MOTOR INDUKSI TIGA PHASA
advertisement
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 fluks I = Arus L = Konduktor Arus listrik (i) yang dialirkan di dalam suatu medan magnet dengan kerapatan Fluks (B) akan menghasilkan suatu gaya Sebesar: 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 120 f dengan kecepatan n ns = kecepatan sinkron P 120 f ns P s f = frekuensi sumber p = jumlah kutup 2. Medan putar stator akan memotong konduktor yang terdapat pada sisi rotor, akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi ( ggl ) sebesar E2 s 44,4 fN E = tegangan induksi ggl f = frekkuensi N = banyak lilitan Q = 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: S n s nr 100% ns 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. 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 Diketahui : p =6 f = 60 Hz nr = 1140 rpm • Kecepatan sinkron 120 f 120 x60 ns p 6 7200 1200 rpm 6 Slip pada beban penuh n s nr 1200 1140 s ns 1200 60 0,05 atau 5% 1200 Kecepatan putar rotor bila s = 0,02 ns nr nr s 1 ns ns nr 0,02 1 1200 nr (1 0,02) x1200 1176 rpm 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 f S • 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 120 f 120 x60 ns 1800 r / min p 4 nr 1710 s 1 1 0,05 ns 1800 The block rotor-induced voltage per phase EBR EBR 40% of Vstator / phase EBR 0,4x220 88 V / phase • The rotor-induced voltage per phase ER ER sEBR 0,05x88 4,4 V The voltage between rotor terminals VL L ( rotor) 3 VR VL L ( rotor) 3 x4,4 7,62 V • The rotor frequency f R sf 0,05x60 3 Hz 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 IR ER RR X R bila, ER sE BR X R sX BR 2 2 maka , sEBR IR 2 2 RR ( sX BR ) jika penyebut dan pembilang dibagi dengan s, maka: IR E BR RR 2 2 [ ] X BR s Pembagian dengan s merubah titik referensi dari rotor ke rangkaian stator sehingga rangkaian ekuivalen rotor per fasa menjadi: • Untuk tujuan menyamakan dengan rangkaian resistansi rotor RR yang sebenarnya, maka RR/s dipisah dalam dua komponen: RR RR RR RR s s RR 1 RR RR ( 1) s s sehingga rangkaian ekuivalen rotor 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 Ketiga komponen daya tersebut didapat dari persamaan: RR 1 RR RR ( 1) s s bila ruas kanan dan ruas kiri dari persamaan ini dikalikan dengan IR2, maka: IR RR 1 2 2 I R RR I R RR ( 1) s s 2 Dimana: IR 2 RR s 2 I R RR 1 I R RR ( 1) s 2 ROTOR POWER INPUT (RPI) ROTOR COPPER LOSS (RCL) ROTOR POWER DEVELOPED (RPD) RPI = RCL + RPD HUBUNGAN RPD DENGAN RPI RR RPI I R s 1 2 RPD I R RR ( 1) s 2 2 I R RR RPD (1 s ) s RPD RPI (1 s) 1 s RPD I R RR ( ) s 2 HUBUNGAN RCL DENGAN RPI RPI I R 2 RR s sRPI I R RR RCL I R RR sRPI RCL RCL sRPI 2 2 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: Te RPI s 2ns s 60 • Torsi poros Td adalah torsi yang dibangkitkan di poros rotor yang dapat dinyatakan dengan persamaan: Td 2nr r 60 Pout R Bila rugi Protasional diabaikan maka Td dapat dinyatakan dengan persamaan: Td RPD R 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 dapat dibuat