BAB II ISI
A. Definisi Motor Induksi
Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (ac) yang paling luas digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja berdasarkan induksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic eld) yang dihasilkan oleh arus stator. Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di industri maupun di rumah tangga. Motor induksi yang umum dipakai adalah motor induksi -fase dan motor induksi !-fase. Motor induksi -fase dioperasikan dioperasikan pada sistem tenaga -fase dan banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri, sedangkan sedangkan motor induksi !-fase dioperasikan pada sistem tenaga !-fase yang banyak digunakan terutama pada penggunaan untuk peralatan rumah tangga seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan sebagainya karena motor induksi !-fase mempunyai daya keluaran yang rendah. "elitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns # !$%f&$p). Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga terinduksi arus' dan sesuai dengan ukum ent*, rotor pun akan ikut berputar mengikuti medan putar stator. Perbedaan putaran relati+e antara stator dan rotor disebut slip. "ertambahnya beban, akan memperbesar kopel motor, yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. adi , bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun. ".
onstruksi Motor nduksi
Motor induksi pada dasarnya mempunyai bagian penting sebagai berikut. !. /tator 0 Merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya. $. 1elah 0 Merupakan celah udara0 2empat berpindahnya energi dari startor ke rotor. . 3otor 0 Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparan stator yang diinduksikan kepada kumparan rotor.
Page $
onstruksi stator motor induksi pada dasarnya terdiri dari bagian-bagian sebagai berikut. !. 3umah stator (rangka stator) dari besi tuang. $. nti stator dari besi lunak atau baja silikon. . 4lur, bahannya sama dengan inti, dimana alur ini merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan stator). 5. "elitan (kumparan) stator dari tembaga. 3angka stator motor induksi didisain dengan baik dengan empat tujuan yaitu0 !. Menutupi inti dan kumparannya. $. Melindungi bagian-bagian mesin yang bergerak dari kontak langsung dengan manusia dan dari goresan yang disebabkan oleh gangguan objek atau gangguan udara terbuka (cuaca luar). . Menyalurkan torsi ke bagian peralatan pendukung mesin dan oleh karena itu stator didisain untuk tahan terhadap gaya putar dan goncangan. 5. "erguna sebagai sarana rumahan +entilasi udara sehingga pendinginan lebih efektif. "erdasarkan bentuk konstruksi rotornya, maka motor induksi dapat dibagi menjadi dua jenis . !. Motor induksi dengan rotor sangkar (s6uirrel cage). $. Motor induksi dengan rotor belitan (wound rotor) a) 3angka /tator b) 3otor "elitan c) 3otor /angkar 7iantara stator dan rotor terdapat celah udara yang merupakan ruangan antara stator dan rotor. Pada celah udara ini lewat 8uks induksi stator yang memotong kumparan rotor sehingga meyebabkan rotor berputar. 1elah udara yang terdapat antara stator dan rotor diatur sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil kerja motor yang optimum. "ila celah udara antara stator dan rotor terlalu besar akan mengakibatkan esiensi motor induksi rendah, sebaliknya bila jarak antara celah terlalu kecil&sempit akan menimbulkan kesukaran mekanis pada mesin. Motor induksi terdiri atas dua bagian utama yaitu rotor dan stator. 4da dua jenis rotor yaitu rotor sangkar dan rotor belitan. /tator dibuat dari sejumlah stampings Page
dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. 9ulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. /tator merupakan bagian yang diam dari motor induksi tiga fasa, pada bagian stator terdapat beberapa slot yang merupakan tempat kawat (konduktor) dari tiga kumparan tiga fasa yang disebut kumparan stator, yang masing-masing kumparan mendapatkan suplai arus tiga fasa, maka pada kumparan tersebut segera timbul medan putar. 7engan adanya medan magnet putar pada kumparan stator akan mengakibatkan rotor berputar, hal ini terjadi karena adanya induksi magnet dengan kecepatan putar rotor sinkron dan kecepatan putar stator 4da dua macam jenis 3otor pada motor induksi yaitu rotor sangkar dan rotor belitan. 3otor sangkar (s6uirrel cage rotor)' kawat rotor terdiri dari batang-batang tembaga yang berat, aluminium atau alloy yang dimasukkan ke dalam inti rotor. Masing-masing ujung kawat dihubungkan singkat dengan :end-ring;. Motor induksi dengan rotor belitan mempunyai rotor dengan belitan kumparan tiga fasa sama seperti kumparan stator. umparan stator dan rotor juga mempunyai jumlah kutub yang sama. Penambahan tahanan luar sampai harga tertentu, dapat membuat kopel mula mencapai harga kopel maksimmnya. opel mula yang besar memang diperlukan pada saat start. Motor induksi jenis ini memungkinkan penambahan (pengaturan) tahanan luar. 2ahanan luar yang dapat diatur ini dihubungkan ke rotor melalui cincin. /elain untuk menghasilkan kopel mula yang besar, tahanan luar dapat diperlukan untuk membatasi arus mula yang besar pada saat start. 7isamping itu dengan mengubah < ubah tahanan luar, kecepatan motor dapat diatur.
