Motor Listrik Arus Bolak Balik (AC)
Kecepatan putaran pada motor yaitu sama dengan jumlah putaran motor dalam periode tertentu, misalnya Ratio per second (Rps) atau Ratio per minute (Rpm). Alat ukur yang dipakai adalah indikator kecepatan yang sering disebut dengan tachometer (gambar 1).
Tachometer di tempelkan langsung pada poros sebuah motor dan bisa langsung dibaca putarannya pada skala yang ada. Tachometer yang modern memakai prinsip sinar laser, proses kerjanya lebih sederhana yaitu berkas sinar laser ditembakkan pada poros dan tampilan digital akan menunjukkan putaran poros motor.
Kecepatan motor dapat diukur dengan alat tachometer, pengukuran bisa dilakukan pada poros rotor, ada dua jenis tachometer yaitu tachometer analog dan digital.
Torsi atau yang disebut juga dengan momen (M) merupakan perkalian gaya F (Newton) dengan panjang lengan L (meter) (gambar 2).
Gaya F yang dihasilkan dari motor listrik ini dihasilkan dari interaksi antara medan magnet putar pada stator dengan medan induksi dari rotor.
Jumlah belitan pada rotor Z dan jari-jari polly rotor besarnya r (meter), maka torsi yang akan dihasilkan motor yaitu:
Pengukuran hubungan kecepatan, torsi dan daya motor bisa dilakukan di laboratorium MesinListrik (gambar 3). Torsi yang akan dihasilkan oleh motor disalurkan lewat poros untuk menjalankan peralatan pada industri. Hubungan antara torsi dan daya motor bisa diturunkan dengan persamaan berikut :
Dalam satu putaran poros jarak ditempuh
L = 2.r.π sehingga kecepatan
v = n. 2. r.π
Dengan memasukkan gaya F yang terjadi pada poros, didapat persamaan
P = n. 2. r.π.F
Akhirnya didapat hubungan daya motor P dengan torsi poros M dengan persamaan berikut:
P = 2.π.n.M (Nm/menit)
Daya P dalam satuan Nm/menit digunakan bila torsi M yang diukur memakai satuan Nm. Pada satuan daya listrik dinyatakan dalam Watt atau kWatt. Maka untuk persamaan harus dibagi dengan 60 detik dan bilangan 1000.
&space;dimana&space;1.000&space;Nm/detik&space;=&space;1&space;kW&space;})
Persamaan akhir untuk daya P dan torsi M secara praktis diperoleh:
})
Pada saat tegangan phasa U masuk ke belitan stator menjadikan kutub S (south=selatan), garis2 gaya magnet akan mengalir melalui stator. Sedangkan dua kutub lainnya yaitu N (north=utara) untuk phasa V dan phasa W. Kompas akan menjadi saling tarik menarik dengan kutub S.
Selanjutnya kutub S akan pindah ke phasa V, dan kompas berputar sampai 120°, dilanjutkan kutub S yang pindah ke phasa W, sehingga pada belitan stator akan muncul medan magnet putar. Buktinya yaitu kompas akan memutar lagi menjadi 240°. Kejadian ini berlangsung silih berganti yang kemudian membentuk medan magnet putar.
Sehingga kompas akan berputar dalam satu putaran penuh, dan kemudian proses ini akan berlangsung terus menerus. Pada motor induksi kompas ini akan digantikan oleh rotor sangkar yang akan berputar pada porosnya.
Karena adanya sebuah perbedaan putaran antara medan putar stator dengan putaran rotor, maka disebut juga dengan motor induksi tidak serempak atau motor asinkron. Susunan belitan stator motor induksi dengan dua kutub, mempunyai tiga belitan yang masing-masing berbeda sudut yaitu 120° (gambar 5).
Ujung dari belitan phasa pertama yaitu U1-U2, kemudian belitan phasa kedua yaitu V1-V2 dan belitan phasa ketiga adalah W1-W2. Prinsip kerja motor induksi ditunjukkan dengan gelombang sinusoidal (gambar 6), terbentuk-nya suatu medan putar pada stator motor induksi. Nampak stator dengan dua kutub, bisa diterangkan dengan empat kondisi.
1. Ketika sudut 0°. Arus I1 bernilai positif kemudian arus I2 dan arus I3 bernilai negatif, disini belitan V2, U1 dan W2 bertanda silang (arus meninggalkan pembaca), kemudian belitan V1, U2 dan W1 bertanda titik (arus listrik yang menuju pembaca). Terbentuk suatu fluk magnet pada garis horizontal sudut 0°. kutub S (south=selatan) dan kutub N (north=utara).
2. Ketika sudut 120°. Arus I2 bernilai positif sedangkan pada arus I1 dan arus I3 bernilai negatif, dari sini belitan W2, V1, dan U2 bertanda silang (arus yang meninggalkan pembaca), kemudian kawat W1, V2, dan U1 bertanda titik (arus yang menuju pembaca). Pada garis fluk magnet kutub S dan N bergeser 120° dari posisi awal.
3. Ketika sudut 240°. Arus I3 bernilai positif dan I1 dan I2 bernilai negatif, kemudian belitan U2, W1 dan V2 bertanda silang (arus yang meninggalkan pembaca), kemudian kawat U1, W2 dan V1 bertanda titik (arus yang menuju pembaca). Pada garis fluk magnet kutub S dan N bergeser 120° dari posisi kedua.
4. ketika sudut 360°. Posisi ini sama dengan ketika pada sudut 0°. yang mana kutub S dan N kembali keposisi awal sekali.
Dari keempat kondisi tersebut diatas ketika sudut 0°; 120°; 240°; 360°, bisa didapatkan terbentuknya suatu medan putar pada stator, medan magnet putar stator akan memotong belitan rotor. Kecepatan medan putar stator ini yang sering disebut dengan kecepatan sinkron, tidak bisa diamati dengan alat ukur namun masih bisa dihitung secara teoritis besarnya
putaran per menit. Rotor terdapat didalam rongga stator, sehingga garis medan magnet putar stator akan memotong belitan rotor.
Rotor motor induksi yaitu beberapa batang penghantar yang ujung-ujungnya dihubung singkatkan seperti sangkar tupai, perhatikan (gambar7).
Kejadian semacam ini menyebabkan pada rotor muncul induksi elektromagnetik. Medan magnet putar dari stator akan saling berinteraksi dengan medan magnet rotor. Dan terjadilah torsi putar yang menyebabkan rotor berputar. Kecepatan medan magnet putar pada stator:
ns = kecepatan sinkron medan stator (rpm)
f = frekuensi (Hz)
nr = kecepatan poros rotor (rpm)
slip = selisih kecepatan stator dan rotor
Contoh : Sebuah motor induksi pada nameplate memiliki frekuensi 50 Hz, dengan putaran rotor 1440 Rpm dan mempunyai jumlah kutub 4 buah.
Hitung besarnya putaran dari medan magnet putar pada stator dan juga slip motor induksi tersebut,
Jawaban :
Konstruksi pada motor induksi secara detail terdiri dari dua bagian, yaitu: bagian stator dan bagian rotor (gambar 8). Stator adalah bagian motor yang diam yang terdiri atas : badan motor, inti stator, belitan stator, bearing dan terminal box. Bagian rotor adalah bagian motor yang berputar, yang terdiri dari rotor sangkar, poros rotor.
Kemudian konstruksi motor induksi tidak ada bagian rotor yang bersentuhan langsung dengan bagian stator. Karena pada motor induksi tidak komutator dan sikat arang. Konstruksi motor induksi lebih sederhana jika dibandingkan dengan Motor DC, sebab tidak ada komutator dan tidak ada sikat arang (gambar 9).
Sehingga untuk pemeliharaan motor induksi hanya pada bagian mekanik saja, dan konstruksinya yang sederhana motor induksi ini sangat handal dan tidak mudah rusak secara elektrik.
Bagian motor induksi yang perlu diperiksa secara rutin adalah pada bagian pelumasan bearing, dan kekencangan baut-baut kabel pada terminal box yang bisa saja karena kendor atau bahkan lepas karena pengaruh dari getaran yang terus menerus.
