Motor listrik dan drive

BAB IV MOTOR LISTRIK DAN DRIVE


4.1Motor Listrik

Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri. Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama (Gambar 4. 1):
Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya Arah dari gerakan kawat sesuai dengan aturan tangan kiri .
Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan.
Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004):
Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan)
Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.



Gambar 4.1. Prinsip Dasar dari Kerja Motor Listrik
Pada dasarnya motor listrik sendiri terbagi menjadi beberapa jenis, antara lain:
Di PT. Semen Gresik sendiri memakai motor listrik jenis motor DC dan motor induksi atau motor asinkron (salah satu dari jenis motor AC).

4.1.1Motor DC

Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Gambar 4.2 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:

Kutub medan. Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet.
Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya. Prinsip kerja motor DC sendiri sama seperti yang dijelaskan di atas yaitu, jika sepotong kawat dialiri arus listrik terletak di antara dua kutub magnit KU dan KS, maka pada kawat tersebut terkena suatu gaya Lorentz.
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan.
Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya, sebab resiko percikan api pada sikatnya Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:


Dimana:
E = Gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
Φ = Flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = Kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = Torque electromagnetik
Ia = Arus dinamo
K = Konstanta persamaan

Gambar 4.2. Prinsip Dasar dari Kerja Motor DC
3.1.1.2. JENIS MOTOR DC
1. Motor DC Sumber Daya Terpisah / Separately Excited
Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/ separately excited.
2. Motor DC Sumber Daya Sendiri/ Self Excited: Motor Shunt
Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 3.a. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo. Sedangkan gambar 3.b menunjukan bagan rangkaian listrik dari motor DC dengan penguatan medan dalam sambungan shunt. Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):
Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 3) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah)

a. Karakteristik Motor DC Shunt b. Bagan Motor DC Sambungan Shunt
Gambar 4.3 Motor DC Sambungan Shunt
Dari gambar 3.b berlaku persamaan:
Vt = Ia.Ra + Ea + Va

Vt.Ia = (Ia)2 .Ra + Ea.Ia + Ia.Vs
Vt(IL – If) = Ia2Ra + Pa +Ps VtIL = Ia2Ra + Pa + Ps + If2Rf
VtIL = Pin = Daya input yang dibutuhkan dari sumber listrik
VtIa = Daya listrik yang ibutuhkan untuk memutar jangkar
EaIL = Pa (daya armatur)
Ia2Ra = Rugi daya listrik pada jangkar
Vsh = If . Rf
= Vt
IL = (Ia +If)
Ia2Ra + If2Rf = rugi tembaga total (Pcu)tot
3. Motor DC Daya Sendiri: Motor Seri
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 4. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo. Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002):
Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM
Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 4.4).

a. Karakteristik Motor DC seri b. Bagan Motor DC seri
Gambar 4.4: Motor Seri DC


4. Motor DC Kompon/Gabungan
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 5. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok (myElectrical, 2005).

Gambar 4.5: Karakteristik Motor Kompon DC

3.1.1.3DAYA ARMATUR MAKSIMUM

Jika daya armatur diperoleh oleh motor DC maksimum, maka besar daya output atau kopel sumbu akan maksimum juga.
Daya armatur akan maksimum, bila gaya gerak listrik armatur dioperasikan pada setengah tegangan terminalnya. Untuk motor DC shunt, maka:
Vt = Ia.Ra + Ea
Pa = VtIa – (Ia)2.Ra
Pa akan maksimum, jika
Maka:
= Vt – 2Ia.Ra= 0
Ia.Ra =
Oleh karena Vt = Ea.Ia + Ia.Ra = , maka :
Vt = Ea +
Ea =
Dari persamaan di atas terlihat bahwa daya armatur akan maksimum jika Ea dioperasikan pada . Hal ini dapat diperoleh dengan cara mengatur kecepatan putar motor (N). Ingat bahwa besar GGL armatur adalah:

Ea =

3.1.1.4PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC
Besar gaya gerak listrik induksi pada kumparan jangkar akibat berputarnya rotor yang terletak di antara kutub magnet adalah:
Ea = .P.N.Z x
Dimana :
= Flux magnet perkutub ( Maxwel)
N = Putaran rotor (rpm)

a.Pengaturan Kecepatan Putar dengan Pengaturan Flux Magnet
Bagan rangkaian listrik pada pengaturan medan magnet penguat ditunjukkan pada gambar 7. Kecepatan putar motor DC akan minimum jika arus If minimum, dan ini akan terjadi pada posisi rheostat maksimum.


