bab v-motor induksi- a.simanjuntakw

7/25/2019 Bab v-motor Induksi- A.simanjuntakw

1/26

BAB V

MOTOR INDUKSI

Deskripsi Singkat

Pada bab ini akan diuraikan mengenai dasar motor induksi yang meliputi: medan putar, prinsip

kerja, slip, rangkaian ekivalen, daya, pengaturan putaran, membalik putaran dan pengereman.

Kompetensi Dasar:

Setelah mempelajari bab ini diharapkan anda dapat menjelaskan motor induksi.

Indikator:

1. Menjelaskan konstruksi motor induksi.2. Menjelaskan medan putar.

3. Menjelaskan prinsip kerja motor induksi.

4. Menjelaskan slip.

5. Menjelaskan rangkaian ekivalen.

6. Menghitung daya.

7. Mengatur putaran.

8. Membalik putaran.

9. Melakukan pengereman.

V.1 Konstruksi

Motor induksi merupakan motor arus bolak balaik (ac) yang paling luas

digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor itu bukan diperoleh dari

sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif

antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus

stator.

Dikenal dua tipe motor induksi (lihat gambar 5.1) yaitu motor induksi dengan rotor

belitan dan motor induksi dengan rotor sangkar.


2/26

Ir. Antoni Simanjuntak, MT

76

Gambar 5.1 Konstruksi motor induksi

V.1.1 Bagian Stator

Pada bagian stator terdapat beberapa slot yang merupakan tempat kawat (konduktor) dari

tiga kumparan tiga fasa yang disebut kumparan stator, yang masing masing kumparan

mendapat suplai arus tiga fasa.

Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga fasa akan

menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns = 120f/2p). Medan

putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga terinduksi

arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan turut berputar mengikuti medan putar

stator. Perbedaan putaran relatif antara stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan

memperbesar kopel motor, yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor,

sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi, bila

beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun.

V.1.2 Bagian Rotor

Bagian rotor yang merupakan tempat kumparan rotor adalah bagian yang bergerak atau

berputar. Ada dua jenis kumparan rotor yaitu rotor sangkar (sguirel-cage rotor) dan rotor belitan

(wound rotor).

Hampir 90 % kumparan rotor dari motor induksi menggunakan jenis rotor sangkar

(squirel-cage rotor). Ini karena bentuk kumparannya sederhana dan tahan terhadap goncangan.

Ciri khusus dari rotor sangkar (sguirel-cage rotor) adalah ujung ujung kumparan rotor

terhubung singkat secara permanen. Lain halnya pada fasa rotor belitan (wound rotor) yang

ujung ujung kumparan rotor akan terhubung langsung bila kecepatan putar rotor telah


3/26

Ir. Antoni Simanjuntak, MTMotor Induksi

77

mencapai kecepatan putar normalnya secara otomatis melalui slip ring yang terpasang pada

bagian rotor (perhatikan gambar 5.2).

Gambar 5.2 Motor Induksi tiga fasa jenis fasa rotor belitan (wound rotor)

V.2 Medan Putar

Perputaran motor pada mesin arus bolak-balik ditimbulkan olah adanya medan putar

(fluks yang berputar) yang dihasilkan dalam kumparan statornya. Medan putar ini terjadi apabilakumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak, umumnya fasa 3. Hubungan dapat berupa

hubungan bintang atau delta.


4/26


78

Di sini akan dijelaskan bagaimana terjadinya medan putar itu. Perhatikanlah gambar 5.3.

Gambar 5.3 Proses terjadinya medan putar

Misalkan kumparan a-a;b-b;c-c dihubungkan tiga fasa, dengan beda fasa masing-masing

120o(gambar 5.3a) dan dialiri arus sinusoid. Distribusi ia, ib, ic sebagai fungsi waktu adalah

seperti gambar 5.3b. Pada keadaan t1, t2, t3 dan t4, fluks resultan yang ditimbulkan oleh kumparan

tersebut masing-masing adalah seperti gambar 5.3c, d, e danf. Pada t1 fluks resultan mempunyai

arah sama dengan arah fluks yang dihasilkan oleh kumparan a-a; sedangkan pada t2, fluks

resultannya dihasilkan oleh kumparan b-b. Untuk t4, fluks resultannya berlawanan arah dengan

fluks resultan yang dihasilkan pada saat t1. (Keterangan ini akan lebih jelas pada analisis vektor).

