robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan...
-
Upload
vuonghuong -
Category
Documents
-
view
226 -
download
0
Transcript of robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan...
MOTOR LISTRIK ARUS BOLAK-BALIK 1 FASA
Motor satu fasa umumnya dibuat dengan daya yang kecil (fractional horse power),
konstruksinya juga relatif sederhana, walaupun demikian motor jenis ini tidak terlalu
mudah untuk dianalisa. Motor satu fasa banyak digunakan pada peralatan rumah tangga
dan industri, seperti refrigerator, pompa air, mesin cuci, mesin jahit, dan lain-lain.
Motor satu fasa dibagi atas tiga tipe, yaitu :
1. Motor Induksi Satu Fasa
Motor jenis ini diklasifikasikan berdasarkan metoda yang digunakan untuk
pengasutannya dan mengacu pada nama metoda yang digunakannya, seperti
resistance start (split phase), capacitor-start, capacitor run, dan shaded pole
2. Motor Seri Satu Fasa (Universal)
Motor seri satu fasa dapat digunakan dengan dua macam jenis arus, yaitu arus
searah (DC) dan arus bolak-balik (AC). Motor jenis ini mampu memberikan torsi
asut yang tinggi dan beroperasi pada kecepatan tinggi. Motor universal banyak
digunakan pada peralatan rumah tangga dan peralatan yang bersifat portable.
3. Motor Sinkron Satu Fasa
Tipe motor sinkron satu fasa berputar pada kecepatan konstan dan digunakan pada
peralatan yang membutuhkan kecepatan konstan seperti jam. Ada dua tipe motor
sinkron yang umum digunakan, yaitu reluctance motor dan hysteresis motor.
Dibawah ini diperlihatkan beberapa gambar peralatan yang menggunakan motor satu
fasa :
Gambar 1. Contoh Penggunaan Motor AC 1 Fasa
1. Motor Induksi Satu Fasa
Konstruksi motor induksi satu fasa hampir sama dengan motor induksi tiga fasa
rotor sangkar, yang membedakannya pada kumparan stator yang berupa kumparan
satu fasa. Motor induksi satu fasa biasanya dilengkapi saklar sentrifugal yang
diperlukan saat pengasutan, saklar akan memutuskan suplai tegangan ke kumparan
bantu setelah motor mencapai kecepatan 75% s.d 100% dari kecepatan nominal
motor.
Dengan menghubungkan motor induksi satu fasa ke sumber tegangan bolakbalik
satu fasa, maka kumparan stator akan menghasilkan fluksi yang berbentuk
sinusoidal. Fluks magnet ini hanya merupakan fluks pulsasi, bukan merupakan fluks
medan putar, sehingga tidak memutarkan rotor yang dalam keadaan diam, hanya
putaran fluksi yang dihasilkan. Jadi motor induksi satu fasa tidak dapat start sendiri.
Untuk dapat start sendiri, motor memerlukan alat bantu, alat bantu ini ada yang
digunakan saat start atau selama motor bekerja.
Gambar 2. Letak Kumparan Motor Induksi SatuFasa
1.1 Teori Medan Putar Ganda
Teori medan putar ganda (double revolving field theory) menganggap bahwa fluksi
bolak-balik yang dihasilkan kumparan stator dapat diuraikan dalam dua komponen,
yaitu satu komponen sinkron yang berputar dengan arah maju (Øs) dan satu dengan
arah mundur (Øi) (Gambar 3). Putaran fluks magnet dapat dijelaskan sebagai
berikut;
a) Perhatikan gambar 3-a
Harga fluksi maksimum terdiri dari dua komponen fluksi Øs dan Øi, dimana
harga fluksi Øs dan Øi setengah dari harga fluksi maksimum (Øm). Fluksi Øs
berputar kekanan searah jarum jam dan fluksi Øi berputar kekiri berlawanan
arah jarum jam
Gambar. 3 a Gambar. 3 b
b) Perhatikan gambar 3-b
Setelah beberapa waktu fluksi Øs menunjukan suatu sudut -Ɵ dan fluksi Øi
menunjukan sudut +Ɵ, maka resultan fluksinya adalah :
2 m sin
sin r 2 2 m
c) Perhatikan gambar 3-c
Setelah seperempat periode putaran fluksi Øs dan fluksi Øi besarnya sama dan
berlawanan arah, sehingga besarnya fluksi resultan Ør = 0.
Gambar. 3 c Gambar. 3 d
d) Perhatikan gambar 3-d
Selanjutnya pada setengah periode putaran fluksi Øs dan Øi searah namun
arahnya berlawanan dengan Øm, maka resultan fluksi Ør akan sama dengan -
Øm.
e) Perhatikan gambar 3-e
Pada tigaperempat putaran fluksi Øs dan fluksi Øi akan berlawanan arah, maka
fluksi resultan Ør=0, dan ini berlangsung secara terus menerus sehingga hasilnya
berbentuk gelombang seperti terlihat pada gambar 4. Bentuk gelombang fluksi
terdiri dari dua komponen fluksi putaran, dimana masing-masing besarnya
setengah fluksi resultan.
