BAB I

MOTOR SATU FASA

1.1 Pendahuluan

Motor-motor satu fasa adalah motor berukuran kecil, yang dibuat dalam

kisaran daya pecahan daya kuda (fractional horse power). Motor–motor ini

digunakan untuk berbagai tipe (macam) peralatan dalam rumah tangga, kantor,

toko, dan pabrik (industri). Motor–motor ini mempunyai konstruksi yang relatif

sederhana.

Motor satu fasa terdiri dari tiga tipe, yaitu :

1. Motor induksi satu fasa.

Kebanyakan dari motor pecahan daya kuda adalah tipe motor ini. Motor-

motor ini diklasifikasikan menurut metode yang digunakan untuk menstart

mereka. Yaitu tipe split fasa (resistansi start motor), kapasitor start,

kapasitor run, dan motor kutub bayangan.

2. Motor sinkron satu fasa.

Motor ini berputar pada kecepatan putar yang tetap dan digunakan dalam

aplikasi seperti jam dan meja putar dimana kecepatan putar yang konstan

sangat dibutuhkan. Motor ini terdiri dari dua tipe, yaitu motor reluktansi dan

motor hysteresis.

3. Motor universal (motor satu fasa seri)

Motor tipe ini adalah motor seri satu fasa yang dapat dicatu oleh tegangan

searah maupun tegangan bolak-balik. Motor ini menyediakan torsi yang

tinggi dan dapat beroperasi pada kecepatan tinggi.

1

1.2 Motor Induksi Satu FasaDari segi konstruksi motor induksi satu fasa mirip dengan motor induksi

tiga fasa.

Perbedaannya hanya terletak pada:

1. Statornya hanya mempunyai belitan satu fasa

2. Pada beberapa jenis atau tipe dari motor ini digunakan saklar sentrifugal

untuk memutuskan kumparan bantu yang hanya digunakan untuk tujuan

starting.

Motor yang masuk ke dalam kategori motor induksi satu fasa adalah motor

fasa belah dan motor kapasitor. Motor ini mempunyai belitan terdistribusi pada

statornya dan rotornya adalah rotor sangkar. Jika tegangan disuplai pada kumparan

statornya maka kumparan stator tersebut akan menginduksi fluks magnet yang

hanya berubah sepanjang satu sumbu ruang. Medan magnet ini bukan merupakan

medan putar, seperti halnya pada motor 2 ataa 3 fasa. Dalam hal ini, fluks pulsasi

yang bekerja pada satu rotor sangkar yang diam (stationer) tidak akan

menghasilkan putaran. HaI inilah yang menyebabkan motor satu fasa tidak dapat

starting sendiri. HaI ini dapat diterangkan sebagai berikut. Bila keadaan fluks

sebagai fungsi waktu adalah

∅=∅m cosωt

Maka fluks sebagai fungsi waktu dan ruang adalah:

∅=∅m cosωt cosθ

dimana

2

ωt=kecepatan

θ=sudut ruang

atau

∅=1/2∅mcos (θ−ωt ¿)+1/2∅mcos (θ+ωt¿)¿¿

Dengan demikian dapat ditarik kesimpulan bahwa sebenarnya fluks yang

dihasilkan oleh kumparan fasa tunggal merupakan fluks dengan dua komponen,

yaitu komponen fluks arah maju 1/2∅m cos (θ−ωt¿)¿ dan fluks arah mundur

1/2∅m cos (θ+ωt ¿)¿. Kedua komponen fluks tersebut bergerak berlawanan arah

dengan kecepatan sudut (ωt) yang sama sehingga kedudukannya terhadap ruang

seolah-olah tetap. Kedua komponen fluks yang berlawanan arah tersebut tentunya

akan menghasilkan torsi yang sama besar dan berlawanan arah pula (arah maju

dan mundur) seperti terlihat pada Gambar 1.1.

Gambar 1. 1 Torsi Maju dan Torsi Mundur

Torsi resultan yang dihasilkan oleh kedua komponen torsi tersebut pada

dasarnya mempunyai kemarnpuan untuk rnenggerakkan rnotor dengan arah maju

3

atau mundur. Tetapi pada keadaan start kemampuan motor untuk maju sama besar

dengan kemampuan gerak mundurnya oleh sebab itu motor tetap saja diam.

Motor induksi satu fasa mempunyai rotor dengan tipe sangkar tupai dan

belitan stator tipe distribusi. Gambar 1.2 memperlihatkan diagram skematik dari

motor induksi satu fasa. Motor ini tidak dapat mengembangkan torsi starting dan

karenanya tidak mampu untuk mulai berputar dengan sendirinya jika belitan

statornya dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik. Namun, jika rotor diputar

oleh sebuah alat bantu, maka rotor akan terus berputar.

1.2.1 Teori Medan Berputar Ganda

Operasi dari motor induksi satu fasa dapat dijelaskan dan dianalisa dengan

teori medan berputar ganda.

Rotor Diam (Standstill)

Pertama-tama pertimbangkan rotor dalam keadaan diam dan belitan stator

dihubungkan ke sebuah sumber tegangan bolak-balik satu fasa. Sebuah gaya

gerak magnet pulsasi, karenanya sebuah fluks pulsasi ФS , ,seperti ditunjukkan oleh

Gambar 1.2 (b) terbentuk di dalam mesin sepanjang sumbu dari beiltan stator.

Fluks stator pulsasi ini menginduksikan arus melalui aksi transformator ke dalam

rangkaian rotor, yang selanjutnya menghasilkan sebuah fluks pulsasi Фr , yang

bergerak sepanjang sumbu yang sama dengan fluks stator ФS. Dengan

menggunakan Hukum Lenz, kedua fluks ini cenderung untuk berlawanan satu

sama lain. Ketika sudut antara kedua fluks ini nol, tidak ada torsi starting yang

dikembangkan.

4

Rotor Berputar

Sekarang anggap bahwa rotor sedang berputar.Hal ini dapat dilakukan

dengan memutar rotor dengan tangan atau dengan menggunakan rangkaian

bantu. Motor induksi satu fasa ini dapat menghasilkan torsi ketika ia dalam

keadaan berputar, yang dapat dijelaskan sebagai berikut:

Gambar 1. 2 Motor satu fasa, (a) Gambar skematik, (b) Fluks-fluks stator dan rotor

Sebuah medan pulsasi (gaya gerak magnet atau fluks) adalah ekivalen

dengan dua buah medan berputar dari setengah magnitude tetapi berputar pada

kecepatan sinkron (serempak) dalam arah yang berlawanan. Hal ini dapat

dibuktikan secara analitis atau secara grafik. Pertimbangkan dua vektor dengan

magnitude yang sama OP, f bergerak maju berlawanan dengan arah jarum

jam, dan b bergerak mundur searah dengan arah jarum jam. Kedua vektor ini

berotasi pada kecepatan yang sama dalam arah yang berlawanan. Jumlah

mereka (kedua vektor ini) OR magnitudenya berganti-ganti antara +2 OP dan -2

OP dan selalu terletak sepanjang garis lurus yang sama. Lebih lanjut, OR adalah

5

sebuah fungsi sinus dari waktu jika vektor-vektor tersebut berotasi pada kecepatan

konstan yang sama. Sehingga, medan pulsasi (direpresentasikan oleh OR) yang

dihasilkan oleh arus dalam belitan stator bisa dipandang sebagai resultan dari dua

medan yang berputar (yang diwakili oleh f dan b) dari magnitude yang sama tetapi

berotasi dalam arah yang berbeda. Fluks pulsasi stator ФS, yang bergetar

sepanjang sumbu dari belitan stator adalah ekivalen dengan dua fluks yang

berputar Фf dan Фb seperti ditunjukan oleh Gambar 1. 2 (b).

Secara matematik, untuk sebuah belitan stator yang terdistribusi secara

sinusoidal, gaya gerak magnet sepanjang sebuah posisi θ seperti yang

ditunjukkan oleh Gambar 1. 3 adalah:

F (θ )=N icosθ

Dimana N adalah jumlah efektif dari belitan stator.

6

Gambar 1. 3 Medan getar dan medan putar

Gambar 1. 4 Potongan melintang dari sebuah motor induksi satu fasa

7

Jika i = Imaks cos ωt, sehingga,

F (θ, t) = N Imax cos θ cos ωt

¿N I maks

2cos (¿ωt−θ)+

N Imaks

2cos (ωt+θ)¿

= F f +Fb

Dimana Ff merepresentasikan sebuah gaya gerak magnet yang berotasi

dalam arah θ, dan Fb merepresentasikan sebuah gaya gerak magnet dalam arah

yang berlawanan. Komponen-komponen torsi ini dan torsi resultan diperlihatkan

pada Gambar 1. 5. Pada keadaan diam, kedua torsi ini, torsi maju dan torsi

mundur, adalah sama dalam magnitude dan karena itu resultan torsi starting

tersebut adalah nol. Pada nilai kecepatan yang lain, kedua torsi ini adalah tidak

sama dan torsi resultan mempertahankan motor untuk berotasi dalam arah

putarannya.

Slip

Anggap bahwa rotor sedang berputar searah dengan medan putar maju

pada suatu nilai kecepatan n rpm dan kecepatan sinkron adalah ns rpm.