Dari gambar 5.3c, d, e, danftersebut terlihat bahwa fluks resultan ini akan berputar satu

kali. Oleh karena itu, untuk mesin dengan jumlah kutub lebih dari dua, kecepatan sinkron dapat

diturunkan sebagai berikut :

ns = 120 f/p

f = frekuensi

p = jumlah kutub

Analisis secara Vektor

Analisis secara vektor didapatkan atas dasar :

(1) Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir dalam suatu lingkar sesuai dengan

perputaran sekrup (gambar 5.4a).

(2) Kebesaran fluks yang ditimbulkan ini sebanding dengan arus yang mengalir.


5/26


79

Gambar 5.4a Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus

Notasi yang dipakai untuk menyatakan positif atau negatifnya arus yang mengalir pada

kumparan a-a, b-b, dan c-c yaitu : untuk harga positif, dinyatakan apabila tanda silang (x)

terletak pada pangkalan konduktor tersebut (titik a, b, c), sedangkan negatif apabila ada tanda

titik ( ) terletak pada pangkal konduktor tersebut (gambar 5.4b). Maka diagram vektor untuk

fluks total pada keadaan t1, t2, t3, t4, dapat dilihat pada gambar 5.4b.

Gambar 5.4b Diagram vektor untuk fluks total

Dari semua diagram vektor di atas dapat pula dilihat bahwa fluks resultan berjalan (berputar).


6/26


80

Analisis secara Matematika

Misalkan fluks yang dihasilkan oleh kumparan a-a pada saat tdapat dinyatakan dalam koordinat

polar, yaitu :

cosFa

Dan fluks yang dihasilkan oleh kumparan b-b dan c-c masing-masing adalah :

oc

o

b

240cosF

120cosF

Karena amplitudo fluks berubah menurut waktu secara sinusoid, maka amplitudo Fa, Fb, dan Fc

dapat dituliskan :

omaksc

o

maksb

maksa

240tcosFF

120tcosFF

tcosFF

Fluks resultan adalah jumlah ketiga fluks tersebut, dan merupakan fungsi tempat () dan

waktu (t),

oomoommt 240tcos240cosF120tcos120cosFcostcosFt),(F

Dengan memakai transformasi trigonometri dari :

coscoscoscos 21

2

1

didapat :

om21m21

o

m21

m21

m21

m21

480tcosFtcosF

240tcosFtcosFtcosFtcosFt),(F

Suku kedua, keempat, dan keenam saling menghapuskan, maka :

tcosFt,F m23

Rumus di atas menyatakan gelombang berjalan.


7/26


81

V.3 Prinsip Kerja Motor Induksi

~3

Gambar 5.5 Motor induksi tiga fasa

Ada beberapa prinsip kerja motor induksi :

(1) Apabila sumber tegangan tiga fasa dihubungkan pada kumparan statorakan timbul medan

putar dengan kecepatanp

f120n s

(2) Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor.

(3) Akibatnya pada kumparan rotortimbul tegangan induksi (ggl) sebesar :

m222s Nf4,44E (untuk satu fasa)

E2s adalah tegangan induksi pada saat rotor berputar.

(4) Karena kumparan rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka ggl (E) akan

menghasilkan arus (I).

(5) Adanya arus (I) di dalam medan magnet menimbulkan gaya (F) pada rotor.

(6) Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya (F) pada rotor yang cukup besar untuk memikul

kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.

(7) Seperti telah dijelaskan pada (3) tegangan induksi timbul karena terpotongnya batang

konduktor (rotor) oleh medan putar stator. Artinya agar tegangan terinduksi diperlukan

adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan

berputar rotor (nr).

(8) Perbedaan kecepatan anatar nrdan ns disebut slip (S) dinyatakan dengan :

%100n

)n-(nS

s

rs


8/26


82

(9) Bila nr= ns, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada kumparan jangkar

rotor, dengan demikian tidak dihasilkan kopel. Kopel motor akan ditimbulkan apabila nr

lebih kecil ns.

(10) Dilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga sebagai motor tak serempak atau

asinkron.

