BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar
Belakang
Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (AC) yang putaran rotornya tidak sama dengan putaran medan stator, dengan kata lain putaran rotor dengan putaran medan stator terdapat selisih putaran yang disebut slip dan yang paling luas digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja berdasarkan induksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator. Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di industri maupun di rumah tangga. Hal ini disebabkan karena motor induksi memiliki berbagai keunggulan dibanding dengan motor listrik yang lain, yaitu diantaranya karena harganya yang relatif murah, konstruksinya yang sederhana dan kuat serta karakteristik kerja yang baik.
Motor induksi yang umum dipakai adalah motor induksi 1 fasa dan motor induksi 3 fasa. Motor induksi 3 fasa dioperasikan pada sistem tenaga 3 fasa dan banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri dengan kapasitas yang besar. Motor induksi 1 fasa dioperasikan pada sistem tenaga 1 fasa dan banyak digunakan terutama untuk peralatan rumah tangga seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan sebagainya karena motor induksi 1 fasa mempunyai daya keluaran yang rendah.
1.2. Rumusan
Masalah
1.
Apa
yang dimaksud dengan motor induksi?
2.
Apa
saja jenis-jenis motor listrik?
3.
Apa
saja klasifikasi motor induksi?
4.
Apa
yang dimaksud dengan motor induksi 1 fasa?
5.
Bagaimana
konstruksi motor induksi 1 fasa?
6.
Bagaimana
prinsip kerja motor induksi 1 fasa?
7.
Apa
saja teori prinsip kerja motor induksi 1 fasa?
8.
Apa
saja karakteristik motor induksi 1 fasa?
9.
Apa
saja jenis-jenis motor induksi 1 fasa?
10. Bagaimana rangkaian ekivalen motor induksi
1 fasa?
11. Apa yang dimaksud dengan motor induksi 3
fasa?
12. Bagaimana konstruksi motor induksi 3 fasa?
13. Bagaimana prinsip kerja motor induksi 3
fasa?
14. Apa saja jenis-jenis motor induksi 3 fasa?
15. Bagaimana rangkaian ekivalen motor induksi
3 fasa?
16. Apa saja kelebihan dan kekurangan motor
induksi 3 fasa?
17. Apa saja perbedaan motor induksi 1 fasa
dan 3 fasa?
1.3. Tujuan
1.
Untuk
mengetahui pengertian motor induksi.
2.
Untuk
mengetahui jenis-jenis motor listrik.
3.
Untuk
mengetahui klasifikasi motor induksi.
4.
Untuk
mengetahui pengertian motor induksi 1 fasa.
5.
Untuk
mengetahui konstruksi motor induksi 1 fasa.
6.
Untuk
mengetahui prinsip kerja motor induksi 1 fasa.
7.
Untuk
mengetahui teori yang digunakan dalam prinsip kerja motor induksi 1 fasa.
8.
Untuk
mengetahui karakteristik motor induksi 1 fasa.
9.
Untuk
mengetahui jenis-jenis motor induksi 1 fasa.
10. Untuk mengetahui rangkaian ekivalen yang
digunakan dalam motor induksi 1 fasa.
11. Untuk mengetahui pengertian motor induksi
3 fasa.
12. Untuk mengetahui konstruksi motor induksi
3 fasa.
13. Untuk mengetahui prinsip kerja motor
induksi 3 fasa.
14. Untuk mengetahui jenis-jenis motor induksi
3 fasa.
15. Untuk mengetahui rangkaian ekivalen yang
digunakan dalam motor induksi 3 fasa.
16. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan
motor induksi 3 fasa.
17. Untuk mengetahui perbedaan motor induksi 1
fasa dan 3 fasa.
BAB
II
PEMBAHASAN
2.1. Pengertian
Motor Induksi
Motor
induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (AC) yang putaran rotornya tidak sama dengan putaran medan stator,
dengan kata lain
putaran rotor dengan putaran
medan stator terdapat selisih
putaran yang disebut slip dan yang paling luas digunakan.
Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja berdasarkan induksi
medan magnet stator ke
statornya, dimana arus rotor motor ini
bukan diperoleh dari
sumber tertentu, tetapi merupakan
arus yang terinduksi sebagai
akibat adanya perbedaan
relatif antara putaran rotor
dengan medan putar (rotating magnetic
field) yang dihasilkan
oleh arus stator. Motor induksi
sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di
industri maupun di rumah
tangga. Hal ini
disebabkan karena motor
induksi memiliki berbagai keunggulan
dibanding dengan motor
listrik yang lain,
yaitu diantaranya karena
harganya yang relatif
murah, konstruksinya yang
sederhana dan kuat serta karakteristik kerja yang baik.
Motor
induksi yang umum dipakai adalah motor induksi 1 fasa dan motor induksi 3
fasa. Motor induksi
3 fasa dioperasikan pada
sistem tenaga 3 fasa
dan banyak digunakan di dalam
berbagai bidang industri dengan kapasitas yang besar. Motor induksi 1 fasa dioperasikan pada
sistem tenaga 1 fasa
dan banyak digunakan terutama
untuk peralatan rumah tangga
seperti kipas angin, lemari
es, pompa air,
mesin cuci dan sebagainya karena motor induksi 1 fasa
mempunyai daya keluaran yang rendah.
2.2. Jenis-Jenis
Motor Listrik
Motor listrik terbagi dua yaitu :
a) Motor arus bolak batik (AC)
Motor arus bolak balik (AC) terbagi menjadi :
• Motor sinkron.
• Motor Induksi terbagi lagi menjadi :
Ø
Motor induksi 1 fasa.
Ø Motor induksi 3 fasa.
b) Motor arus searah (DC)
Motor arus searah (DC) terbagi menjadi
• Motor DC Shunt.
• Motor DC Seri.
• Motor DC Compound.
2.3. Klasifikasi
Motor Induksi
Motor induksi
dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003) :
·
Motor
induksi satu fasa. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi
dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor dan memerlukan sebuah alat
untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang
paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin
cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
· Motor induksi tiga fasa. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai) dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.
2.4. Pengertian
Motor Induksi 1 Fasa
Motor induksi adalah adalah motor listrik
bolak-balik (AC) yang putaran rotornya tidak sama dengan putaran medan stator,
dengan kata lain
putaran rotor dengan putaran
medan stator terdapat selisih putaran yang disebut slip. Pada umumnya
motor induksi dikenal ada dua macam berdasarkan jumlah fasa yang digunakan, yaitu:
motor induksi satu
fasa dan motor induksi
tiga fasa. Sesuai dengan namanya motor induksi satu fasa
dirancang untuk beroperasi menggunakan suplai tegangan satu fasa.
Motor induksi satu fasa sering digunakan sebagai
penggerak pada peralatan yang memerlukan daya rendah dan
kecepatan yang relatif
konstan. Hal ini disebabkan karena
motor induksi satu fasa memiliki beberapa kelebihan yaitu
konstruksi yang cukup sederhana,
kecepatan putar yang hampir konstan terhadap perubahan beban, dan umumnya digunakan pada sumber jala-jala satu fasa
yang banyak terdapat pada
peralatan domestik. Walaupun
demikian motor ini juga memiliki
beberapa kekurangan, yaitu kapasitas
pembebanan yang relatif rendah, tidak dapat
melakukan pengasutan sendiri
tanpa pertolongan alat bantu dan efisiensi yang rendah.
Motor
induksi satu fasa bila dihubungkan dengan sumber tegangan bolak balik
tidak akan menghasilkan medan putar pada kumparan statornya, tetapi malah medan
pulsasilah yang akan terjadi. Medan pulsasi adalah suatu medan yang punya
dua besaran yang sama besar, tetapi berlawanan arah dengan kecepatan sudut yang
sama pula. Kedua komponen tersebut akan bergerak berlawanan arah dan dengan
kecepatan sudut yang sama, sehingga kedudukannya terhadap ruang seolah‐olah
tetap (diam). Kedua komponen ini tentunya akan menghasilkan kopel yang sama
besar dan berlawanan arah pula. Pada dasarnya, kopel yang dihasilkan mempunyai
kemampuan untuk menggerakkan motor dengan arah maju atau mundur, akan
tetapi dalam gerak mulanya kemampuan gerak maju dan gerak mundur sama
besar oleh sebab itu motor akan tetap diam.
