Electrical Department 101 Faktor kuasa, f.k. faktor kuasa ( kos φ ) = kuasa sebenar ( kW ) kuasa ketara ( kVA) Di mana : P = Kuasa . VL = Voltan talian IL = Arus talian.
Electrical Department 102 Kecekapan Motor. Kecekapan ( η ) = Kuasa keluaran x 100% Kuasa masukan ( Kuasa masukan – kuasa keluaran ) x 100% Kuasa Masukan (1 - Kuasa keluaran ) x 100% Kuasa Masukan
Electrical Department 103 Contoh Pengiraan 1 1. Satu motor aruhan 3 fasa telah dililitkan untuk 4 kutub dan dibekalkan dari satu suatu sistem 50hertz.Kirakan.. a. Laju sinkronous b. Laju rotor apabila kegelinciran 4%. c. Frekuensi rotor apabila laju rotor 600 rpm.
Electrical Department 104 Langkah penyelesaian Daripada soalan kita perolehi data tentang motor iaitu; P = 4 f = 50hertz
Electrical Department 105 Bahagian a Laju sinkronous Daripada formula kita dapati ; Ns = 120f P = 120 x 50 4 = 1500 rpm
Electrical Department 106 Bahagian b Laju rotor apabila kegelinciran 4%. Daripada formula slip kita akan dapat mencari nilai Nr ; s = Ns – Nr x 100% Ns Jadi, -Nr = Ns(s) – Ns = 1500( 0.04 ) – 1500 = 60 – 1500 - Nr = - 1440 rpm. Oleh itu, Nr = 1440 rpm
Electrical Department 107 Bahagian c Frekuensi rotor apabila laju rotor 600 rpm. Oleh sebab kelajuan rotor berubah maka kita terpaksa mencari Nilai gelinciran yang baru; Jadi , dengan menggunakan formula slip ; s = Ns – Nr x 100% Ns s = 1500 – 600 x 100% Oleh itu . s = 60% @ 0.6p.u 1500 Kita gunakan formula frekuensi rotor iaitu ; fr = s . F fr = 0.6 x 50 = 30 hertz
Electrical Department 108 Contoh Pengiraan 2 2. Sebuah motor aruhan 3 fasa , 50 hertz , 8 kutub dengan arus talian 10Amp.( mengikut kod beban yang tercatat pada plat motor ).Faktor kuasa motor ini adalah 0.82 mengekor dengan kecekapan 83% dan kegelinciran 5%.Kirakan.. a. Kelajuan beban penuh. b. Kuasa kuda motor. c. Nilai kemuatan (C) untuk membaiki faktor kuasa sehingga uniti/ 1.0.
Electrical Department 109 Langkah Penyelesaian Daripada soalan kita perolehi data tentang motor iaitu; VL = 415 volt f = 50hertz p = 8 IL = 10 Amp p.f = 0.82 µ = 83% s = 0.05
Electrical Department 110 Bahagian a. Kelajuan beban penuh motor. Daripada formula kelajuan segerak , Ns = 120 f P Oleh itu; Ns = 120 x 50 = 750 rpm 8 Dengan itu, melalui formula slip / gelinciran kita dapati; s = Ns – Nr x 100% , Jadi , -Nr = Ns ( s ) - Ns Ns Oleh itu - Nr = 750(0.05) – 750 Jumlah beban penuh , - Nr = - 712.5rpm @ 713 rpm
Electrical Department 111 Bahagian b Kuasa kuda motor Daripada formula kuasa; P = √ 3. VL.IL. Cosφ Jadi kita ketahui bahawa ; µ = Pout x 100% Pin Jadi ; Pin = √ 3. VL.IL. Cosφ Oleh itu ; Pin = √ 3. 415. 10. 0.82 = 5894.16 watt Jadi; Pout = Pin x µ Pout = 5894.16 x 0.83 = 4892.16 = 4892.16/746 = 6.6 KK
Electrical Department 112 Bahagian c Nilai kemuatan untuk membaiki faktor kuasa kepada unit /1.0 Kita tahu ; kuasa masukan bagi setiap fasa = 5894.16 3 Kuasa bagi setiap fasa = 1964.72 Kuasa ketara bagi setiap fasa = kuasa masukan bagi setiap fasa f.k = 1964.72 / 0.82 = 2396 watt Arus sebenar bagi setiap fasa = Kuasa ketara bagi setiap fasa ( IL ) voltan talian = 2396 watt / 415 volt = 5.77Amp.