Gambar. 3 e Gambar 4. Bentuk Gelombang Fluksi
1.2 Lengkung (Kurva) Torsi
Seperti telah dijelaskan bahwa medan stator pada motor induksi satu fasa berupa
fluksi bolak-balik yang terdiri dari dua komponen yaitu fluksi Øs dan Øi. Kedua
fluksi yang berlawanan arah tersebut akan menghasilkan torsi yang sama besar dan
berlawanan arah, yaitu arah maju (forward) dan arah mundur (backward).
Torsi resultan yang dihasilkan oleh torsi arah maju dan arah mundur pada
dasarnya mempunyai kemampuan untuk menggerakan rotor motor denganarah maju
atau mundur, tetapi pada saat start kemampuan masing-masing torsi untuk maju dan
mundur sama besarnya, sehingga rotor motor akan tetap diam.
Untuk itu motor memerlukan suatu alat bantu saat start, apabila dibantu diberi
torsi maju, maka rotor motor akan berputar mengikuti torsi resultan maju, demikian
juga sebaliknya bila diberi torsi resultan mundur, maka rotor motor akan berputar
sebaliknya (mundur).
Masing-masing komponen fluksi yaitu fluksi sinkron (Øs) dan fluksi invers (Øi)
berputar sekitar stator dan mengimbas pada rotor maka akan dihasilkan tegangan
dan torsi. Pada saat motor berputar maka akan terdapat slip yang besarnya
tergantung dari kecepatan dan arah putaran dari motor, masing-masing slip yang
dihasilkan dapat dijelaskan sebagai berikut :
R
2
2
Slip yang dihasilkan saat motor berputar dengan arah maju :
S Ns Nr
s 1 Nr
Ns Ns
Slip yang dihasilkan saat motor berputar dengan arah maju :
Si Ns ( Nr )
1 Nr
Ns NsSi 1 (1 S ) (2 S )
Sedangkan besar daya dan torsi yang dihasilkan rotor motor dapat dihitung
berdasarkan persamaan berikut ini :
Daya yang diahsilkan oleh rotor :
Pg (1 S )
I 2
S 2 2
Torsi yang dihasilkan oleh motor :
Tg 12 .N
s
1 S.(S
)I 2 R2 dan kecepatan Nr Ns.(1 S ) , maka :
Tg 1
.( I 2 R 2 ) dan k
1 2 .Ns S
2 .Ns
Sehingga besarnya masing-masing torsi adalah :
Torsi arah maju :
I 2 R Ts k 2 2
S
Torsi arah mundur :
I 2 R Ts k 2 2
2 S
Torsi arah maju :
Ti Ts Ti
Pada gambar 5 terlihat torsi Ts, Ti, dan Tr untuk slip antara 0 sampai dengan 2. Titik
diam saat S = 1 dan (2 - S) = 1, pada kondisi ini Ts dan Ti sama besarnya yaitu ½
Tmax dan arahnya berlawanan sehingga torsi resultan Tr = 0, hal ini yang
menyebabkan motor induksi satu fasa tidak bisa berputar sendiri.
Gambar 5. Lengkung Torsi MotorInduksi Satu Fasa
Gambar 6. Kumparan Bantu MotorInduksi Satu Fasa
Supaya motor satu fasa bisa start sendiri maka motor harus diubah menjadi dua fasa
selama periode pengasutan (starting). Untuk itu stator motor induksi satu fasa yang
hanya memiliki kumparan utama harus ditambah dengan kumparan bantu, dan
antara kedua kumparan tersebut harus mempunyai beda fasa sebesar 900 listrik
(Gambar 6). Metoda untuk memperoleh perbedaan fasa antara kumparan utama dan
kumparan bantu supaya motor dapat start sendiri, dapat dilakukan dengan cara :
a. Metode Split Phase
b. Metode Capasitor
Sedangkan untuk motor listrik yang tidak menggunakan bantuan kumparan bantu,
capasitor dan saklar sentrifugal antara lain terdapat pada motor listrik sebagai
berikut ;
a. Motor Shaded Pole
b. Motor Universal
c. Motor Servo
d. Motor Stepper
1.3 Jenis-Jenis Motor Satu Fasa
a. Motor Split Phase
Motor Split Phase (resistance-start motor) adalah motor induksi satu fasa
yang memilki dua buah kumparan pada bagian statornya, yaitu kumparan utama
(main stator winding) dan kumparan bantu (auxilary stator winding).
Bila dibandingkan nilai resistansi dan reaktansi kumparan utama dengan
kumparan bantu pada motor split phase sebagai berikut :
Kumparan Utama mempunyai nilai resistansi yang kecil dan reaktansi yang
besar.