2.5. Konstruksi
Motor Induksi 1 Fasa
Konstruksi motor induksi satu fasa hampir
sama dengan konstruksi motor induksi tiga fasa, yaitu terdiri dari dua bagian
utama yaitu stator dan rotor. Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang
berbentuk silinder dan simetris. Di antara rotor dan stator ini terdapat celah
udara yang sempit.
Bagian-bagian dari
motor induksi 1 fasa :
1)
Stator
Stator merupakan bagian yang diam sebagai
rangka tempat kumparan stator yang terpasang. Stator terdiri dari : inti
stator, kumparan stator, dan alur stator. Motor induksi satu fasa dilengkapi
dengan dua kumparan stator yang dipasang terpisah, yaitu kumparan utama (main
finding) atau sering disebut dengan kumparan berputar dan kumparan bantu
(auxiliary finding) atau sering disebut dengan kumparan start.
2)
Rotor
Rotor merupakan bagian yang berputar.
Bagian ini terdiri dari : inti rotor, kumparan rotor dan alur rotor.
3)
Celah
Diantara stator dan rotor terdapat celah udara yang merupakan ruangan antara stator dan rotor. Pada celah udara ini lewat fluks induksi stator yang memotong kumparan rotor sehingga menyebabkan motor berputar. Celah udara yang terdapat antara stator dan rotor diatur sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil kerja motor yang optimum. Bila celah udara antara stator dan rotor terlalu besar akan mengakibatkan efisiensi motor induksi rendah, sebaliknya bila jarak antara celah terlalu kecil atau sempit akan menimbulkan kesulitan mekanik pada mesin.
2.6. Prinsip
Kerja Motor Induksi 1 Fasa
Belitan
stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan akan menghasilkan
medan putar dengan kecepatan sinkron. Kecepatan medan
magnet putar tergantung pada jumlah kutub stator dan frekuensi sumber
daya. Kecepatan itu disebut kecepatan sinkron, yang ditentukan dengan
rumus :
Garis-garis
gaya fluks dari stator tersebut yang berputar akan memotong
penghantar-penghantar rotor sehingga pada pengantar rotor tersebut timbul Gaya
Gerak Listrik (GGL) atau tegangan induksi. Berhubung kumparan rotor merupakan
rangkaian yang tertutup maka pada kumparan tersebut mengalir arus. Arus yang
mengalir pada penghantar rotor yang berada dalam medan magnet berputar dari
stator, maka pada penghantar rotor tersebut timbul gaya-gaya yang berpasangan
dan berlawanan arah, gaya tersebut menimbulkan torsi yang cenderung memutar
rotornya, rotor akan berputar dengan kecepatan (nr)
mengikuti putaran medan putar stator (ns).
Interaksi medan stator dan rotor akan membangkitkan
torsi yang menggerakan rotor berputar searah dengan arah medan putar stator.
Interaksi medan stator dan rotor juga menyebabkan terjasinya gaya gerak listrik
induksi yang disebabkan oleh kumparan-kumparan stator dan rotor. Rumusan
matematis gaya gerak listrik yang terjadi pada motor induksi satu fasa
dengan rumusan sebagai berikut:
Adanya perbedaan medan putar stator dan medan putar rotor atau yang disebut slip pada motor induksi 1 fasa pada rumus sebagai berikut :
2.7. Teori
Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa
1)
Teori Medan Putar Silang
Prinsip
kerja motor induksi 1 fasa dapat dijelaskan dengan menggunakan teori medan
putar silang (cross-field-theory). Jika motor induksi 1 fasa diberikan
tegangan bolak-balik 1 fasa maka arus bolak-balik akan mengalir pada kumparan
stator. Arus pada kumparan stator ini menghasilkan medan magnet seperti yang di
tunjukkan oleh garis putus-putus pada Gambar 2.2.
Arus
stator yang mengalir setengah periode pertama akan membentuk kutub utara di A
dan kutub selatan di C pada permukaan stator. Pada setengah periode berikutnya,
arah kutub-kutub stator menjadi terbalik. Meskipun kuat medan magnet stator
berubah-ubah yaitu maksimum pada saat arus maksimum dan nol pada saat arus nol
serta polaritasnya terbalik secara periodik, aksi ini akan terjadi hanya
sepanjang sumbu AC. Dengan demikian, medan magnet ini tidak berputar tetapi
hanya merupakan sebuah medan magnet yang berpulsa pada posisi yang tetap (stationary).
Seperti halnya
pada transformator, tegangan terinduksi pada belitan sekunder, dalam hal ini
adalah kumparan rotor. Karena
rotor dari motor
induksi satu fasa pada
umumnya adalah rotor sangkar dimana belitannya terhubung singkat,
maka arus akan mengalir pada kumparan rotor tersebut. Sesuai dengan hukum Lenz,
arah dari arus ini (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2) adalah sedemikian
rupa sehingga medan magnet yang dihasilkan melawan medan magnet yang
menghasilkannya. Arus rotor ini akan menghasilkan medan magnet rotor dan
membentuk kutub-kutub pada permukaan rotor. Karena kutub-kutub ini juga berada
pada sumbu AC dengan arah yang berlawanan terhadap kutub-kutub stator, maka
tidak ada momen putar yang dihasilkan pada kedua arah sehingga rotor tetap
diam. Dengan demikian, motor induksi satu
fasa tidak dapat
diasut sendiri dan membutuhkan rangkaian bantu untuk menjalankannya.
Misalkan
sekarang motor sedang berputar. Hal ini dapat dilakukan dengan memutar secara
manual (dengan tangan) atau
dengan rangkaian bantu. Konduktor-konduktor rotor akan
memotong medan magnet stator
sehingga timbul gaya gerak
listrik pada
konduktor-konduktor tersebut. Hal
ini diperlihatkan pada Gambar 2.3 yang menunjukkan rotor sedang berputar
searah jarum jam.
Jika fluks rotor
seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.3 mengarah ke atas sesuai dengan
kaidah tangan kanan Fleming, arah gaya gerak listrik (ggl) rotor akan mengarah
keluar kertas pada setengah bagian atas rotor dan mengarah ke dalam kertas pada setengah bagian
bawah rotor. Pada setengah periode berikutnya arah dari gaya gerak listrik yang
dibangkitkan akan terbalik. Gaya gerak listrik yang diinduksikan ke rotor
adalah berbeda dengan arus dan fluks stator. Karena konduktor-konduktor rotor
terbuat dari bahan dengan tahanan rendah dan induktansi tinggi, maka arus rotor
yang dihasilkan akan tertinggal terhadap gaya gerak listrik rotor mendekati
90°. Gambar 2.4 menunjukkan hubungan fasa dari arus dan fluks stator, gaya
gerak listrik, arus dan fluks rotor.
Sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming,
arus rotor ini akan menghasilkan medan magnet, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.5 karena medan rotor
ini terpisah sebesar 90° dari medan stator, maka disebut sebagai medan
silang (cross-field). Nilai maksimum dari medan ini seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.5,
terjadi pada saat seperempat periode setelah gaya gerak listrik rotor yang dibangkitkan adalah
telah mencapai nilai
maksimumnya. Karena arus rotor yang mengalir disebabkan oleh suatu gaya gerak
listrik bolak-balik maka medan magnet yang dihasilkan oleh arus ini adalah juga
bolak-balik dan aksi ini terjadi sepanjang sumbu DB (lihat Gambar 2.5).
Karena medan silang beraksi pada sudut 90°
terhadap medan magnet stator dengan sudut fasa yang juga tertinggal 90°
terhadap medan stator, kedua medan bersatu untuk membentuk sebuah medan putar
resultan yang berputar dengan kecepatan sinkron yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.