C.
Pinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa
Perputaran motor pada mesin arus bolak < balik ditimbulkan oleh adanya medan putar (8uks yang berputar) yang dihasilkan dalam kumparan statornya. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak umumnya fasa . hubungan dapat berupa hubungan bintang atau delta. 4da beberapa prinsip kerja motor induksi0 4pabila sumber tegangan fasa dipasang pada kumparan medan (stator), timbullah medan putar dengan kecepatan rpm dengan fs # frekuensi stator (/tator line fre6uency) atau frekuensi jala-jala dan p # jumlah kutub pada motor. Medan stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. 4kibatnya pda kumparan jangkar (rotor) timbul tegangan induksi (ggl). arena kumparan jangkar merupakan kumparan tertutup, ggl (=) akan menghasilkan arus (). 4danya arus () didalam medan magnet menimbulkan gaya (>) pada rotor. "ila kopel mula yng dihasilkan oleh gaya (>) pada rotor besar akan memikul kopel beban, rotor akan Page 5
berputar searah dengan medan putar stator. /eperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa tegangan induksi timbul karena terpotongnya batang konduktor (rotor) oleh medan putar stator. 4rtinya agar tegangan terinduksi diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan stator dengan kecepatan berputar rotor (nr). Perbedaan kecepatan disebut slip (/) dinyatakan dengan bila tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada kumparan jangkar rotor, dengan demikian tidak dihasilkan kopel. opel motor akan ditimbulkan apabila lebih kecil dari . 7ilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga sebagai motor tak serempak atau asinkron.
D.
Prinsip Kerja Motor Induksi
Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator kepada kumparan rotornya. 9aris-garis gaya 8uks yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga timbul emf (ggl) atau tegangan induksi dan karena penghantar (kumparan) rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan rotor. Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya 8uks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami gaya orent* yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai dengan arah pergerakan medan induksi stator. Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang ditempatkan pada slot-slotnya yang dililitkan pada sejumlah kutup tertentu. umlah kutup ini menentukan kecepatan berputarnya medan stator yang terjadi yang diinduksikan ke rotornya. Makin besar jumlah kutup akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar medan stator dan sebaliknya. ecepatan berputarnya medan putar ini disebut kecepatan sinkron.
E.
Rangkaian ekivalen
Medan Putar /ebelum kita membahas bagaimana rotating magnetic eld (medan putar) menyebabkan sebuah motor berputar, marilah kita tinjau bagaimana medan putar ini dihasilkan. 9ambar berikut menunjukkan sebuah stator tiga fasa dengan suplai arus bolak balik tiga fasa pula "elitan stator terhubung wye (?). 7ua belitan pada masing-masing fasa dililitkan dalam arah yang sama. /epanjang waktu, medan magnet yang dihasilkan oleh setiap fasa akan tergantung kepada arus yang mengalir melalui fasa tersebut. ika arus listrik yang melalui fasa tersebut adalah nol (*ero), maka medan magnet yang dihasilkan akan nol pula. ika arus mengalir dengan harga maksimum, maka medan magnet berada pada harga maksimum pula. arena arus yang mengalir pada system tiga fasa mempunyai perbedaan !$%o, maka medan magnet yang dihasilkan juga akan mempunyai perbedaan sudut sebesar !$%o pula.