Kumparan Bantu mempunyai nilai resistansi yang besar dan reaktansi yang
kecil.
Untuk mendapatkan nilai resistansi yang besar pada kumparan bantu dapat
dilakukan dengan memasang tahanan seri atau dengan menggunakan kumparan
yang mempunyai tahanan tinggi.
Gambar 7. Kumparan Stator MotorSplit Phase
Gambar 8 . Vektor Arus MotorSplit Phase
Arus Is yang mengalir di kumparan bantu tertinggal dari tegangan V
dengan sudut yang sangat kecil, sedangkan arus Im yang mengalir di kumparan
utama tertinggal dari tegangan V dengan sudut yang besar. Sudut fasa antara Im
dengan Is dibuat sebesar mungkin karena torsi yang dihasilkan sebanding
dengan Sin α . Saklar sentrifugal diletakan secara seri dengan kumparan bantu
dan terletak dibagian dalam motor. Fungsi saklar sentrifugal adalah sebagai alat
pemutus
Gambar 9 . Karakteristik Torsi dan NsMotor Split Phase
otomatis suplai tegangan dari sumber ke kumparan bantu, apabila putaran motor
telah mencapai 75% dari kecepatan nominal motor. Saat start, torsi yang
dihasilkan motor split phase berkisar antara 150% s.d 200% dari torsi beban
penuh. Sedangkan arus startnya bisa mencapai 6 (enam) s.d 8 (delapan) kali arus
nominal motor. Motor Split Phase pada umumnya digunakan untuk daya yang
kecil, yaitu antara 1/20 hp s.d 1 hp dengan putaran dari 865 Rpm sampai 3450
Rpm.
Motor Spilt Phase Dua Kecepatan
Untuk mengubah kecepatan motor split phase dapat dilakukan dengan cara
mengubah jumlah kutub, yang pada umumnya dilakukan untuk putaran yang
searah, yaitu dengan cara :
- Menambah jumlah kumparan utama dengan kumparan bantu tetap;
- Menggunakan dua kumparan utama dan dua kumparan bantu;
- Menggunakan hubungan khusus, yaitu hubungan consequent-pole tanpa
menambah kumparan utama atau kumparan bantu.
b. Motor Kapasitor
Motor kapasitor biasanya dioperasikan pada rating daya antara 1/8 hp s.d 1
hp. Konstruksi motor kapasitor hampir sama dengan motor split phase,
perbedaannya hanya pada penambahan unit kapasitor yang dihubungkan secara
seri dengan kumparan utama atau kumparan bantu. Kapasitor biasanya diletakan
dibagian luar motor atau berada didalam rumah motor.
Gambar 10 . Contoh Motor Kapasitor
Tipe-tipe motor kapasitor satu fasa adalah;
- Motor Kapasitor-Start, kapasitor ini digunakan selama periode start
(pengasutan) motor ;
- Motor Kapasitor-Run, kapasitor digunakan selama periode start dan run
(jalan);
- Motor Kapasitor- Start Kapasitor- Run, dalam motor ini digunakan dua
buah kapasitor, yaitu satu untuk start dan satu lagi untuk jalan (run).
Cara Menjalankan Motor Kapasitor
Selama periode start lilitan bantu dan lilitan utama dihubungkan ke
sumber tegangan dan posisi saklar sentrifugal tertutup. Kumparan bantu
dihubungkan secara seri dengan kapasitor dan sakelar sentrifugal. Setelah
putaran motor mencapai 75% dari kecepatan nominal saklar sentrifugal akan
membuka sehingga motor hanya bekerja dengan kumparan utama saja.
Putaran medan magnet harus dihasilkan didalam motor supaya timbul
perbedaan fasa sebesar 90° listrik antara kumparan utama dengan kumparan
bantu. Kapasitor digunakan untuk mengalirkan arus ke kumparan bantu
untuk mencapai harga maksimum sebelum arus dari kumparan utama
mencapai maksimum, jadi arus dari kumparan bantu akan mendahului arus
dari kumparan utama. Kondisi ini akan menghasilkan medan magnet putar
didalam stator, yang akan mengakibatkan rotor motor akan berputar.
a) Motor Kapasitor-Start
Pada saat start motor akan menghasilkan Torsi start (asut) yang tinggi bila
kapasitor dihubungkan secara seri dengan kumparan bantu (Gambar 11-a)
Pemasangan kapasitor menaikan sudut fasa antar arus kumparan (Gambar
11-b). Karakteristik torsi – kecepatan diperlihatkan pada gambar 11-c.
Tipikal nilai kapasitor untuk motor 0,5 hp adalah 30 uF dari tipe electrolytic.
Gambar 11a . Rangkaian MotorKapasitor - Start
Gambar 11b . Vektor Arus MotorKapasitor - Start
Rangkaian ekuivalen motor capacitorstart pada saat pengasutan (starting)
dapat direpresentasikan seperti diperlihatkan pada gambar 11-d, dan
berdasarkan rangkaian ekuivalen ini kita bisa menurunkan persamaan untuk
menentukan nilai kapasitor untuk start.
