Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa

yang sangat signifikan. Motor berefisiensi tinggi tersebut dirancang dengan bertegangan 3800 sampai 11.500 Volt dan 50 – 60 Hz. Hampir semua motor ac yang digunakan adalah motor induksi, terutama motor induksi tiga phasa yang paling banyak dipakai di perindustrian. Motor induksi tiga phasa sangat banyak dipakai sebagai penggerak di perindustrian karena banyak memiliki keuntungan, tetapi ada juga kelemahannya. Keuntungan motor induksi tiga phasa: 1. Motor induksi tiga phasa sangat sederhana dan kuat. 2. Biayanya murah dan dapat diandalkan. 3. Motor induksi tiga phasa memiliki efisiensi yang tinggi pada kondisi kerja normal. 4. Perawatanya mudah. Kerugianya: 1. Kecepatannya tidak bisa bervariasi tanpa merubah efisiensi. 2. Kecepatannya tergantung beban. 3. Pada torsi start memiliki kekurangan.

II.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa

Motor induksi adalah motor ac yang paling banyak dipergunakan, karena konstruksinya yang kuat dan karakteristik kerjanya yang baik. Secara umum motor induksi terdiri dari rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak, sedangkan stator bagian yang diam. Diantara stator dengan rotor ada celah udara yang jaraknya sangat kecil. Konstruksi motor induksi dapat diperlihatkan pada gambar 2.5. Universitas Sumatera Utara Rotor Stator Gambar 2.5 Gambar rotor dan stator Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam dan mengalirkan arus phasa. Stator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk silindris. Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas Gambar 2.6.b. Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi Gambar 2.6 a. Tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan phasa dimana untuk motor tiga phasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120 o . Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris Gambar 2.6.c. Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang telah disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga phasa. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.6 Menggambarkan Komponen Stator motor induksi tiga phasa, a Lempengan Inti, b Tumpukan Inti dengan Kertas Isolasi pada Beberapa Alurnya, c Tumpukan Inti dan Kumparan Dalam Cangkang Stator Untuk rotor akan dibahas pada bagian berikutnya, yaitu jenis – jenis motor induksi tiga phasa berdasarkan jenis rotornya.

II.3 Jenis Motor Induksi Tiga Phasa

Ada dua jenis motor induksi tiga phasa berdasarkan rotornya yaitu: 1. Motor induksi tiga phasa sangkar tupai squirrel-cage motor 2. Motor induksi tiga phasa rotor belitan wound-rotor motor kedua motor ini bekerja pada prinsip yang sama dan mempunyai konstruksi stator yang sama tetapi berbeda dalam konstruksi rotor. a b c Universitas Sumatera Utara

II.3.1 Motor Induksi Tiga Phasa Sangkar Tupai Squirrel-cage Motor

Penampang motor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Inti stator pada motor sangkar tupai tiga phasa terbuat dari lapisan – lapisan pelat baja beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau pelat baja yang dipabrikasi. Lilitan – lilitan kumparan stator diletakkan dalam alur stator yang terpisah 120 derajat listrik. Lilitan phasa ini dapat tersambung dalam hubungan delta Δ ataupun bintang Υ . Rotor jenis rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.7 di bawah ini. Batang Poros Kipas Laminasi Inti Besi Aluminium Cincin Aluminium Batang Poros Kipas Gambar 2.7 rotor sangkar, a Tipikal Rotor Sangkar, b Bagian-bagian Rotor Sangkar a b Universitas Sumatera Utara Batang rotor dan cincin ujung motor sangkar tupai yang lebih kecil adalah coran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Dalam motor yang lebih besar, batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan ke dalam alur rotor dan kemudian dilas dengan kuat ke cincin ujung. Batang rotor motor sangkar tupai tidak selalu ditempatkan paralel terhadap poros motor tetapi kerapkali dimiringkan. Hal ini akan menghasilkan torsi yang lebih seragam dan juga mengurangi derau dengung magnetik sewaktu motor sedang berputar. Pada ujung cincin penutup dilekatkan sirip yang berfungsi sebagai pendingin. Rotor jenis rotor sangkar standar tidak terisolasi, karena batangan membawa arus yang besar pada tegangan rendah. Motor induksi dengan rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.8. a Universitas Sumatera Utara Gambar 2.8 a Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Kecil, b Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Besar

II.3.2 Motor Induksi Tiga Phasa Rotor Belitan wound-rotor motor

Motor rotor belitan motor cincin slip berbeda dengan motor sangkar tupai dalam hal konstruksi rotornya. Seperti namanya, rotor dililit dengan lilitan terisolasi serupa dengan lilitan stator. Lilitan phasa rotor dihubungkan secara Υ dan masing – masing phasa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Secara skematik dapat dilihat pada gambar-2.9. Dari gambar ini dapat dilihat bahwa cincin slip dan sikat semata – mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkaian rotor. b Universitas Sumatera Utara Sumber tegangan Belitan Stator Belitan Rotor Slip Ring Tahanan Luar Gambar 2.9 Gambar skematik motor Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal yang berfunsi membatasi arus pengasutan dan yang bertanggung jawab terhadap pemanasan rotor. Selama pengasutan, penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan menghasilkan torsi pengasutan yang lebih besar dengan arus pengasutan yang lebih kecil dibanding dengan rotor sangkar. Konstruksi motor tiga phasa rotor belitan ditunjukkan pada gambar di bawah ini. a Universitas Sumatera Utara b Gambar 2.10 a Rotor Belitan, b Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa dengan Rotor Belitan