dua persamaan: Loop I: (R S jXS jX M )Is - (0 jX M )I'R VS Loop II: R' R (0 jX M )Is ( jX' BR jX M )I'R 0 s Dibuat RS j ( X S X M ) (0 jX M ) dalam bentuk matrik didapat: (0 jX M ) I V S S R' R j ( X 'BR X M ) I 'R 0 s Tentukan nilai deteminant () konstanta matrik, dengan: RS j ( X S X M ) (0 jX M ) (0 jX M ) R' R j ( X 'BR X M ) s Arus IS didapat dengan persamaan: VS j 0 0 IS (0 jX M ) R'R j ( X ' BR X M ) s Arus IR didapat dengan persamaan: RS j ( X S X M ) (VS j 0) (0 jX ) 0 M I 'R Arus magnetisasi IM diperoleh dari: IM = IS – I’R Faktor daya motor didapat dari Cos sudut arus stator IS KOMPONEN DAYA TIGA FASA STATOR POWER INPUT (SPI) SPI 3xISVS cos STATOR COPPER LOSS (SCL) SCL 3xIS RS 2 KOMPONEN DAYA TIGA FASA ROTOR POWER INPUT (RPI) RPI 3xI ' R 2 R'R s ROTOR COPPER LOSS (RCL) RCL 3xI ' R R' R 2 KOMPONEN DAYA TIGA FASA ROTOR POWER DEVELOPED (RPD) RPD 3 xI ' R 2 1 R' R ( 1) s ROTASIONAL LOSS (PR) Rugi-rugi yang disebabkan oleh gesekan dan angin OUTPUT POWER (PO) PO = RPD - PR DIAGRAM ALIR DAYA PADA MOTOR INDUKSI TIGA FASA SPI RPI SCL RPD RCL POUT 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: I 'R VS R' BR ( RS ) j ( X S X 'R ) s Arus pemagnetan IM sebagai berikut: IM VS jX M Arus stator IS sebagai berikut: IS I M I'R Bila mengikuti gambar rangkaian maka rugi tembaga stator SCL menggunakan arus I’R. Tetapi untuk mengurangi error yang tinggi pada perhitungan efisiensi maka SCL dihitung menggunakan persamaan berikut: 2 SCL 3xIS RS Perhitungan daya dan rugi-rugi yang lain sama seperti perhitungan metode LOOP Faktor daya motor didapat dari Cos sudut arus stator IS EFISIENSI (h) • Menyatakan perbandingan daya output dengan daya input Pout Pin Ploos Ploos h 1 Pin Pin Pin Bila dinyatakan dalam prosen maka, Pout h x100% Pin 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 % determine: – the line current and power factor – the shaft torque and output horse power – the efficiency SOLUTION (LOOP METHODE) • the phase voltage is: 220 / 3 127 V the equivalent circuit is given in Figure: Loop I: (0,344 j13,098)Is - (0 j12,6)I'R 127 Loop II: (0 j12,6)Is (5,25 j12,824)I'R 0 Dibuat dalam bentuk matrik didapat: 0,344 j13,098 (0 j12,6) I S 127 (0 j12,6) I ' 0 5 , 25 j 12 , 824 R Tentukan nilai deteminant () konstanta matrik, dengan: 0,344 j13,098 (0 j12,6) (0 j12,6) 5,25 j12,824 1,81 j 4,41 j 68,76 - 167,97 - (-158.76) 7,4 j 73,17 a. Arus IS didapat dengan persamaan: 127 j 0 (0 j12,6) 5,25 j12,824 IS 127 j 0 (0 j12,6) 0 5,25 j12,824 7,4 j 73,17 666,75 j1628.65 7,4 j 73,17 23,64 - j11,25 23,93 28,04 0 Arus IR didapat dengan persamaan: 5,25 j12,824 127 j 0 (0 j12,6) 0 I 'R 7,4 j 73,17 0 j1600,2 7,4 j 73,17 22,747 j 2,19 21,757 5,77 Power faktor motor (diambil dari sudut IS): PF cos( 28,04) 0,88 b. The shaft torque and output horse power Kecepatan sinkron dari motor adalah : 120 f s 120 60 ns 1200 rpm P 6 Kecepatan rotor adalah : r 2nr 2 x 1166 122,1 rad/detik 60 60 nr (1 s)ns (1 0,028) 1166 rpm Kecepatan sudut rotor adalah : Rotor Power