Page @
etiga medan magnet yang dihasilkan akan membentuk satu medan, yang akan beraksi terhadap rotor. Antuk motor induksi, sebuah medan magnet diinduksikan kepada rotor sesuai dengan polaritas medan magnet pada stator. arenanya, begitu medan magnet stator berputar, maka rotor juga berputar agar bersesuaian dengan medan magnet stator. Pada sepanjang waktu, medan magnet dari masing-masing fasa bergabung untuk menghasilkan medan magnet yang posisinya bergeser hingga beberapa derajat. Pada akhir satu siklus arus bolak balik, medan magnet tersebut telah bergeser hingga B%o, atau satu putaran. 7an karena rotor juga mempunyai medan magnet berlawanan arah yang diinduksikan kepadanya, rotor juga akan berputar hingga satu putaran. Penjelasan mengenai ini dapat dilihat pada gambar selanjutnya. Putaran medan magnet dijelaskan pada gambar di bawah dengan CmenghentikanD medan tersebut pada enam posisi. 2iga posisi ditandai dengan inter+al B%o pada gelombang sinus yang mewakili arus yang mengalir pada tiga fasa 4,", dan 1. ika arus mengalir dalam suatu fasa adalah positif, medan magnet akan menimbulkan kutub utara pada kutub stator yang ditandai dengan 4;, ";, dan 1;. Pada posisi 2!, arus pada fasa 1 berada pada harga positif maksimumnya. Pada saat yang sama, arus pada fasa 4 dan " berada pada separuh harga negati+e maksimumnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk secara +ertical dengan arah ke bawah, dengan kekuatan medan maksimum terjadi sepanjang fasa 1, antara kutub 1 (utara) dengan 1; (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medanmedan yang lebih lemah yang dihasilkan sepanjang fasa 4 dan ", dengan kutubkutub 4; dan "; menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub 4 dan " menjadi kutubkutub selatan. Pada posisi 2$, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak B%o listrik. Pada posisi ini, arus dalam fasa 4 telah naik hingga harga negati+e maksimumnya. 4rus pada fasa " mempunya arah yang berlawanan dan berada pada separuh harga maksimum positifnya. "egitu pula arus pada fasa 1 telah turun hingga separuh dari harga maksimum positifnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk ke kiri arah bawah, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa 4, antara kutub-kutub 4; (utara) dan 4 (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah yang timbul sepanjang fasa " dan 1, dengan kutub-kutub " dan 1 menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub "; dan 1; menjadi kutub-kutub selatan. 7i sini terlihat bahwa medan magnet pada stator motor secara sik telah berputar sebanyak B%o. Pada posisi 2, gelombang sinus arus berputar lagi B%o listrik dari posisi sebelumnya hingga total rotasi pada posisi ini sebesar !$% o listrik. Pada posisi ini, arus dalam fasa " telah naik hingga mencapai harga positif maksimumnya. 4rus pada fasa 4 telah turun hingga separuh dari harga negati+e maksimumnya, sementara arus pada fasa 1 telah berbalik arah dan berada pada separuh harga Page B
negati+e maksimumnya pula. Medan magnet yang dihasilkan mengarah ke atas kiri, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa ", antara kutub " (utara) dan "; (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah sepanjang fasa 4 dan 1, dengan kutub-kutub 4; dan 1; menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub 4 dan 1 menjadi kutub-kutub selatan. /ehingga terlihat di sini bahwa medan magnet pada stator telah berputar B%o lagi dengan total putaran sebesar !$%o. Pada posisi 25, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak !E% derajat listrik dari titik 2! sehingga hubungan antara arus-arus fasa adalah indentik dengan posisi 2! kecuali bahwa polaritasnya telah berbalik. arena fasa 1 kembali pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa 1 kembali berada pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa 1 akan memiliki kekuatan medan maksimum. Meskipun demikian, dengan arus yang mengalir dalam arah yang berlawanan pada fasa 1, medan magnet yang timbul mempunyai arah ke atas antara kutub 1; (utara) dan 1 (selatan). 2erlihat bahwa medan magnet sekarang telah berotasi secara sik sebanyak !E%o dari posisi awalnya. Pada posisi 2@, fasa 4 berada pada harga positif maksimumnya, yang menghasilkan medan magnet ke arah atas sebelah kanan. embali, medan magnet secara sik telah berputar B%o dari titik sebelumnya sehingga total rotasi sebanyak $5%o. Pada titik 2B, fasa " berada pada harga maksimum negati+e yang menghasilkan medan magnet ke arah bawah sebelah kanan. Medan magnet pun telah berotasi sebesar B%o dari titik 2@ sehingga total rotas adalah %%o. 4khirnya, pada titik 2F, arus kembali ke polaritas dan nilai yang sama seperti pada Posisi 2!. arenanya, medan magnet yang dihasilkan pada posisi ini akan identik dengan pada posisi 2!. 7ari pembahasan ini, terlihat bahwa untuk satu putaran penuh gelombang sinus listrik (B%o), medan magnet yang timbul pada stator sebuah motor juga berotasi satu putaran penuh (B%o). /ehingga, dengan menerapkan tiga-fasa 41 kepada tigfa belitan yang terpisah secara simetris sekitar stator, medan putar (rotating magnetic eld) juga timbul.
