MOTOR INDUKSI SATU FASA

Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011

2.2 MOTOR INDUKSI SATU FASA

2.2.1 Umum Pada umumnya rumah-rumah dan daerah terpencil biasanya terhubung pada sumber satu fasa, itulah sebabnya banyak mesin-mesin rumah tangga digerakkan oleh motor satu fasa. Motor satu fasa ini menggerakkan mesin cuci, lemari pendingin, kompresor pengkondisi udara, pengering padi, kipas angin, pompa air, mesin jahit, penghisap debu, jam, pemutar piringan hitam, perkakas pertukangan, dan lain lainnya. Tegangan satu fasa sebagai sumber untuk motor menimbulkan kesukaran, karena medan magnet yang ditimbulkan bukan medan putar. Medan magnet itu hanya bergetar, artinya tempatnya tetap, walaupun besar dan arahnya berubah dari saat ke saat. Rotor suatu mesin induksi yang ditempatkan dalam medan sperti ini hanya akan bertindak seolah-olah sebagai belitan sekunder dari transformator dalam keadaan hubung singkat, statornya merupakan belitan primer. Ada berbagai cara dipakai untuk mengatasi kesukaran itu. Masing-masing menghasilkan motor dengan sifat keluaran yang berbeda- beda, dan disesuaikan dengan kegunaannya. 2.2.2 Konstruksi Motor Induksi Satu Fasa Pada umumnya konstruksi motor induksi baik yang tiga fasa maupun satu fasa terdiri dari stator dan rotor.  Stator merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya  Rotor merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparan stator yang di induksikan kekumparan rotor. Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011  Stator Inti besi stator dan rotor terbuat dari lapisan lamel baja silicon tebal 0,35-1,0 mm, tersusun rapi, masing-masing terisolasi secara electric dan diikat pada ujung-ujungnyadi klem. Antara stator dan rotor terdapat celah udara. Celah udara stator dan rotor pada motor yang kecil adalah 0,25-0,75 mm, pada motor yang besar sampai 10 mm. celah udara ini disediakan bagi kemungkinan tejadinya pelengkungan pada sumbu sebagai akibat dari pembebanan transversal pada sumbu atau sambungannya. Tarikan pada blet atau bahan-bahan yang tergantung akan menyebabkan sumbu motor melengkung. Gambar 2.11 Stator  Rotor Pada motor induksi terdapat dua jenis rotor, yaitu rotor jenis sangkar dan rotor jenis belitan. Rotor Sangakar: Belitan rotor terdiri dari atas batang penghantar masih di ditempatkan di dalam alur rotor. Ujung-ujung batang penghantar dihubung singakat oleh cincin penghubung singkat sehingga berbentuk seperti sangkar burungsangkar tupai. Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 Gambar 2.12 Rotor sangakar Rotor Belitan : terdiri atas belitan fasa banyak, belitan ini dimasukkan kedalam alur-alur inti besi rotor. Belitan ini sama dengan belitan stator biasanya ujung belitan ditarik ke cincin gesek penghubung singkat yang dipasang di sumbu rotor. Pada keadaan normal sikat karbon yang berhubungan dengan cincin gesek tadi dihubung singkat. Gambar 2.13 Rotor Belitan 2.2.3 Dasar Kerja Motor Induksi Bila belitan stator disambungkan kesumber tegangan, maka didalam belitan itu akan mengalir arus. Arus ini selanjutnya akan menimbulkan medan putar dicelah udara yang akan memotong penghantar pada rotor dalam hal ini rotor masih diam. Berdasarkan hukum faraday tentang imbas magnet, maka medan putar yang secara relative merupakan magnet yang bergerak terhadap Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 pengahantar rotor akan akan mengimbaskan gaya gerak listrik ggl atau emf frekuensi ggl imbas sama dengan frekuensi jala-jala. 2.2.4 Slip Pada keadan sebenarnya rotor tidak pernah dapat mengejar medan putar, karena bila rotor berputar sama cepatnya dengan stator, tidak timbul perbedaan kecepatantidak ada perubahan fluxsi sehingga tidak ada ggl imbas di dalam rotor, tidak arus dan tidak ada momen yang mendorong rotor. Itulah sebabnya rotor selalu berputar pada kecepatan sedikit dibawah kecepatan medan putar stator. Perbedaan kecepatan tergantung pada besarya beban motor. Perbedaan kecepatan antatara kecepatan rotor dengan keecepatan sinkron di sebut slip. Dengan us jala-jala yang mengalir pada stator Slip merupakan perbandinga slip mutalk terhadap Ns, ditunjukkan perunit atau persen oleh hubungan ; Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 2.2.5 Rangkaian Ekivalent Motor Induksi Satu Fasa Dalam menentukan variable-variabel motor induksi baik yang tiga atau satu fasa, dasar yang selalu di ambil adalah satu fasa. Gambar dibawah ini merupakan rangkain ekivalen motor induksi satu fasa, namun didalam menghitung variable motor induksi tiga fasa rangkain ekivalen ini juga dapat dipakai. Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Satu Fasa Keterangan Gambar : X 2 : Reaktansi kumparan rotor dalam ohm Rc : Tahanan inti besi Xm : Reaktansi rangkaian penguat dalam ohm : Arus yang mengalir pada kumparan stator bila motor tidak berbeban : Arus rotor E1 : Tegangan induksi pada kumparan stator dalam Volt 2.2.6 Prinsip Kerja Motor Induksi Satu Fasa. Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 Prinsip kerja motor induksi satu fasa, sama dengan cara kerja mesin dua fasa. Mesin induksi satu mempunyai dua belitan di dalam alur stator, kedua belitan berbeda sebesar elektrik. Kedua belitan dialiri arus dari sumber yang masing-masing sama besar tapi berbeda fasa . Cara seperti ini menghasilkan medan putar dengan amplitudo kuat medan lilitan ampere yang sama. Prinsip kerja motor induksi satu phasa: 1. Tegangan satu phasa dipasang pada kumparan medan stator maka akan timbul medan putar dengan kecepatan : n s =120.fp Keterangan: n s = Kecepatan medan putar stator rpm P = Jumlah Kutup f = frekuensi 2. Medan putar stator akan memotong batang-batang konduktor pada rotor Akibatnya pada kumparan jangkar rotor timbul tegangan induksi GGL yang besarnya L 4. Karena kumparan jangkar merupakan rangkaian yang tertutup ggl E akan menghasilkan arus I. 5. Adanya arus I didalam medan magnet menimbulkan gaya F pada rotor. 6. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F pada rotor cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator. 7. Tegangan induksi timbul karena terpotongnya batang konduktor rotor oleh medan-medan putar stator, artinya agar tegangan terinduksi maka diperlukan Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator dengan kecepatan medan putar rotor . 8. Perbedaan antar nr dan ns disebut slip S dinyatakan dengan persamaan . 9. Bila n r = n s berarti tidak ada gerak relatif antara medan putar stator dan medan putar rotor, sehingga tegangan tidak akan mengalir pada kumparan jangkar, sehingga tidak menghasilkan kopel. 2.2.7 Jenis-Jenis Motor Induksi Satu Fasa Motor induksi satu fasa memiliki beberapa jenis, yaitu : 1. Motor Spilt Fasa Kumparan stator pada motor ini terdiri dari kumparan tembaga atau kawat tembaga atau kawat tembaga yang dimasukkan dalam alur-alur stator yang dikenal dengan kumparan utama main winding dan kumparan kawat tembaga lain yang disebut dengan kumparan bantu Auxiliary Winding. Kumparan utama selalu dirancang mempunyai nilai resistansi rendah dan nilai reaktansi tinggi dibanding dengan kumparan Bantu yang selalu mempunyai nilai reaktansi rendah dan resistansi tinggi. Kedua kumparan ini dihubungkan kesumber jala-jala. Dengan kondisis nilai resistansi dan reaktansi kumparan masing-masing tidak sama nilainya, maka sudut fase arus yang mengalir melalui kumparan utama. Akibat adanya beda fasa antara arus kumparan utama dan arus kumparan bantu maka pada stator akan terjadi medan magnet ini akan diinduksikan pada kumparan rotor dan akhirnya akan berputar. Adapun arah putaran rotor ditentukan oleh arah Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 arus yang melalui kumparan utama dan kumparan Bantu. Akibat dari arus jala-jala yang terurai menjadi dua bagian dimana yang satu menuju kumparan utama sedangkan yang lain menuju kumparan bantu, maka motor ini disebut motor Spilt fasa. Untuk mendapatkan beda fasa yang terbaik antara flux yang dibangkitkan oleh kumparan utama dan kumparan bantu sehingga motor berputar optimal, maka pada motor spilt fasa mempunyai empat kutub, penempatan awal ujung kumparan utama dan ujung kumparan bantu adalah sebesar 90o listrik. Sedangkan Untuk memutuskan arus, kumparan bantu dilengkapi dengan saklar pemutus yang dihubung seri terhadap kumparan bantu. Biasanya yang dipakai adalah saklar sentrifugal. Saklar sentrifugal model biasa terdiri dari dua bagian pokok yaitu bagian tetap dan bagian berputar. Apabila motor dalam keadaan diam maka kontak yang ada pada bagian tetap, dalam keadaan tertutup karena adanya tekanan dari bagian berputar. Pada kecepatan kira-kira 75 dari kecepatan penuh bagian yang berputar akan melepaskan tekanannya pada kontak tetap dan menyebabkan kontak terbuka. Gambar 2.15 Rangakain Ekivalen Motor Spilt Fasa Motor phasa belah ini banyak dipakai dipakai pada beban dengan momen awal yang rendah. Contohnya, kipas angin. Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 2. Motor Shaded Pole Motor shaded pole atau motor Fasa terbelah termasuk motor satu fasa daya kecil, dan banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga sebagai motor penggerak kipas angin, blender. Konstruksinya sangat sederhana, pada kedua ujung stator ada dua kawat yang terpasang dan dihubung singkatkan fungsinya sebagai pembelah fasa. Belitan stator dibelitkan di sekeliling inti membentuk seperti belitan transformator. Rotornya berbentuk sangkar tupai dan porosnya ditempatkan pada rumah stator ditopang dua buah bearing. Gambar 2.16 Motor Shaded Pole Irisan penampang motor shaded pole memperlihatkan dua bagian, yaitu bagian stator dengan belitan stator dan dua kawat shaded pole. Bagian rotor sangkar ditempatkan di tengah-tengah stator, lihat gambar 2.1 Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 Gambar 2.17 Rangakain Motor Shaded Pole Torsi putar dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa oleh kawat shaded pole. Konstruksi yang sederhana, daya yang kecil, handal, mudah dioperasikan, bebas perawatan dan cukup di suplai dengan Tegangan AC 220 V, jenis motor shaded pole banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga kecil. Contohnya, kipas angin, pemutar piringan hitam, mengasut motor sinkro 3. Motor Universal Salah satu solusi yang paling menonjol adalah, dengan merancang mesin arus searah yang dapat bekerja dengan sumber arus bolak-balik satu fasa. Motor arus searah akan menimbulkan momen yang arahnya tergantung pada arah arus yang mengalir dalam jangkar dan polaritas medan magnet. Bila mesin arus searah dapat dirancang sehingga bila arus berbalik arah, arah medan magnetpun membalik, dan rugi-rugi fluksi bolak balik dibuat kecil. Cara memenuhi cara yang pertama adalah dengan menghubungkan medan penguat, seri dengan jangkar. Syarat kedua dapat dipenuhi dengan membuat inti terdiri dari lamel-lamel tipis. Mesin shunt tidak dapat bekerja dengan baik karena induktansi belitan penguat lebih besar induktansi jangkar. Demikian sehingga stengah perioda berikut arah momen berlawanan, sehingga momen rata-rata dan efisiensi menjadi rendah. Motor seri yang bekerja pada sumber satu fasa di sebut motor universal karena dapat bekerja dengan baik untuk frekwensi berapa saja, dari arus searah sampai Series field Armature Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 frekwensi yang dirancang. Frekwensi paling tinggi yang pernah dirancang adalah 60 Hz. Gambar 2.18 Rangakain Motor universal Bentuk stator dari motor universal terdiri dari dua kutub stator. Belitan rotor memiliki dua belas alur belitan dan dilengkapi komutator dan sikat arang yang menghubungkan secara seri antara belitan stator dengan belitan rotornya. Motor universal memiliki kecepatan tinggi sekitar 3000 rpm. Motor universal dipakai pada beban dengan momen asut yang tinggi. Contohnya, bor tagan, mesin gerenda, penghisap debu, perkakas dapur. 4. Motor Kapasitor Motor kapasitor satu fasa banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci, motor lemari es, motor air conditioning. Konstruksinya sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220 V, oleh karena itu menjadikan motor kapasitor ini banyak dipakai pada peralatan rumah tangga. Gamabar 2.19 Motor Kapasitor Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 Motor kapasitor dengan daya diatas 1 KW di lengkapi dengan dua buah kondensator dan satu buah saklar sentrifugal. Belitan utama U1-U2 dihubungkan dengan jala-jala L1 dan Netral N. Belitan bantu Z1-Z2 disambungkan seri dengan kondensator kerja CB, dan sebuah kondensator starting CA diseri dengan kontak normally close NC dari saklar sentrifugal, Gamabar 2.20 Pengawatan Motor kapasitor dengan Dua kapasitor Awalnya belitan utama dan belitan bantu mendapatkan