1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Motor arus bolak-balik (motor AC) adalah suatu mesin yang berfungsi untuk mengubah energi listrik arus bolak-balik menjadi energi gerak atau energi mekanik berupa putaran rotor . Motor Induksi merupakan motor arus bolak-balik (AC) yang paling luas penggunaannya. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa tegangan dan arus motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu tetapi merupakan tegangan dan arus arus yang yang terindu terinduksi ksi sebagai sebagai akibat akibat adany adanyaa perbed perbedaan aan relati relatiff antara antara putaran putaran rotor dengan medan putar stator putar stator . Motor induksi banyak diaplikasikan dalam bidang industri dan komersial. al ini didukung karena motor induksi mempunyai konstruksi yang kuat kuat dan tahan tahan lama lama sehing sehingga ga pemelih pemeliharaa araanny nnyaa !ukup !ukup mudah mudah.. "isisi "isisi lain lain motor motor induksi juga merupakan beban yang bersifat induktif dan mempunyai kelemahan dari segi karakteristik karakteristik kerja motor baik pada saat starting saat starting maupun maupun running . #ilai efisiensi$ power faktor$ dan arus start pada motor ini berubah-ubah sesuai dengan kondisi pembebanan yang diberikan. %leh karena itu akan dilakukan suatu analisa mengenai pemasangan kapasitor pada motor induksi dimana diharapkan dapat memperbaiki power faktor dan menurunkan konsumsi arus running motor. &alah &ala h satu jenis motor arus bolak-balik adalah motor sinkron'serempak tiga phasa. "ikatakan motor sinkron tiga tiga phasa phasa karen karenaa moto motorr ini ini bero berope peras rasii pada pada sumb sumber er tega tegang ngan an tiga tiga phasa phasa.. "an "an dikatakan motor sinkron karena putaran medan stator medan stator (medan (medan putar) dan putaran rotor serempak'sinkron. Motor sinkron pada pengoperasiannya tidak dapat melakukan start awal ( self self starting )$ )$ oleh karena itu motor sinkron tiga phasa membutuhkan penggerak mula ( prime prime mover ) untuk memutar medan pada stator sampai pada ke!epatan putar medan edan puta putarr stator . Pada Pada motor motor sinkro sinkron$ n$ peruba perubahan han beban beban tidak tidak mempen mempengar garuhi uhi ke!epatan putar motor karena ketika motor masih bekerja maka rotor akan selalu terikat atau terkopel se!ara magnetis dengan medan putar dan dipaksa untuk berputar dengan ke!epatan sinkronnya. arena demikian$ motor sinkron biasanya digunakan pada sistem operasi yang membutuhkan ke!epatan konstan dengan beban yang berubah-ubah. Contohnya Contohnya Rolling Mills$ Mills$ Mesin Penghan!ur (Crusher ( Crusher )$ Pulp )$ Pulp Grinders, Reciprocating Pump dan Pump dan lain-lain. "engan demikian kita perlu mempelajari konsep 1
2
dari motor sinkron$ dimana dimana motor motor sinkron sinkron ini dapat menjadi suatu pilihan yang tepat untuk sistem operasi yang membutuhkan ke!epatan yang konstan dengan beban yang berubah-ubah *+.
1.2 Maksud Dan Tujuan
*. Mahasiswa Mahasiswa dapat dapat mempelajari mempelajari prinsip prinsip kerja kerja motor motor sinkron sinkron ,. Mahasiswa Mahasiswa dapat dapat mengetahui mengetahui karakteristik karakteristik motor motor sinkron sinkron . Mahasiswa Mahasiswa dapat mengeta mengetahui hui kompone komponen-kom n-komponen ponen yang yang terdapat terdapat dalam motor motor AC AC
BAB II 2
2
dari motor sinkron$ dimana dimana motor motor sinkron sinkron ini dapat menjadi suatu pilihan yang tepat untuk sistem operasi yang membutuhkan ke!epatan yang konstan dengan beban yang berubah-ubah *+.
1.2 Maksud Dan Tujuan
*. Mahasiswa Mahasiswa dapat dapat mempelajari mempelajari prinsip prinsip kerja kerja motor motor sinkron sinkron ,. Mahasiswa Mahasiswa dapat dapat mengetahui mengetahui karakteristik karakteristik motor motor sinkron sinkron . Mahasiswa Mahasiswa dapat mengeta mengetahui hui kompone komponen-kom n-komponen ponen yang yang terdapat terdapat dalam motor motor AC AC
BAB II 2
3
LANDASAN TEORI
2.1 Mtr L!str!k
Motor Motor listrik arus bolak-balik bolak-balik diklasifikasikan diklasifikasikan dengan dasar prinsip prinsip pengoperasi pengoperasian an sebagai sebagai motor motor asinkr asinkron on (induk (induksi) si) atau atau motor motor sinkro sinkron. n. Motor Motor induks induksii adalah adalah jenis jenis motor motor dimana tidak ada tegangan eksternal yang diberikan pada rotornya$ tetapi arus pada stator menginduksikan tegangan pada !elah udara dan pada lilitan rotor untuk menghasilkan arus roto rotorr dan dan meda medan n magn magnet et.. Meda Medan n magn magnet et stato statorr dan dan roto rotorr kemu kemudi dian an berin berinte terak raksi si dan dan menyebabkan rotor motor berputar. berputar. ambar ambar ,.* menunjukkan menunjukkan ambar dari motor induksi. induksi.
