MOTOR SINKRON MOTOR AC SINKRON
MOTOR SINKRON
MOTOR AC - SINKRON
Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistim
frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan
memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk
penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan
generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga
sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.
Komponen utama motor sinkron adalah:
1. Rotor
Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin
sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini
memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet
permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila
dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
2. Stator
Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.
Gambar Motor Sinkron.
A. Prinsip Kerja Motor AC sinkron
Motor sinkron serupa dengan motor induksi pada mana keduanya mempunyai belitan
stator yang menghasilkan medan putar. Tidak 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. Jika motor sinkron dibebani ke titik
dimana rotor ditarik keluar dari keserempakannya dengan medan putar, maka tidak ada
torque yang dihasilkan, dan motor akan berhenti. Motor sinkron bukanlah self-starting motor
karena torque hanya akan muncul ketika motor bekerja pada kecepatan sinkron; karenanya
motor memerlukan peralatan untuk membawanya kepada kecepatan sinkron.
Motor sinkron menggunakan rotor belitan. Jenis ini mempunyai kumparan yang
ditempatkan pada slot rotor. Slip ring dan sikat digunakan untuk mensuplai arus kepada rotor.
Prinsip Motor Sinkron secara umum :
-
Belitan medan terdapat pada rotor
-
Belitan jangkar pada stator
- Pada motor sinkron, suplai listrik bolak-balik (AC ) membangkitkan fluksi medan putar stator
(Bs) dan suplai listrik searah (DC) membangkitkan medan rotor (B s). Rotor berputar karena
terjadi interaksi tarik-menarik antara medan putar stator dan medan rotor. Namun
dikarenakan tidak adanya torka-start pada rotor, maka motor sinkron membutuhkan primemover yang memutar rotor hingga kecepatan sinkron agar terjadi coupling antara medan
putar stator (Bs) dan medan rotor (Br).
Penyalaan Motor Sinkron
Sebuah motor sinkron dapat dinyalakan oleh sebuah motor dc pada satu sumbu.
Ketika motor mencapai kecepatan sinkron, arus AC diberikan kepada belitan stator. Motor dc
saat ini berfungsi sebagai generator dc dan memberikan eksitasi medan dc kepada rotor.
Beban sekarang boleh diberikan kepada motor sinkron. Motor sinkron seringkali dinyalakan
dengan menggunakan belitan sangkar tupai (squirrel-cage) yang dipasang di hadapan kutub
rotor. Motor kemudian dinyalakan seperti halnya motor induksi hingga mencapai –95%
kecepatan sinkron, saat mana arus searah diberikan, dan motor mencapai sinkronisasi. Torque
yang diperlukan untuk menarik motor hingga mencapai sinkronisasi disebut pull-in torque.
Seperti diketahui, rotor motor sinkron terkunci dengan medan putar dan harus terus
beroperasi pada kecepatan sinkron untuk semua keadaan beban. Selama kondisi tanpa beban
(no-load), garis tengah kutub medan putar dan kutub medan dc berada dalam satu garis
(gambar dibawah bagian a). Seiring dengan pembebanan, ada pergeseran kutub rotor ke
belakang, relative terhadap kutub stator (gambar bagian b). Tidak ada perubahan kecepatan.
Sudut antara kutub rotor dan stator disebut sudut torque .
Gambar sudut torque (torque angle)
Jika beban mekanis pada motor dinaikkan ke titik dimana rotor ditarik keluar dari
sinkronisasi , maka motor akan berhenti. Harga maksimum torque sehingga motor tetap
bekerja tanpa kehilangan sinkronisasi disebut pull-out torque.
A. Kontruksi Motor AC Sinkron
Gambar Kontruksi Motor Sinkron
Seperti yang telah diulas diatas, bahwa komponen penting dari motor sinkron adalah
stator dan rotor, yang mana komponen ini adalah komponen umum atau dasar pada sebuah
motor.
Motor sinkron adalah motor ac yang memiliki kecepatan konstan, namun kecepatan
dapat diatur karena kecepatannya berbanding lurus dengan frekuensi. Motor sinkron secara
khusus sangat baik digunakan untuk kecepatan rendah. Kelebihan dari motor sinkron ini
antara lain, dapat dioperasikan pada faktor daya lagging maupun leading, tidak ada slip yang
dapat mengakibatkan adanya rugi-rugi daya sehingga motor ini memiliki efisiensi tinggi.
Sedangkan kelemahan dari motor sinkron adalah tidak mempunyai torka mula, sehingga
untuk starting diperlukan cara-cara tertentu. Bila metode starting telah dapat dikembangkan
kemudian hari, maka motor ini akan lebih unggul dibandingkan motor listrik yang lain.
A. Rumusan matematis Motor AC sinkron
Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut:
Ns = 120 f / P
di mana :
Ns = kecepatan serempak, dalam rpm
F = frekuensi daya AC
p = jumlah kutup per lilitan phase
Slip dari motor AC dihitung dengan :
Di mana :
Nr = kecepatan putar, dalam rpm
S = slip normal, 0 sampai 1.
Sebagai contoh, sebuah motor dengan empat kutub beroperasi pada 60 Hz bisa memiliki plat
nama 1725 RPM pada beban penuh, sedangkan bila dihitung kecepatannya 1800 RPM.
D. Penggunaan Motor AC sinkron
Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque
awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan
beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor.
E. Proteksi Motor AC sinkron
Motor dapat menjadi generator, apabila energi listrik dirubah menjadi energi mekanik
disebut motor, tapi apabila energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator. Jadi "di
atas kertas" motor itu bisa jadi generator, tapi bila melihat fungsi dan konstruksinya akan
berbeda, jadi dalam keadaan khusus motor akan menjadi generator, atau generator menjadi
motor. Namun untuk mencegah hal tersebut dipasang proteksi khusus agar motor tidak
menjadi menjadi generator atau sebaliknya.
Ada banyak metode kendali motor AC (motor induksi, motor sinkron) dengan kelebihan
dan kekurangannya. Namun secara umum metode ini dapat dikelompokkan sebagai berikut:
1. Kendali Skalar (v/f Konstan)
2. Kendali Berorientasi Medan (Field Oriented Control, FOC)
3. Kendali Torsi Langsung (Direct Torque Control, DTC)
Overload Motor Protection
Overload Motor Protection, yang dimaksud motor ini adalah electric motor yang oleh
orang awam disebut dinamo. Dan disini dikhususkan yang terjadi pada motor AC 3 phase.
