MAKALAH MEKATRONIKA MOTOR INDUKSI 1 FASA
Disusun Oleh:
Dana Khoiril Huda
3.31.12.0.04
Dwi Prakoso
3.31.12.0.05
Faizal Hermawan
3.31.12.0.06
PROGRAM STUDI D-III TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2014
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Sejak revolusi industri yang ada di inggris pada abad 19, perkembangan industri semakin meningkat. Semakin banyaknya jumlah manusia, semakin meningkatkan jumlah permintaan barang dan jasa. Dahulu, segala macam barang diproduksi dengan menggunakan manual. Namun, pada jaman sekarang tenaga manusia sudah tergantikan dengan adanya mesin. Jenis mesin yang paling banyakdigunakan dalam industri adalah motor listrik. Selain lebih hemat dalam biaya produksi, motor listrik juga lebih fleksibel dalam berbagai macam penggunaan. Secara umum, motor listrik dibagi menjadi 2. Motor AC dan Motor DC. Perbedaan yang paling mendasar diantara keduanya adalah dari sumber arus yang digunakan dan prinsip kerjanya. Dalam makalah ini akan menjelaskan mengenai motor induksi AC 1 phasa. 1.2. Rumusan Masalah
a. Bagaimana prinsip kerja motor AC 1 Phasa? b. Bagaimana Karakteristik Arus beban motor AC 1 Phasa terhadap
Tegangan
Frekuensi
Torsi
Kecepatan
c. Bagaimana cara menangani motor AC 1 Phasa jika terjadi suatu trouble shoting ? d. Bagaimana cara pemeliharaan pada motor AC 1 Phasa? e. Apa saja bentuk pengaplikasian motor AC 1 Phasa? f.
Bagaimana starting motor dan pengaman motor AC 1 Phasa?
1.3. Tujuan
Tujuan dari penulisan ini agar mahasiswa dapat mengetahui beberapa hal mengenai Motor AC 1 Phasa seperti prinsip kerja,karakteristik arus beban motor AC 1 Phasa,penanganan dan pemeliharaan motor DC shunt serta beberapa aplikasi motor AC 1 Phasa.
BAB II PEMBAHASAN 2.1. Pengertian motor DC shunt
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. 2.2. Prinsip kerja motor induksi 1 fasa
Teori Medan Putar Silang Prinsip kerja motor induksi satu fasa dapat dijelaskan dengan menggunakan teori medan putar silang (cross-field theory). Jika motor induksi satu fasa diberikan tegangan bolak-balik satu fasa maka arus bolak-balik akan mengalir pada kumparan stator. Arus pada kumparan stator ini menghasilkan medan magnet seperti yang di tunjukkan oleh garis putus-putus pada Gambar 2.2.
Arus stator yang mengalir setengah periode pertama akan membentuk kutub utara di A dan kutub selatan di C pada permukaan stator. Pada setengah periode berikutnya, arah kutubkutub 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). 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 90o dari medan stator, maka disebut sebagai medan silang ( cross-field ). Nilai maksimum dari medan ini seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.5, terjadi pada saat seperempat periode setelah gaya gerak listrik rotor yang dibangkitkan adalah telah mencapai nilai maksimumnya. Karena arus rotor yang mengalir disebabkan oleh suatu gaya gerak listrik bolak-balik maka medan magnet yang dihasilkan oleh arus ini adalah juga bolak-balik dan aksi ini terjadi sepanjang sumbu DB (lihat Gambar 2.5).
Karena medan silang beraksi pada sudut 90o terhadap medan magnet stator dengan sudut fasa yang juga tertinggal 90o terhadap medan stator, kedua medan bersatu untuk membentuk sebuah medan putar resultan yang berputar dengan kecepatan sinkron yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.
