Post on 31-Oct-2015
description
H. MOTOR ASINKRON
Dibidang industri banyak sekali menggunakan motor dan generator
untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dan mengubah energi
mekanik menjadi energi listrik. Motor yang paling banyak dipakai adalah motor
asinkron dengan rotor sangkar. Motor ini mempunyai banyak kelebihan
dibandingkan dengan motor dc dan motor sinkron.
Kelebihan dari motor asinkron:
> Konstruksinya sangat sederhana dan kuat.
> Harganya relatif murah.
> Keandalannya tinggi.
> Efisiensinya relatif tinggi pada keadaan nominal.
> Pemeliharaan motor mudah ( hampir tidak diperlukan ).
> Dapat Start dengan mudah.
Kekurangan dari motor asinkron:
> Pengaturan putaran sulit.
> Putaran akan turun bila beban bertambah.
> Torsi start kecil.
1. BAGIAN UTAMA MOTOR ASINKRON
Motor induksi 3 phasa pada dasamya terdiri dari 2 bagian utama
yaitu : ( stator ) bagian yang diam, dan ( rotor ) bagian yang berputar. Jarak
antara rotor & Stator Terdapat suatu celah udara yang pendek, Jaraknya
antara 0,4 mm sampai 4 mm13. Untuk Menentukan jarak celah udara dapat
digunakan persamaan:
lg=0,2 + 2y[DL (2.1)1
Dimana:
lg - Jarak celah udara ( mm)
D ™ Diameter stator ( m ) dalam pengukuran =120 mm
L m Panjang stator ( m ) dalam pengukuran = 210 mm
1.1 Stator
Stator terdiri dari suatu rangka besi baja yang mengelilingi suatu
bagian yang berlubang. Merupakan suatu silinder yang dibuat dari
lembaran-lembaran tipis besi baja dengan laminasi yang berlapis-lapis.
Laminasi ini bertujuan agar rugi arus eddy yang timbul menjadi kecil.
Laminasi ini pada umumnya menggunakan kertas, papan, varnis, dan
sprayed china clay.
I. A Shanmugasundaram, Electrical Machine Design Data Book, hal 99
6
1.1.1 Macam alur
Inti stator mempunyai alur-alur dimana kumparan stator 3
phasa diletakkan. Bentuk alur pada umumnya dibedakan menjadi 3
bentuk yaitu:
a) Alur Terbuka. Alur ini mempunyai keuntungan, dapat
dengan mudah memasukkan & mengeluarkan
kumparan stator, tetapi distribusi flux dicelah udara
menjadi tidak baik yang menyebabkan terjadinya
ripples pada tegangan yang dihasilkan.
b) Alur Setengah Tertutup. Alur ini agak sulit untuk
memasukkan & mengeluarkan kumparan stator, tetapi
distribusi flux yang dihasilkan menjadi lebih baik.
c) Alur Tertutup. Sangat sulit untuk memasukkan
kumparan pada alur, karena harus dimasukkan satu per
satu. Selain itu induksi dari kumparan menjadi lebih
besar.
7
5 ALURTERBUKA ALURSETENGAH ALURTERTUTUP
TERTUTUP
GAMBAR2.12
BENTUK ALUR STATOR
1.1.2 Rumah stator
Untuk melindungi inti stator maka dibuat rumah stator.
Rumah stator dibuat dari besi, baja tuang atau besi plat yang
diiengkungkan. Rumah stator dapat dibedakan menjadi 2 yaitu:
a) Tipe Terbuka. Pada tipe ini bagian luar rumah stator
tidak bergerigi atau bersirip, dan dilengkapi dengan
kipas untuk mensirkulasikan udara sebagai pendingin.
Motor ini digunakan di tempat-tempat terbuka yang
dilindungi oleh atap, untuk udara kering dan tidak
berdebu.
2. Diktat Mesin-Mesin Listrik, hal 6
8
b) ripe Tertutup. Bagian luar dari rumah stator ini dibuat
bergerigi atau bersirip untuk pendinginan, seringkali
dilengkapi dengan kipas. Motor ini digunakan di
tempat-tempat yang lembab, atau pada ruang terbuka.
1.2 Rotor
Rotor motor induksi mempunyai 2 tipe, yaitu:
> rotor sangkar bajing
> rotor sangkar tergulung
Sama seperti inti stator, rotor juga terdiri dari lembaran-
lembaran besi baja tipis yang dilaminasi.
1.2.1 Rotor sangkar bajing
Rotor sangkar bajing terdiri dari batangan-batangan
aluminium, dimana dimana batangan-batangan ini lebih panjang
dari lembaran-lembaran rotor. Pada batangan akhir yang
berseberangan dilas pada 2 cincin tembaga akhir, dimana semua
batangan dihubung singkat. Seluruh kontruksi ( batangan-batangan
dan cincin-cincin akhir) menyerupai sangkar bajing, sehingga rotor
tipe ini disebut rotor sangkar bajing.
Seringkali batangan-batangan dimiringkan untuk mengurangi
pulsa magnetik / mencegah agar motor tidak terkunci secara
magnetis dan mengurangi noise waktu motor berputar.
