Page 1
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 1/42
BAB III
PARAMETER DAN TORSI MOTOR INDUKSI TIGA FASA
3.1. Parameter Motor Induksi Tiga Fasa
Parameter rangkaian ekivalen dapat dicari dengan melakukan pengukuran
pada percobaan tahanan DC, percobaan beban nol, dan percobaan rotor tertahan (
block- rotor). Dengan penyelidikan pada setiap rangkaian ekivalen, percobaan
beban nol motor induksi dapat disimulasikan dengan memaksimalkan tahanan
rotors
R 2'
. Hal ini bisa terjadi pada keadaan normal jika slip dalam nilai yang
minimum. Slip yang mendekati nol terjadi ketika tidak ada beban mekanis, dan
mesin dikatakan dalam keadaan berbeban ringan.
Pengukuran rotor tertahan dilakukan dengan menahan rotor tetap diam.
Pada kondisi ini slip bernilai satu yang merupakan nilai slip tertinggi untuk
kondisi motor, jadi nilais
R 2'
bernilai minimum. Untuk menentukan bentuk
rangkaian ekivalen, pola fluksi dianggap sinusoidal, demikian juga rugi-rugi yang
diukur proporsional terhadap fluksi utama, dan kejenuhan diabaikan
3.1.1 Percobaan DC
Untuk memperoleh harga 1 R dilakukan dengan pengukuran DC yaitu
dengan menghubungkan sumber tegangan DC (V DC) pada dua terminal input dan
Universitas Sumatera Utara
Page 2
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 2/42
arus DC-nya ( I DC) lalu diukur. Di sini tidak mengalir arus rotor karena tidak ada
tegangan yang terinduksi.
1. Kumparan hubungan Wye (Y)
Gambar rangkaian ketika kumparan motor induksi tiga phasa terhubung Y,
dan diberi suplai DC dapat dilihat pada Gambar 3.1 di bawah ini.
a
b
c
RDC
RDC
RDC
VDC
+
-
IDC
Gambar -3.1a Kumparan HubunganWye(Y)
Harga DC R1 dapat dihitung, untuk kumparan dengan hubungan Y, adalah
sebagai berikut :D
DD C1
2
1
I
V R = ( Ohm )..................(3.1)
2. Kumparan Hubungan Delta (∆)
Gambar rangkaian ketika kumparan motor induksi tiga phasa terhubung
delta dan diberi suplai DC, dapat dilihat pada Gambar 3.1b di bawah ini.
Gambar-3.1b Kumparan Hubungan Delta (∆)
Universitas Sumatera Utara
Page 3
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 3/42
Diketahui bahwa tahanan pada kumparan pada masing – masing phasa dianggap
sama, maka R R R R C B A === .
Jadi gambar diatas dapat disederhanakan menjadi gambar berikut.
A R
P R
D C
V
D C I
A I
Dimana P R = C B R R +
Jadi A R = A
DC
I
V
DimanaP A
P
D C A R R
R I I
+×=
D C A I I 3
2= , maka
dc R1 = DC
DC
I
V
32 =
DC
DC
I
V ×
2
3
Harga R1 ini dinaikkan dengan faktor pengali 1,1-1,5 untuk operasi arus bolak-
balik, karena pada operasi arus bolak-balik resistansi konduktor meningkat karena
distribusi arus yang tidak merata akibat efek kulit dan medan magnet yang
melintasi alur.
dcac Rk R 11 ×= ( Ohm )...........................(3.2)
Dimana=k
faktor pengali, besarnya 1,1 – 1,5
Universitas Sumatera Utara
Page 4
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 4/42
Karena besar tahanan konduktor stator dipengaruhi oleh suhu, dan biasanya bila
rugi-rugi motor ditentukan dengan pengukuran langsung pada motor, maka untuk
mengetahui nilai tahanan yang paling mendekati, biasanya dilakukan dengan
beberapa kali pengukuran dan mengambil besar rata-rata dari semua pengukuran
yang dilakukan.
3.1.2 Percobaan Beban Nol
Motor induksi dalam keadaan beban nol dibuat dalam keadaan berputar
tanpa memikul beban pada rating tegangan dan frekuensinya. Besar tegangan
yang digunakan ke belitan stator perphasanya adalah 1V ( tegangan nominal), arus
masukan sebesar 0 I dan dayanya 0P . Nilai ini semua didapat dengan melihat alat
ukur pada saat percobaan beban nol.
Dalam percobaan beban nol, kecepatan motor induksi mendekati
kecepatan sinkronnya. Dimana besar s 0, sehingga s
R'
2 ~ sehingga besar
impedansi total bernilai tak berhingga yang menyebabkan arus 2' I pada Gambar
3.2 bernilai nol sehingga rangkaian ekivalen motor induksi pada pengukuran
beban nol ditunjukkan pada Gambar 3.3. Namun karena pada umumnya nilai
kecepatan motor pada pengukuran ini 0r n yang diperoleh tidak sama dengan ns
maka slip tidak sama dengan nol sehingga ada arus I 2’ yang sangat kecil mengalir
pada rangkaian rotor, arus 2'
I tidak diabaikan tetapi digunakan untuk menghitung
rugi – rugi gesek + angin dan rugi – rugi inti pada percobaan beban nol. Pada
pengukuran ini didapat data-data antara lain : arus input ( I 1= 0 I ), tegangan input
Universitas Sumatera Utara
Page 5
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 5/42
(V 1 = 0V ), daya input perphasa ( P0) dan kecepatan poros motor ( 0r n ). Frekuensi
yang digunakan untuk eksitasi adalah frekuensi sumber f, maka rangkaian pada
saat beban nol adalah sepeti pada gambar di bawah ini.