Gambar 7. Pengaturan kecepatan rotor DC dengan Pengaturan Flux Magnet.
Pengaturan kecepatan rotor DC dalam model ini pengerjaannya mudah, murah dan panas yang terjadi rendah.
b.Pengaturan Kecepatan Putar motor dengan Pengaturan Arus Armatur
Gambar di bawah ini adalah rangkaian listrik dari pengaturan yang dimaksud


Gambar 8. Pengaturan Kecepatan Motor DC dengan Pengaturan Arus Armatur
Pengaturan kecepatan motor dengan cara ini jarang dilakukan karena rugi panas yang terjadi cukup besar.
c.Pengaturan Kecepatan Motor dengan Pengaturan Tegangan Terminal
Gambar di bawah ini menunjukan pengaturan kecepatan putar motor DC dengan pengaturan tegangan terminal.
Tegangan terminal Vt didapatkan dari tegangan generator DC yang diputar oleh motor induksi M.
Perubahan Vt diperoleh dengan cara mengatur hambatan RG yang dipengaruhi medan penguat Rf.

Gambar 9.
d.Kecepatan Putar Motor Seri
Bila kecepatan awal dari motor seri adalah N1, maka menurut persamaan 3-14 menjadi:
N1 =
Jika kecepatan putar motor tersebu\t berubah menjadi N2, maka :
N2 =
Perbandingan dari kedua kecepatan putar tersebut adalah:
= x
e.Kecepatan Putar Motor Shunt
Untuk motor Shunt, bila kecepatan putar berubah dari N1 ke N2, maka perubahan flux tetap besarnya atau 1 = 2, karena arus yang mengalir melalui kumparan medan shunt besarnya tetap( tidak terpengaruh oleh beban). Dengan demikian perbandingan perubahan kecepatan puter tersebut adalah:
=
Ta = 9.55 . Pada Ia dan N konstan, maka Ta Ea Sedangkan pada Ea dan N konstan Ta Ia.

3.1.1.5Karakteristik Motor DC
Karakteristik motor DC dapat diketahui dengan cara mencari hubungan antar kopel armatur dengan arus armatur,kopel armatur dengan kecpatan putar, dan antar kecepatan putar dengan kopel armatur.
aKarakteristik Kopel Armatur Terhadap Arus Armatur.
Besar kopel armatur (Ta) dari motor DC adalah:
Ta = Pa/(2πn)
= 9.55
dari persamaan di atas terlihat bahwa kopel armatur adalah fungsi dari besar flux dan arus armaatur, atau ditulis:
Ta = f (.Ia)
Jika arus armatur akan bertambah besar, maka akan diikuti oleh kenaikan kopel armatur dan sebaliknya.
Untuk motor DC seri, kenaikan arus armatur akan memperbesar flux. Dengan demikian persamaan di atas dapat ditulis:
Ta = f (Ia)2
Dari persamaan di atas , karakteristik motor DC seri dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 10 hubungan Ta dan Ia
bKarakteristik kecepatan Putar terhadap Arus Armatur
Persamaan di bawah ini merupakan hubungan antara kecepatan putar terhadap arus armatur dari sebuah motor DC shunt dan seri, yaitu:
N = (Vt – Ia.Ra)/c.
N = Vt –
Dari persamaan tersebut, nilai kecepatan putar akan berubah jika harga atau besar arus armatur akan berubah. Hubungan kedua faktor tersebut, terlukis pada gambar berikut:


(a) (b)
Gambar 11 Hubungan N dan Ia
(a)Motor DC seri
(b)Motor DC shunt
cKarakteristik Mekanik
Karaklteristik mekanik diperoleh dari hubungan antara kecepatan motor dan kopel elektromagnetik atau kopel armatur.
Ta = 9.55 (Ea.Ia) N
Perubahan nilai kopel armatur akan selalu diikuti oleh perubahan kecepatan putar dan secara grafis ditunjukkan pada gambar 12.


