Download - Motor Motor Listrik Bolak Balik 2013-14-2

Transcript
  • 1TEKNIK TENAGA LISTRIK JURUSAN TEKNIK MESINPERSIAPAN UJIAN AHKIR SEMESTER

    PENDAHULUAN

    Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubahenergi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya,memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkatbahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan diindustri. Motor listrik kadangkala disebut kuda kerja nya industri sebabdiperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar70% beban listrik total di industri.

    Motor arus bolak-balik (motor AC) ialah suatu mesin yang berfungsi mengubahtenaga listrik arus bolak-balik (listrikAC) menjadi tenaga gerak atau tenagamekanik, dimana tenaga gerak itu berupa putaran dari pada rotor.

    Motor AC dapat dibedakan atas beberapa jenis. Pembagian motor listrik di sini atasbermacam tinjauan.

    Gambar 1. Klasifikasi Motor Arus Bolak-balik (AC).

    Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkanarahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buahbagian dasar listrik: "stator" dan "rotor". Stator merupakan komponen listrik statis. Rotormerupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor.

    Satu Phase

    Motor ArusBolak-balik (AC)

    Ti Tiga PhaseSatu Phase

    Sinkron Induksi

  • 2Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motorAC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapatdilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendalikecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang palingpopuler di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motorinduksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motorDC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kalimotor DC).

    Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubahenergi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya,memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan,dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan diindustri. Motor listrik kadangkala disebut kuda kerja nya industri sebab diperkirakanbahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

    1. Motor Induksi

    Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan padaberbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murahdan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

    Disebut motor induksi, karena dalam hal penerimaan tegangan dan arus pada rotordilakkukan dengan jalan induksi. Jadi pada motor induksi, rotor tidak langsungmenerima tegangan atau arus dari luar.

    a. Komponen

    Motor induksi memiliki 2 komponen utama:

    1. Rotor

    Motor induksi menggunakan dua jenis Rotor :

    -Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang diletakan dalam petak-petak slots pararel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua

  • 3ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.-Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusidibuat melingkar sebanyak kutup stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagiandalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang padabatang as dengan sikat yang menempel padanya.

    2. Stator

    Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawagulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu.Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat.

    Gambar 2. Motor Induksi (Automated Buildings).

    b. Klasifikasi motor induksiMotor induksi dapat diklasifikasikan dua kelompok utama :1. Motor induksi satu phase2. Motor induksi tiga phase

    1. Motor induksi satu phaseMotor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya

    satu phase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untukmenghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling

  • 4umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti fan angin, mesin cuci danpengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp. Disebut motor satuphase, karena untuk menghasilkan tenaga mekanik pada motor tersebut dimasukantegangan satu phase. Didalam praktek kita sering menjumpai motor 1 phase denganlilitan 2 phase.

    Dikatakan demikian, karena didalam motor satu phase lilitan statornya terdiridari dua jenis lilitan, yaitu lilitan pokok dan lilitan bantu. Kedua jenis lilitan tersebutdibuat sedemikian rupa, sehingga walaupun arus yang mengalir pada motor adalaharus/tegangan satu phase, maka mengakibatkan arus yang mengalir pada masing-masing lilitan mempunyai perbedaan phase. Atau dengan kata lain, bahwa arus yangmengalir pada lilitan lilitan pokok dan bantu tidak sephase. Motor satu phase tersebutdisebut motor phase belah.Motor satu phase dikenal bermacam-macam, yaitu :a. Motor kapasitor b. Motor shaded polec. Motor repulse d. Motor seri

    2. Motor induksi 3 phaseMedan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga phase yang seimbang.

    Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupaiatau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaansendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenisini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder.Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp. Disebut motor tiga phase karena, untukmenghasilkan tenaga mekanik tegangan yang dimasukan pada motor tersebut adalahtegangan tiga phase. Ditinjau dari jenis rotor yang digunakan, dikenal tiga jenis motoryaitu :

    a. Motor dengan rotor lilitb. Motor dengan rotor sankar tupai c. Motor kolektor

    Setiap motor listrik, sudah mempunyai klasifakasi tertentu, sesuai dengan maksudpenggunaanya sebagai alat penggerak yang diperlukan yang diperlukan menurutkebutuhan yang diinginkan.