Gambar 1. 5 Karakteristik torsi-kecepatan dari sebuah motor induksi satu fasa berdasarkan gelombang fluks maju dan mundur yang tetap

8

Gambar 1. 6 Rangkaian ekivelen rotor.(a) Untuk gelombang fluks berputar maju

(b) Untuk gelombang fluks berputar mundur

Slip terhadap medan putar maju adalah :

sf =ns−¿ n

ns=s¿

Rotor berputar berlawanan dengan putaran medan putar mundur, sehingga slip

terhadap medan putar mundur adalah

sb=ns−¿ (−n)

ns=

ns+nns

¿

¿2ns−ns+n

ns=2−s

Rangkaian rotor untuk fluks putar arah maju dan arah mundur ditunjukkan

dalam Gambar 1. 6. Pada saat diam, impedansi adalah sama demikian juga

arusnya (I2f = I2b). Gaya gerak magnet yang dihasilkan rangkaian rotor ini baik

arah maju dan arah mundur mempengaruhi dengan nilai yang sama (dalam arah

yang berlawanan) gaya gerak magnet rangkaian stator, sehingga fluks putar

dalam arah maju dan mundur dalam celah udara adalah sama besar. Namun,

ketika rotor berputar, impedansi-impedansi dari rangkaian rotor menjadi tidak

sama dan arus rotor I2b lebih tinggi (dan juga pada sebuah faktor daya yang lebih

9

rendah) daripada arus rotor I2f . Gaya gerak magnet mereka, yang mana

berlawanan dengan gaya gerak magnet stator, akan menghasilkan sebuah

pengurangan dari fluks berputar arah mundur. Akibatnya, begitu kecepatan

meningkat, fluks arah maju turun, tetapi fluks resultan tetap konstan menginduksi

tegangan ke dalam rangkaian stator, yang mana hampir sama dengan tegangan

yang diaplikasikan, jika jatuh tegangan sepanjang resistansi belitan dan reaktansi

bocor diabaikan. Sehingga, pada waktu rotor berputar, torsi arah maju meningkat

dan torsi arah mundur turun. Karakteristik torsi-kecepatan diperlihatkan pada

Gambar 1. 5.

Torsi Pulsasi (Getar)

Di dalam sebuah motor satu fasa, daya sesaat berpulsasi dua kali

daripada frekuensi catu, seperti ditunjukkan oleh Gambar 1.7. Akibatnya, pulsasi

(getaran) torsi menjadi dua kali lipat frekuensi stator. Torsi pulsasi hadir sebagai

tambahan bagi torsi yang ditunjukkan dalam Gambar 1.5.

Torsi yang diperlihatkan pada kurva dalam Gambar 1. 5 adalah torsi

sesaat untuk waktu rata-rata. Torsi pulsasi diakibatkan oleh interaksi dari fluks

putar dan gaya gerak magnet yang saling berlawanan arahnya, yang mana saling

berpotongan satu sama lain pada nilai dua kali kecepatan sinkron, sebagaimana

interaksi dari fluks maju dengan gaya gerak magnet rotor dalam arah mundur dan

fluks mundur dengan gaya gerak magnet rotor dalam arah maju. Interaksi ini

menghasilkan torsi yang konstan.Torsi pulsasi tersebut tidak menghasilkan torsi

10

rata-rata tetapi lebih cenderung menghasilkan efek dengungan dan menjadikan

motor satu fasa lebih gaduh daripada motor dua atau tiga fasa.

Gambar 1. 7 Bentuk gelombang tegangan, arus, dan daya dalam motor induksi satu fasa

1.2.2 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Satu Fasa

Ketika stator dari motor induksi satu fasa dihubungkan ke catu daya, arus

stator menghasilkan sebuah gaya gerak magnet pulsasi yang ekivalen dengan

dua gelombang ggm dengan amplituda yang berputar dalam arah yang saling

berlawanan pada kecepatan sinkron. Setiap gelombang berputar ini

menginduksikan arus dalam rangkaian rotor dan menghasilkan aksi motor induksi

yang mirip terjadi dalam sebuah motor induksi fasa banyak. Teori medan putar

ganda ini dapat digunakan bagi analisis untuk menilai performansi kualitatif dan

kuantitatif dari motor induksi satu fasa.

Tinjau kondisi ketika motor diam dan belitan stator dieksitasitasi dari

sebuah suplai satu fasa. Hal ini ekivalen dengan sebuah transformator dengan

rangkaian sekunder terhubungsingkat. Rangkaian ekivalen motor induksi satu fasa

diperlihatkan pada Gambar 1.8 (a).

11

Gambar 1. 8 Rangkaian ekivalen motor induksi satu fasa, (a) dan (b) Rotor diam ,(c) dan (d) Rotor berputar pada slip s.

Dimana:

R1 = resistansi belitan stator

X1 = reaktansi bocor belitan stator

Xm = reaktansi magnet

X2‘ = reaktansi bocor rotor merujuk ke stator

R2‘ = resistansi rotor merujuk ke stator

V1 = tegangan suplai

E = tegangan yang diinduksikan dalam belitan stator (atau tegangan celah udara)

oleh gelombang fluks celah udara yang berpulsasi stasioner yang dihasilkan oleh

efek gabungan arus stator dan arus rotor

12

Dan E = 4,44 f N Ф

Dimana Ф adalah fluks celah udara.

Menurut teori medan putar ganda, rangkaian ekivalen motor induksi satu

fasa dapat dipecah menjadi dua bagian, seperti ditunjukkan dalam Gambar 1. 8 b,

yang merepresentasikan efek dari medan maju dan medan mundur.

Ef = 4,44 f N Фf

Eb = 4,44 f N Фb

Pada saat diam, Фf = Фb (fluks-fluks ini yang menjadi fluks-fluks celah

udara berputar), Ef = Eb. Sekarang, tinjau motor berputar pada suatu nilai

kecepatan dalam arah medan putar maju, dengan slip s. Arus rotor yang

diinduksikan oleh medan maju mempunyai frekuensi sf, dimana f adalah frekuensi

stator. Seperti halnya motor fasa banyak, ggm rotor berputar pada rpm slip

teehadap rotor tetapi rpm sinkron terhadap stator. Resultan ggm stator maju dan

ggm rotor menghasilkan fluks celah udara maju yang menginduksikan tegangan

Ef. Rangkaian rotor mempunyai impedansi j0,5X2’ + 0,5 R2

’ / (2 – s) seperti

diperlihatkan pada Gambar 8 c. Pada slip kecil, bentuk gelombang arus rotor akan

memperlihatkan sebuah komponen frekuensi tinggi [ pada (2 –s) f ≈ 2f ] yang

disebabkan oleh medan mundur.

Dari rangkaian ekivalen jelas bahwa pada kondisi berputar, Z f > Zb , Ef >

Eb, dan karena itu fluks celah udara maju Фf akan lebih besar dari fluks celah

udara mundur Фb.

13

Parameter-parameter rangkaian dalam Gambar 1. 8 c dapat diperoleh

dengan melakukan dua pengujian pada motor induksi satu fasa. Rangkaian

ekivalen ini dapat digunakan untuk menilai performansi motor dengan menghitung

arus stator, daya masuk, torsi yang dikembangkan, dan efisiensi. Untuk

menyederhanakan perhitungan, rangkaian ekivalen yang disederhanakan dalam

Gambar 1. 8 d dapat digunakan.

Z f=R t+ j X t=j 0,5 Xmag( j 0,5 X2

' +0,5 R2

'

s)

0,5 R2'

s+ j 0,5(Xmag+X 2

, )

Zb=Rb+ j X b=j 0,5 Xmag ¿

0,5 R2'

2−s+ j 0,5(X mag+ X2

, )

Daya celah udara yang disebabkan oleh medan maju dan medan mundur adalah:

Pgf =I 12 Rf

Pgb=I12 Rb

Torsi yang bersesuaian adalah:

T f =Pgf

ωsyn

T b=Pgb

ωsyn

Resultan torsi adalah:

T=T f −Tb=I 1

2

ωsyn(R f−Rb)

Daya mekanik yang dihasilkan adalah:

Pmec h=T ωm

14

¿T ωsyn(1−s)

¿ I 12 ( R f−Rb ) (1−s )

¿ ( Pgf−Pgb) (1−s)

Daya keluaran motor adalah:

Pout=Pmeh−P rot

Dimana Prot meliputi rugi-rugi gesekan dan angin, dan dianggap bahwa

rugi inti juga termasuk dalam rugi berputar. Kedua medan celah udara

menghasilkan arus-arus dalam rangkaian rotor pada frekuensi-frekuensi berbeda.

Sehingga rugi tembaga rotor (I2 R) adalah jumlah numerik dari rugi-rugi yang

dihasilkan oleh masing-masing medan.

Rugi tembaga rotor yang dihasilkan oleh medan maju adalah:

P2 f =s Pgf

Dan rugi tembaga rotor yang dihasilkan oleh medan mundur adalah:

P2 b=(2−s)Pgb

Total rugi tembaga pada rangkaian rotor adalah:

P2=s Pgf −(2−s ) Pgb

Daya celah udara total adalah jumlah numerik dari daya-daya celah udara yang

diserap dari stator oleh dua komponen medan celah udara. Sehingga:

Pg=Pgf −Pgb

1.2.3 Starting Motor Induksi Satu Fasa

Ada 2 cara yang digrrnakan agar motor induksi satu fasa dapat starting, yaitu:

15

1. Pemberian momen awal dengan tangan atau peralatan lain pada rotor dari

motor (memutar rotor dari motor dengan tangan).

Pada rotor akan timbul fluks dan fluks ini akan berinteraksi dengan fluks

yang dihasilkan pada kumparan satu fasa pada stator. Selanjutnya resultan

dari kedua fluks tersebut menghasilkan medan putar yang selanjutnya

memungkinkan motor tersebut berputar.