"a#$ar 2.1 Motor induksi *+
Motor listrik memiliki , komponen listrik utama yaitu/ *. 0otor$ 0otor$ motor motor induk induksi si mengg menggunakan unakan , jenis jenis rotor/ rotor/ a) 0otor 0otor sangkar sangkar tupai$ tupai$ terdiri terdiri dari batang batang pengha penghanta ntarr tebal tebal yang yang dilekatk dilekatkan an dalam petak-petak slot paralel. paralel. 1atang-batang 1atang-batang tersebut diberi hubungan hubungan pendek pada kedua ujungnya ujungnya dengan alat !in!in hubungan pendek. b) 0otor belitan$ yang memiliki gulungan fasa$ lapisan ganda dan terdistribusi. "ibuat melingkar sebanyak kutub stator. 2iga fasa digulungi kawat pada bagian bagian dalamnya dalamnya dan ujung lainnya lainnya dihubung dihubungkan kan ke !in!in ke!il yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.
3
4
,. &tator. &tator dibuat dari sejumlah stampings dan slots untuk membawa gulungan tiga fasa. ulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. ulungan diberi spasi geometri sebesar *,3 derajat. Motor listrik dapat diklsifikasikan menjadi dua kelompok utama$ yaitu/ *. Motor induksi satu fasa. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator$ beroperasi dengan pasokan daya satu fasa$ meiliki sebuah motor sangkar tupai$ dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. &ejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga$ seperti kipas angin$ mesin !u!i dan pengering pakaian$ dan untuk penggunaan hingga sampai 4P. ,. Motor induksi tiga fasa. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fasa yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi$ dapat berupa sangkar tupai atau gulungan rotor (walaupun 536 memiliki rotor sangkar tupai)$ dan penyalaan sendiri. "iperkirakan bahwa sekitar 736 motor di industri menggunakan jenis ini. &ebagai !ontoh pompa$ kompresor$ belt conveyor $ jaringan listrik$ dan grinder . 2ersedia dalam ukuran *' atau ratusan P.
2.2 Mtr Induks! Satu P%ase
Motor induksi satu phase hampir sama dengan motor induksi tiga phase. Motor ini terdiri dari sebuah rotor squired-cage dan sebuah stator. &tator terdiri dari lilitan utama yang terdiri dari kutub utara dan selatan. Pada stator juga terdapat lilitan tambahan yang lebih ke!il yang bekerja hanya pada saat motor bekerja ( start-up ). 8ilitan tambahan memiliki jumlah kutub yang sama dengan lilitan utama. Motor induksi satu fasa sering digunakan sebagai penggerak pada peralatan yang memerlukan daya rendah dan ke!epatan yang relatif konstan. al ini disebabkan karena motor induksi satu fasa memiliki beberapa kelebihan yaitu konstruksi yang !ukup sederhana$ ke!epatan putar yang hampir konstan terhadap perubahan beban$ dan umumnya digunakan pada sumber jala-jala satu fasa yang banyak terdapat pada peralatan domestik. 9alaupun 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. ,+
4
5
"a#$ar 2.2 Motor AC induksi * fasa ,+ 2.2.1 &nstruks! Mtr A' Induks! Satu (asa onstruksi motor induksi satu fasa hampir sama dengan konstruksi motor induksi tiga fasa$ yaitu terdiri dari dua bagian utama yaitu stator dan rotor. eduanya merupakan rangkaian
magnetik yang berbentuk silinder dan simetris. "i antara rotor dan stator ini terdapat !elah udara yang sempit.
"a#$ar 2.) onstruksi umum motor induksi satu fasa ,+
&tator merupakan bagian yang diam sebagai rangka tempat kumparan stator yang terpasang. &tator terdiri dari / inti stator$ kumparan stator$ dan alur stator. Motor induksi satu fasa dilengkapi dengan dua kumparan stator yang dipasang terpisah$ yaitu kumparan utama 5
6
(main winding ) atau sering disebut dengan kumparan berputar dan kumparan bantu ( auxiliary winding ) atau sering disebut dengan kumparan start.
"a#$ar 2.* &tator motor AC induksi satu fasa ,+
0otor merupakan bagian yang berputar. 1agian ini terdiri dari / inti rotor$ kumparan rotor dan alur rotor. Pada umumnya ada dua jenis rotor yang sering digunakan pada motor induksi$ yaitu rotor belitan (wound rotor ) dan rotor sangkar ( squirrel cage rotor ).
"a#$ar 2.+ 0otor motor AC induksi satu fasa ,+
6
7
2.2.2 Pr!ns!, &erja Mtr A' Induks! Satu (asa
Prinsip kerja motor AC induksi satu fasa dibagi dalam dua jenis yaitu sebagai berikut/ *. 2eori Medan Putar &ilang Prinsip kerja motor induksi satu fasa dapat dijelaskan dengan menggunakan teori medan putar silang (cross-field theory). :ika motor induksi satu fasa diberikan tegangan bolak-balik satu fasa maka arus bolak-balik akan mengalir pada kumparan stator. Arus pada kumparan stator ini menghasilkan medan magnet seperti yang di tunjukkan oleh garis putus putus pada ambar ,.;.
"a#$ar 2.- Motor dalam keadaan berputar silang ,+
:ika fluks rotor seperti yang diperlihatkan pada ambar ,.; mengarah ke atas sesuai dengan kaidah tangan kanan leming $ arah gaya gerak listrik 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. aya gerak listrik yang diinduksikan ke rotor adalah berbeda dengan arus dan fluks stator. arena 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 53<. ambar ,.7 menunjukkan hubungan fasa dari arus dan fluks stator$ gaya gerak listrik$ arus dan fluks rotor.