Fungsi dari motor ini adalah sebagai penggerak atau untuk mengkonversi energi listrik
menjadi mekanik/ gerak seperti lift, conveyor, blower, crusher dll. Dalam dunia industri saat
ini peran yang dilakukan motor ini sangat vital. Untuk itu proteksi sangat diperlukan untuk
menjaga kelancaran suatu proses. Sistem proteksi motor ini sudah lama dikenal dan
berkembang seiring kemajuan teknologi. Mulai dari penggunaan eutic relay, thermal, sampai
elektronik. Secara umum sistem kerja alat tersebut dapat dibagi menjadi dua yaitu dengan
thermal dan elektronik.THERMAL OVERLOAD.
Sesuai dengan namanya proteksi motor ini menggunakan panas sebagai pembatas arus
pada motor. Alat ini sangat banyak dipergunakan saat ini. Biasanya disebut TOR, Thermis
atau overload relay. Cara kerja alat ini adalah dengan menkonversi arus yang mengalir
menjadi panas untuk mempengaruhi bimetal. Nah , bimetal inilah yang menggerakkan tuas
untuk menghentikan aliran listrik pada motor melalui suatu control motor starter (baca motor
starter). Pembatasan dilakukan dengan mengatur besaran arus pada dial di alat tersebut. Jadi
alat tersebut memiliki range adjustment misal TOR dengan range 1 ~ 3,2 Amp disetting 2,5
Amp. Artinya, kita membatasi arus dengan TOR pada level 2,5 Amp saja.
ELECTRONIC OVERLOAD
Overload electronic ini mempunyai 2 karakteristik trip, INVERSE dan DEFINITE.
Inverse, ia akan bekerja seperti thermal overload. Perbedaannya adalah kemampuannya untuk
menggeser kurva trip. Jadi overload ini selain mempunyai setting arus juga kecepatan trip
atau class adjustment. Selain itu dengan menggunakan rangkaian elektronik ia akan tidak
mudah dipengaruhi suhu sekitar serta akurasi lebih terjaga. Definite, bekerja dengan
pembatasan yang ketat. Dengan karakteristik ini, berapapun besar kelebihan beban ia akan
trip setelah mencapai waktu yang ditentukan. Misal seting overload pada 10 amp dengan
waktu trip 4 detik. Jika terjadi kelebihan beban lebih dari 10 amp selama lebih dari 4 detik dia
akan trip. Kecepatan trip ini tidak tergantung besar arus overload (baik kecil atau besar sama
saja).
Dengan menggunakan rangkaian elektronik biasanya alat ini dilengkapi dengan
fasilitas proteksi lain seperti phaseloss protection, Lock Rotor Protection, Short Circuit
Protection dll. Dengan gambaran tersebut di atas, maka kita bisa menentukan kebutuhan
overload protection yang diperlukan. Dan perlu di ingat bahwa, terbakarnya motor tidak
hanya karena terjadinya overload. Overload hanyalah salah satu dari beberapa fakor
penyebab terbakarnya motor. Seberapa tinggi tingkat proteksi motor yang kita perlukan
tergantung dengan prioritas kita. Tetapi, overload protection tetaplah mutlak diperlukan
dalam sebuah suatu sistem motor starter.
F. Pengukuran Motor AC sinkron
Pembangkitan Torka
Interaksi antara medan putar stator (Bs) dan medan rotor (Br) yang
membangkitkan torka seperti terlihat dalam persamaan berikut.
T = Bsx Bs(sin δ)
δ disebut sudut beban karena besarnya tergantung pembebanan. Pada saat
beban nol nilai δ=0. Jika dibebani, medan rotor tertinggal dari rotor sebesar δ,
o
kemudian berputar sama lagi. Beban maksimum tercapai pada δ=90 . Jika beban
dinaikkan terus melebihi batas itu, maka motor akan kehilangan sinkronisasi dan
akhirnya akan berhenti.
Pembangkitan medan putar
·
Pada Motor sinkron 3 fasa, mengalir arus seimbang pada tiap fasa dengan beda sudut fasa
120o
ia = Im sin ωt
ib = Im sin (ωt-120o)
ic = Im sin (ωt-240o)
Tiap arus fasa membangkitkan ggm F yang merupakan fungsi sudut ruang ө seperti ia à
Fa.cos θ. Dengan Fa=Fm. sin ωt
Maka ggm F tiap fasa yang dibangkitkan
Fa = Fm sin ωt.cos θ
Fb = Fm sin (ωt-120o).cos (θ-120o)
Fc = Fm sin (ωt-240o) .cos (θ-240o)
Resultan ketiga ggm, Fr=Fa+ Fb +Fc
Dan jika kemudian disederhanakan dengan persamaan trigonometri akan diperoleh:
F(θ,t) = 3/2 Fm.cos (θ-ωt)
Yang berarti resultan-mmf adalah medan putar sebagai fungsi dari ruang dan waktu, seperti
terlihat dalam gambar berikut:
G. Karakteristik Motor AC sinkron
Gambar Model Motor Sinkron (Model dan Diagram Fasor)
Pengaruh Penguatan Medan
Ø
Untuk membangkitkan fuksi dibutuhkan daya reaktif yang bersifat induktif.
Ø
Pada motor sinkron, ggm dibangkitkan arus medan (DC) pada belitan rotor. Jika arus medan
ini cukup, maka motor tidak membutuhkan suplai energi reaktif dari sisi stator yang
bersumber dari jaringan listrik. Sehingga motor bekerja dengan faktor daya = 1.
Ø
Jika penguatan arus medan kurang, maka motor sinkron akan menarik daya reaktif yang
bersifat induktif dari sisi stator. Sehingga motor bekerja dengan factor daya(pf) terbelakang
(lagging). Artinya motor menjadi pembangkit daya reaktif yang bersifat induktif.