I φ
Zm
V 1
I 1 = I φ
I m
I c
Rc
jX1R1
Xm
s
R 2'
2' X
Gambar- 3.2 Rangkaian Ekivalen pada Saat Beban Nol
Dengan tidak adanya beban mekanis yang terhubung ke rotor dan
tegangan normal diberikan ke terminal, dari Gambar 3.2 didapat besar sudut phasa
antara arus antara 0 I dan 0V adalah :
= −
00
01
0 I V
PC o sθ ..................................................(3.3)
Dimana: == n lPP0 daya saat beban nol perphasa
Universitas Sumatera Utara
Page 6
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 6/42
10 V V = = tegangan masukan saat beban nol
==n l
I I 0 arus beban nol
dengan P0 adalah daya input perphasa. Sehingga besar E1 dapat dinyatakan
dengan
)) (( 11011 0 j X R I V E o θϕ (Volt )................(3.4)
ron adalah kecepatan rotor pada saat beban nol. Daya yang didissipasikan oleh Rc
dinyatakan dengan :
1
2
00c R I PP −= ( Watt )..................................(3.5)
1 R didapat pada saat percobaan dengan tegangan DC.
Harga Rc dapat ditentukan dengan
0
2
1
c P
E R =
(Ohm )..........................................(3.6)
Dalam keadaan yang sebenarnya 1 R lebih kecil jika dibandingkan dengan m X
dan juga c R jauh lebih besar dari m X , sehingga impedansi yang didapat dari
percobaan beban nol dianggap 1 jX dan m jX yang diserikan.
nl Z =3
1
nl I
V ≅ )( 1 m X X j + ( Ohm ).....................(3.7)
Sehingga didapat
11
3 X
I
V X
n l
m −= ( ohm ).......................................(3.8)
Universitas Sumatera Utara
Page 7
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 7/42
3.1.3 Percobaan Rotor Tertahan
Pada pengukuran ini rotor dipaksa tidak berputar ( r n = 0, sehingga s = 1)
dan kumparan stator dihubungkan dengan tegangan seimbang. Karena slip s = 1,
maka pada Gambar 3.2, harga 2'
'
2 Rs
R= . Karena mc22 j X R j X R
''
maka
arus yang melewati mc jX R dapat diabaikan.
Sehingga rangkaian ekivalen motor induksi dalam keadaan rotor tertahan atau
hubung singkat seperti ditunjukkan pada gambar 3.3
jX 1+j X’2 R1 + R’2
V 1
I 1
Gambar- 3.3 Rangkaian Ekivalen Pada Saat Rotor Tertahan (s = 1)
Impedansi perphasa pada saat rotor tertahan ( BR Z ) dapat dirumuskan sebagai
berikut:
BB R '21
'21B R )( j X R X X j R R Z +=+++= ( Ohm )...........(3.9)
Pengukuran ini dilakukan pada arus mendekati arus rating motor. Data hasil
pengukuran ini meliputi : arus input ( I 1 = BR I ), tegangan input (V 1 = BRV ) dan
daya input perphasa ( BRP = Pin ). Karena adanya distribusi arus yang tidak merata
pada batang rotor akibat efek kulit, harga'2 R menjadi tergantung frekuensi. Maka
Universitas Sumatera Utara
Page 8
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 8/42
umumnya dalam praktek, pengukuran rotor tertahan dilakukan dengan
mengurangi frekuensi eksitasi menjadi BR f untuk mendapatkan harga '2 R yang
sesuai dengan frekuensi rotor pada saat slip rating. Dari data-data tersebut, harga
BR R dan BR X dapat dihitung :
2
1
B R B R
I
P R = (Ohm )....................(3.10)
'
21 R R R B R += (Ohm )................(3.11)
B R
B R B R
I
V Z = (Ohm )....................(3.12)
2
B
2
B R B R R Z X −= (Ohm ).......(3.13)
Untuk menentukan harga X 1 dan X 2 digunakan metode empiris berdasarkan
IEEE standar 112. hubungan X 1 dan X 2 terhadap Xbr dapat dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Distribusi Empiris dari Xbr
Disain
Kelas Motor X 1
'
2 X
A 0,5 Xbr 0,5 Xbr
B 0,4 Xbr 0,6 Xbr
C 0,3 Xbr 0,7 Xbr
D 0,5 Xbr 0,5 Xbr
Rotor Belitan 0,5 Xbr 0,5 Xbr
Universitas Sumatera Utara
Page 9
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 9/42
di sini besar X BR harus disesuaikan dahulu dengan frekuensi rating f .
BB R '
X f
f X
B R
= (Ohm )................(3.14)
2'
1
' X X X B R −= (Ohm )...................(3.15)
3.2 Torsi Motor Induksi Tiga Fasa
Suatu persamaan torsi pada motor induksi dapat dihasilkan dengan
bantuan teori rangakaian thevenin. Dalam bentuk umumnya, teorema thevenin
mengijinkan penggantian sembarang jaringan yang terdiri atas unsur – unsur
rangkaian linier dan sumber tegangan fasor tetap. Rangkaian rotor direfrensikan
terhadap stator. Misalkan 1V tegangan input motor, dengan melihat dari sisi
terminal a-b, dapat dicari tegangan theveninnya. Perhatikan gambar berikut ini.
Gambar-3.4
Untuk mempermudah perhitungan maka pada gambar -3.4 terminal a-b dibuka.
Perhatikan gambar berikut.
Universitas Sumatera Utara
Page 10
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 10/42
Gambar-3.5
Dari gambar – 3.5 dapat dihitung tegangan thevenin ( ThV )
ThV = 1V
++ )( 11 m
m
X X j R
j X ( Volt )………………….......(3.16)
Th Z = e R + e
jX =)(
)(
11
11
m
m
X X j R
j X R j X
++
+ (Ohm )………….........(3.17)
Rangkaian ekivalen pada gambar – 3.5 berubah menjadi seperti pada
gambar – 3.7 berikut.