V.4 Slip

Berubah-ubahnya kecepatan motor induksi (ns) mengakibatkan berubahnya harga slip

dari 100% pada saatstartsampai 0% pada saat motor diam (nr= ns). Hubungan frekuensi dengan

slip dapat dilihat sebagai berikut :

Bila f1 = frekuensi jala-jala,

ns = 120f1/p atau f1 = pns/120Pada rotor berlaku hubungan :

120

nnpf rs2

2f = frekuensi arus rotor

atau

s

rss2

n

nn

120

pnf

Karena

120

pnfdan

n

nnS s1

s

rs

maka

Sff 12

pada saat start : S = 100% ; f2 = f1

Demikianlah terlihat bahwa pada saat start dan rotor belum berputar, frekuensi pada

stator dan rotor sama. Dalam keadaan rotor berputar, frekunsi arus rotor dipengaruhi olehslip (f1

= s f1). Karena tegangan induksi dan reaktansi kumparan rotor merupakan fungsi frekuensi, maka

harganya turut pula dipengaruhi oleh slip.

22s

m212s

m222s

SEE

Nf4.44E

Nf4.44E


9/26


83

E2 = tegangan induksi pada saat start (diam)

E2s = tegangan induksi pada saat motor berputar.

22s

2s12s

2s22s

SXX

Lsf2X

Lf2X

X2s adalah reaktansi pada saat rotor berputar

X2 adalah reaktansi pada saat start (diam)

V.5 Rangkaian Rotor

Setelah dibahas bahwa pada saat rotor berputar tegangan induksi rotor (E2) dan reaktansi

rotor (X2) turut dipengaruhi olehslip, maka arus motor menjadi :

222

2

22

2

2

2

2

2

2

2s

2

2

2s2

XS

R

EIatau

SXR

SE

XS

R

EI

Dengan demikian rangkaian rotor digambarkan seperti terlihat pada gambar 5.6.

2SE

2I

2R 2SX

2E

2I

S/R2 2

X

a b

Gambar 5.6 Rangkaian listrik dari kumparan rotor yang sedang berputar

Karena

S

S1RR

S

R22

2 , rangkaian rotor dapat juga dilihat pada gambar 5.7


10/26


84

2E

2I

2R

2X

S

S-1R2

Gambar 5.7 Rangkaian listrik kumparan rotor

Perhatikan bahwa :

mekanikdayamenjadidiubahyangrotorkeluardayaS

S1RI

panasberupahilangyangdayaRI

2

2

2

2

2

2

V.6 Rangkaian Ekivalen

Kerja motor induksi seperti juga kerja transformator adalah bedasarkan prinsip induksi-

elektromagnet. Oleh karena itu, motor induksi dapat dianggap sebagai transformator dengan

rangkaian sekunder yang berputar. Hingga rangkaian motor induksi dapat dilukiskan seperti pada

gambar 5.8.

MX

CR

1I

'

2I

oI

1

V1

E2

SE

1R

1X

2SX

2

I

2R

Gambar 5.8 Rangkaian listrik motor induksi

Vektor diagram dapat dilihat pada gambar 5.9


11/26


85

MI

CI

0I

'I2

1I

1E

2SE

2

2R

I

2I

22SXI

1

2R'

I

12X'I

1V

Gambar 5.9 Vektor diagram motor induksi

Sedangkan rangkaian ekivalen motor induksi dapat dilukiskan seperti dalam gambar 5.10.

1V

1R 1X1

I S/Ra 22

22Xa

'I2C

IMI

MX

CR

oI

1V

1R 1X1I S/Ra 2

2

22Xa

CI MI

MX

CR

oI

'I2

S

S1Ra

2

2

Gambar 5.10 Rangkaian ekivalen motor induksi

Vektor diagram untuk rangkaian ekivalen di atas terlihat pada gambar 5.11.


12/26


86

M

I

CI

0I

'I2

1I

1E

1

2

R'I

2X'I

1V

2

2X

a'I

S

2R

2a

'I

2

Gambar 5.11 Rangkaian ekivalen motor induksi secara vektoris

V.7 Kopel Motor Induksi

Dari rangkaian ekivalen gambar 5.8, arus '2I adalah:

2

2

22

2

2

1'

2

XaS/Ra

EI

dan

2222

2

2

2

2

XaS/Ra

S/Ra

impedansi

tahanancos

cosIE3TP '21

P = daya

T = kopel = kecepatan sudut

maka cosIE3//PT '21

Bila Z1 = R1 + jX1 dianggap kecil, E1 hampir sama V1

22222

2

2

2

22

1

XaSRa

RSaV

W

3T

(1)