Xc 1
Xa Ra.Rm
C Zm Xm
C 1
Ra.Rm Xa Zm Xm
Gambar 11c . Karakteristik MotorKapasitor - Start
Gambar 11d . Rangkaian EkuivalenMotor Kapasitor - Start
b) Motor Kapasitor Running
Motor Kapasitor-Run (Kapasitor Jalan) ini sama dengan motor
kapasitor-start, kecuali kumparan bantu dan kapasitor terhubung pada
rangkaian sepanjang waktu, sehingga tidak diperlukan lagi saklar sentrifugal.
Keuntungan kapasitor dipasang secara permanen pada motor adalah :
- Memperbaiki kapasitas beban lebih pada motor
- Faktor daya menjadi lebih tinggi
- Efisiensi yang tinggi
- Suara motor halus dan tidak bising
Kapasitor digunakan untuk starting(pengasutan) dan menjalankan motor.
Karena kapasitor digunakan saat pengasutan dan jalan, maka harus dipilih
nilai kapasitor yang tepat. Umumnya kapasitor yang digunakan adalah tipe
ac paper oil dengan nilai antara 20 uF s.d 50 uF.
Gambar 12a . Rangkaian MotorKapasitor - Running
Gambar 112 . Karakteristik MotorKapasitor - Running
c) Motor Capasitor Start-Running
Pada motor jenis ini terdapat dua buah kapasitor, satu kapasitor
digunakan saat start (Cr) dan satu lagi saat jalan (Cr). Nilai kapasitor untuk
start lebih besar dibandingkan dengan nilai kapasitor untuk jalan. Tipe
kapasitor yang digunakan untuk start dan jalan biasanya berbeda, tipe
kapasitor start electrolytic dan untuk kapasitor jalan adalah paper oil.
Tipikal nilai kapasitor yang digunakan untuk motor 0,5 hp adalah Cs =
300 uF dan Cr = 40 uF. Motor tipe ini harganya lebih mahal bila
dibandingkan dengan jenis motor kapasitor start dan run, sebanding dengan
unjuk kerjanya yang paling baik diantara jenis motor kapasitor.
Gambar 12a . Rangkaian MotorKapasitor Starting-Running
Gambar 12b . Karakteristik MotorKapasitor Starting-Running
c. Motor Shaded Pole
Perbedaan konstruksi motor shadedpole( kutub bayangan) yang sangat
menonjol bila dibandingkan dengan konstruksi motor induksi satu fasa yang
lainnya adalah pada bagian statornya, bagian kutub magnit stator motor dibelah
dan diberi cincin pada bagian ujung kutubnya, yang biasa disebut kutub
bayangan.
Sedangkan jenis rotor yang digunakannya sama dengan motor induksi satu
fasa yang lainnya yaitu rotor sangkar. Motor kutub bayangan biasanya
digunakan pada peralatan dengan kapasitas daya yang kecil seperti pada motor-
motor kipas angin kecil.
Gambar 13-a memperlihatkan sebuah motor kutub bayangan, yang kutubnya
diberi alur dan dilingkari dengan satu lilitan hubung singkat dari bahan tembaga.
Medan putar yang dihasilkan pada motor jenis ini adalah karena adanya induksi
pada cincin hubung singkat yang terdapat pada kutub bayangan yang berasal dari
pengaruh induksi magnet kutub yang lainya, sehingga motor ini menghasilkan
fluks magnet yang berputar.
Gambar 13 a .Konstruksi MotorShaded Pole
Gambar 13 b .Karakteristiki MotorShaded Pole
- Karakteristik Motor Shaded Pole
Sebagai penutup dari bahasan motor induksi satu, pada tabel dibawah ini
diperlihatkan karakteristik dan aplikasi
d. Motor Seri Satu Fasa (Universal)
Motor universal terdiri dari sebuah rotor yang biasa disebut armatur atau
jangkar, dengan lilitan kumparan sekelilingnya, dan diujung poros diletakkan
komutator yang dibagi atas beberapa lamel. Pada permukaan komutator
diletakan sikat karbon yang berfungsi untuk mengalir arus dari sumber luar
ke dalam jangkar motor.
Motor ini dapat menggunakan sumber daya AC maupun DC, oleh karena
itu disebut motor universal. Digunakan pada motor mesin jahit, motor bor,
mixer, dan sebagainya. Untuk motor yang sama bila dihubungkan sumber
AC umumnya didapatkan putarannya lebih tinggi. Putaran motor universal
biasanya tinggi, apalagi dalam keadaan tanpa beban (Lihat karakteristik rpm
terhadap perubahan beban pada grafik dibawah ini). Oleh sebab itu biasanya
motor universal dikopel langsung dengan yang diputar
Motor dibuat dalam dua jenis :
a) Kutub terpusat/dengan sepatu kutub, tanpa kumparan kompensasi
(kekuatan rendah).
b) Kutub terbagi/dengan kumparan stator seri phase biasanya dilengkapi
kumparan kompensasi (kekuatan tinggi)
Motor universal kutub terpusat, inti kutub terdiri dari pelat-pelat dinamo
seperti terlihat pada gambar 14.