2. Memasang kumparan bantu pada stator

Motor induksi satu fasa tidak dapat starting sendiri. Oleh karena itu, secara

temporer motor ini dirubah menjadi motor dua fasa, yaitu selama periode

starting.

Untuk itu. stator motor tersebut dilengkapi dengan kumparan bantu atau

kumparan starting yang terhubung secara paralel dengan kumparan utama.

Kedua kumparan ini terpisah 900 listrik yang satu dengan yang lain dan disusun

sedemikian sehingga perbedaan fasa arus dalam kedua kumparan cukup besar

(idealnya 90O), sehingga motor tersebut pada saat starting menyerupai motor dua

fasa. Resultan arus yang dihasilkan kedua kumparan menghasilkan fluks yang

dapat rnernbangkitkan medan putar sehingga motor ini dapat starting sendiri.

Berdasarkan metode untuk mernperoleh perbedaan fasa antara arus pada

kedua kumparan tersebut, terdapat dua tipe motor satu fasa yang dapat

dihasilkan. :

1. Motor fasa belah, diperoleh dengan cara membuat kumparan bantunya

mempunyai impedansi yang berbeda dengan kumparan utarnanya

16

Akibat adanya perbedaan impedansi (R dan L) antara kedua kumparan

tersebut, maka arus kedua kumparan tersebut akan berbeda fasa.

2. Motor kapasitor, pada kumparan bantunya dipasang sebuah kapasitor

secara seri dengan kumparan tersebut.

Adanya kapasitor pada kumparan bantu menyebabkan timbulnya

perbedaan fasa antara arus pada kumparan utama dan arus pada

kumparan bantu. Kapasitor ini biasanya tipe elektrolit dan dipasang pada

bagian luar dari motor.

1.3 Klasifikasi Motor Induksi Satu Fasa

1.3.1 Motor Fasa Belah (Split Fasa Motor)

Pada motor fasa belah, kumparan utamanya mempunyai tahanan yang

rendah tetapi reaktansinya tinggi, sedangkan kumparan bantunya (kumparan

starting) rnempunyai tahanan tinggi tetapi reaktansinya rendah. Gambar motor

fasa belah diperlihatkan di bawah ini:

Gambar 1. 9 Rangkaian ekivalen motor fasa belah

Impedansi kumparan utama

Zu = Ru + jXu

17

Impedansi kumparan bantu

Zb =Rb +j Xb

Arus kumparan utama I u=VZu

= VRu+ Xu

Arus kumparan bantu I b=VZb

= VRb+X b

Tahanan kumparan starting dapat diperbesar dengan memasang suatu

tahan R dengan nilai tahanannya yang cukup besar secara seri dengan

kumparan bantu, atau menggunakan kawat tembaga yang luas penampangnya

lebih kecil sehingga tahanannya besar untuk belitan bantu. Gambar berikut

memperlihatkan diagram fasor arus pada kedua kumparan motor fasa belah.

Dari diagram tersebut arus kumparan starting mendahului arus kumparan utama

sebesar sudut θ. Makin besar beda sudut fasa antara Ib dan Iu (sudut θ), maka

momen starting dari motor fasa belah tersebut makin besar atau dengan kata lain

momen starting berbanding lurus dengan sinus beda fasa antara Iu dan Ib.

Dengan demikian beda fasa antara Iu dan Ib harus diupayakan sebesar mungkin.

Gambar 1. 10. Diagram fasor motor fasa belah

18

Saklar sentrifugal S dihubungkan seri dengan kumparan starting dan

terpasang pada bagian dalam rumah motor. Fungsi saklar sentrifugal adalah

untuk memutuskan secara otomatis kumparan starting dari rangkaian suplai

ketika kecepatan putaran motor sudah mencapai 70 – 80 % putaran

nominal.

Pada motor fasa belah yang tertutup rapat seperti yang digunakan pada

mesin pendingin, digunakan relai elektromagnetik bukan saklar sentrifugal.

Selarna periode starting, arus yang ditarik oleh kumparan utarna IM cukup besar,

sehingga kontak relai menutup (closed) dan arus mengalir pula ke kumparan

bantu yang selanjutnya membuat motor mampu starting sendiri. Ketika

kecepatan putaran motor mencapai 75% dan kecepatan nominal, maka arus IM

akan menurun sehingga tidak mampu lagi menarik tuas penutup kontak relai dan

kontak akan membuka memutuskan kumparan starting dari rangkaian suplai.

Gambar 1. 11 Motor fasa belah dengan relai arus

Penggunaan yang umum untuk motor jenis ini adalah untuk penggerak

pompa kipas, blower, mesin cuci dan sebagainya. Kapasitasnya antara 1/20

19

sampai dengan 1/3 HP, dengan rpm antara 865 sampai dengan 3450. Arah

putaran motor ini dapat dibalik dengan membalik salah satu ujung kumparan

stator. Kecepatan putaran bervariasi sekitar 2 sampai dengan 5% dan kondisi

tanpa beban dan kondisi beban penuh.

Gambar 1. 12 Pembalikan putaran motor fasa belah

1.3.2 Motor Kapasitor Start

Perbedaan fasa yang diperlukan antara Iu dan Ib diperoleh dengan

mernasang sebuah kapasitor secara seri dengan kumparan bantu. Kapasitor ini

biasanya tipe elektrolit dipasang pada bagian luar dari motor, walaupun ada juga

motor yang kapasitornya terletak di dalam atau di atas motor tersebut. Pada motor

kapasitor start, kapasitansi yang digunakan adalah 2 sampai dengan 800

mikrofarad.

Gambar 1. 13. Rangkaian ekivalen motor kapaaitor start

20

Kapasitor ini dirancang untuk penggunaan sesaat (short duty) dan

penggunaannya tidak boleh lebih dari 20 kali per jam dengan waktu tersambung

tidak lebih dari 3 detik. Penurunan nilai kapasitansi disebabkan oleh panas yang

berlebih pada kapasitor itu atau pada motor. Diagram fasor arus kapasitor sebagai

berikut : Pada kumparan bantu, arus Ib mendahului tegangan V karena sifat

kapasitif C, sedangkan arus pada kumparan utama Iu, tertinggal dari tegangan

suplai V, Ib mendahului Iu (sekitar 80o). Kumparan utama umummya mempunyai

ukuran kawat yang lebih besar dan jumlah lilitan lebih banyak daripada belitan

bantu. Pada saat motor mencapai 75% dari kecepatan nominal, saklar sentrifugal

S membuka dan memutuskan kumparan starting, sehingga hanya kumparan

utama yang tersambung ke rangkaian suplai.

Gambar 1. 14 Diagram fasor motor kapasitor start

Torsi Starting Pada Motor Kapasitor Start

Sebuah motor kapasitor start menghasilkan torsi statis yang besarnya

sebanding dengan:

1) Sinus dari sudut pergeseran fasa antara kedua arus di kedua

2) kumparanPerkalian arus kumparan utama dan kumparan bantu.

21

3) Jumlah lilitan pada kumparan bantu.

Pada motor fasa belah sudut antara Iu dan Ib kecil (< 30o), sedangkan

pada motor kapasitor start sekitar 80o. Dengan demikian torsi starting yang

dihasilkan motor kapasitor lebih besar dari yang dihasilkan motor fasa belah.

Contoh perbandingan :

Pada motor fasa belah beda fasa antara arus kumparan utama dangan

arus kumparan bantu adalah 24.3o dan pada motor kapasitor start 80.8o. Carilah

berapa kali besarnya torsi starting motor kapasitor start dibandingkan motor fasa

belah.

Penyelesaian:

Sinus 24.3o = 0,4115; sinus 80.8o = 0,987

sehingga: sin 80,80

sin 24,3o =0,9870,4115

=¿ 2,4

Torsi starting motor kapasitor start tersebut 2,4 kali torsi starting motor fasa belah.

Contoh soal :

Suatu motor fasa tunggal dengan tipe kapasitor motor 113 hp, 120 volt, 60 cps,

mempunyai impedansi kumparan utama dan kumparan bantu sebagai berikut:

Kumparan utama Zu = 4,5 + j3,7 ohrn ,

Kumparan bantu Zb = 9,5 + j 3,5 ohm

Tentukan besarnya kapasitor yang diperlukan untuk menjalankan motor.

Penyelesaian

Sudut antara I dan Iu sama dengan sudut impedansi kumparan utamanya yaitu:

∅ u=arc tan 3,74,5

=39,6o

22

sedangkan sudut antara I dan Ib sama dengan sudut impedansi kumparan bantu

dan kapasitor: Jadi:

∅=39,6O−90O=arc tan3,5−XC

9,5

3,5−X C

9,5=tan (−50,4O )=−1,21

XC=1.21x 9,5+3,5=15 oh m

sehingga kapasitansi C adalah

C= 106

15 x 377=177 F

Beberapa Tipe Motor Kapasitor Start

1) Motor tegangan tunggal dengan pembalikan luar.

Pada motor ini kumparan bantu tersambung seri dengan kapasitor elektrolit

serta sebuah saklar sentrifugal. Pada motor ini terdapat empat ujung kawat

yang dikeluarkan dari rumah motor; dua ujung kumparan utama dan dua

ujung kumparan bantu. Arah putaran motor dapat dengan mudah dibalik

dengan mempertukarkan ujung-ujung kumparan bantu dan sambungan

kumparan utama di luar rumah motor.