  • 5c. Prinsip kerja motor induksi

    Motor induksi 3 phaseMotor induksi adalah alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi

    mekanik. Listrik yang diubah adalah listrik 3 phase. Motor induksi sering juga disebutmotor tidak serempak atau motor asinkron. Prinsip kerja motor induksi lihatGambar 3.

    Gambar 3. Prinsip kerja motor induksi.

    Ketika tegangan phasa U masuk ke belitan stator menjadikan kutub S (south =selatan), garis-garis gaya mahnet mengalir melalui stator, sedangkan dua kutub lainnyaadalah N (north = utara) untuk phasa V dan phasa W. Kompas akan saling tarik-menarikdengan kutub S. Berikutnya kutub S pindah ke phasa V, kompas berputar 120,dilanjutkan kutub S pindah ke phasa W, sehingga pada belitan stator timbul medanmagnet putar. Buktinya kompas akan memutar lagi menjadi 240. Kejadianberlangsung silih berganti membentuk medan magnet putar sehingga kompasberputar dalam satu putaran penuh, proses ini berlangsung terus menerus. Dalam motorinduksi kompas digantikan oleh rotor sangkar yang akan berputar pada porosnya.Karena ada perbedaan putaran antara medan putar stator dengan putaran rotor, makadisebut motor induksi tidak serempak atau motor asinkron. Susunan belitan statormotor induksi dengan dua kutub, memiliki tiga belitan yang masing-masing berbedasudut 120 Gambar 3 Ujung belitan phasa pertama U1- U2, belitan phasa kedua V1-V2 dan belitan phasa ketiga W1-W2. Prinsip kerja motor induksi dijelaskan dengangelombang sinusoidal Gambar 4 terbentuknya medan putar pada stator motor induksi.Tampak stator dengan

  • 6dua kutub, dapat diterangkan dengan empat kondisi.

    Gambar 3. Belitan Stator Motor Induksi 2 Kutup.

    Gambar 4. Bentuk gelombang sinusoida dan timbulnya medan putarpada stator motor induksi.

    1. Saat sudut 0.Arus I1 bernilai positip dan arus I2 dan arus I3 bernilai negatip dalam hal ini

    belitan V2, U1 dan W2 bertanda silang (arus meninggalkan pembaca), dan belitan V1,U2 dan W1 bertanda titik (arus listrik menuju pembaca). Terbentuk fluk magnet padagaris horizontal sudut 0. Kutub S (south = selatan) dan kutub N (north = utara).2. Saat sudut 120.

    Arus I2 bernilai positip sedangkan arus I1 dan arus I3

    bernilai negatip, dalam hal ini belitan W2, V1, dan U2 bertanda silang (arus meninggalkanpembaca), dan kawat W1, V2, dan U1 bertanda titik (arus menuju pembaca). Garis flukmagnit kutub S dan N bergeser 120 dari posisi awal.

    3. Saat sudut 240.Arus I3 bernilai positip dan I1 dan I2 bernilai negatip, belitan U2, W1,

  • 7dan V2 bertanda silang (arus meninggalkan pembaca), dan kawat U1, W2, dan V1bertanda titik (arus menuju pembaca). Garis fluk magnit kutub S dan N bergeser 120 dariposisi kedua.4. Saat sudut 360.

    posisi ini sama dengan saat sudut 0, di mana kutub S dan N kembali keposisiawal sekali. Dari keempat kondisi di atas saat sudut 0, 120, 240, dan 360, dapatdijelaskan terbentuknya medan putar pada stator, medan magnet putar stator akanmemotong belitan rotor. Kecepatan medan putar stator ini sering disebut kecepatansinkron,

    tidak dapat diamati dengan alat ukur tetapi dapat dihitung secara teoritis besarnya

    putaran per menit.

    Rotor ditempatkan di dalam rongga stator, sehingga garis medan magnet putarstator akan memotong belitan rotor. Rotor motor induksi adalah beberapa batangpenghantar yang ujung-ujungnya dihubungsingkatkan menyerupai sangkar tupai, maka

    sering disebut rotor sangkar tupai (Gambar 5.), kejadian ini mengakibatkanpada rotor timbul induksi elektromagnetis. Medan magnet putar dari stator salingberinteraksi dengan medan magnet rotor, terjadilah torsi putar yang berakibat rotorberputar.