Gambar 14 . Pelat dari inti kutub dan pelat jangkar dari motor universal.
Grafik Hubungan Beban dan RPM Motor Universal
Saat arus mengalir ke dalam jangkar, maka di jangkar akan timbul medan
magnit, sehingga jangkar akan berputar diantara kutub magnit yang berada di
stator motor. Hampir semua motor universal memiliki kipas pendingin di
bagian ujung porosnya. Motor universal banyak digunakan pada peralatan
listrik dengan ukuran kecil dan sedang, seperti pengisap debu, mesin jahit
dan sejenisnya.
Kumparan rotor seperti halnya kumparan rotor DC, Rotor juga terdiri
dari pelat-pelat dinamo, alur-alur rotor dapat dibuat sejajar dengan paras atau
miring
Gambar 15. Konstruksi MotorUniversal
Motor universal kutub terbagi (distributed field), kumparan magnit
seperti halnya kumparan stator satu phase dan kumparan rotor/ jangkar
seperti kumparan motor DC. Kumparan stator kadang-kadang dilengkapi
dengan kumparan kompensasi untuk menaikkan faktor kerja.
a) Prinsip Kerja
Berdasarkan persamaan torsi T = k . Ia . Ф. Bila motor dihubungkan
dengan sumber AC, pada saat 1/2 periode positip (gambar 16- Kanan),
motor berputar berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Pada 1/2
periode negatip (gambar 16- Kiri) menurut. "hukum tangan kiri", motor
tetap berputar berlawanan dengan arah putaran jarum jam, karena
perubahan arah arus pada kumparan penguat saatnya bersamaan dengan
perubahan arah arus pada rotor. Dalam hal ini arus jangkar menjadi (-la)
dan flux magnit menjadi (-Ф) . T = k (-Ia) (-Ф) nilainya tetap sama
dengan keadaan pertama (positip). Dengan demikian meskipun
dihubungkan dengan sumber AC, arah putaran tidak berubah
Gambar 16 . Prinsip Kerja Motor Universal .
Berdasarkan persamaan torsi T = k . Ia . Ф. Bila motor dihubungkan
dengan sumber AC, pada saat 1/2 periode positip (gambar 16- Kiri), motor
berputar berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Pada 1/2 periode
negatip (gambar 16-Kanan) menurut. "hukum tangan kiri", motor tetap
berputar berlawanan dengan arah putaran jarum jam, karena perubahan arah
arus pada kumparan penguat saatnya bersamaan dengan perubahan arah arus
pada rotor.
Dalam hal ini arus jangkar menjadi (-la) dan flux magnit menjadi (-Ф) .
T = k (-Ia) (-Ф) nilainya tetap sama dengan keadaan pertama (positip).
Dengan demikian meskipun dihubungkan dengan sumber AC, arah putaran
tidak berubah.
Perawatan motor universal relatif mudah, kebanyakan motor tidak
berfungsi dengan baik diakibatkan karena kontak sikat karbon ke permukaan
komutator tidak baik, ini bisa dilihat dengan adanya spark pada permukaan
komutator, sehingga kontak listrik menjadi tidak sempurna. Apabila hal
seperti ini terjadi, maka kita harus mengatur kembali posisi sikat atau
mengganti sikat dengan yang baru.
b) Membalik Arah putaran
Untuk membalik arah putaran, diputar kawat yang ke sikat. Perhatikan
gambar 16 dibawah ini :
Gambar 16 . Membalik Arah Putaran Universal
Untuk mengatur putaran motor universal dilaksanakan dengan
memasang tahanan seri terhadap kumparan penguat (Lihat gambar 18).
Pada motor mesin jahit control tersebut selain sebagai pengatur putaran
sekaligus sebagai saklar on/off karena pada posisi tertinggi (maximum)
tahanan pengatur terputus. Konstruksi dari stator motor universal dapat
dilihat pada gambar 17.
Gambar 17 .Stator Motor Unviersal
Gambar 18 . Pengatur putaran motor universal.
e. Motor Repulsi
a) Motor Repulsi
Motor Repulsi biasa digunakan pada mesin bor, gerinda, dan sebagainya.