13/26


87

Berapa harga S agar harga T maksimum? Harga S untuk mendapatkan T maksimum adalah bila

dT/dS = 0. Dari diferensiasi dT/dS = 0 diperoleh harga T maksimum pada saat

22 X/RS (2)

222

1maks XWa2/V3T (3)

Dari ketiga persamaan tersebut dapat ditarik beberapa kesimpulan. Dari persamaan (1) diketahui

bahwa untuk harga S kecil di mana S2(a

2X2)

2dapat diabaikan, maka kopel sebanding dengan

S(T~S). Dari persamaan (2) diketahui bahwa untuk memperoleh kopel maksimum pada saat start

(S = 1) ialah dengan membuat R2 = X2. Harga kopel maksimum dapat diubah dengan mengatur

harga X2 atau tegangan sumber V1 (lihat persamaan (3)). Dari persamaan (1) diketahui bahwa

kopel akan menjadi nol ketika S = ~. Persamaan (1) dan (2) menunjukan bahwa R2 tidak

mengubah harga kopel maksimum, melainkan hanya mengubah harga S pada saat kopel

maksimum terjadi. Perubahan R2 dalam hubungan dengan kopel (T) dan slip (S) dapat dilihat

dari kurva berikut pada gambar 5.12.

Gambar 5.12 Kurva perubahan R2 hubungannya dengan kopel (T) dan slip (S)

V.8 Daya Motor Induksi

Dengan memperlihatkan model rangkaian diketahui bahwa daya masuk stator :

cosIV3P 111

1V

1R

1X1I

2

2Ra

2

2Xa

CI

MI

MXCR

oI

'I2

S

S1Ra

2

2

Gambar 5.13 Rangkaian ekivalen motor induksi


14/26


88

Daya masuk rotor (terdapat pada celah udara)

S

RaI3P

2

S1RRaI3P

cosIE3P

222'

22

22

2'

22

'

212

Daya keluar rotor (daya mekanik pada rotor termasuk rugi geser dan angin).

S

S1RaI3P 2

22'

2m

Rugi tembaga rotor :

22'2Cu RaI3P

Jadi :S:)S1(:1P:P:P Cum2

Dengan demikian diperoleh cara menghitung yang lebih cepat. Daya keluar rotor dapat juga

diketahui diperoleh dari daya masuk rotor dikurangi rugi tembaga rotor ( Pm = P2 - PCu ).

V.9 Pengaturan Putaran

Motor induksi pada umunya berputar dengan kecepatan konstan, mendekati kecepatan

sinkronnya. Meskipun demikian pada penggunaan tertentu dikehendaki juga adanya pengaturan

putaran. Pengaturan motor induksi memerlukan biaya yang agak tinggi. Biasanya pengaturan ini

dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu dengan mengubah jumlah kutub motor, mengubah

frekuensi jala-jala, mengatur tegangan jala-jala, dan mengatur tahanan luar.

V.9.1 Mengubah Jumlah Kutub Motor

Karena ns = 120f/p, maka perubahan jumlah kutub (p) atau frekuensi (f) akan

mempengaruhi putaran. Jumlah kutub dapat diubah dengan merencanakan kumparan stator

sedemikian rupa sehingga dapat menerima tegangan masuk pada posisi kumparan yang berbeda-

beda. Biasanya diperoleh dua perubahan kecepatan sinkron dengan mengubah jumlah kutub dari

2 menjadi 4, seperti terlihat pada gambar 5.14.


15/26


89

Gambar 5.14 Perubahan kecepatan sinkron dengan mengubah jumlah kutub dari 2 menjadi 4

V.9.2 Mengubah Frekuensi Jala-jala

Pengaturan putaran motor induksi dapat dilakukan dengan mengubah-ubah harga

frekuensi jala. Hanya saja untuk menjaga keseimbangan kerapatan fluks perubahan tegangan

harus dilakukan bersamaan dengan perubahan frekuensi . Persoalannya sekarang adalah

bagaimana mengatur frekuensi dengan cara yang efektif dan ekonomis. Cara pengaturan

frekuensi dengan menggunakansolid state frekuensi converter.