    Gambar 5. Bentuk Rotor Sangkar Tupai. Kecepatan medan magnet

    putar pada stator :

  • 8ns = kecepan sinkron medan stator (rpm)f = frekuensi (Hz); nr = kecepatan putar rotor (rpm)slip = selisih kecepatan stator dan rotord. Kontruksi Motor Induksi

    Konstruksi motor induksi secara detail terdiri atas dua bagian, yaitu: bagianstator dan bagian rotor (Gambar 6). Stator adalah bagian motor yang diam terdiri: badanmotor, inti stator, belitan stator, bearing, dan terminal box. Bagian rotor adalah bagianmotor yang berputar, terdiri atas rotor sangkar, dan poros rotor. Konstruksi motorinduksi tidak ada bagian rotor yang bersentuhan dengan bagian stator, karena dalammotor induksi tidak komutator dan sikat arang.

    Gambar 6. Fisik motor induksi.

    Konstruksi motor induksi lebih sederhana dibandingkan dengan motor DC,dikarenakan tidak ada komutator dan tidak ada sikat arang (Gambar 7).Sehingga pemeliharaan motor induksi hanya bagian mekanik saja, dankonstruksinya yang sederhana motor induksi sangat handal dan jarang sekali rusak secaraelektrik. Bagian motor induksi yang perlu dipelihara rutin adah pelumasan bearing, danpemeriksaan kekencangan baut-baut kabel pada terminal box karena kendor atau bahkanlepas akibat pengaruh getaran secara terusmenerus.

  • 9Rumus mengitung daya input motor induksi :

    P1 (Watt)P1U I

    = Daya input (Watt)= Tegangan (Volt)= Arus (Ampere)

    Cos = Faktor Kerja

    e. Rugi-rugi dan Efisiensi Motor Induksi

    Gambar 7. Rugi-rugi daya motor induksi.

    Memiliki rugi-rugi yang terjadi karena dalam motor induksi terdapatkomponen tahanan tembaga dari belitan stator dan komponen indukt or belitan stator.Pada motor induksi terdapat rugirugitembaga, rugi inti, dan rugi karena gesekandanhambatan angin.

    Besarnya rugi tembaga sebanding dengan I2 R, makin besar arus beban maka rugitembaga makin besar juga. Daya input motor sebesar P1, maka dayayang diubah menjadi daya output sebesar P2. Persamaan menghitung rugi-rugi motorinduksi: Rugi-rugi motor = P1 P2 Persamaan menghitung efisiensi motor induksi:

    P1 Daya input (watt) dan P2 Daya output (watt)

    Menghitung momen torsi yang dihasilkan motor induksi lihat Gambar 8.

  • 10

    Gambar 8. Torsi motor pada rotor dan torsi pada poros.

    M = F r (Nm)P2 = M (Watt) = 2 n

    M = Torsi (Nm)F = Gaya (newton)P2 = Daya output (watt) = Kecepatan sudut putarn = Kecepatan motor (putaran/detik)

    f. Putaran Motor InduksiMotor induksi memiliki dua arah putaran motor, yaitu putaran searah jarum

    jam (kanan) Gambar 9, dan putaran berlawanan jarum jam (ke kiri) dilihat dari porosmotor. Putaran motor induksi tergantung jumlah kutubnya, motor induksi berkutubdua memiliki putaran poros sekitar 2.950 Rpm, yang berkutub empat memiliki putaranporos mendekati 1.450 Rpm. Putaran arah jarum jam (kanan) didapat dengan caramenghubungkan L1- terminal U, L2- terminal V dan L3-terminal W. Putaran arahberlawanan jarum jam (kiri) didapat dengan menukarkan salah satu dari kedua kabelphasa, misalkan L1- terminal U, L2- terminal W dan L3- terminal V. Denganmemasang dua buah kontaktor, sebuah motor induksi dapat dikontrol untuk putarankanan, dan putaran ke kiri. Aplikasi praktis untuk membuka dan menutup pintu garasidengan motor induksi dapat memanfaatkan kaidah putaran kanan dan kiri ini, denganmelengkapi dengan sensor cahaya atau sakelar manual motor dapat dihidupkan untukmembuka dan menutup pintu garasi.

