 W

• Tentukan : arus rotor

PENYELESAIAN

• Daya output adalah :

Kecepatan sinkron : Kecepatan sinkron :

Slip per-unit : Slip per-unit :

rpmP

fn s

s 18004

60120120

1.01800

16201800

s

ms

n

nns

WxHPPo 14927462746

Daya celah udara :

Daya yang dikonversikan :

W1652 6011492 P P P rotoke

Ws

PP ke

AG 56,1835)1,01(

1562

)1(

Rugi tembaga rotor :Pcu2 = sPAG = 0.1x1835,56 = 183,556

W

Arus rotor :

AR

PI

r

cuR 31,55

02,03

556,183

32

SOAL 4

• Diketahui motor induksi tiga phasa hubungan Y, P=6, V=230 V, f=60 Hz,

Parameter :r1=0.5Ω; r2=0.25Ω; x1=0.75Ω; x2=0.5Ω; Xm=100Ω; Rc=500Ω;

Impedansi stator = 0.02+j0.06 Ω; rotational loss=160 W

• Tentukan : Arus stator, arus rotor, arus magnetisasi, daya input, rugi tembaga stator, rugi tembaga rotor, daya output, torsi pada shaft dan efisiensi η saat rated slip=2.5 %

PENYELESAIAN


rpmP

fn s

s 18004

60120120

rad/s5,18860

18002

60

2

ss

n

Kecepatan sudut sinkron : Kecepatan sudut sinkron :

jXm = j100

jx2=j0.5

r2/s

Rc=500

jx1=j0.75r1=0.5

oV 791321

inP1cuP

FEP

AGP

2cuP

rotP

kEP

oP

gZE2gZ1Z

1I 2I

cII

Rangkaian EkivalenRangkaian Ekivalen Motor Motor

Impedansi rotor efektif berdasar pada stator adalah :

Berdasarkan rangkaian pada gambar, maka Tegangan per-phasa adalah :

VV 79,1323

2301

oj

jjxs

rZ

86.2012.105.010

5.0025.0

25.02

22

Maka :

o

o

mcg

j

ZjXRZ

37.8103.0

86.2012.10

1

100

1

500

1

1111

2

ogZ 37.8709.9

Impedansi celah udara :

Arus stator :

Impedansi total :

o

o

g

j

ZjxrZ

08,12335,10

73,8709,975,05,0

11

oo

o

Z

VI 08.12849.12

08.12335.10

079.13211

Faktor daya :

)(978.0)08.12cos( laggingpf o

Rugi tembaga stator :

Tegangan Input :

Daya input :

W

IVPin

06,5006978,0849,122303

cos3 11

W 7.2475,0849,123I3 P 21

21cu1 r

V

j

jxrIVE

o

o

71,376,124

)75,05,0()08,12849,12(79,132

)( 11112

Arus magnetasi :

Arus eksitasi :

Arus Inti :

AR

EI o

o

cc 71,325,0

500

71,376,1242

AjjX

EI o

o

m

71,93248,1100

71,376,1242

A

IIIo

oocm

41,82272,1

)71,93248,1()71,325,0(

Rugi inti :

A

IIIo

oom

57,6478,12

)41,82272,1()08,12849,12(12

Arus rotor :

W 75,9350025,03I3 P 22cc cR

W

PPPP FECUinAG

66,4664

75,9365,24706,500061

Daya celah udara :

Daya konversi :

Rugi tembaga rotor :

Daya output :

W

rIPCU

78,116

25,0478,1233 22

222

W

PPP cuAGke

88,4547

78,11666,46642

W

PPP mechkeo

88,4397

15088,4547

Efisiensi :

Torsi poros/shaft :

%9,87879,006,5006

88,4397atau

P

P

in

o

Nms

PT

s

oc 9,35

66,125)025.01(

88,4397

)1(

SOAL 5

• Diketahui motor induksi tiga phasa hubungan Y. Parameter : r1=10 Ω; x1=25 Ω; r2=3Ω; x2=25 Ω,

Xm=75 Ω• Tentukan : breakdown slip dan torsi maksimum

pada motor.