Macam-macam motor repulsi :
- Motor Repulsi
- Motor Repulsi Berkompensasi
- Motor Start Repulsi, jalan Induksi
- Motor Repulsi Induksi
Stator dengan Kumparan
Pada umumnya motor repulsi terdiri
Rotor dengan kumparan(sama dengan jangkar DC)
Seperangkat sikat arang yang dihubung pendek
Gambar 19 . Jangkar Motor Repulsi
Prinsip Kerja
Untuk memahami bagaimana prisip kerja motor Repulsi, perhatikan
gambar 20-a, 20-b, 20-c dan 20-d
- Penjelasan gambar 20-a
Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi
kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak sikat hubung pendek
segaris dengan sumbu magnit, arah arus induksi yang dibangkitkan pada
jangkar ditunjukkan dengan tanda ( ) dan ( ) .Andaikan pada saat itu
stator bagian atas menjadi kutub U, stator bagian bawah menjadi kutub
S. (Perhatikan gambar). Arah arus pada kumparan rotor di sebelah kanan
pembaca ( ) (menjauhi kita) sedangkan arah arus pada kumparan rotor
di sebelah kiri pembaca ( ) (mendekati kita). Sehingga jangkar (rotor)
bagian atas akan menjadi kutub U dan pada bagian bawah menjadi kutub
S.
Karena kutub U stator berhadapan dengan kutub U rotor, begitu pula
kutub S rotor berhadapan dengan kutub S stator, maka tidak akan timbul
torsi. Hal ini mudah dimengerti, karena gaya tolak-menolak pada bagian
atas bersamaan dengan gaya tolak-menolak pada bagian bawah.
Gambar 20-a Gambar 20-b
Gambar 20-c Gambar 20-d
- Penjelasan gambar 20-b
Apabila kedudukan sikat tegak lurus dengan sumbu magnit, dalam hal ini
tidak terjadi tegangan pada kumparan rotor. Akibatnya tak ada arus pada
kumparan rotor dan tidak timbul torsi.
- Penjelasan gambar 20-c dan 20-d
Andaikan pada saat itu stator bagian atas menjadi kutub U, stator bagian
bawah menjadi kutub S. Arah-arah arus pada kumparan rotor seperti
dapat kita lihat pada gambar. Arus yang mengalir pada kumparan rotor
membuat jangkar menjadi magnit yang sangat kuat.
Dari keterangan-keterangan diatas, dapat digambarkan bahwa
pengutuban yang terjadi pada rotor dan stator seolah-olah sepert gambar
21.
Gambar 21. Arah Pengutuban
Menurut hukum kemagnitan, kutub senama tolak-menolak, sedang
kutub tak senama tarik-menarik maka pada gambar 21-kiri rotor akan
berputar ke kanan. Apabila kedudukan sikat hubung pendek digeser
sebaliknya (lihat gambar 21-kanan) rotor akan berputar ke kiri.
Jadi pada motor repulsi :
- Arah putaran motor tergantung kedudukan sikat hubung pendek
- Torsi mula tergamtubg sudut
- Torsi maksimum terletak pada a=450
- Kecepatan motor dapat diatur dengan menggeser kedudukan sikat
hubung sikat pendek.
Sifat utama dari motor Repulsi, yaitu :
- Berbahaya dalam keadaan tanpa beban (seperti halnya motor seri, beban
selalu terasang)
- Cenderung mengeluarkan bunga api pada sikatnya.
b) Motor Repulsi dengan Kompensasi
Pada prinsipnya sarna seperti pada motor repulsi. Motor ini adalah
penyempumaan dari motor repulsi. Konstruksinya sama dengan motor
repulsi, tetapi terdapat tambahan kumparan kompensasi (pada stator).
Kumparan kompensasi lebih kecil daripada kumparan pokok, dan
diletakkan di bagian dalam alur dari kumparan pokok dan disambung
deret dengan sikat. Fungsi dari kumparan kompensasi adalah untuk
mempertinggi Cos φ (faktor daya).
Jadi pada motor repulse berkompensasi :
- Pada stator selain kumparan pokok, terdapat pula kumpara
kompensasi.
- Terdapat tambahan 2 buah sikat yang ditempatkan diantara sikat-
sikat hubung pendek
- Kumparan kompensasi disambung deret dengan sikat tambahan
tersebut
Gambar 22 . Motor Repulsi berkompensasi
Seperti pada kumparan stator pada motor split phase, lilitan stator lilitan
1phase (kadang-kadang bisa untuk dua tegangan). Untuk yang dua
tegangan, hubungan lilitan statomya perhatikan gambar 23
c) Motor Start Repulsi Jalan Induksi
Motor ini pada waktu start berputar dengan arus repulsi, selanjutnya
berputar dengan asas induksi (seperti pada motor rotor sangkar tupai).
Konstruksi start repulse jalan induksi ini terdiri atas :
- Kumparan stator
- Kumparan rotor seperti kumparan DC
- Komutator
- Peralatan sentrifugal yang membuat lamel terhubung pendek dengan
adanya gelang per.