1,2.2 Rotor tergulung
Rotor tergulung mempunyai belitan 3 phasa, seperti belitan
pada stator.selain itu juga mempunyai jumlah kutub yang sama.
Behtan ini mempunyai distribusi yang secara keseluruhan terletak
didalam alur-alur. Terminal-terminal dihubungkan pada ketiga
cincin slip yang terhubung pada rotor. Cincin slip yang berputar dan
sekumpulan sikat yang diam memungkinkan untuk dihubungkan
dengan resistor secara eksternal yang seri dengan belitan rotor.
Eksternal resistor ini digunakan selama periode penyalaan kondisi
kerja dibawah normal, dengan 3 sikat dihubungkan singkat. Dengan
penambahan tahanan luar dapat membuat kopel mula mencapai
harga kopel maksimum, yang dapat membatasi arus mula gerak
yang besar dan mengatur kecepatan motor. Dal am keadaan kerja,
cincin slip akan secara otomatis dihubungkan singkat dan rotor akan
bekerja seperti rotor sangkar bajing dan juga sikat akan diangkat
sehingga rugi gesekan dapat dijaga minimum.
2. PUTARAN MOTOR ASINKRON
2.1 Medan Putar
Medan putar sering disebut sebagai medan magnet stator.
Medan putar ini dapat ditimbulkan oleh medan magnet Hstrik. Medan
magnet listrik untuk medan putar 3 phasa menggunakan 3 kumparan yang
10
posisinya saling berbeda 120° dalam ruang, dan dialiri arus dan tegangan
bolak-balik 3 phasa dimana arus masing-masing phasa berbeda 120°.
Dengan adanya medan putar atau flux yang berputar ini maka
akan terjadi perputaran dari rotor. Jadi fungsi utama dari stator adalah
menghasilkan medan putar.
2.2 Prinsip Kerja Motor Asinkron
Waktu kumparan 3 phasa distator diberi tegangan 3 phasa, suatu
flux resultan yang konstan dan berputar timbul. Flux ini melalui celah
udara memotong permukaan rotor dan batang-batang rotor yang masih
dalam keadaan diam. Karena kecepatan relatif antara flux putar dan
batang konduktor yang diam maka terinduksi suatu emf. Karena
batangan-batangan rotor membuat circuit tertutup / dihubungkan singkat
maka ada arus yang mengalir. Interaksi antara medan putar dan arus yang
mengalir menimbulkan gaya dan menyebabkan rotor berputar dengan arah
yang sama seperti medan putar pada stator, seolah-olah mau mengikuti
medan putar tesebut.
Tegangan induksi akan timbul bila batang konduktor rotor
terpotong oleh medan putar. Sehingga ada 2 syarat yang dibutuhkan untuk
terjadinya suatu gerakkan relatif dari rotor dan medan magnet, yaitu
kecepatan slip dan slip.
Kecepatan slip didefinisikan sebagai suatu beda antara
kecepatan sinkron (stator) dengan kecepatan rotor.
II
N,up = Ns-N (2.2)3
Dimana:
NiUp- kecepatan slip motor (RPM )
Ns = kecepatan putar medan magnet / kecepatan stator (RPM)
N= kecepatan rotor (RPM)
Perbedaan antara kecepatan stator Ns Dan kecepatan rotor N
disebut slip. Biasanya slip ini dinyatakan dalam % dari kecepatan sinkrorL
s-Ns-N X100% (2.3)4
Ns
Jika rotor berputar pada kecepatan sinkron, maka s • 0, dan jika
motor dalam keadaan diam, maka s = 1. Sehingga kecepatan motor dapat
diberikan sebagai:
N = Ns(l-s)
Bila terjadi Ns - N ( s = 0 ), maka tidak akan terinduksi
tegangan dan arus tidak akan mengalir pada belitan rotor, akibatnya tidak
ada torsi yang dihasilkan.
Apabila rotor suatu motor dikunci ( diblok ) sehingga tidak
dapat bergerak, maka rotor akan mempunyai frekuensi yang sama dengan
stator. Pada keadaan lain, jika suatu rotor berputar pada kecepatan
sinkron, maka frekuensi pada rotor sama dengan nol.
Apabila N = 0 RPM, maka frekuensi rotor f = f, dan slip = 1.
Bila N = Ns, maka frekuensi rotor F = 0 Hz, dan slip • 0.
3. Stephen J. Chapman Electric Machinery Fundamentals, hal 488 4. Ibid
12
f-sf (2.4)5
f=p/60(Ns-N)
Dimana:
f~ frekuensi rotor ( Hz )
/ = frekuensi stator (Hz)
p ~ jumlah pasang kutub
Ns = kecepatan sinkron / kecepatan stator (RPM)
N" kecepatan rotor (RPM )
3. RANGKAIAN PENGGANTI MOTOR ASINKRON
Prinsip kerja motor asinkron sama dengan prinsip kerja
transformator, oleh karena itu motor asinkron dapat dipresentasikan dengan
menggunakan rangkaian pengganti dari transformator. Rangkaian pengganti
ini digunakan untuk mempermudah perhitungan.