2)
Teori Medan Putar Ganda
Teori
medan putar ganda (double revolving-field theory) adalah suatu metode lain
untuk menganalisis prinsip
perputaran motor induksi satu fasa
disamping teori medan
putar silang. Menurut
teori ini, medan magnet yang berpulsa dalam
waktu tetapi diam
dalam ruangan dapat dibagi
menjadi dua medan magnet, dimana
besar kedua medan
magnet ini sama dan berputar dalam
arah yang berlawanan. Dengan kata
lain, suatu fluks sinusoidal bolak-balik dapat diwakili oleh dua fluks yang
berputar, yang masing-masing nilainya sama dengan setengah dari nilai fluks
bolak-balik tersebut dan masing-masing berputar secara sinkron dengan arah yang
berlawanan.
Pada
Gambar 2.7 (a) menunjukkan suatu fluks bolak-balik yang mempunyai nilai
maksimum fm. Komponen
fluksnya A dan B mempunyai nilai yang sama yaitu fm/2, berputar dengan arah yang
berlawanan dan searah jarum jam, seperti ditunjukkan anak panah.
Gambar 2.7 konsep Medan Putar Ganda
Pada beberapa saat
ketika A dan B telah berputar dengan sudut +θ dan –θ seperti pada Gambar 2.7
(b), maka besar fluks resultan adalah :
Dimana :fr = fluks
resultan (weber)
fm
= fluks maksimum (weber)
θ = sudut ruang
Setelah seperempat periode putaran, fluks A dan B akan berlawanan arah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7 (c), sehingga resultan fluksnya sama dengan nol. Setelah setengah putaran, fluks A dan B akan mempunyai resultan sebesar -2 . fm / 2 = -fm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7 (d). Setelah tiga perempat putaran, resultan akan kembali nol seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7 (e) dan demikianlah seterusnya. Jika nilai-nilai dari fluks resultan digambarkan terhadap θ diantara θ = 0° sampai θ = 360°, maka akan didapat suatu kurva seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8.
2.8. Karakteristik Motor Induksi 1 Fasa
Medan magnet yang dibuat dalam stator berputar pada kecepatan sinkron (Ns).
Dimana
: Ns
=
kecepatan sinkron oleh medan magnet stator (rpm)
f = frekuensi sumber (Hz)
p = jumlah kutub pada stator
Medan magnet yang dihasilkan pada rotor karena tegangan induksi bolak di alam. Untuk mengurangi kecepatan relatif, sehubungan dengan stator, rotor mulai berjalan ke arah yang sama dengan fluks stator dan mencoba untuk mengejar ketinggalan dengan fluks berputar. Namun, dalam prakteknya, rotor tidak pernah berhasil "Mengejar" untuk bidang stator. Rotor berjalan lebih lambat dari kecepatan bidang stator. Kecepatan ini disebut sebagai Base Speed (Nb). Perbedaan antara Ns dan Nb disebut slip.
Slip bervariasi dengan beban. Peningkatan beban akan menyebabkan rotor untuk memperlambat atau meningkatkan slip. Penurunan beban akan menyebabkan rotor untuk mempercepat atau mengurangi slip. Slip ini dinyatakan sebagai persentase dan dapat ditentukan dengan rumus berikut :
Dan pada saat
rotor berputar sesuai dengan arah momen putar medan maju dengan kecepatan
tertentu, maka besar slip terhadap momen putar medan maju (Sf) yang terjadi
adalah :
Dimana : Sf
=
momen putar medan maju (rpm)
ns =
kecepatan sinkron (rpm)
nr =
kecepatan putaran rotor (rpm)
Sedangkan slip
terhadap momen mundur (Sb)
dengan rotor menentang arah momen putar mundur adalah :
Masing-masing dari
komponen fluks tersebut memotong konduktor rotor sehingga menginduksikan ggl
dan pada akhirnya menghasilkan torsi sendiri. Kedua torsi mempunyai arah saling
berlawanan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9. pada keadaan diam kedua
komponen torsi tersebut adalah sama besar, sehingga torsi asut adalah nol. Pada
saat motor berputar, besar kedua komponen torsi tersebut tidaklah sama sehingga
torsi resultan membuat motor tetap berputar pada putarannya.
2.9.
Jenis-Jenis
Motor Induksi 1 Fasa
Cara paling mudah untuk menjalankan motor induksi satu fasa adalah dengan
menambahkan sebuah kumparan bantu pada kumparan utama di bagian stator sehingga motor dapat dijalankan.
Jika dua kumparan terpisah 90° listrik pada stator motor dan eksitasi dengan
dua ggl bolak-balik yang berbeda fasa sebesar 90° listrik, dihasilkan medan magnet putar. Jika dua kumparan terpisah demikian dihubungkan paralel ke suatu sumber fasa, medan yang dihasilkan akan bolak-balik, tetapi tidak berputar Karena kedua kumparannya ekivalen dengan satu kumparan fasa. Akan tetapi, jika suatu impedansi dihubungkan seri dengan salah satu kumparan ini, arusnya akan berbeda fasa. Dengan pemilihan
impedansi yang cocok, arus dapat dibuat agar berbeda fasa sampai 90° listrik,
sehingga menghasilkan medan putar sama seperti medan dari motor dua fasa.
Inilah prinsip dari pemisahan fasa (phase splitting).
Pada keadaan berputar, motor induksi satu fasa dapat menghasilkan momen
putar hanya dengan satu kumparan.
Sehingga dengan bertambahnya kecepatan motor kumparan bantu dapat dilepas dari rangkaian. Pada kebanyakan motor, hal ini dilakukan dengan menghubungkan sebuah saklar sentrifugal
yang bekerja melepaskan hubungan kumparan bantu sistem.
Motor induksi satu fasa
dikenal dengan beberapa nama. Penerapannya menjelaskan cara-cara yang dipakai
untuk menghasilkan perbedaan fasa antara arus yang mengalir pada kumparan utama
dan arus yang mengalir pada kumparan bantu.
a)
Motor Fasa Terpisah
Gambar
rangkaian motor induksi fasa terpisah ditunjukkan pada Gambar 2.10 (a).
Kumparan bantu memiliki perbandingan tahanan terhadap reaktansi yang lebih
tinggi daripada kumparan utama, sehingga kedua arus akan berbeda fasa seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 2.10 (b). Perbandingan tahanan terhadap reaktansi
yang tinggi dapat dengan menggunakan kawat yang lebih murni pada kumparan
bantu. Hal ini diizinkan karena kumparan bantu hanya dipakai pada saat start.
Saklar sentrifugal akan memisahkan dari rangkaian segera setelah dicapai
kecepatan sinkron sekitar 70 sampai 80 persen kecepatan sinkron.
Karakteristik
momen putar vs kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada Gambar 2.10 (c).
Gambar ini memperlihatkan nilai torsi masing-masing kecepatan motor, mulai dari
posisi diam sampai kecepatan nominal, dan seterusnya sampai kecepatan sinkron.