Gambar 12 Hubungan N dan Ta
Pada Ea dan Ia tetap
3.1.1.6EFISIENSI
Pada motor ada tiga tiga macam efisiensi yaitu:
η ekonomi = x 100%
η mekanis = x 100%
η listrik = x 100%
Dimana:
Pm = Po/735.5
Pin = Vt.IL
Pa = Ea.Ia
Ts = Torsi sumbu (Nm)
Ώm = Kecepatan putar rotor (rpd)
Po = Ts.2π.n
Ts =
Dimana : Pa = Daya output =(Watt) ; N = rpm; Ts = Nm
Daftar Motor DC di PT. Semen Gresik
Di PT. Semen Gresik sendiri juga banyak menggunakan motor jenis motor DC, untuk di area kerja pemeliharaan listrik 1 data tentang motor DC adalah sebagai berikut:
Tabel 4.1 Data motor DC Tuban 1


Tabel 4.2 Data motor DC Tuban 2

Tabel 4.3 Data motor DC Tuban 3

3.2MOTOR INDUKSI
Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC. Motor induksi terdiri dari dua jenis, yaitu squirrel cage rotor dan wound rotor
3.2.1PRINSIP KERJA MOTOR INDUKSI
Secara umum, motor listrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik yang berupa tenaga putar. Di dalam motor DC, energi listrik diambil langsung dari kumparan armatur dengan melalui sikat dan komutator,oleh karena itu motor DC disebut motor konduksi. Lain halnya pada motor AC, kumparan rotor idak menerima energi listrik langsung, tetapi secara induksi seperti yang terjadi pada energi kumparan sekunder transformator; oleh karena itu, motor AC dikenal desebagai motor induksi. Sebenarnya motor induksi dapat diidentikkan dengan transformator yang kumparan primer sebagai kumparan stator atau armatur, sedangkan kumparan sekunder sebagai kumparan rotor.

Squirel cage rotor

Motor induksi polyphase banyak dipakai di kalangan industri, ini berkaitan dengan beberapa keuntungan dan kerugian.

Keuntungan:
1.Sangat sederhana dan daya tahan kuat (konstruksi hamper tidak pernah terjadi kerusakan, khusunya tipe squirrel cage)
2.Harga relative mudah dan perawatan mudah.
3.Effisiensi tinggi. Pada kondisi berputar normal, tidak dibutuhkan sikat dank arena rugi daya yang diakibatkannya dapat dikurangi.
4.Tidak memerlukan starting tambahan dan tidak harus sinkron.
Kerugian:
1.Kecepatan tidak dapat berubah tanpa pengorbanan effisiensi.
2.Tidak dapat seperti motor DC atau motor shunt, kecepatannya menurun seiring dengan tambahan beban.
3.Kopel awal mutunya rendah dibanding dengan motor DC shunt.
KONSTRUKSI
Pinsip dasar motor induksi terdiri dari:
1.Bagian stator
2.Bagian rotor
Bagian Stator
Pada bagian stator terdapat beberapa slot yang merupakan kawat (konduktor) daru tiga kumparan tiga phase yang disebut kumparan stator, yang masing-masing kumparan mendapatkan supply arus tiga phase.
Jika kumparan stator mendapatkan supply arus tiga phase, maka pada kumparan tersebut segera timbul flux magnet putar. Karena adanya flux magnet putar pada kumparan stator, mengakibatkan motor berputar karena adanya induksi magnet dengan kecepatan putar rotor sinkron dengan kecepatan putar stator (Ns = )

Bagian Rotor

Bagian rotor yang merupakan kumparan rotor adalah bagian yang bergerak atau berputar.
Ada dua jenis kumparan rotor yaitu squirrel cage rotor dan phase wound rotor. Hampir 90% kumparan rotor dari motor induksi menggunakan squirel cage.Ini karena bentuk kumparanya sederhana dan tahan terhadap guncangan. Ciri khusus dari squirel cage rotor adalah ujung-ujung kumparan rotor terhubung sengkat secara permanent. Lain halnya pada jenis phase wound rotor yang ujung-ujung kumparan rotor akan terhubung langsung jika kecepatan putar rotor telah mencapai kecepatan normalnya secara otomatis melalui slip ring yang terpasang pada bagian rotor (perhatikan gambar)