Ø
Kebalikannya jika kelebihan penguatan arus medan, maka motor sinkron akan menarik daya
reaktif yang bersifat kapasitif dari sisi stator. Sehingga motor bekerja dengan factor daya (pf)
mendahului (leading). Artinya motor menjadi pembangkit daya reaktif yang bersifat kapasitif.
Kondensor Sinkron
Seperti diuraikan di atas, jika motor sinkron kelebihan penguatan arus medan, maka
motor sinkron akan menarik daya reaktif yang bersifat kapasitif dari sisi stator. Sehingga
motor bekerja dengan factor daya (pf) mendahului (leading). Artinya motor menjadi
pembangkit daya reaktif yang bersifat kapasitif. Sehingga motor sinkron dapat digunakan
untuk memperbaiki factor daya (pf). Dalam hal ini motor sinkron disebut Kondensor sinkron.
Karakteristik Torka dan Sudut daya
Gambar diatas memperlihatkan bahwa Torka adalah fungsi sin δ, dengan δ adalah
sudut daya. Pada motor sinkron nilai δ negatif dan nilainya positif pada generator sinkron.
Torka maksimum dicapai pada δ= +/- 90o. Jika melebihi batas itu, maka motor atau generator
akan kehilangan stabilitas dan sinkronisasi dan pada akhirnya akan berhenti.
MOTOR INDUKSI
Motor induksi. Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai
peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah
didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.
Komponen Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 8):
• Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
- Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak
slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan
alat cincin hubungan pendek.
- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat
melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung
yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang
menempel padanya.
• Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga
fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi
geometri sebesar 120 derajat .
Klasifikasi motor induksi
Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003):
• Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan
pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat
untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling
umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan
pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
• Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase
yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki
kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan
penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini,
sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia
dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.
Gambar 8. Motor Induksi.
Kecepatan motor induksi
Motor induksi bekerja sebagai berikut, Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan
medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus
rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet
stator, yang menyebabkan rotor berputar. Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak
pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah.
Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang
meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk
menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan
“motor cincin geser/slip ring motor”.
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran(Parekh, 2003):
% Slip = (Ns – Nb)/Ns x 100
Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM
Hubungan antara beban, kecepatan dan torsi
Gambar 9. Grafik Torsi vs Kecepatan Motor Induksi.
Gambar 9 menunjukan grafik torsi vs kecepatan motor induksi AC tiga fase 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 stator turun ke nol.
Motor Induksi 1 Fasa
A. Motor Induksi 1 fasa
Gb 1. Konstruksi Motor Induksi 1 Fasa
Konstruksi motor induksi satu fasa terdiri atas dua komponen yaitu stator dan rotor. Stator 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 kumparan-kumparan tersebut sehingga terjadi suatu interaksi induksi medan magnet antara
stator dan rotor. Bentuk dan konstruksi motor tersebut digambarkan pada gambar 1.
B. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 1 Fasa
Motor induksi satu fasa terdiri kumparan stator dan kumparan rotor. Kumparan stator dan rotor
masing-masing terdiri dari parameter resistansi “R’, reaktansi “jX”dan lilitan penguat “N”. rangkaian
ekivalen dari motor induski satu fasa dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gb 2.Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Sederhana
Gb 3.Rangkaian pengganti motor induksi satu phase.
Nilai arus suber bolak-balik satu fasa dapat dirumuskan sebagai berikut : I1 = IØ + I2’
Besarnya arus pemaknitan IØ yang timbul akibat adanya induksi yang terjadi antara medan stator dan rotor
adalah :
IØ = Ir + Im
Ggl yang dihasilkan akibat interaksi induksi medan magnet antara stator dan rotor yang masing-masing
sebesar E1 dan E2 adalah :
Impedansi pada kumparan motor stator dan rotor masing-masing adalah :
jXs = jws Ls
jXr = jwr Lr
C. Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa
Apabila kumparan-kumparan motor induksi satu fasa dialiri arus bolak-balik satu fasa, maka
pada celah udara akan dibangkitkan medan yang berputar dengan kecepatan putaran sebesar dengan
menggunakan rumus :
Medan magnet berputar bergerak memotong lilitan rotor sehingga menginduksikan tegangan
listrik pada kumparan-kumparan tersebut. Biasannya lilitan rotor berada dalam hubung
Akibatnya
lilitan rotor akan mengalir
singkat.
arus listrik yang besarnya tergantung pada besarnya
tegangan induksi dan impedansi rotor. Arus listrik yang mengalir pada rotor akan mengakibatkan
medan magnet rotor dengan kecapatan sama dengan kecepatan medan putar stator (ns).
Interaksi
medan stator dan rotor akan membangkitkan
torsi yang menggerakan
rotor
berputar searah dengan arah medan putar stator. Interaksi medan stator dan rotor juga menyebabkan
terjasinya gaya gerak listrik induksi yang disebabkan oleh kumparan-kumparan stator dan rotor. Rumusan
matematis gaya gerak listrik yang terjadi pada motor induksi satu fasa dengan rumusan sebagai
berikut :
Dimana nilai Φ(t) untuk fluksi maksimum akibat dari penyebaran kerapatan fluks yang melewati
lilitan dengan rumus :
Adanya perbedaan medan putar stator dan medan putar rotor atau yang disebut slip pada motor
induksi satu fasa pada rumus sebagai berikut :
D. Hubungan Torsi dan Slip pada Motor
Berubah-ubahnya kecepatan motor induksi (ns) akan mengakinbatkan harga slip dari 100% pada
start hingga 0% pada saat motor diam (nr – ns). torsi yang dihasilkan selama motor iinduksi satu fasa
berputar tergantung pada perubahan slip dan perubahan dalam Newton.meter. Perubahan pembebanan
dapat terjadi dengan naiknya nilai tegangan dan arus pada rotor. Hubungan torsi (Td) terhadap parameter
impedansi stator, impedansi rotor, arus rotor, tegangan sumber dan kecepatan sudut
secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut :
Motor Universal
Motor universal banyak digunakan pada peralatan listrik dengan ukuran kecil dan sedang,
seperti Vacuum Cleaner, bor tangan, mixer dan sejenisnya. Aplikasi motor universal untuk
mesin jahit, untuk mengatur kecepatan dihubungkan dengan tahanan geser dalam bentuk
pedal yang ditekan dan dilepaskan. Seperti halnya motor-motor lain pada motor Universal
memiliki dua bagian inti yaitu:
a.STATOR
Stator adalah bagian yang diam tempat dimana kumparan diletakkan pada umumnya pada
motor univesrsal memiliki 2 kutub kumparan.
b.ROTOR
Rotor adalah bagian yang berputar letaknya ada diantara stator.Pada motor universal bagian
rotor sedikit berbeda dengan motor lain dimana pada rotor motor universal terdiri dari 2
bagian yaitu jangkar dan komutator,Jangkar adalah tempat dibelitkannya kumparan yang
ujung-ujungnya diletakkan pada komutator sesuai langkah belitan kumparan dan pada
komutator ini diletakkan sikat karbon yang berfungsi mengalirkan arus dari sumber luar
kedalam jangkar motor. perhatikan gambar dibawah ini!