Torsi start adalah torsi yang tersedia bila motor mulai berputar dari posisi
diam. Torsi beban penuh adalah torsi yang dihasilkan bila motor berputar pada
keluaran nominal. Bila beban terus berangsur-angsur diperbesar dari keadaan dimana
motor berputar pada keluaran nominal untuk melayani beban dan torsi maksimum
dari poros motor yang dapat digunakan dapat dilampaui, maka motor menjadi tidak
mampu melayani beban dan berhenti. Nilai maksimum dari torsi dalam hal ini
disebut torsi maksimum Tmaks.
b)
Motor Kapasitor Start
Konstruksi
motor kapasitor start ditunjukkan pada Gambar 2.11 (a). Untuk mendapatkan torsi
putar awal yang lebih besar, yaitu : dengan cara menghubungkan sebuah kapasitor
yang dipasang secara seri dengan kumparan bantu seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.11 (b). Hal ini akan menaikkan sudut fasa antara arus kumparan seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 2.11 (c). Karakteristik momen putar-kecepatan
putar dari motor ini dapat ditunjukkan pada Gambar 2.11 (d). Karena kapasitor
dipakai hanya untuk pada saat start, jenis kapasitor yang dipakai adalah
kapasitor elektrolit. Motor ini menghasilkan momen putar start yang lebih
tinggi.
c) Motor Kapasitor Permanen ( Permanent Split Phase)
Konstruksi
dari motor kapasitor permanen ditunjukkan pada Gambar 2.12 (a). Gambar
rangkaian ekivalen motor ini seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.12 (b).
kapasitor dihubungkan seri dengan kumparan bantu dan tidak dilepas setelah pengasutan
dilakukan dan tetap tinggal pada rangkaian. Hal ini menyederhanakan konstruksi
dan mengurangi biaya serta memperbaiki ketahanan motor karena saklar
sentrifugal tidak digunakan. Faktor daya, denyutan momen putar, dan efisiensi
akan lebih baik karena motor berputar seperti motor dua fasa. Sudut fasa antar
kumparan ditunjukkan pada Gambar 2.12 (c). Jenis kapasitor yang digunakan
adalah kapasitor kertas. Karakteristik momen putar-kecepatan motor ini
ditunjukkan pada Gambar 2.12 (d).
Sebuah motor kapasitor permanen merupakan
motor jenis menjalankan permanen kapasitor dihubungkan secara seri dengan mulai
berliku-liku. Hal ini membuat seorang pembantu mulai berliku berliku setelah
motor mencapai kecepatan berjalan. Karena kapasitor dijalankan harus dirancang
untuk terus menerus digunakan, tidak dapat memberikan dorongan mulai dari awal
kapasitor. Torsi mulai khas dari PSC motor rendah, dari 30% sampai 150% dari
torsi rate. motor PSC telah rendah mulai saat ini, biasanya kurang dari 200%
dari nilai arus, membuat mereka sangat baik untuk aplikasi dengan tempat tinggi
atau off siklus harga. Motor PSC memiliki beberapa keunggulan. Motor desain
dengan mudah dapat diubah untuk digunakan dengan pengendali kecepatan. Mereka juga
dapat didesain untuk efisiensi optimum dan High Power Factor (PF) pada beban
nilai. Mereka dianggap paling dapat diandalkan fasetunggal motor, terutama
karena tidak beralih mulai sentrifugal adalah diperlukan. Tetap split-kapasitor
motor memiliki berbagai aplikasi tergantung pada desain. Ini termasuk fans,
blower dengan kebutuhan rendah dan torsi mulai terputus-putus bersepeda
menggunakan, seperti penyesuaian mekanisme, gerbang operator dan pembuka pintu
garasi.
d)
Motor Kapasitor Start –
Kapasitor Run
Motor ini memiliki
kapasitor mulai ketik seri dengan bantu berliku seperti motor mulai kapasitor
untuk tinggi mulai torsi. Seperti motor PSC itu, juga memiliki tipe menjalankan
kapasitor yang ada di seri dengan tambahan berliku setelah kapasitor mulai diaktifkan
keluar dari sirkuit. Ini memungkinkan torsi overload tinggi. Jenis motor dapat
dirancang untuk menurunkan beban penuh arus dan efisiensi yang lebih tinggi.
motor ini mahal karena untuk memulai dan menjalankan kapasitor, dan saklar
sentrifugal. Hal ini dapat menangani aplikasi terlalu menuntut untuk lain jenis
motor fase tunggal. Ini termasuk woodworking mesin, kompresor udara, tekanan
tinggi pompa air, pompa vakum dan torsi tinggi lainnya aplikasi yang memerlukan
1-10 hp.
Motor
ini mempunyai dua buah kapasitor, satu digunakan pada saat start dan satu lagi
digunakan pada saat berputar, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.13 (a). Secara
praktis keadaan start dan berputar yang optimal dapat diperoleh dengan
menggunakan dua buah kapasitor elektrolit. Kapasitor Run secara permanen
dihubungkan seri dengan kumparan bantu dengan nilai yang lebih kecil dan
dipakai kapasitor kertas. Sudut fasa antar kumparan sama seperti pada motor
kapasitor permanen seperti pada Gambar 2.13 (b). Karakteristik momen
putar-kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada Gambar 2.13 (c).
Motor
ini mempunyai kutub tonjol dan sebagian dari masing-masing kutub dikelilingi
oleh lilitan rangkaian terhubung singkat yang terbuat dari tembaga yang disebut
kumparan terarsir seperti pada Gambar 2.14 (a). Arus imbas yang terdapat pada
kumparan yang terarsir menyebabkan fluksi yang berada pada bagian lain.
Hasilnya seperti medan putar yang bergerak dalam arah dari daerah kutub yang
tidak terarsir ke bagian kutub yang terarsir dan menimbulkan momen putar saat
dihidupkan yang kecil. Karakteristik motor shaded pole ditunjukkan pada Gambar 2.14
(b).
Gambar 2.14 Motor Shaded Pole
Motor shaded pole hanya memiliki satu berliku utama dan tidak mulai berliku. Memulai adalah dengan cara desain yang cincin loop tembaga kontinu di sebagian kecil dari masing-masing kutub motor. Ini "warna" yang sebagian kutub, menyebabkan medan magnet di daerah diarsir ketinggalan di belakang lapangan di daerah unshaded. Itu reaksi dari dua bidang mendapatkan poros berputar. Karena motor berbayang-tiang tidak memiliki awal yang berkelok-kelok, mulai beralih atau kapasitor, itu adalah elektrik sederhana dan murah. Juga, kecepatan dapat dikendalikan hanya dengan memvariasikan tegangan, atau melalui multi-tap berliku. Mekanis, pembangunan motor shaded pole memungkinkan tinggi volume produksi. Bahkan, ini biasanya dianggap sebagai "sekali pakai" motor, yang berarti mereka jauh lebih murah untuk menggantikan daripada perbaikan.
Motor shaded pole memiliki banyak fitur yang positif tetapi juga memiliki beberapa kelemahan. Ini rendah mulai torsi biasanya 25% sampai 75% dari nilai torsi. Hal ini motor slip tinggi dengan kecepatan berjalan 7% sampai 10% di bawah kecepatan sinkron. Secara umum, efisiensi motor jenis ini sangat rendah (di bawah 20%). Setelan biaya rendah awal motor berbayang-tiang untuk rendah daya kuda atau aplikasi tugas ringan. Mungkin terbesar mereka digunakan adalah multi-kecepatan kipas untuk penggunaan rumah tangga. Tapi torsi rendah, efisiensi rendah dan kurang kokoh mekanik fitur membuat motor berbayang-kutub tidak praktis untuk sebagian besar industri atau komersial penggunaan, di mana tingkat yang lebih tinggi atau siklus tugas kontinu norma.
f)
Motor Split Phase
Motor fase belah terdiri atas dua kumparan stator yaitu
kumparan utama dan kumparan bantu. Antara kumparan utama dan kumparan bantu
berbeda arus 90 derajat listrik seperti pada Gambar 2.15.
Gambar 2.15 Motor Split Phase
Motor
split phase ini juga dikenal sebagai induksi start atau jalankan motor induksi.
Ia memiliki dua gulungan: memulai dan berliku utama. Awal berliku dibuat dengan
lebih kecil kabel mengukur dan ternyata lebih sedikit, relatif terhadap utama
berliku untuk menciptakan lebih banyak perlawanan, sehingga menempatkan memulai
berkelok-kelok lapangan pada sudut yang berbeda dibandingkan dengan utama
belitan yang menyebabkan motor mulai berputar. Itu utama berkelok-kelok, yang
merupakan kawat berat, menjaga motor menjalankan sisa waktu seperti pada Gambar
2.16.