Pada sisi stator rangkaian penggantinya terdiri dari resistansi dan
reaktansi stator, selain itu terdapat Re dan Xm. Re adalah mempresentasikan
rugi besi, sedang Xm mempresentasikan mutual reaktansi. Bagian stator
dipresentasikan dengan menggunakkan angka 1. Bagian stator dan bagian
rotor berhubungan melalui aeff. Aeff adalah perbandingan lilitan antara bagian
stator dan bagian rotor.
5Ibid,hal489
13
GAMBAR2.26
RANGKAIAN PENGGANTI MODEL TRANSFORMATOR DARI
MOTOR ASINKRON
Tegangan input dapat dicari dengan persamaan:
V, - Ei + h (Ri +JXi) (2.5 )7
Dimana:
Vs = tegangan input
Ii - arus distator
Ri = resistansi distator
Xi = reaktansi distator
Pada bagian rotor terdapat resistansi dan reaktansi rotor, resistansi
dari rotor ( RR ) besamya konstan sedangkan reaktansi dari rotor ( XR )
besamya tergantung pada induktansi rotor ( LR ) dan ftekuensi dari tegangan
dan arus dirotor. Rangkaian pengganti pada bagian rotor diberi tanda dengan
hurufr.
6. Ibid, hal 491 7. Fitzgerald, A.E,Electric Machinery, hal 416
14
ER = SERO,
JXR=J»XRO
o RR
GAMBAR 2.3s
RANGKAIAN PENGGANTI MOTOR BAGIAN ROTOR
XM-SK* (2.6 f
& RR+JXR
/ * = iSQ~-
RR +JSXRO
•(2.7) 10
(R^SJ+JXRQ
Dimana
XRO=reaktansi rotor saat di tahan tidak berputar
IR = arus dirotor
LR = induktansi dirotor
Rangkaian pengganti perphasa dari motor asinkron secara lengkap
dilihat dari sisi stator terlihat pada gambar 2.4. Re termasuk didaiam core
loss. Core loss didapatkan pada saat kondisi no load. Harga-harga didaiam
rangkaian itu didapatkan dari:
8. Chapman, S.J, Op-cit, hal 493 9. Ibid, hal 493, 495 10. Ibid
Ei-a.jrEso (2.8)"
*. A & a
.(2.9 )12
Zi-a'efffRz+jXjto) (2 .10) 1 3
Jh = a2effRR (2 .11) 1 4
Xj = a2effXRO (2 .12) 1 5
II 12
+ Ex Xi X2
1,4 -AWvv
Rcl V,
JXQ; R2/S
E,
16 GAMBAR2.4
RANGKAIAN PENGGANTI PERPHASA DARI MOTOR ASINKRON
-A/WW + h-+
X, -/VWWV.
1 x2
I*
R2
•AAA/W
R2 n
GAMBAR2.5 17
RANGKAIAN EKUIVALEN YANG DIGUNAKAN PADA ANALISA
11,12,13,14,15, 16 Ibid 17. A.E. Fitzgerald, Mesin-Mesin Listrik, hal 452
16
Untuk mendapatkan data-data pada rangkaian ekuivalen, digunakan
pengujian tanpa beban, pengujian berbeban, pengujian rotor terkunci, dan
pangujian untuk mendapatkan tahanan dc.
Pada keadaan tanpa beban, besamya arus rotor sangat kecil dan
hanya diperlukan untuk menghasilkan torsi yang cukup untuk mengatasi
gesekan dan perlilitan. Karena rugi-rugi I2R rotor tanpa beban adalah sangat
kecil dan dapat diabaikan.
Karena slip pada keadaan tanpa beban sangat kecil, tahanan rotor
terpantul R2 / S„i sangat besar. Sehingga gabungan paralel rotor dan cabang
magnetisasi menjadi jXQ dishunt dengan suatu tahanan yang sangat besar, dan
besamya reaktansi dari gabungan paralel karenanya sangat mendekati sama
dengan XQ. Akibatnya besamya reaktansi yang tampak X^, yang diukur pada
terminal stator pada keadaan tanpa beban sangat mendekati Xj + XQ, yang
merupakan reaktansi diri X,) stator adalah:
X„-X, + Xq-X* (2.13)18
Maka besamya reaktansi diri stator dapat ditentukan dari pembacaan alat-alat
ukur tanpa beban. Besamya impedansi tanpa beban Z^ tiap phasa adalah :
^^VJphasal ( 2 1 4 ) 1 9
I „, (phasa)
Dimana:
Vvi - tegangan terminal per phasa (volt)
/„/ = arus per phasa (ampere)
18. A.E. Fitzgerald, Op-cit, hal 462 19. Ibid
17
Besamya tahanan R,u adalah :
Kri=~T- ( 2 1 5 ) 2 0
3/ «/
I>imana: P„i - masukan daya tiga phasa pada keadaan tanpa beban (watt)
Sedangkan besamya reaktansi tanpa beban X„i adalah: X„,= Jz^ + R2n, (2.16)21
Biasanya besamya faktor tanpa beban sekitar 0,1 sehingga reaktansi
tanpa beban sangat mendekati sama dengan impedansi tanpa beban.