Gambar-3.6
Dengan demikian 2 I dapat dihitung dengan persamaan
2' I =
)( 2'2
'
X X js
R R
V
ee
T h
+++ ( Ampere )…………………(3.18)
Universitas Sumatera Utara
Page 11
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 11/42
Torsi ( T d ) dapat juga dihitung dengan persamaan
T d =s
gP
ω =
s
R I
s
2'
22
'31
×
ω (Nm)…………………….............(3.19)
subsitusikan persamaan (3.18) di atas ke persamaan (3.19), maka didapat
T d =
+++ 2
2'22
'
2'
2
)()(
)(3
X X s
R R
s
RV
ee
T h
sω ( Nm )………….......(3.20)
pada keadaan motor bekerja normal, rotor berputar pada arah putaran medan
magnetik yang dihasilkan oleh arus stator, kecepatannya diantara nol sampai
kecepatan serempak, dan slipnya diantara nol dengan satu. Lihat gambar – 3.7
berikut
Gambar-3.7 Kurva Daerah Motor dan Generator
Untuk mendapatkan mesin induksi yang bekerja sebagai generator, maka
terminal stator dihubungkan pada suatu sumber tegangan dengan frekuensi tetap
dan rotornya digerakkan diatas kecepatan serempak dengan suatu penggerak
Universitas Sumatera Utara
Page 12
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 12/42
mula, seperti pada gambar diatas. Sumber tersebut menjaga supaya kecepatan
serempak tetap dan mencatu masukan daya reaktif yang diperlukan untuk meneral
medan magnetis celah udara. Karenanya slip berharga negatif.
3.2.1 Torsi Awal ( Torsi Start )
Pada saat pengasutan, ketika motor dalam keadaan diam, besar slip adalah
satu, dan daya mekanis bernilai nol, torsi pengasutan didapat dengan
mensubstitusikan besar s =1 ke persamaan (3.20), maka di dapat
=start T [ ]22
'22
'
2'2
)()(
3
X X R R
RV
ee
T h
s +++ω (Nm)…………..……….....…(3.21)
Pada motor induksi tiga phasa rotor belitan torsi awal perlu diperbesar
apabila torsi beban lebih besar dari torsi awal,maka untuk menggerakkan beban
maka torsi awal perlu diperbesar.Torsi awal ( torsi start ) start τ besarnya dapat
diatur ( diubah ) besarnya dengan menggunakan tahanan variabel dari luar (R luar )
yang dihubungkan secara seri ke kumparan rotor melalui sikat ( pada motor
induksi tiga fasa rotor belitan ),
=start T [ ]2
2'2
2'
2'2
)()(
)(3
X X Rluar R R
Rluar RV
ee
Th
s ++++
+
ω (Nm)......................(3.22)
3.2.2 Torsi Maksimum
Dari persamaan (3.19), torsi maksimum terjadi ketika daya celah udara
bernilai maksimum. Karena daya celah udara sebanding dengan daya yang
terpakai pada tahanan R2’/ s, maka torsi induksi maksimum terjadi ketika daya
Universitas Sumatera Utara
Page 13
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 13/42
yang dikonsumsi tahanan tersebut maksimum. Dengan berperinsip pada
penyesuian impedansi dalamteori rangkaian, daya tersebut akan merupakan yang
terbesar bila impedansis
R 2'
sama dengan besar impedansi diantaranya dan
tegangan ThV , atau pada harga maxτ s slip yang mempunyai hubungan
( )2'
2e
2
e
max
2'
)( X X Rs
R
T
++= ................................................(3.23)
Untuk motor tiga fasa rotor belitan
= ( )2'
2e
2
e )( X X R ++ (Nm)..........................................(3.24)
Dari sini didapat besar slip pada saat torsi maksimum maxτ s adalah
( )2'
2e
2
e
2'
max
)( X X R
RsT
++= ...........................................................(3.25)
Untuk motor tiga fasa rotor belitan
( )2'
2e
2
e
2'
max
)( X X R
R Rs luar
T
++
+= .........................................................(3.26)
Besar torsi maksimum didapat dengan mensubstitusikan slip pada torsi
maksimum pada persamaan (3.23). Persamaan besar torsi maksimumnya didapat
[ ]2'
2e
2
ees
2
thmaks
)(2
3
X X R R
V T
+++=
ω
(Nm)....................................(3.27)
Universitas Sumatera Utara
Page 14
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 14/42
Untuk motor tiga fasa rotor belitan
[ ]2'
2e
2
ees
2th
maks
)(2
3
X X R R
V T
+++=
ω
(Nm).....................................(3.28)
Persamaan (3.25) dan (3.26) menunjukkan bahwa slip yang terjadi saat
torsi maksimum sangat bergantung pada besarnya harga'
2 R dan Rluar , tetapi pada
persamaan (3.27) dan (3.28) yang mana persamaan ini mengindikasikan bahwa
torsi maksimum maxT tidak ada hubungan dengan'
2 R . Maksud dari hal ini bahwa
jika'
2 R ditambah besarnya dengan menggunakan tahanan luar yang terhubung
seri dengan kumparan rotor pada motor induksi jenis rotor belitan ( Rluar ) , besar
torsi maksimum yang dihasilkan tidak berpengaruh tetapi berpengaruh hanya pada
nilai slip dimana terjadi torsi maksimum.
Sekarang yang berpengaruh terhadap torsi maksimum adalah tegangan
masukan pada kumparan stator 1V , e R yang sebanding dengan tahanan pada
kumparan stator ( 1 R ) , induktansi pada kumparan rotor ('
2 X ) dan e X yang
mana sebanding dengan induktansi kumparan stator ( 1 X ). Dalam tinjauan yang
sebenarnya, persamaan (3.24) menunjukkan bahwa:
1. maxT sebanding dengan besar tegangan masuk ( input ) pada stator.