Rumus mengitung daya input motor induksi :
P1 = √3 . U . cos . ϕ (Watt)
P1 : Daya input (Watt)
U : Tegangan (Volt)
I : Arus (Amper)
Cos ϕ : Faktor kerja
Besarnya rugi tembaga ini sebanding dengan I2.R, semakin besar arus beban maka rugi tembaga juga akan semakin besar juga. Daya input motor yaitu sebesar P1, maka daya yang akan diubah menjadi daya output yaitu sebesar P2.
Persamaan menghitung rugi-rugi motor induksi :
Rugi-rugi motor = P1 –P2
Persamaan menghitung efisiensi motor induksi :
P1 Daya input (Watt)
P2 Daya output (Watt)
Menghitung momen torsi yang dihasilkan oleh motor induksi perhatikan (gambar 10),
M = F . r (Nm)
P2 = M . ω (Watt)
ω = 2. π . n
M = Torsi (Nm)
F = Gaya (Newton)
P2 = Daya output (Watt)
ω = Kecepatan sudut putar
n = Kecepatan motor (Putaran/detik)
Contoh : Nameplate pada motor induksi (gambar 11) dengan daya output 5.5 KW, tegangan 400 V dan arus 10.7 A, cosϕ 0.88. Putaran motor yaitu 1425 Rpm.
Hitung daya input, efisiensi motor dan momen torsi pada motor tersebut.
Jawaban :
Daya output motor P2 = 5,5 kW
Motor induksi mempunyai dua arah putaran motor, yaitu putaran yang searah jarum jam (kanan) (gambar 12), dan putaran arah berlawanan jarum jam (kekiri) dilihat dari poros motor. Putaran motor induksi tergantung pada jumlah kutubnya, motor induksi dua kutub mempunyai putaran poros yaitu sekitar 2.950 Rpm. Sedangkan yang empat kutub mempunyai putaran poros mendekati 1450 Rpm.
Putaran searah jarum jam (kanan) dihasilkan dengan cara menghubungkan L1- terminal U, L2- terminal V dan L3 – terminal W. Putaran yang berlawanan jarum jam (kiri) dihasilkan dengan menukarkan salah satu dari kedua kabel phasa.
Contohnya: L1-terminal U, L2-terminal W dan L3-terminal V.
Dengan memasang dua buah kontaktor, pada sebuah motor induksi bisa langsung dikontrol untuk putaran kanan, dan putaran kekiri. Aplikasi atau penerapan praktis yaitu untuk membuka dan menutup pintu garasi dengan motor induksi, bisa memanfaatkan kaidah putaran kanan dan kiri ini. Dengan memakai sensor cahaya atau sakelar manual motor bisa dihidupkan untuk membuka dan menutup pintu garasi.
Karakteristik torsi pada motor induksi (gambar 13), disebut torsi fungsi dari slip (T=f(slip). Garis
vertikal yaitu merupakan parameter torsi (0–100%) dan garis horizontal parameter slip (1,0–0,0).
Umumnya ada empat jenis torsi, yaitu :
1. MA, momen torsi awal,
2. MS, momen torsi pull-up,
3. MK, momen torsi maksimum
4. MB, momen torsi kerja.
Torsi awal akan terjadi ketika motor pertama kali dijalankan (slip 1,0), torsi pull-up akan terjadi ketika slip 0,7, torsi maksimum terjadi ketika slip 0,2 dan torsi kerja berada ketika slip 0,05.
Torsi beban disini harus lebih kecil dari torsi motor. Jika torsi beban lebih besar dari torsi motor, maka akibatnya motor dalam kondisi kelebihan beban dan berakibat pada belitan stator yang terbakar. Kemudian untuk mengatasi kondisi beban lebih dalam rangkaian kontrol harus dilengkapi dengan pengaman beban lebih yang disebut dengan thermal overload, yang dipasang dengan kontaktor.
Karakteristik pada torsi juga bisa disajikan dalam bentuk lain, yaitu yang kita kenal dengan karakteristik putaran = fungsi torsi, n =f (torsi). perhatikan (gambar 14).
Garis vertikal disini menunjukkan parameter putaran, dan garis horizontal menunjukkan parameter torsi. Saat motor berputar pada garis n’ dihasilkan torsi di titik M’. Saat putaran berada di nn dihasilkan torsi motor di Mn.
Area kerja putaran motor induksi berada pada area n’ dan nn sehingga torsi kerja motor induksi juga berada pada area M’ dan Mn. Kemudian berdasarkan grafik n = fungsi (torsi) bisa juga disimpulkan saat putaran rotor turun dari n’ ke nn pada torsi justru akan terjadi peningkatan dari M’ ke Mn.
Karakteristik pada motor induksi lainnya perhatikan (gambar 15) yang mencakup parameter efisiensi, faktor kerja, ratio arus dan ratio putaran. Dengan membaca karakteristik motor induksi bisa diketahui setiap parameter yang dibutuhkan.
Ketika torsi ini mencapai 100% bisa dibaca ratio arus I/Io = 1: faktor kerja cos ϕ : 0,8, kemudian efisiensi motor 0,85 dan ratio putaran n/ns : 0,92.
Untuk motor daya kecil hingga 5 KW, arus starting tidak akan berpengaruh besar terhadap drop tegangan. Pada motor dengan daya diatas 30 KW hingga 100 KW akan membuat drop tegangan yang besar dan menurunkan kualitas listrik yang akan berpengaruh pada penerangan yang berkedip.
Pengasutan motor induksi yaitu cara menjalankan pertama kali motor, tujuannya adalah agar arus starting kecil dan drop tegangan masih pada batas toleransi.
Ada beberapa cara teknik pengasutan, diantaranya yaitu:
1. Hubungan langsung (Direct On Line = DOL)
2. Resistansi depan Stator (Primary Resistor)
3. Transformator (Trafo)
4. Start-Delta
5. Pengasutan Soft starting
6. Resistansi Rotor lilit
Pengasutan hubungan langsung atau dikenal dengan istilah DOL (Direct On Line), perhatikan (gambar 16). Jala-jala tegangan yang rendah 380 V melalui pemutus rangkaian atau kontaktor Q1 yang langsung terhubung dengan motor induksi.
Sekring akan berfungsi sebagai pengaman hubungsingkat, bila terjadi beban lebih akan diamankan oleh relay pengaman beban lebih (overload relay). Ketika pemutus rangkaian/kontaktor di ON kan, maka motor induksi akan menarik arus starting antara 5 hingga 6 kali arus nominal motor. Kemudian untuk motor induksi dengan daya kecil 5 KW, hubungan langsung dapat digunakan.
Arus starting yang besar bisa membuat drop tegangan disisi suply. Rangkaian jenis ini banyak digunakan untuk motor-motor penggerak mekanik seperti pada mesin bubut, mesin bor, mesin freis.
Torsi = I22 /s
Motor di starting pada tegangan nominal, kemudian akan mengalir arus yang mendekati arus hubung singkat = 7 In. Apabila slip = 4% = 0,04
(Tst/T) = (Ist/I)2 . s = (7)2 x 0,04 1,96
Besarnya torsi starting = 1,96 kali torsi nominalnya.
Kesimpulannya, ketika arus starting 5 sampai 6 kali arus nominal hanya akan menghasilkan 1,96 x Torsi nominalnya. perhatikan (gambar 17).
Karakteristik pengasutan langsung ini hanya sesuai untuk motor induksi yang berdaya kecil, Sebab untuk motor daya besar akan membuat pengaruh drop tegangan yang besar. Saat starting dimulai motor induksi akan menarik arus yang besarnya hingga 6 kali arus nominalnya. Secara berangsur-angsur saat kecepatan motor mendekati nominalnya, kemudian arus motor akan berada pada kondisi nominalnya (gambar 18).
Pengasutan hubungan langsung atau (DOL) akan menarik arus 5 samapi 6 kali arus nominal, dan menghasilkan torsi starting 1,96 kali torsi nominal
Pengasutan dengan memasang resistor pada rangkaian stator (gambar 19). Pada pertama kali kondisi starting kontaktor Q1 ON. Maka pada tegangan jala-jala PLN yang ke rangkaian stator akan melewati resistor R1. Fungsi dari resistor yaitu untuk menurunkan tegangan ke stator. Apabila tegangan ke stator berkurang 50%, maka arus starting akan ditekan menjadi 50% yang akan membuat torsi menjadi 25% dari torsi nominalnya (gambar 20).