Gambar 2.16 Rangkaian Motor Split Phase
Torsi mulai rendah, biasanya 100% menjadi 175% dari rate torsi. Motor menarik tinggi mulai saat ini, sekitar 700% menjadi 1.000% dari nilai arus. Itu torsi maksimum yang dihasilkan berkisar dari 250% sampai 350% dari torsi rate. Baik untuk aplikasi motor split phase termasuk kecil penggiling, kipas kecil dan blower dan rendah lainnya mulai torsi aplikasi dengan kebutuhan daya dari 1 / 201 / 3 hp. Hindari menggunakan jenis motor di setiap aplikasi membutuhkan tinggi pada atau siklus harga off atau torsi tinggi.
g)
Motor Kapasitor
Ini adalah motor split-fasa diubah dengan kapasitor
diseri dengan mulai berkelokkelok untuk memberikan memulai
"mendorong." Seperti motor fase-split, motor kapasitor mulai juga
memiliki saklar sentrifugal yang memutus hubungan mulai berliku dan kapasitor
ketika motor mencapai sekitar 75% dari nilai kecepatan. Karena kapasitor berada
dalam seri dengan sirkuit mulai, itu menciptakan torsi lebih awal, biasanya
200% sampai 400% dari rate torsi. Dan, saat ini mulai biasanya 450% menjadi
575% dari, saat ini dinilai jauh lebih rendah daripada fase-split karena kabel
yang lebih besar pada sirkuit mulai. Sebuah versi modifikasi motor mulai kapasitor
adalah resistensi mulai motor. Dalam tipe motor, mulai kapasitor digantikan
oleh resistor. Perlawanan mulai motor digunakan dalam aplikasi mana torsi mulai
kebutuhan kurang dari yang diberikan oleh kapasitor mulai motor. Selain biaya,
motor ini tidak menawarkan keuntungan yang besar atas motor mulai kapasitor. Motor
kapasitor biasa diaplikasikan belt-drive seperti konveyor kecil, blower besar dan
pompa, serta sebagai banyak drive atau diarahkan langsung-aplikasi.
Gambar 2.17 Rangkaian Motor Kapasitor
Gambar 2.18 Kurva Perbandingan Jenis-Jenis Motor
Induksi 1 fasa
2.10. Rangkaian
Ekivalen Motor Induksi 1 Fasa
Konsep medan putar ganda pada motor induksi satu fasa menjelaskan bahwa fluks yang dihasilkan ekivalen dengan dua buah fluks yang mempunyai besar yang sama dan berputar dalam arah yang berlawanan pada kecepatan sinkron. Masing-masing fluks ini akan mengimbaskan komponen arus rotor dan menghasilkan gerak motor induksi seperti pada motor induksi fasa banyak. Hal yang sederhana dan penting bahwa motor induksi ini hanya beroperasi pada kumparan utama.
Gambar 2.19 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 1 Fasa
a)
Pada
Keadaan Diam
Pada saat keadaan diam, jika rangkaian stator
dihubungkan dengan tegangan satu fasa, maka motor induksi dapat dinyatakan
sebagai transformator dengan kumparan sekunder terhubung singkat.
Dengan menggunakan konsep medan putar fluks yang
dihasilkan kumparan stator dapat dipecah menjadi dua bagian yaitu : medan putar
maju dan medan putar mundur. Kedua medan putar ini akan mengimbaskan ggl pada
kumparan rotor sehingga tahanan dan reaktansi pada kumparan rotor diekivalenkan
masing-masing adalah setengah dari nilai tahanan dan reaktansi kumparan rotor
sesungguhnya, yaitu R2
/ 2 dan X2 / 2 seperti yang terlihat pada Gambar 2.20.
Gambar 2.20 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 1 Fasa Dalam Keadaan Diam
b)
Dalam
Keadaan Beroperasi
Pada saat kecepatan motor induksi mulai bertambah dan
bekerja hanya pada kumparan utama. Pada arah medan maju menggunakan slip s,
arus rotor yang diimbaskan medan maju mempunyai frekuensi s X f, dimana f adalah frekuensi stator. Arus rotor
ini akan menghasilkan fluks yang bergerak maju pada kecepatan slip. Fluks ini
akan membangkitkan ggl dengan arah maju pada kumparan utama stator. Pangaruh
pada rotor jika dilihat dari sisi stator dapat dinyatakan sebagai suatu
impedansi sebesar 0,5 R2 / s + j 0,5 X2 paralel dengan Xm
dan Rc. Seperti yang terlihat pada Gambar 20 dengan
menggunakan simbol f.
Pada arah medan putar mundur, rotor tetap bergerak
dengan slip s berpatokan pada medan maju dan besarnya kecepatan putar medan
maju adalah :
n = 1 - s
Kecepatan relatif dari rotor dengan berpatokan pada
medan mundur adalah 1 + n, atau besarnya slip
terhadap medan mundur adalah :
1 + n = 2 - s
Selanjutnya medan mundur mengimbaskan arus rotor dengan
frekuensi (2 - s) f. Arus rotor ini akan menghasilkan fluks yang bergerak
mundur. Fluks ini akan mengimbaskan ggl pada medan mundur kumparan stator.
Pengaruh tersebut dapat diperlihatkan pada
Gambar 2.21 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 1 Fasa Dalam Keadaan Beroperasi
Dengan menggunakan rangkaian ekivalen di atas, kita
dapat menghitung arus stator, arus rotor, daya masukan, dan faktor daya untuk
sembarang harga slip apabila tegangan yang diberikan dan impedansi motor
diketahui. Dari rangkaian di atas, didapat :
Dan
2.11.
Pengertian
Motor Induksi 3 Fasa
Motor listrik 3 fasa
adalah motor yang bekerja dengan memanfaatkan perbedaan fasa pada sumber untuk
menimbulkan gaya putar pada bagian rotornya. Perbedaan fasa pada motor 3 phase
didapat langsung dari sumber. Hal tersebut yang menjadi pembeda antara motor 1
fasa dengan motor 3 fasa.
Secara umum, motor 3
fasa memiliki dua bagian pokok, yakni stator dan rotor. Bagian tersebut
dipisahkan oleh celah udara yang sempit atau yang biasa disebut dengan air gap.
Jarak antara stator dan rotor yang terpisah oleh air gap sekitar 0,4 milimeter
sampai 4 milimeter.
Motor
induksi 3 phase memiliki keunggulan diantaranya handal, tidak ada kontak antara
stator dan rotor kecuali bearing, tenaga yang besar, daya listrik rendah dan
hampir tidak ada perawatan. Akan tetapi motor induksi 3 phase memiliki kelemahan
pada pengontrolan kecepatan. Kecepatan putar motor induksi bergantung pada
frekuensi input, sedangkan sumber listrik memiliki frekuensi konstan. Untuk mengubah
frekuensi input lebih sulit daripada mengatur tegangan input. Dengan
ditemukannya teknologi inverter makahal tersebut menjadi lebih mudah dan
mungkin dilakukan.
Dalam
beberapa tahun yang lalu F. Blaschke telah mempublikasikan mengenai field oriented
control (FOC) untuk motor induksi. Teori ini telah lengkap dikembangkan dan
banyak digunakan dalam proses industri. Kemudian teknik baru telah dikembangkan
yaitu teknik kontrol torsi dari motor induksi oleh I.Takahashi yang dikenal
dengan Direct Torque Control (DTC). Dengan DTC dimungkinkan mengontrol torsi
dengan performa yang baik tanpa menggunakan tranduser mekanik pada poros motor,
sehingga DTC dapat dikatakan sebagai teknik kontrol “type sensorless”. Dengan
menggunakan sensor putaran rotor motor akan mengakibatkan stabilitas yang
rendah dan ada noise, sehingga dalam pengemudian motor induksi
dengan pemakaian khusus menggunakan sensor mekanik akan menyulitkan.
Untuk
mengontrol kecepatan motor induksi 3 phase menggunakan metode Direct Torque
Control memiliki beberapa kelebihan diantaranya adalah :
1.