2. maxT dipengaruhi oleh besarnya tahanan stator ( 1 R ).
3. maxT dipengaruhi oleh dua induktansi, yaitu induktansi pada kumparan
stator ( 1 X ) dan induktansi pada kumparan rotor ('
2 X ).
Universitas Sumatera Utara
Page 15
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 15/42
Hubungan antara torsi dan slip untuk motor induksi dengan adanya
penambahan tahanan luar pada belitan rotor ditunjukkan oleh gambar berikut.
Untuk kurva torsi beban seperti yang ada pada gambar, dengan kecepatan 1n pada
tahanan rotor sebesar 2r , kecepatan yang dihasilkan 2n pada tahanan rotor'
2r .
Dimana'
2r > 2r dan seterusnya.
Dan T1<T2<T3.......dan seterusnya
Gambar-3.9 Hubungan Antara Torsi dan Slip Dimana ( R2>R2’>R2
’’>R2
’’’)
Dari gambar diatas, kita dapat menyimpulkan untuk motor induksi rotor
belitan bahwa:
1. kecepatan motor dapat diatur dengan variasi tahanan rotor tetapi torsi
maksimum tidak dapat dipengaruhi.
2.
torsi awal motor induksi dipebesar dengan menambah tahanan rotor.
3. Penambahan tahanan luar mengkibatkan torsi maksimum semakin cepat
diperoleh.
4. arus awal dapat diperkecil dengan mengubah – ubah tahan rotor.
5. faktor daya motor pada saat start dapat diperbaiki dengan tahanan rotor.
6.
Torsi maksimum terjadi pada slip yang berbeda-beda.
Universitas Sumatera Utara
Page 16
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 16/42
3.2.3 Torsi Beban Penuh
Telah diketahui bahwa persamaan untuk mendapatkan nilai dari torsi yaitu
T d =
+++ 2
2'22
'
2'
2
)()(
)(3
X X s
R R
s
RV
ee
T h
sω (Nm)…………………………(3.29)
Pada saat motor berbeban penuh ( full-load ), motor berputar dengan
kecepatan rfl
n ( kecepatan dengan beban penuh ). Maka akan dihasilkan slip
pada beban penuh ( fls ) sebesar
fls =s
rfls
n
nn −
Dengan menggunakan persamaan (3.29) dimana s digantikan dengan fls ,
maka didapat torsi pada saat beban penuh ( fl
τ
) sebesar = flT
+++ 2
2'22
'
2'
2
)()(
)(3
X X s
R R
s
RV
e
f l
e
f l
T h
sω (Nm)……………….……………(3.30)
Di bawah ini gambar kurva karva karakteristik torsi- kecepatan motor induksi
100
200
300
20 40 60 80 100
Torsi Maksimum
Kecepatan
beban penuh Kecepatan
sinkron
Torsi
beban penuh
Torsi start
Kecepatan (% Kecepatan sinkron)
T o r s i ( % T
o r s i b e b a n p e n u h )
0
Torsi
beban nol
Gambar- 3.10 Kurva Karakteristik Torsi-Kecepatan Motor Induksi
Universitas Sumatera Utara
Page 17
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 17/42
Kurva torsi kecepatan tipikal motor induksi ditunjukkan pada Gambar 3.9
Karakteristik penting yang terdapat dalam kurva tersebut adalah kurva Torsi-
Kecepatan. Dari gambar tersebut dapat dijabarkan :
5. Jangkauan motor meliputi slip yang berada di 0<s<1. Kecepatan
putaran antara diam ( s = 1) sampai kecepatan sinkron ( s = 0), dan putaran
memiliki arah yang sama dengan putaran medan magnetik. Mesin menjadi motor
ditandai dengan daya mekanis keluaran yang bernilai positif.
6. Kurva torsi-kecepatan hampir mendekati linier antara keadaan beban
nol dengan keadaan beban penuh. Pada daerah ini tahanan rotor jauh lebih besar
dibanding reaktansi rotor, sehingga arus rotor, medan magnetik rotor, dan torsi
meningkat linier seiring dengan naiknya slip.
7.
Ada titik maksimum torsi yang terjadi ketika kenaikan putaran tidak
lagi menaikkan besar torsi. Titik ini disebut sebagai titik torsi maksimum yang
mampu dihasilkan motor.
8. Torsi pengasutan motor lebih besar dibanding torsi beban penuh
motor
3.3 Disain Motor Induksi Tiga Fasa
Motor asinkron yang sering kita temukan sehari-hari misalnya adalah :
kipas angin, mesin pendingin, kereta api listrik gantung, dan lain sebagainya.
Untuk itu perlu diketahui kelas-kelas dari motor tersebut untuk mengetahui unjuk
kerja dari motor tersebut. Adapun kelas-kelas tersebut adalah sebagai berikut :
4. Kelas A : Torsi start normal, arus start normal dan slip kecil
Universitas Sumatera Utara
Page 18
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 18/42
Tipe ini umumnya memiliki tahanan rotor sangkar yang rendah. Slip pada
beban penuh kecil atau rendah namun efisiensinya tinggi. Torsi maksimum
biasanya sekitar 21% dari torsi beban penuh dan slipnya kurang dari 21%.
Motor kelas ini berkisar hingga 20 Hp.
5. Kelas B : Torsi start normal, arus start kecil dan slip rendah
Torsi start kelas ini hampir sama dengan kelas A tetapi arus startnya
berkisar 75%Ifl . Slip dan efisiensi pada beban penuh juga baik. Kelas ini
umumnya berkisar antara 7,5 Hp sampai dengan 200 Hp. Penggunaan
motor ini antara lain : kipas angin, boiler, pompa dan lainnya.