Electrical Department 113 Arus bertenaga ( IR ) = Arus sebenar x f.k = 5.77 x 0.82 = 4.73 Amp. Arus regangan ( IXC ) = √( arus sebenar ) ² - ( arus bertenaga)² = √ (5.77) ² - (4.73) ² = √ 33.29 –22.37 = √ 10.917 = 3.3 Amp Jadi arus yang diperlukan mendahului voltan sebanyak 3.3Amp Jadi nilai pemuat adalah ; Ixc = VL.C. ω kita ketahui ω =2πf C = 3.3 415 x 314.2 = 3.3 = 0.000025308 130393 = 25.308µ farad
Electrical Department 114 Gambarajah vektor Cosφ IR = 4.73 Amp. I = 5.77 Amp IXC = 3.3
Electrical Department 115 Contoh Pengiraan 3 3. Sebuah motor aruhan 3 fasa , 8 kuasa kuda dengan voltan talian 415volt , 50hertz menggunakan arus talian 11Amp dan bilangan pasang kutubnya adalah sebanyak 3 pasang.Faktor kuasa motor ini adalah 0.85 mengekor dengan peratus gelincir sebanyak 2% apabila berbeban. Kirakan.. a. Kelajuan segerak b. kelajuan rotor c. Kuasa masukan d. kuasa keluaran e. Jumlah kehilangan kuasa f. Peratus kecekapan motor g. Frekuensi stator h. Frekuensi rotor.
Electrical Department 116 Langkah penyelesaian Daripada soalan kita perolehi data tentang motor iaitu; VL = 415 volt f = 50hertz p = 3 pasang kutub / 6 kutub IL = 11 Amp p.f = 0.85 s = 0.02 / 2% Pout = 8 k.k
Electrical Department 117 Bahagian a Kelajuan segerak Daripada formula kelajuan segerak; Ns = 120 f P Jadi ; Ns = 120 x 50 = 1000 rpm. 6 Bahagian b Kelajuan rotor. Daripada formula s , kita dapati s = Ns – Nr x 100% Ns Jadi, -Nr = Ns(s) - Ns - Nr = 1000(0.02) – 1000 , -Nr = - 980 rpm @ 980 rpm
Electrical Department 118 Bahagian c Kuasa masukan motor Daripada formula kuasa kita dapati; Pin = √ 3. VL.IL. Cosφ Oleh itu, Pin = √ 3. 415 . 11 . 0.85. = 6720.79 watt. Bahagian d Kuasa keluaran motor ,Pout. Pout = 746 x 8 = 5968 watt.
Electrical Department 119 Bahagian e Kehilangan kuasa motor. Kehilangan kuasa motor = Pin – Pin = 6720.79 - 5968 = 752.79 watt. Bahagian f Peratus kecekapan. Kecekapan , µ = Pout x 100% Pin = 5968 x 100% 6720.79 = 88.8% @ 89%
Electrical Department 120 Bahagian g Frekuensi stator Kita tahu bahawa frekuensi bekalan adalah sama dengan Frekuensi stator.Oleh itu Frekuensi stator adalah 50hertz. Bahagian h Frekuensi rotor Daripada formula kita tahu bahawa frekuensi rotor adalah; fr = s x f = 0.02 x 50. Jadi fr = 1 hertz.
Electrical Department 121 DAYA KILAS / TORK Daya kilas adalah kebolehan sesebuah motor untuk berputar. Ia biasanya dinyatakan dalam unit Newton-meter (Nm). Pengahasilan daya kilas yang kuat atau lemah adalah bergantung pada cara bagaimana ia diwujudkan.Biasanya kilas adalah dalam peratus beban penuh. Terdapat 3 jenis Daya kilas iaitu; i. Daya kilas permulaan. ii. Daya kilas pemecutan. iii.Daya kilas larian.