Reaktansi ekuivalen untuk rotor tertahan identik dengan yang
terdapat pada transformator terhubung singkat Karena arus peneralan
diabaikan, besamya reaktansi bocor tertahan XN, sama dengan jumlah
reaktansi bocor stator dan rotor pada frekuensi normal Xj dan X2.
Penampilan motor secara relatif tidak begitu dipengaruhi oleh adanya
pembagian reaktansi bocor keseluruhan Xi + X2 diantara rotor dan stator.
Prosedur pengujian IEEE menyarankan pembagian secara empiris seperti
pada tabel 2.1.
Sekarang reaktansi magnetisasi dapat ditentukan dari pengujian
tanpa beban dan harga Xi, dimana:
XQ = Xnl-X} (2.17)22
Tahanan rotor R, dapat dipandang sebagai harga dc nya. Maka tahanan rotor
dapat ditentukan sebagai berikut: dari percobaan rotor tertahan, tahanan
20,21 Ibid 22. Ibid, hal 464
18
tertahan Rw dapat dihitung dengan menggunakan hubungan yang mirip
dengan persamaan 2.17. Perbedaan antara tahanan tertahan dan tahanan stator
karenanya dapat ditentukandari data pengujian. Dengan menyatakan tahanan
tersebut sebagai R, didapatkan:
Ra = Ru-Ri (2.18)23
TABEL 2.124
PEMBAGIAN SECARA EMPIRIS REAKTANSIBOCOR DALAM
MOTOR INDUKSI
Kelas Motor
A
B
C
D
Rotor terlilit
Keterangan
Torsi awal normal, arus awal normal
Torsi awal normal, arus awal rendah
Torsi awal tinggi, arus awal rendah
Torsi awal tinggi, slip tinggi
Bagian dari Xi + X2
X,
0,5
0,4
0,3
0,5
0,5
x2
0,5
0,6
0,7
0,5
0,5
23. Ibid 24. Ibid, hal 463
19
4. DAYA DAN TORSI PADA MOTOR ASINKRON
Pada motor asinkron energi listrik diubah menjadi energi
mekanik,ini berarti bahwa daya listrik ( energi listrik ) dibagian input diubah
menjadi energi mekanik dalam bentuk torsi dibagian output. Proses
perubahan energi diatasjuga diikuti dengan adanya rugi-rugi yang
menyebabkan tidak semua energi listrik itu diubah menjadi energi mekanik,
tetapi terdapat beberapa energi yang hilang akibat rugi-rugi yang ada seperti
pada gambar 2.6.
input
'out
Pfriction
GAMBAR 2.6
DIAGRAM ALIRAN DAYA PADA MOTOR ASINKRON
Daya input yang masuk ke motor asinkron adalah 3 phasa
( Pin = V3 Vpli cos 9 ), kerugian yang pertama ( I 2 R ) distator adalah stator
copper loss (Psd). Selanjutnya ada kerugian karena hysteresis dan arus eddy
20
distator yang dinamakan core loss ( Pcore). Daya yang tersisa di stator ini
ditransferkan ke rotor melalui air-gape antara stator dan rotor. Daya ini
dinamakan air-gape power (Pag), daya ini biasanya juga disebut daya rotor
input. Kemudian daya ini ditransferkan ke rotor maka terdapat kerugian
( P R ) dirotor yang dinamakan rotor copper loss (Prci). Daya yang tersisa
selanjutnya diubah kebentuk energi mekanik dan dinamakan converted power
(Pconv). Kerugian yang terakhir adaAahfriction, windage dan stray loss. Daya
yang tersisa disebut daya output ( Pout ), daya inilah yang membuat rotor
berputar. Kerugian akibat friction dan windage dinotasikan dengan Petw,
sedangkan untuk kerugian akibat stray dinotasikan dengan Pmiso. Harga dari
friction, windage dan stray loss didapat pada saay motor dalam kondisi no
load
Pada gambar 2.6 terlihat aliran daya yang ada pada motor asinkron,
berdasarkan gambar ini dapat dicari converted power, daya output dan
efisiensi motor sebagai berikut:
Pconv = Pag - Prcl
Pout = Pconv - PfSkw - Pmisc
7j = Pout X 100% Pin
Dimana:
TJ - efisiensi motor
Rangkaian pengganti motor dapat digunakan untuk menghitung torsi
dan daya yang ada pada motor. Berdasarkan rangkaian pengganti motor pada
21
gam bar 2.4 dapat dihitung stator copper loss, core loss, air-gape power dan
rotor copper loss sebagai berikut:
Persamaan stator copper loss:
P*ci^3h*Ri2 (2.19)25
Persamaan core loss:
Pcore = 3ElsGc = 3El± ( 2 . 2 0 ) 2 6
Re
Persamaan air-gape power: Pag — Pin - Pact - Pcore
Pag = 3l2*R2 ( 2 . 2 1 ) 2 7
s
Persamaan rotor copper loss:
Prci=3h2R2 (2.22)28
