Harmonik pada Motor Induksi

Fluks harmonik ruang dihasilkan oleh belitan, slotting, saturasi magnetik, ketidaksetaraan dalam panjang celah udara. Fluks harmonik ini menginduksi tegangan dan mengedarkan arus harmonik dalam belitan rotor.

Interaksi antara arus harmonik yang dihasilkan di rotor dan fluks harmonik menghasilkan torsi harmonik, getaran, dan kebisingan.

Fluks celah udara dibentuk oleh belitan stator tiga fasa yang membawa arus sinusoidal. Bentuk gelombang tidak sinusoidal. Menurut analisis deret Fourier, setiap fluks non-sinusoidal setara dengan kombinasi sejumlah fluks sinusoidal dari harmonik fundamental dan harmonik tingkat tinggi. Karena bentuk gelombang fluks memiliki simetri setengah gelombang, semua harmonik genap (2,4,6 ……) tidak ada dalam deret Fourier.

Fluks non-sinusoidal dapat diselesaikan menjadi fluks harmonik ganjil fundamental dan harmonik tingkat tinggi (3, 5, 7, 11, 13, dst). Gelombang fluks harmonik ketiga yang dihasilkan oleh masing-masing dari tiga fase menetralkan satu sama lain.

Fluks celah udara yang dihasilkan bebas dari harmonik ketiga dan kelipatannya. Ini karena harmonik ketiga dalam gelombang fluks dari ketiga fasa berada dalam fasa ruang, tetapi berbeda dalam fasa waktu sebesar 120 derajat.

Belitan 3 fasa yang dialiri arus sinusoidal menghasilkan harmonisa ruang dengan orde h = 6k ± 1, di mana k adalah bilangan bulat positif (1, 2, 3…..). Laju sinkron harmonik hth adalah (1/jam) dikalikan cepat rambat gelombang fundamental. Gelombang harmonik ruang berputar searah dengan arah gelombang fundamental, jika h = 6k + 1 dan jika h = 6k – 1 maka berputar dengan arah yang berlawanan.

Gelombang harmonik ruang dengan orde h, setara dengan mesin dengan jumlah kutub sama dengan (h x jumlah kutub stator). Oleh karena itu, kecepatan sinkron dari gelombang harmonik ruang hth adalah:

Di mana,

• f = frekuensi suplai
• P = jumlah kutub stator

Dengan demikian, untuk nilai k = 1, belitan 3 fasa akan menghasilkan harmonik kelima yang berputar mundur dengan kecepatan (1/5) dari kecepatan sinkron dan harmonik ketujuh yang berputar maju dengan kecepatan (1/7) dari kecepatan sinkron. Harmoni ini sendiri akan berpengaruh pada pengoperasian motor.

Torsi harmonik kelima melawan torsi komponen fundamental karena fluks harmonik kelima berputar berlawanan dengan putaran rotor. Dengan demikian, fluks harmonik kelima menghasilkan torsi pengereman. Fluks harmonik ketujuh berputar dalam arah yang sama dengan fluks fundamental. Oleh karena itu, karakteristik torsi-kecepatan yang dihasilkan akan menjadi kombinasi dari karakteristik harmonik kelima dan ketujuh yang mendasar.

Karakteristik kecepatan torsi yang dihasilkan memiliki dua penurunan, satu mendekati (1/5) dari kecepatan sinkron dan yang lainnya mendekati (1/7) dari kecepatan sinkron. Penurunan mendekati (1/5) dari kecepatan sinkron terjadi pada arah negatif putaran motor.

Motor akan berakselerasi ke titik L, yang merupakan interaksi antara karakteristik torsi beban dan kurva kecepatan torsi motor. Torsi motor ini dikembangkan karena fluks fundamental saja. Kurva torsi beban memotong karakteristik torsi-kecepatan motor di titik A, hal ini karena adanya torsi fluks harmonik ketujuh. Kurva torsi fluks harmonik ketujuh memiliki kemiringan negatif di titik A.

Torsi motor turun di bawah torsi beban. Pada tahap ini, motor tidak akan berakselerasi hingga kecepatan normalnya tetapi akan tetap berjalan pada kecepatan yang hampir (1/7) dari kecepatan normalnya, dan titik operasinya adalah A.

Kecenderungan motor untuk berjalan pada kecepatan stabil serendah sepertujuh dari kecepatan normal Ns. Dalam kondisi ini motor tidak dapat mengambil kecepatan normalnya dikenal sebagai motor merangkak.

Perayapan dapat dikurangi dengan mengurangi harmonik kelima dan ketujuh. Ini dapat dilakukan dengan menggunakan belitan bernada atau bernada pendek.