2) Motor tegangan tunggal, tidak dapat dibalik

Pada motor ini kumparan bantu dan kumparan utama tersambung di dalam

rumah motor, sehingga hanya dua ujung kumparan yang keluar dari rumah

motor. Arah putaran motor tidak dapat dibalik kecuali motor tersebut

dibongkar dan ujung kumparan bantu dipertukarkan.

3)Tegangan tunggal, dapat dibalik dan dilengkapi thermostat

23

Gambar 1. 15 Rangkaian ekivalen motor pada 3

Thermostat terdiri dari elemen dwi logam (bimetal) yang disambung

secara seri dengan kumparan motor dan ditempatkan di bagian dalam

rumah motor. Thermostat berfungsi melindungi motor terhadap pemanasan

lebih yang ditimbulkan oleh beban lebih dan hubungan singkat. Jika terjadi

pengaliran arus yang berlebihan pada motor, maka akan timbul pemanasan

tidak normal (abnormal) pada elemen dwi logam yang mengakitkan elemen

ini membengkok serta membuka kontak yang akan memutuskan motor

tersebut dari suplai. Jika elemen ini dingin kembali, maka secara otomatis

akan menutup kontak kembali dan menghubungkan motor dengan

tegangan suplai.

4) Tegangan tunggal, 3 kawat dengan pembalikan putaran

Pada motor ini kumparan utama terdiri dari dua bagian. Kedua bagian ini

R1 dan R2 dihubungkan seri secara internal dan salah satu ujung kumparan

bantu dihubungkan pada pertengahan kedua bagian kumparan ini

(pertengahan R1 dan R2 ).

Kedua ujung kawat kumparan utama dan salah satu ujung kawat kumparan

bantu dikeluarkan dari rumah motor. Jika ujung kumparan bantu yang

24

berada di luar rumah motor dihubungkan ke titik A, maka kumparan

terhubung melalui R1 dan motor berputar searah jarum jam. Jika ujung

kumparan bantu dihubungkan ke titik B, maka kumparan terhubung melalui

R2. Karena arus yang mengalir melalui kumparan bantu berbalik arah,

maka motor berputar dalam arah berla-wanan arah jarum jam.

Gambar 1. 16 Rangkaian ekivalen motor pada 4

5) Tegangan ganda tanpa pembalikan putaran

Motor ini dapat dioperasikan untuk tegangan 110 volt dan tegangan 220

volt AC atau tegangan 220 volt dan tegangan 380 volt. Motor ini

mempunyai dua kumparan utama dan satu kumparan bantu, yang

dikeluarkan dari motor untuk menyesuaikan perubahan tegangan suplai.

Jika dioperasikan pada tegangan rendah, maka kumparan utama

dihubungkan secara paralel, sedangkan untuk tegangan yang lebih tinggi

kedua kumparan dihubungkan seri.

6) Tegangan ganda dengan pembalikan putaran

Pembalikan putaran secara eksternal dapat dilakukan dengan bantuan dua

ujung kawat tambahan yang berasal dari kumparan starting.

25

1.3.3 Motor Dengan Dua Nilai Kapasitansi

Motor dengan dua nilai kapasitansi adalah motor kapasitor yang start

dengan satu nilai kapasitansi yang terhubung seri dengan kumparan bantunya

dan berputar dengan kapasitor lain yang berbeda nilai kapasitansinya. Motor ini

distarting dengan kapasitor yang mempunyai nilai kapasitansi yang relatif besar

serta terhubung seri dengan kumparan starting, serta torsi starting yang dihasilkan

juga besar. Pada saat running (berputar) dengan bantuan saklar sentrifugal,

belitan bantu dihubungkan ke suatu kapasitor lain dengan nilai kapasitansi yang

lebih rendah. Kondisi ini seperti motor dua fasa, dimana kumparan bantu

terhubung seri dengan sebuah kapasitor.

Kapasitansi dengan dua nilai dapat diperoleh dengan cara:

1) Menggunakan dua kapasitor paralel pada saat starting, tetapi salah satu

kapasitor akan diputuskan dari rangkaian pada saat motor telah berputar

normal.

Gambar 1. 17. Dua kapasitor paralel

2) Dengan menggunakan autotrafo, sehingga diperoleh kapasitansi yang lebih

tinggi pada saat starting.

26

Pada metode ini digunakan autotrafo dan kapasitor tipe minyak. Kapasitor

dan autotrafo ditempatkan dalam kotak segi empat dan dipasang pada

bagian atas motor.

K

¿V S

V P

Gambar 1. 18. Metode autotrafo

Kapasitor yang tersambung ke sekunder trafo akan berfungsi sebagai sekunder

trafo dengan nilai kapasitansi K2C, dimana K adalah perbandingan transformasi

tegangan.

Jika K = 3 dan kapasitansi (C) = 4 μF, maka nilai kapasitansi efektif adalah C=: 32

x 4 = 36 μF. Dengan meningkatnya kecepatan motor, maka saklar sentrifugal akan

menggeser penyambungan kapasitor dari tapping tegangan yang satu ke tapping

tegangan yang lain sehingga perbandingan transformasi tegangan berubah dari

nilai yang lebih tinggi ke nilai ymg lebih rendah.

C1 adalah kapasitor dengan kapasitansi yang relatif besar, tipe elektrolit dengan

waktu kerja yang pendek (short duty). Kapasitor C2 dengan nilai kapasitansi yang

lebih rendah adalah tipe isolasi minyak dengan waktu kerja yang kontinyu

(continuous duty).

27

Kapasitor Cl kapasitansinya 10 sampai dengan 15 kali kapasitor C2. Pada saat

starting, kedua kapasitor tersebut terhubung paralel, maka kapasitansi total:

Ctotal : C1 + C2 (jumlah nilai kapasitansi kedua kapasitor).

Setelah kecepatan motor mencapai 75% kecepatan nominal, maka saklar

setrifugal akan terbuka dan berpindah ke kapasitor C2, sehingga pada saat

running kumparan bantu hanya terhubung kapasitor C2.

Motor ini mempunyai beberapa nilai tambah dari motor kapasitor start:

1. Kemampuan menggerakkan beban berat.

2. Suara yang halus

3. Efisiensi dan faktor daya yang lebih tinggi

4. Kemampuan overload 1,25 x beban penuh

5. Meningkatkan torsi starting 5 sampai dengan 20%.

Aplikasinya pada kompressor yang membutuhkan torsi starting yang tinggi.

1.3.4 Motor Kapasitor Belah Permanen

Motor kapasitor belah permanen adalah sebuah motor kapasitor yang

menggunakan sebuah kapasitor pada kumparan bantu, dimana kapasitor tersebut

terhubung secara permanen dan mernpunyai sebuah nilai kapasitansi yang tetap.

Tidak diperlukan saklar sentrifugal pada motor ini. Motor ini berperilaku seperti

motor dua fasa tidak seimbang. Kinerja optimum tidak dapat dicapai motor ini

pada saat starting karena panggunaan kapasitor yang sama untuk starting dan

running. Umumnya digunakan kapasitor dengan nilai kapasitansi 2 sampai dengan

20 μF dengan kerja kontinyu. Nilai kapasitor yang rendah menghasilkan torsi

starting yang rendah.

28

Gambar 1. 19 Rangkaian ekivalen motor kapasitor belah permanen

Kelebihan dari motor ini adalah putarannya dapat dibalik dengan mudah

dengan menggunakan saklar luar, karena kumparan starting dan kumparan

runningnya identik.

Pada posisi maju, kumparan B berfungsi sebagai kumparan utama, dan A

sebagai kumparan bantu. Pada posisi mundur, kumparan A berfungsi sebagai

kumparan utama dan B sebagai kumparan bantu.

Gambar 1. 20 Pembalikan putaran motor kapasitor belah permanen

Motor ini aplikasinya untuk penggerak beban yang membutuhkan maju mundur

dengan frekuensi tinggi, seperti lift.

1.3.5 Motor Kapasitor Fasa Belah

Motor kapasitor fasa belah adalah motor kapasitor yang menggunakan

kumparan bantu selama start dan setelah motor berputar dengan bantuan saklar

sentrifugal dihubungkan ke kumparan bantu. Sehingga bisa dikatakan bahwa

29

motor ini start sebagai motor fasa belah dan setelah berputar berubah menjadi

motor kapasitor belah permanen.

Kekurangan dari motor ini, untuk mendapatkan torsi starting yang sama

dengan sebuah motor fasa belah, kumparan bantu umumnya dililit (digulung)

dengan jumlah lilitan yang lebih sedikit dari belitan utama. Hal ini menghasilkan

tegangan yang relatif rendah pada kapasitor selama berputar yang mana

tegangan ini lebih rendah dari nilai tegangan penuh. Untuk meningkatkan

tegangan pada kapasitor ke nilai operasi normalnya, sebuah bagian dari

kumparan bantu ditambahkan ke motor.

Gambar 1. 21 Rangkaian ekivalen motor kapasitor fasa belah

1.4 Karakteristik dan Jenis Aplikasi Motor Induksi Satu Fasa

Karakteristik dan aplikasi motor induksi satu fasa diringkas dan disajikan dalam

tabel 1.

30

Tabel 1 Karakteristik dan aplikasi dari motor induksi satu fasa

31

BAB II

MOTOR UNIVERSAL

2.1 Pendahuluan

Motor universal adalah motor seri atau motor seri yang terkornpensasi

yang didesain untuk beroperasi untuk kecepatan dan daya yang sama untuk

tegangan searah atau pun tegangan bolak balik satu fasa yang nilai tegangan rms-

nya sama dengan tegangan DC tersebut dan frekuensinya tidak lebih besar dari 60

Hz. Kecepatan tanpa beban motor ini sangat tinggi, yaitu sekitar 20000 rpm, tetapi

rangkaian jangkarnya sudah dirancang untuk tidak rusak pada kecepatan ini.