Dengan adanya centrifugal yang membuat lamel terhubung pendek
dan sikat tidak selamanya bergeseran dengan komutator, sehingga dapat
dihindari terjadinya keausan akibat gesekan.
d) Motor Start Repulsi Jalan Induksi
Motor ini adalah gabungan antara jenis repulsi dan jenis rotor
sangkar sehingga sering disebut "squirrel cage repulsion motor" (motor
repulsi sangkar tupai). Karakteristik motor ini mempunyai ciri-ciri motor
repulsi dan motor induksi.
Kumparan stator seperti lazimnya motor repulsi, lilitan stator seperti
halnya lilitan motor 1 phase (kadang-kadang dibuat untuk dua tegangan)
sedangkan rotor mempunyai 2 macam kumparan, yaitu :
1. Kumparan sangkar tupai di bagian dalam.
2. Kumparan seperti kumparan mesin DC di bagian luar.
Kedua kumparan rotor tersebut bekerja saling membantu. Kumparan
rotor DC mempunyai reaktansi rendah dan diletakkan di bagian luar,
sedang kumparan rotor sangkar tupai mempunyai reaktansi tinggi
diletakkan dalam alur. Pada waktu start kumparan rotor DC hampir
memikul seluruh beban, sedangkan kumparan rotor sangkar tupai secara
praktis tidak membantu karena mempunyai reaktansi tinggi.
Bila motor telah meningkat putarannya, mulailah kumparan rotor
sangkar tupai membantu sebagian besar torsinya. Sikat hubung pendek
selalu melekat pada komutatomya. Kadang-kadang kumparan stator
diberi tambahan kumparan kompensasi.
Gambar 23 . Motor repulsi induksi untuk tegangan tinggi dan tegangan rendah
f. Motor Stepper
Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan
mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper
bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu,
untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper
yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaan motor stepper
memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC
biasa. Keunggulannya antara lain adalah :
- Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih
mudah diatur.
- Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak
- Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi
- Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik
(perputaran)
- Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor
seperti pada motor DC
- Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat
dikopel langsung ke porosnya
- Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada
range yang luas.
Pada dasarnya terdapat 3 tipe motor stepper yaitu :
a) Motor Stepper tipe Variabel Reluctance (VR)
Motor stepper jenis ini telah lama ada dan merupakan jenis motor
yang secara struktural paling mudah untuk dipahami. Motor ini
terdiri atas sebuah rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan
sebuah lilitan stator. Ketika lilitan stator diberi energi dengan arus
DC, kutub-kutubnya menjadi termagnetasi. Perputaran terjadi ketika
gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator. Berikut ini adalah
penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance
(VR):
Gambar 24 . Penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR)
b) Motor stepper tipe Permanent Magnet (PM)
Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng
bundar (tincan) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang
diselang-seling dengan kutub yang berlawanan (perhatikan gambar
25). Dengan adanya magnet permanen, maka intensitas fluks magnet
dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat menghasilkan torsi
yang lebih besar.
Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi langkah (step) yang
rendah yaitu antara 7,50 hingga 150 per langkah atau 48 hingga 24
langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah ilustrasi sederhana dari
motor stepper tipe permanent magnet:
Gambar 25 . Ilustrasi sederhana dari motor stepper tipepermanent magnet (PM)
c) Motor Stepper tipe Hybrid (HB)
Motor stepper tipe hibrid memiliki struktur yang merupakan kombinasi
dari kedua tipe motor stepper sebelumnya. Motor stepper tipe hibrid
memiliki gigi-gigi seperti pada motor tipe VR dan juga memiliki magnet
permanen yang tersusun secara aksial pada batang porosnya seperti
motor tipe PM. Motor tipe ini paling banyak digunkan dalam berbagai
aplikasi karena kinerja lebih baik. Motor tipe hibrid dapat menghasilkan
resolusi langkah yang tinggi yaitu antara 3,60 hingga 0,90 per langkah
atau 100-400 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah penampang
melintang dari motor stepper tipe hibrid:
Gambar 26. Penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid
Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper
dapat dibagi menjadi jenis unipolar dan bipolar. Rangkaian pengendali motor
stepper unipolar lebih mudah dirancang karena hanya memerlukan satu
switch / transistor setiap lilitannya. Untuk menjalankan dan menghentikan
motor ini cukup dengan menerapkan pulsa digital yang hanya terdiri atas
tegangan positif dan nol (ground) pada salah satu terminal lilitan (wound)
motor sementara terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan
(VM) pada bagian tengah (center tap) dari lilitan (perhatikan gambar 27-a).
Gambar. 27-a Motor Stepper Unipolar Gambar. 27-b Bipolar
Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang
berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal
lilitan (A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif
ke negatif dan sebaliknya (perhatikan gambar 27-b).
Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang agak lebih kompleks
daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper bipolar
memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam hal
torsi yang lebih besar untuk ukuran yang sama.