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 . Komponen fluksnya A dan B mempunyai nilai yang sama yaitu /2, berputar dengan arah yang berlawanan dan searah jarum jam, seperti ditunjukkan anak panah. M φmφ
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 :
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 x /2 = -, 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 = 0o sampai θ = 360o, maka akan didapat suatu kurva seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8. mφmφ
Pada saat rotor berputar sesuai dengan arah momen putar medan maju dengan kecepatan tertentu, maka besar slip terhadap momen putar medan maju (sf) yang terjadi adalah :
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.
Motor induksi 1 fasa terbagi atas: 1. Motor split phase Motor ini terdiri dari kumparan utama dan kumparan bantu yang berbeda sekitar 90 derajat listrik dengan tahanan dan reaktansi yang berlainan sehingga arus yang mengalir tidak sefasa. Perbedaan arus kumparan utama dan kumparan bantu akan menyebabkan terjadinya perbedaan fluks medan utama dan fluks medan bantu pada stator, akibatnya akan menghasilkan medan putar yang menimbulkan kopel mula pada motor. Dengan adanya kopel mula ini, maka motor akan berputar. Saklar (S) dilepaskan dengan gaya sentrifugal pada 75 % putaran normal. Kopel start dari motor split fasa 150% dari kopel beban penuh (Ist = 1,5 If) 2. Motor capasitor Secara garis besar , motor kapasitor dapat dibedakan atas tiga bagian 1. Motor kapasitor start Pada umumnya, prinsip motor ini sama dengan prinsip kerja motor split fasa. Kapasitor dipakai untuk membuat beda fasa antara arus kumparan utama dan kumparan bantu, disamping itu juga berfungsi untuk memperbaiki kopel dengan mengurangi arus mula (arus start). Beda fasa kumparan utama dan kumparan bantu sebesar 90 derajat listrik. Kopel mula yang dihasilkan jauh lebih besar, 250% ‐ 450% dari kopel beban penuh.
2. Motor kapasitor permanen Prinsipnya sama dengan motor kapasitor start. Bedanya, motor ini tidak mempunyai saklar sentrifugal.
Kapasitornya terhubung seri dengan kumparan bantu dan bekerja secara parallel pada kumparan utama. Kopel mula dari motor kapasitor permanen relative rendah kira‐kira 50% ‐ 100 % dari kopel beban penuh. 3.Motor kapasitor ganda Motor ini disebut juga dengan motor kapasitor start/running. Motor ini merupakan jenis motor split fasa yang dilengkapi dengan dua nilai kapasitor, yaitu kapasitor start dan kapasitor running. Kedua kapasitor berbeda satu sama lain, baik nilai ataupun jenisnya. Kapasitor s tart menggunakan type elektrolit sedangkan running dipakai type oil (minyak). Motor kapasitor ganda mempunyai factor kerja dan efisiensi motor yang baik serta memberikan kopel mula berkisar 100% ‐ 125% dari kopel beban penuh. 3. Motor shaded pole Stator motor shaded pole berbentuk sepatu kutub (salient). Kumparan stator hannya terdiri dari kumparan utama. Untuk membentuk medan putar dipasang shaded coil yang merupakan suatu rangkaian tertutup pada sepatu kutub tersebut. Prinsip kerja dari motor ini adalah sebagai berikut; a. Saat kumparan ststor mendapat arus sumber maka pada kumparan dibangkitkan medan elektromagnetik (øs) yang mengalir di dalam inti. b. øs juga mengalir pada inti yang memotong cincin tembaga yang membangkitkan tegangan induksi, arus, dan medan elektromagnetik cincin (øc) c. dengan demikian terjadi perpindahan øs ‐‐‐‐> øc, øc‐‐‐‐‐> øs dan seterusnya. Hal ini identik dengan terbentuknya medan putar. d. Arah gerakan øs selalu pada posisi shading coil sekaligus juga arah putaran rotor.