V.9.3 Mengatur Tegangan Jala-jala

2

2

222

2

2

2

22

1

XaSRa

RSaV

w

3T

Dari persamaan kopel motor induksi di atas diketahui bahwa kopel sebanding dengan

pangkat dua tegangan yang diberikan. Untuk karakteristik beban seperti terlihat pada gambar

5.15, kecepatan akan berubah dari n1 ke n2 untuk tegangan masuk setengah tegangan semula.

Cara ini hanya menghasilkan pengaturan putaran yang terbatas (daerah pengaturan sempit).

Gambar 5.15 Karakteristik beban


16/26


90

V.9.4 Pengaturan Tahanan Luar

Tahanan luar motor induksi rotor belitan dapat diatur, dengan demikian dihasilkan

karakteristik kopel kecepatan yang berbeda-beda seperti gambar 5.16.

Gambar 5.16 Karakteristik kopel

Putaranan akan berubah dari n1

ke n2

dan dari n2

ke n3

bertambahnya tahanan luar yang

dihubungkan ke rotor.

V.9.5 Kesimpulan

Pengaturan putaran motor induksi umumnya mahal, sedangkan daerah pengaturan yang

diperoleh tidak begitu lebar, kecuali dengan pengaturan pada 2, yaitu pengaturan frekuensi jala.

Contoh Soal

1. Suatu motor induksi, 1000 hp, 2200 volt, 25 cps, 12 kutub, 3 fasa hubungan bintang,mempunyai data sebagai berikut:

Pengukuran beban nol memberikan :

P = 15.2 kW pada cos = 0.053 terbelakang, arus beban nol = 0I = 75.1 ampere. Jika slip =

0.018, tentukan daya output, kecepatan, kopel, daya input, faktor kerja, dan efisiensi.

Penyelesaian

Rangkaian ekivalen (satu fasa) pada gambar 5.17a dapat dijadikan seperti gambar 5.17b, di

mana V1 adalah tegangan pada titik xy dan dengan teorema Thevenin didapat hubungan:

)jX(RI-VV 110t1


17/26


91

1V

1R

1X

1I

'R

2

'

2X

CI MI

MXCR

oI

'I2

S

S1'

2R

1V

1R

1X'

2X

S

S1'

2R

CI MIMXCR

oI

X

Y

)a()b(

Gambar 5.17

Dengan secara pendekatan, kebesaran V1 dapat dituliskan :

21210t1 XRIVV

volt1270

3

2200Vt

maka

ampere220

313.0313.0018.0/0992.0102.0

1245

XXS/RR

VI

volt1245313.0102.01.751270V

22

2'

21

2'

21

1'

1

22

1

sehingga

hp1060kW789

018.0

018.010992.02203

S

S1RI3keluarDaya

2'

2

2'

2

Kecepatan sinkron : rpm25012

25120p/f120n s

Kecepatan rotor : rpm242S1nn sr


18/26


92

Kopel : ft-lb22600meter-newton30600242/602

789000W/P r

Daya masuk = 789000 + 3(220)2(0.102 + 0.992) + 15200 = 833 kW

Maka daya reaktif pada keadaan berbeban :

284000 + 3(220)2(0.313 + 0.313) = 375 kvar

Faktor kerja = cos(tan-1

375/833) = 0.912

Dan akhirnya efesiensi = 789/833 = 0.945

2. Kemudian jika pada soal 1 dikehendaki motor mempunyai kopel maksimum pada saatstart,

berapakah tahanan luar yang diperlukan untuk maksud tersebut dan berapa harga kopel

maksimum tersebut. Dan bila, setelahstarttahanan luar ini dihilangkan, tentukan slip ketika

kopel maksimum dan berapa kecepatannya.

Penyelesaian

Pada saat kopel maksimumslip mempunyai hubungan sebagai berikut :

diabaikan.tidakXdanRbila,

XXR

RS 11

'

21

2

1

'

2

m

Misalkan tahanan luar dipasang pada rangkaian rotor, dan pada saatstart, Sm= 1.0 maka :

fasaperohm632.0313.0313.0102.0R 22'2

Jadi, Rluar = 0.632 0.0992 = 0.533 ohm per fasa (harga ini adalah harga tahanan luar dari

rangkaian rotor yang di-transferke rangkaian stator). Arus motor pada keadaan start :

ampere1290

313.0313.0632.0102.0

1245I

22

'

2

Jadi,

ft-lb89000

m-N121000632.012903254

12T

2


19/26


93

Kemudian tahanan luar dihilangkan, maka kopel maksimum terjadi pada saatslip Sm di mana