Input adalah : R' R RPI 3I 'R s 2 3 x 21,757 x 5,25 7455,531 W 2 Rotor Power Developed adalah : RPD RPI (1 s ) 7455.531(1 - 0,028) 7246.776 W Power Output adalah : Pout = RPD – Protasional = 7246,776 – 262 = 6984,776 W Torsi motor adalah : Td Pout R 6984.776 57.2 N - m 122,1 Horsepower motor adalah : Pout 6984.776 HP 9.36 746 746 Power loos adalah : Protasional + Core loss = 262 W RCL = 0,028 x 7455,351 = 208.75 W SCL = 3x23,932x 0,344 = 590,97 W + Total loss = 1061,72 W c. Efisiensi motor adalah : h Pout x100% Pout Ploss 6984,776 86,8% 6984,776 1061,72 SOLUTION (Penyederhanaan) • the phase voltage is: 220 / 3 127 V the equivalent circuit is given in Figure: Arus IR didapat dengan persamaan: 127 IR 0,344 5,25 j 0,722 22,52 7,4 22,33 - j 2,88 A Arus IM didapat dengan persamaan: 127 IM j10,08 A j12,6 a. Arus Sumber IS didapat dari : I S 22,33 j (2,88 10,08) 22,33 - j12,96 25,82 30,1 A Power faktor motor (diambil dari sudut IS): PF cos( 30,1) 0,865 b. The shaft torque and output horse power Kecepatan sinkron dari motor adalah : 120 f s 120 60 ns 1200 rpm P 6 Kecepatan rotor adalah : r 2nr 2 x 1166 122,1 rad/detik 60 60 nr (1 s)ns (1 0,028) 1166 rpm Kecepatan sudut rotor adalah : Rotor Power Input adalah : R' R RPI 3I 'R s 2 3 x 22,52 x 5,25 7988 W 2 Rotor Power Developed adalah : RPD RPI (1 s ) 7988(1 - 0,028) 7764 W Power Output adalah : Pout = RPD – Protasional = 7764 – 262 = 7502 W Torsi motor adalah : Td Pout R 7502 61.4 N - m 122,1 Horsepower motor adalah : Pout 7502 HP 10.1 746 746 Power loos adalah : Protasional + Core loss = 262 W RCL = 0,028 x 7988 = 224 W SCL = 3x25,822x 0,344 = 688 W + Total loss = 1174 W c. Efisiensi motor adalah : h Pout x100% Pout Ploss 7502 86,5% 7502 1174 Perbandingan Kedua Metode • Arus sumber Metode Loop I S 23,64 - j11,25 23,93 28,04 A Metode Pendekatan I S 22,33 - j12,96 25,82 30,1 A Perbandingan Kedua Metode • Torsi Poros dan Output Horsepower Metode Loop Td 57,2 N m HP 9,36 Metode Pendekatan Td 61,4 N m HP 10,1 Perbandingan Kedua Metode • Efisiensi Metode Loop Metode Pendekatan h 86,8% h 86,5% 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: I 'R ( start) VS ( RS R'R ) 2 X e Tstart 2 RPI ( start) s RPI ( start) 3I 'R ( start) R'R 2 2ns s 60 Kondisi Torsi Maksimum • Dari gambar penyederhanaan rangkaian ekuivalen motor • Pada saat arus rotor maksimum torsi akan maksimum R' R terjadi X 0bila • Arus maksimum rotor pada slip sb (torsi max) s impedansi rotor mendekati nol sehingga: 2 2 R S e b I 'R VS 2 R'R 2 R X e S s b Karena nilai normal RS<<Xe maka: sb sT max R' R RS X e sb sT max R' R Xe • Masukkan nilai sb ke dalam persamaan arus saat torsi maksimum, didapat arus rotor maksimum yaitu: I 'R ( mak ) VS Xe Xe 2 2 VS 2Xe Rotor power Input maksimum menjadi: 2 3VS 2 R'R RPI ( mak ) 3I ' R ( mak ) sb 2Xe Rotor power developed maksimum menjadi: RPD( mak ) RPI ( mak ) (1 sb ) Torsi maksimum menjadi: Td ( mak ) RPD( mak ) Prot R (b ) Pout R (b ) 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 : I ' R ( start) VS ( RS R ' R ) X e 2 2 127 (0,344 0,47) 2 (0,498 0,224) 2 145,45 A RPI starting : RPI ( start) 3I ' R ( start) R' R 2 3 x(145,45) 2 x0,147 9330W SOLUTION Kecepatan sudut sinkron : 120 f 120 x60 ns 1200 rpm P 6 2ns 2 x 1200 s 125,664 rad/det 60 60 Torsi starting : Tstart RPI ( start) s 9330 74,2 N m 125,664 SOLUTION • Slip saat torsi maksimum : sb sT max R' R 0,147 0,2 Xe (0,498 0,224) Kecepatan putar saat torsi maksimum : nr ( mak ) (1 sb )n s (1 0,2) x1200 960 rpm RPI saat torsi maksimum : 2 RPI ( mak ) 3VS 3 x 127 2 33,509W 2 X e 2 x 0,722 SOLUTION RPD saat torsi maksimum : Torsi maksimum : RPD( mak ) RPI ( mak ) (1 sb ) 2nR 2 x 960 R (b ) 33,509 x(1 0,2) 60 60 100,531 rad/det 26,807 W Td ( mak ) RPD( mak ) Prot R (b ) 26,807 262 100,531 264 N m Pout R (b ) 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 increasing the ratio of resistance to inductance KLAS ISOLASI MOTOR Class A B F H Maximum Allowed 105ºC 130ºC 155ºC 180oC Temperature (*) 221ºF 266ºF 311ºF 356oF MOTOR DUTY CYCLE TYPES AS PER IEC STANDARDS MOTOR DUTY CYCLE TYPES AS PER IEC STANDARDS TYPICAL NAME PLATE OF AN AC INDUCTION MOTOR NAME PLATE TERMS AND THEIR MEANINGS Term Volts Amps H.P. R.P.M Hertz Frame Duty Description Rated terminal supply voltage. Rated full-load supply current. Rated motor output. Rated full-load speed of the motor. Rated supply frequency. External physical dimension of the motor based on the NEMA standards. Motor load condition, whether it is continuos load, short time, periodic, NAME PLATE TERMS AND THEIR MEANINGS Term Date Class Insulation NEMA Design Service Factor Description Date of manufacturing. Insulation class used for the motor construction. This specifies max. limit of the motor winding temperature. This specifies to which NEMA design class the motor belongs to. Factor by which the motor can be overloaded beyond the full NAME PLATE TERMS AND THEIR MEANINGS Term NEMA Nom. Efficiency PH Pole Description Motor operating efficiency at full load. Specifies number of stator phases of the motor. Specifies number of poles of the motor. Specifies the motor safety standard. 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 Vnl Xm 3I nl Blocked rotor test • Tujuan – menentukan parameter Re dan Xe PBR Re 2 3I BR VBR Ze 3I BR X e Z e Re 2 2 DC test • Tujuan – Menentukan parameter RS dan R’R untuk hubungan Y Vdc Rdc Rs 2 I dc Resistansi ekuivalen rotor R'R Re RS DC test untuk hubungan delta 3Vdc Rdc Rs 2 I dc Resistansi ekuivalen rotor R'R Re RS •untuk 60Hz Rac=1,4Rdc •untuk 50Hz Rac=1,3Rdc Contoh Name plate Three Phase Induction Motor P = 0,75 KW = 1 HP V = 380/220 V f = 50 Hz nr = 1380 rpm I = 2/3,45 A Data yang diperoleh : No load test : P = 120 W V = 380 V I = 1,3 A Blocked rotor test : P = 260 W V = 120 V I=2A DC test : V = 48 V I=2A PERHITUNGAN 1. No load test Vnl Xm 3I nl 380 168,76W 3 1,3 Prot inti Pnl 3xInl xRac 2 120 3x1,3 x15,27 2 42,5W PERHITUNGAN 2. DC test Vdc 48 Rdc 12 W 2 xIdc 2 x 2 Rac 1,3xRdc 1,3x12 15,6 