Sejarah mesin listrik dan proteksi
SEJARAH MESIN LISTRIK
Motor listrik adalah sebuah mesin yang menggunakan energi listrik untuk
menghasilkan energi mekanik, melalui interaksi antara medan magnetik dengan
konduktor-konduktor pembawa arus. Proses sebaliknya, generator atau dynamo
mengkonversi energy mekanik menjadi energy listrik. Motor traksi yang digunakan
pada kendaraan-kendaraan dapat berfungsi sebagai motor ataupun sebagai
generator. Motor listrik dapat dijalankan sebagai generator dan sebaliknya, akan
tetapi hal ini jarang dilakukan dalam praktek. Motor listrik ada dimana mana, dapat
ditemukan dalam berbagai fungsi di industry ataupun di rumah tangga seperti kipas
angin, blower dan pompa, mesin perkakas, alat-alat rumah tangga, dan disc drive.
Motor listrik tersebut dapat digerakkan oleh energi listrik arus searah
(sebagai contoh motor yang menggunakan tenaga baterai), atau oleh arus bolakbalik dari pusat jaringan distribusi tenaga listrik. Motor yang paling kecil dapat
ditemukan di dalam sebuah arloji. Motor listrik ukuran sedang lebih banyak
ditermukan dalam sebuah industry dengan dimensi dan karakteristik yang memiliki
stardardisasi yang lebih tinggi, motor-motor tersebut disesuaikan dengan fungsi dan
intensitas penggunaannya oleh industry yang bersangkutan. Motor listrik paling
besar digunakan untuk menggerakkan kapal-kapal besar (kapal laut) sebagai sarana
transportasi laut, dan dengan tujuan sama juga motor listrik terdapat pada sebuah
kompresor yang fungsinya untuk menghisap dan menekan cairan, dengan rating
daya yang sampai jutaan watt.
Prinsip dasar untuk menghasilkan gaya mekanik akibat adanya interaksi
antara arus listrik dengan medan magnetik telah diketahui pada awal tahun 1821.
Sepanjang abad ke-19, para peneliti mulai membuat motor listrik yang memiliki
efisiensi yang lebih baik, akan tetapi eksploitasi komersial secara besar-besaran dari
motor listrik memerlukan pembangkit-pembangkit listrik dan jaringan distribusi listrik.
The Principle
Konversi energi listrik ke dalam energi mekanik berdasarkan prinsip kerja
medan elektromagnetik yang pertama kali diperkenalkan oleh seorang ilmuan asal
Inggris, Michael Faraday, pada tahun 1821. Eksperimen yang dilakukan Faraday
yaitu sepotong kawat menggantung (free-hanging wire) dicelupkan kedalam sebuah
wadah mercury dimana pada wadah mercury tersebut diletakkan pula sebuah
magnet permanen. Ketika kawat dialiri arus listrik, kawat tersebut berputar di sekitar
magnet, hal ini menunjukkan bahwa arus listrik menimbulkan medan magnet putar di
sekitar kawat. Motor Faraday ini sering didemonstrasikan di sekolah-sekolah kelas
fisika, hanya saja air garam digunakan sebagai pengganti mercury (air raksa) yang
beracun. Eksperimen Faraday ini merupakan wujud motor yang paling sederhana
dan dikenal dengan nama motor homopolar yakni motor yang mempunyai kutub
yang sama. Penelitian lebih lanjut dilakukan oleh Barlow yang merupakan perbaikan
dari eksperimen yang dilakukan oleh Faraday dan dikenal dengan Barlow’s Wheel.
Sama halnya dengan yang dilakukan oleh Faraday, eksperiemen Barlow hanya
sebatas demonstrasi saja, tidak sesuai dengan aplikasi praktis di lapangan
dikarenakan konstruksinya masih kuno atau primitif.