7
8
"a#$ar 2. =luks rotor tertinggal terhadap fluks stator sebesar 53< ,+
&esuai dengan kaidah tangan kanan leming $ arus rotor ini akan menghasilkan medan magnet$ seperti yang ditunjukkan pada ambar ,.> karena medan rotor ini terpisah sebesar 53o dari medan stator$ maka disebut sebagai medan silang (cross-field ). #ilai maksimum dari medan ini seperti yang ditunjukkan oleh ambar ,.>$ terjadi pada saat seperempat periode setelah gaya gerak listrik rotor yang dibangkitkan adalah telah men!apai nilai maksimumnya. arena 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 "1.
"a#$ar 2./. Medan Putar yang dibangkitkan arus stator ,+ 8
9
arena medan silang beraksi pada sudut 53< terhadap medan magnet stator dengan sudut fasa yang juga tertinggal 53< terhadap medan stator$ kedua medan bersatu untuk membentuk sebuah medan putar resultan yang berputar dengan ke!epatan sinkron yang ditunjukkan pada ambar ,.5.
"a#$ar 2.0. Phasor medan putar yang dihasilkan oleh belitan stator dan rotor ,+.
,. 2eori Medan Putar &ilang 2eori medan putar ganda (double revolving-field theory) adalah suatu metode lain untuk menganalisis prinsip perputaran motor induksi satu fasa disamping teori medan putar silang. Menurut teori ini$ 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. "engan kata lain$ suatu fluks sinusoidal bolak-balik dapat diwakili oleh dua fluks yang berputar$ yang masing-masing nilainya sama 9
10
dengan setengah dari nilai fluks bolak-balik tersebut dan masing-masing berputar se!ara sinkron dengan arah yang berlawanan. Pada ambar
,.5 menunjukkan suatu fluks bolak-balik yang mempunyai nilai
maksimum M ? . omponen fluksnya A dan 1 mempunyai nilai yang sama yaitu m?',$ berputar dengan arah yang berlawanan dan searah jarum jam$ seperti ditunjukkan anak panah.
"a#$ar 2.0 onsep medan putar ganda ,+
Pada beberapa saat ketika A dan 1 telah berputar dengan sudut @ dan B seperti pada ambar ,.5. maka besar fluks resultan adalah *+ /
( ,.* )
( weber )
diman fluks resultan ( weber )
fluks maksimum ( weber )
sudut ruang 10
11
&etelah seperempat periode putaran$ fluks A dan 1 akan berlawanan arah seperti yang ditunjukkan pada ambar ,.5 sehingga resultan fluksnya sama dengan nol. &etelah setengah putaran$ fluks A dan 1 akan mempunyai resultan sebesar -, D m! ', - m!$ seperti yang ditunjukkan pada ambar ,.5. &etelah tiga perempat putaran$ resultan akan kembali nol seperti yang ditunjukkan pada ambar ,.5 dan demikianlah seterusnya. :ika nilai-nilai dari fluks resultan diambar kan terhadap diantara 3< sampai ;3<$ maka akan didapat suatu kurEa seperti yang ditunjukkan pada ambar ,.*3.
"a#$ar 2.1 urEa =luks 0esultan 2erhadap ,+
Pada saat rotor berputar sesuai dengan arah momen putar medan maju dengan ke!epatan tertentu$ maka besar slip terhadap momen putar medan maju (sf) yang terjadi adalah ,+ /
(,.,)
dimana / ns ke!epatan sinkron ( rpm ) 11
12
nr ke!epatan putaran rotor (rpm) &edangkan slip terhadap momen mundur (sb) dengan rotor menentang arah momen putar mundur adalah /
(,.)
(,.4)
Masing-masing dari komponen fluks tersebut memotong konduktor rotor sehingga menginduksikan ggl dan pada akhirnya menghasilkan torsi sendiri. edua torsi mempunyai arah saling berlawanan seperti yang ditunjukkan pada ambar ,.**. 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.
"a#$ar 2.11 arakteristik 2orsi - e!epatan Motor Induksi &atu =asa ,+
2.2.) en!s3jen!s Mtr Iduks! Satu (asa
Cara paling mudah untuk menjalankan motor induksi satu fasa adalah dengan menambahkan sebuah kumparan bantu pada kumparan utama di bagian stator sehingga motor dapat dijalankan. :ika dua kumparan terpisah 53< listrik pada stator motor dan eksitasi dengan 12
13
dua ggl bolak-balik yang berbeda fasa sebesar 53< listrik$ dihasilkan medan magnet putar. :ika dua kumparan terpisah demikian dihubungkan paralel ke suatu sumber fasa$ medan yang dihasilkan akan bolak-balik$ tetapi tidak berputar arena kedua kumparannya ekiEalen dengan satu kumparan fasa. Akan tetapi$ jika suatu impedansi dihubungkan seri dengan salah satu kumparan ini$ arusnya akan berbeda fasa. "engan pemilihan impedansi yang !o!ok$ arus dapat dibuat agar berbeda fasa sampai 53< 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. &ehingga dengan bertambahnya ke!epatan 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 !ara-!ara yang dipakai untuk menghasilkan perbedaan fasa antara arus yang mengalir pada kumparan utama dan arus yang mengalir pada kumparan bantu. *. Motor =asa 2erpisah ambar
rangkaian motor induksi fasa terpisah ditunjukkan pada ambar
,.*,
umparan bantu memiliki perbandingan tahanan terhadap reaktansi yang lebih tinggi daripada kumparan utama$ sehingga kedua arus akan berbeda fasa seperti yang ditunjukkan pada ambar
,.*, Perbandingan tahanan terhadap reaktansi yang tinggi dapat dengan
menggunakan kawat yang lebih murni pada kumparan bantu. al ini diiFinkan karena kumparan bantu hanya dipakai pada saat start. &aklar sentrifugal akan memisahkan dari rangkaian segera setelah di!apai ke!epatan sinkron sekitar 73 sampai >3 persen ke!epatan sinkron. arakteristik momen putar Es ke!epatan dari motor ini ditunjukkan pada ambar
,.*,.