W PERHITUNGAN 3. Blocked rotor test PBR 260 Re 21,67 W 2 2 3x 2 3xIBR VBR 120 Ze 34,6 4W 3xIBR 3x2 X e Z e Re 34,642 21,67 2 27,02 W 2 2 R'R Re RS 21,67 15,6 6,07 W Rangkaian Ekuivalen MI • Slip motor: – Jika nr = 1380 rpm, maka ns yang mungkin pada frekuensi 50 Hz adalah 1500 rpm shg: 120 xf ns P 120 x50 1500 P P4 ns nr 1500 1380 s 0,08 ns 1500 Arus I’R VS 220 I 'R R'R 6,07 RS X e (15,27 ) j 27,02 s 0,08 2200 2200 95,27 j 27,02 99,0215,8 2,22 15,8 A Arus IS I S I 'R I m 2,22 15,8 j1,3 2,14 j (0,6 1,3) 2,14 j1,9 2,86 41,6 A • Rotor Power Input (RPI) R'R RPI 3xI 'R x s 6,07 2 3 x 2,22 x 0,08 1121,83W 2 Rotor Power Developed (RPD) RPD RPIx (1 s ) 1121,83 x(1 0,08) 1032,1W • Daya Output Pout RPD Prot inti 1032,1 42,5 989,6W Daya Losses RCL RPIxS 1121,83x0,08 89,75 W 2 SCL 3x2,86 x15,27 374,71W Ploses RCL SCL Prot nti 89,75 374,71 42,5 506,96W • Effisiensi dan daya dalam Hp Pout h x100% Pin Pout x100% Pout Plosses 989,6 x100% 989,6 506,96 66,12% Poutput 989,6 Daya output dalam HP 1,33HP 746 746 Rangkuman Hasil Test No load test Xm = 168,76 ohm P rot+inti = 42,5 W Blocked rotor test Re = 21,67 ohm Ze = 34,6 ohm Xe = 26,97 ohm R’r = 6,07 ohm DC test Rdc = 11,75 ohm Rac = 15,27 ohm Slip= 0,08 Rangkuman Hasil Test I’R = 2,3 A RPI = 1185,2 W RPD = 1032,1 W Pout = 989,6 W Effisiensi = 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 : 120 f s 120 60 ns 1800 rpm P 4 Slip per-unit : ns nm 1800 1725 s 0.0417 ns 1800 Maka frekwensi rotor : f r s f s 0.0417 60 2.5 Hz 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 : 120 f s 120 60 ns 1800 rpm P 4 Slip per-unit : ns nm 1800 1725 s 0.0417 ns 1800 Daya output rotor : Po HP 746 10 x 746 7460W c. Rugi tembaga rotor : Pcu2 = sPAG = 0.0417x8139.41 = 339.413 W Rugi tembaga stator : Pcu1= 212 W (diberikan) d. Daya input : Pin PAG Pcu1 8139.41 212 8351.41 W e. Efisiensi : Po 7460 h 0.893 atau 89.3 % Pin 8351.41 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 : Po HP 746 2 x 746 1492W Kecepatan sinkron : 120 f s 120 60 ns 1800 rpm P 4 Slip per-unit : ns nm 1800 1620 s 0.1 ns 1800 Daya yang dikonversikan : Pke Po Prot 1492 160 1652 W Daya celah udara : PAG Pke 1562 1835,56 W (1 s) (1 0,1) Rugi tembaga rotor : Pcu2 = sPAG = 0.1x1835,56 = 183,556 W Arus rotor : IR Pcu 2 183,556 55,31 A 3 Rr 3 0,02 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 Kecepatan sinkron : 120 f s 120 60 ns 1800 rpm P 4 Kecepatan sudut sinkron : 2 ns 2 1800 s 188,5 rad/s 60 60 Rangkaian Ekivalen Motor I1 r1=0.5 Pin Pcu 2 I 2 PkE Prot Pcu1 Z1 V1 13279o r2/s jx1=j0.75 PAG E2 Z g Zg jXm = j100 Rc=500 PFE Ic I jx2=j0.5 Po Berdasarkan rangkaian pada gambar, maka Tegangan per-phasa adalah : 230 V1 132,79V 3 Impedansi rotor efektif berdasar pada stator adalah : r2 0.25 Z 2 jx2 j 0.5 s 0.025 o 10 j 0.5 10.0122.86 W Impedansi celah udara : 1 1 1 1 Z g Rc jX m Z 2 1 1 1 o 500 j100 10.0122.86 0.103 8.37 Maka : o o Z g 9.7098.37 Impedansi total : Z r1 jx1 Z g 0,5 j 0,75 9,7098,73o 10,33512,08 o Arus stator : o V1 132.790 o I1 12 . 