Pengendalian Motor Stepper
Berikut ini akan diberikan contoh perancangan dan perhitungan
rangkaian pengendali motor stepper sederhana. Motor stepper yang
digunkan pada contoh ini bertipe hybrid unipolar, memiliki empat fasa
dan panjang langkah sebesar 1,80 per langkahi. Motor diharapkan dapat
berputar dalam dua arah dan memiliki dua kecepatan. Karena itu
diperlukan pengendali motor stepper yang memiliki empat keluaran
pulsa dengan kemampuan dua arah perputaran dan dua macam frekuensi
pulsa guna mengatur kecepatan motor.
Rangkaian pengendali motor stepper (stepper motor driver)
menggunakan komponen utama berupa sebuah IC logika XOR (74LS86)
dan sebuah IC JK flip-flop (74LS76). Rangkain dengan kedua IC
tersebut berfungsi untuk menghasilkan empat pulsa keluaran berurutan
yang dapat berbalik urutannya dengan menerapkan logika tertentu pada
rangkaian.
Rangkaian tersebut memerlukan pulsa clock untuk dapat beroperasi.
Sebagai sumber clock digunkan rangkaian berbasis IC timer 555.
Rangkain pembangkit clock ini dapat menghasilkan dua macam
frekuensi pulsa keluaran guna mendukung dua kecepatan motor stepper.
Kemudian untuk mendukung pulsa-pulsa dengan arus besar (sekitar 1 - 3
A) digunakan transistor daya NPN tipe TIP31 sebagai solid state switch.
Untuk lebih jelasnya perhatikanlah rangkaian utama dari pengendali
motor stepper di bawah ini (gambar 28):
Gambar 28 . skema rangkaian pengendali motor stepper
Gambar 28 di atas adalah skema rangkaian pengendali motor stepper
yang dapat bergerak ke dua arah. Keluaran pengendali motor stepper ini
ada empat (pena 15, 14, 11, 10 dari IC 74LS76). Pena-pena tersebut akan
menghasilkan pulsa yang dapat menggerakkan motor stepper. Berikut ini
adalah ilustrasi struktur motor stepper sederhana dan pulasa yang
dibutuhkan untuk menggerakkannya:
Gambar 29. bentuk pulsa keluaran dari pengendali motor stepper
g. Motor ServoMotor servo adalah sebuah motor dengan sistem umpan balik tertutup di
mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol
yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor DC,
serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer
berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut
dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui
kaki sinyal dari kabel motor.
Karena motor DC servo merupakan alat untuk mengubah energi listrik
menjadi energy mekanik, maka magnit permanent motor DC servolah yang
mengubah energi listrik ke dalam energi mekanik melalui interaksi dari dua
medan magnit. Salah satu medan dihasilkan oleh magnit permanent dan yang
satunya dihasilkan oleh arus yang mengalir dalam kumparan motor. Resultan
dari dua medan magnit tersebut menghasilkan torsi yang membangkitkan
putaran motor tersebut. Saat motor berputar, arus pada kumparan motor
menghasilkan torsi yang nilainya konstan.
Secara umum terdapat 2 jenis motor servo. Yaitu motor servo standard dan
motor servo Continous. Servo motor tipe standar hanya mampu berputar 180
derajat. Motor servo standard sering dipakai pada sistim robotika misalnya
untuk membuat “ Robot Arm” ( Robot Lengan ). sedangkan Servo motor
continuous dapat berputar sebesar 360 derajat. motor servo Continous sering
dipakai untuk Mobile Robot. Pada badan servo tertulis tipe servo yang
bersangkutan.
Motor servo merupakan sebuah motor dc kecil yang diberi sistim gear dan
potensiometer sehingga dia dapat menempatkan “horn” servo pada posisi yang
dikehendaki. Karena motor ini menggunakan sistim close loop sehingga posisi
“horn” yang dikehendaki bisa dipertahanakan. “Horn” pada servo ada dua jenis.
Yaitu Horn “ X” dan Horn berbentuk bulat ( seperti pada gambar di bawah ).
Pengendalian gerakan batang motor servo dapat dilakukan dengan
menggunakan metode PWM. (Pulse Width Modulation). Teknik ini
menggunakan system lebar pulsa untuk mengemudikan putaran motor. Sudut
dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui
kaki sinyal dari kabel motor. Tampak pada gambar dengan pulsa 1.5 mS
pada periode selebar 2 mS maka sudut dari sumbu motor akan berada pada
posisi tengah. Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan
sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka akan semakin
besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam.
Gambar 32. Sinyal untuk Servo
Untuk menggerakkan motor servo ke kanan atau ke kiri, tergantung dari nilai
delay yang kita berikan. Untuk membuat servo pada posisi center, berikan
pulsa 1.5ms. Untuk memutar servo ke kanan, berikan pulsa <=1.3ms, dan
pulsa >= 1.7ms untuk berputar ke kiri dengan delay 20ms, seperti ilustrasi
berikut:
Gambar 33. Sinyal Arah putaran motor Servo