Persamaan converted power:
Pconv = Pag - Prcl
Prcl = sPag
Pconv = Pag - sPag
Pconv - (1 -S) Pag
Pconv ^3h2Rtb± ( 2 . 2 3 )
5
2<J
Energi listrik ( converted power ) diubah menjadi energi mekanik, energi
mekanik ini dalam bentuk torsi. Torsi yang dibangkitkan dari perubahan
25, 26,27, 28, 29 Stephen J. Chapman, Op-ch, hal 498-500
22
energi listrik ke energi mekanik sebelum terkena^/c/Zon, windage dan stray
loss disebut torsi induksi. Hubungan antara torsi induksi dengan torsi beban
dengan kecepatan angular motor adalah sebagai berikut:
Thod^Em (2.24)3 0
COm
COm = 27mm
Tlood — Pout
27tnm
TM-Ecom, (2.25)3 1
COm
Dimana:
Tioad - torsi beban ( newton meter)
Ttnd = torsi induksi (newton meter )
com - kecepatan angular motor (rad/sec )
Hubungan antara torsi induksi dengan kecepatan angular sinkron
adalah sebagai berikut:
Tmd=Pag (2.26)5 2
COsync
Peg - 3l22R2 S
Tmd = 3Vth*R2s (2 .27) 3 3
COsync [(Rth + Rl)* +(Xlh+Xl)s]
s
Dimana:
COsvnc ~ kecepatan angular sinkron (rad/sec )
30,31, 32, Ibid, hal 500, 504 33. Ibid, hal 511
23
Hubungan antara torsi induksi dengan putaran motor terlihat pada
gambar 2.7.
,o. :JO .*•>!. 'so iwo. i:<a. i;co. ID* :<«o.
GAMBAR 2.7
GRAFIK TORSI TERHADAP PUTARAN MOTOR ASINKRON
Torsi maksimum ( Tpuiiout ) adalah torsi terbesar yang mungkin
terdapat pada motor. Torsi pullout besamya kira-kira 200%-250% dari torsi
full load, torsi maksimum terjadi bila air-gape power besamya maksimum.
Besamya air-gape power sama dengan besamya daya yang dikonsumsi oleh
R2, oleh karena itu Tmaksimum akan terjadi bila daya yang dikonsumsi oleh R2
besamya maksimum. Berdasarkan rangkaian pengganti thevenin pemindahan
24
daya maksimum pada fc/s terjadi bila magnitude dari R:/s besamya sama
dengan besamya magnitude dari impedansi source.
Persamaan Slip motor pada saat torsi maksimum:
Smax - R2 (2.28)34
Daya maksimum ditransferkan bila:
Zsource = Rth + jXth + jX2
Persamaan torsi maksimum sebagai berikut:
Twm~ Wad (2.29)35
Persamaan torsi start sebagai berikut:
Tstart = 3Vth2R2 (2.30)36
Gkync [(Rih + Ri)2 +(Xth+X2)2]
torsi start besamya kira-kira 150% dari torsi full load
34, 35, 36, Ibid, hal 514
25
5. BELITAN
5.1 Menentukan Jumlah Phasa dan Distribusi Phasa
Suatu gulungan mesin arus bolak-balik dimaksudkan digunakan
untuk sistem m phasa, harus menginduksikan besar emf yang sama untuk
masing-masing phasanya.
Emf yang induksikan itu harus mempunyai bentuk gelombang
dan frekuensi yang sama pula. Pergeseran dalam ruang ditentukan oleh
persamaan:
Y-2n (2.31)37
m
Dimana:
r~ pergeseran dalam ruang
m- jumlah phasa
Misalkan mesin dengan 12 slot, 2 kutub dan digulungkan 3
phasa seperti ditunjukan dalam gambar 2.8 ( a )
Jika kerapatan flux, bentuk gelombang dianggap sinusoidal, emf
dari konduktor dalam slot dapat dinyatakan sebagai phasor-phasor yang
bergeseran satu terhadap yang lain dengan suatu sudut: as^m (2.32)38
5
Dimana:
as = sudut antar alur
37, 38 A.K. Sawhney, Op-cit, hal 260
26
p^jumlah kutub
5=jumlahslot
Jadi untuk permisalan diatas didapatkan as = TI/6 - 30° listrik.
Jika gulungan dibagi kedalam tiga kelompok ( satu untuk
masing-masing phasa ) terdistribusi melalui dua kisar kutub, pergeseran
listrik antar ruang antara kelompok-kelompok adalah 2n/3 radian listrik
atau 120° listrik.
Masing-masing phasa terletak dalam empat alur berurutan dan
oleh karena itu distribusi phasa adalah 4 x 30° - 120° listrik. Jika
konduktor dalam alur dihubungkan seperti phasor diagram gambar
2.8 ( b ), penjumlahan dari emf-emf konduktor akan memberikan
pergeseran 120° dalam waktu, mengikuti urutan phasa RYB dalam waktu
dan dalam urutan ruang.
GAMBAR 2.839
BELITAN EMF 3 PHASA DENGAN PENYEBARAN120° PHASA
39 Ibid
27
Bila gulungan dibagi kedalam enam kelompok phasa
(penyebaran 60° ) melalui dua kisar kutub seperti gambar 2.9 (a ).