  • 11

    Gambar 9. Putaran motor dilihat dari sisi poros.

    g. Karakteristik Torsi Motor InduksiKarakteristik torsi motor induksi (Gambar 10), disebut torsi fungsi dari slip(T = f(slip)). Garis vertikal merupakan parameter torsi (0100%) dan garis

    horizontal parameter slip (1,00,0). Dikenal ada empat jenis torsi, yaitu:1. MA, momen torsi awal,

    2. MS, momen torsi pull-up,

    3. MK, momen torsi maksimum,4. MB, momen torsi kerja.

    Gambar 10. Karakteristik torsi motor induksi.

  • 12

    Torsi awal terjadi saat motor pertama dijalankan (slip 1,0), torsi pull-up terjadisaat slip 0,7, torsi maksimum terjadi slip 0,2 dan torsi kerja berada ketika slip0,05. Torsi beban harus lebih kecil dari torsi motor. Bila torsi beban lebih besar daritorsi motor, akibatnya motor dalam kondisi kelebihan beban dan berakibat belitanstator terbakar. Untuk mengatasi kondisi beban lebih dalam rangkaian kontroldilengkapi dengan pengaman beban lebih disebut thermal overload, yang dipasangdengan kontaktor. Karakteristik torsi juga bisa disajikan dalam bentuk lain, kita kenalkarakteristik putaran = fungsi torsi, n = f (torsi) lihat Gambar 11. Garis vertikalmenunjukkan parameter putaran, garis horizontal menunjukkan parameter torsi.Ketika motor berputar pada garis n didapatkan torsi di titik M. Ketika putaran beradadi nn didapatkan torsi motor di Mn. Daerah kerja putaran motor induksi berada padaarea n dan nn sehingga torsi kerja motor induksi juga berada pada area M dan Mn.Berdasarkan grafik n = fungsi (torsi) dapat juga disimpulkan ketika putaran rotorturun dari n ke nn pada torsi justru terjadi peningkatan dari M ke Mn.

    Gambar 11. Karakteristik putaran fungsi torsi beban.

    Gambar 12. Karakteristik parameter efisiensi, putaran, faktor kerja dan arus beban.

  • 13

    Karakteristik motor induksi lainnya lihat Gambar 12 mencakup parameterefisiensi, faktor kerja, ratio arus, dan ratio putaran. Dengan membaca karakteristik motorinduksi dapat diketahui setiap parameter yang dibutuhkan. Saat torsi mencapai

    100% dapat dibaca ratio arus I/Io = 1; faktor kerja cos 0,8; efiseiensi motor 0,85; danratio putaran n/ns: 0,92.

    h. Pengasutan Motor InduksiSaat motor induksi distarting secara langsung, arus awal motor besarnya antara

    500% sd 700% dari arus nominal. Ini akan menyebabkan drop tegangan yang besarpada pasokan tegangan PLN. Untuk motor daya kecil sampai 5 kW, arus starting tidakberpengaruh besar terhadap drop tegangan. Pada motor dengan daya diatas 30 kWsampai dengan 100 kW akan menyebabkan drop tegangan yang besar danmenurunkan kualitas listrik dan pengaruhnya pada penerangan yang berkedip.Pengasutan motor induksi adalah cara menjalankan pertama kali motor, tujuannya agararus starting kecil dan drop tegangan masih dalam batas toleransi. Ada beberapa carateknik pengasutan, di antaranya :

    1. Hubungan langsung (Direct On Line = DOL)2. Tahanan depan Stator (Primary Resistor)3. Transformator4. Segitiga-Bintang (Start-Delta)5. Pengasutan Soft starting6. Tahanan Rotor lilit

    i.Prinsip Kerja Motor AC Satu PhaseMotor AC satu phase berbeda cara kerjanya dengan motor AC tiga phase. Pada

    motor AC tiga phase, belitan stator terdapat tiga belitan yang menghasilkan medanputar dan pada rotor sangkar terjadi induksi dan interaksi torsi yang menghasilkanputaran. Pada motor satu phase memiliki dua belitan stator, yaitu belitan phase utama(belitan U1-U2) dan belitan phase bantu (belitan Z1-Z2) Gambar 13.

