1 Pengertian Motor 3 Fasa
Motor induksi atau disebut dengan motor asinkron, pada prinsipnya adalah jenis motor listrik AC yang bekerja berdasarkan induksi pada medan magnet yang berada di antara rotor dan stator. 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. Berikut ini merupakan bagan klasifikasi dari motor listrik :
Gambar 1 Klasifikasi Motor Listrik
(Sumber : elektronika-dasar.web.id)
Dikatakan sebagai motor induksi karena motor baru bisa bekerja bila konduktor rotor terinduksi oleh medan putar magnet pada stator. Dikatakan motor asinkron karena motor ini bekerja berdasarkan adanya perbedaan antara putaran medan stator (Ns) dan putaran rotor (Nr). Motor dikatakan mengalami slip karena pada motor asinkron 3 phase Ns > Nr, slip sendiri adalah besarnya perbedaan antara Ns dan Nr. Motor induksi / motor asinkron 3 phase di-supply dengan tegangan 3 fase ( R, S, T).
2 Bagian – Bagian Motor 3 Fasa
Konstruksi motor asinkron 3 fasa terdiri atas dua bagian yaitu bagian rotor dan bagian stator. Stator adalah bagian motor yang diam, sedangkan rotor adalah bagian motor yang bergerak atau berputar.
Gambar 2 Konstruksi Motor Asinkron 3 Fasa
(Sumber : www.etcs.ipfw.edu)
1 Stator
Stator adalah bagian dari mesin yang tidak berputar dan biasanya terletak mengelilingi rotor. Dibuat dari besi bundar berlaminasi dan mempunyai alur – alur sebagai tempat meletakkan kumparan. Stator bisa berupa gulungan kawat tembaga yang berinteraksi dengan jangkar dan membentuk medan magnet untuk mengatur perputaran rotor. Stator inilah yang dihubungkan langsung ke sumber tegangan 3 fase.
Gambar 3 Stator pada motor asinkron 3 fasa
(Sumber : www.electricaledition.com, grabcad.com)
2 Rotor
Rotor adalah bagian dari motor listrik yang berputar pada sumbu rotor. Bagian ini terdiri dari inti rotor, kumparan rotor dan alur rotor. Perputaran rotor di sebabkan karena adanya medan magnet dan lilitan kawat email pada rotor. Sedangkan torsi dari perputaran rotor di tentukan oleh banyaknya lilitan kawat dan juga diameternya. Rotor pada motor AC dibagi menjadi 2, yaitu :
1 Rotor Belit
Rotor belit 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 brush / slip ring 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, brush yang berhubungan dengan slip ring mengalami short circuit.
Gambar 4 Rotor Belit
(Sumber : circuitglobe.com)
2 Rotor Sangkar
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 dihubungkan singkat oleh cincin penghubung, sehingga berbentuk sangkar burung.
Karena batang penghantar rotor yang telah dihubung singkat (short curcuit), 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 5 Bagian-Bagian Rotor Sangkar
(Sumber : slideplayer.com)
3 Perbandingan Motor Listrik
3.1 Perbandingan Motor Listrik (AC dan DC)
Motor Listrik AC
Motor Listrik DC
Sumber arus AC (bolak balik).
Putaran motor asinkron.
Digunakan untuk peralatan yang memerlukan torsi rendah.
Tidak memiliki komutator.
Perawatan lebih mudah.
Harga motor AC lebih murah.
Sumber arus DC (Searah).
Putaran motor sinkron.
Digunakan untuk peralatan yang memerlukan torsi tinggi.
Memiliki komutator yang berfungsi sebagai jembatan arus antara supply dan rotor.
Perawatan lebih susah.
Harga motor DC lebih mahal.