Pada tahun 1827, seorang ilmuan kebangsaan Hungaria, Ányos Jedlik, mulai
melakukan eksperimen rotasi elektromagnetik pada peralatan yang ia sebut
lightning-magnet self-rotor. Hasil eksperimen ini ia gunakan untuk tujuan instruktif di
Universitas-universitas, dan pada tahun 1928 untuk pertama kalinya di perkenalkan
tiga komponen utama motor arus searah praktis yaitu stator, rotor dan komutator.
Stator merupakan bagian yang diam sedangkan rotor merupakan bagian yang
berputar, keduanya bahan yang bersifat elektromagnetik. Masalahpun muncul,
masalah elektromagnetik belum juga terpecahkan dengan baik karena motor Jedlik
ini masih menggunakan medan magnet permanen pada stator dan rotor, dan lagilagi, motor Jedlik ini tidak mendapat ruang dalam aplikasi praktis.
The First Electric Motor
Komutator pertama untuk motor arus searah yang dapat diterapkan pada
motor ditemukan oleh seorang ilmuwan asal Inggris, William Sturgeon pada tahun
1832. Kerja keras Sturgeon membuahkan hasil, komutator untuk motor arus searah
ini dibuat dengan tujuan komersial. Dua orang Amerika yaitu Emily dan Thomas
Davenport memproduksi temuan Sturgeon dan mendapatkan hak paten pada tahun
1837. Motor ini dapat berputar dengan kecepatan 600 rotasi per menit. Karena
mahalnya elektroda Zinc yang diperlukan untuk tenaga listrik pada baterai, motormotor inipun secara komersial gagal dan Davenports mengalami kebangkrutan.
Beberapa peneliti lainnya mengikuti jejak Sturgeon mengembangkan motor-motor
DC tetapi semuanya menemukan masalah yang sama yaitu tinggi biaya untuk
pembuatan baterai sebagai suplai utama motor. Karena jaringan distribusi listrik
pada saat itu belum ada, motor Sturgeon tidak mendapat tempat di pasar komersial.
Tahun 1855 Jedlik membuat alat dengan prinsip-prinsip yang serupa yaitu
electromagnetic self-rotors dan penemuan ini ternyata sangat bermanfaat. Ia
membuat model motor yang berfungsi sebagai sarana angkutan, seperti mendorong
dan memindah benda yang lebih berat. Tidak ada bukti atau keterangan yang lebih
jelas bahwa eksperimen Jedlik ini dipublikasikan secara lebih luas dalam dunia
ilmiah pada waktu itu, ataupun bahwa eksperimen Jedlik mempengaruhi
perkembangan motor-motor listrik untuk dekade berikutnya.
Motor DC modern ditemukan secara kebetulan pada tahun 1873, ketika
Zénobe Gramme menghubungkan dinamo yang telah ia temukan dengan dynamo
lainnya kemudian menjalankannya sebagai motor. Mesin Gramme adalah motor
listrik yang pertama yang sukses dalam industry.
Pada tahun 1886, Frank Julian Sprague pertama kali menemukan motor DC
praktis, dengan kecepatan yang konstan tanpa menimbulkan percikan listrik
meskipun motor diberikan beban yang variabel. Penemuan-penemuan Sprague yang
lain tentang listrik sangat bermanfaat terhadap perbaikan jaringan distribusi listrik kita
sekarang ini (yang lebih dahulu dilakukan oleh Edison), yang memungkinkan daya
dari motor listrik dapat dikembalikan ke dalam jaringan listrik, tersedianya distribusi
listrik yang bisa dipindah-pindahkan bak sebuah trolley serta sistem kontrol yang
mulai memadai untuk pengoperasiannya. Selanjutnya Sprague menemukan
pembangkit listrik dengan sistem trolley yang pertama pada rentang tahun 18871888 di Richmond VA, elevator listrik dan sistem kendali tahun 1892, dan kereta
listrik bawah tanah yang pertama kali dibangun pada tahun 1892 di Chicago oleh
South Side Elevated Railway dimana sangat popular dengan sebutan "L". Motor
Sprague dan penemuannya membuat semacam gebrakan dasyat di bidang industry
dalam hal penggunaan motor listrik, dan dalam waktu yang hampir bersamaan
peneliti-peneliti lain juga sedangkan mengembangkan hal yang sama dimana akan
menjadi pesaingnya, dengan demikian penggunaan motor listrik akan menjamah
wilayah yang lebih luas lagi.