:

0.157

313.0313.0102.0

0992.0S

22m

Dan kecepatan rotor :

rpm211157.01250n

3. Suatu motor induksi, 3 fasa hubungan bintang, 220 volt (tegangan jala-jala), 10 hp, 60 cps, 6

kutub, mempunyai konstanta sebagai berikut :

R1 = 0.294 omh/fasa;'

2R = 0.144 omh/fasa;

X1 = 0.503 omh/fasa;'

2X = 0.029 omh/fasa;

Xm = 13.25 omh/fasa; R c = diabaikan (Go = 0)

Jumlah rugi geser + angin + besi = 403 watt

Jika slip 0.02, tentukanlah kecepatan motor, daya mekanik, kopel, arus stator, faktor kerja,

dan efesiensinya. Motor dijalankan pada kemampuan tegangan dan frekuensinya.

Penyelesaian

Rangkaian ekivalen motor dapat digambarkan sebagai berikut (per fasa). Impedansi Zf

merupakan impedansi '22 jXS/R yang paralel dengan jXM . (ingat dasar rangkaian listrik).

m'2'2

m

'

2

'

2fff

XXjR

jXjXS/RjXRZ

40.32/75.661.3j41.525.13209.0j02.0/144.0

25.13j209.0j02.0/144.0

jala)-jala(teganganvolt1273/220Vt

Arus stator = I1 = 127/6.75 = 18.8 ampere

Faktor daya = cos 32.4o

= 0.884

Kecepatan sinkron = ns = 120 f/p = 1200 rpm = 20 rps

Kecepatan rotor = 1200(1-0.02) = 1176 rpm

Daya yang ditransfer pada air gap = 3( '2I )2 (R2/S) = 3

2

1I Rf

(= daya masuk rotor) = 3(18.8)2(5.41) = 5740 watt


20/26


94

Daya mekanik pada rangkaian rotor (termasuk juga rugi geser + angin + besi)

= (1- 0.02)(5740) = 5630 watt

Maka daya mekanik (keluar) = 5630 403 = 5227 watt = 5230 watt

hp7.0nm5.420.0212025230

W

PTKopel

R

Efesiensi dihitung sebagai berikut:

Rugi 1 tembaga pada stator = (3)(18.8)2(0.294) = 312 watt

Rugi 1 tembaga pada stator = (3)(0.02)(5740) = 115 watt

Rugi angina + geser + besi = 403 watt

Rugi total = 830 watt

Daya keluar = 5230 wattDaya masuk = 6060 watt

Jadi, efisiensi = 5230/660 = 0.863

4. Motor induksi 3 fasa,4 kutub, 50 Hz, 400 volt berputar 1400 rpm pada faktor daya 0.88 dan

memberikan daya pada beban penuh 14.8 hp. Rugi-rugi stator 1060 watt dan rugi-rugi

gesekan dan angin 375 watt. Hitung : (i) slip, (ii) rugi-rugi tembaga rotor, (iii) frekuensi

rotor, (iv) arus yang mengalir, dan (v) efesiensi.

Slip pada beban penuh %4%1001500

14401500

Penyelesaian

Daya keluar 14.8 hp = 14.8 x 735.5 = 10885.4 watt

Daya mekanik yang dihasilkan = 10885.4 + 375 watt = 11260.4 watt

Diketahui bahwa :

rugi-rugi tembaga rotor:input rotor:daya mekanik = 1:1/5(1-5)/5

rugi-rugi tembaga rotor watt469.2watt96.0

04.04.11260 .

Daya masuk ke rotor = 11260.4 + 469.2 = 11729.6 watt

Daya masuk ke stator = 11729.6 + 1060 = 12789.6 watt

ampere97.2088.04003

11.789.6saluranArus

.


21/26


95

motor = (10885.4)/(12789.6) + 100% = 85.11%

Frekuensi rotor = sf = 0.04 x 50 = 2 Hz.

5. Motor induksi di mana rotornya dihubung bintang mempunyai impedansi dalam keadaan

diam (0.4 + j4) ohm per fasa, dan impedansi rheostat per fasa (6 + j2) ohm. Motor

mempunyai tegangan induksi 80 volt antara cincin-cincin slip pada keadaan diam apabila

dihubungkan dengan sumber tegangan normal, hitunglah arus rotor (a) pada keadaan diam

dengan rheostat dalam rangkaian. (b) Apabila dijalankan terhubung singkat dengan slip 3%.