Gambar 13 Motor Induksi Jenis Phase Wound Rotor


PROSES TERJAINYA FLUX MAGNET

Proses terjadinya flux (medan magnet) putaar pada motor induksi adalah sebagai berikut:
Motor induksi ada dua jenis yaitu satu phase dan tiga phase, disini akan dijelaskan proses terjadinya flux magnet pada motor induksi tiga phase. Bentuk koneksi motor induksi dari supply tiga phase adalah sebagai berikut:





Gambar 14 Sambungan Motor Induksi dengan Sumber tiga phase.
Berputarnya rotor pada motor induksi disebabkan oleh adanya medan putar yang dihasilkan oleh arus yang melewati masing-masing kumparan stator. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator pada motor induksi dihubungkan dengan sumber jala-jala adalah tiga phase, baik untuk penggunaan motor induksi pada hubungan bintang maupun segitiga.
Adapun beda phase anatra masing-masing kumparan stator untuk sumber jala-jala tiga phase adalah sebesar 120˚C dan secara matematis untuk masing-masing arus yang melewati kumparan stator dituliskan:
iC1 = Im.Sin α
iC2 = Im.Sin (α + 120˚ C)
iC3 = Im.Sin (α - 120˚ C)
Bentuk pulsa distribusi arus dari persamaan di atas digambarkan sebagai berikut:





Gambar 15 Distribusi Arus Tiga Phase
GAYA GERAK LISTRIK STATOR DAN ROTOR
Konstruksi motor induksi terdiri dari kumparan stator dan kumparan rotor (perhatikan gambar 6.10). Kumparan berfungsi sebagai kumparan medan, yaitu membangkitkan medan magnet putar. Sedangkan kumparan-kumparan rotor disebut juga kumparan jangkar.
Jika sumber listrik tiga phase dihubungkan ke kumparan stator, maka pada kumparan tersebut timbul medan magnet putar. Medan putar stator ini, memotong batang-batang konduktor dari rotor yang mengakibatkan pada ujung masing-masing kumparan rotor timbul gaya gerak listrik induksi sebesar:
Er = 4,44 . f. Nr . m
Dimana:
Er = Tegangan induksi saat rotor start (volt)
f = Frekuensi sumber listrik (Hz) = Frekuensi srus stator
m = Flux putar maksimum (weber)
Nr = Jumlah kumparan rotor