Tidak membutuhkan transformasi koordinat.
2.
Tidak
membutuhkan pembangkit pulsa PWM.
3.
Tidak membutuhkan
regulator arus.
4.
Kurang
bergantung pada parameter mesin.
Metode Direct Torque Control merupakan tipe kontrol close loop. Kontrol close loop umum digunakan didalam pengaturan kecepatan motor induksi karena memberikan respon kecepatan yang lebih baik dari pada open loop. Kontrol close loop disebut juga kontrol umpan balik yang menjadikan output sebagai perbandingan dengan input (referensi) untuk memperoleh suatu error. Didalam suatu sistem yang handal, adanya error merupakan suatu kerugian. Oleh karena itu, digunakan control PI yang diharapkan dapat menekan error sampai nilai minimal. Namun hal ini membutuhkan perhitungan matematik yang rumit dan komplek dalam menentukan Kp dan Ki yang sesuai, agar diperoleh kinerja motor yang bagus.
2.12.
Konstruksi
Motor Induksi 3 Fasa
Gambar 2.22 Konstruksi
Motor Induksi 3 Fasa
Bagian-bagian dari motor induksi 3 fasa :
1)
Stator
Bagian dari mesin yang tidak berputar dan
terletak pada bagian luar. Dibuat dari besi bundar berlaminasi dan mempunyai
alur-alur sebagai tempat meletakkan kumparan. Pada komponen ini dipasang stator
winding berupa kumparan. Stator ini dihubungkan dengan suplai 3 fasa untuk
memutar rotor. Stator sendiri memiliki 3 bagian penting :
a)
Frame
Frame merupakan bagian
terluar dari stator. Berfungsi sebagai tempat untuk memasang inti stator
(stator core) dan juga melindungi keseluruhan komponen dari gangguan benda
benda dari luar (seperti batu yang dilemparkan ke motor atau semacamnya).
Umumnya frame dibuat dari besi agar frame menjadi kuat. Dalam konstruksinya,
air gap (celah udara) pada motor haruslah sangat kecil agar rotor dan stator
konsentris dan mencegah induksi yang tidak merata. Air gap yang dimaksud disini
ialah celah yang mungkin terbentuk pada permukaan frame bukan lingkaran besar
seperti pada gambar, karena lingkaran tersebut akan diisi oleh inti stator dan
rotor.
b)
Inti
Inti stator merupakan
tempat dimana stator winding dipasang. Inti stator bertugas untuk menghasilkan
fluks. Fluks ini dihasilkan oleh kumparan pada stator winding dan dialiri oleh
arus 3 fasa dari suplai 3 fasa. Untuk mencegah arus eddy yang besar pada stator
winding umumnya inti stator dilapisi oleh lamina. Lamina sendiri terbuat oleh
campuran besi silikon untuk mencegah rugi-rugi histerisis. Pada inti stator
juga dipasang kutub-kutub magnet untuk menghasilkan fluks.
c)
Winding
Stator winding merupakan
kumparan yang masing-masing kumparannya dihubungkan menjadi rangkaian star atau
delta, tergantung dari bagaimana metode untuk memutar mesin yang digunakan dan
jenis rotor yang digunakan. Untuk rotor jenis sarang tupai umumnya menggunakan
rangkaian delta sedangkan rotor jenis slip ring bisa menggunakan salah satu
dari keduanya. Stator winding dipasang pada sela-sela inti stator dan berfungsi
untuk menghasilkan fluks. Stator winding juga dikenal sebagai kumparan medan.
2)
Rotor
Merupakan
bagian dari mesin yang dapat berputar dari motor. Rotor dihubungkan dengan
beban yang akan diputar dengan sebuah shaft yang terpasang pada pusat rotor.
Pada umumnya ada dua jenis rotor yang sering digunakan pada motor induksi, yaitu
rotor sangkar tupai (squirrel cage rotor) dan rotor belitan (wound rotor).
a)
Rotor Kandang Tupai (Squirrel
Cage Rotor)
Motor induksi jenis rotor sangkar
lebih banyak digunakan daripada jenis rotor lilit, sebab rotor sangkar
mempunyai bentuk yang sederhana. Belitan rotor terdiri atas batang-batang
penghantar yang ditempatkan di dalam alur rotor. Batang penghantar ini terbuat
dari tembaga, alloy atau alumunium. Ujung-ujung batang penghantar dihubung
singkat oleh cincin penghubung singkat, sehingga berbentuk sangkar
burung. Motor induksi yang menggunakan rotor ini disebut Motor Induksi Rotor
Sangkar. Karena batang penghantar rotor
yang telah dihubung singkat, maka tidak dibutuhkan tahanan luar yang
dihubungkan seri dengan rangkaian rotor pada saat awal berputar. Alur-alur
rotor biasanya tidak dihubungkan sejajar dengan sumbu (poros) tetapi sedikit
miring.
Gambar 2.23 Penampang Rotor kandang Tupai
Bila
daya pertama kali diberikan pada motor dalam keadaan diam, stator bereaksi
sebagai lilitan primer transformator dengan menghasilkan fluksi magnet yang
berputar dengan kecepatan sinkron. Rotor yang menjadi kumparan sekunder yang
dihubung singkat, akan mengalir arus sirkulai yang tinggi dan
sebagai akibatnya arus start pada stator juga tinggi.
Setelah rotor berputar searah dengan putaran medan stator, selisih putaran antara rotor dengan medan putar stator menjadi kecil, menyebabkan arus sirkulasi rotor turun dan arus stator juga berkurang.
Hubungan antara arus stator dan kecepatan putaran rotor ditunjukan pada gambar 2.24. Arus sesaat pada rotor dipengaruhi oleh frekuensi suplai, tahanan dan induktansi rotor adalah impedansi rotor yang menjadi factor yang membatasi besarnya arus rotor.
Karena
pada motor, frekuensi rotor akan berubah saat kecepatan motor berubah, maka
sebagai konsekuensinya torsi yang dihasilkan dapat berubah. Hubungan antara
torsi dengan kecepatan putaran rotor ditunjukkan pada Gambar 2.24.
Gambar 2.24 Karakteristik Rotor Kandang
Tupai
b)
Rotor Belitan (Wound
Rotor)
Rotor belitan terdiri
atas belitan fasa banyak, belitan ini dimasukkan ke dalam alur-alur inti rotor.
Belitan ini sama dengan belitan stator, tetapi belitan selalu dihubungkan
secara bintang. Tiga buah ujung-ujung belitan dihubungkan ke terminal-terminal
sikat atau cincin seret yang terletak pada poros rotor. Pada jenis rotor lilit
kita dapat mengatur kecepatan motor dengan cara mengatur tahanan belitan rotor
tersebut. Pada keadaan kerja normal sikat karbon yang berhubungan dengan cincin
seret tadi dihubung singkat otomatis, sehingga rotor bekerja seperti rotor
sangkar. Motor induksi rotor belitan dikenal dengan sebutan Motor Induksi
Slipring.
Gambar
2.25 Penampang Rotor Belitan
Ada tiga
pengaruh nilai tahanan pada rangkaian rotor motor induksi yaitu:
·
Mengurangi arus
rotor, dan sebagai akibatnya arus stator juga menjadi berkurang.
·
Torsi start
dapat naik karena arus rotor dan medan magnit stator mendekati sefasa.
·
Slip speed naik
Dengan
mengubah tahanan rotor melalui tahanan asut dari rangkaian luar pada motor
slip-ring dengan rotor lilit maka torsi yang dihasilkan dapat
diatur.Karakteristik torsi-putaran dari motor slip-ring dengan tiga tahapan
pengaturan tahanan rotor ditunjukkan pada Gambar 2.26.
Gambar 2.26 Karakteristik Motor Belitan
Perbedaan mendasar dari
rotor belit dengan rotor sangkar bajing adalah terdapat pada konstruksi rotor.
•
Rotor kandang tupai :
Ø Tahanan
rotor tetap.
Ø Arus
starting tinggi.