SLIP ika arus bolak balik dikenakan pada belitan stator dari sebuah motor induksi, sebuah medan putar timbul. Medan putar ini memotong batang rotor dan menginduksikan arus kepada rotor. 4rah aliran arus ini dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri untuk generator. 4rus yang diinduksikan ini akan menghasilkan medan magnet di sekitar penghantar rotor, berlawanan polaritas dari medan stator, yang akan mengejar medan magnet pada stator. arena medan pada stator terus menerus berputar, rotor tidak pernah dapat menyamakan posisi dengannya alias selalu tertinggal dan Page F
karenanya akan terus mengikuti putaran medan pada stator sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah ini.r 7ari penjelasan di atas, terlihat bahwa rotor pada motor induksi tidak pernah dapat berputar dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan medan putar. ika kecepatan rotor sama dengan keceparan medan putar stator, maka tidak ada gerak relatif antara keduanya, dan tidak akan ada induksi =M> kepada rotor. 2anpa induksi =M> ini, tidak akan ada interaksi medan yang diperlukan untuk menimbulkan gerak. 3otor, karenanya ahrus berputar dengan kecepatan yang lebih rendah dari kecepatan medan putar stator jika gerak relatif tersebut harus ada antara keduanya. Persentase perbedaan antara kecepatan rotor dan kecepatan medan putar disebut dengan slip. /emakin kecil slip, semakin dekat pula kecepatan rotor dengan kecepatan medan putar. Persen slip dapat dicari menggunakan =6uation (!$-!). dimana G/# kecepatan sinkron (rpm) G3# kecepatan rotor (rpm) ecepatan medan putar atau kecepatan sinkron dari suatu motor dapat dicari dengan menggunakan =6uation (!$-$).
2or6ue 2or6ue motor induksi 41 tergantung kepada kekuatan medan rotor dan stator yang saling berinteraksi dan hubungan fasa antara keduanya. 2or6ue dapat dihitung dengan =6uation (!$-). /elama operasi normal, , , dan cos adalah konstan, sehingga tor6ue berbanding lurus dengan arus rotor. 4rus rotor meningkat dengan proporsi yang sama dengan slip. Perubahan tor6ue terhadap slip menunjukkan bahwa begitu slip naik dari nol hingga
motor pada kecepatan konstan, biasanya antara % < !%H. 9ambar berikut menunjukkan karakteristik 2or6ue terhadap slip.
F.
Motor Satu Fasa
ika dua belitan stator dengan impedansi yang tidak sama dipisahkan sejauh I% derajat listrik dan terhubung secara parallel ke sumber satu fasa, medan yang dihasilkan akan tampak berputar. ni disebut dengan pemisahan fasa (phase splitting). Pada motor fasa terpisah (split-phase motor), dipergunakanlah lilitan starting untuk penyalaan. "elitan ini mempunyai resistansi yang lebih tinggi dan reaktansi yang lebih rendah dari belitan utama. ika tegangan yang sama J2 dikenakan pada belitan starting dan utama, arus pada belitan utama (M) tertinggal dibelakang arus pada belitan starting (/). /udut antara kedua belitan mempunyai beda fasa yang cukup untuk menimbulkan medan putar untuk menghasilkan tor6ue awal (starting tor6ue). etika motor mencapai F% hingga E%H dari kecepatan sinkron, saklar sentrifugal pada sumbu motor membuka dan melepaskan belitan starting. Motor satu fasa biasanya digunakan untuk aplikasi kecil seperti peralatan rumah tangga (contoh mesin pompa).
G.
Motor Sinkron
Motor sinkron serupa dengan motor induksi pada mana keduanya mempunyai belitan stator yang menghasilkan medan putar. 2idak seperti motor induksi, motor sinkron dieksitasi oleh sebuah sumber tegangan dc di luar mesin dan karenanya membutuhkan slip ring dan sikat (brush) untuk memberikan arus kepada rotor. Pada motor sinkron, rotor terkunci dengan medan putar dan berputar dengan kecepatan sinkron. ika motor sinkron dibebani ke titik dimana rotor ditarik keluar dari keserempakannya dengan medan putar, maka tidak ada tor6ue yang dihasilkan, dan motor akan berhenti. Motor sinkron bukanlah self-starting motor karena tor6ue hanya akan muncul ketika motor bekerja pada kecepatan sinkron' karenanya motor memerlukan peralatan untuk membawanya kepada kecepatan sinkron. Motor sinkron menggunakan rotor belitan. enis ini mempunyai kumparan yang ditempatkan pada slot rotor. /lip ring dan sikat digunakan untuk mensuplai arus kepada rotor.
.
Pen!alaan Motor Sinkron
/ebuah motor sinkron dapat dinyalakan oleh sebuah motor dc pada satu sumbu. etika motor mencapai kecepatan sinkron, arus 41 diberikan kepada belitan stator. Motor dc saat ini berfungsi sebagai generator dc dan memberikan eksitasi medan dc kepada rotor. "eban sekarang boleh diberikan kepada motor sinkron. Motor sinkron seringkali dinyalakan dengan menggunakan belitan sangkar tupai (s6uirrelcage) yang dipasang di hadapan kutub rotor. Motor kemudian dinyalakan seperti Page I
halnya motor induksi hingga mencapai
Page !%