3.2 Perbandingan Motor Listrik Sinkron dan Asinkron
Motor Listrik Sinkron
Motor Listrik Asinkron
Sumber tegangan 3 fasa
Kecepatan motor secara teori sesuai dengan persamaan ns = 120 f/p
Diperlukan karbon brush penghubung antara belitan rotor dan terminal box
Rotor motor dibagi menjadi salient pole dan non-salient pole
Digunakan untuk peralatan yang memerlukan kecepatan konstan pada beban yang berubah
Perubahan tegangan input tidak mempengaruhi torsi
Perawatan susah
Sumber tegangan 1 fasa dan 3 fasa
Kecepatan motor tergantung beban
Tidak diperlukan karbon brush penghubung antara belitan rotor dan terminal box
Rotor motor dibagi menjadi rotor sangkar dan rotor belitan
Digunakan untuk peralatan yang tidak memerlukan kecepatan yang konstan
Perubahan tegangan input mempengaruhi torsi
Perawatan mudah
3.3 Perbandingan motor listrik 1 fasa dengan 3 fasa
Motor 1 Phase
Motor 3 Phase
Sumber arus bolak balik 1 fasa
Menggunakan 2 kabel
Starting motor menggunakan sistem lain
Daya yang dihasilkan kecil
Umumnya digunakan untuk keperluan rumah tangga
Memerlukan kapasitor untuk starting motor
Putaran motor cenderung lebih halus
Bisa digunakan pada peralatan 3 fasa
Sumber arus bolak balik 3 fasa
Menggunakan 3 kabel
Starting motor tidak menggunakan sistem lain
Daya yang dihasilkan besar
Umumnya digunakan untuk industri dan perhotelan
Tidak memerlukan kapasitor untuk starting motor
Putaran motor tidak sehalus motor 1 fasa
Tidak bisa digunakan pada peralatan 1 fasa
3.4 Kelebihan dan Kekurangan Motor Asinkron 3 Phase
Kelebihan
Kekurangan
Tidak memerlukan kapasitor untuk starting motor.
Harga lebih murah.
Untuk rotor sangkar, konstruksi lebih kuat dan tahan lama.
Perawatan minim.
Kemampuan kontrol kecepatan kurang.
Arus start tinggi.
putaran kurang halus.
Terjadi slip.
Pada beban rendah, power factor menjadi sangat rendah.
4 Prinsip Kerja Motor 3 Fasa
Motor asinkron 3 phase biasa juga disebut dengan motor induksi 3 phase, berfungsi mengubah energi listrik 3 phase menjadi sebuah energi mekanik. Ada beberapa prinsip kerja motor asinkron antara lain:
Apabila sumber tegangan tiga fase dipasang pada kumparan stator, maka akan timbul medan putar dengan kecepatan ns = 120 f/p.
Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor, akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi (ggl).
Karena kumparan rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka ggl (E) akan menghasilkan arus ( I ).
Adanya arus ( I ) di dalam medan magnet menimbulkan gaya ( F ) pada rotor.
Bila torsi mula yang dihasilkan oleh gaya ( F ) pada rotor yang cukup besar untuk mengikuti torsi beban, maka rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.
Seperti dijelaskan pada no. 2 bahwa tegangan induksi timbul karena terpotongnya batang konduktor rotor oleh medan putar stator. Maksudnya agar tegangan terinduksi diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan berputar rotor (nr).
Perbedaan kecepatan antara ns dan nr disebut dengan slip (S). Dapat dinyatakan dengan persamaan :
S = ( ns – nr ) / ns x 100%
Bila nr = ns, maka tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada kumparan jangkar rotor. Dengan demikian tidak dihasilkan torsi. Torsi motor akan ditimbulkan apabila nr lebih kecil dari ns.
Dilihat dari cara kerjanya, motor asinkron disebut juga dengan motor induksi.
Mengenai prinsip rotor bisa berputar karena adanya induksi dari stator diperjelas melalui skema berikut :
Ketika waktu t1, kabel dari R bernilai negatif begitu juga R' merupakan kebalikannya yaitu bernilai positif. Begitu juga dengan kabel S dan T.(lihat gambar) ( nilai positif dan negatif dilihat dari grafik sinus cosinus kabel R S T )
Ketika waktu t2, kabel R bernilai negatif dan seterusnya (lihat gambar)
Ketika waktu t3, kabel R bernilai negatif dan seterusnya (lihat gambar)
Kita bisa lihat dari t1 hingga t3 medan kutub berputar kearah kanan ( searah jarum jam )
Inilah prinsip dasar rotor pada motor 3 fase bisa berputar karena adanya induksi dari stator yang diberi sumber tegangan 3 fase ( kabel R S dan T )
5 Pengaturan Putaran Motor
5.1 Pengaruh Kecepatan Putaran Motor
Pengaturan kecepatan putaran motor dapat dihitung dengan rumus :
Ns=120fP
Keterangan : Ns = Kecepatan Putar
f = Frekuensi Sumber
P = Jumlah Kutub motor
Dari persamaan di atas, maka jika kita ingin merubah-rubah nilai Ns, dapat dilakukan dengan mengubah nilai frekuensi dari sumber (f) atau mengubah jumlah kutub motor (p). Semakin besar frekuensi maka semakin besar pula kecepatan putaran motor (Ns) yang kita dapatkan, begitu juga sebaliknya. Sedangkan semakin banyak jumlah kutub, maka semakin kecil pula kecepatan motor yang dihasilkan, dan berlaku juga sebaliknya.