Penyelesaian

Impedansi per fasa Z = 6 + j2 + 0.4 + j4

= 6.4 + j6 ohm= 8.76 ohm/fasa

Tegangan/fasa pada keadaan diam = 80/3 volt

Arus pada kondisi diam = ampere27.576.83

80

Pada slip 0.03, tegangan induksi rotor = 80/3 x 0.03 = 1.38 volt

Impedansi rotor = 0.4 + 4j x 0.3 = 0.4 + j1.2 = 1.26

Sehingga arus rotor apabila dijalankan terhubung singkat dengan slip 3% = 1.38/1.26 = 1.09

ampere.

6. Motor induksi 3 fasa rotornya dihubung bintang dan mempunyai tegangan induksi 50 volt

antara cincin-cincin slip, pada keadaan diam dan dalam keadaan sirkuit terbuka. Ketika stator

dihubungkan dengan tegangan suplai normal, impedansi pada keadaan diam 0.5 + j3.5

ohm/fasa. Hitunglah arus fasa dan faktor daya bila :

(a) rotor dihubungkan tahanan 4 ohm/fasa dan

(b) bila cincin-cincin slip dihubung singkat.

Penyelesaian

Tegangan induksi pada keadaan diam : 50/3 = 28.86 volt

(a) Total impedansi fasa = 4.0 + j3.5 + 0.5 ohm

= 4.5 + j3.5 ohm


22/26


96

Arus fasa = ampere.06.55.35.4

86.28

22

Faktor daya = 4.5/5.7 = 0.789.

(c) Jika dalam keadaan hubung singkat

Z = 0.5 +j3.5 = 3.535 ohm

Arus per fasa = 28.86/3.535 = 8.16 ampere

Faktor daya = 0.5/3.535 = 0.1415

7. Motor induksi 4 kutub, 50 Hz, 3 fasa. Jika slip dari motor pada beban penuh 3%. Hitunglah

harga tahanan yang dibutuhkan secara seri per fasa untuk mengurangi kecepatan 10%. Tiap-tiap fasa rotor mempunyai tahanan 0.2 ohm.

Penyelesaian

Jika torsi dalam motor induksi konstan dan kita mengetahui Rrotor/slip adalah konstan, dan

mesin bergerak tanpa tahanan luar pada slip S1, maka

2

eks2

1

1

S

RR

S

R

lalu :

ssrls

rls N97.0N03.01Natau03.0N

NN

Pengurangan kecepatan 10% sehingga kecepatan yang baru Nr2 = 0.973 Ns

Oleh karena itu slip S2 adalah :

127.0873.01N

NNS

s

2rs2


23/26


97

Substitusi harga tersebut sehingga didapat :

ohm646.0R

03.0

006.00254.0R

0254.0R03.0006.0

127.0

R2.0

03.0

2.0

eks

eks

eks

eks

8. Kecepatan motor rotor sangkar 3 fasa, 4 kutub. 50 Hz adalah 1440 rpm. Perbandingan arus

hubung singkat dengan arus beban penuh adalah 5. Hitunglah torsi startdan presentase torsi

beban penuh dengan mengikuti metode-metodestart:

(a) oleh auto transformer dengan 60% tapping.

(b) Oleh saklar-delta.

Penyelesaian

%4%1001500

1400-1500penuhbebanSlip

Diketahui torsi start sebanding dengan Is2

di mana Is adalah arus start

kemudian IfL arus beban penuh, pada torsi beban penuh

04.0

IF

S

I

2

fLfL

2

fL

Jadi,

4.0

I

I

T

4.0I

T

T

penuhbebanTorsi

startTorsi2

fL

s

2

fL

2

s

fL

s

(a) Jikastart digunakan auto transformer, jadi arusstart= 5 x 0.6 arus beban penuh

3penuhbebanarus

startarusatau


24/26


98

Jadi

Torsistart= (3)2

x 0.4 torsi beban penuh

(b) Penuh keadaan hubung bintang :

%33304.03

5

T

T

penuhbebanarus53

1I

2

fL

start

start

Torsistart = 333% dari torsi beban penuh.

Rangkuman

1. Motor induksi merupakan motor arus bolakbalik (ac) yang paling luas digunakan.

2. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor itu bukan diperoleh dari sumber

tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif

antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus

stator.