Kecepatan beban penuhnya adalah 4000 sampai dengan 16000 rpm dengan rating

daya 1 mhp sampai dengan 1 hp.

Motor universal dapat diklasifikasikan dalam dua jenis:

1. Jenis motor dengan kutub terkonsentrasi, tak terkompensasi

Mempunyai dua kutub, menonjol dan mirip dengan motor DC seri dua

kutub, terkecuali bahwa seluruh jalur magnetiknya dilaminasi. Stator yang

dilaminasi dibutuhkan untuk mengurangi rugi yang ditimbulkan fluks bolak-

balik jika motor dioperasikan pada tegangan AC. Jangkarnya merupakan

motor belitan yang mirip dengan jangkar motor DC ukuran kecil. Jangkar ini

terdiri dari laminasi inti dengan alur-alur lurus atau miring serta sebuah

komutator tempat dimana disambung ujung kumparan jangkar.

2. Jenis motor dengan medan terdistribusi, terkompensasi

Jangkarnya adalah rotor belitan yang mirip dengm jangkar motor DC

ukuran kecil dan statornya mirip stator untuk motor induksi dua kutub. Pada

32

motor jenis ini terdapat kumparan kompensasi, yaitu kumparan yang

dihubungkan secara seri dengan jangkar dan diatur sedemikian rupa

sehingga ampere-lilitan dari kumparan ini berlawanan dan meniadakan

ampere-lilitan dari kumparan jangkar. Tujuan dari kumparan kompensasi ini

adalah untuk menghilangkan tegangan reaktansi yang terjadi pada jangkar

jika motor dioperasikan pada tegangan bolak-balik.Tegangan reaktansi ini

menyerap sebagaian dari tegangan jala-jala, sehingga mengurangi

tegangan yang diaplikasikan ke jangkar, sehingga kecepatan motor

menjadi berkurang.

2.2 Operasi Motor Universal

2.2. 1 Operasi Pada Sumber Tegangan Bolak-Balik

Jika tegangan bolak balik diaplikasikan pada sebuah motor seri, motor

tersebut akan start dan kemudian berputar. Jika tegangan bolak balik yang

diaplikasi adalah 50 Hz, maka arus pada rangkaian jangkar akan bervariasi

sebanyak 100 kali setiap detik, demikian pada eksitasi medan dan fluks stator.

Namun, ada beberapa efek yang timbul jika motor universal dioperasikan pada

sumber tegangan AC dan efek ini tidak terjadi jika motor beroperasi pada sumber

tegangan DC. Efek-efek tersebut adalah:

1. Kumparan medan seri harus dilaminasi

Karena fluks stator berubah-ubah, maka sangat perlu untuk menggunakan

kontruksi rangkaian medan yang terlaminasi dalam rangka mengurangi rugi

arus histeresis dan arus eddy (arus pusar).

- Rugi arus histeresis Ph = K f Bmaks 1,6 - 2

33

Kh = konstanta histeresis ( tergantung jenis bahan)

f = frekuensi

Bmaks = rapat fluks maksimum

- Rugi arus eddy Pe = Ke f2 Bmaks2

Ke = konstanta arus eddy ( tergantung jenis bahan)

2. Tegangan reaktansi

Reaktansi timbul dalam sebuah rangkaian AC ketika sebuah rangkaian

magnet dibentuk oleh arus yang mengalir dalam rangkaian listrik. Tegangan

reaktansi ini menyerap sebagian dari tegangan jala-jala sehingga

mengurangi tegangan yang diaplikasikan ke jangkar, dengan demikian

mengurangi kecepatan motor.

3. Efek kejenuhan magnet

Menyebabkan putaran motor universal AC pada kondisi tanpa beban lebih

tinggi dibandingkan dengan pada tegangan DC tanpa beban.

4. Komutasi dan umur sikat

Komutasi pada arus bolak-balik lebih jelek dibandingkan pada arus searah,

sehingga menyebabkan umur sikat menjadi berkurang, Jeleknya komutasi

pada arus bolak-balik ini akibat terinduksinya tegangan pada saat sikat

terhubung singkat.

2.2. 2 Operasi Pada Sumber Tegangan Searah

Prinsip kerjanya sama dengan prinsip kerja motor DC seri. Bagian

berputar (jangkar) terhubung seri dengan kumparan medan seri, komutator dan

34

sikat berfungsi sebagai saklar berputar yang akan membalik arah arus pada

kumparan jangkar pada saat kumparan jangkar ini berputar.

Torsi yang dibangkitkan pada motor ini berbanding lurus dengan rapat

fluks dari medan seri dan besar arus yang mengalir pada konduktor belitan

jangkar.

T = Kt B Ia = Kt If Ia

Kt = Konstanta torsi

B =: Rapat fluks karena arus yang mengalir dalam kumparan seri

Tetapi karena Ir = Ia

Maka T = Kt Ia2

Torsi yang dibangkitkan pada motor universal berbanding lurus dengan

arus jangkar pangkat dua.

2.3 Pembalikan putaran

Putaran motor universal tipe kutub terkonsentrasi dapat dibalik dengan

membalik arah aliran arus dari jangkar atau kumparan medan. Metode yang paling

umum adalah dengan mempertukarkan ujung-ujung kawat sikat-sikatnya (lihat

Gambar 2. 2).

Gambar 2.1 Pembalikan putaran motor universal

35

Putaran motor universal tipe distribusi medan terkompensasi dapat dibalik dengan

mempertukarkan ujung-ujung kumparan jangkar, kumparan medan atau menggeser

sikat ke arah dimana putaran motor yang diinginkan.

2.4 Pengendalian Kecepatan Motor Universal

Metode berikut digunakan untuk mengatur kecepatan motor universal:

1. Metode tahanan

Seperti diperlihatkan pada Gambar 2.2, kecepatan motor dikendalikan

dengan memasang sebuah tahanan variabel R seri dengan motor. Metode

ini digunakan untuk motor pada mesin jahit. Besar tahanan rangkaian

dirubah dengan menggunakan injakan / pedal.

Gambar 2.2 Metode tahanan

2. Metode tapping medan

Untuk metode ini, medan kutub di tap pada beberapa titik dan kecepatan

motor dikendalikan dengan merubah-rubah kuat medan (Gambar 2.3 a).

Untuk maksud tersebut, dapat digunakan susunan berikut:

Kumparan medan dililit dalam beberapa bagian dengan ukuran

kawat berbeda dan ujung tapping dikeluarkan dari setiap bagian

tersebut.

36

Kawat tahanan nichrom dililit pada satu kutub medan dan tap

dikeluarkan dari kawat tersebut

(a) (b)

Gambar 2.3 Metode tapping medan dan saklar sentrifugal

3. Saklar sentrifugal

Motor universal, khususnya yang digunakan untuk mixer juice mempunyai

beberapa kecepatan. Pemilihan kecepatan dapat dilakukan melalui suatu

peralatan sentrifugal yaurg terletak pada bagian dalam motor dengan cara

penyambungan seperti diperlihatkan pada Gambar 2.3 b. Saklarnya diatur

dengan bantuan tuas eksternal. Jika kecepatan putaran meningkat, saklar

sentrifugal akan membuka dan menghubungkan suatu tahanan R ke dalam

rangkaian, dan akan menyebabkan penurunan kecepatan.

Jika putaran motor telah menurun, saklar sentrifugal akan menutup dan

menghubung singkat tahanan tersebut, dengan demikian kecepatan motor

meningkat kembali. Proses ini berulang terus-menerus dengan cepat,

sehingga variasi kecepatan motor tidak terasa. Digunakan kapasitor C di

antara permukaan kontak untuk mengurangi bunga api yang timbul pada

saat pembukaan dan penutupan kontak. Kapasitor ini juga mengurangi

kemungkinan rusaknya permukaan kontak saklar sentrifugal.

37

Motor ini mempunyai kesamaan prinsip dengan motor DC seri, yaitu

putarannya rendah pada saat berbeban dan relatif tinggi pada saat tanpa

beban. Pada prakteknya putaran motor pada saat tanpa beban hanya

dipengaruhi oleh gesekan dan beban angin.Gambar 2.4 menyajikan

karakteristik torsi-kecepatan motor universal baik disuplai sumber AC

maupun DC.

Gambar 2.4 Karakteristik putaran-beban

2.5 Aplikasi Motor Universal

Motor ini bisa digunakan pada pengisap debu, dimana kecepatan putaran

motor sebenamya adalah kecepatan beban yang digerakkan. Pada penggunaan

lainnya, putarannya diturunkan dengan bantuan roda gigi, misalnya untuk mixer

kue, bor tangan dan mesin jahit.

38

BAB III

MOTOR STEPPER

3.1 Pendahuluan

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 start (mulai), stop, dan berbalik

putaran.

Sangat bisa diandalkan (realible) karena tidak adanya sikat yang

bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC.

Dapat menghasikan putaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel

langsung ke porosnya.

Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada

jangkauan (range) yang luas.