PENYELESAIAN


rpmP

fn s

s 18004

60120120

rad/s5,18860

18002

60

2

ss

n

Kecepatan sudut sinkron : Kecepatan sudut sinkron :

jXm = j100

jx2=j0.5

r2/s

Rc=500

jx1=j0.75r1=0.5

oV 791321

inP1cuP

FEP

AGP

2cuP

rotP

kEP

oP

gZE2gZ1Z

1I 2I

cII

Rangkaian EkivalenRangkaian Ekivalen Motor Motor

Tegangan thevenin:

Berdasarkan rangkaian pada gambar, maka Tegangan per-phasa adalah :

VV 282.693

1201

o

o

m

mTh j

j

Xxjr

XjVV

71.5704.51

)7525(10

9075282.69

)( 11

1

Maka :

Impedansi thevenin :

o

m

mTh

j

jj

Xxjr

XjxrjZ

91.73094.20

)7525(10

75)2510(

)(

)(

11

11

307.19569.5 ThTh XdanR

Torsi Maksimum:

Breakdown (optimum) slip :

067,0

)25307,19(569,5

3

)(

22

22

2

2

XXR

rs

ThTh

b

Nm

XXRR

VT

ThThThs

The

424,0)25307,19(569,5569,55,1882

3

)(2

3

22

22

2

2

SOAL 6

• Diketahui motor induksi tiga-fasa, 100 HP, V=440 V, P=8, f=60 Hz, impedansi rotor= 0.02 + j 0.08 perfasa. • Tentukan : Kecepatan saat torsi motor

maksimum dan resistansi eksternal yang harus ditambahkan secara seri pada rotor jika torsi start dari motor 80 % dari nilai maksimum

PENYELESAIAN

Daya output : Daya output :

W74600 746 100 Po

rad/s248.9460

9002

60

2

9008

60120120

s

s

ss

n

atau

rpmp

fn


Impedansi rotor : Impedansi rotor :

Slip maksimum dapat diperoleh Slip maksimum dapat diperoleh dengan : dengan :

08.0

02.0

08.002.0

2

2

2

X

R

jZ

25.008.0

02.0

2

2 X

RSb

Kecepatan motor saat torsi maksimum adalah :

rpm 675

900)0.25 (-900

ns -n n rsr

Torsi motor maksimum diperoleh :

Nm

s

PT

smaks

372.1055

248.94)25.01(

74600

)1(0

Penambahan tahanan luar (r) saat motor jalan pada torsi start 80% dari nilai maksimum adalah :

004432,0984,08,0

064,08,0016,000032,002,0

08,0

02,08,0))08,0()02,0(()02,0(

8,0))()(()(

8,0)()(

)(

2

2

22

2

222

222

2

22

22

2

2

rr

rrr

xrr

X

RXrRrR

X

R

XrR

rR

Nilai tahanan luar yang dibutuhkan adalah :

0468,0

183,1

6,1

9091,0984,0

8,02

04432,08,04)984,0()984,0(

2

4

2

1

2.1

2

2

2,1

r

r

r

x

xx

a

acbbr

Pengaturan Putaran

Pengaturan Putaran dapat dilakukan dengan :

-. Mengubah jumlah kutub

-. Mengubah nilai frekuensi

-. Mengatur tegangan jala-jala

-. Mengatur tahanan luar

Pengaturan Putaran

Menjalankan Motor Induksi Tiga Phasa

Motor induksi tiga phasa dengan daya yang besar tidak dapat dijalankan dengan cara dihubungkan langsung ke sumber jala-jala.

Hal ini disebabkan karena, akan menyerap arus yang sangat besar yaitu mencapai 6 -8 kali arus nominalnya. Hal ini disebabkan karena pada saat start besarnya slip pada motor induksi adalah sama dengan 1 (satu), sehingga di saat Slip = 1, tahanan rotor kecil.

Arus menjadi besar dan akan merusak motor itu sendiri atau terganggunya sistem instalasi tegangan akan Drop. Di mana Drop tegangan ini mengganggu kerja dari relay, kontaktor, nyala lampu, maupun peralatan elektronik dan computer yang ada disekitarnya.

Ada beberapa cara untuk mengurangi besarnya arus start antara lain adalah :

1. Primary resistor control

2. Transformer control

3. Wey-Delta control

4. Part-winding start control

5. Electronic control

STARTING STAR/DELTA

Gambar. Hubungan Bintang Gambar. Hubungan Segitiga

Kumparan stator saat pengawalan dalam hubungan bintang (Ү), setelah motor mencapai putaran nominal hubungan berubah menjadi delta (∆). Sehingga hubungan tegangan dan arusnya dapat dilihat sebagai berikut :

Tegangan , pada hubungan bintang (Y) tegangan pada kumparan mendapat tegangan sebesar 1/ dari tegangan jala-jala , untuk hubungan delta (∆).tegangan pada kumparan mendapat tegangan sama dengan tegangan jala-jala.

U V W

X Y Z

U V W

Z X Y

STARTING STAR/DELTA

motor induksi

Documents