Setelah proses starting sudah selesai, kontaktor Q2 di ON kan sehingga stator bisa mendapatkan tegangan nominal yang kemudian motor akan menarik arus nominal dan hasilnya yaitu torsi nominal. Belitan stator motor induksi dalam hubungan star, yang mana terminal W2, U2 dan V2 akan dihubung-singkatkan.
Apabila x adalah faktor pengurangan tegangan, maka :
Istarting = x. Ihs dan Tstarting = x2. Ths
Torsi = I22 /s
Motor di starting pada tegangan nominal, kemudian akan mengalir arus mendekati arus hubung singkat = 7 In. Apabila slip = 4% = 0,04; x = 0,5. Pengasutan resistor dapat digantikan dengan autotransformator (auto trafo) tiga phasa, yang dihubungkan secara seri dengan belitan stator (gambar 21).
Tegangan ke stator bisa diatur sesuai dengan kebutuhan, misalkan k = 80%, 70% atau 50%.
Tstarting = k2. Ths
Misal: k = 50%. Ths = 1,96
Tstarting = (0,5)2. 1,96 = 0,5
Pengasutan resistor stator yaitu dengan memasang resistor secara seri dengan belitan stator. Resistor fungsinya untuk menurunkan tegangan ke stator. Apabila tegangan yang diturunkan 50%, arus starting akan turun 50% dan torsi starting turun 25%.
Motor induksi dengan pengasutan star-delta dengan sakelar manual (gambar 22). Rangkaian star delta juga bisa dikerjakan dengan memakai kontaktor secara elektromagnetik. Motor induksi dirangkai dengan sakelar manual star-delta.
Ketika sakelar pada posisi tuas 0, semua rangkaian menjadi terbuka, sehingga motor pada kondisi tidak bertegangan. Ketika sakelar pada posisi star (tanda Y), L1-U1; L2-V1 dan L3-W1, sementara W2-U2-V2 dihubung singkatkan.
Tegangan ke stator :
Pada saat sakelar posisi delta (tanda ∆), motor induksi berjalan pada tegangan normal, arus nominal dan torsi nominal. Belitan stator memperoleh tegangan sebesar tegangan phasa ke phasa. Harus diperhatikan juga nameplate motor untuk hubungan star-delta ini harus disesuaikan dengan tegangan kerja yang dipakai, apabila salah memakai belitan akan terbakar.
Karakteristik arus fungsi putaran I =f(n) pengasutan star-delta (gambar 23) saat motor terhubung star, arus starting dua kali arus nominalnya hingga 75% dari putaran nominal. Saat motor terhubung delta arus motor akan meningkat empat kali arus nominalnya. Dan secara berangsur-angsur arus motor menuju nominal ketika putaran motor nominal.
Karakteristik torsi fungsi putaran T =f(n) pengasutan star-delta (gambar 24) memperlihatkan saat motor terhubung star, torsi starting yaitu sebesar setengah dari torsi
nominalnya hingga 75% dari putaran nominal.
Saat motor terhubung delta torsi motor akan meningkat menjadi dua kali lipat dari torsi nominalnya. Dan secara berangsur-angsur torsi motor akan mendekati nominal ketika putaran motor nominal. Pengasutan delta star memakai sakelar delta-star. ketika hubungan delta arus ke stator 1/√3 dari arus start DOL. Torsi starting 1/3 dari T starting DOL = 0,65.
Pengasutan Soft starting memakai komponen solid-state, yaitu enam buah Thyristor yang terhubung secara antiparalel (gambar 25).
Ketika sakelar Q1 di ON kan tegangan akan dipotong gelombang sinusoidal nya oleh enam buah Thyristor yang kemudian dikendalikan oleh rangkaian pemicu. Dengan mengatur sudut penyalaan pemicu Thyristor, dan mengatur tegangan ke belitan stator motor. Dan k sebagai ratio tegangan asut dengan tegangan nominal besarnya torsi motor starting.
Tstarting = k2. Ths
Karakteristik arus fungsi putaran pada pengasutan soft starting, menunjukkan grafik arus starting besarnya tiga kali arus nominalnya hingga motor mencapai putaran yang mendekati 85% (gambar 26).
Arus motor yang berangsur angsur menuju arus nominalnya saat putaran motor mendekati nominalnya. Pengasutan solid state akan semakin diminati karena harganya yang ekonomis dan handal.
Karakteristik torsi fungsi putaran T =f(n) pengasutan soft starting, menunjukkan torsi starting sebesar setengah dari torsi nominalnya. Dan berangsur-angsur torsi akan meningkat mendekati 140% torsi ketika putaran mendekati 90% nominalnya (gambar 27).
Dan secara berangsur-angsur torsi motor akan mendekati nominal ketika putaran motor nominal. Pengasutan Soft starting memakai komponen solid state Thyristor yang terpasang antiparalel pada rangkaian belitan stator. Dengan mengatur sudut penyalaan pemicu α, arus dan tegangan starting bisa terkendali.
Motor slipring (gambar 28) atau sering disebut sebagai motor rotor lilit yang termasuk motor induksi 3 phasa dengan rotor belitan. Pada motor ini juga dilengkapi dengan slipring yang dihubungkan dengan sikat arang menuju ke terminal. Motor slipring ini dirancang untuk daya besar.
Motor slipring pada terminal box mempunyai sembilan terminal, enam terminal terhubung dengan tiga belitan stator yang masing-masing ujungnya (U1-U2, V1-V2 dan W1-W2). Kemudian tiga terminal (K-L-M) akan terhubung ke belitan rotor melalui slipring.
Terdapat tiga cincing yang disebut slipring yang terhubung dengan sikat arang. Sikat arang ini secara berkala harus diperiksa dan diganti bila perlu karena bisa memendek dikarenakan sudah aus.
Pengasutan rotor lilit (gambar 29) belitan rotor yang ujungnya terminal K-L-M dihubungkan dengan resistor luar yang besarnya bisa diatur. Dengan mengatur resistor luar artinya mengatur besarnya resistor total, ini merupakan jumlah dari resistansi luar dan resistansi rotor (Rluar+Rrotor), sehingga pada arus rotor I2 bisa diatur/disesuikan.
Pada saat resistor bernilai maksimum, arus rotor yang mengalir minimum, sekaligus memperbaiki faktor kerja dari motor. Kelebihan pengasutan rotor lilit yaitu didapat torsi starting yang tinggi, dengan arus starting yang akan tetap terkendali. Data teknis motor rotor lilit pada name plate (gambar 30) menjelaskan informasi :
Resistansi rotor luar dibuat secara bertahap (gambar 31) dengan tujuh tahapan. Ketika tahap-1 nilai resistor maksimum kurva torsi terhadap slip. Selanjutnya tahap 2, 3, 4, 5, 6 dan tahap 7. Antara tahap-1 hingga tahap-7 selisih slip sebesar ∆s. Dengan begitu pengaturan resistor rotor juga berfungsi untuk mengatur putaran rotor dari putaran rendah waktu tahap-1 menuju putaran nominal pada tahap-7.
Pengaturan resistor rotor bisa memakai kontaktor elektromagnet (gambar 32) dengan memakai 3 tahap. Kontaktor Q1 menghubungkan stator dengan sumber daya listrik.
1. Saat Q2, Q3, Q4 OFF resistansi rotor maksimum (RA= R1+R2+R3).
2. Ketika Q2 ON resistansi luar RA=R2+R3.
3. Saat Q3 ON resistansi RA=R3 saja.
4. Saat Q4 ON rotor kondisi terhubung singkat RA=0, motor bekerja nominal.
Grafik momen motor rotor lilit (gambar 33) dengan empat tahapan.
● Tahap pertama yang ketika Q1 kondisi ON dan Q2+Q3+Q4 posisi OFF. Maka rangkaian resistansi rotor besarnya yaitu maksimum, besarnya arus starting 1.5 In hingga beberapa waktu ke tahap kedua.
● Tahap kedua saat Q2 kondisi ON dan Q3+Q4 posisi OFF, arus starting 1.5 In menuju In hingga tahap ketiga.
● Tahap ketiga saat Q3 kondisi ON dan Q4 posisi OFF, arus starting kembali ke pada posisi 1.5 In dan.