6. Kelas C : Torsi start tinggi dan arus start kecil
Kelas ini memiliki resistansi rotor sangkar yang ganda yang lebih besar
dibandingkan dengan kelas B. Oleh sebab itu dihasilkan torsi start yang
lebih tinggi pada arus start yang rendah, namun bekerja pada efisisensi dan
slip yang rendah dibandingkan kelas A dan B.
7. Kelas D : Tosi start tinggi, slip tinggi
Kelas ini biasanya memiliki resistansi rotor sangkar tunggal yang tinggi
sehingga dihasilkan torsi start yang tinggi pada arus start yang rendah
Universitas Sumatera Utara
Page 19
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 19/42
BAB IV
PERHITUNGAN PARAMETER DAN PENGGUNAAN TAHANAN LUAR
UNTUK MEMPERBESAR TORSI AWAL MOTOR INDUKSI TIGA FASA
ROTOR BELITAN
4.1 Umum
Untuk mendapatkan parameter dari rangkaian ekivalen motor induksi tiga
fasa, maka dapat dihitung dari data yang didapat dari percobaan beban nol, rotor
tertahan ( block rotor ), dan percobaan tahanan DC. Pada percobaan beban nol
dimana tidak ada beban yang terhubung pada poros rotor sehingga putaran rotor
dikatakan maksimum. Percobaan rotor tertahan ( block rotor ) harus dilakukan
jauh dibawah keadaan nominal, karena dengan tegangan stator yang kecil sudah
menghasilkan arus yang besar pada rotor. Dipercobaan rotor tertahan putaran rotor
dikatakan dalam keadan minimum (r n = 0 ). Untuk percobaan tahanan DC dimana
pada percobaan ini akan mengukur besarnya tahanan DC pada kumparan motor.
Percobaan penggunaan tahanan luar untuk mendapatkan torsi awal yang
besar dilakukan untuk mendapatkan nilai torsi awal yang berubah nilainya akibat
bertambahnya tahanan rotor. Adakalanya suatu motor induksi tiga fasa dibebani
dengan suatu beban, dimana torsi beban yang dipikul lebih besar dari torsi awal
yang dihasilkan oleh motor induksi, untuk menanggulangi masalah ini maka pada
motor induksi tiga fasa rotor belitan ditambahkan tahanan luar yang diserikan
dengan belitan rotor melalui sikat untuk memperbesar torsi awal dan memperkecil
arus awal. Data yang didapat dari percobaan penggunaan tahanan luar terhadap
Universitas Sumatera Utara
Page 20
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 20/42
torsi awal yang dihasilkan akan dibandingkan dengan besar torsi dan arus hasil
dari perhitungan.
4.2. Peralatan Yang Digunakan
1. motor induksi tiga fasa
tipe : rotor belitan
spesifikasi motor: - AEG Typ C AM 112MU 4RI
- ∆/Y 220/380 V 10,7 / 6,2 A
- 2,2 Kw, cosφ 0,67
- 1410 rpm, 50 Hz
-Kelas B
2.
Amperemeter
3. Volt Meter
4. Tahanan Geser
5. Watt Meter 3φ
6. sumber tegangan AC dan DC
4.3 Percobaan Untuk Mendapatkan Parameter – Parameter Motor Induksi
Tiga Fasa
Untuk dapat menentukan parameter motor induksi tiga fasa jenis rotor belitan,
maka dapat dilakukan dengan percobaan berikut ini:
Universitas Sumatera Utara
Page 21
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 21/42
4.3.1 Percobaan Tahanan DC
4.3.1.1
Percobaan Tahanan DC Pada Belitan Stator
1. Rangkaian Percobaan
Gambar – 4.1 Rangkaian Percobaan Tahanan DC pada Stator
2. Prosedur Percobaan
1. Hubungkan belitan stator dengan hubungan Y dan yang akan diukur adalah
dua dari ketiga tahanan belitan stator.
2. Belitan stator dihubungkan dengan suplai tegangan DC
3. Tegangan DC dinaikkan sampai pada nilai tertentu.
4. Ketika tegangan menunjukkan pada besaran 13,6 Volt, nilai voltmeter dan
amperemeter dicatat
5.
Pecobaan selesai,rangkaian dilepas.
Universitas Sumatera Utara
Page 22
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 22/42
3. Data Hasil Percobaan
R u=R v=R w=R 1dc
Phasa V(volt) I(Ampere)
U-V 13,6 4,3
U-W 13,6 4,3
V-W 13,6 4,3
4.3.1.2 Percobaan Tahanan DC pada Belitan Rotor
1. Rangnkaian Percobaan
Gambar – 4.2. gambar percobaan tahanan DC pada Rotor
2. Prosedur Percobaan
1. Hubungkan belitan rotor dengan hubungan Y dan yang akan diukur adalah
dua dari ketiga tahanan belitan rotor..
2. Belitan rotor dihubungkan dengan suplai tegangan DC
3. Tegangan DC dinaikkan sampai pada nilai tertentu
Universitas Sumatera Utara
Page 23
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 23/42
4. Ketika tegangan menunjukkan pada besaran 4,0 Volt, nilai voltmeter dan
amperemeter dicatat
5. Pecobaan selesai,rangkaian dilepas
3. Data Hasil Percobaan
R k =R l=R m=R 2dc
Phasa V(volt) I(Ampere)
K-M 4,0 5,4
K-L 4,0 5,4
L-M 4,0 5,4
4.3.2 Percobaan Rotor Tertahan ( Block Rotor )
1. Rangkaian Percobaan
Dari data pengukuran motor dalam keadaan rotor tertahan atau hubung
singkat dapat dihitung X 1 dan X 2'.