3.2 Pengertian Motor Stepper

Motor stepper adalah motor listrik yang dikendalikan dengan pulsa-pulsa

digital, bukan dengan memberikan tegangan yang terus-menerus. Deretan pulsa

diterjemahkan menjadi putaran shaft, dimana setiap putaran membutuhkan jumlah

pulsa yang ditentukan. Satu pulsa menghasilkan satu kenaikan putaran atau step,

39

yang merupakan bagian dari suatu putaran penuh. Oleh karena itu perhitungan

jumlah pulsa dapat diterapkan untuk mendapatkan jumlah putaran yang diinginkan.

Perhitungan pulsa secara otomatis menunjukkan besarnya putaran yang telah

dilakukan, tanpa memerlukan informasi balik (feedback).

Gambar 3.1 Diagram waktu Motor Stepper

Ketepatan kontrol gerak motor stepper terutama dipengaruhi oleh jumlah

step tiap putaran; semakin banyak jumlah step, semakin tepat gerak yang

dihasilkan. Untuk ketepatan yang lebih tinggi, beberapa driver motor stepper

membagi step normal menjadi setengah step (half step) atau mikro step.

Gambar 3.2 Step tiap putaran Motor Stepper

Bagian-bagian dari motor steper yaitu tersusun atas motor, stator,

bearing, casing dan sumbu. Sumbu merupakan pegangan dari rotor dimana sumbu

adalah bagian tengah dari rotor, sehingga ketika rotor berputar sumbu ikut berputar.

Stator memiliki dua bagian yaitu plat inti dan lilitan. Plat inti dari motor stepper ini

biasanya menyatu dengan casing. Casing motor stepper terbuat dari aluminium dan

ini berfungsi sebagai dudukan bearing dan stator, pemegangnya adalah baut

sebanyak empat puluh. Di dalam motor stepper memiliki dua buah bearing yaitu

bearing bagian atas dan bearing bagian bawah.

40

Gambar 3.3 Bearing pada Motor Stepper

Pada motor stepper umumnya tertulis spesifikasi Np (= pulsa/rotasi).

Sedangkan kecepatan pulsa diekspresikan sebagai pps (= pulsa/second) dan

kecepatan putar umumnya ditulis sebagai Ѡ (= rotasi/menit atau rpm). Kecepatan

putar motor stepper (rpm) dapat di ekspresikan menggunakan kecepatan pulsa

(pps) sebagai berikut :

Ѡ = 60 ppsN p

[rotasi/menit]

= 60N p

pps

Oleh karena 1 rotasi = 3600, maka tingkat ketelitian motor stepper dapat di

ekspresikan dalam rumus sebagai berikut :

δ= o

pulsa

δ= 1

N p [ rotasi/pulsa] x 3600

δ= 3600

N p [

opulsa ]

3.3 Jenis-Jenis Motor Stepper

Motor stepper pada umumnya dibedakan berdasarkan magnet yang

digunakan, yaitu tipe permanen magnet dan variabel reluktansi. Pada umumnya

41

motor stepper yang digunakan saat ini adalah motor stepper variabel reluktansi.

Cara yang paling mudah untuk membedakan antara tipe motor stepper di atas

adalah dengan cara memutar rotor dengan tangan ketika motor tidak dihubungkan

ke suplai. Pada motor stepper tipe permanen magnet, ketika diputar dengan

tangan, akan terasa lebih tersendat karena adanya gaya yang ditimbulkan oleh

permanen magnet. Namun, ketika motor dengan variabel reluktansi diputar, akan

lebih halus karena sisa reluktansinya cukup kecil.

Pada dasarnya motor stepper dikelompokkan menjadi 3 jenis, yaitu :

1. Permanent Magnet (PM)

Sesuai namanya, motor stepper berjenis PM memiliki rotor berupa magnet

permanen. Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti

kaleng bundar (tin can) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang

diselang-seling dengan kutub yang berlawanan. 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 kecepatan rendah dan sudut langkah besar/ resolusi

langkah (step) yang rendah yaitu 7,50 hingga 150 per langkah atau 48

hingga 24 langkah setiap putarannya .

Gambar 3.4 Motor Stepper tipe permanen magnet

2. Variabel Reluctance (VR)

Motor stepper jenis ini memiliki bentuk rotor yang unik yaitu berbentuk

silinder dan pada semua unitnya memiliki gerigi yang memiliki hubungan

dengan kutub-kutub stator. Rotor pada magnet tipe ini tidak menggunakan

42

magnet permanen. Stator terlilit oleh lilitan sehingga pada saat teraliri arus,

stator akan menghasilkan kutub magnet. Jumlah gerigi pada rotor akan

menentukan langkah atau step motor. Perbedaan motor stepper berjenis

PM dan VR yaitu motor berjenis VR memiliki torsi yang relatif lebih kecil

dibanding dngan motor stepper berjenis PM. Hal lain yang dapat dilihat

adalah sisa kemagnetan sangat kecil, sehingga pada saat motor stepper

tidak dialiri arus, maka ketika di putar tidak ada torsi yang melawan. Sudut

langkah motor stepper berjenis VR ini bervariasi yaitu sekitar sampai

dengan 300. Motor stepper berjenis VR ini memiliki torsi yang kecil. Sering

ditemukan pada printer dan instrumen-instrumen pabrik yang ringan yang

tidak membutuhkan torsi yang besar.

Gambar 3.5 Variabel Reluktansi Motor

Seperti pada gambar di atas, motor mempunyai 3 pasang kutub stator (A,

B, C) yang diset terpisah 150. Arus dialirkan ke kutub A melalui lilitan motor

yang menyebabkan tarikan magnetik yang menyejajarkan gigi rotor ke

kutub A. Jika kita memberi energi ke kutub B maka akan menyebabkan

rotor berputar 150 sejajar kutub , proses ini akan berlanjut ke kutub C dan

kembali ke kutub A searah dengan jarum jam.

Pada motor stepper yang mempunyai variabel reluktansi maka terdapat 3

buah lilitan yang pada ujungnya dijadikan satu pada sebuah pin common.

Untuk dapat menggerakkan motor ini maka aktivasi tiap-tiap lilitan harus

sesuai urutannya.

43

Gambar 3.6 merupakan gambar struktur motor variabel reluktansi dimana

setiap stepnya adalah 300 . mempunyai 4 buah kutub pada rotor dan 6 buah

kutub pada statornya yang terletak saling berseberangan.

Gambar 3.6 Lilitan Variabel Reluktansi Motor

Jika lilitan 1 dilewati oleh arus, lilitan 2 mati dan lilitan 3 juga mati maka

kumparan 1 akan menghasilkan gaya tolakan kepada rotor dan rotor akan

berputar sejauh 300 searah jarum jam sehingga kutub rotor dengan label Y

sejajar dengan label 2.

Jika kondisi seperti ini berulang terus menerus secara berurutan, lilitan 2

dilewati arus kemudian lilitan 3 maka motor akan berputar secara terus

menerus. Maka agar dapat berputar sebanyak 21 step maka perlu diberikan

data dengan urutan seperti berikut: :

Lilitan 1 : 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1

Lilitan 2 : 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0

Lilitan 3 : 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0

‘1’ pada data di atas diartikan bahwa lilitan yang bersangkutan dilewati

arus sehingga menghasilkan gaya tolak untuk rotor. Sedangkan ‘0’ diartikan

lilitan dalam kondisi off, tidak mendapatkan arus.

3. Permanent Magnet-Hybrid (PM-H)

Permanent magnet hybrid merupakan penyempurnaan motor stepper

dimana motor stepper ini memiliki kecepatan 1000 step/detik namun juga

44

memiliki torsi yang cukup besar. Sehingga dapat dikatakan bahwa PM-H

merupakan motor stepper kombinasi antara PM dan VR motor stepper.

Motor hybrid mengkombinasikan karakteristik terbaik dari motor variabel

reluktansi dan motor magnet permanen. Motor ini dibangun dengan kutub

stator yang memiliki banyak-gigi seperti pada motor tipe VR dan memiliki

magnet permanen yang tersusun secara aksial pada batang porosnya

(rotor magnet permanen) seperti motor tipe PM. Motor hybrid standar

mempunyai 200 gigi rotor dan menghasilkan resolusi langkah tinggi yaitu

3,60 hingga 0,90 per langkah atau 100 – 400 langkah setiap putarannya.

Karena memperlihatkan torsi tinggi dan dinamis serta berputar dngan

kecepatan yang tinggi maka motor ini digunakan pada aplikasi yang sangat

luas. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe

hybrid:

Gambar 3.7 Penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid

Dilihat dari lilitanya motor stepper terbagi menjadi 2 jenis, yaitu :

1. Motor Stepper Unipolar

Motor stepper unipolar terdiri dari 2 lilitan yang memiliki center tap. Center

tap dari masing-masing lilitan ada yang berupa kabel terpisah ada juga

yang sudah terhubung di dalamnya sehingga center tap yang keluar hanya

satu kabel. Untuk motor stepper yang center tapnya ada pada masing-

masing lilitan, kabel inputnya ada 6 kabel. Namun jika center tapnya sudah

terhubung di dalam kabel inputnya hanya 5 kabel. Center tap dari motor

stepper dapat di hubungkan ke pentanahan atau ada juga yang

45

menghubungkannya ke +VC. Hal ini sangat dipengaruhi oleh driver yang

digunakan. Sebagai gambaran dapat dilihat konstruksi motor stepper

unipolar pada gambar berikut :

Gambar 3.8 Motor Stepper Unipolar

Rangkaian pengendali motor stepper unipolar 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 motor

sementara terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan (VM)

pada bagian tengah (center tap) dari lilitan.

