Dasar Motor Induksi AC 3 Fasa dan Pengendaliannya menggunakan SVPWM

Beberapa kelebihan seperti biaya rendah, desain yang keras, kompleksitas yang lebih rendah dan perawatan motor AC yang lebih mudah membuat banyak operasi industri dilakukan dengan menggunakan drive AC daripada drive DC.

Motor induksi AC adalah jenis motor listrik khusus yang memiliki karakteristik dan kinerja khasnya sendiri dalam hal starting, kontrol kecepatan, perlindungan, dan sebagainya.

Kinerja berbagai aplikasi membuat motor induksi 3 fasa bertanggung jawab atas 85 persen kapasitas terpasang sistem penggerak industri. Mari kita bahas informasi dasar tentang motor ini dan teknik pengendalian khusus SVPWM.

Motor Induksi AC 3 Fasa

Motor induksi AC 3 fasa adalah mesin listrik berputar yang dirancang untuk beroperasi pada supply 3 fasa. Motor 3 fasa ini juga disebut sebagai motor asinkron. Motor AC ini terdiri dari dua jenis: motor induksi tipe tupai (squirrel) dan slip-ring. Prinsip operasi motor ini didasarkan pada produksi medan magnet yang berputar.

Konstruksi Motor Induksi 3 Fasa

Motor 3 fasa ini terdiri dari stator dan rotor dan di antaranya tidak ada sambungan listrik. Stator dan rotor ini dibangun dengan menggunakan bahan inti magnetik tinggi untuk mengurangi histerisis dan kehilangan arus eddy.

Bingkai stator dapat dibangun menggunakan besi cor, aluminium atau baja canai. Bingkai stator memberikan perlindungan mekanis dan dukungan yang diperlukan untuk inti berlapis stator, belitan dan pengaturan lainnya untuk ventilasi.

Stator wound dengan belitan 3 fasa yang tumpang tindih satu sama lain pada pergeseran fasa 120 derajat yang dipasang pada laminasi berlubang. Enam ujung dari tiga belitan dibawa keluar dan dihubungkan ke kotak terminal sehingga belitan ini bersemangat dengan supply utama 3 fasa.

Gulungan ini terbuat dari kawat tembaga yang diisolasi dengan pernis yang dipasang pada laminasi slotted berinsulasi. Pada semua suhu kerja, pernis diresapi ini tetap kaku. Gulungan ini memiliki resistansi insulasi tinggi dan resistansi tinggi terhadap atmosfer saline, uap air, asap alkali, oli dan gemuk, dll. Apapun yang sesuai dengan level tegangan, belitan ini terhubung dalam koneksi star atau delta.

Rotor dari motor induksi AC 3 fasa berbeda untuk motor induksi slip-ring dan squirrel-cage. Rotor dalam tipe slip-ring terdiri dari aluminium berat atau batang tembaga yang disingkat pada kedua ujung rotor silinder.

Poros motor induksi didukung pada dua bantalan (bearing) di setiap ujung untuk memastikan putaran bebas di dalam stator dan untuk mengurangi gesekan. Ini terdiri dari tumpukan laminasi baja dengan jarak slot yang merata yang dilubangi dari kelilingnya ke tempat aluminium berat atau batang tembaga yang tidak diisolasi ditempatkan.

Sebuah rotor tipe Slip-Ring (cincin selip) terdiri dari belitan 3 fasa yang dibintangi secara internal di salah satu ujungnya, dan ujung lainnya dibawa keluar dan dihubungkan ke slip-ring yang dipasang pada poros rotor. Dan untuk mengembangkan torsi awal yang tinggi, belitan ini terhubung ke rheostat dengan bantuan sikat karbon.

Resistor atau Rheostat eksternal ini hanya digunakan pada periode awal saja. Setelah motor mencapai kecepatan normal, sikat short circuit, dan rotor wound berfungsi sebagai rotor squirrel-cage.