Electrical Department 122 Daya Kilas Permulaan. Daya kilas permulaan adalah daya kilas yang diperlukan bagi mengatasi geseran statik dan pemula mesin yang akan dipusingkan.Seterusnya memulakan pergerakan daripada keadaan pegun.Biasanya daya kilas ini dinyatakan dalam peratusan beban penuh.
Electrical Department 123 Daya Kilas Pemecutan Daya kilas pemecutan ialah daya kilas yang membolehkan mesin diputarkan terus sehingga mencapai kelajuan penuh.Nilai daya kilas ini dapat ditentukan daripada graf daya kilas/ kelajuan terhadap beban penuh motor itu.
Electrical Department 124 Daya Kilas larian Daya kilas larian ialah daya kilas sewaktu kelajuan penuh diperolehi iaitu ketika daya kilas motor sama dengan daya kilas beban ( Graf daya kilas / kelajuan bersilang )
Electrical Department 125 Daya kilas permulaan bagi motor aruhan sangkar tupai Daya kilas permulaan bagi motor aruhan sangkar tupai adalah berkadar 100 hingga 175 peratus daripada daya kilas beban penuh. Ia masih dianggap rendah kerana rekabentuk motor dimana pemutar yang mempunyai rintangan tinggi akan menghasilkan kilas yang tinggi semasa permulaan. Tetapi ia akan menyebabakan gelinciran bertambah dan kecekapan berkurang. Arus permulaannya adalah berkadar 5 hingga 8 kali daripada arus beban penuh. Tetapi bagi motor aruhan Dwi-sangkar tupai Bocherot mempunyai daya kilas yang tinggi dan arus mula yang rendah.
Electrical Department 126 Graf sifat daya kilas permulaan/arus permulaan rendah bagi motor sangkar tupai
Electrical Department 127 Daya kilas permulaan bagi motor aruhan Rotor berbelit. Daya kilas bagi motor pemutar berbelit adalah sentiasa berubah mengikut keadaan binaan motor. Biasanya daya kilas motor adalah diantara 80% hingga 200% daripada daya kilas beban penuh. Peratusan ini adalah lebih tinggi dari kilas motor aruhan sangkar tupai. Pada satu tahap yang maksima nilai rintangan yang tinggi di pemutar akan mencapai 100% gelinciran atau permulaan segera. Pada umumnya ciri-ciri daya kilas permulaan motor ini adalah sama dengan motor aruhan sangkar tupai.
Electrical Department 128 Keistimewaan motor ini ialah rotor berbelit ialah daya kilas mulanya adalah tinggi dan arus mulanya rendah maka daya kilas larian dan pecutannya boleh diubah-ubah mengikut kehendak beban. Ia dapat dilakukan dengan melaras perintang boleh ubah di perintang sehingga arus menurun sehingga motor berhenti. Keburukkan motor ini ialah ia banyak menyebabkan kehilangan haba, kecekapan motor menurun,pengaturan kelajuan yang kurang baik,dan kawalan kelajuan yang kurang separuh daripada kelajuan tanpa beban.
Electrical Department 129 Bagi motor-motor yang besar alat litar pintas dan penyangkut berus karbon dipasang pada motor tersebut. Alat ini berfungsi untuk melitar pintaskan ketiga-tiga gelang gelincir dan mengangkat berus-bers karbon dari gelang gelincir. Dengan itu ia akan menghapuskan kehilangan kuasa yang berlaku disebabkan oleh rintangan sentuhan berus karbon dan geseran berus serta mengurangkan kehausan berus karbon dan gelinciran.
Electrical Department 130 Gambarajah lengkok kelajuan / daya kilas dan kelajuan/arus bagi motor aruhan rotor berbelit.