a. Pengaruh Frekuensi Terhadap Kecepatan Putaran Motor
Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa semakin besar frekuensi maka semakin besar pula kecepatan motor yang dihasilkan. Untuk lebih jelasnya mengapa hal ini bisa terjadi perhatikan skema dibawah ini :
Contoh perbandingan kecepatan motor dengan frekuensi 1 Hz dan 2 Hz pada waktu t1 dan t2
Dari skema diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa untuk frekuensi 2 Hz , putaran motor lebih cepat dari pada untuk frekuensi 1 Hz dalam waktu t1 dan t
b. Pengaruh Kutub Terhadap Kecepatan Putaran Motor
Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa semakin besar jumlah kutub maka semakin kecil pula kecepatan motor yang dihasilkan. Untuk lebih jelasnya mengapa hal ini bisa terjadi perhatikan skema dibawah ini :
Putaran dengan 2 kutub
Putaran dengan 4 kutub
Berdasarkan skema diatas dapat ditarik kesimpulan ,jika menggunakan 2 kutub maka putaran motor akan lebih cepat ( 2 kali ) daripada menggunakan 4 kutub.
5.2 Membalik Putaran Motor
Untuk membalikkan putaran pada motor asinkron bisa dengan cara menukar 2 sumber fasa yang berbeda, pemindahan tersebut akan menyebabkan putaran yang berbeda yaitu searah jarum jam dan berlawanan jarum jam. Maksudnya adalah, misalnya urutan phase yang masuk adalah R-S-T, untuk merubah arah putarannya phase masukan diubah menjadi T-S-R atau S-R-T atau R-T-S. Perhatikan gambar dibawah ini :
Gambar 6 Perubahan Rangkaian 3 Phase pada Motor
(Sumber : www.myodesie.com)
Pada gambar di atas, jika fase yang masuk ke motor sesuai dengan fasenya, maka motor akan berputar searah jarum jam (Clockwise) akan tetapi jika fase yang bekerja dengan urutan 2 phase terbalik masuk ke motor, maka perubahan urutan phase ini akan menyebabkan perubahan arah putaran motor dari Clockwise menjadi Counter Clockwise (Berlawanan arah jarum jam). Jadi dengan merubah urutan phase yang masuk ke motor maka arah putaran motor dapat diubah.
Putaran searah jarum jam
Putaran berlawanan jarum jam
6 Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan elektron selama waktu yang tidak tertentu. Pada Kapasitor terjadi perubahan kimia pada bahan kapasitor, besarnya kapasitansi dari sebuah kapasitor dinyatakan dalam farad. Pengertian lain Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan dan melepaskan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas, elektrolit dan lain-lain.
Gambar 7 Kapasitor
(Sumber : www.ascapacitor.com)
Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebuat dengan kapasitansi.
7 Aplikasi
Berikut aplikasi motor asinkron 3 phase di darat dan di laut :
6.1 Aplikasi di Darat
No.
Nama
Penjelasan
1
Traction Motor pada Kereta Listrik
Kereta listrik menggunakan motor 3 asinkron phase sebagai prime mover-nya, dikarenakan motor jenis ini awet dan kuat. Variasi kecepatan pada kereta menggunakan gearbox.
Motor yang digunakan memiliki daya 850 kW, tegangan 2180 V, arus 270/310 A, dan bobot 1 ton. Lokomotif yang menggunakan motor ini bertipe WAG-9 dari India dengan berat 123 ton.
Gambar 8 Lokomotif WAG-9 dan Traction Motor
(Sumber : traintrackers.com, www.railproductsinternational.com)
2
Motor untuk Blower
Blower berfungsi sebagai pedingin, sistem exhaust, dan alat ventilasi udara. Motor 3 phase umumnya digunakan sebagai penggerak shaft pada blower.
Gambar 9 Blower YWDF4D600 dan Spesifikasinya
(Sumber : weimash.en.alibaba.com)
3
Motor pada Crane
Crane merupakan alat untuk memindah (vertikal maupun horizontal) benda yang umumnya berat. Alat penggerak utama pada crane umumnya menggunakan motor AC asinkron 3 phase, karena ekonomis, konstruksinya kuat, dan cocok untuk tegangan tinggi.