KONSTRUKSI
Motor jenis ini didesain dengan stator berupa lempengan besi yang dilaminasi, medan
magnetis statis dan armatur. Belitan armatur dan belitan medan dirangkai secara seri melalui
dua sikat arang, sehingga dihasilkan arah arus medan dan arus armatur yang sama meskipun
motor disuplai dengan arus AC. Torka yang dihasilkan dari motor jenis ini berupa pulsa yang
dihasilkan setiap setengah siklus ketika arus berubah arah melewati komutator.Kalau dilihat
dari fisiknya hampir mirip dengan motor-motor DC.
PRINSIP KERJA
Prinsip kerja motor universal mudah dimengerti dibandingkan dengan prinsip kerja motor
DC.
Berdasarkan persamaan torsi :
T= k Ia f
dengan :
T = momen kopel (Nm)
k = angka konstanta pembanding
Ia = arus jangkar (ampere)
f = fliks magnet (kg/A.s2 atau tesla)
Bila motor dihubungkan dengan sumber tegangan AC, pada saat ½ periode positif motor
berputar berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Pada ½ periode negatif , dan menurut
“hukum tangan kiri” dinyatakan: apabila tangan kiri terbuka diletakkan diantara kutub U dan
S, maka garis-garis gaya yang keluar dari kutub utara menembus telapak tangan kiri dan arus
didalam kawat mengalir searah dengan arah keempat jari, sehingga kawat tersebut akan
mendapat gaya yang arahnya sesuai dengan ibu jari.
KELEBIHAN/KEUNTUNGAN MOTOR UNIVERSAL
Dibandingkan dengan jenis motor ac fase tunggal lainnya, motor universal memiliki beberapa
keuntungan:
Untuk berat tertentu, universal motor menghasilkan tenaga yang lebih besar dari jenis
lainnya.Motor universal menghasilkan Starting torsi yang besar tanpa arus yang
berlebihan.Ketika beban torsi meningkat, motor universal melambat. Oleh karena itu, daya
dihasilkan relatif konstan, dan besarnya arus masih dalam batas wajar. Dengan demikian,
universal motor ini lebih cocok untuk beban yang menuntut berbagai torsi dengan range yang
lebar, seperti bor dan mixer makanan.Universal motor dapat dirancang untuk beroperasi pada
kecepatan yang sangat tinggi, sedangkan jenis motor ac terbatas pada 3600 rpm, dengan
asumsi 60-Hz source.
MOTOR SHADED POLE
Motor shaded pole adalah salah satu jenis motor induksi dari AC 1 fhase maupun 3
fhase.Pada dasarnya motor ini adalah motor sangkar bajing yang dimana pada kumparan
bantunya diberi cincin tembaga pada setiap kutubnya.Nah kumparan bantu inilah yang sering
disebut juga kumparan bayangan.Arus terinduksi kedalam kumparan dengan menunda fase
medan magnet dari fluks magnetik pada kutub bayangan/shaded pole sehingga cukup untuk
membuat sebuah medan yang berputar untuk memutarkan rotor.Arahnya putaran pada motor
shaded pole adalah dari kumparan inti ke kumparan bantu/bayangannya.Namun pada motor
shaded pole biasanya bertorsi kecil hal ini disebabkan berpedaan fhase pada sudut kumparan
inti dan bantu/bayanganya sangatlah kecil.
a.Konstruksi Motor Shaded Pole
Lihat gambar diatas begitu sederhananya konstruksi motor shaded pole ini kan.Pada
permukaan kutub-kutub stator terbuat dari belitan cincin tembagayang akan menyebabkan
terjadinya kutub bayangan pada motor shaded pole.Sedangkan type rotornya adalah type
rotor sangkar yang ditopang oleh dua bearing ,penyangga porosnya juga dibuat sangat
sederhana yaitu dibuat dari besi plat dibentuk sedemikian rupa sehingga mampu menyangga
rotor yang nantinya berputar.Kumparan stator yang dibelitkan mengelilingi inti dibuat hampir
mirip Transformator ya sob.Irisan penampangnya memperlihatkan dua bagian yaitu bagian
stator dengat kumparan stator dan dua kawat motor shaded pole.Sedangkan bagian rotor
sangkarnya berada ditengah-tengah bagian stator lihat gambar dibawah ini
b.Prinsip Kerja Motor Shaded Pole
Pada motor shaded pole kumparan stator hanya terdiri dari kumparan utama saja sehingga
untuk membentuk sebuah megan yang berputar dibuatlah kumparan bayangan/bantu yang
merupakan suatu rangkian tertutup pada stator ( sering disebut SALIENT karena berbentuk
sepatu ).Pada kutub bayangan dilingkarkan cincin tembaga sehingga menyebabkan medan
magnet dan perbedaan sudut fhase pada kumparan bayangan dan kumparan intinya sehingga
medan putar akan timbul dari arah kumparan inti ke kumparan bayangan/bantunya.Karena
torsi yang dihasilkan kecil sehingga motor shaded pole tidak membutuhkan capasitor,sakelar
centrifugal atau alat starting lainnya.Untuk lebih jelasnya silahkan lihat gambar berikut.
Mlihat jam di HP bentar lagi jam pulang mungkin itulah sedikit ulasan saya mengenai Motor
Shaded pole dilain waktu saya akan mengulas juga poin yang ketiga yaitu motor universal.