Gambar – 4.3. gambar rangkaian percobaan rotor tertahan
Universitas Sumatera Utara
Page 24
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 24/42
2. Prosedur Percobaan
Prosedur yang dilakukan untuk memperoleh data hubung singkat adalah :
1. Motor induksi dikopel dengan mesin DC
2. Semua switch dalam keadaan terbuka, pengatur tegangan dalam kondisi nol.
3. Switch S1 ditutup, PTAC1 dinaikkan sehingga motor induksi mulai berputar.
4. Switch S3 kemudian ditutup, PTDC1 dinaikkan sampai penunjukan
amperemeter A3 mencapai harga arus penguat nominal mesin arus searah
5. Catat harga V2, kemudian naikkan teganganV3 sampai V3=V2
6. Switch S2 ditutup dan PTDC2 dinaikkan sehingga mesin arus searah memblok
putaran motor induksi dan putaran berhenti.
3. Data Hasil Percobaan Rotor Tertahan
BRV ( Volt ) BR I ( Ampere )
BRP ( Watt )
94 6,1 550
4.3.2 Percobaan Beban Nol
1. Rangkaian percobaan
Gambar 4.4 Rangkaian Percobaan Beban Nol
Universitas Sumatera Utara
Page 25
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 25/42
2. Prosedur Percobaan
1.
Semua switch terbuka, tegangan pada posisi minimum
2. Switch S1 kemudian ditutup, PTAC1 dinaikkan perlahan sampai tegangan
370 Volt.
3. Ketika tegangan 370 Volt, nilai amperemeter masing masing phasa dan
wattmeter dicatat
4. Percobaan selesai
3. Data Hasil Percobaan
0V ( Volt ) 0P ( watt ) 0 I (Ampere)
370 325 3,45
4.4 Percobaan Penggunaan Tahanan Luar Untuk Mendapatkan Torsi Awal
yang Besar
1. Rangkaian Percobaan
Gambar-4.5 Rangkaian Percobaan
Universitas Sumatera Utara
Page 26
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 26/42
2. Prosedur Percobaan
1. Rangkai rangkaian percobaan seperti gambar di atas.
2. tahanan luar dibuat dalam hubungan Y.
3. hubungkan tahanan luar ke terminal rotor.
4. tutup saklar S1 yang menghubungkan PTAC1 dengan terminal stator motor.
5. tutup switch S 2 dan S3.
6. tahanan luar buat pada harga 0 Ohm.
7. PTDC1 dan PTDC2 dinaikkan tegangannya sampai pada nilai tertentu.
8. naikan tegangan PTAC1 sampai pada tegangan 360 Volt.
9. pada saat tegangan dinaikkan maka catat arus dan torsi awalnya.
10. setelah itu turunkan tegangan , nikkan tahanan luar menjadi 1 Ohm.
11. naikkan kembali tegangan PTAC1, catat torsi dan arus awal yang dihasilkan.
12. lakukan kembali prosedur itu untuk harga tahanan luar 2,3,4,5,dan 6 Ω
13. percobaan selesai.
3. Data Hasil Percobaan
Data Percobaan Pengaruh Penambahan Tahanan Luar Terhadap Torsi Awal
V 1 = 370 Volt
R Luar
( Ohm ) AWALτ ( Nm ) I
Rotor ( Ampere
)
IStator
(
Ampere )
0 3,19 25,6 16,7
1 3,48 22,7 13,3
2 4,35 21,3 10,9
3 5,64 19,8 8,3
Universitas Sumatera Utara
Page 27
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 27/42
4 8,75 18,2 6,2
5 11,22 17,5 5,8
6 13,98 16,1 4,9
4.5 Percobaan Pengaruh Tahanan Luar Terhadap Torsi dan Kecepatan
1. Rangkaian Percobaan
Gambar-4.6 Rangkaian Percobaan
2. Prosedur Percobaan
1. Rangkailah rangkaian percobaan seperti gambar – 4.6 di atas.
2. buat hubungan tahanan luar dalam hubungan Y.
3. hubungkan tahanan luar ke terminal rotor.
4. tutup S1 yang menghubungkan PTAC1 dengan terminal stator.
5. tutup switch S2
dan S3
.
6. tahanan luar buat pada harga 0 Ohm.
7. PTDC1 dan PTDC2 dinaikkan tegangannya sampai pada nilai tertentu.
8. naikan tegangan PTAC1 sampai pada nilai 360 Volt.
9. catat kecepatan, torsi, arus, dan daya.
Universitas Sumatera Utara
Page 28
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 28/42
10. tambahkan beban yang dipikul motor, lalu catat kecepatan ,torsi, arus, dan
daya. ulangi percobaan ini sampai 3 kali.
11. setelah menghasilkan 5 buah data, maka turunkan tegangan.
12. naikkan tahanan luar menjadi 1 Ohm. Dan ulangi prosedur 8 – 11.
13. lakukan posedur 8 s/d 11 untuk tahanan luar sebesar 2,3,4,5, dan 6 Ohm.
14. percobaan selesai.