Konduktor phasa R diletakkan pada slot 1, 2, dan 7, 8.
Konduktor phasa Y diletakkan pada slot 5, 6, dan 11, 12. Konduktor
phasa B diletakkan pada alur 3, 4, dan 9, 10. Slot 7, 8 merupakan
kembalinya belitan dari slot 1, 2. Slot 11, 12 merupakan kembalinya
belitan dari slot 5,6. Slot 9,10 merupakan kembalinya belitan dari slot 3,
4.
GAMBAR 2.9W
BELITAN EMF 3 PHASA DENGAN PENYEBARAN 60° PHASA
Jika konduktor dihubungkan seperti pada gambar 2.9 ( b ), tetap
diperoleh pergeseran tiga emf yang sama dengan 120° dalam waktu
mengikuti urutan phasa RYB, tetapi urutan ruang menjadi RB* YR' BY'.
Karena jelas bahwa enam kelompok phasa penyebaran 60° ( tiga 60°
kelompok kutub) juga memungkinkan untuk memperoleh tiga emf yang
40. Ibid, hal 261
28
sama yang bergeseran 120° dalam waktu.
Secara umum untuk suatu gulungan m phasa, memungkinkan
untuk memperoieh m emf yang sama yang bergeseran dengan 27i/m radian
dalam waktu dengan mempunyai kelompok m phasa per kutub dengan
distribusi dari rc/m radian.
5.2 Belitan Satu Lapis Dan Belitan Dua Lapis
Ada dua tipe dasar belitan yaitu belitan satu lapis dan belitan
dua lapis.
5.2.1 Belitan satu lapis
Gambar 2.10 menunjukkan penyusunan belitan untuk satu
lapis. Dalam tipe penyusunan ini lubang dari slot ditempati satu
bagian kawat Belitan satu lapis tidak digunakan untuk mesin yang
mempunyai komutator. Belitan ini hanya digunakan untuk slot
dengan tipe setengah tertutup dan slot tipe tertutup.
Coil side
GAMBAR 2.1041
BELITAN SATU LAPIS
41. Ibid, hal 229
29
5.2.2 Belitan dua lapis
Belitan ini identik dengan belitan dimana kawat satu
ditempatkan di setengah bagian atas, dan kawat yang lain
ditempatkan di bagian bawah. Gambar 2.11(a) menunjukkan suatu
belitan dua lapis dengan kumparan dalam satu slot. Sedangkan
gambar 2.11 ( b ) menunjukkan penempatan 8 kumparan per slot
Slot tipe terbuka seringkali digunakan sebagai rumah untuk belitan
dua lapis.
< >
:-':::':!-!i:::!::::.:::::t!'r •
•'MW,W.-Uh}-'.lli!-!!l-l-•; ;:-;t;--;-;-:-;iii;r.;;-;-i
• • l i - - i i • - M i l l - • • - • • »
1 Top coil side
_( top layer ) •
Bottom coil side
( bottom layer)
> ;:f.;:;i;;!i!| p!P!i!WS!i
coil side
( a ) ( b )
GAMBAR2.il 42
BELITAN DUA LAPIS
30
5.3 Sistem Belitan Konsentris
Belitan konsentris adalah belitan satu lapis dengan jarak belitan
dari masing-masing kumparan berbeda. Jarak belitan suatu kumparan
lebih besar atau lebih kecil dari jarak kumparan yang lain, dimana belitan
dengan jarak belitan yang kecil dikelilingi oleh jarak belitan yang lebih
besar.
Terdapat dua tipe belitan konsentris yaitu:
a) gulungan setengah kumparan
b) gulungan kumparan penuh
5.3.1 Gulungan setengah kumparan
Pada gulungan ini kumparannya terdiri dari suatu pasangan
kelompok phasa kutub dalam kisar alur yang bersesuaian
konsentris. Kumparan-kumparan dalam dua kutub yang bersesuaian
membentuk satu kelompok kumparan dan oleh karenanya terdapat
satu kelompok kumparan per pasang kutub. Kelompok kumparan
dan kelompok phasa adalah dua hal yang berbeda dan ini
ditunjukkan pada gambar 2.12 dan 2.13.
31
• average coil span , = pole pitch'
pole phasej* group ««~1
coil grup-
coil span = 5 slot
coil span = 7 slot
10 1 I 1 :> 1 1
GAMBAR 2.1243
GULUNGAN SETENGAH KUMPARAN DENGAN RATA-RATA COIL
SPAN 6 SLOT
Terdapat 2 slot per kutub per phasa atau 6 slot per kutub,
seperti ditunjukkan gambar 2.12. Jarak belitan dari 2 kumparan
membentuk suatu kelompok kumparan yang berbeda. Satu bagian
mempunyai jarak kumparan 7 slot, dan yang lain 5 slot. Sehingga
rata-rata ( efektif ) menjadi 6 slot dan belitan merupakan belitan
kumparan penuh.