Gambar 3.9 Motor Stepper dengan lilitan unipolar

2. Motor Stepper Bipolar

Motor stepper bipolar memiliki 2 lilitan. Perbedaan dengan tipe unipolar

adalah bahwa pada tipe bipolar lilitanya tidak memiliki center tap.

Keunggulan tipe bipolar yaitu memiliki torsi yang lebih besar jika

dibandingkan dengan tipe unipolar untuk ukuran yang sama. Pada motor

46

stepper tipe ini hanya memiliki empat kabel masukan. Namun untuk

menggerakkan motor stepper tipe ini lebih rumit jika dibandingkan dengan

menggerakkan motor stepper unipolar. Sebagai gambaran dapat dilihat

konstruksi motor stepper bipolar pada gambar berikut :

Gambar 3.10 Motor Stepper Bipolar

Pada pengendalian motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal

pulsa yang berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada

setiap terminal lilitan (A dan B) harus dihubungkan dengan sinyal yang

mengayun dari positif ke negatif dan sebaliknya.

Gambar 3.11 Motor stepper dengan lilitan bipolar

3.4 Pengendali Motor StepperBerikut ini akan diberikan contoh perancangan dan perhitungan rangkaian

pengendali motor stepper sederhana. Motor stepper yang digunakan pada contoh

ini bertipe hybrid unipolar, memiliki empat fasa dan panjang langkah sebesar 1,80

47

perlangkah. Motor di harapkan 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). Rangkaian dengan kedua IC tersebut berfungsi untuk menghasilkan

empat pulsa keluaran berurutan dan dapat berbalik urutannya dengan menerapkan

logika tertentu pada rangkaian. Rangkaian tersebut memerlukan pulsa clock untuk

dapat beroperasi. Sebagai sumber clock digunakan rangkaian berbasis IC timer

555. Rangkaian pembangkt 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 perhatikan

rangkaian utama dari pengendali motor stepper di bawah ini :

Gambar 3.11 Skema rangkaian pengendali motor stepper

Gambar 3.11 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

48

yang dapat menggerakkan motor stepper. Berikut ini adalah ilustrasi struktur motor

stepper sederhana dan pulsa yang dibutuhkan untuk menggerakkannya.

Gambar 3.12. (a) bentuk pulsa keluaran dari pengendali motor stepper (b) penerapan pulsa pengendali pada

motor stepper dan arah putaran yang bersesuaian.

Arah putaran motor dapat diukur dengan mengatur kondisi logika

masukan pada pena 13 dari IC 74LS76. Jika diterapkan logika 0, maka motor akan

berputar berlawanan dengan arah jarum jam (counter clck wise). Sedangkan jika

diterapkan logika 1, maka motor akan berputar dengan arah sesuai dengan arah

jarum jam (clock wise). Gambar 3.8.a di atas adalah contoh bentuk pulsa keluaran

yang menggerakan motor stepper pada arah sesuai dengan jarum jam (clock

wise) .

Kecepatan motor di tentukan oleh frekuensi masukan clock yang

berbentuk gelombang persegi empat. Pulsa clock ini dibangkitkan oleh rangkaian

osilator pembangkit pulsa berbasis IC timer 555. Berikut ini adalah rangkaian

pembangkit pulsa clock berbasis IC 555.

Gambar 3.13. Skema rangkaian pembangkit pulsa clock berbasis IC 555

49

Rangkaian pada gambar 3.13. di atas adalah rangkaian berbasis IC 555

yang bekerja pada mode stabil. Dalam mode ini, rangkaian bekerja sebagai osilator

pembangkit pulsa/gelombang. Rangkaian di atas akan membangkitkan pulsa

berbentuk persegi empat pada keluarannya (pena 3) secara periodik.

Gambar 3.14. Bentuk gelombang keluaran rangkaian pembangkit pulsa (osilator)

Pulsa di atas memiliki frekuensi dan periode yang konstan. Periode dari

satu gelombang penuh adalah Tt (Time total). Th (Time high) adalah periode sinyal

nol atau rendah. Periode gelombang keluaran tersebut ditentukan oleh VR1, VR2,

R1, R2 dan C1. Kapasitor C2 berfungsi sebagai penstabil rangkaian.

Jadi pada sistem ini motor stepper dapat digerakkan pada kecepatan

antara 2,127 rpm hingga 127,323 rpm. Dalam penerapannya pada sistem Triaxial,

VR1 pada rangkaian osilator Gambar 3.13 diatur tahanannya hingga di peroleh

kecepatan yang sesuai. Untuk dapat menghasilakn dua kecepatan, maka di

gunakan dua buah tahanan variabel (VR1dan VR2). Masing-masing tahanan

variabel di atur pada harga tahanan yang berbeda. Untuk harga tahanan yang lebih

kecil akan dihasilkan pula clock yang lebih tinggi frekuensinya sehingga kecepatan

motor stepper lebih tinggi. Untuk berpindah di antara dua kecepatan di gunakan

relay untuk memindahkan terminal R1 ke VR1 atau VR2. Jika relay off, maka

terminal R1 terhubung ke terminal VR1 sedangkan jika relay on, maka terminal R1

terhubung ke terminal VR2.

Motor stepper umunya memerlukan arus listrik yang relatif besar yaitu

antara 1 hingga 2 A. Untuk itu keluaran dari pengendali motor stepper perlu

dikuatkan sehingga dapat mengalirkan arus yang besar. Penguat tersebut dapat di

50

anggap sebagai solid state switch karena hanya menghasilkan sinyak tinggi dan

rendah (1 dan 0). Berikut ini adalah skema rangkaian solid state switch :

Gambar 3.15. Skema rangkain solid state switch

Pada rangkaian di atas (gambar 3.15) digunakan transistor bipolar (BJT)

tipe TIP31 dan di susun sebagai open collector switch. Transistor TIP31 adalah

tergolong transistor daya menengah yang mampu mengalirkan arus puncak hingga

5 A. Transistor-transistor ini harus dilengkapi oleh lempengan pendingin dari

aluminium untuk mengurangi panas yang terjadi akibat besarnya arus yang

mengalir. L1-L4 adalah lilitan (wound) dalam motor stepper. Dioda D1-D4 berfungsi

sebagai pelindung rangkaian dari tegangan tinggi (back EMF) yang mungkin timbul

dari lilitan motor stepper.

Keluaran dari rangkaian pengendali motor stepper (phase1 – phase 4)

dihubungkan kemasukan dari empat transistor tersebut melalui R1 – R2. Jika

masukan bernilai sinyal rendah, maka transistor akan berada pada keadaan cut-off

sehingga arus dan lilitan motor stepper tidak mengalir. Jika masukan bernilai tinggi

(d iatas tegangan ambang transistor), maka transistor akan on sehingga tegangan

antara kolektor dengan emitor (VCE) turun dan arus dapat mengalir ke tanah

(ground), dengan begitu motor stepper berputar. Jika sinyal keluaran dari

pengendali motor stepper berbentuk seperti gambar 3.12.a, maka L1, L2, L3 dan L4

51

akan di aliri arus secara berurutan. Dengan begitu rotor dari motor stepper akan

berputar sesuai dengan arah urutan sinyal pada gambar 3.12.b.

3.5 Aplikasi Motor StepperMotor stepper banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang biasanya

cukup menggunakan torsi yang kecil, seperti untuk menggerak piringan disket atau

piringan CD. Dalam hal kecepatan, kecepatan motor stepper cukup cepat jika

dibandingkan dengan motor DC. Motor stepper merupakan motor DC yang tidak

memiliki komutator. Pada umumnya motor stepper hanya mempunyai kumparan

pada statornya sedangkan pada bagian rotornya merupakan permanen magnet.

Dengan model motor seperti ini maka motor stepper dapat diatur posisinya pada

posisi tertentu dan/atau berputar kearah yang diinginkan, seperti jarum jam atau

sebaliknya.

Kecepatan motor stepper pada dasarnya di tentukan oleh kecepatan

pemberian data pada komutatornya.. Semakin cepat data yang diberikan maka

motor stepper akan semakin cepat pula berputarnya. Pada kebanyakan motor

stepper kecepatannya dapat diatur dalam daerah frekuensi audio dan akan

menghasilakn putaran yang cukup cepat.

52

BAB IVMOTOR SERVO

4.1 Pendahuluan

Motor servo sering disebut sebagai motor kendali, adalah motor yang

secara khusus dirancang dan dibuat untuk keperluan sistem kontrol umpan-balik

(feed back). Motor servo mempunyai respon kecepatan tinggi. Motor servo

digunakan untuk mengontrol proses, sistem penjejak dan penuntun, alat remote-

positioning, ada pula digunakan pada rumah tangga seperti mengontrol nyala api

pada kompor dan sejumlah besar aplikasi lain yang serupa. Motor ini dibuat untuk

dapat beroperasi pada tegangan DC maupun AC.

Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem kontrol umpan balik

tertutup, dimana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol

yang ada di dalam motor tersebut. Motor ini terdiri dari sebuah motor, 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.

Motor servo biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu saja dan

tidak kontinyu seperti motor DC maupun motor stepper. Namun demikian, untuk

beberapa aplikasi tertentu motor ini dapat dimodifikasi agar bergerak kontinyu.

Motor ini mampu bekerja dalam dua arah (searah atau berlawanan jarum

jam), dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya

53

dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin

kontrolnya.

Gambar 4.1 Motor Servo

Sistem mekanik motor servo memiliki :

3 (tiga) jalur kabel : daya, pentanahan, dan kontrol.

Sinyal kontrol pengendali posisi.