● Terakhir posisi tahap keempat ketika Q4 ON semua resistor dihubung singkatkan, dan motor slipring bekerja kondisi nominal.
*Pengasutan Slipring termasuk pengasutan dengan menambahkan resistansi pada rangkaian rotornya, hanya dapat dilakukan pada motor 3 phasa jenis rotor lilit. Dengan mengatur besaran resistansi rotor, arus dan torsi starting bisa diatur besarnya.
Kemudian untuk penjelasan cara kerja motor dua kecepatan berada pada cara pemasangan belitan statornya. Perhatikan belitan stator yang mempunyai empat kutub atau 2 pasang kutub utara–selatan (p=2, kecepatan 1450 Rpm), belitan stator dihubungkan secara seri.
Aliran arus listrik dari L1 menuju terminal 1U memberikan arus pada coil pertama, secara seri masuk ke coil kedua yang akan menghasilkan dua pasang kutub, terminal 1V terhubung dengan L2 (gambar 35a).
Sedangkan pada stator dengan dua kutub atau satu pasang kutub (p=1, kecepatan 2950 Rpm), belitan stator dihubungkan secara paralel. Aliran arus listrik dari L2 yang menuju terminal 2V memberikan arus pada coil pertama, dan coil kedua secara paralel yang akan menghasilkan satu pasang kutub saja dan terminal 1U dan 1V terhubung dengan L1 (gambar 35b).
Penjelasan ketika (p=2, kecepatan 1450 Rpm) pada bagian belitan motor yang terhubung delta yang mana sumber daya L1 menuju ke terminal 1U, L2 menuju terminal 1V dan L3 yang terhubung ke terminal 1W. Sementara pada ujung terminal 2U, 2V dan 2W tidak akan dibiarkan terbuka (gambar 36).
Perhatikan pada setiap phasa ada dua belitan yang tersambung secara seri yang akan menghasilkan dua pasang kutub. Ketika (p=1, kecepatan 2950 Rpm) pada bagian belitan motor terhubung secara paralel star dimana sumber daya L1 keterminal 2U, L2 menuju terminal 2V dan L3 terhubung ke terminal 2W.
Sementara pada ujung terminal 1U, 1V dan 1W dihubung singkatkan (gambar 37). Perhatikan setiap phasa ada dua belitan yang terhubung star paralel yang akan menghasilkan satu pasang kutub saja.
Pada motor satu phasa mempunyai dua belitan stator, yaitu belitan phasa utama (belitan U1-U2) dan belitan phasa bantu (belitan Z1-Z2) gambar 38.
Belitan utama memakai penampang kawat tembaga yang lebih besar sehingga mempunyai impedansi yang lebih kecil. Sedangkan pada belitan bantu dibuat dari tembaga berpenampang kecil yang jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya lebih besar jika dibanding impedansi belitan utama.
Grafik arus pada belitan bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama berbeda phasa sebesar ϕ (gambar 39).
Hal ini disebabkan oleh perbedaan besarnya impedansi pada kedua belitan tersebut. Perbedaan arus beda phasa ini membuat arus total, yaitu merupakan penjumlahan vektor arus utama dan arus bantu.
Medan magnet utama yang dihasilkan oleh belitan utama juga berbeda phasa sebesar ϕ dengan medan magnet bantu. Belitan bantu Z1-Z2 yang pertama dialiri arus Ibantu dan menghasilkan fluk magnet ϕ yang tegak lurus.
Beberapa waktu kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama Iutama. yang bernilai positif.
Dan hasilnya yaitu medan magnet yang bergeser sebesar 45° dengan arah yang berlawanan jarum jam (gambar 40).
Kejadian ini akan berlangsung terus hingga satu siklus sinusoidal, sehingga akan menghasilkan medan magnet yang berputar pada belitan statornya. Rotor motor satu phasa ini sama seperti rotor motor tiga phasa yaitu berbentuk batang-batang kawat yang pada ujung-ujungnya dihubung-singkatkan, seperti sangkar tupai (gambar 41)
Pada belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator, akan menghasilkan tegangan induksi, interaksi yaitu antara medan magnet rotor dan medan putar stator yang menghasilkan torsi putar pada rotor.
Motor kapasitor satu phasa banyak dipakai dalam peralatan rumah tangga seperti pada motor mesin cuci, motor pompa air, motor air conditioning, motor lemari es (gambar 42).
Konstruksinya yang sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan supply PLN 220 V menjadikan motor kapasitor ini banyak digunakan pada peralatan rumah tangga. Belitan stator yang terdiri atas belitan utama dengan notasi terminal U1-U2, dan belitan bantu dengan notasi terminal Z1-Z2 (gambar 40). Jala-jala L1 terhubung dengan terminal U1, dan pada kawat netral N terhubung dengan terminal U2.
Kondensator kerja berfungsi agar perbedaan sudut phasa pada belitan utama dengan belitan bantu bisa mendekati 90°. Kemudian untuk bisa menghasilkan putaran ke kiri (berlawanan arah jarum jam) kondensator kerja CB dihubungkan ke terminal U1 dan Z2 dan terminal Z1 dikopel dengan terminal U2 (gambar 43a).
Untuk putaran ke kanan (searah jarum jam) kondensator kerja dihubungkan ke terminal Z1, U1 dan Z2 dikopel dengan terminal U1. (gambar43b).
Motor kapasitor dengan daya yang diatas 1 KW di lengkapi dengan dua buah kondensator dan satu buah sakelar sentrifugal. Belitan utama U1-U2 disambungkan dengan jala-jala L1 dan Netral N. Pada belitan bantu Z1-Z2 dihubungkan secara seri dengan kondensator kerja CB, dan
Sebuah kondensator starting CA yang dihubungkan secara seri dengan kontak normally close dari sakelar sentrifugal perhatikan (gambar 44).
Pada awalnya belitan utama dan belitan bantu mendapatkan suplai dari jala-jala L1 dan Netral. Dua buah kondensator CB dan CA pada keduanya akan membentuk loop tertutup, kemudian rotor mulai berputar saat putaran mendekati 70% putaran nominalnya sakelar sentrifugal membuka dan kontak normally close akan memutuskan kondensator bantu CA.
Fungsi dari dua kondensator yang disambungkan secara paralel CA+CB yaitu untuk meningkatkan nilai torsi awal untuk mengangkat beban. Setelah putaran motor mencapai 70% putaran, sakelar sentrifugal terputus sehingga hanya kondensator kerja CB saja yang akan tetap bekerja. Apabila kedua kondensator ini rusak maka torsi motor akan menurun drastis (gambar 45).
Belitan stator dibelitkan pada sekeliling inti yang membentuk seperti belitan trafo (transformator). Rotornya yang berbetuk sangkar tupai dan porosnya ditempatkan pada rumah stator dan ditopang oleh dua buah bearing. Irisan penampang motor shaded pole menunjukkan dua bagian, yaitu bagian stator dengan belitan stator dan dua kawat shaded pole.
Pada bagian rotor sangkar ditempatkan di tengah-tengah stator. Torsi putar dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa dari kawat shaded pole (gambar 47).
Konstruksinya yang sederhana, dengan daya yang kecil, handal, bebas perawatan, mudah dioperasikan dan cukup di supply dengan AC 220 V jenis motor shaded pole banyak dipakai untuk peralatan rumah tangga kecil.
Motor Universal termasuk motor satu phasa yang memakai belitan stator dan belitan rotor.
Motor universal biasanya digunakan pada mesin jahit, motor bor tangan. Untuk perawatan rutin bisa dilakukan dengan mengganti sikat arang yang sudah memendek atau peas sikat arang yang lembek.
Kontruksinya yang sederhana, daya yang kecil, mudah dioperasikan, handal, torsinya yang cukup besar motor universal banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga. Bentuk stator dari motor universal ini terdiri dari dua kutub stator. Belitan rotor mempunyai dua belas alur belitan (gambar 49).
Yang dilengkapi komutator dan sikat arang yang dihubungkan secara seri antara belitan stator dengan belitan rotornya. Motor universal mempunyai kecepatan tinggi yaitu sekitar 3000 rpm. Aplikasi atau penerapan motor universal ada pada mesin jahit. Yaitu untuk mengatur kecepatan dihubungkan dengan resistansi geser dalam bentuk pedal yang ditekan dan dilepaskan.