43. Ibid, ha] 262
32
Untuk hal yang sama, belitan konsentris ditunjukkan
dalam gambar 2.13, dimana ketiga gulungan dalam suatu kelompok
kumparan memiliki suatu jarak belitan rata-rata ( efektif ) sebesar 9
slot.
average coil span = pole pitch
9 10 M
_S
coil s p a n ^
1? 13 14 15 16
7 slot l-€oil-span^-&-s!©t—>
!•—eoil-span =11 slot-
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
_^
30
44 GAMBAR 2.13
GULUNGAN SETENGAH KUMPARAN DENGAN RATA-RATA COIL
SPAN 9 SLOT
Dapat dilihat dengan jelas untaian belitan konsentris satu
lapis ditempati lebih dari satu bidang. Gambar 2.14 menunjukkan
suatu belitan konsentris dengan 3 slot per kutub per phasa dengan
44. Ibid
33
untaian 2 bidang. Belitan yang sama dapat dipakai untuk untaian 3
bidang seperti ditunjukkan gambar 2.15.
Jumlah kelompok kumparan • pasang kutub x jumlah
phasa = 3p/2
Mengingat suatu belitan 3 phasa dengan untaian disusun
dalam untaian 2 bidang. Untuk semua kasus ketika jumlah pasang
kutub genap, jumlah kelompok kumparan juga genap, dan oleh
karena itu setengah untaian kelompok kumparan diletakkan dalam
satu bidang, sementara setengah untaian lainnya diletakkan dalam
bidang kedua. Tetapi bila jumlah dari pasang kutub adalah ganjil,
kelompok kumparan juga berjumlah ganjil dalam suatu kelompok,
dengan bagian akhir diletakkan dalam satu bidang dan bagian lain
dalam bidang yang lain pula.
45. M. Kostenko & Piotrovsky, Electrical Machines, hal 72
34
GAMBAR2.1546
UNTAIAN 3 BIDANG
5.3.2 Belitan Kumparan Penuh
Dalam belitan ini, masing-masing kelompok phasa kutub
dipecah kedalam dua set kumparan konsentris, masing-masing
bagian suatu set adalah merupakan bagian kumparan yang kembali
dari suatu kelompok phasa kutub dalam phasa yang sama. Jadi akan
dimiliki satu kelompok kumparan per kutub per phasa. Jumlah
kelompok kumparan adalah 3p dan oleh karena itu hubungan akhir
dalam suatu belitan kumparan penuh 3 phasa dapat disusun untuk
46. Ibid, hal 73
35
meletakkan dalam 2 atau 3 bdang. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat
pada gambar 2.16.
coil group coll group I Fn r\1_gple phase group
10 11 12 13 14
i=L
.15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
47 GAMBAR 2.16
BELITAN KUMPARAN PENUH
5.4 Sistem Belitan Terdistribusi
Sistem belitan terdistribusi, gulungannya sering dipakai pada
motor-motor induksi kecil yang mempunyai konduktor-konduktor bulat.
Akhir kumparan dari gulungan ini diletakkan pada alur-alur yang
bersesuaian dan menyilang satu terhadap lainnya ke kanan dan ke kiri
secara bergantian. Ini sebabnya gulungan terdistribusi dikenal sebagai
gulungan keranjang. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.17.
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam mendesain suatu
gulungan terdistribusi yaitu:
47. A.K. Sawhney, Op-cit, hal 264
36
> Kumparan-kumparan mempunyai suatu span / kisar yang
sama.
> Hanya terdapat sati sisi kumparan per slot, oleh karena itu
banyak belitan sama dengan banyak slot.
> Hanya terdapat satu kelompok kumparan per phasa per
pasangan kutub, sehingga jumlah maksimum rangkaian
pararel per phasa sama dengan pasangan kutub.
> Span I kisar kumparan harus bilangan ganjil. Apabila
diinginkan 4 kutub dalam 36 slot, maka jarak kumparan
adalah 36/4 - 9 slot. Tetapi bila diinginkan 4 kutub dalam 24
slot jarak kumparan menjadi 24/4 - 6 slot ( genap ),
sedangkan kisar kumparan harus bilangan ganjil, maka
dipilih 5 atau 7 slot
GAMBAR2.1748
GULUNGAN DISTRTOUSI SATU LAPIS
48. M. Kostenko & L Piotrovsky, Op-cit, hal 70
37
6. EMF YANG DIHASILKAN BELITAN
Gambar 118 ( a ) menunjukkan suatu kumparan belitan kisar
penuh. Dua buah konduktor membentuk suatu belitan yang mempunyai
perbedaan jarak sejauh 180° listrik. Emf suatu belitan diperoleh dengan
mengurangi phasor dari masing-masing konduktor E'e dan E"e eperti dalam
gambar 2.18(b).
Es Es
1
GAMBAR 2.18
DIAGRAM VEKTOR
Harga rms untuk belitan kumparan penuh Et = 2 Ee. Pada umumnya
belitan kumparan penuh terdiri dari Te belitan yang dihubung sen. Emf yang
dihasilkan dalam masing-masing kumparan adalah
Ecoii = Te x Ee = 2 Te x Ee.
Jika suatu mesin mempunyai p kutub, maka total belitan T = belitan
per kumparan dikalikan dengan jumlah kumparan yang dihubung sen - Te x
p/2.