Gambar 19 Konstruksi Kumparan Stator dan Rotor
Dari gambar 6.10 terlihat bahwa ketiga ujung kumparan rotor dihubungkan dengan ketiga cincin yang diisolasi stau terhadap yang lainnya. Tiga cincin itu disebut slip ring dan ditempatkan pada ujung sumbu rotor. Melalui sikat yang menempel pada cincin tersebut, dihubungkan dengan tiga jepitan di luar.
Setelah gaya gerak listrik induksi Er pada motor timbul, ketiga jepitan dihubung singkat. Akibatnya kumparan rotor merupakan kumparan tertutup/rangkaian tertutup, dan adanya gaya gerak listrik induksi rotor (Er) akan menghasilkan arus rotor Ir.
Dengan adanya Ir, yang terdapat di dalam medan magnet putar, maka pada rotor timbul gaya Lorentz, sebesar:
F = B.I.L
Dimana:
F = Gaya Lorentz (Newton)
B = Kerapatan flux (weber/m2)
I = Kuat arus rotor (ampere)
L = Panjang kumpara rotor (meter)
Jika jari-jari kumparan rotor sebesar r, maka pada rotor timbul momen putar sebesar :
Tr = F . r (N.m)
Catatan : 1N.m = 1 joule
Bila kopel mula rotor yang dihasilkan oleh F cukup besar untuk memikul beban, rotor akan berputar searah dengan arah medan putar stator.
Adapun besar GGL kumparan rotor saat kumparan rotor sedang berputar adalah:
Ers = 4,44 fr.Nr. m.S
Tegangan induksi rotor Ers timbul karena terpotongnya batang konduktor kumparan rotor oleh medan putar stator. Artinya, agar timbul tegangan induksi rotor Ers, diperlukan perbedaan relative antara kecepatan putar stator (Ns) dan kecepatan putar rotor (Nr).
SLIP
Perbedaan kecepatan putar antara kecepatan putar stator dan rotor disebut slip dan ditulis dengan persamaan:
S = x 100%
Kecepatan slip adalah Ns – Ns
Dengan demikian persamaan 6.14 menjadi:
(Ns – Nr) = S . Ns
Pada saat kecepatan putar rotor sama dengan kecepatan putar stator, tegangan induksi rotor (Ers) tidak ada dan Ir juga tidak timbul, sehingga kopel tidak dihasilkan. Kopel akan timbul jika kecepatan putar rotor lebih kecil daripada kecepatan stator.
Berdasarkan cara kerjanya, motor induksi dapat juga disebut motor asinkron (tak serempak)
FREKUENSI ARUS ROTOR
Berubah-ubahnya kecepatan putar medan putar rotor akan mengakibatkan berubah ubahnya nilai slip dari saat start (100%) sampai saat berputar pada kecepatan normal atau stationer (0%), yaitu Ns = Nr (perhatikan persaman 6.14). Rotor dalam keadaan stationer, frekuensi arus rotor sama dengan frekuensi arus sumber. Jika rotor mulai bergerak (start), frekuensi arus rotor tergantung pada slip atau kecepatan slip (Ns – Nr).
Sesuai dengan persamaan 6-6 yaitu fs = , maka frekuensi arus rotor pada nilai kecepatan slip sembarang adalah:
fr =
atau:
fr = x
fr = fs . S
oleh karena frekuensi putar stator sama dengan frekuensi jala-jala (sumber listrik) = f, maka persamaan 6.19 atau frekuensi arus rotor dapat ditulis:
fr = f.S
dengan demikian persamaan 6.13a menjadi
Ers = 4,44 . f . S. Nr . m
HUBUNGAN TORSI DAN FAKTOR DAYA
Sesuai dengan uraian pada motor DC, besar torsi armatur Ta adalah sebanding dengan besar arus armatur dan, flux magnet (persamaan 3.6).
Hal ini serupa dengan motor induksi bahwa torsi armatur juga proporsi dengan arus rotor dan flux magnet per kumparan stator, atau secara matematis ditulis:
T = K . . Ir . Cosθr
Dimana:
Ir = Arus rotor pada kumparan rotor berputar normal
r = Beda phase antara GGL rotor dengan arus rotor.
K = Konstanta
Oleh karena besar GGL rotor adalah proporsi terhadap flux magnet atau ditulis Er ~ , maka persamaan 6.21 dapat ditulis:
T = k1. Er. Ir . Cos θr
Dari persamaan 6.22 terlihat bahwa torsi adalah proporsi terhadap factor daya.
GGL DAN REAKTANS ROTOR PADA KEADAAN ROTOR BERPUTAR
Pada saat rotor start, rotor belum berputar sehingga frekuensi stator sama dengan frekuensi rotor. Dalam keadaan rotor berputar, frekuensi rotor dipengaruhi oleh slip. Jika persamaan tersebut kita substitusikan, maka didapat;
Ers = Er. S
Dimana:
Ers = Tegangan induksi rotor saat berputar
Er = Tegangan rotor saat start atau diam
Adapun besar reaktans rotor saat start adalah;
Xrs = 2 . Xr . S