Untuk menghasilkan putaram ke kanan kondensator 8µF/400V disambungkan terminal U1 dan W1. Sedangkan untuk putaran kekiri kondensator dihubungkan ke terminal V1 dan W1. Daya beban maksimum hanya 70% dari daya nominal name plate.
Tachometer di tempelkan langsung pada poros sebuah motor dan bisa langsung dibaca putarannya pada skala yang ada. Tachometer yang modern memakai prinsip sinar laser, proses kerjanya lebih sederhana yaitu berkas sinar laser ditembakkan pada poros dan tampilan digital akan menunjukkan putaran poros motor.
Kecepatan motor dapat diukur dengan alat tachometer, pengukuran bisa dilakukan pada poros rotor, ada dua jenis tachometer yaitu tachometer analog dan digital.
Mengukur Torsi
M = F. L (Nm)
F = B. I. L
M = B.I.L.Z.r (Nm)
Hubungan Kecepatan, Torsi dan Daya Motor
Dalam satu putaran poros jarak ditempuh
L = 2.r.π sehingga kecepatan
v = n. 2. r.π
Dengan memasukkan gaya F yang terjadi pada poros, didapat persamaan
P = n. 2. r.π.F
Akhirnya didapat hubungan daya motor P dengan torsi poros M dengan persamaan berikut:
P = 2.π.n.M (Nm/menit)
Daya P dalam satuan Nm/menit digunakan bila torsi M yang diukur memakai satuan Nm. Pada satuan daya listrik dinyatakan dalam Watt atau kWatt. Maka untuk persamaan harus dibagi dengan 60 detik dan bilangan 1000.
Persamaan akhir untuk daya P dan torsi M secara praktis diperoleh:
Prinsip Kerja Motor Induksi
Motor induksi adalah alat listrik yang bisa mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Listrik yang akan diubah adalah listrik 3 phasa. Motor induksi atau motor tidak serempak atau motor asinkron. Prinsip kerja motor induksi lihat (gambar 4).Selanjutnya kutub S akan pindah ke phasa V, dan kompas berputar sampai 120°, dilanjutkan kutub S yang pindah ke phasa W, sehingga pada belitan stator akan muncul medan magnet putar. Buktinya yaitu kompas akan memutar lagi menjadi 240°. Kejadian ini berlangsung silih berganti yang kemudian membentuk medan magnet putar.
Sehingga kompas akan berputar dalam satu putaran penuh, dan kemudian proses ini akan berlangsung terus menerus. Pada motor induksi kompas ini akan digantikan oleh rotor sangkar yang akan berputar pada porosnya.
Karena adanya sebuah perbedaan putaran antara medan putar stator dengan putaran rotor, maka disebut juga dengan motor induksi tidak serempak atau motor asinkron. Susunan belitan stator motor induksi dengan dua kutub, mempunyai tiga belitan yang masing-masing berbeda sudut yaitu 120° (gambar 5).
Ujung dari belitan phasa pertama yaitu U1-U2, kemudian belitan phasa kedua yaitu V1-V2 dan belitan phasa ketiga adalah W1-W2. Prinsip kerja motor induksi ditunjukkan dengan gelombang sinusoidal (gambar 6), terbentuk-nya suatu medan putar pada stator motor induksi. Nampak stator dengan dua kutub, bisa diterangkan dengan empat kondisi.
1. Ketika sudut 0°. Arus I1 bernilai positif kemudian arus I2 dan arus I3 bernilai negatif, disini belitan V2, U1 dan W2 bertanda silang (arus meninggalkan pembaca), kemudian belitan V1, U2 dan W1 bertanda titik (arus listrik yang menuju pembaca). Terbentuk suatu fluk magnet pada garis horizontal sudut 0°. kutub S (south=selatan) dan kutub N (north=utara).
2. Ketika sudut 120°. Arus I2 bernilai positif sedangkan pada arus I1 dan arus I3 bernilai negatif, dari sini belitan W2, V1, dan U2 bertanda silang (arus yang meninggalkan pembaca), kemudian kawat W1, V2, dan U1 bertanda titik (arus yang menuju pembaca). Pada garis fluk magnet kutub S dan N bergeser 120° dari posisi awal.
3. Ketika sudut 240°. Arus I3 bernilai positif dan I1 dan I2 bernilai negatif, kemudian belitan U2, W1 dan V2 bertanda silang (arus yang meninggalkan pembaca), kemudian kawat U1, W2 dan V1 bertanda titik (arus yang menuju pembaca). Pada garis fluk magnet kutub S dan N bergeser 120° dari posisi kedua.
4. ketika sudut 360°. Posisi ini sama dengan ketika pada sudut 0°. yang mana kutub S dan N kembali keposisi awal sekali.
Dari keempat kondisi tersebut diatas ketika sudut 0°; 120°; 240°; 360°, bisa didapatkan terbentuknya suatu medan putar pada stator, medan magnet putar stator akan memotong belitan rotor. Kecepatan medan putar stator ini yang sering disebut dengan kecepatan sinkron, tidak bisa diamati dengan alat ukur namun masih bisa dihitung secara teoritis besarnya
putaran per menit. Rotor terdapat didalam rongga stator, sehingga garis medan magnet putar stator akan memotong belitan rotor.Rotor motor induksi yaitu beberapa batang penghantar yang ujung-ujungnya dihubung singkatkan seperti sangkar tupai, perhatikan (gambar7).
ns = kecepatan sinkron medan stator (rpm)
f = frekuensi (Hz)
nr = kecepatan poros rotor (rpm)
slip = selisih kecepatan stator dan rotor
Contoh : Sebuah motor induksi pada nameplate memiliki frekuensi 50 Hz, dengan putaran rotor 1440 Rpm dan mempunyai jumlah kutub 4 buah.
Hitung besarnya putaran dari medan magnet putar pada stator dan juga slip motor induksi tersebut,
Jawaban :
Konstruksi Motor Induksi
Kemudian konstruksi motor induksi tidak ada bagian rotor yang bersentuhan langsung dengan bagian stator. Karena pada motor induksi tidak komutator dan sikat arang. Konstruksi motor induksi lebih sederhana jika dibandingkan dengan Motor DC, sebab tidak ada komutator dan tidak ada sikat arang (gambar 9).
Bagian motor induksi yang perlu diperiksa secara rutin adalah pada bagian pelumasan bearing, dan kekencangan baut-baut kabel pada terminal box yang bisa saja karena kendor atau bahkan lepas karena pengaruh dari getaran yang terus menerus.
Rumus mengitung daya input motor induksi :
P1 = √3 . U . cos . ϕ (Watt)
P1 : Daya input (Watt)
U : Tegangan (Volt)
I : Arus (Amper)
Cos ϕ : Faktor kerja
Rugi-rugi dan Efisiensi Motor Induksi
Motor induksi (gambar 9) mempunyai rugi-rugi yang terjadi karena pada motor induksi ada komponen resistansi tembaga dari belitan stator dan juga komponen induktor belitan stator. Pada motor induksi ada rugi-rugi tembaga, rugi inti dan rugi ini desebabkan oleh gesekan dan hambatan angin.Besarnya rugi tembaga ini sebanding dengan I2.R, semakin besar arus beban maka rugi tembaga juga akan semakin besar juga. Daya input motor yaitu sebesar P1, maka daya yang akan diubah menjadi daya output yaitu sebesar P2.
Rugi-rugi motor = P1 –P2
Persamaan menghitung efisiensi motor induksi :
P1 Daya input (Watt)
P2 Daya output (Watt)
Menghitung momen torsi yang dihasilkan oleh motor induksi perhatikan (gambar 10),
M = F . r (Nm)
P2 = M . ω (Watt)
ω = 2. π . n
M = Torsi (Nm)
F = Gaya (Newton)
P2 = Daya output (Watt)
ω = Kecepatan sudut putar
n = Kecepatan motor (Putaran/detik)
Contoh : Nameplate pada motor induksi (gambar 11) dengan daya output 5.5 KW, tegangan 400 V dan arus 10.7 A, cosϕ 0.88. Putaran motor yaitu 1425 Rpm.
Hitung daya input, efisiensi motor dan momen torsi pada motor tersebut.