3. Data percobaan
1. R Luar
= 0 Ohm, V 1 = 370 Volt
rotor n
(rpm)
slipinP (KWatt) Torsi
(Nm)I
stator
(Ampere)
I Rotor
(Ampere)
1445 0,0378 1,52 3,42 3,6 2,35
1440 0,0402 1,57 4.05 3,7 2,69
1435 0,0441 1,59 5.21 3,73 3,98
1430 0,0480 1,63 7,63 3,92 4,70
1425 0,0514 1,69 8,90 4,21 5.07
2. R Luar
= 1 Ohm, V 1 = 370 Volt
rotor n
(rpm)
slipin
P (KWatt) Torsi(Nm)
Istator
(Ampere)
I Rotor
(Ampere)
1345 0,1038 1,43 3,33 3,42 2,74
1320 0,1213 1,44 4,12 3,61 3,43
1310 0,1268 1,52 5,34 3,69 4,17
Universitas Sumatera Utara
Page 29
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 29/42
1295 0,1367 1,58 6,81 3,84 4,53
1285 0,1421 1,63 8.32 4,06 6,72
3. R Luar
= 2 Ohm, V 1 = 370 Volt
rotor n
(rpm)
slipinP (KWatt) Torsi
(Nm)I
stator
(Ampere)
I Rotor
(Ampere)
1300 0,1339 1,42 3,24 3,46 3,04
1265 0,1567 1,41 3,97 3,71 3,36
1240 0,1745 1,47 4,54 3,42 3,62
1220 0,1872 1,51 5,52 3,58 4,23
1200 0,2004 1,59 6,67 3,47 5,34
4. R Luar
= 3 Ohm, V 1 = 370 Volt
rotor n (rpm) slip
inP (KWatt) Torsi (Nm) Istator
(Ampere)
I Rotor
(Ampere)
1220 0,1878 1,44 3,09 3,25 2,81
1200 0,1990 1,47 4,23 3,56 3,15
1185 0,2087 1,51 4,96 3,74 3,67
1175 0,2170 1,59 5,59 4,15 4,12
1145 0,2352 1,67 6,31 4,21 5,09
Universitas Sumatera Utara
Page 30
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 30/42
5. R Luar
= 4 Ohm, V 1 = 370 Volt
rotor n (rpm) slip
inP (KWatt) Torsi (Nm) I
stator
(Ampere)
I Rotor
(Ampere)
1130 0,2452 1,43 2,94 3,57 2,72
1110 0,2589 1,46 3,24 3,69 3,01
1085 0,2761 1,52 4,11 3,95 3,46
1030 0,3141 1,61 4,92 4,18 4,1
1020 0,3209 1,69 6,42 4,57 5,3
6. R Luar
= 5 Ohm, V 1 = 370 Volt
rotor n
(rpm)
slipinP (KWatt) Torsi
(Nm)I
stator
(Ampere)
I Rotor
(Ampere)
1100 0,2649 1,43 2,76 3,7 2,6
1080 0,2809 1,47 3,01 3,8 2,8
1025 0,3152 1,51 3,92 4,0 3,2
990 0,3412 1,62 4,34 4,1 3,7
825 0,4509 1,68 6,01 4,2 4,3
7. R Luar
= 6 Ohm, V 1 = 370 Volt
rotor n
(rpm)
slipin
P (KWatt) Torsi(Nm)
Istator
(Ampere)
I Rotor
(Ampere)
1075 0,2821 1,44 2,65 3,9 2,5
Universitas Sumatera Utara
Page 31
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 31/42
1030 0,3143 1,49 2,97 4,1 2,7
980 0,3419 1,53 4,01 4,2 3,0
880 0,4134 1,56 4,26 4,4 3,4
765 0,4890 1,61 5,92 4,5 4,0
4.6 Analisa Data
Dalam penganalisaan ini akan membandingkan pengaruh tahanahan luar terhadap
torsi awal yang didapat dari hasil percobaan dengan hasil perhitungan.
4.6.1 Perhitungan Parameter Motor Induksi
Perhitungan Parameter Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan
A.Percobaan Tahanan DC pada Stator
= 1,5814 Ω
= 1.1× 1.581
= 1,7395 Ω
Tahanan Stator
Maka tahanan statornya adalah :
R1 = R1ac = 1,7395 Ω
Universitas Sumatera Utara
Page 32
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 32/42
B.Percobaan Tahanan DC pada Rotor
= 0,3703 Ω
R2ac = 1,1 × 0,3703
= 0,4073 Ω
Tahanan Rotor
Maka tahanan rotornya adalah : R2 = R2ac= 0,4073 Ω
C.Percobaan Rotor Tertahan (Block Rotor)
= arc cos 0,5537
= 56,37870
* Xbr 1 = Zbr sin (θbr)
= 8,8968× 0,8327 = 7,4085 Ω
Universitas Sumatera Utara
Page 33
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 33/42
Maka dari hasil diatas didapat :
Reaktansi stator
X 1 = 0.5× Xbr
= 3,7042 Ω
Reaktansi rotor
X 2 = 0.5× Xbr
= 3,7042Ω
D.Percobaan Beban Nol
• Reaktansi Magnetik
Xm =Znl- X 1
= 61,9155 – 3,7042
= 58,2133 Ω
4.6.2 Perhitungan Torsi Maksimum
•
Vin = Tegangan Sumber
• p = Jumlah Pole
A. Tegangan Thevenin
Universitas Sumatera Utara
Page 34
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 34/42
= 200,7606 Volt
B. Tahanan Ekivalen
=
Zth = 1,5363+ j3,5257 Ω
Maka tahanan kivalennya adalah:
• Tahanan Ekivalen ( Re)
Re=1,5363 Ω
C. Reaktansi Ekivalen
Zth=1,5363+ j3,5257
•
Reaktansi Ekivalen( Xe)
Xe=3,5257 Ω
D. Kecepatan Sinkron dalam rpm
• Kecepatan Sinkron
Universitas Sumatera Utara
Page 35
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 35/42
E. Kecepatan Sinkron dalam
• Kecepatan Sinkron
F. Torsi Maksimum
• Torsi Maksimum(Nm)
= 43,1114 Nm
4.6.3 Perhitungan Nilai Torsi Awal Terhadap Penambahan Tahanan Luar
Perhitungan pengaruh tahanan luar ( Rluar ) dari (0–6 )ohm,terhadap torsi awal
yang dihasilkan
Maka untuk Rluar (0–8) ohm adalah :
a.Rluar = 0 Ω
= 5,5941 Nm
Universitas Sumatera Utara
Page 36
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 36/42
Maka dengan cara yang sama didapat:
b.Rluar = 1 Ω e Rluar = 4 Ω
T start = 17,7787 Nm T start = 38,7320 Nm
c.Rluar = 2 Ω f. Rluar = 5 Ω
T start = 27,3238 Nm T start = 41,4257 Nm
d.Rluar = 3 Ω g. Rluar = 6 Ω
T start = 34,1936 Nm T start = 42,7528 Nm
Dari perhitungan maka didapat kurva torsi awal yang dihasilkan terhadap tahanan
luar, seperti berikut ini.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 1 2 3 4 5 6 7
T o r s i A w a l ( N m )
Tahanan Luar (Ohm)
Kurva Torsi Vs Tahanan Luar
Universitas Sumatera Utara
Page 37
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 37/42
Sedangkan kurva torsi awal terhadap penambahan tahanan luar yang
dilakukan di laboratorium didapat sebagai berikut.