ambar ini memperlihatkan nilai torsi masing-masing ke!epatan motor$ mulai dari posisi diam sampai ke!epatan nominal$ dan seterusnya sampai ke!epatan sinkron. 2orsi start adalah torsi yang tersedia bila motor mulai berputar dari posisi diam. 2orsi beban penuh adalah torsi yang dihasilkan bila motor berputar pada keluaran nominal. 1ila beban terus berangsurangsur 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. #ilai maksimum dari torsi dalam hal ini disebut torsi maksimum 2 maks.
13
14
"a#$ar 2.12. Motor =asa 2erpisah ,+
,. Motor apasitor &tart onstruksi motor kapasitor start ditunjukkan pada ambar ,.*. Gntuk mendapatkan torsi putar awal yang lebih besar$ yaitu / dengan !ara menghubungkan sebuah kapasitor yang dipasang se!ara seri dengan kumparan bantu seperti yang ditunjukkan pada ambar ,.*. al ini akan menaikkan sudut fasa antara arus kumparan seperti yang ditunjukkan pada ambar ,.*. arakteristik momen putar-ke!epatan putar dari motor ini dapat ditunjukkan pada ambar ,.*. arena kapasitor dipakai hanya untuk pada saat start$ jenis kapasitor yang dipakai adalah kapasitor elektrolit. Motor ini menghasilkan momen putar start yang lebih tinggi
"a#$ar ,.* Motor apasitor start ,+
14
15
. Motor apasitor Permanen onstruksi dari motor kapasitor permanen ditunjukkan pada ambar ,.*4. ambar rangkaian ekiEalen motor ini seperti yang ditunjukkan pada ambar
,.*4. kapasitor
dihubungkan seri dengan kumparan bantu dan tidak dilepas setelah pengasutan dilakukan dan tetap tinggal pada rangkaian. al ini menyederhanakan konstruksi dan mengurangi biaya serta memperbaiki ketahanan motor karena saklar sentrifugal tidak digunakan. =aktor daya$ denyutan momen putar$ dan efisiensi akan lebih baik karena motor berputar seperti motor dua fasa. &udut fasa antar kumparan ditunjukkan pada ambar
,.*4. :enis kapasitor yang
digunakan adalah kapasitor kertas. arakteristik momen putarBke!epatan motor ini ditunjukkan pada ambar ,.*4.
"a#$ar 2.1* Motor apasitor Permanen ,+
4. Motor apasitor "tart B apasitor Run Motor ini mempunyai dua buah kapasitor$ satu digunakan pada saat start dan satu lagi digunakan pada saat berputar$ seperti ditunjukkan pada ambar ,.*H. &e!ara praktis keadaan start dan berputar yang optimal dapat diperoleh dengan menggunakan dua buah kapasitor elektrolit. apasitor 0un se!ara permanen dihubungkan seri dengan kumparan bantu dengan nilai yang lebih ke!il dan dipakai kapasitor kertas. &udut fasa antar kumparan sama seperti pada motor kapasitor permanen seperti pada ambar ,.*H. arakteristik momen putarke!epatan dari motor ini ditunjukkan pada ambar ,.*H.
15
16
"a#$ar 1.1+ Motor apasitor "tart B apasitor Run ,+
H. Motor "haded Pole Motor ini mempunyai kutub tonjol dan sebagian dari masing-masing kutub dikelilingi oleh lilitan rangkaian terhubung singkat yang terbuat dari tembaga yang disebut kumparan terarsir seperti pada ambar ,.*;. Arus imbas yang terdapat pada kumparan yang terarsir menyebabkan fluksi yang berada pada bagian lain. asilnya seperti medan putar yang bergerak dalam arah dari daerah kutub yang tidak terarsir ke bagian kutub yang terarsir dan menimbulkan momen putar saat dihidupkan yang ke!il. arakteristik motor shaded pole ditunjukkan pada ambar ,.*;.
"a#$ar 2.1-. Motor "haded Pole ,+
2.2.* Rangka!an Ek!4alen Mtr Induks! Satu (asa
onsep medan putar ganda pada motor induksi satu fasa menjelaskan bahwa fluks yang dihasilkan ekiEalen dengan dua buah fluks yang mempunyai besar yang sama dan berputar dalam arah yang berlawanan pada ke!epatan sinkron. Masing-masing fluks ini akan mengimbaskan komponen arus rotor dan menghasilkan gerak motor induksi seperti pada
16
17
motor induksi fasa banyak. al yang sederhana dan penting bahwa motor induksi ini hanya beroperasi pada kumparan utama.
*. Pada eadaan "iam Pada saat keadaan diam$ jika rangkaian stator dihubungkan dengan tegangan satu fasa$ maka motor induksi dapat dinyatakan sebagai transformator dengan kumparan sekunder terhubung singkat. 0angkaian motor induksi satu fasa tersebut dapat dilihat pada ambar ,.*7.