Operasional servo motor dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar kurang

lebih 20 ms, dimana lebar pulsa antara 0,5 ms dan 2 ms menyatakan akhir

dari range sudut maksimum.

Konstruksi di dalamnya meliputi internal gear, potensiometer, dan kontrol

umpan balik.

4.2 Motor Servo arus Bolak-Balik

Suatu motor servo arus bolak –balik adalah suatu motor induksi dengan

dua kumparan primer yang satu sama lain saling terpisah dalam posisi magnet

sebesar 900 listrik. Motor ini mempunyai rotor yang berinersia rendah serta

resistansi yang tinggi sehingga memberikan sebuah bentuk kurva kecepatan torsi

yang linier dari kecepatan tanpa beban hingga berhenti. Motor ini didesain untuk

beroperasi dengan tegangan yang dapat diatur dan diaplikasikan pada fasa yang

54

lain yang disebut fasa kontrol. Untuk operasi pada rangkaian satu fasa, sebuah

kapasitor biasanya dihubungkan secara seri dengan fasa tetap.

4.2.1 Bagian-Bagian Penting pada Sebuah Motor Servo

Bagian-bagian penting dari motor servo arus bolak-balik hampir sama

halnya dengan motor kapasitor fasa belah permanen, kecuali bahwa sebuah

kapasitor tidak diperlukan ketika motor dioperasikan dengan tegangan suplai dua

fasa. Terdapat dua kumparan primer yang disebut fasa tetap dan fasa kontrol

yang terpisah satu terhadap yang lain sebesar 90 derajat listrik. Rotor sangkar

yang digunakan pada motor ini umumnya berdiameter kecil untuk menjaga inersia

mekanik serendah mungkin, dan resistansi yang tinggi untuk mendapatkan kurva

kecepatan torsi yang selinier mungkin.

Fasa tetap adalah kumparan dengan dua kawat dan fasa kontrol dapat

berupa kumaparan dua kawat dengan tap di tengah-tengahnya atau kumparan

empat kawat dalam dua bagian, seperti kumparan dua tegangan. Ketika

digunakan dalam rangkaian satu fasa, sebuah kapasitor dihubungkan secara seri

dengan fasa tetap.

Gambar 4.2 Motor Servo AC

Motor ini biasanya dihubungkan dengan peralatan lain seperti :

tachometer, gigi reduksi dan rem.

4.2.2 Cara kerja Motor Servo

55

Sebuah motor servo dapat dioperasikan sebagai motor dua fasa atau

motor kapasitor belah permanen (jika dioperasikan dengan suplai satu fasa)..

Pada kedua operasi tersebut, tegangan pada fasa tetap dijaga konstan dan

tegangan pada fasa kontrol divariasikan.

Sebagai motor dua fasa

Prinsip operasinya mirip dengan motor induksi fasa banyak. Jika tegangan

yang diaplikasi pada fasa tetap dijaga konstan dan tegangan pada fasa kontrolnya

divariasikan, torsi yang dihasilkan untuk sembarang harga slip bervariasi sebagai

pangkat pertama dari tegangan. Namun jika tegangan catu pada kedua fasa

divariasikan, maka torsi pada sembarang slip bervariasi sebagai pangkat dua dari

tegangan.

Sebagai motor satu fasaJika daya dua fasa tidak tersedia, sebuah kapasitor yang sesuai

dihubungkan secara seri dengan fasa tetap seperti ditunjukkan pada gambar di

bawah ini, dan kombinasi ini dihubungkan ke tegangan yang konstan. Keluaran

motor ini dikontrol dengan mengaplikasikan sebuah tegangan variabel pada fasa

kontrol. Untuk sembarang slip, torsi bervariasi kira-kira sama dengan pangkat satu

dari tegangan yang diaplikasikan pada fasa kontrol.

Gambar 4.3 Motor servo satu fasa

4.2.3 Diagram pengawatan dan penandaan terminal pada motor servo

56

Penandaan terminal dan hubungan kawat dengan sebuah fasa kontrol

yang ditap di tengah yang beroperasi pada suplai satu fasa diperlihatkan pada

Gambar 4.4. Cara ini yang digunakan untuk menyesuaikan tegangan yang

diapliasikan ke fasa kontrol. Ketika tegangan ini nol, fasa kontrol harus

dihubungsingkat untuk menjaga motor dari start dan berputar sebagai sebuah

motor fasa tunggal, dalam hal motor ini diberikan pemindahan fasa yang tiba-tiba.

Untuk operasi dua fasa, hubungan adalah sama dengan yang dibahas di atas,

kecuali bahwa kapasitor dihilangkan pada saat fasa tetap dihubungkan ke salah

satu fasa suplai dan fasa kontrol terhadap yang lainnya melalui peralatan

penyesuaian tegangan.

Gambar 4.4 Skema Diagram Pengawatan Motor Servo

4.3 Motor servo bolak-balik yang mempunyai peredamMotor servo umumnya sudah mempunyai sifat peredaman yang cukup

untuk beberapa penggunaan, namun untuk penggunaan tertentu, peredam

tambahan harus diberikan. Peredam tambahan ini dalam bentuk peredam

kekentalan, peredam inersia atau peredam tachometer. Kebanyakan dari efek

peredam ini di sebabkan oleh tegangan tachometer yang dimasukkan kedalam

sistem kontrol.

57

Di bawah ini adalah rangkaian sebuah tachometer yang lengkap, dimana

pada rangkaian ini didasarkan atas sebuah fototransistor pick-off dan sebuah IC

555 yang merupakan IC yang dioperasikan pada rangkaian nonstabil.

Gambat 4. Rangkaian lengkap sebuah tachometer

4.4 Karakteristik Capaian

Ada karakteristik capaian tertentu yang umum untuk motor konvensional

yang berlaku untuk motor servo, yaitu :

1. Kecepatan tanpa beban

Kecepatan tanpa beban pada umumnya dinyatakan dalam rpm dan ditandai

oleh tidak adanya beban dishaft motor.

2. Tenaga Putaran

Tenaga putaran rotor yang terkunci pada umumnya dinyatakan dalam inci-ons.

Jika itu dinyatakan dalam g-cm, maka dibagi dengan 72 untuk memperoleh

tenaga putaran di dalam inci-ons.

58

3. Kelembaman Rotor

Ini adalah kelembaman dari momen rotasi pada batang dan pada umumnya

dinyatakan dalam g-cm2 untuk motor arus bolak-balik dan dalam g-cm-s2 untuk

motor searah. Jika dinyatakan dalam oz-in2, maka harus dikalikan dengan 182,9

untuk memperoleh momen kelembaman itu dalam g-cm2.

4. Akselerasi teoritis

Ini adalah akselerasi pada saat motor dalam keadaan berputar, yang dinyatakan

radian per detik kuadrat, atau rad/s2 itu dihitung sebagai berikut :

Akselerasi = stalltorque

inertia X 70,620

Dimana jika tenaga putaran dinyatakan dalam inci-ons dan momen lemban

dalam g-cm2.

5. Tetapan-waktu mekanis

Ini adalah waktu untuk rotor dapat beakselerasi dari kondisi berputar hingga

mencapai 63,2 % dari kondisi tanpa beban dengan tegangan penuh yang

berasal dari fasa kontrol, tanpa adanya beban luar. Hal ini biasanya dinyatakan

dalam second atau miliseond. Torsi dianggap menurun secara linier dari

kecepatan nol hingga kecepatan tanpa beban, yang menyebabkan kecepatan

motor bertambah berbanding lurus dengan waktunya.

Tetapan waktu mekanis ini didapatkan dari persamaan :

Tetapan_Waktu_Mekanis = Intertia X kec . tanpabebanX 1,485

Stal ltorqueX 1.000.000

6. Tetapan waktu balik.

Ini adalah waktu yang diperlukan dari kecepatan tanpa beban dalam satu arah

untuk 63,2 persen kecepatan tanpa beban dalam arah berlawanan, ketika

tegangan fasa kontrol tiba-tiba dibalikkan sebesar 180 derajat. Pada kondisi ini

59

tidak ada momen inersia atau beban eksternal. Besarnya kira-kira 1,7 kali

tetapan waktu mekanis.

4.5 Jenis-jenis Motor Servo

Motor servo terbagi dalam dua jenis, yaitu:

Motor Servo Standar 1800

Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (searah dan

berlawanan jarum jam) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 900

sehingga total defleksi sudut dari kanan – tengah – kiri adalah 1800.

Motor Servo Continuous

Motor servo jenis ini mampu bergerak dua arah (searah dan berlawanan

jarum jam) tanpa batasan defleksi sudut putar, atau dengan kata lain dapat

berputar secara kontinyu.

DAFTAR PUSTAKA

60

Cyne, Veinott G; Martin E. Joseph, 1987, Fractional and Subfractional Horse Power

, Mc. Graw Hill International Edition, Singapore.

Dunia Listrik, Motor Listrik AC Satu Fasa, http://duialistrik.blogspot.com/2009/04/motor

listrik-ac-satu-fasa.htlm.

Sen, P.C, Principles of Electric Machines and Power Electronics, John Wiley & Sons,

Singapore

Wildi, Theodore, 1981, Electric Mchines and Power System, Prentice Hall

Internasional, Inc. USA

Zuhal, 1980, Dasar Tenaga Listrik, ITB Bandung.

http://www.energyefficyencyasia.org/docs/ee_modules/indo/Chapter%20-%20Electric

%20motors%20(Bahasa%20Indonesia).pdf

61