MOTOR AC - SINKRON
Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistim
frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan
memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk
penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan
generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga
sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.
Komponen utama motor sinkron adalah:
1. Rotor
Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin
sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini
memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet
permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila
dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
2. Stator
Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.
Gambar Motor Sinkron.
A. Prinsip Kerja Motor AC sinkron
Motor sinkron serupa dengan motor induksi pada mana keduanya mempunyai belitan
stator yang menghasilkan medan putar. Tidak 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. Jika motor sinkron dibebani ke titik
dimana rotor ditarik keluar dari keserempakannya dengan medan putar, maka tidak ada
torque yang dihasilkan, dan motor akan berhenti. Motor sinkron bukanlah self-starting motor
karena torque hanya akan muncul ketika motor bekerja pada kecepatan sinkron; karenanya
motor memerlukan peralatan untuk membawanya kepada kecepatan sinkron.
Motor sinkron menggunakan rotor belitan. Jenis ini mempunyai kumparan yang
ditempatkan pada slot rotor. Slip ring dan sikat digunakan untuk mensuplai arus kepada rotor.
Prinsip Motor Sinkron secara umum :
-
Belitan medan terdapat pada rotor
-
Belitan jangkar pada stator
- Pada motor sinkron, suplai listrik bolak-balik (AC ) membangkitkan fluksi medan putar stator
(Bs) dan suplai listrik searah (DC) membangkitkan medan rotor (B s). Rotor berputar karena
terjadi interaksi tarik-menarik antara medan putar stator dan medan rotor. Namun
dikarenakan tidak adanya torka-start pada rotor, maka motor sinkron membutuhkan primemover yang memutar rotor hingga kecepatan sinkron agar terjadi coupling antara medan
putar stator (Bs) dan medan rotor (Br).
Penyalaan Motor Sinkron
Sebuah motor sinkron dapat dinyalakan oleh sebuah motor dc pada satu sumbu.
Ketika motor mencapai kecepatan sinkron, arus AC diberikan kepada belitan stator. Motor dc
saat ini berfungsi sebagai generator dc dan memberikan eksitasi medan dc kepada rotor.
Beban sekarang boleh diberikan kepada motor sinkron. Motor sinkron seringkali dinyalakan
dengan menggunakan belitan sangkar tupai (squirrel-cage) yang dipasang di hadapan kutub
rotor. Motor kemudian dinyalakan seperti halnya motor induksi hingga mencapai –95%
kecepatan sinkron, saat mana arus searah diberikan, dan motor mencapai sinkronisasi. Torque
yang diperlukan untuk menarik motor hingga mencapai sinkronisasi disebut pull-in torque.
Seperti diketahui, rotor motor sinkron terkunci dengan medan putar dan harus terus
beroperasi pada kecepatan sinkron untuk semua keadaan beban. Selama kondisi tanpa beban
(no-load), garis tengah kutub medan putar dan kutub medan dc berada dalam satu garis
(gambar dibawah bagian a). Seiring dengan pembebanan, ada pergeseran kutub rotor ke
belakang, relative terhadap kutub stator (gambar bagian b). Tidak ada perubahan kecepatan.
Sudut antara kutub rotor dan stator disebut sudut torque .
Gambar sudut torque (torque angle)
Jika beban mekanis pada motor dinaikkan ke titik dimana rotor ditarik keluar dari
sinkronisasi , maka motor akan berhenti. Harga maksimum torque sehingga motor tetap
bekerja tanpa kehilangan sinkronisasi disebut pull-out torque.
A. Kontruksi Motor AC Sinkron
Gambar Kontruksi Motor Sinkron
Seperti yang telah diulas diatas, bahwa komponen penting dari motor sinkron adalah
stator dan rotor, yang mana komponen ini adalah komponen umum atau dasar pada sebuah
motor.
Motor sinkron adalah motor ac yang memiliki kecepatan konstan, namun kecepatan
dapat diatur karena kecepatannya berbanding lurus dengan frekuensi. Motor sinkron secara
khusus sangat baik digunakan untuk kecepatan rendah. Kelebihan dari motor sinkron ini
antara lain, dapat dioperasikan pada faktor daya lagging maupun leading, tidak ada slip yang
dapat mengakibatkan adanya rugi-rugi daya sehingga motor ini memiliki efisiensi tinggi.
Sedangkan kelemahan dari motor sinkron adalah tidak mempunyai torka mula, sehingga
untuk starting diperlukan cara-cara tertentu. Bila metode starting telah dapat dikembangkan
kemudian hari, maka motor ini akan lebih unggul dibandingkan motor listrik yang lain.
A. Rumusan matematis Motor AC sinkron
Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut:
Ns = 120 f / P
di mana :
Ns = kecepatan serempak, dalam rpm
F = frekuensi daya AC
p = jumlah kutup per lilitan phase
Slip dari motor AC dihitung dengan :
Di mana :
Nr = kecepatan putar, dalam rpm
S = slip normal, 0 sampai 1.
Sebagai contoh, sebuah motor dengan empat kutub beroperasi pada 60 Hz bisa memiliki plat
nama 1725 RPM pada beban penuh, sedangkan bila dihitung kecepatannya 1800 RPM.
D. Penggunaan Motor AC sinkron
Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque
awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan
beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor.
E. Proteksi Motor AC sinkron
Motor dapat menjadi generator, apabila energi listrik dirubah menjadi energi mekanik
disebut motor, tapi apabila energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator. Jadi "di
atas kertas" motor itu bisa jadi generator, tapi bila melihat fungsi dan konstruksinya akan
berbeda, jadi dalam keadaan khusus motor akan menjadi generator, atau generator menjadi
motor. Namun untuk mencegah hal tersebut dipasang proteksi khusus agar motor tidak
menjadi menjadi generator atau sebaliknya.
Ada banyak metode kendali motor AC (motor induksi, motor sinkron) dengan kelebihan
dan kekurangannya. Namun secara umum metode ini dapat dikelompokkan sebagai berikut:
1. Kendali Skalar (v/f Konstan)
2. Kendali Berorientasi Medan (Field Oriented Control, FOC)
3. Kendali Torsi Langsung (Direct Torque Control, DTC)
Overload Motor Protection
Overload Motor Protection, yang dimaksud motor ini adalah electric motor yang oleh
orang awam disebut dinamo. Dan disini dikhususkan yang terjadi pada motor AC 3 phase.