"a#$ar 2.1. 0angkaian kiEalen Motor Induksi &atu =asa ,+
"engan menggunakan konsep medan putar fluks yang dihasilkan kumparan stator dapat dipe!ah menjadi dua bagian yaitu / medan putar maju dan medan putar mundur. edua medan putar ini akan mengimbaskan ggl pada kumparan rotor sehingga tahanan dan reaktansi pada kumparan rotor diekiEalenkan masing-masing adalah setengah dari nilai tahanan dan reaktansi kumparan rotor sesungguhnya$ yaitu 0 ,', dan J,', seperti yang terlihat pada ambar ,.*>.
"a#$ar 2.1/. Motor Induksi &atu =asa "alam eadaan "iam ,+ 17
18
,. Pada &aat 1eroperasi Pada saat ke!epatan motor induksi mulai bertambah dan bekerja hanya pada kumparan utama. Pada arah medan maju menggunakan slip s$ arus rotor yang diimbaskan medan maju mempunyai frekuensi s.f$ dimana f adalah frekuensi stator. Arus rotor ini akan menghasilkan fluks yang bergerak maju pada ke!epatan slip. =luks 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 3$H 0,'s @ j 3$H J, paralel dengan Jm dan 0!. &eperti yang terlihat pada ambar ,.*5 dengan menggunakan simbol f . Pada arah medan putar mundur$ rotor tetap bergerak dengan slip s berpatokan pada medan maju dan besarnya ke!epatan putar medan maju adalah /
n * Bs
(,.H)
&elanjutnya medan mundur mengimbaskan arus rotor dengan frekuensi (, B s)f. Arus rotor ini akan menghasilkan fluks yang bergerak mundur. =luks ini akan mengimbaskan ggl pada medan mundur kumparan stator. Pengaruh tersebut dapat diperlihatkan pada ambar ,.*5.
"a#$ar 2.10 Motor Induksi &atu =asa "alam eadaan 1eroperasi *+
18
19
"engan menggunakan rangkaian ekiEalen di atas$ kita dapat menghitung arus stator$ arus rotor$ daya masukan$ dan faktor daya untuk sembarang harga slip apabila tegangan yang diberikan dan impedansi motor diketahui. "ari rangkaian di atas$ didapat + /
(K)
(,.;)
(K)
(,.7)
(K)
( ampere )
(,.>)
(,.5)
dimana / 0* 0esistansi kumparan stator 0, 0esistansi kumparan rotor J* 0eaktansi bo!or kumparan stator J, 0eaktansi bo!or kumparan rotor Jm 0eaktansi pemagnetan 0! 2ahanan inti tembaga Lm Impedansi pemagnetan I* Arus pada kumparan stator
2.) Mtr Induks! T!ga (asa
19
20
Motor induksi tiga fasa merupakan motor listrik arus bolak-balik yang paling banyak digunakan dalam dunia industri. "inamakan motor induksi karena pada kenyataannya arus rotor motor ini bukan diperoleh dari suatu sumber listrik$ tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar. "alam kenyataannya$ motor induksi dapat diperlakukan sebagai sebuah transformator$ yaitu dengan kumparan stator sebagai kumparan primer yang diam$ sedangkan kumparan rotor sebagai kumparan sekunder yang berputar. 4+ Motor induksi tiga fasa berputar pada ke!epatan yang pada dasarnya adalah konstan$ mulai dari tidak berbeban sampai men!apai keadaan beban penuh. e!epatan putaran motor ini dipengaruhi oleh frekuensi$ dengan demikian pengaturan ke!epatan tidak dapat dengan mudah dilakukan terhadap motor ini. 9alaupun demikian$ motor induksi tiga fasa memiliki beberapa keuntungan$ yaitu sederhana$ konstruksinya kokoh$ harganya relatif murah$ mudah dalam melakukan perawatan$ dan dapat diproduksi dengan karakteristik yang sesuai dengan kebutuhan industri.
2.).1 &nstruks! Mtr Induks! T!ga (asa
&ebuah motor induksi tiga fasa memiliki konstruksi yang hampir sama dengan motor listrik jenis lainnya. Motor ini memiliki dua bagian utama$ yaitu stator yang merupakan bagian yang diam$ dan rotor sebagai bagian yang berputar. Antara bagian stator dan rotor dipisahkan oleh !elah udara yang sempit$ dengan jarak berkisar dari 3$4 mm sampai 4 mm 4+.
"a#$ar 2.2. Penampang &tator dan 0otor Motor Induksi 2iga =asa 4+
20
21
*. &tator &tator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk silindris. Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas ambar ,.,*. 2iap elemen laminasi inti dibentuk dari lempengan besi. 2iap lempengan besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. 2iap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan fasa dimana untuk motor tiga fasa$ belitan tersebut terpisah se!ara listrik sebesar *,3<. awat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis. emudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam !angkang silindris. 1erikut ini !ontoh lempengan laminasi inti$ lempengan inti yang telah disatukan$ belitan stator yang telah dilekatkan pada !angkang luar untuk motor induksi tiga fasa.