849 12 . 08 o Z 10.33512.08 Faktor daya : pf cos(12.08 ) 0.978 (lagging ) o Daya input : Pin 3 V1 I1 cos 3 230 12,849 0,978 5006,06 W Rugi tembaga stator : Pcu1 3 I12 r1 3 12,849 2 0,5 247.7 W Tegangan Input : E2 V1 I1 (r1 jx1 ) 132,79 (12,84912,08o ) (0,5 j 0,75) 124,76 3,71o V Arus Inti : E2 124,76 3,71o o Ic 0,25 3,71 A Rc 500 Arus magnetasi : o E2 124,76 3,71 I 1,248 93,71o A jX m j100 Arus eksitasi : o o I m I c I (0,25 3,71 ) (1,248 93,71 ) 1,272 82,41 A o Arus rotor : o o I 2 I1 I m (12,849 12,08 ) (1,272 82,41 ) 12,478 6,57o A Rugi inti : Pc 3 I Rc 3 0,25 500 93,75 W 2 c 2 Daya celah udara : PAG Pin PCU 1 PFE 50006,06 247,65 93,75 4664,66 W Rugi tembaga rotor : PCU 2 3 I r2 3 12,478 0,25 2 2 2 116,78 W Daya konversi : Pke PAG Pcu 2 4664,66 116,78 4547,88 W Daya output : Po Pke Pmech 4547,88 150 4397,88 W Efisiensi : Po 4397,88 h 0,879 atau 87,9 % Pin 5006,06 Torsi poros/shaft : Po 4397,88 Tc 35,9 Nm (1 s)s (1 0.025) 125,66 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 Kecepatan sinkron : 120 f s 120 60 ns 1800 rpm P 4 Kecepatan sudut sinkron : 2 ns 2 1800 s 188,5 rad/s 60 60 Rangkaian Ekivalen Motor I1 r1=0.5 Pin Pcu 2 I 2 PkE Prot Pcu1 Z1 V1 13279o r2/s jx1=j0.75 PAG E2 Z g Zg jXm = j100 Rc=500 PFE Ic I jx2=j0.5 Po Berdasarkan rangkaian pada gambar, maka Tegangan per-phasa adalah : V1 120 3 69.282 V Tegangan thevenin: VTh jV1 X m j 69.282 7590 r1 j ( x1 X m ) 10 j (25 75) 51.7045.71o o Impedansi thevenin : j (r1 jx1 ) X m Z Th r1 j ( x1 X m ) j (10 j 25) 75 10 j (25 75) 20.09473.91 o Maka : RTh 5.569 W dan X Th 19.307 W Breakdown (optimum) slip : sb r2 RTh2 ( X Th X 2 ) 2 3 5,569 2 (19,307 25) 2 0,067 Torsi Maksimum: 3 VTh2 Te 2 s RTh RTh2 ( X Th X 2 ) 2 3 2 188,5 5,569 5,569 2 (19,307 25) 2 0,424 Nm SOAL 6 • Diketahui motor induksi tiga-fasa, 100 HP, V=440 V, P=8, f=60 Hz, impedansi rotor= 0.02 + j 0.08 W 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 : Po 100 746 74600 W Kecepatan sinkron : 120 f s 120 60 ns 900 rpm p 8 atau 2n s 2 900 s 94.248 rad/s 60 60 Impedansi rotor : Z 2 0.02 j 0.08W R2 0.02W X 2 0.08W Slip maksimum dapat diperoleh dengan : R2 0.02 Sb 0.25 X 2 0.08 Kecepatan motor saat torsi maksimum adalah : nr ns - s nr 900 - ( 0.25 900) 675 rpm Torsi motor maksimum diperoleh : Tmaks P0 (1 s ) s 74600 (1 0.25) 94.248 1055.372 Nm Penambahan tahanan luar (r) saat motor jalan pada torsi start 80% dari nilai maksimum adalah : ( R2 r ) R2 0,8 2 2 X2 ( R2 r ) ( X 2 ) R2 ( R2 r ) (( R2 r ) ( X 2 ) )0,8 X2 2 2 0,02 (0,02 r ) ((0,02 r ) (0,08) ) x0,8 0,08 2 2 0,02 r 0,00032 0,016r 0,8r 2 0,064 0,8r 2 0,984r 0,04432 0 Nilai tahanan luar yang dibutuhkan adalah : b b 2 4ac r1, 2 2a (0,984) (0,984) 2 4 x0,8 x0,04432 2 x0,8 0,984 0,9091 r1.2 1,6 r1 1,183W r2 0,0468W 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 jalajala. 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 X U Y V Z W Gambar. Hubungan Bintang Z X U V Y W 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. STARTING STAR/DELTA
