Transcript MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

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
E2s  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 120x60
ns 

p
6
7200

 1200rpm
6

Slip pada beban penuh
n s  n r 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 120x60
ns 

 1800r / 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  0,4 x220  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 
EBR
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
2ns
s 
60
• Torsi poros Td adalah torsi yang dibangkitkan di
poros rotor yang dapat dinyatakan dengan
persamaan:
Td 

2nr
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  jXM )Is- (0  jXM )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  3 xI ' 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  IM  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  127V

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 
2nr 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  7455,531W
2
Rotor Power Developed adalah :
RPD  RPI(1  s)
 7455.531(1
- 0,028)
 7246.776W
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  127V

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 
2nr 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  7988W
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 )  X e
Tstart 
2
2
RPI( start )
s
RPI( start )  3I 'R ( start ) R'R
2
2ns
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 ) 2  X e
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
2ns 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 :
R' R
0,147
sb  sT max  

 0,2
Xe
(0,498 0,224)

Kecepatan putar saat torsi maksimum :
nr ( mak )  (1  sb )ns  (1  0,2) x1200 960rpm

RPI saat torsi maksimum :
2
RPI( mak )
3VS
3 x1272


 33,509W
2 X e 2 x 0,722
SOLUTION

RPD saat torsi maksimum :

Torsi maksimum :
RPD( mak )  RPI( mak ) (1  sb )
2nR 2 x 960
 R (b ) 

60
60
 33,509x(1  0,2)
 100,531rad/det
 26,807W
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  3xI nl xRac
2
 120 3x1,32 x15,27
 42,5W
PERHITUNGAN
2. DC test
Vdc
48
Rdc 

 12W
2 xIdc 2 x2
Rac  1,3xRdc  1,3x12  15,6 W
PERHITUNGAN
3.
Blocked rotor test
PBR
260
Re 

 21,67 W
2
2
3x 2
3xI BR
VBR
120
Ze 

 34,6 4W
3xI BR
3x2
X e  Z e  Re  34,642  21,672  27,02W
2
2
R'R  Re  RS  21,67 15,6  6,07W
Rangkaian Ekuivalen MI
• Slip motor:
– Jika nr = 1380 rpm, maka ns yang mungkin pada
frekuensi 50 Hz adalah 1500 rpm shg:
120xf
ns 
P
120x50
1500
P
P4
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
2200
2200


95,27  j 27,02 99,0215,8
 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
 3x 2,22 x
0,08
 1121,83W
2
 Rotor
Power Developed (RPD)
RPD  RPIx(1  s )
 1121,83x(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 

 1800rpm
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 

 1800rpm
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 8351.41W
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 

 1800rpm
P
4
 Slip per-unit :
ns  nm 1800 1620
s

 0.1
ns
1800
Daya yang dikonversikan :
Pke  Po  Prot  1492 160  1652W
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 

 1800rpm
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  13279o
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  10.0122.86 W
Impedansi celah udara :
1
1
1
1
 

 
Z g Rc jX m Z 2
1
1
1



o
500 j100 10.0122.86
 0.103  8.37
o
Maka :

o
Z g  9.7098.37
Impedansi total :


Z  r1  jx1  Z g
 0,5  j 0,75  9,7098,73o
 10,33512,08
o
Arus stator :

o
 V1
132.790
o
I1   

12
.
849


12
.
08
Z 10.33512.08o
Faktor daya :
pf  cos(12.08 )  0.978(lagging)
o
Daya input :
Pin  3  V1  I1  cos
 3  23012,849 0,978  5006,06W
Rugi tembaga stator :
Pcu1  3  I  r1  312,849  0,5  247.7 W
2
1
2
Tegangan Input :

 
E2  V1  I1 (r1  jx1 )
 132,79  (12,84912,08o )  (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  Pcu2  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 

 1800rpm
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  13279o
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 7590

r1  j ( x1  X m )
10  j (25  75)
o
 51.7045.71
o
Impedansi thevenin :

j (r1  jx1 ) X m
ZTh 
r1  j ( x1  X m )
j (10  j 25)  75

10  j (25  75)
 20.09473.91
o
Maka :
RTh  5.569W
dan
X Th  19.307W
Breakdown (optimum) slip :
sb 

r2
RTh2  ( X Th  X 2 ) 2
3
5,5692  (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  (19,307 25)
2
2
 0,424Nm
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 74600W
 Kecepatan
sinkron :
120 f s 120 60
ns 

 900rpm
p
8
atau
2ns 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 :
n r  ns - s  n r
 900- ( 0.25 900)
 675rpm
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  0,984r  0,04432 0
2
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