38
Emf dari belitan konsentris kumparan penuh = jumlah kumparan
yang dihubung sen dikalikan dengan emf tiap kumparan.
E = p/2 x Ewu
- 2.T.Ee
dan karena Ee - 2,22 <|>f (2.33 )49
maka E = 2Tx 2,22 4>f
E = 4,44T <|>f (2.34)50
Dimana:
E • tegangan yang dibangkitkan (V )
T = N = jumlah belitan
<|> = flux magnet (Wb)
f = frekuensi (Hz )
Dari gambar 2.19 kalau kumparan pada alur nomor 1 dan nomor 7,
maka kumparan dikatakan kisar penuh karena jangkar kutub adalah 6 alur.
Kalau kumparan ditempatkan dalam alur 1 dan 6 maka kumparan
disebut kisar diperpendek, karena ini jaraknya sama dengan 5/6 jangka kutub.
Kumparan ini lebih pendek sejarak 1/6 jangka kutub • 180/6 = 30°.
49. A.K. Sawhney, Op-cit, hal 293 50. Ibid
39
kisar penuh
kisar5/6
kisar kutub
GAMBAR 2.19
KISAR PENUH DAN KISAR DIPERPENDEK
Kumparan dengan kisar diperpendek ini tegangan yang dihasilkan
sedikit berkurang. Karena tegangan pada kedua sisi kumparan sedikit berbeda
phasa maka jumlah vektoris dari kedua tegangan lebih kecil dari penjumlahan
secara aljabar.
Kp = jumlah vektor dari emf per kumparan jumlah aljabar emf terinduksi dari tiap kumparan
Bila Es adalah tegangan yang terinduksi pada tiap sisi dari
kumparan, dan kumparan tersebut adalah kisar penuh maka emf total dari
kumparan tersebut adalah 2 Es. Kalau kumparan itu mempunyai
pemendekkan kisar 30° maka resultan E adalah jumlah vektor dari 2 tegangan
yang bergeseran dengan sudut 30°. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar
2.20.
1
•J 1
71
I COIL
\ •
5
. i JL
-POLE PITCH-
(a)
Ec" (b) EC
Et
-Ec"
GAMBAR 2.2051
EMF YANG DIHASILKAN OLEH BELITAN KISAR PENUH
Jadi E - 2 Es cos 30° 2
kp * iumlah vektor • JS_ jumlah aljabar 2 Es
= 2 Es cos 3072 2Es
-cos 15° = 0,966
51. Ibid
41
Secara umum untuk kumparan yang lebih pendek dengan sudut
sebesar a maka:
kp^ cos a/2 (2.35)52
Dimana:
kp - faktor span kumparan
a = sudut pemendekkan
Tiap phasa kumparan tidak dihubungkan dalam satu alur tetapi
didistribusikan dalam beberapa alur untuk membentuk group-group kutub
dibawah tiap-tiap kutub.
Kumparan-kumparan per phasa akan bergeseran dalam phasa
terhadap satu dengan yang lain. Akibatnya emf yang terinduksi pada sisi-sisi
kumparan dalam satu group kutub tidak sephasa satu terhadap yang lain
melainkan berbeda sesuai dengan pergeseran phasa dari alurnya.
Maka faktor distribusi didefinisikan sebagai:
kd = emf dengan kumparan distribusi emf dengan kumparan disatukan
Untuk keadaan umum bila {3 adalah pergeseran sudut phasa antara 2
alur maka:
p = 18J£ =180°
jarak alur per kutub per phasa q
Maka tegangan total yang terinduksi dalam satu group kutub adalah
m Es, dimana Es adalah tegangan yang terinduksi pada 1 sisi kumparan.
52. Ibid, hal 295
42
Cara untuk menemukan tegangan induksi total, bila m harganya
besar maka kurva ABCDE merupakan bagian dari Hngkaran dengan jari-jari
R. Apabila AB = Es = 2R sin p/2, maka jumlah aljabar = q Es = q x 2R sin
p/2 dan jumlah vektor - AE - Er = 2 R sin q p72, sehingga:
kd = , jumlah vektor dari emf kumparan jumlah aljabar dari emf kumparan
• 2rsin a &2 -sinqpQ (2.36)53
qx2r sin p/2 q sin f¥2
Dimana:
kd = faktor distribusi
q = jumlah alur per kutub per phasa
P = sudut antara dua alur
0
GAMBAR 2.21s4
KURVA TEGANGAN INDUKSI TOTAL
53. Ibid, hal 294 54. Ibid, hal 293
Jadi total tegangan yang ditimbulkan oleh belitan adalah:
43
E = 4,44 x T x <|> x f x kd x kp
= 4,44 x T x <f> x f x kw
Dimana:
E • tegangan yang dihasilkan belitan ( V )
T = N = jumlah belitan
f - frekuensi (Hz)
<(>» flux magnet (Wb) = 0,0044745 Wb untuk tiap kutub
kw = faktor belitan
CAM BAR 2.22
FLUX PADA ROTOR DENGAN KUTUB MENONJOL