Electrical Department 131 Kaitan di antara kehilangan I²R bagi rotor dan kegelinciran rotor. 1.Jadual berikut menunjukkan secara tepat apa yang terjadi kepada kuasa stator bagi suatu motor aruhan Kuasa input kepada lilitan rotor Kehilangan I²R dalam lilitan stator Kehilangan besi dalam teras stator Kuasa yang dipindahkan kepada rotor melalui medan magnet celah udara Kehilangan I²R dalam lilitan rotor Kehilangan besi dalam teras rotor ( sgt kecil jika kegelinciran kecil ) Jumlah kuasa mekanik yang terbentuk oleh rotor. Kehilangan geseran di alas-alas dan gelang-gelang kegelinciran Kehilangan lilitan Kuasa mekanik berguna yang diperolehi dari aci motor.
Electrical Department 132 Jika T : tork/kilas dalam newton-meter yang menekan ke atas rotor oleh fluks magnet yang berputar. dan Ns : laju segerak dalam kisaran per- saat. Maka kuasa kuda yang dipindahkan dari stator ke rotor adalah : 2πT Ns watt. Kuasa inout kepada rotor tersebut disebut sebagai tork dalam watt sinkronous. Jika Nr : kelajuan rotor dalam kisaran per-saat. Maka jumlah kuasa mekanik yang terbentuk oleh rotor adalah: 2πT Nr watt.
Electrical Department 133 Perkaitan perubahan kuasa yang berlaku dalam rotor Jumlah kuasa mekanik yang terbentuk oleh rotor Oleh itu, Jumlah kehilangan I²R rotor 2πT ( Ns – Nr ) Kuasa input kepada rotor 2πT Ns Atau, Jumlah kehilangan I²R rotor s x Kuasa input kepada rotor ( dalam watt ) ( dalam watt ) Jumlah kehilangan I²R di dalam rotor Kuasa yang dipindahkan dari stator kepada rotor 2πT ( Ns – Nr ) watt. S
Electrical Department 134 Gambarajah kehilangan kuasa motor Kuasa keluaran Kuasa masukan Pin stator P iron core P copper loss P copper loss P air gap P stray and windage P in rotor Kehilangan dalam stator Kehilangan dalam rotor
Electrical Department 135 Pengawalan laju menggunakan perintang rotor luar Jumlah kehilangan I²R adalah berkadaran dengan gelinciran apabila sesuatu tork ditekankan oleh rotor setelah suatu kuasa dibekalkan kepada rotor tersebut . Jika sebuah motor mempunyai 100kW kuasa yang dipindahkan dari stator kepada rotor apabila gelinciran 5%.Maka jumlah kehilangan I²R rotor ialah 5kW dan kuasa mekanik yang terbentuk ialah 95kW . Jika kegelinciran dinaikkan, katakan 40% dengan penambahan perintang luar dan sekiranya kilas terbentuk oleh rotor , ia tetap tidak berubah . Maka kehilangan I²R meningkat ke 40kW dan kuasa mekanik yang terbentuk oleh rotor berkurang ke 60kW.
Electrical Department 136 Maka, kecekapan motor telah berkurang.Pengawalan laju menggunakan perintang – perintang luar mempunyai beberapa kelemahan dintaranya.; a. Penurunan laju diiringi oleh penurunan kecekapan. b. Dengan rintangan yang besar di dalam litar rotor,laju rotor berubah dengan perubahan tork. c. Perintang-perintang rotor luar adalah terlalu besar saiznya serta mahal,oleh sebab itu ia dikehendaki melesapkan kuasa yang menjadi terlampau panas .
Electrical Department 137 Kuasa yang dibekalkan kepada suatu motor aruhan 3 fasa ialah 40kW dan kehilangan stator yang sepadan baginya ialah 1.5kW.Kirakan. A. Jumlah kuasa mekanik yang terbentuk dan kehilangan I²R rotor apabila kegelinciran 0.04 p.u. B. Kuasa output bagi motor jika kehilangan geseran dan lilitan ialah 0.08kW . C. Kecekapan motor ( abaikan kehilangan besi motor ) Contoh 1
Electrical Department 138 Jawapan bahagian A a. Kuasa input kepada rotor = 40 – 1.5 = 38.5kW Daripada formula kita dapati, kehilangan I²R rotor dalam kW = 0.04 38.5kW Jadi, kehilangan I²R rotor = 1.54kW Maka, kuasa mekanik yang terbentuk oleh rotor = 38.5 – 1.54 = 36.96kW
Electrical Department 139 Jawapan b Kuasa output motor = 36.96 – 0.8 = 36.16kW Jawapan c Kecekapan motor = Pout / Pin = 36.16 / 40 = 90.4%
Electrical Department 140 Jika laju motor bagi contoh 1 diturunkan kepada 40% daripada nilai sinkronousnya,dan menggunakan perintang-perintang rotor luar.Kirakan. A. Jumlah kehilangan I²R rotor. B. Kecekapan dengan menganggapkan bahawa tork dan kehilangan stator kekal tidak berubah.Juga menganggapkan bahawa kenaikan dalam kehilangan besi rotor adalah sama dengan penurunan dalam kehilangan geseran dan lilitan. Contoh 2
Electrical Department 141 Boleh cuba!