Jawaban :
Daya output motor P2 = 5,5 kW
Putaran Motor Induksi
Putaran searah jarum jam (kanan) dihasilkan dengan cara menghubungkan L1- terminal U, L2- terminal V dan L3 – terminal W. Putaran yang berlawanan jarum jam (kiri) dihasilkan dengan menukarkan salah satu dari kedua kabel phasa.
Contohnya: L1-terminal U, L2-terminal W dan L3-terminal V.
Dengan memasang dua buah kontaktor, pada sebuah motor induksi bisa langsung dikontrol untuk putaran kanan, dan putaran kekiri. Aplikasi atau penerapan praktis yaitu untuk membuka dan menutup pintu garasi dengan motor induksi, bisa memanfaatkan kaidah putaran kanan dan kiri ini. Dengan memakai sensor cahaya atau sakelar manual motor bisa dihidupkan untuk membuka dan menutup pintu garasi.
Karakteristik Torsi Motor Induksi
Umumnya ada empat jenis torsi, yaitu :
1. MA, momen torsi awal,
2. MS, momen torsi pull-up,
3. MK, momen torsi maksimum
4. MB, momen torsi kerja.
Torsi awal akan terjadi ketika motor pertama kali dijalankan (slip 1,0), torsi pull-up akan terjadi ketika slip 0,7, torsi maksimum terjadi ketika slip 0,2 dan torsi kerja berada ketika slip 0,05.
Torsi beban disini harus lebih kecil dari torsi motor. Jika torsi beban lebih besar dari torsi motor, maka akibatnya motor dalam kondisi kelebihan beban dan berakibat pada belitan stator yang terbakar. Kemudian untuk mengatasi kondisi beban lebih dalam rangkaian kontrol harus dilengkapi dengan pengaman beban lebih yang disebut dengan thermal overload, yang dipasang dengan kontaktor.
Karakteristik pada torsi juga bisa disajikan dalam bentuk lain, yaitu yang kita kenal dengan karakteristik putaran = fungsi torsi, n =f (torsi). perhatikan (gambar 14).
Area kerja putaran motor induksi berada pada area n’ dan nn sehingga torsi kerja motor induksi juga berada pada area M’ dan Mn. Kemudian berdasarkan grafik n = fungsi (torsi) bisa juga disimpulkan saat putaran rotor turun dari n’ ke nn pada torsi justru akan terjadi peningkatan dari M’ ke Mn.
Ketika torsi ini mencapai 100% bisa dibaca ratio arus I/Io = 1: faktor kerja cos ϕ : 0,8, kemudian efisiensi motor 0,85 dan ratio putaran n/ns : 0,92.
Pengasutan Motor Induksi
Ketika motor induksi di starting secara langsung, arus awal pada motor besarnya antara 500% sampai 700% dari arus nominal. Ini akan membuat drop tegangan yang besar pada supply tegangan PLN.Untuk motor daya kecil hingga 5 KW, arus starting tidak akan berpengaruh besar terhadap drop tegangan. Pada motor dengan daya diatas 30 KW hingga 100 KW akan membuat drop tegangan yang besar dan menurunkan kualitas listrik yang akan berpengaruh pada penerangan yang berkedip.
Pengasutan motor induksi yaitu cara menjalankan pertama kali motor, tujuannya adalah agar arus starting kecil dan drop tegangan masih pada batas toleransi.
Ada beberapa cara teknik pengasutan, diantaranya yaitu:
1. Hubungan langsung (Direct On Line = DOL)
2. Resistansi depan Stator (Primary Resistor)
3. Transformator (Trafo)
4. Start-Delta
5. Pengasutan Soft starting
6. Resistansi Rotor lilit
Pengasutan Hubungan Langsung (DOL)
Sekring akan berfungsi sebagai pengaman hubungsingkat, bila terjadi beban lebih akan diamankan oleh relay pengaman beban lebih (overload relay). Ketika pemutus rangkaian/kontaktor di ON kan, maka motor induksi akan menarik arus starting antara 5 hingga 6 kali arus nominal motor. Kemudian untuk motor induksi dengan daya kecil 5 KW, hubungan langsung dapat digunakan.
Arus starting yang besar bisa membuat drop tegangan disisi suply. Rangkaian jenis ini banyak digunakan untuk motor-motor penggerak mekanik seperti pada mesin bubut, mesin bor, mesin freis.
Torsi = I22 /s
Motor di starting pada tegangan nominal, kemudian akan mengalir arus yang mendekati arus hubung singkat = 7 In. Apabila slip = 4% = 0,04
(Tst/T) = (Ist/I)2 . s = (7)2 x 0,04 1,96
Besarnya torsi starting = 1,96 kali torsi nominalnya.
Kesimpulannya, ketika arus starting 5 sampai 6 kali arus nominal hanya akan menghasilkan 1,96 x Torsi nominalnya. perhatikan (gambar 17).
Karakteristik pengasutan langsung ini hanya sesuai untuk motor induksi yang berdaya kecil, Sebab untuk motor daya besar akan membuat pengaruh drop tegangan yang besar. Saat starting dimulai motor induksi akan menarik arus yang besarnya hingga 6 kali arus nominalnya. Secara berangsur-angsur saat kecepatan motor mendekati nominalnya, kemudian arus motor akan berada pada kondisi nominalnya (gambar 18).
Pengasutan Resistor Stator
Apabila x adalah faktor pengurangan tegangan, maka :
Istarting = x. Ihs dan Tstarting = x2. Ths
Torsi = I22 /s
Motor di starting pada tegangan nominal, kemudian akan mengalir arus mendekati arus hubung singkat = 7 In. Apabila slip = 4% = 0,04; x = 0,5. Pengasutan resistor dapat digantikan dengan autotransformator (auto trafo) tiga phasa, yang dihubungkan secara seri dengan belitan stator (gambar 21).
Tstarting = k2. Ths
Misal: k = 50%. Ths = 1,96
Tstarting = (0,5)2. 1,96 = 0,5
Pengasutan resistor stator yaitu dengan memasang resistor secara seri dengan belitan stator. Resistor fungsinya untuk menurunkan tegangan ke stator. Apabila tegangan yang diturunkan 50%, arus starting akan turun 50% dan torsi starting turun 25%.
Pengasutan Sakelar Start-Delta
Ketika sakelar pada posisi tuas 0, semua rangkaian menjadi terbuka, sehingga motor pada kondisi tidak bertegangan. Ketika sakelar pada posisi star (tanda Y), L1-U1; L2-V1 dan L3-W1, sementara W2-U2-V2 dihubung singkatkan.
Tegangan ke stator :
Pada saat sakelar posisi delta (tanda ∆), motor induksi berjalan pada tegangan normal, arus nominal dan torsi nominal. Belitan stator memperoleh tegangan sebesar tegangan phasa ke phasa. Harus diperhatikan juga nameplate motor untuk hubungan star-delta ini harus disesuaikan dengan tegangan kerja yang dipakai, apabila salah memakai belitan akan terbakar.
Saat motor terhubung delta torsi motor akan meningkat menjadi dua kali lipat dari torsi nominalnya. Dan secara berangsur-angsur torsi motor akan mendekati nominal ketika putaran motor nominal. Pengasutan delta star memakai sakelar delta-star. ketika hubungan delta arus ke stator 1/√3 dari arus start DOL. Torsi starting 1/3 dari T starting DOL = 0,65.
Pengasutan Soft Starting
Ketika sakelar Q1 di ON kan tegangan akan dipotong gelombang sinusoidal nya oleh enam buah Thyristor yang kemudian dikendalikan oleh rangkaian pemicu. Dengan mengatur sudut penyalaan pemicu Thyristor, dan mengatur tegangan ke belitan stator motor. Dan k sebagai ratio tegangan asut dengan tegangan nominal besarnya torsi motor starting.
Tstarting = k2. Ths
Karakteristik arus fungsi putaran pada pengasutan soft starting, menunjukkan grafik arus starting besarnya tiga kali arus nominalnya hingga motor mencapai putaran yang mendekati 85% (gambar 26).
Karakteristik torsi fungsi putaran T =f(n) pengasutan soft starting, menunjukkan torsi starting sebesar setengah dari torsi nominalnya. Dan berangsur-angsur torsi akan meningkat mendekati 140% torsi ketika putaran mendekati 90% nominalnya (gambar 27).