Ø Torsi
starting rendah.
•
Rotor belitan :
Ø Memungkinkan
tahanan luar dihubungkan ke tahanan rotor melalui slip ring yang terhubung ke
sikat.
Ø Arus
starting rendah.
Ø Torsi
starting tinggi.
2.13. Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa
Motor Induksi 3 Fasa bekerja sebagai berikut. Misalkan kita
memiliki sumber AC 3 fasa yang terhubung dengan stator pada motor. Karena
stator terhubung dengan sumber AC maka arus dapat masuk ke stator melalui
kumparan stator. Sekarang kita hanya melihat 1 kumparan stator saja. Sesuai
hukum faraday bahwa apabila terdapat arus yang mengalir pada suatu kabel maka
arus itu dapat menghasilkan fluks magnet pada kabel tersebut, dimana arahnya
mengikuti kaidah tangan kanan.
Gambar 2.27 Arus Pada Kabel Menghasilkan Fluks
Setiap fasa dalam kumparan stator akan mengalami hal yang
sama karena setiap fasa dialiri arus, namun besarnya fluks yang dihasilkan
tidak sama di setiap waktu. Hal ini disebabkan besarnya arus yang berbeda-beda
pada tiap fasa di tiap waktunya. Misalkan fasa-fasa ini diberi nama a, b, dan
c. Ada kalanya arus pada fasa a maksimum sehingga menghasilkan fluks maksimum
dan arus fasa b tidak mencapai makismum, dan ada kalanya arus pada fasa b
maksimal sehingga menghasilkan fluks maksimum dan arus pada fasa a tidak
mencapai maksimum. Hal ini mengakibatkan fluks yang dibangkitkan lebih
cenderung pada fasa mana yang mengalami kondisi arus paling tinggi. Secara
tidak langsung dapat dikatakan bahwa medan magnet yang dibangkitkan juga ikut
“berputar” seiring waktu. Kecepatan putaran medan magnet ini disebut kecepatan
sinkron.
Gambar 2.28 Berputarnya Medan Magnet akibat Arus 3 Fasa Pada Rangkaian
Sekarang ditinjau kasus rotor sudah dipasang dan kumparan
stator sudah dialiri arus. Akibat adanya fluks pada kumparan stator maka arus
akan terinduksi pada rotor. Anggap rotor dibuat sedemikian sehingga arus dapat
mengalir pada rotor (seperti rotor tipe squirrel cage). Akibat munculnya arus
pada rotor dan adanya medan magnet pada stator maka rotor akan berputar
mengikuti hukum lorentz.
Gambar 2.29 Gaya timbul akibat dari hukum Lorentz
Hal yang menarik disini ialah kecepatan putaran rotor tidak
akan pernah mencapai kecepatan sinkron atau lebih. Hal ini disebabkan karena
apabila kecepatan sinkron dan rotor sama, maka tidak ada arus yang terinduksi
pada rotor sehingga tidak ada gaya yang terjadi pada rotor sesuai dengan hukum
lorentz. Akibat tidak adanya gaya pada rotor maka rotor jadi melambat akibat
gaya-gaya kecil (seperti gaya gesek dengan sumbu rotor atau pengaruh udara).
Namun saat rotor melambat kecepatan sinkron dan kecepatan rotor jadi berbeda.
Akibatnya pada rotor akan terinduksi arus sehingga rotor mendapatkan gaya berdasarkan
hukum lorentz. Dari gaya itulah motor dapat menambah kecepatannya kembali.
Fenomena perbedaan kecepatan ini dikenal sebagai slip.
Gambar 2.30 Gaya Akibat Fluks pada Stator dan Rotor
Bila
sumber tegangan 3 fase dialirkan pada kumparan stator, maka akan timbul medan
putar dengan kecepatan tertentu. Besarnya kecepatan tersebut dapat diukur
menggunakan sebuah rumus :
Dimana
: Ns
=
kecepatan sinkron oleh medan magnet stator (rpm).
f = frekuensi sumber (Hz).
p =
jumlah kutub pada stator.
Medan putar stator akan
memotong konduktor yang terdapat pada sisi rotor, akibatnya pada kumparan rotor
akan timbul tegangan induksi ( ggl ) sebesar :
Dimana : E2 =
kecepatan sinkron oleh medan magnet stator (rpm)
f =
frekuensi (Hz)
N2 = jumlah lilitan kumparan rotor
fm
=
fluksi maksimum (weber)
Karena kumparan rotor merupakan kumparan rangkaian tertutup, maka tegangan induksi akan menghasilkan arus (I). Adanya arus dalam medan magnet akan menimbulkan gaya (F) pada rotor. 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.
Untuk membangkitkan tegangan induksi E2s agar tetap ada, maka diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan puta r rotor (nr).
Perbedaan antara
kecepatan nr dengan ns disebut dengan slip yang dinyatakan dengan persamaan:
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.
Gambar 2.31 Kurva Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa
2.14.
Jenis-Jenis
Motor Induksi 3 Fasa
Jenis-jenis Motor Induksi 3 Fasa
Berdasaarkan Karakteristik Kelasnya :
1.
Kelas A
Kelas A memiliki karakteristik sebagai
berikut :
•
Torsi awal normal (150
– 170%) dari nilai ratingnya) dan torsi breakdownya tinggi.
•
Arus awal relatif
tinggi dan Slip rendah (0.0015 < Slip < 0.005).
•
Tahanan rotor kecil
sehinga efisiensi tinggi.
•
Baik digunakan untuk
torsi beban kecil saat start dan cepat mencapai putaran penuhnya.
Contoh : Pompa dan
Kipas angin.
2.
Kelas B
Kelas B memiliki karakteristik sebagai
berikut :
•
Torsi awal normal
hampir sama seperti kelas A.
•
Arus awal rendah (
lebih rendah 75% dari kelas A ) dan Slip rendah (slip < 0.005).
•
Arus awal dapat
diturunkan karena rotor mempunyai reaktansi tinggi.
•
Rotor terbuat dari plat
atau saklar ganda.
•
Efisiensi dan faktor
dayanya pada saat berbeban penuh tinggi.
Contoh : Kipas angin,
Blower, dan Motor generator set.
3.
Kelas C
Kelas C memiliki
karakteristik sebagai berikut :
•
Torsi awal lebih tinggi
(200 % dari nilai ratingnya).
•
Arus awal rendah dan
Slip rendah (slip < 0.005).
•
Reaktansi rotor lebih
tinggi dari kelas B.
•
Rotor menggunakan
sankar rendah.
•
Saat beban penuh slip
cukup tinggi sehingga efisiensinya rendah (lebih rendah dari kelas A dan Kelas
B).
Contoh : Kompressor, Konveyor, Crushrs, dan fort.
4. Kelas D
Kelas D memiliki karakteristik sebagai
berikut :
•
Torsi awal yang paling
tinggi dari kelas lainnya.
•
Arus awal rendah dan
Slip tinggi.
•
Motor ini cocok untuk
aplikasi dengan perubahan beban dan perubahan kecepatan secara mendadak pada
motor.
•
Ketika torsi maksimum
slip mencapai harga 0.5 atau lebih, sedangkan ketika beban penuh slip antara 8%
hingga 15% sehingga efisiensinya rendah.
Contoh : Elevator,
Crane, dan Ekstraktor.
Gambar 2.32 Kurva Karakteristik Kelas Motor Induksi
2.15. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 Fasa
Sebuah motor induksi identik dengan sebuah
transformator. Oleh sebab itu, rangkaian ekivalen motor induksi mirip dengan
rangkaian ekivalen transformator. Perbedaannya hanyalah bahwa kumparan rotor
dari motor induksi berputar, yang berfungsi untuk menghasilkan daya mekanik.
Stator
dan rotor dari motor induksi terdiri dari kumparan-kumparan kawat yang
mengandung parameter antara lain : tahanan murni (R), induktansi (L) yang
timbul sebagai reaktansi bocor (X). Pada kumparan stator disebut R1 dan X1,
sedangkan pada kumparan rotor disebut R2
dan X2.