Nikola Tesla pada 1888 menemukan motor AC yang pertama yang dapat
dipraktekkan dengan sistem transmisi daya multi fasa. Selama bertahun-tahun Tesla
terus mengembangkan motor AC di bawah perusahaan Westinghouse.
Perkembangan motor listrik dengan efisiensi yang diharapkan sempat
tertunda selama beberapa dekade oleh karena kegagalan untuk mengenali betapa
pentingnya celah udara yang relatif kecil antara rotor dan stator. Awalnya motormotor mempunyai celah udara sangat besar yang menghasilkan relukstansi yang
sangat tinggi dari sebuah rangkaian magnetik. Motor-motor listrik seperti ini
menghasilkan torka (momen puntir) yang sangat rendah dan sangat tidak efisien
tentunya. Penyebab ketidakpahaman ini sepertinya disebabkan karena pada awal
desain motor tersebut terlalu banyak focus pada interaksi medan elektromagnetik.
Penerapan motor listrik telah merevolusi industri. Proses-proses dalam
industri tidak lagi dibatasi oleh transmisi daya menggunakan batang, belt, udara
mampat atau tekanan hidraulik. Malahan setiap mesin dilengkapi dengan motor
listriknya sendiri, menyediakan sistem kendali yang mudah digunakan, dan efisiensi
transmisi daya yang lebih baik. Motor listrik juga banyak digunakan dalam bidang
pertanian menggantikan tenaga manusia dan tenaga binatang untuk berbagai
macam pekerjaan seperti menggiling padi atau memompa air. Untuk penggunaan
rumah tangga, motor listrik mengurangi buruh kasar di dalam rumah-rumah dan
membuat standar hidup yang lebih tinggi, nyaman dan aman tentunya. Dewasa ini,
motor listrik mengkonsumsi lebih dari separuh dari totalenergi listrik yang dihasilkan.
Motor listrik adalah sebuah mesin yang menggunakan energi listrik untuk
menghasilkan energi mekanik, melalui interaksi antara medan magnetik dengan
konduktor-konduktor pembawa arus. Proses sebaliknya, generator atau dynamo
mengkonversi energy mekanik menjadi energy listrik. Motor traksi yang digunakan
pada kendaraan-kendaraan dapat berfungsi sebagai motor ataupun sebagai
generator. Motor listrik dapat dijalankan sebagai generator dan sebaliknya, akan
tetapi hal ini jarang dilakukan dalam praktek. Motor listrik ada dimana mana, dapat
ditemukan dalam berbagai fungsi di industry ataupun di rumah tangga seperti kipas
angin, blower dan pompa, mesin perkakas, alat-alat rumah tangga, dan disc drive.
Motor listrik tersebut dapat digerakkan oleh energi listrik arus searah
(sebagai contoh motor yang menggunakan tenaga baterai), atau oleh arus bolakbalik dari pusat jaringan distribusi tenaga listrik. Motor yang paling kecil dapat
ditemukan di dalam sebuah arloji. Motor listrik ukuran sedang lebih banyak
ditermukan dalam sebuah industry dengan dimensi dan karakteristik yang memiliki
stardardisasi yang lebih tinggi, motor-motor tersebut disesuaikan dengan fungsi dan
intensitas penggunaannya oleh industry yang bersangkutan. Motor listrik paling
besar digunakan untuk menggerakkan kapal-kapal besar (kapal laut) sebagai sarana
transportasi laut, dan dengan tujuan sama juga motor listrik terdapat pada sebuah
kompresor yang fungsinya untuk menghisap dan menekan cairan, dengan rating
daya yang sampai jutaan watt.
Prinsip dasar untuk menghasilkan gaya mekanik akibat adanya interaksi
antara arus listrik dengan medan magnetik telah diketahui pada awal tahun 1821.