Dan secara berangsur-angsur torsi motor akan mendekati nominal ketika putaran motor nominal. Pengasutan Soft starting memakai komponen solid state Thyristor yang terpasang antiparalel pada rangkaian belitan stator. Dengan mengatur sudut penyalaan pemicu α, arus dan tegangan starting bisa terkendali.
Pengasutan Motor Slipring
Motor slipring pada terminal box mempunyai sembilan terminal, enam terminal terhubung dengan tiga belitan stator yang masing-masing ujungnya (U1-U2, V1-V2 dan W1-W2). Kemudian tiga terminal (K-L-M) akan terhubung ke belitan rotor melalui slipring.
Terdapat tiga cincing yang disebut slipring yang terhubung dengan sikat arang. Sikat arang ini secara berkala harus diperiksa dan diganti bila perlu karena bisa memendek dikarenakan sudah aus.
Pada saat resistor bernilai maksimum, arus rotor yang mengalir minimum, sekaligus memperbaiki faktor kerja dari motor. Kelebihan pengasutan rotor lilit yaitu didapat torsi starting yang tinggi, dengan arus starting yang akan tetap terkendali. Data teknis motor rotor lilit pada name plate (gambar 30) menjelaskan informasi :
Pengaturan resistor rotor bisa memakai kontaktor elektromagnet (gambar 32) dengan memakai 3 tahap. Kontaktor Q1 menghubungkan stator dengan sumber daya listrik.
1. Saat Q2, Q3, Q4 OFF resistansi rotor maksimum (RA= R1+R2+R3).
2. Ketika Q2 ON resistansi luar RA=R2+R3.
3. Saat Q3 ON resistansi RA=R3 saja.
4. Saat Q4 ON rotor kondisi terhubung singkat RA=0, motor bekerja nominal.
Grafik momen motor rotor lilit (gambar 33) dengan empat tahapan.
● Tahap pertama yang ketika Q1 kondisi ON dan Q2+Q3+Q4 posisi OFF. Maka rangkaian resistansi rotor besarnya yaitu maksimum, besarnya arus starting 1.5 In hingga beberapa waktu ke tahap kedua.
● Tahap kedua saat Q2 kondisi ON dan Q3+Q4 posisi OFF, arus starting 1.5 In menuju In hingga tahap ketiga.
● Tahap ketiga saat Q3 kondisi ON dan Q4 posisi OFF, arus starting kembali ke pada posisi 1.5 In dan.
● Terakhir posisi tahap keempat ketika Q4 ON semua resistor dihubung singkatkan, dan motor slipring bekerja kondisi nominal.
*Pengasutan Slipring termasuk pengasutan dengan menambahkan resistansi pada rangkaian rotornya, hanya dapat dilakukan pada motor 3 phasa jenis rotor lilit. Dengan mengatur besaran resistansi rotor, arus dan torsi starting bisa diatur besarnya.
Motor Dua Kecepatan (Dahlander)
Motor dua kecepatan (Dahlander) dirancang khusus mempunyai dua kelompok belitan yang berbeda. Pada belitan pertama mempunyai delapan pasang kutub ( p=8, kecepatan 370 Rpm) dengan ujung terminal 1U, 1V dan 1W yang dihubungkan dengan sumber listrik tiga phasa L1, L2 dan L3. Pada belitan kedua mempunyai enam pasang kutub (p=6, kecepatan 425 Rpm) dengan ujung belitan 2U, 2V dan 2W (gambar 34).Kemudian untuk penjelasan cara kerja motor dua kecepatan berada pada cara pemasangan belitan statornya. Perhatikan belitan stator yang mempunyai empat kutub atau 2 pasang kutub utara–selatan (p=2, kecepatan 1450 Rpm), belitan stator dihubungkan secara seri.
Aliran arus listrik dari L1 menuju terminal 1U memberikan arus pada coil pertama, secara seri masuk ke coil kedua yang akan menghasilkan dua pasang kutub, terminal 1V terhubung dengan L2 (gambar 35a).
Sedangkan pada stator dengan dua kutub atau satu pasang kutub (p=1, kecepatan 2950 Rpm), belitan stator dihubungkan secara paralel. Aliran arus listrik dari L2 yang menuju terminal 2V memberikan arus pada coil pertama, dan coil kedua secara paralel yang akan menghasilkan satu pasang kutub saja dan terminal 1U dan 1V terhubung dengan L1 (gambar 35b).
Penjelasan ketika (p=2, kecepatan 1450 Rpm) pada bagian belitan motor yang terhubung delta yang mana sumber daya L1 menuju ke terminal 1U, L2 menuju terminal 1V dan L3 yang terhubung ke terminal 1W. Sementara pada ujung terminal 2U, 2V dan 2W tidak akan dibiarkan terbuka (gambar 36).
Perhatikan pada setiap phasa ada dua belitan yang tersambung secara seri yang akan menghasilkan dua pasang kutub. Ketika (p=1, kecepatan 2950 Rpm) pada bagian belitan motor terhubung secara paralel star dimana sumber daya L1 keterminal 2U, L2 menuju terminal 2V dan L3 terhubung ke terminal 2W.
Sementara pada ujung terminal 1U, 1V dan 1W dihubung singkatkan (gambar 37). Perhatikan setiap phasa ada dua belitan yang terhubung star paralel yang akan menghasilkan satu pasang kutub saja.
Prinsip kerja Motor AC Satu Phasa
Motor AC satu phasa ini berbeda cara kerjanya dengan motor AC tiga phasa. Pada motor AC tiga phasa, belitan stator ada tiga belitan yang akan menghasilkan medan putar. Dan pada rotor sangkar akan terjadi induksi dan interaksi torsi yang akan menghasilkan putaran.Pada motor satu phasa mempunyai dua belitan stator, yaitu belitan phasa utama (belitan U1-U2) dan belitan phasa bantu (belitan Z1-Z2) gambar 38.
Grafik arus pada belitan bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama berbeda phasa sebesar ϕ (gambar 39).
Medan magnet utama yang dihasilkan oleh belitan utama juga berbeda phasa sebesar ϕ dengan medan magnet bantu. Belitan bantu Z1-Z2 yang pertama dialiri arus Ibantu dan menghasilkan fluk magnet ϕ yang tegak lurus.
Beberapa waktu kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama Iutama. yang bernilai positif.
Dan hasilnya yaitu medan magnet yang bergeser sebesar 45° dengan arah yang berlawanan jarum jam (gambar 40).
Pada belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator, akan menghasilkan tegangan induksi, interaksi yaitu antara medan magnet rotor dan medan putar stator yang menghasilkan torsi putar pada rotor.
Motor Kapasitor
Konstruksinya yang sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan supply PLN 220 V menjadikan motor kapasitor ini banyak digunakan pada peralatan rumah tangga. Belitan stator yang terdiri atas belitan utama dengan notasi terminal U1-U2, dan belitan bantu dengan notasi terminal Z1-Z2 (gambar 40). Jala-jala L1 terhubung dengan terminal U1, dan pada kawat netral N terhubung dengan terminal U2.
Kondensator kerja berfungsi agar perbedaan sudut phasa pada belitan utama dengan belitan bantu bisa mendekati 90°. Kemudian untuk bisa menghasilkan putaran ke kiri (berlawanan arah jarum jam) kondensator kerja CB dihubungkan ke terminal U1 dan Z2 dan terminal Z1 dikopel dengan terminal U2 (gambar 43a).
Sebuah kondensator starting CA yang dihubungkan secara seri dengan kontak normally close dari sakelar sentrifugal perhatikan (gambar 44).
Pada awalnya belitan utama dan belitan bantu mendapatkan suplai dari jala-jala L1 dan Netral. Dua buah kondensator CB dan CA pada keduanya akan membentuk loop tertutup, kemudian rotor mulai berputar saat putaran mendekati 70% putaran nominalnya sakelar sentrifugal membuka dan kontak normally close akan memutuskan kondensator bantu CA.
Fungsi dari dua kondensator yang disambungkan secara paralel CA+CB yaitu untuk meningkatkan nilai torsi awal untuk mengangkat beban. Setelah putaran motor mencapai 70% putaran, sakelar sentrifugal terputus sehingga hanya kondensator kerja CB saja yang akan tetap bekerja. Apabila kedua kondensator ini rusak maka torsi motor akan menurun drastis (gambar 45).