Electrical Department 142 Jawapan bahagian a a. Kegelinciran baru = (100 – 40 ) / 100 = 0.6 p.u Kuasa input kepada rotor = 38.5kW Daripada formula , Jumlah kehilangan I²R rotor : 0.6 x 38.5 = 23.1kW Jawapan bahagian b b. Jumlah kehilangan dalam rotor = 23.1 + 0.8= 23.9kW Oleh itu, kuasa output bagi motor = 38.5 – 23.9 = 14.6kW Dan kecekapan motor = P out / Pin = 14.6 / 40 = 0.365 p.u. = 36.5%
Electrical Department 143 Permulaan Bagi motor Aruhan 3 fasa yang dilengkapkan dengan rotor sangkar. Jika sesebuah motor aruhan dimulakan dengan menyuiskannya secara langsung terus dari bekalan,arus mulanya adalah diantara 4 hingga 7 kali ganda dari arus motor beban penuh. Arus mulanya adalah bergantung pada saiz dan rekabentuk motor. Arus yang besar akan menyebabkan kejatuhan voltan yang tinggi dalam kabel . Ia juga akan menyebabkan lampu-lampu berdekatan akan malap seketika semasa ia dimulakan. Oleh itu bagi menghidupkan motor jenis sangkar tupai melainkan motor –motor kecil , ia memerlukan penghidup yang sesuai mengikut kadar kuasa motor.
Electrical Department 144 i. Penghidup Bintang Delta Semasa permulaan , sambungan lilitan motor adalah dalam sambungan bintang. Maka, motor akan berputar dalam sambungan bintang semas permulaan. Selepas motor dipecutkan sambungan motor akan berputar dalam sambungan delta. Pada permulaannya voltan fasa adalah 1/√3 daripada voltan fasa. Manakala torknya adalah 1/√3 daripada tork yang diperolehi jika motor tersebut disuiskan secara langsung dari bekalan dalam sambung delta pada bahagian statornya.
Electrical Department 145 Arus mulanya adalah sama dengan arus talian semasa dalam sambungan bintang. Manakala dalam sambungan delta , arusnya adalah 1/√3 daripada arus talian. Arus yang diambil dari bekalan ialah sepertiga dari nilai sepadan secara penyuisan lansung.
Electrical Department 146 ii. Penghidup Pengubah –Auto. Di dalam gambarajah, T mewakili satu autotransformer tiga fasa . Ia disambungkan secara bintang yang mempunyai sedutan di tengah-tengah palang pada setiap fasa iaitu 50% agar voltan yang dikenakan pada motor adalah separuh daripada voltan bekalan. Dengan cara sedemikian arus permulaan dan tork permulaan adalah ¼ daripada nilai-nilai apabila voltan beban penuh yang dikenakan pada motor. Setelah motor mula memecut , pemulanya digerakkan ke kedudukan gerakan.
Electrical Department 147 Oleh itu sambungan motor adalah secara langsung melintangi bekalan dan membukakan penyambungan bintang bagi auto-trans. Voltan output per-fasa bagi auto-trans adalah n kali voltan input per-fasa. Oleh itu , kita dapati; Voltan output Voltan input Tork permulaan dengan auto-trans Tork permulaan dengan penyuisan langsung 2
Electrical Department 148 Gambarajah sambungan Penghidup Pengubah-auto
Electrical Department 149 SEKIAN TERIMA KASIH