Dalam hal ini motor induksi tiga fasa mempunyai :
•
Belitan-belitan fasa
stator yang indentik satu sama lain.
•
Rangkaian statornya
yang terhubung bintang sehingga arus fasa sama dengan arus jala-jala sedangkan
besar tegangan fasa adalah tegangan jala-jala ketanah.
•
Tegangan masuk ke
stator seimbang.
Rangkaian ekivalen
stator terdapat inti dan kumparan yang digunakan untuk menghaslkan fluks.
Gambar 2.33 Rangkaian Ekivalen Stator
Rangkaian ekivalen
rotor terdapat belitan yang dihubung singkat.
Gambar 2.34 Rangkaian Ekivalen Rotor
Dibawah
kondisi kerja normal pada tegangan dan frekuensi konstan, rugi inti pada motor
induksi biasanya juga konstan. Dalam pandangan pada kenyataan ini, tahanan rugi
inti Rc yang mewakili rugi inti motor, dapat dihilangkan
dari rangkaian ekivalen motor induksi. Akan tetapi, untuk menentukan daya poros
atau torsi poros, rugi inti yang konstan harus diikut-sertakan dalam
pertimbangan, bersama dengan gesekan, rugi-rugi beban buta (stray-load losses)
dan angin.
Gambar 2.35 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 Fasa
Semua
karakteristik kinerja motor induksi tiga fasa dapat ditentukan dari rangkaian
ekivalennya. Dalam menganalisis rangkaian ekivalen sebuah transformator, bagian
parallel dari rangkaian yang terdiri dari Re dan XØ dapat
diabaikan atau menggeser bagian parallel tersebut ke arah terminal primer.
Namun cara ini tidak diijinkan dalam menganalisis rangkaian ekivalen motor
induksi. Hal ini dikarenakan kenyataan bahwa arus penguatan pada
transformator berkisar antara 2% sampai 6% dari arus beban penuh dan juga
reaktansi bocor primer per unitnya juga sangat kecil. Sedangkan pada motor
induksi, arus penguatan berkisar antara 30% sampai 50% dari arus beban penuh
dan juga reaktansi bocor primer per unit cukup besar. Oleh sebab itu, apabila
komponen parallel rangkaian ekivalen motor induksi diabaikan maka akan terdapat
kesalahan yang besar dalam hal perhitungan daya dan torsi motor induksi.
2.15. Kelebihan dan Kekurangan Motor Induksi 3 Fasa
Kelebihan
:
Ø Konstruksi
sangat kuat dan sederhana terutama bila motor dengan rotor sangkar.
Ø Harganya
relatif murah dan kehandalannya tinggi.
Ø Effesiensi
relatif tinggi pada keadaan normal, tidak ada sikat sehingga rugi gesekan kecil.
Ø Biaya
pemeliharaan rendah karena pemeliharaan motor hampir tidak diperlukan.
Kekurangan
:
Ø Kecepatan
tidak mudah dikontrol.
Ø Power
faktor rendah pada beban ringan.
Ø Arus
start biasanya 5 sampai 7 kali dari arus nominal.
2.16.
Perbedaan
Motor Induksi 1 Fasa dan 3 Fasa
Ada
beberapa klasifikasi perbedaan antara motor 1 fasa dengan motor 3 fasa, yaitu :
1.
Perbedaan berdasarkan
konstruksinya
•
Konstruksi motor
induksi 1 fasa terdiri atas dua komponen yaitu rotor dan stator. Stator adalah
bagian dari motor yang tidak bergerak dan rotor adalah bagian yang bergerak
pada bantalan poros. Rotor berfungsi membangkitkan gaya listrik akibat adanya
gaya aliran srus listrik bolak balik 1 fasa.
•
Konstruksi Motor
induksi 3 fasa memiliki komponen dasar yaitu stator dan rotor. Motor tersusun
oleh beberapa batngan logam yang dimasukkan melalui slot-slot yang ada pada
motor-motor induksi, kemudian setiap bagian disatukan oleh cincin sehingga
membuat batangan logam terhubung singkat dengan batangan logam yang lain.
2.
Perbedaan berdasarkan prinsip
kerjanya
•
Prinsip Kerja motor
induksi 1 fasa yaitu motor induksi 1 fasa jika di aliri arus bolak balik satu
fasa maka akan dibangkitkan medan yang berputar dengan kecepatan putaran.
• Prinsip Kerja Motor Listrik 3 fasa yaitu medan putar stator akan memotong batang konduktor pada rotor Yang kemudian menimbulkan GGL induksi pada batang konduktor dari rotor.
3.
Perbedaan berdasarkan
Torsi
•
Hubungan Torsi dan Slip
Pada Motor 1 fasa yaitu berubah-ubah kecepatan motor induksi yang akan
mengakibatkan jumlah slip dari 100% pada awal 0% pada saat motor diam.
Perubahan pembebanan dapat terjadi dengan naiknya nilai tegangan dan arus pada
rotor.
•
Hubungan antara beban,
kecepatan dan torsi (torque) pada motor 3 fasa yaitu saat motor mulai menyala
ternyata terdapat arus start yang tinggi, akan tetapi torsinya rendah. Saat
motor mencapai 80% dari kecepatan penuh, torsinya mencapai titik tertinggi dan
arus mulai menurun. Pada saat motor mencapai kecepatan penuh arus torsi dan
stator turun ke nol.
BAB
III
PENUTUP
3.1.
Kesimpulan
-
Motor induksi
adalah salah satu jenis dari motor-motor listrik yang bekerja berdasarkan
induksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor ini bukan
diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai
akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar
(rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.
-
Motor induksi satu fasa.
Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya
satu fase, memiliki sebuah rotor dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan
motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan
dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering
pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
-
Motor induksi tiga
fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang
seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki
kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai)
dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri
menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor,
jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.
-
Rangkaian ekivalen
motor induksi 1 fasa ada 2, yaitu : Pada keadaan diam dan Pada Keadaan
beroperasi.
-
Jenis-jenis motor
induksi 3 fasa ada 4, yaitu : Kelas A, Kelas B, Kelas C dan Kelas D.
-
Perbedaan motor induksi
1 fasa dan 3 fasa ada 3, yaitu : Perbedaan berdasarkan konstruksinya, Perbedaan
berdasarkan prinsip kerjanya dan Perbedaan berdasarkan Torsi.
3.2.
Saran
Dalam
penyusunan makalah ini pastilah tidak terlepas dari kesalahan dan ketidak
sempurnaan yang terjadi. Untuk itu kami sebagai penulis sangat mengharapkan
saran dari pembaca untuk perbaikan dari makalah yang telah kami susun.
DAFTAR PUSTAKA
https://id.scribd.com/document/350225610/MAKALAH-MOTOR-INDUKSI-docx
http://dunia-electrical.blogspot.com/2016/11/mesin-induksi-mesin-asinkron.html
http://insyaansori.blogspot.com/2013/04/motor-induksi-1-fasa.html
http://bayu93saputra.blogspot.com/2012/10/motor-induksi.html
https://id.scribd.com/document/337332166/MAKALAH-MOTOR-INDUKSI-1-PHASA-docx
http://staff.ui.ac.id/system/files/users/chairul.hudaya/material/papersinglephasemotor.pdf
https://santikoaji.blogspot.com/2018/11/motor-1-fasa.html
http://www.insinyoer.com/prinsip-kerja-motor-induksi-3-fasa/
http://elektrikbank.blogspot.com/2013/05/motor-induksi-tiga-fasa.html
https://ilmulistrikzar.blogspot.com/2015/07/motor-induksi-induction-motor.html
http://insyaansori.blogspot.com/2013/04/motor-listrik-3-fasa.html
http://belajarelektronika.net/pengertian-motor-listrik-3-fasa/
http://electric-mechanic.blogspot.com/2010/10/motor-listrik.html