2.3. Karakteristik Arus beban motor AC 1 Fasa.
Cara menghitung kecepatan sinkron motor adalah dengan mengalikan nilai frekuensi dengan 120 lalu dibagi dengan jumlah pole/kutub.
Contoh : Hitung kecepatan putar motor 4 poles/kutup jika motor dioperasikan dengan frekuensi 50 hz. ns = (120. F)/ P = (120 . 50)/ 4 = 1500 rpm
Untuk menghitung arus motor dengan menggunakan rumus :
Contoh : Hitung besarnya arus(ampere) motor dengan daya 1 kw dan tegangan 220V dengan faktor daya 0,88. I = P / V. Cos φ.....P = 1 kw = 1000 watt I = 1000/(220 . 0,88) = 5 Ampere Grafik Torsi dengan kecepatan motor induksi
Gambar diatas menunjukan grafik torsi vs kecepatan motor induksi AC dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003): • Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torsi yang rendah (“pullup torque”). • Mencapai 80% kecepatan penuh, torsi berada pada tingkat tertinggi (“pull-out torque”) dan
arus mulai turun. • Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torsi dan sta tor turun ke nol.
Dari data diatas menunjukkan bahwa motor induksi AC berada dalam kerja optimum saat disetting 80% dari kecepatan maksimumnya. 2.4. Trouble Shooting dan Pemeliharaan Motor AC 1 Fasa
Masalah yang timbul dalam motor listrik biasanya tidak dapat diduga datangnya, maka dari itu perawatan pada motor listrik harus rutin dilakukan agar tidak terjadi hal-hal yang tidak di inginkan terjadi. Berikut ini adalah masalah-masalah yang sering dijumpai dalam motor AC 1 fasa dan cara perawatanya antara lain adalah : 1. Motor tidak dapat distart.
Kemungkinan penyebabnya adalah Sumber AC
(stopkontak) tidak ada arus, kabel penghubung putus, lilitan kumparan utama putus. Untuk mengatasinya perlu dicek masing-masing bagian untuk memastikan motor dapat beroperasi dengan normal. 2. Motor dapat distart tapi tidak mau memutar. Kemungkinan Penyebabnya adalah bantalan as rotor longgar akibat aus, cincin bayangan (shaded coilnya) putus, poros rotornya bengkok. Untuk mengatasinya perlu dicek masing-masing bagian untuk memastikan motor dapat beroperasi dengan normal. 3. Selain itu,Trouble shooting yang sering terjadi pada motor induksi 1 fasa biasanya:
Kerusakaan pada bearing ( laker)
Beban lebih ( over load )
Kapasitor yang sudah tidak layak
Open circuit
Short circuit
Pemeliharaan pada motor induksi 1 fasa :
Putar as pada rotor jika tersendat maka bearing perlu diganti. Cek kapasitor dengan menggunangan multitester.
Apabila kumparan pada stator terbakar hal yang dilakukan yaitu me rewinding.
2.5. Aplikasi Motor AC 1 Fasa Motor AC 1 Fasa sangat cocok untuk berbagai macam aplikasi dalam peralatan rumah tangga karena memiliki konstruksi yang sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220 V.
1. Pompa air 2. Mesin Cuci 3. Motor Air Conditioner (AC) 4. Kipas angin 5. Dll...
2.6. Starting (pengoperasian) dan Pengaman Motor Induksi satu fasa.
Motor induksi satu fasa biasanya dipakai pada rumah tangga atau industri kecil.Dan dapat diketahui bahwa daya untuk motor induksi 1 fasa,bernilai kurang dari 5 HP. 2.6.1. Starting / Pengoperasian Motor induksi 1 fasa
Dikarenakan daya input dari motor induksi 1 fasa bernilai kurang dari 5 HP,maka untuk starting motor induksi satu fasa digunakan pengasutan DOL(Direct On Line). 2.6.2. Pengaman Motor Induksi 1 fasa
Untuk pengaman dari motor induksi 1 fasa,tidak menggunakan TOLR.Untuk pengaman motor Induksi 1 fasa hanya digunakan MCB.