Gambar 10 Motor untuk Crane dan Spesifikasinya
(Sumber : www.kirloskar-electric.com)
4
Pompa Sumur
Pompa sumur digunakan untuk memberi tekanan pada fluida cair, khususnya air untuk disalurkan. Motor asinkron 3 fase digunakan karena ekonomis, konstruksinya kuat, serta pompa tidak membutuhkan variasi kecepatan/putaran.
Gambar 11 Pompa Sumur Dangkal Shimizu PL 138 BIT dan Spesifikasinya
(Sumber : tokopompaonline.com)
5
Motor untuk Bor
Bor digunakan untuk membuat lubang pada benda dengan diamter tertentu. Motor asinkron 3 fase digunakan karena ekonomis, konstruksinya kuat, serta bor tidak membutuhkan variasi kecepatan/putaran.
Gambar 12 Bor Woodpecker 3-16mm Pedestal Drill dan Spesifikasinya
(Sumber : www.technologysupplies.co.uk)
6.2 Aplikasi di Laut
No.
Nama
Penjelasan
1
Motor pada Blower
Blower adalah alat yang digunakan untuk mensirkulasikan atau menaikkan tekanan udara. Motor asikron 3 fasa memutar poros baling baling pada blower, sehingga blower dapat berfungsi.
Blower untuk kapal tanker 6500 DWT, Lpp 120 m, Lebar 20 m, Sarat 8 m, Cb 0.8, dan kecepatan dinas 12 knot.
Gambar 13 Spesifikasi Motor pada Blower
(Sumber : Puspitasari, 2009)
2
Pompa Air Laut
Pompa air laut pada kapal berfungsi untuk menghisap air laut dari luar kapal, yang nantinya air laut tersebut dapat digunakan untuk berbagai hal, misalnya untuk air pendingin dan ballast. Motor 3 fasa akan memutar poros impeller pada pompa.
Pompa untuk kapal tanker 6500 DWT, Lpp 120 m, Lebar 20 m, Sarat 8 m, Cb 0.8, dan kecepatan dinas 12 knot.
Gambar 14 Spesifikasi motor pompa air laut
(Sumber : Puspitasari, 2009)
3
Kompresor
Kompresor berfungsi untuk meningkatkan tekanan fluida gas. Tujuan meningkatkan tekanan adalah untuk mengalirkan fluida gas untuk proses tertentu.
Kompresor untuk kapal tanker 6500 DWT, Lpp 120 m, Lebar 20 m, Sarat 8 m, Cb 0.8, dan kecepatan dinas 12 knot.
Gambar 15 Spesifikasi kompresor
(Sumber : Puspitasari, 2009)
4
Windlass
Windlass berfungsi untuk menurunkan dan menaikkan jangkar kapal. Putaran dari motor 3 phase digunakan untuk memutar poros windlass.
Windlass yang digunakan bertenaga 15 kW untuk kapal dengan Lpp 99.35 m, Lebar 18.42 m, Sarat 7.32 m, dan kecepatan dinas 13 knot.
5
Bow Thruster
Bow thruster adalah suatu alat pendorong yang dipasang pada sisi samping haluan kapal tertentu untuk membantu maneuver kapal. Oleh karena daya yang dibutuhkan besar maka menggunakan motor 3 phase.
Thruster untuk kapal dengan panjang total 34 m, Lpp 31.15 m, Lebar 9 m, dan Sarat 8 m.
Gambar 16 Spesifikasi bow thtuster
(Sumber : Irwanto, 2010)
DAFTAR PUSTAKA
Admin, http://belajarelektronika.net/pengertian-motor-listrik-3-fasa/ 2016
Admin, http://elektronika-dasar.web.id/definisi-kapasitor/ 2015
Irwanto. 2010. Analisa Kebutuhan Daya Listrik untuk Penambahan Bow Thruster akibat Perubahan Fungsi Kapal Dari Tug Boat menjadi Supply Vessel. http://digilib.its.ac.id/public/ITS- Undergraduate-14424-4208100513-Presentation.pdf. 16 Maret 2016 (01.35)
http://www.electrotechnik.net/2015/06/what-are-advantages-and-disadvantages.html
Puspitasari, P. 2009. Analisa Supply Aliran Udara terhadap Variabel Suhu, Tekanan dan Kecepatan Udara pada Kamar Mesin Kapal Tanker 6500 DWT menggunakan Comutational Fluid Dynamics. http://digilib.its.ac.id/public/ITS-paper-27600-2409106002-paper-puspa.pdf. 16 Maret 2016 (01.20)
https://www.myodesie.com/wiki/index/returnEntry/id/3025