"a#$ar 2.21 omponen &tator Motor Induksi 2iga =asa 4+
,. 0otor 1erdasarkan jenis rotornya$ motor induksi tiga fasa dapat dibedakan menjadi dua jenis$ yang juga akan menjadi penamaan untuk motor tersebut$ yaitu rotor belitan ( wound rotor ) dan rotor sangkar tupai ( squirrel cage rotor ). :enis rotor belitan terdiri dari satu set lengkap belitan tiga fasa yang merupakan bayangan dari belitan pada statornya. 1elitan tiga fasa pada rotor belitan biasanya terhubung $ dan masing-masing ujung dari tiga kawat belitan fasa rotor tersebut dihubungkan pada slip ring yang terdapat pada poros rotor. 1elitan-belitan rotor ini kemudian dihubung singkatkan melalui sikat (brush) yang menempel pada slip ring$ dengan menggunakan sebuah perpanjangan kawat untuk tahanan luar.
21
22
"a#$ar 2.22 0otor 1elitan Motor Induksi 2iga =asa 4+
"a#$ar 2.2) &kema Motor Induksi 0otor 1elitan 4+
"ari ambar ,., dapat dilihat bahwa semata-mata keberadaan slip ring dan sikat hanyalah sebagai penghubung belitan rotor ke tahanan luar (exsternal resistance). eberadaan tahanan luar disini berfungsi pada saat pengasutan yang berguna untuk membatasi arus mula yang besar. 2ahanan luar ini kemudian se!ara perlahan dikurangi sampai resistansinya nol sebagaimana ke!epatan motor bertambah men!apai ke!epatan nominalnya. etika motor telah men!apai ke!epatan nominalnya$ maka tiga buah sikat akan terhubung singkat tanpa tahanan luar sehingga rotor belitan akan bekerja seperti halnya rotor sangkar tupai. 0otor sangkar mempunyai kumparan yang terdiri atas beberapa batang konduktor yang disusun sedemikian rupa hingga menyerupai sangkar tupai. 0otor terdiri dari tumpukan lempengan besi tipis yang dilaminasi dan batang konduktor yang mengitarinya. 2umpukan besi yang dilaminasi disatukan untuk membentuk inti rotor. Alumunium (sebagai batang konduktor) dimasukan ke dalam slot dari inti rotor untuk membentuk serangkaian konduktor yang mengelilingi inti rotor. 0otor yang terdiri dari sederetan batang-batang konduktor yang
22
23
terletak pada alur-alur sekitar permukaan rotor$ ujung-ujungnya dihubung singkat dengan menggunakan !in!in hubung singkat ( shorting ring ) atau disebut juga dengan end ring .
"a#$ar 2.2* Motor Induksi 2iga =asa 0otor &angkar 2upai 4+
2.).2 Pr!ns!, &erja Mtr Induks! T!ga 5asa
Pada saat terminal tiga fasa stator motor induksi diberi suplai tegangan tiga fasa seimbang$ maka akan mengalir arus pada konduktor di tiap belitan fasa stator dan akan menghasilkan fluksi bolak-balik . Amplitudo fluksi per fasa yang dihasilkan berubah se!ara sinusoidal dan menghasilkan fluks resultan (medan putar) dengan magnitud yang nilainya konstan yang berputar dengan ke!epatan sinkron + /
(,.*3)
dimana / ns ke!epatan sinkron'medan putar (rpm) f frekuensi sumber daya (F) P jumlah kutub motor induksi Medan putar akan terinduksi melalui !elah udara menghasilkan ggl induksi (ggl lawan) pada belitan fasa stator sebesar + /
(,.**)
23
24
jadi / (,.*,)
(,.*)
dimana$ ggl induksi sesaat stator'fasa (Nolt) ggl induksi maksimum stator'fasa (Nolt) ggl induksi efektif stator'fasa (Nolt) frekuensi saluran (F) jumlah lilitan kumparan stator'fasa fluks magnetik maksimum (9eber) Medan putar tersebut juga akan memotong konduktor-konduktor belitan rotor yang diam. al ini terjadi karena adanya perbedaan relatif antara ke!epatan fluksi yang berputar dengan konduktor rotor yang diam$ yang disebut juga dengan slip ( s) +.
(,.*4)
Akibat adanya slip$ maka ggl (gaya gerak listrik) akan terinduksi pada konduktor-konduktor rotor sebesar + /
(,.*H) 24
25
dimana / ggl induksi sesaat pada saat rotor diam'fasa (Nolt) ggl induksi efektif pada saat rotor diam'fasa (Nolt) frekuensi arus rotor (F) jumlah lilitan pada kumparan rotor'fasa fluks magnetik maksimum (9eber)
"a#$ar 2.2+ Proses Induksi Medan Putar &tator pada umparan 0otor 4+
arena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup$ baik melalui !in!in ujung ( end ring ) ataupun tahanan luar$ maka arus akan mengalir pada konduktor-konduktor rotor. arena konduktor-konduktor rotor yang mengalirkan arus ditempatkan di dalam daerah medan magnet yang dihasilkan stator$ maka akan terbentuklah gaya mekanik (gaya lorent# ) pada konduktor-konduktor rotor. al ini sesuai dengan hukum gaya lorent# yaitu bila suatu konduktor yang dialiri arus berada dalam suatu kawasan medan magnet$ maka konduktor tersebut akan mendapat gaya elektromagnetik (gaya lorent# ) sebesar + /
"imana / gaya yang bekerja pada konduktor (#ewton) $ kerapatan fluks magnetik (9b'm,) i besar arus pada konduktor (A) l panjang konduktor (m) % sudut antara konduktor dan Eektor kerapatan fluks magnetik
25
26
Arah dari gaya elektromagnetik tersebut dapat dijelaskan oleh kaidah tangan kanan (right-hand rule). aidah tangan kanan menyatakan$ jika jari telunjuk menyatakan arah dari Eektor arus i dan jari tengah menyatakan arah dari Eektor kerapatan fluks $$ maka ibu jari akan menyatakan arah gaya yang bekerja pada konduktor tersebut. aya yang dihasilkan pada konduktor-konduktor rotor tersebut akan menghasilkan torsi (O). 1ila torsi mula yang dihasilkan pada rotor lebih besar daripada torsi beban (O3 Ob)$ maka rotor akan berputar searah dengan putaran medan putar stator.