II.4 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa

Motor induksi adalah peralatan pengubah energi listrik ke bentuk energi mekanik. Pengubahan energi ini bergantung pada keberadaan phenomena alami magnetik, medan listrik, gaya mekanis dan gerak. Dalam motor induksi, tidak ada hubungan listrik ke rotor, arus rotor merupakan arus induksi. Tetapi ada kondisi yang sama seperti motor dc, dimana pada rotor mengalir arus. Arus ini berada dalam medan magnetik sehingga akan terjadi gaya F pada rotor yang akan menggerakkan rotor dalam arah tegak lurus medan. Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga phasa, maka pada stator akan dihasilkan arus tiga phasa, arus ini menghasilkan medan magnetik yang berputar dengan kecepatan sinkron. Ketika medan melewati konduktor rotor, dalam konduktor ini diinduksikan ggl yang sama seperti ggl yang diinduksikan dalam lilitan sekunder transformator oleh fluksi arus primer. Universitas Sumatera Utara Rangkaian rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui cincin ujung atau tahanan luar, ggl induksi menyebabkan arus mengalir dalam konduktor rotor. Jadi arus yang mengalir pada konduktor rotor dalam medan magnet yang dihasilkan stator akan menghasilkan gaya F yang bekerja pada rotor. Gambar – 2.14 di bawah ini menggambarkan penampang stator dan rotor motor induksi, dengan medan magnet diumpamakan berputar searah jarum jam dan dengan statornya diam seperti pada saat start. X X X X X X X Stator Rotor Gerakan medan magnet berputar Gambar 2. 11. Penampang stator dan motor Untuk arah fluksi dan gerak yang ditunjukkan gambar di atas, penggunaan aturan tangan kanan fleming bahwa arah arus induksi dalam konduktor rotor menuju pembaca. Pada kondisi seperti itu, dengan konduktor yang mengalirkan arus berada dalam medan magnet seperti yang ditunjukkan, gaya pada konduktor mengarah ke atas karena medan magnet di bawah konduktor lebih kuat dari pada medan di atasnya. Agar sederhana, hanya satu konduktor rotor yang diperlihatkan. Tetapi, konduktor – konduktor rotor yang berdekatan lainnya dalam medan stator juga mengalirkan arus dalam arah seperti pada konduktor yang ditunjukkan, dan juga mempunyai suatu gaya ke arah atas yang dikerahkan pada mereka. Pada setengah siklus Universitas Sumatera Utara berikutnya, arah medan stator akan dibalik, tetapi arus rotor juga akan dibalik, sehingga gaya pada rotor tetap ke atas. Demikian pula konduktor rotor di bawah kutub – kutub medan stator lain akan mempunyai gaya yang semuanya cenderung memutarkan rotor searah jarum jam. Jika kopel yang dihasilkan cukup besar untuk mengatasi kopel beban yang menahan, motor akan melakukan percepatan searah jarum jam atau dalam arah yang sama dengan perputaran medan magnet stator. Untuk memperjelas prinsip kerja motor induksi tiga phasa, maka dapat dijabarkan dalam langkah – langkah berikut: 1. Pada keadaan beban nol ketiga phasa stator yang dihubungkan dengan sumber tegangan tiga phasa yang setimbang menghasilkan arus pada tiap belitan phasa. 2. Arus pada tiap phasa menghasilkan fluksi bolak-balik yang berubah-ubah. 3. Amplitudo fluksi yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan arahnya tegak lurus terhadap belitan phasa. 4. Akibat fluksi yang berputar timbul ggl pada stator motor yang besarnya adalah: e 1 = dt d N Φ − 1 Volt atau Φ = 1 1 44 , 4 fN E Volt . 5. Penjumlahan ketiga fluksi bolak-balik tersebut disebut medan putar yang berputar dengan kecepatan sinkron n s, besarnya nilai n s ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi stator f yang dirumuskan dengan p f n × = 120 s rpm . 6. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi ggl sebesar E 2 yang besarnya: Universitas Sumatera Utara m 2 2 44 4 Φ fN E , = Volt dimana : E 2 = Tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam Volt N 2 = Jumlah lilitan kumparan rotor Ф m = Fluksi maksimum Wb 7. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl tersebut akan menghasilkan arus I 2 8. Adanya arus I 2 di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F pada rotor 9. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah medan putar stator 10. Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan sinkron. Perbedaan kecepatan medan stator n s dan kecepatan rotor n r disebut slip s dan dinyatakan dengan 100 s r s × − = n n n s 11. Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi pada kumparan rotor akan bervariasi tergantung besarnya slip. Tegangan induksi ini dinyatakan dengan E 2s yang besarnya: m 2 s 2 44 4 Φ sfN E , = Volt dimana E 2s = tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar Volt f 2 = s.f = frekuensi rotor frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar 12. Bila n s = n r , tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan rotor, karenanya tidak dihasilkan kopel. Kopel ditimbulkan jika n r n s . Universitas Sumatera Utara BAB II MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

II.1 UMUM