  • 14

    Gambar 13. Prinsip medan magnet utama dan medan magnet bantu motor satu phase

    Grafik arus belitan bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama berbeda phasa

    sebesar Gambar 14,

    Gambar 14. Gelombang arus medan bantu dan arus medan utama

    Hal ini disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua belitan tersebut.Perbedaan arus beda phasa ini menyebapkan arus total, merupakan penjumlahan vektorarus utama dan arus bantu. Medan magnet utama yang dihasilkan belitan utama jugaberbeda phase sebesar dengan medan magnet bantu. Belitan bantu Z1-Z2 pertamadialiri arus Ibantu menghasilkan fluk magnet tegak lurus, beberapa saat kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama Iutama yang bernilai positip.Hasilnya adalah medan magnet yang bergeser sebesar 45 dengan arah berlawanan jarumjam (Gambar 15).

  • 15

    Gambar 15. Medan magnet pada stator motor satu phase

    Kejadian ini berlangsung terus sampai satu siklus sinusoida, sehinggamenghasilkan medan magnet yang berputar pada belitan statornya. Rotor motor satuphase sama dengan rotor motor tiga phase berbentuk batang-batang kawat yang ujung-ujungnya dihubung singkatkan dan menyerupai bentuk sangkar tupai, maka seringdisebut rotor sangkar (Gambar 16).

    Gambar 16. Rotor sangkar

    Belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator, menghasilkan teganganinduksi,interaksi antara medan putar stator dan medan magnet rotormenghasilkan torsi putar pada rotor.

  • 16

    2. Motor SinkronMotor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistim

    frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan dayadan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untukpenggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahanfrekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaikifaktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakanbanyak listrik. Konturksi motor sinkron sama dengan kontruksi generator sinkron.Perbedaanya adalah pada penggunaanya. Generator sinkron diputar untuk menghasilkantenaga listrik, sedangkan motor sinkron padanya dimasukkan tenaga listrik untukmenghasilkanputarn atau untuk memperbaiki Cos .

    Gambar 17. Motor sinkron Komponen utama motor sinkron Rotor( bagian yang berputar) :

    Terdiri dari belitan-belitan penguat, inti magnet dan slip ring / sikat. Slip ring /sikat ini fungsinya untuk memasukan listrik DC pada belitan penguat sehinggatimbul kutup magnet pada rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motorinduksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang samadengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotortidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yangdipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnetlainnya.

    Stator (bagian yang diam) :Terdiri dari belitan-belitan stator. Pada belitan stator tersebut diberi aliran listrik,

  • 17

    untuk menghasilkan flux magnet stator (medan putar).Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yangdipasok. Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan olehpersamaan berikut (Parekh, 2003):

    dimana: Ns = 120 f / P

    f = frekwensi dari pasokan frekwensiP= jumlah kutub

    Type rotor pada mesin sinkron ada dua macam, yaitu :

    - Rotor penuh : type rotornya diberi alur-alur sebagaimana rotor-rotor slip ring.Biasanya untuk putan tinggi.

    - Rotor kutub: rotor type ini terdiri dari inti-inti kutub dengan belitan penguat.Biasanya banyak, untuk putaran rendah.

    a. Prinsip Kerja Motor Sinkron

    Gambar 18. Kontruksi Motor sinkron.

    Gambar diatas adalah gambar dari sebagian dari stator dan rotor motorsinkron. Belitan-belitan stator tidak digambarkan disini, tetapi pada stator itudibayangkan adanya kutub-kutub khayal yang sedang berputar dengan arahtertentu dan dengan kecepatan kecepatan :

    Banyaknya putaran tiap menit dari kutub-kutub khayal tersebut dinamakankecepatan medan putar atau kecepatan sinkron.

    Pada rotor terdapat kutub-kutub magnet yang sesungguhya. Apabila rotor

  • 18

    dengan kutub-kutub rotor magnet itu berputar dengan kecepatan yang samadengan medan putar, maka rotor itu akan dapat berputar dengan terus, mengikutiputaran kutub-kutub khayal. Jadi motor serempak tak dapat berputar dengan sendirinya.Ini disebabkan karena kutub-kutub rotor tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatanmedan putar pada waktu saklar motor terhubung dengan jala-jala.