3. Dikenal dua tipe motor induksi yaitu motor induksi dengan rotor belitan dan motor induksi

dengan rotor sangkar.

4. Perputaran motor pada mesin arus bolak-balik ditimbulkan olah adanya medan putar (fluks

yang berputar) dengan kecepatanp

f120n s yang dihasilkan dalam kumparan statornya.

Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak, umumnya

fasa 3. Hubungan dapat berupa hubungan bintang atau delta.

5. Perbedaan kecepatan antara kecepatan berputar rotor )n( r dan )n( s disebut Slip (S)

dinyatakan dengan: %100n

)nn(S

s

rs

6. Besar kopel yang diperoleh pada saat rotor akan berputar disebut kopel start. Nilai kopel start

keadaannya selalu lebih besar dari nilai kopel pada keadaan putaran normal.

7. Daya masuk stator adalah cosIV3P 111 , daya masuk rotor adalah

S

RaI3P 22

2'

22 ,

daya keluar rotor (daya mekanik pada rotor termasuk rugi geser dan angin)

S

S1RaI3P 2

22'

2m


25/26


99

Rugi tembaga rotor :

22'2Cu RaI3P

Jadi :

S:)S1(:1P:P:P Cum2 Dengan demikian diperoleh cara menghitung yang lebih cepat. Daya keluar rotor dapat juga

diketahui diperoleh dari daya masuk rotor dikurangi rugi tembaga rotor ( Pm = P2 - PCu ).

8. Motor induksi pada umunya berputar dengan kecepatan konstan, mendekati kecepatan

sinkronnya. Meskipun demikian pada penggunaan tertentu dikehendaki juga adanya

pengaturan putaran. Pengaturan motor induksi memerlukan biaya yang agak tinggi. Biasanya

pengaturan ini dapat dilakukan dengan beberapa cara yaitu dengan mengubah jumlah kutub

motor, mengubah frekuensi jala-jala, mengatur tegangan jala-jala, dan mengatur tahanan

luar.

Soal soal latihan.

1. Motor induksi 3 fasa, 4 kutub beroperasi pada frekuensi jala jala 50 Hz.

Hitunglah: a. Kecepatan putar stator.

b. kecepatan putar rotor.

c. frekuensi arus rotor, jika slip 0,03

d. frekuensi arus rotor, jika frekuensi arus rotor dalam keadaan stasioner.

e. Kecepatan putar rotor, jika kecepatan putar rotor dalam keadaan stasioner.

2. Motor induksi 3 fasa, 4 kutub disuplai oleh sumber listrik pada frekuensi jala jala 50 Hz.

Hitunglah: a. Kecepatan putar sinkron.

b. kecepatan putar rotor, jika slip 5 %.

c. frekuensi arus rotor, jika berputar 600 rpm.

3. Rotor terhubung bintang dari sebuah motor induksi mempunyai impedansi pada keadaan

diam (0,4 + j4) ohm per fasa dan impedansi per fasa (6 +j2) ohm motor mempunyai ggl

induksi 80 volt antara cincin cincin slip pada keadaan diam apabila dihubungkan dengan

tegangan penyedia normalnya. Tentukan:

a. Arus rotor dalam keadaan diam dengan rheostat dalam rangkaian.

b. Arus rotor apabila dijalankan terhubung singkat dengan slip 0,03.

4. Daya masukan dari motor induksi 3 fasa adalah 60 kW. Rugi rugi stator total 1,5 kW.

Tentukanlah daya mekanis yang dihasilkan jika motor dijalankan dengan slip 4 %.


26/26

I A i Si j k MT

Daftar Pustaka

1. Nagrath, I.J., Kothari, D.P.(1989), Electric Machines, McGraw-Hill Publishing Company

Limited., New Delhi. Bab 9, Hal. 437.

2. Zuhal. (1988), Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya, Gramedia, Jakarta.

Bab 7, Hal. 101

Bacaan Lebih Lanjut

1. Rijono, Y.(1997), Dasar Teknik Tenaga Listrik, Andi, Yogyakarta. Bab. 6, Hal. 309.

2. Marappung. (1988), Teori Soal Penyelesaian Teknik Tenaga Listrik, Armico, Bandung.

Bab.4, Hal.276.

bab v-motor induksi- a.simanjuntakw

Documents