"a#$ar 2.1. onduktor 1erarus "alam 0uang Medan Magnet
Motor akan tetap berputar bila ke!epatan medan putar lebih besar dari pada ke!epatan putaran rotor (ns nr ). Apabila ns nr $ maka tidak ada perbedaan relatif antara ke!epatan medan putar (ns) dengan putaran rotor (nr )$ atau dengan kata lain slip ( s) adalah nol. al ini menyebabkan tidak adanya ggl terinduksi pada kumparan rotor sehingga tidak ada arus yang mengalir$ dengan demikian tidak akan dihasilkan gaya yang dapat menghasilkan kopel untuk memutar rotor 4+.
26
27
BAB III URNAL PRA&TI&UM ).1 Maksud dan Tujuan
*) Mahasiswa dapat mengenal dan mengetahui komponen dalam motor AC. ,) Mahasiswadapatmemahami pengoperasian motor AC. ) Mahasiswa dapat mengetahui jenis-jenis motor AC dan kegunaan dari motor AC tersebut.
).2 Alat dan Ba%an
*) Motor induksi * fase ,) Multimeter analog ) &achometer 4) Multimeter analog H) ibrometer dan osilos'op ;) &ag ampere
).) Langka% &erja
*) &iapkan motor induksi tanpa beban ,) ubung dan ukurkan sumber tegangan menggunakan multimeter analog yang di atur pada pengukuran arus bolak-balik. Catat hasil pengukuran ) ubungkan motor listrik dengan sumber tegangan tersebut$ lalu ukur arus dan tegangan dengan menggunakan tang ampere. Catat hasil pengukuran. 4) #yalakan motor tersebut$ ukur putaran poros motor tersebut dengan menggunakan tachometer . Catat hasil pengukuran. H) Gkurlah getaran yang terjadi pada motor di lima titik yang berbeda sebagai berikut. ;) Amati gambar pada layar osilos'op. ambar kembali pada data hasil pengukuran. 7) 1andingkan kondisi motor listrik yang telah anda ukur dengan kriteria besar getaran motor listrik. Apakah motor ' mesin tersebut masih memenuhi syarat dan diperkenankan untuk tetap digunakanQ >) Glangi kembali langkah * sampai dengan 7$ namun menggunakan beban yang telah disediakan oleh asisten. 27
28
5) 1uat jurnal praktikum ).*
Data Per6$aan
Nariabel
asil Pengukuran
#o *
,
4
H
H3 F
H3 F
H3 F
H3 F
H3 F
4
4
4
4
4
53
53
53
53
53
*33
*33
*33
*33
*33
*.
3.55
3.;,
3.;*
3.HH
*33
*33
*33
*33
*33
Pengukuran =rekuensi &umber
*
(f)
,
:umlah utub ( P ) &udut Phasa Antara
Arus (Ia) "an (Is)
4
2egangan Arus Pada &tator
H
(Is)
;
2egangan (E)
Ta$el ).1 asil pengukuran
"ra5!k ).1. ubungan Antara Arus pada &tator dan :umlah Putaran
•
etidakpastian/ *) Arus pada stator (Is)/
28
29
• •
•
ad!7 %arga Is 8 ./2 A 9 .22 A
,) Putaran (n)/ rpm
•
•
•
rpm ad!7 %arga n 8 --7+* 9 1/7102 r,#
).+ &es!#,ulan
*) Arus pada stator yang terbesar adalah *. A dan yang terke!il adalah 3.HH A serta ketidakpastiannya sebesar 3.>, A R 3.,7, A ,) Putaran yang terbesar adalah >$4 rpm dan yang terke!il adalah 7$4 rpm serta ketidakpastiannya sebesar ;;$H4 R *>$*5, rpm
BAB I: 29
30
PEMBAHASAN SOAL
*.1. Sal
*) ,) ) 4) H) ;)
:elaskan prinsip kerja motor AC S :elaskan konsep medan putar motor AC S :elaskan jenis motor AC berdasarkan karakteristik arus yang mengalir S :elaskan jenis motor fasa S :elaskan aplikasi motor AC S minimal 4 !ontoh 1erapakah ke!epatan stator Q
7)
1erapakah slip yang terjadi pada motor Q
>)
1uatlah grafik perbandingan S a) rafik perbandingan antara ns dengan n. b) rafik perbandingan antara ns dengan s.