Sepanjang abad ke-19, para peneliti mulai membuat motor listrik yang memiliki
efisiensi yang lebih baik, akan tetapi eksploitasi komersial secara besar-besaran dari
motor listrik memerlukan pembangkit-pembangkit listrik dan jaringan distribusi listrik.
The Principle
Konversi energi listrik ke dalam energi mekanik berdasarkan prinsip kerja
medan elektromagnetik yang pertama kali diperkenalkan oleh seorang ilmuan asal
Inggris, Michael Faraday, pada tahun 1821. Eksperimen yang dilakukan Faraday
yaitu sepotong kawat menggantung (free-hanging wire) dicelupkan kedalam sebuah
wadah mercury dimana pada wadah mercury tersebut diletakkan pula sebuah
magnet permanen. Ketika kawat dialiri arus listrik, kawat tersebut berputar di sekitar
magnet, hal ini menunjukkan bahwa arus listrik menimbulkan medan magnet putar di
sekitar kawat. Motor Faraday ini sering didemonstrasikan di sekolah-sekolah kelas
fisika, hanya saja air garam digunakan sebagai pengganti mercury (air raksa) yang
beracun. Eksperimen Faraday ini merupakan wujud motor yang paling sederhana
dan dikenal dengan nama motor homopolar yakni motor yang mempunyai kutub
yang sama. Penelitian lebih lanjut dilakukan oleh Barlow yang merupakan perbaikan
dari eksperimen yang dilakukan oleh Faraday dan dikenal dengan Barlow’s Wheel.
Sama halnya dengan yang dilakukan oleh Faraday, eksperiemen Barlow hanya
sebatas demonstrasi saja, tidak sesuai dengan aplikasi praktis di lapangan
dikarenakan konstruksinya masih kuno atau primitif.
Pada tahun 1827, seorang ilmuan kebangsaan Hungaria, Ányos Jedlik, mulai
melakukan eksperimen rotasi elektromagnetik pada peralatan yang ia sebut
lightning-magnet self-rotor. Hasil eksperimen ini ia gunakan untuk tujuan instruktif di
Universitas-universitas, dan pada tahun 1928 untuk pertama kalinya di perkenalkan
tiga komponen utama motor arus searah praktis yaitu stator, rotor dan komutator.
Stator merupakan bagian yang diam sedangkan rotor merupakan bagian yang
berputar, keduanya bahan yang bersifat elektromagnetik. Masalahpun muncul,
masalah elektromagnetik belum juga terpecahkan dengan baik karena motor Jedlik
ini masih menggunakan medan magnet permanen pada stator dan rotor, dan lagilagi, motor Jedlik ini tidak mendapat ruang dalam aplikasi praktis.
The First Electric Motor
Komutator pertama untuk motor arus searah yang dapat diterapkan pada
motor ditemukan oleh seorang ilmuwan asal Inggris, William Sturgeon pada tahun
1832. Kerja keras Sturgeon membuahkan hasil, komutator untuk motor arus searah
ini dibuat dengan tujuan komersial. Dua orang Amerika yaitu Emily dan Thomas
Davenport memproduksi temuan Sturgeon dan mendapatkan hak paten pada tahun
1837. Motor ini dapat berputar dengan kecepatan 600 rotasi per menit. Karena
mahalnya elektroda Zinc yang diperlukan untuk tenaga listrik pada baterai, motormotor inipun secara komersial gagal dan Davenports mengalami kebangkrutan.
Beberapa peneliti lainnya mengikuti jejak Sturgeon mengembangkan motor-motor
DC tetapi semuanya menemukan masalah yang sama yaitu tinggi biaya untuk
pembuatan baterai sebagai suplai utama motor. Karena jaringan distribusi listrik
pada saat itu belum ada, motor Sturgeon tidak mendapat tempat di pasar komersial.