BAB II PENUTUP
I.
Kesimpulan
Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa: 1. Motor induksi 1 phasa membutuhkan gerak bantu pada saat starting untuk dapat berputar 2. Daya input pada motor induksi satu fasa kurang dari 4 kW sehingga hanya membutuhkan pengasutan DOL 3. Pengaman yang dibutuhkan pada motor induksi 1 fasa adalah MCB 4. Biasanya,motor induksi 1 fasa digunakan dalam peralatan rumah tangga,seperti kipas,pompa,dan sebagainya
II.
Saran
Dari ulasan di atas,penulis dapat memberi saran: 1. Sebaiknya,periksalah kapasitor motor secara berkala 2. Untuk penggunaan motor induksi 1 fasa sebaiknya jangan dinyalakan berkali kali guna menghemat listrik. III.
Pertanyaan
1. Taufiq Ramadhan Mengapa jika motor mendapat arus sebesar 80 % maka motor mencapai torsi tertinggi,sedangkan jika mendapat arus sebesar 100% torsinya malah nol? 2. Agam Ulung Danu P
Dalam motor induksi 1 fasa yaitu motor kapasitor menggunakan saklar sentrifugal.Apa fungsi dari saklar sentrifugal? 3. Yayan Hisyam Nur W
Menurut penjelasan di atas,motor induksi 1 fasa hanya bisa diasut memakai DOL,basakah memakai pengasutan yang lain? 4. Fera Hartoyo
Jika saya memiliki kipas angin,pada saat diberi sumber,kipas tersebut hanya bergetar saja,namun bila diberi gerakan mula,kipas angin tersebut dapat berputar.Namun pada suatu saat ketika sudah diberi tegangan dan dibantu gerak mula tetap tidak dapat berputar.Permasalahan apa yang saya hadapi dan apa solusinya? IV.
Jawaban soal 1. Semua alat mempunyai titik kerja optimum, begitu juga motor induksi 1 fasa
mempunyai titik kerja optimum pada kecepatan 80% pada kecepatan maksimum. Semakin tinggi kecepatan motor, torsi akan semakin kecil. Pada saat kecepatan motor mencapai 80% dari kecepatan maksimum, maka torsi akan menurun tajam hingga mencapai nilai nol. 2. Fungsi dari saklar sentrifugal adalah memutus hubungan antara kapasitor
dengan kumparan bantu.Saat starting kapasitor berfungsi memberi gerakan mula,saat sudah running capasitor akan diputus dari rangkaian memakai saklar sentrifugal. 3. Karena motor induksi 1 fasa ini hanya menggunakan 1 fasa,maka pengasutan yang dipakai adalah DOL dan tidak dapat memakai pengasutan yang lain.
4. Kemungkinan besar kapasitornya yang rusak, karena sebagaimana fungsi dari kapasitor pada motor induksi satu fasa sendiri untuk membantu saat starting awal. Kita dapat mengecek keadaan baik dan buruknya kapasitor dengan menghubungkan kapasittor dengan multimeter (ohm meter), apabila saat di cek jarum bergerak ke arah kanan dan langsung kembali kekiri maka kapasitor itu dalam kondisi baik. Dan solusi apabila kapasitor yang rusak, maka diharuskan mengganti dengan kapasitor yang baru dengan ukuran yang sama.
DAFTAR PUSTAKA
George Mc Pherson, An Introduction to Electrical Machines and Transformers, John Wiley & Sons, New York, 1981 Benyamin Stein cs, Mechanical and Electrical Equipment for Buildings, 7th Edition Volume II, John Wiley & Sons, Canada, 1986 A.R. van C. Warrington, Protective Relays, 3rd Edition, Chapman and Hall, 1977 Rosenberg, Robert, Electric Motor Repair, Holt-Saunders International Edition, New York, 1970.