*.2. a;a$an
*)
Motor arus bolak-balik (motor AC) ialah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus bolak-balik (listrik AC) menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik berupa putaran dari pada 0otor. Motor listrik arus bolak-balik dapat dibedakan atas beberapa jenis &eperti pada motor "C pada motor AC$ arus dilewatkan melalui kumparan$ menghasilkan torsi pada kumparan. &ejak saat itu bolak$ motor akan berjalan lan!ar hanya pada frekuensi gelombang sinus. al ini disebut motor sinkron. 8ebih umum adalah motor induksi$ dimana arus listrik induksi dalam kumparan berputar dari pada yang diberikan kepada mereka se!ara langsung. &alah satu kelemahan dari jenis motor AC adalah arus tinggi yang harus mengalir melalui kontak berputar. Memi!u dan pemanasan pada kontak-kontak dapat menghabiskan energi dan memperpendek masa pakai motor. "alam motor AC umum medan magnet yang dihasilkan oleh elektro magnet didukung oleh tegangan AC sama dengan kumparan motor. umparan yang menghasilkan medan magnet yang kadang-kadang disebut sebagai TstatorU$ sedangkan kumparan dan inti padat yang berputar disebut TdinamoU. "alam motor AC medan magnet sinusoidal berEariasi$ seperti arus dalam kumparan berEariasi. ,+
30
31 2) umparan yang menghasilkan medan magnet yang kadang-kadang disebut sebagai
VstatorV$ sedangkan kumparan dan inti padat yang berputar disebut VdinamoV. "alam motor AC medan magnet sinusoidal berEariasi$ seperti arus dalam kumparan berEariasi. Pada rotor dan stator akan timbul flu's magnetik yang akan menyebabkan rotor berputar. Pada motor fase$ flux magnetik yang terbentuk di sekitar stator merupakan medan magnet yang berputar karena listrik yang dimasukkan pada lilitan stator sudah merupakan arus listrik yang berputar. &edangkan pada motor * fase$ fluD magnet hanya bergantiganti arah saja sehingga menyulitkan motor pada waktu s tart. %leh karena itu$ pada motor induksi satu fase selalu memiliki medan magnet lilitan tambahan sebagai. 8ilitan medan magnet start ( "tarting (inding) *uxilary (inding ). Apabila motor telah berjalan normal$ maka lilitan bantu ini dapat dilepas (tidak digunakan lagi ). *+ )
1erdasarkan karakteristik arus yang mengalir$ motor AC dibedakan menjadi ,$ yaitu/ a) Motor AC * fasa onstruksi motor induksi satu fasa terdiri atas dua komponen yaitu stator dan rotor. &tator adalah bagian dari motor yang tidak bergerak dan rotor adalah bagian yang bergerak yang bertumpu pada bantalan poros terhadap stator. Motor induksi terdiri atas kumparan kumparan stator dan rotor yang berfungsi membangkitkan gaya gerak listrik akibat dari adanya arus listrik bolak-balik satu fasa yang melewati kumparankumparan tersebut sehingga terjadi suatu interaksi induksi medan magnet antara stator dan rotor. b) Motor AC fasa Motor induksi tiga fasa memiliki dua komponen dasar yaitu stator dan rotor$ bagian rotor dipisahkan dengan bagian stator oleh !elah udara yang sempit (air gap) dengan jarak antara 3$4 mm sampai 4 mm. 2ipe dari motor induksi tiga fasa berdasarkan lilitan pada rotor dibagi menjadi dua ma!am yaitu rotor belitan +wound rotor ) adalah tipe motor induksi yang memiliki rotor terbuat dari lilitan yang sama dengan lilitan statornya dan rotor sangkar tupai ("quirrel-cage rotor ) yaitu tipe motor induksi dimana konstruksi rotor tersusun oleh beberapa batangan logam yang dimasukkan melewati slot-slot. ang ada pada rotor motor induksi$ kemudian setiap bagian disatukan oleh !in!in sehingga membuat batangan logam terhubung singkat dengan batangan logam yang lain. *+
4)
1ekerja dengan memanfaatkan perbedaan fasa sumber untuk menimbulkan gaya putar pada rotornya. :ika pada motor AC * phase untuk menghasilkan beda phase diperlukan penambahan komponen apasitor$ pada motor phase perbedaan phase sudah di dapat langsung dari sumber seperti terlihat pada gambar arus phase berikut ini/ 31
32
"a#$ar *.1. Motor AC Phasa
"a#$ar *.2. rafik Arus =ase
Pada gambar di atas$ arus phase memiliki perbedaan phase ;3 derajat antar phasenya. "engan perbedaan ini$ maka penambahan kapasitor tidak diperlukan *+ H)
Contoh-!ontoh alat yang menggunakan menggunakan motor AC/ *) ipas angin ,) 2eleEisi ) &older listrik
eterangan / * rps ;3 rpm
6) "ik / f H3 F 4 "it:
Q
:awab/
= 1500 rps x 60 = 90.000 rpm 32
33
Keterangan : 1 rps = 60 rpm 7) &lip yang terjadi saat motor AC bekerja adalah/
*
,
4
H
7.4
H3.,
>3.H
>*.,
>.4
3.57H3
3.5;;H
3.54;
3.54H>
3.5444
Putaran (n) :umlah &lip yang terjadi Ta$el *.1. :umlah slip yang terjadi
&ehingga rata-rata jumlah slip yang terjadi dapat di hitung dengan/
>) rafik perbandingan/ a) rafik perbandingan antara ns dengan n/
33
34
"ra5!k *.1. Perbandingan Antara Putaran &inkron dengan e!epatan &inkron Medan Putar
b) rafik perbandingan antara ns dengan s/
"ra5!k *.2. Perbandingan Antara &lip pada Motor dengan e!epatan &inkron Medan Putar
BAB : PENUTUP +.1 &es!#,ulan Motor arus bolak-balik (AC) adalah suatu mesin yang berfungsi untuk mengubah
energi listrik arus bolak-balik menjadi energi mekanik berupa putaran rotor . "ari hasil pengambilan data pada praktikum yang terdapat pada 2abel .*. yaitu dengan menggunakan motor listrik induksi tiga fasa sebanyak lima kali per!obaan. Maka 34