tegangan dari jala- jala L1 dan Netral. Kemudian dua buah kondensator CB dan CA, keduanya membentuk loop tertutup sehingga rotor mulai berputar, dan ketika putaran mendekati 70 putaran nominalnya, saklar sentrifugal akan membuka dan kontak normally close memutuskan kondensator bantu CA. Fungsi dari dua kondensator yang disambungkan parallel, CA+CB, adalah untuk meningkatkan nilai torsi awal untuk mengangkat beban. Setelah putaran motor mencapai 70 putaran, saklar Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 sentrifugal terputus sehingga hanya kondensator kerja CB saja yang tetap bekerja. Jika kedua kondensator rusak maka torsi motor akan menurun drastis 5. Motor Repulsi Motor repulsi ini sangat istimewa karakteristiknya, demikian pula harganya mahal. Ada kumutator jadi pemeliharannya lebih sulit. Motor repulsi mempunyai dua buah kumparan yaitu kumparan medan stator dan kumparan rotor. Diantara kedua kumparan tersebut adalah tidak mempunyai hubungan galvanis antara satu sama lainnya. Konstruksi rotornya hampir sama dengan rotor motor arus searahDC. Motor repulsi mempunyai sebuah belitan stator yang diatur untuk hubungan ke sumber tegangan dan sebuah belitan rotor yang dihubungkan ke sebuah komutator. Secara prinsip motor listrik ini mempunyai belitan stator sama seperti jenis-jenis motor satu fasa, tetapi mempunyai rotor seperti rotor motor arus searah,dengan sikat-sikat yang berlawanan pada jangkar yang dihubung singkatkan. Sikat brush dihubungsingkatkan secara permanent. Kumparan stator dihubungkan dengan sumber arus bolak balik, sehingga mengalir arus pada stator, maka pada rotor timbul tegangan induksi. Arus induksi pada rotor menimbulkan magnit. Resultan dari kedua kutub medan dan kutub jangkar akan menyebabkan terjadinya medan putar. Medan putar ini terjadi pada kedudukan sikat digeser dari garis netral. Garis netral adalah letak garis sumbu sikat segaris dengan sumbu kumparan stator, yaitu garis medan magnit rotor sama dengan statornya. Kecepatan motor listrik dapat diatur dengan cara menggeser letak sikat ke kiri atau ke kanan dari garis netral. Semakin besar sudut pergeseran semakin besar perubahan kecepatan motor listrik demikian pula terhadap momen kopel dari motor. Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 Pada dasarnya Motor repulsi dapat dibedakan menjadi tiga kelompok yaitu: 1 Motor repulsi start induction run motor 2 Motor repulsi 3 Motor Repulsi Induction Full Prinsip kerja dari ketiga motor listrik tersebut adalah sama hanya bedanya terletak pada sifat dan pemakaiannya. Untuk lebih jelasnya sirkuit diagram dapat dilihat pada gambar di bawah ini . Gambar 2.21. Sirkuit diagram motor repulsi 1 Motor repulsion start induction run motor, Dimana gerak mulanya seperti motor repulsion, bila tercapai kecepatan penuh, kumparan rotor dihubungsingkatkan dengan menggunakan sakelar sentrifugal, maka motor akan berubah menjadi motor rotor sangkar dengan kecepatan tetap. Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 2 Motor repulsi, Motor dengan kumparan rotor lewat komutator dimana sikat-sikatnya dihubungsingkatkan. 3 Motor repulsion induction full motor listrik ini menggunakan rotor sangkar pada bagian bawah dari alur kumparan rotor rotor mempunyai dua tingkat alur, yaitu alur sangkar dan alur kumparan, motor tipe ini tidak dilengkapi dengan sakelar sentrifugal. Prinsip gerak mulanya sama dengan tipe Motor repulsion start induction run motor Kopel mula motor repulsi sama dengan motor kapasitor start yang berkisar antara 300-350 dari kopel beban penuh. Sedangkan arus start pada motor repulse ini jauh lebih mudah 30 - 40 dibandingkan dengan jenis motor satu fasa lainnya. Variasi kecepatan waktu beban penuh terjadi slip antara 2,5 – 5 . Motor repulsi dibuat dalam ukuran ¼-5 HP pada kecepatan 1800 rpm dengan kopel awal 350 dari kopel beban penuh. Karakteristik ini sangat baik. Motor listrik beroperasi dengan kecepatan yang berubah ubah, disamping motor mempunyai gerak mula yang besar, sehingga dapat digunakan untuk beban yang berat. Motor repulsi, dipakai pada beban dengan momen asut tinggi. Contohnya, pengangkat gandum, perkakas pertanian Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011

BAB III DASAR PEMOGRAMAN PLC