Fungsi dari motor ini adalah sebagai penggerak atau untuk mengkonversi energi listrik
menjadi mekanik/ gerak seperti lift, conveyor, blower, crusher dll. Dalam dunia industri saat
ini peran yang dilakukan motor ini sangat vital. Untuk itu proteksi sangat diperlukan untuk
menjaga kelancaran suatu proses. Sistem proteksi motor ini sudah lama dikenal dan
berkembang seiring kemajuan teknologi. Mulai dari penggunaan eutic relay, thermal, sampai
elektronik. Secara umum sistem kerja alat tersebut dapat dibagi menjadi dua yaitu dengan
thermal dan elektronik.THERMAL OVERLOAD.
Sesuai dengan namanya proteksi motor ini menggunakan panas sebagai pembatas arus
pada motor. Alat ini sangat banyak dipergunakan saat ini. Biasanya disebut TOR, Thermis
atau overload relay. Cara kerja alat ini adalah dengan menkonversi arus yang mengalir
menjadi panas untuk mempengaruhi bimetal. Nah , bimetal inilah yang menggerakkan tuas
untuk menghentikan aliran listrik pada motor melalui suatu control motor starter (baca motor
starter). Pembatasan dilakukan dengan mengatur besaran arus pada dial di alat tersebut. Jadi
alat tersebut memiliki range adjustment misal TOR dengan range 1 ~ 3,2 Amp disetting 2,5
Amp. Artinya, kita membatasi arus dengan TOR pada level 2,5 Amp saja.
ELECTRONIC OVERLOAD
Overload electronic ini mempunyai 2 karakteristik trip, INVERSE dan DEFINITE.
Inverse, ia akan bekerja seperti thermal overload. Perbedaannya adalah kemampuannya untuk
menggeser kurva trip. Jadi overload ini selain mempunyai setting arus juga kecepatan trip
atau class adjustment. Selain itu dengan menggunakan rangkaian elektronik ia akan tidak
mudah dipengaruhi suhu sekitar serta akurasi lebih terjaga. Definite, bekerja dengan
pembatasan yang ketat. Dengan karakteristik ini, berapapun besar kelebihan beban ia akan
trip setelah mencapai waktu yang ditentukan. Misal seting overload pada 10 amp dengan
waktu trip 4 detik. Jika terjadi kelebihan beban lebih dari 10 amp selama lebih dari 4 detik dia
akan trip. Kecepatan trip ini tidak tergantung besar arus overload (baik kecil atau besar sama
saja).
Dengan menggunakan rangkaian elektronik biasanya alat ini dilengkapi dengan
fasilitas proteksi lain seperti phaseloss protection, Lock Rotor Protection, Short Circuit
Protection dll. Dengan gambaran tersebut di atas, maka kita bisa menentukan kebutuhan
overload protection yang diperlukan. Dan perlu di ingat bahwa, terbakarnya motor tidak
hanya karena terjadinya overload. Overload hanyalah salah satu dari beberapa fakor
penyebab terbakarnya motor. Seberapa tinggi tingkat proteksi motor yang kita perlukan
tergantung dengan prioritas kita. Tetapi, overload protection tetaplah mutlak diperlukan
dalam sebuah suatu sistem motor starter.
F. Pengukuran Motor AC sinkron
Pembangkitan Torka
Interaksi antara medan putar stator (Bs) dan medan rotor (Br) yang
membangkitkan torka seperti terlihat dalam persamaan berikut.
T = Bsx Bs(sin δ)
δ disebut sudut beban karena besarnya tergantung pembebanan. Pada saat
beban nol nilai δ=0. Jika dibebani, medan rotor tertinggal dari rotor sebesar δ,
o
kemudian berputar sama lagi. Beban maksimum tercapai pada δ=90 . Jika beban
dinaikkan terus melebihi batas itu, maka motor akan kehilangan sinkronisasi dan
akhirnya akan berhenti.
Pembangkitan medan putar
·
Pada Motor sinkron 3 fasa, mengalir arus seimbang pada tiap fasa dengan beda sudut fasa
120o
ia = Im sin ωt
ib = Im sin (ωt-120o)
ic = Im sin (ωt-240o)
Tiap arus fasa membangkitkan ggm F yang merupakan fungsi sudut ruang ө seperti ia à
Fa.cos θ. Dengan Fa=Fm. sin ωt
Maka ggm F tiap fasa yang dibangkitkan
Fa = Fm sin ωt.cos θ
Fb = Fm sin (ωt-120o).cos (θ-120o)
Fc = Fm sin (ωt-240o) .cos (θ-240o)
Resultan ketiga ggm, Fr=Fa+ Fb +Fc
Dan jika kemudian disederhanakan dengan persamaan trigonometri akan diperoleh:
F(θ,t) = 3/2 Fm.cos (θ-ωt)
Yang berarti resultan-mmf adalah medan putar sebagai fungsi dari ruang dan waktu, seperti
terlihat dalam gambar berikut:
G. Karakteristik Motor AC sinkron
Gambar Model Motor Sinkron (Model dan Diagram Fasor)
Pengaruh Penguatan Medan
Ø
Untuk membangkitkan fuksi dibutuhkan daya reaktif yang bersifat induktif.
Ø
Pada motor sinkron, ggm dibangkitkan arus medan (DC) pada belitan rotor. Jika arus medan
ini cukup, maka motor tidak membutuhkan suplai energi reaktif dari sisi stator yang
bersumber dari jaringan listrik. Sehingga motor bekerja dengan faktor daya = 1.
Ø
Jika penguatan arus medan kurang, maka motor sinkron akan menarik daya reaktif yang
bersifat induktif dari sisi stator. Sehingga motor bekerja dengan factor daya(pf) terbelakang
(lagging). Artinya motor menjadi pembangkit daya reaktif yang bersifat induktif.