Prinsip Pengoperasian Motor Induksi 3 Fasa

• Ketika motor bersemangat dengan supply 3 fasa, belitan stator 3 fasa menghasilkan medan magnet yang berputar dengan 120 perpindahan pada besaran konstan yang berputar pada kecepatan sinkron.
  Medan magnet yang berubah ini memotong konduktor rotor dan menginduksi arus di dalamnya sesuai dengan prinsip hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik. Karena konduktor rotor ini disingkat, arus mulai mengalir melalui konduktor ini.
• Di hadapan medan magnet stator, konduktor rotor ditempatkan, dan oleh karena itu, berdasarkan prinsip gaya Lorenz, gaya mekanik bekerja pada konduktor rotor. Dengan demikian, semua gaya konduktor rotor, yaitu, jumlah gaya mekanik menghasilkan torsi dalam rotor yang cenderung bergerak ke arah yang sama dengan medan magnet yang berputar.
• Rotasi konduktor rotor ini juga dapat dijelaskan oleh hukum Lenz yang mengatakan bahwa arus induksi pada rotor menentang penyebab produksinya, di sini perlawanan ini adalah medan magnet yang berputar. Hasil ini rotor mulai berputar ke arah yang sama dengan stator memutar medan magnet.
  Jika kecepatan rotor lebih dari kecepatan stator, maka tidak ada arus yang akan menyebabkan rotor karena alasan rotasi rotor adalah kecepatan relatif medan magnet rotor dan stator. Stator ini dan perbedaan bidang rotor disebut sebagai slip. Ini bagaimana motor 3-fasa disebut sebagai mesin asinkron karena perbedaan kecepatan relatif antara stator dan rotor.
• Seperti yang kita bahas di atas, kecepatan relatif antara medan stator dan konduktor rotor menyebabkan putaran rotor ke arah tertentu. Oleh karena itu, untuk menghasilkan rotasi, kecepatan rotor Nr harus selalu kurang dari kecepatan medan stator Ns, dan perbedaan antara kedua parameter ini tergantung pada beban pada motor.

Perbedaan kecepatan atau slip motor induksi AC diberikan sebagai

• Ketika stator stasioner, Nr = 0; jadi slip menjadi 1 atau 100%.
• Ketika Nr berada pada kecepatan sinkron, slip menjadi nol; jadi motor tidak pernah berjalan dengan kecepatan sinkron.
• Slip pada motor induksi 3 fasa dari tanpa beban ke beban penuh adalah sekitar 0.1% hingga 3%; itu sebabnya motor induksi disebut sebagai motor berkecepatan konstan.

Kontrol Motor Induksi 3 Fasa dengan SVPWM

Paling umum untuk mengendalikan motor induksi, drive berbasis PWM inverter digunakan. Dibandingkan dengan konverter frekuensi tetap, penyelaman PWM ini mengontrol besarnya tegangan dan frekuensi arus serta tegangan yang diterapkan pada motor induksi.

Dengan mengubah sinyal PWM yang diterapkan pada gerbang sakelar daya, jumlah daya yang diberikan oleh drive ini juga bervariasi sehingga kontrol kecepatan motor induksi 3 fasa tercapai.

Sejumlah skema Modulasi Lebar Pulsa (PWM) digunakan untuk mengendalikan drive motor 3 fasa. Tetapi yang paling banyak digunakan adalah Sinus PWM (SPWM) dan space vektor PWM (SVPWM).

Dibandingkan dengan SPWM, kontrol SVPWM memberikan level tegangan dasar yang lebih tinggi dan mengurangi konten harmonik. Di sini kami telah memberikan implementasi praktis dari kontrol SVPWM ini menggunakan mikrokontroler 8051.

Pada rangkaian di bawah ini, inverter tegangan tiga tingkat digunakan untuk mendapatkan tiga tegangan output tergantung pada tegangan bus DC. Supply 1 fasa diperbaiki untuk memasok daya DC ke rangkaian mikrokontroler dan rangkaian  inverter 8051 Mikrokontroler diprogram untuk menghasilkan sinyal SVPWM yang diberikan kepada IC driver gerbang.

Rangkaian inverter terdiri dari enam MOSFET untuk menghasilkan supply 3 fasa variabel, untuk setiap fasa dua MOSFET digunakan. Gerbang MOSFET ini terhubung ke IC driver gerbang. Setelah menerima sinyal PWM dari driver gerbang mikrokontroler, sakelar MOSFET sehingga dihasilkan tegangan variabel AC. Karena itu, variabel AC ini dengan perubahan tegangan dan frekuensi bervariasi kecepatan motor.

Ini adalah informasi dasar tentang motor induksi AC dengan prinsip konstruksi dan kerja. Selain itu, teknik SVPWM untuk mengendalikan kecepatan motor memiliki banyak keunggulan dibandingkan teknik PWM lainnya seperti yang kita lihat di atas.

Berbagi :