Motor Shaded Pole
Motor shaded pole atau motor phasa terbelah yaitu termasuk motor satu phasa daya kecil, yang banyak dipakai untuk peralatan rumah tangga sebagai motor penggerak kipas angin, blender. Konstruksinya yang sederhana, pada kedua ujung stator ada dua kawat yang terpasang dan dihubung singkatkan, fungsinya yaitu sebagai pembelah phasa (gambar 46)Belitan stator dibelitkan pada sekeliling inti yang membentuk seperti belitan trafo (transformator). Rotornya yang berbetuk sangkar tupai dan porosnya ditempatkan pada rumah stator dan ditopang oleh dua buah bearing. Irisan penampang motor shaded pole menunjukkan dua bagian, yaitu bagian stator dengan belitan stator dan dua kawat shaded pole.
Pada bagian rotor sangkar ditempatkan di tengah-tengah stator. Torsi putar dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa dari kawat shaded pole (gambar 47).
Konstruksinya yang sederhana, dengan daya yang kecil, handal, bebas perawatan, mudah dioperasikan dan cukup di supply dengan AC 220 V jenis motor shaded pole banyak dipakai untuk peralatan rumah tangga kecil.
Motor Universal
Motor Universal termasuk motor satu phasa yang memakai belitan stator dan belitan rotor.
Motor universal biasanya digunakan pada mesin jahit, motor bor tangan. Untuk perawatan rutin bisa dilakukan dengan mengganti sikat arang yang sudah memendek atau peas sikat arang yang lembek.
Kontruksinya yang sederhana, daya yang kecil, mudah dioperasikan, handal, torsinya yang cukup besar motor universal banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga. Bentuk stator dari motor universal ini terdiri dari dua kutub stator. Belitan rotor mempunyai dua belas alur belitan (gambar 49).
Yang dilengkapi komutator dan sikat arang yang dihubungkan secara seri antara belitan stator dengan belitan rotornya. Motor universal mempunyai kecepatan tinggi yaitu sekitar 3000 rpm. Aplikasi atau penerapan motor universal ada pada mesin jahit. Yaitu untuk mengatur kecepatan dihubungkan dengan resistansi geser dalam bentuk pedal yang ditekan dan dilepaskan.
Motor Tiga Phasa dengan Supply Tegangan Satu Phasa
Pada kondisi darurat masih memungkinkan motor tiga phasa, dapat dioperasikan dengan supply tegangan satu phasa. Terminal motor dihubungkan secara delta, yaitu terminal U1 dikopel W2, V1 dikopel U2, W1 dikopel V2. Dan ditambahkan sebuah kondensator 8µF/400V sebagai penggeser phasa (gambar 50).Untuk menghasilkan putaram ke kanan kondensator 8µF/400V disambungkan terminal U1 dan W1. Sedangkan untuk putaran kekiri kondensator dihubungkan ke terminal V1 dan W1. Daya beban maksimum hanya 70% dari daya nominal name plate.
Rangkuman
- Kecepatan motor bisa diukur dengan menggunakan alat tachometer, pengukuran bisa dilakukan pada poros rotor, dipasaran ada tachometer analog dan tachometer digital.
- Torsi sering disebut juga momen (M) yaitu merupakan perkalian gaya F (Newton) dengan panjang lengan L (meter).
- Motor induksi sering disebut juga motor asinkron yaitu alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi sebuah energi mekanik.
- Motor terdiri dari belitan stator yang diam dan bagian rotor yang bergerak/berputar pada porosnya.
- Susunan pada belitan stator motor induksi dengan dua kutub, mempunyai tiga belitan yang masing-masing berbeda sudut yaitu 120°.
- Bagian rotor yaitu merupakan batang penghantar yang bagian ujung-ujungnya dihubung-singkatkan dan disebut dengan rotor sangkar tupai.
- Kecepatan medan putar stator ini yang sering disebut dengan kecepatan sinkron, rumus yang berlaku:
- Pada konstruksi motor induksi ini tidak ada bagian rotor yang bersentuhan langsung dengan bagian stator, karena pada motor induksi tidak komutator dan sikat arang.
- Bagian motor induksi yang perlu diperiksa rutin yaitu mencakup pelumasan bearing, dan pemeriksaan kekencangan baut-baut kabel pada terminal box yang biasanya kendor.
- Rumus untuk mengitung daya input motor induksi : P = √3 .U . cosϕ (Watt)
- Pada motor induksi ada rugi-rugi tembaga, rugi inti dan rugi sebab gesekan dan hambatan angin.
- Efisiensi motor yaitu perbandingan antara daya output pada poros rotor dan daya input yang ditarik dari daya listrik.
- Besarnya rugi tembaga pada motor induksi ini sebanding dengan I2.R, semakin besar arus beban maka rugi tembaga ini juga akan semakin besar.
- Spesifikasi teknik motor induksi berada pada nameplate, yang mengandung informasi: pabrik pembuat, jenis motor, tegangan nominal, arus nominal, putaran poros, frekuensi, daya motor, kelas isolasi, kelas IP.
- Membalik putaran motor, bisa dilakukan dengan menukarkan posisi terminal yang terhubung dengan supply listrik 3 phasa.
- Umumnya ada empat jenis torsi, yaitu : MA= momen torsi awal, MS=momen torsi pull-up, MK=momen torsi maksimum, dan MB=momen torsi kerja.
- Ada beberapa cara teknik pengasutan, yaitu: (a). Hubungan langsung (Direct On Line = DOL), (b). Resistansi depan Stator (Primary Resistor), (c). Transformator, (d).Start-Delta (e). Pengasutan Soft starting (f) Resistansi Rotor lilit.
- Pengasutan hubungan langsung (DOL) ini akan menarik arus sebesar 5 sampai 6 kali arus nominal, dan menghasilkan torsi starting 1,96 kali torsi nominal.
- Pengasutan resistor stator dengan memasang resistor secara seri dengan belitan stator. Resistor fungsinya yaitu untuk menurunkan tegangan ke stator. Apabila tegangan yang diturunkan 50%, maka arus starting akan turun 50% dan torsi starting akan turun 25%.
- Pengasutan delta-star memakai sakelar delta-star. Ketika hubungan delta arus ke stator 1/√3 dari arus start DOL. Torsi starting 1/3 dari Torsi starting DOL = 0,65.
- Pengasutan Soft starting memakai komponen Solid State Thyristor yang terpasang secara antiparalel pada rangkaian belitan stator. Dengan mengatur sudut penyalaan α, tegangan dan arus starting bisa dikendalikan.
- Pengasutan Slipring ini termasuk pengasutan dengan menambahkan resistansi pada rangkaian rotornya, dan hanya dapat dilakukan pada motor 3 phasa jenis rotor lilit. Dengan mengatur besaran resistansi rotor, arus dan torsi starting bisa diatur besarnya.
- Motor dua kecepatan (Dahlander) yang dirancang khusus mempunyai dua belitan yang berbeda. Pada belitan pertama mempunyai delapan pasang kutub ( p=8, kecepatan 370 Rpm). Dan pada belitan kedua mempunyai enam pasang kutub (p=6, kecepatan 425 Rpm).
- Pada motor satu phasa mempunyai dua belitan stator, yaitu belitan phasa utama (belitan U1-U2) dan belitan phasa bantu (belitan Z1-Z2).
- Rotor motor satu phasa sama dengan rotor motor induksi yang berbentuk batang-batang kawat yang ujung-ujungnya dihubung singkatkan dan bentuknya menyerupai sangkar tupai.
- Motor kapasitor satu phasa, pada belitan utama stator (U1-U2) dan belitan phasa bantu yang dihubungkan secara seri dengan sebuah kapasitor (Z1-Z2).
- Motor shaded pole atau motor phasa yang terbelah, belitan utama pada stator dan ada belitan pembelah phasa pada kedua ujung yang dekat rotor.
- Motor Universal disini termasuk motor satu phasa dengan memakai belitan stator mempunyai komutator dan sikat arang yang dihubungkan seri dengan belitan rotor.
- Motor tiga phasa, dapat dioperasikan dengan supply tegangan satu phasa, dengan yaitu menambahkan kapasitor.