BEBERAPA DAYA MOTOR INDUKSI
Rugi inti (besi) yang ada pada bagian stator maupun bagian rotor, terdiri dari rugi arus pusar dan rugi histeris. Rugi inti tersebut tergantung frekuensi suplai jala-jala dan kepadatan flux magnet pada inti besi. Hal ini dapat dikatakan tetap besranya, karena rugi pada bagian rotor diabaikan. Karena frekuensi arus rotor pada kecepatan normal relative kecil.
Adapun besar rugi tembaga total pada kumparan rotor adalah:
(Pcu) = 3. Ir2.Rr
Besar arus rotor, saat rotor sedang berputar sesuai dengan persamaan berikut:
Irs =
HUBUNGAN RPD TERHADAP Trs
Adapun besar torsi ataupun kopel rotor motor induksi 3 phasa adalah:
= (2 π Nr )/33000) x (Trs) 3phase
TORSI MOTOR INDUKSI 3 PHASE
Es = (Ir) (a2.R­r/S)2 + (a2 . Xr)2
Besar power factor adalah:
Cos θ =



DAYA MOTOR INDUKSI 3 PHASE
Untuk menghitung daya motor induksi, perhatikan gambar berikut ini:



Gambar 20 Rangkaian Listrik Motor Induksi
Besar daya masuk kumparan stator 3 phase adalah:
(Ps) 3phase = 3 . Vt . Is . Cos θ
sedangkan daya masuk rotor adalah:
3.2AC DRIVE
AC drive merupakan suatu sistem kontrol yang berfungsi untuk mengendalikan kecepatan suatu motor induksi atau motor AC. AC drive menerima tegangan AC dan mengubahnya menjadi suatu frekuensi yang dapat diatur, tegangan output diatur untuk mengontrol operasi motor. Dan akhirnya di dapat tegangan dan frekuensi yang sesuai untuk menentukan kecepatan motor.
Prinsip Kerja AC Drive
Suplly tegangan AC yang masuk, dikonversikan menjadi tegangan DC-link yang konstan oleh rectifier ( sekitar 30 kW digunakan dioda rectifier, untuk daya yang lebih besar 30 kW menggunakan setengah atau full control dari thyristor bridge).
Kemudian inverter menghasilkan tegangan keluaran dengan bentuk kotak yang dihasilkan dari switching DC-link menuju ke motor dengan menggunakan saklar elektronok (IGBT’s). Nilai rata-rata dari tegangan keluaran diperoleh dari aplikasi yang berbeda suatu prinsip pulse width modulation.
Penambahan pada gelombang fundamental arus motor menghasilkan suatu jumlah frekuensi harmonic yang lebih besar. Semakin luas frekuensi harmonic dan semakin kecil nilainya, semakin baikjuga bentu sinus arus dan orsi juga semakin konstan.
Aplikasi standar menghasilkan alur energi dari line supply menuju ke motor melalui DC-link dan inverter saja.
Ada tiga jenis inverter yang umum dipakai, yaitu:
Variable Voltage Inverter (VVI)
Current Source Inverter (CSI)
Pulse Width Modulation (PWM)
Semua AC drive mengubah AC ke DC, dan kemudian tegangan DC tersebut di switching untuk mendapatkan tegangan dan frekuensi output yang variable.
1.Variable Voltage Inverter (VVI)
Variable Voltage Inverter menggunakan jenis SCR converter untuk mengubah tegangan AC input menjadi DC. Chooke L1 dan kapasitor C1 menghubungkan bagian DC dan menghaluskan bentuk tegangan output DC yang telah di konversikan. Bagian inverter terdiri dari enam komponen switching. Setiap komponen yang biasa dipakai antara lain, thyristor, bipolar transistor, MOSFETS, dan IGBTs. Bagan berikut memperlihatkan suatu inverter yang memanfaatkan transistor bipolar. Kontrol logika yang dipakai menggunakan microprosesor untuk men- switch transistor on dan off untuk menghasilkan nilai tegangan dan frekuensi yang variable untuk motor.

Tipe switching jenis ini sering dikenal sebagai switching enam tahap karena dipakai enam tahap 60˚ untuk melengkapi satu cycle 360˚.


2. Current Source Inverter
Current source inverter menggunakan SCR input untuk menghasilkan suatu tegangan DC yang variable. Bagian inverter juga menggunakan SCR untuk men switching output yang menuju motor. Current source inverter mengontrol arus pada motor. Motor harus dipasang dengan hati-hati dengan drive