robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan...

57
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.

Transcript of robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan...

Page 1: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 2: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 3: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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.

Page 4: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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 :

Page 5: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 6: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 7: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 8: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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.

Page 9: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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.

Page 10: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 11: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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.

Page 12: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 13: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

- 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

Page 14: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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.

Page 15: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 16: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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.

Page 17: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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.

Page 18: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 19: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 20: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

- 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.

Page 21: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 22: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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.

Page 23: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 24: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

- 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.

Page 25: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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:

Page 26: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 27: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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):

Page 28: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 29: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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

Page 30: robiramandhani.files.wordpress.com · Web view- Penjelasan gambar 20-a Tegangan AC yang diberikan pada kumparan stator akan menginduksi kumparan motor (prinsip Trafo). Apabila letak

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