Ø
Kebalikannya jika kelebihan penguatan arus medan, maka motor sinkron akan menarik daya
reaktif yang bersifat kapasitif dari sisi stator. Sehingga motor bekerja dengan factor daya (pf)
mendahului (leading). Artinya motor menjadi pembangkit daya reaktif yang bersifat kapasitif.
Kondensor Sinkron
Seperti diuraikan di atas, jika motor sinkron kelebihan penguatan arus medan, maka
motor sinkron akan menarik daya reaktif yang bersifat kapasitif dari sisi stator. Sehingga
motor bekerja dengan factor daya (pf) mendahului (leading). Artinya motor menjadi
pembangkit daya reaktif yang bersifat kapasitif. Sehingga motor sinkron dapat digunakan
untuk memperbaiki factor daya (pf). Dalam hal ini motor sinkron disebut Kondensor sinkron.
Karakteristik Torka dan Sudut daya
Gambar diatas memperlihatkan bahwa Torka adalah fungsi sin δ, dengan δ adalah
sudut daya. Pada motor sinkron nilai δ negatif dan nilainya positif pada generator sinkron.
Torka maksimum dicapai pada δ= +/- 90o. Jika melebihi batas itu, maka motor atau generator
akan kehilangan stabilitas dan sinkronisasi dan pada akhirnya akan berhenti.
MOTOR INDUKSI
Motor induksi. Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai
peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah
didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.
Komponen Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 8):
• Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
- Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak
slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan
alat cincin hubungan pendek.
- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat
melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung
yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang
menempel padanya.
• Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga
fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi
geometri sebesar 120 derajat .
Klasifikasi motor induksi
Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003):
• Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan
pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat
untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling
umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan
pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
• Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase
yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki
kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan
penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini,
sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia
dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.
Gambar 8. Motor Induksi.
Kecepatan motor induksi
Motor induksi bekerja sebagai berikut, Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan
medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus
rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet
stator, yang menyebabkan rotor berputar. Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak
pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah.
Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang
meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk
menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan
“motor cincin geser/slip ring motor”.
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran(Parekh, 2003):
% Slip = (Ns – Nb)/Ns x 100
Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM
Hubungan antara beban, kecepatan dan torsi
Gambar 9. Grafik Torsi vs Kecepatan Motor Induksi.
Gambar 9 menunjukan grafik torsi vs kecepatan motor induksi AC tiga fase 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 stator turun ke nol.
Motor Induksi 1 Fasa
A. Motor Induksi 1 fasa
Gb 1. Konstruksi Motor Induksi 1 Fasa
Konstruksi motor induksi satu fasa terdiri atas dua komponen yaitu stator dan rotor. Stator 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 kumparan-kumparan tersebut sehingga terjadi suatu interaksi induksi medan magnet antara
stator dan rotor. Bentuk dan konstruksi motor tersebut digambarkan pada gambar 1.
B. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 1 Fasa
Motor induksi satu fasa terdiri kumparan stator dan kumparan rotor. Kumparan stator dan rotor
masing-masing terdiri dari parameter resistansi “R’, reaktansi “jX”dan lilitan penguat “N”. rangkaian
ekivalen dari motor induski satu fasa dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gb 2.Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Sederhana
Gb 3.Rangkaian pengganti motor induksi satu phase.
Nilai arus suber bolak-balik satu fasa dapat dirumuskan sebagai berikut : I1 = IØ + I2’
Besarnya arus pemaknitan IØ yang timbul akibat adanya induksi yang terjadi antara medan stator dan rotor
adalah :
IØ = Ir + Im
Ggl yang dihasilkan akibat interaksi induksi medan magnet antara stator dan rotor yang masing-masing
sebesar E1 dan E2 adalah :
Impedansi pada kumparan motor stator dan rotor masing-masing adalah :
jXs = jws Ls
jXr = jwr Lr
C. Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa
Apabila kumparan-kumparan motor induksi satu fasa dialiri arus bolak-balik satu fasa, maka
pada celah udara akan dibangkitkan medan yang berputar dengan kecepatan putaran sebesar dengan
menggunakan rumus :
Medan magnet berputar bergerak memotong lilitan rotor sehingga menginduksikan tegangan
listrik pada kumparan-kumparan tersebut. Biasannya lilitan rotor berada dalam hubung
Akibatnya
lilitan rotor akan mengalir
singkat.
arus listrik yang besarnya tergantung pada besarnya
tegangan induksi dan impedansi rotor. Arus listrik yang mengalir pada rotor akan mengakibatkan
medan magnet rotor dengan kecapatan sama dengan kecepatan medan putar stator (ns).
Interaksi
medan stator dan rotor akan membangkitkan
torsi yang menggerakan
rotor
berputar searah dengan arah medan putar stator. Interaksi medan stator dan rotor juga menyebabkan
terjasinya gaya gerak listrik induksi yang disebabkan oleh kumparan-kumparan stator dan rotor. Rumusan
matematis gaya gerak listrik yang terjadi pada motor induksi satu fasa dengan rumusan sebagai
berikut :
Dimana nilai Φ(t) untuk fluksi maksimum akibat dari penyebaran kerapatan fluks yang melewati
lilitan dengan rumus :
Adanya perbedaan medan putar stator dan medan putar rotor atau yang disebut slip pada motor
induksi satu fasa pada rumus sebagai berikut :
D. Hubungan Torsi dan Slip pada Motor
Berubah-ubahnya kecepatan motor induksi (ns) akan mengakinbatkan harga slip dari 100% pada
start hingga 0% pada saat motor diam (nr – ns). torsi yang dihasilkan selama motor iinduksi satu fasa
berputar tergantung pada perubahan slip dan perubahan dalam Newton.meter. Perubahan pembebanan
dapat terjadi dengan naiknya nilai tegangan dan arus pada rotor. Hubungan torsi (Td) terhadap parameter
impedansi stator, impedansi rotor, arus rotor, tegangan sumber dan kecepatan sudut
secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut :
Motor Universal
Motor universal banyak digunakan pada peralatan listrik dengan ukuran kecil dan sedang,
seperti Vacuum Cleaner, bor tangan, mixer dan sejenisnya. Aplikasi motor universal untuk
mesin jahit, untuk mengatur kecepatan dihubungkan dengan tahanan geser dalam bentuk
pedal yang ditekan dan dilepaskan. Seperti halnya motor-motor lain pada motor Universal
memiliki dua bagian inti yaitu:
a.STATOR
Stator adalah bagian yang diam tempat dimana kumparan diletakkan pada umumnya pada
motor univesrsal memiliki 2 kutub kumparan.
b.ROTOR
Rotor adalah bagian yang berputar letaknya ada diantara stator.Pada motor universal bagian
rotor sedikit berbeda dengan motor lain dimana pada rotor motor universal terdiri dari 2
bagian yaitu jangkar dan komutator,Jangkar adalah tempat dibelitkannya kumparan yang
ujung-ujungnya diletakkan pada komutator sesuai langkah belitan kumparan dan pada
komutator ini diletakkan sikat karbon yang berfungsi mengalirkan arus dari sumber luar
kedalam jangkar motor. perhatikan gambar dibawah ini!
