Motor Arus Bolak-Balik (AC)

 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.

Gambar 2.1 Konstruksi Motor Induksi 1 Fasa

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:

Dimana  nilai  fluks (f) untuk fluksi maksimum akibat dari penyebaran kerapatan fluks yang melewati lilitan dengan rumus :

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.

Gambar 2.2 Medan Magnet Stator Berpulsa Sepanjang Garis AC

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.

Gambar 2.3 Motor Dalam Keadaan Berputar

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.

Gambar 2.4 Fluks Rotor Tertinggal Terhadap Fluks Stator Sebesar 90°

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).

Gambar 2.5 Medan Silang Yang Dibangkitkan Arus Stator

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.

Gambar 2.6 Phasor Medan Putar yang Dihasilkan Oleh Belitan Stator dan Rotor

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 f_m. Komponen fluksnya A dan B mempunyai nilai yang sama yaitu f_m/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 :f_r  = fluks resultan (weber)

                  f_m = 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 . f­_m / 2 = -f_m, 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.

Gambar 2.8 Kurva Fluks Resultan Terhadap θ

2.8.  Karakteristik Motor Induksi 1 Fasa

        Medan magnet yang dibuat dalam stator berputar pada kecepatan sinkron (N_s). 

Dimana : N_s = 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 (N_b). Perbedaan antara N_s dan N_b 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 (S_f) yang terjadi adalah :

Dimana : S_f  = momen putar medan maju (rpm)

n_s = kecepatan sinkron (rpm)

n_r = kecepatan putaran rotor (rpm)

Sedangkan slip terhadap momen mundur (S_b) 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.

Gambar 2.9 Karakteristik Torsi – Kecepatan Motor Induksi 1 Fasa

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 T_maks.

Gambar 2.10 Motor Fasa Terpisah

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.

Gambar 2.11 Motor Kapasitor Start

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).

Gambar 2.12 Motor Kapasitor Permanen

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).

Gambar 2.13 Motor Kapasitor Start – Kapasitor Run

      e)         Motor Shaded Pole (Motor Bayangan Kutub)

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 X_m dan R_c. 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.

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 K_p dan K_i 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 : N_s = 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

                 f_m = 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 E_2s agar tetap ada, maka diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (n_s) dengan kecepatan puta r rotor (n_r).

Perbedaan antara kecepatan nr dengan ns disebut dengan slip yang dinyatakan dengan persamaan:

Jika n_s = n_r tegangan akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada rotor, dengan demikian tidak ada torsi yang dapat dihasilkan. Torsi suatu motor akan timbul apabila n_s > n_r.

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 R_c 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 X_Ø 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