4.6.4 Perhitungan Arus Start dengan Adanya Penambahan Tahanan Luar
( Rluar)
Dengan penambahan tahanan luar dari (0–6) ohm,maka arus startya adalah
sebagai berikut yaitu:
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 2 4 6 8
T o r s i A w a l ( N m )
Tahanan Luar (Ohm)
Kurva Torsi Vs Tahanan Luar
Universitas Sumatera Utara
Page 38
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 38/42
Maka untuk Rluar (0–6) ohm adalah:a. Rluar = 0 Ω
= 26,8163 AMaka dengan cara yang sama didapat:
b. Rluar = 1 Ω e.Rluar = 4 Ω
I start = 25,7184 A I start = 21,4503 A
c. Rluar = 2 Ω f. Rluar = 5 Ω
I start = 24,3777 A I start = 20,0275 A
d. Rluar = 3 Ω g. Rluar = 6 Ω
I start = 22,9220 A I start = 18,6908 A
Dari nilai perhitungan di atas didapat grafik antara arus start dengan penambahan
tahanan luar, sebagai berikut
0
5
10
15
20
25
30
0 2 4 6 8
A r u s S t a r t ( A m
p e r e )
Tahanan Luar(Ohm)
Kurva Arus Start Vs Tahanan Luar
Universitas Sumatera Utara
Page 39
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 39/42
4.6.5 Perhitungan Slip Maksimum pada Saat Terjadi Torsi Maksimum
Akibat Penambahan Tahanan Luar
Akibat adanya penambahan tahanan luar, maka torsi maksimum terjadi pada
slip yang berbeda-beda .
Maka untuk Rluar
(0–6) ohm adalah:
a. Rluar = 0 Ω
S = 0.0551
Maka dengan cara yang sama didapat:
b. Rluar = 1 Ω
S = 0,1903
c. Rluar = 2 Ω
S = 0,3256
d. Rluar = 3 Ω
S = 0,4609
e. Rluar = 4 Ω
S = 0,5962
f. Rluar = 5 Ω
S = 0,7315
g. Rluar = 6 Ω
S = 0,8668
Universitas Sumatera Utara
Page 40
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 40/42
Dari perhitungan dapat dihasilkan grafik torsi-kecepatan terhadap
penambahan tahanan luar.
........ R Luar = 0 ohm ........ R Luar = 4 ohm
........ R Luar = 1 ohm ........ R Luar = 5 ohm
........ R Luar = 2 ohm ........ R Luar = 6 ohm
........ R Luar = 3 ohm
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 500 1000 1500 2000
T o r s i ( N m )
nrot (rpm)
Kurva Kecepatan Vs Torsi Motor Induksi
Universitas Sumatera Utara
Page 41
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 41/42
Dari nilai slip maksimum, data percobaan torsi awal terhadap penambahan
tahanan luar dan data percobaan pengaruh tahanan luar terhadap torsi - kecepatan,
maka dapat digambarkan kurva torsi – kecepatan terhadap penambahan tahanan
luar seperti berikut ini.
........ R Luar = 0 ohm ........ R Luar = 4 ohm
........ R Luar = 1 ohm ........ R Luar = 5 ohm
........ R Luar = 2 ohm ........ R Luar = 6 ohm
........ R Luar = 3 ohm
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 500 1000 1500 2000
T o r s i ( r p m )
nrot (rpm)
Kurva Kecepatan Vs Torsi
Universitas Sumatera Utara
Page 42
8/18/2019 parameter motor.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/parameter-motorpdf 42/42
BAB V
KESIMPULAN
V.1. Kesimpulan
Dari pembahasan yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan
sebagai berikut:
1. Dari perhitungan untuk penambahan tahanan luar terhadap torsi awal yang
dihasilkan, memiliki kenaikan yang lebih halus dibandingkan dengan data
yang didapat dari percobaan.
2. Dengan penambahan tahanan luar ke rotor motor, maka arus start yang
dihasilkan akan semakin kecil.
3.
Dengan penambahan tahanan luar,maka torsi maksimum akan semakin cepat
didapat.
4. Pada percobaan pengaruh tahanan luar terhadap torsi awal yang dihasilkan,
diketahui bahwa jika tahanan luar yang dihubungkan ke rotor diperbesar
maka torsi awal yang dihasilkan juga akan bertambah, sampai pada suatu
nilai tahanan tertentu.
5.
Dari grafik torsi – kecepatan terhadap penambahan tahanan luar diketahui
bahwa besar torsi maksimum yang terjadi selalu tetap nilainya untuk setiap
penambahan tahanan luar, tetapi yang berubah hanya slip dimanana
terjadinya torsi maksimum.