KONSTRUKSI
Motor jenis ini didesain dengan stator berupa lempengan besi yang dilaminasi, medan
magnetis statis dan armatur. Belitan armatur dan belitan medan dirangkai secara seri melalui
dua sikat arang, sehingga dihasilkan arah arus medan dan arus armatur yang sama meskipun
motor disuplai dengan arus AC. Torka yang dihasilkan dari motor jenis ini berupa pulsa yang
dihasilkan setiap setengah siklus ketika arus berubah arah melewati komutator.Kalau dilihat
dari fisiknya hampir mirip dengan motor-motor DC.
PRINSIP KERJA
Prinsip kerja motor universal mudah dimengerti dibandingkan dengan prinsip kerja motor
DC.
Berdasarkan persamaan torsi :
T= k Ia f
dengan :
T = momen kopel (Nm)
k = angka konstanta pembanding
Ia = arus jangkar (ampere)
f = fliks magnet (kg/A.s2 atau tesla)
Bila motor dihubungkan dengan sumber tegangan AC, pada saat ½ periode positif motor
berputar berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Pada ½ periode negatif , dan menurut
“hukum tangan kiri” dinyatakan: apabila tangan kiri terbuka diletakkan diantara kutub U dan
S, maka garis-garis gaya yang keluar dari kutub utara menembus telapak tangan kiri dan arus
didalam kawat mengalir searah dengan arah keempat jari, sehingga kawat tersebut akan
mendapat gaya yang arahnya sesuai dengan ibu jari.
KELEBIHAN/KEUNTUNGAN MOTOR UNIVERSAL
Dibandingkan dengan jenis motor ac fase tunggal lainnya, motor universal memiliki beberapa
keuntungan:
Untuk berat tertentu, universal motor menghasilkan tenaga yang lebih besar dari jenis
lainnya.Motor universal menghasilkan Starting torsi yang besar tanpa arus yang
berlebihan.Ketika beban torsi meningkat, motor universal melambat. Oleh karena itu, daya
dihasilkan relatif konstan, dan besarnya arus masih dalam batas wajar. Dengan demikian,
universal motor ini lebih cocok untuk beban yang menuntut berbagai torsi dengan range yang
lebar, seperti bor dan mixer makanan.Universal motor dapat dirancang untuk beroperasi pada
kecepatan yang sangat tinggi, sedangkan jenis motor ac terbatas pada 3600 rpm, dengan
asumsi 60-Hz source.
MOTOR SHADED POLE
Motor shaded pole adalah salah satu jenis motor induksi dari AC 1 fhase maupun 3
fhase.Pada dasarnya motor ini adalah motor sangkar bajing yang dimana pada kumparan
bantunya diberi cincin tembaga pada setiap kutubnya.Nah kumparan bantu inilah yang sering
disebut juga kumparan bayangan.Arus terinduksi kedalam kumparan dengan menunda fase
medan magnet dari fluks magnetik pada kutub bayangan/shaded pole sehingga cukup untuk
membuat sebuah medan yang berputar untuk memutarkan rotor.Arahnya putaran pada motor
shaded pole adalah dari kumparan inti ke kumparan bantu/bayangannya.Namun pada motor
shaded pole biasanya bertorsi kecil hal ini disebabkan berpedaan fhase pada sudut kumparan
inti dan bantu/bayanganya sangatlah kecil.
a.Konstruksi Motor Shaded Pole
Lihat gambar diatas begitu sederhananya konstruksi motor shaded pole ini kan.Pada
permukaan kutub-kutub stator terbuat dari belitan cincin tembagayang akan menyebabkan
terjadinya kutub bayangan pada motor shaded pole.Sedangkan type rotornya adalah type
rotor sangkar yang ditopang oleh dua bearing ,penyangga porosnya juga dibuat sangat
sederhana yaitu dibuat dari besi plat dibentuk sedemikian rupa sehingga mampu menyangga
rotor yang nantinya berputar.Kumparan stator yang dibelitkan mengelilingi inti dibuat hampir
mirip Transformator ya sob.Irisan penampangnya memperlihatkan dua bagian yaitu bagian
stator dengat kumparan stator dan dua kawat motor shaded pole.Sedangkan bagian rotor
sangkarnya berada ditengah-tengah bagian stator lihat gambar dibawah ini
b.Prinsip Kerja Motor Shaded Pole
Pada motor shaded pole kumparan stator hanya terdiri dari kumparan utama saja sehingga
untuk membentuk sebuah megan yang berputar dibuatlah kumparan bayangan/bantu yang
merupakan suatu rangkian tertutup pada stator ( sering disebut SALIENT karena berbentuk
sepatu ).Pada kutub bayangan dilingkarkan cincin tembaga sehingga menyebabkan medan
magnet dan perbedaan sudut fhase pada kumparan bayangan dan kumparan intinya sehingga
medan putar akan timbul dari arah kumparan inti ke kumparan bayangan/bantunya.Karena
torsi yang dihasilkan kecil sehingga motor shaded pole tidak membutuhkan capasitor,sakelar
centrifugal atau alat starting lainnya.Untuk lebih jelasnya silahkan lihat gambar berikut.
Mlihat jam di HP bentar lagi jam pulang mungkin itulah sedikit ulasan saya mengenai Motor
Shaded pole dilain waktu saya akan mengulas juga poin yang ketiga yaitu motor universal.