Tahun 1855 Jedlik membuat alat dengan prinsip-prinsip yang serupa yaitu
electromagnetic self-rotors dan penemuan ini ternyata sangat bermanfaat. Ia
membuat model motor yang berfungsi sebagai sarana angkutan, seperti mendorong
dan memindah benda yang lebih berat. Tidak ada bukti atau keterangan yang lebih
jelas bahwa eksperimen Jedlik ini dipublikasikan secara lebih luas dalam dunia
ilmiah pada waktu itu, ataupun bahwa eksperimen Jedlik mempengaruhi
perkembangan motor-motor listrik untuk dekade berikutnya.
Motor DC modern ditemukan secara kebetulan pada tahun 1873, ketika
Zénobe Gramme menghubungkan dinamo yang telah ia temukan dengan dynamo
lainnya kemudian menjalankannya sebagai motor. Mesin Gramme adalah motor
listrik yang pertama yang sukses dalam industry.
Pada tahun 1886, Frank Julian Sprague pertama kali menemukan motor DC
praktis, dengan kecepatan yang konstan tanpa menimbulkan percikan listrik
meskipun motor diberikan beban yang variabel. Penemuan-penemuan Sprague yang
lain tentang listrik sangat bermanfaat terhadap perbaikan jaringan distribusi listrik kita
sekarang ini (yang lebih dahulu dilakukan oleh Edison), yang memungkinkan daya
dari motor listrik dapat dikembalikan ke dalam jaringan listrik, tersedianya distribusi
listrik yang bisa dipindah-pindahkan bak sebuah trolley serta sistem kontrol yang
mulai memadai untuk pengoperasiannya. Selanjutnya Sprague menemukan
pembangkit listrik dengan sistem trolley yang pertama pada rentang tahun 18871888 di Richmond VA, elevator listrik dan sistem kendali tahun 1892, dan kereta
listrik bawah tanah yang pertama kali dibangun pada tahun 1892 di Chicago oleh
South Side Elevated Railway dimana sangat popular dengan sebutan "L". Motor
Sprague dan penemuannya membuat semacam gebrakan dasyat di bidang industry
dalam hal penggunaan motor listrik, dan dalam waktu yang hampir bersamaan
peneliti-peneliti lain juga sedangkan mengembangkan hal yang sama dimana akan
menjadi pesaingnya, dengan demikian penggunaan motor listrik akan menjamah
wilayah yang lebih luas lagi.
Nikola Tesla pada 1888 menemukan motor AC yang pertama yang dapat
dipraktekkan dengan sistem transmisi daya multi fasa. Selama bertahun-tahun Tesla
terus mengembangkan motor AC di bawah perusahaan Westinghouse.
Perkembangan motor listrik dengan efisiensi yang diharapkan sempat
tertunda selama beberapa dekade oleh karena kegagalan untuk mengenali betapa
pentingnya celah udara yang relatif kecil antara rotor dan stator. Awalnya motormotor mempunyai celah udara sangat besar yang menghasilkan relukstansi yang
sangat tinggi dari sebuah rangkaian magnetik. Motor-motor listrik seperti ini
menghasilkan torka (momen puntir) yang sangat rendah dan sangat tidak efisien
tentunya. Penyebab ketidakpahaman ini sepertinya disebabkan karena pada awal
desain motor tersebut terlalu banyak focus pada interaksi medan elektromagnetik.
Penerapan motor listrik telah merevolusi industri. Proses-proses dalam
industri tidak lagi dibatasi oleh transmisi daya menggunakan batang, belt, udara
mampat atau tekanan hidraulik. Malahan setiap mesin dilengkapi dengan motor
listriknya sendiri, menyediakan sistem kendali yang mudah digunakan, dan efisiensi
transmisi daya yang lebih baik. Motor listrik juga banyak digunakan dalam bidang
pertanian menggantikan tenaga manusia dan tenaga binatang untuk berbagai
macam pekerjaan seperti menggiling padi atau memompa air. Untuk penggunaan
rumah tangga, motor listrik mengurangi buruh kasar di dalam rumah-rumah dan
membuat standar hidup yang lebih tinggi, nyaman dan aman tentunya. Dewasa ini,
motor listrik mengkonsumsi lebih dari separuh dari totalenergi listrik yang dihasilkan.