    Gaya tarik antara kutub rotor dengan kutub khayal yang berhadapan, akan silihberganti dengan gaya tolak dengan cepat sekali. Karena hal tersebut dankenyataanya rotor dengan seluruh kutub-kutub magnet adalah berat, akibatnya tak adakopel sama sekali. Rotor hanya bergetar saja. Supaya rotor ini dapat berputar bersama-sama dengan medan putar, maka rotor perlu diputar dahulu sampai

    mendapatkan kecepatan sinkron

    Setelah dicapai kecepatan sinkron, barulah belitan-belitan stator tiga phase itudihubungkan dengan jala-jala.

    Seperti kita ketahui, bahwa untuk terjadinya kutub magnet, diperlukan sumber DC.Jadi motor sinkron untuk penguatannya harus tersedia sumber DC (battery, accu,generator arus searah).

    b. Motor Sinkron Berbeban

    Gambar 19. Kedudukan kutub rotor terhadap terhadap kutub khayal padasaat motor berbeban.

    Jika motor sinkron diberi beban, maka letak kutub-kutub maganet rotor tidakdapat tepat berhadapan dengan kutub-kutub khayal, tetapi agak ketinggian sedikit.

  • 19

    Dalam hal ini tidak berarti putaran rotor kurang dari kecepatan sinkron tetapi tetapsebesar :

    Apabila beban makin berat, maka kutub magnet pada rotor akan makinketinggalan terhadap kutub khayalnya. Dengan bertambahnya beban, bertambahbesar juga (kutub rotor makin ketinggalan terhadap kutub khaayal), dalam hal iniputaran rotor masih tetap

    meskipun kutub

    -kutub magnet tidak dapat berpegangan tegak pada kutub-kutub khayal.

    Apabila beban motor ditambah terus pada suatu saat kutub-kutub magnet rotor terlepasdari pegangannya (yaitu kutub-kutub khayal), sehingga rotor akan berhentiberputar, meskipun beban putar tetap ada.

    c. Sifat-sifat Motor Sinkron

    Pada motor-motor DC dan motor sinkron keduanya akan beraksi sebagaigenerator waktu motor bekerja (beputar). Hal ini disebabkan GGL induksi ( E ) selaludibangkitkan kalau ada gerakan relatip antara kumparan dan garis-garis gaya. Padamotor DC, GGL induksi terbentuk pada bagian rotor, sedangkan pada motor sinkronGGL induksi terbentuk pada bagian stator pada waktu bekerja.

    Beberapa sifat dari motor sinkron adalah :

    - Pada pembebanan yang berubah-ubah, kecepatan motor selalu tetap sesuai rumus

    Jika terjadi pembebanan yang terlalu berat, motor langsung berhenti. Adapunkarakteristik n = f ( T ) dapat dilukiskan seperti gambar 20

    n

    T

    Gambar 20. n = f ( T ).

  • 20

    - GGL induksi ( E ) pada motor sinkron tergantung pada besar arus penguatmagnet pada rotor.

    Besarnya GGL induksi kemungkinan sama, lebih kecil atau lebih besardibandingkan tegangan sumber ( V ).

    d. Cara Menjalankan Motor Sinkron1. Mesin DC dikopel dengan motor sinkron.

    Pada waktu start motor DC berfungsi sebagai penggerak hingga motor sinkronmencapai kecepatan sinkron. Setelah motor berjalan normal, mesin DC berfungsisebagai generator DC dan merupakan beban dari motor sinkron.

    2. Motor induksi dikopel dengan motor sinkron.Jumlah kutub motor induksi lebih sedikit dibandingkan jumlah kutub motor sinkron(biasanya berselisih dua), sehingga dengan adanya slip motor induksi masihmampu menggerakkan mencapai putaran sinkronnya. Seetelah motor berjalan normalmotor induksi dilepas.

    3. Dijalankan dengan prinsip rotor hubung singkat.Caranya pada rotor motor sinkron dipasang penghantar-penghantar yang dihubungsingkat satu sama lain. Penghantar-penghantar tersebut dipasang pada tiap-tiapsepatu kutub (disebut damper grids). Jika lilitan stator dihubungkan sumber 3phase, maka rotor akan berputar sesuai dengan prinsip rotor sangkar tupai.Setelah motor berputar norma, penghantar-penghantar tersebut tak berfungsi lagi.

    Gambar 22. Damper grids.

  • 21

    Motor AC Asinkron 3 fasaMotor AC asikron 3 fasa banyak digunakan pada mesin-mesin penggerak di

    Industri karena daya keluaran mesin mesin tersebut lebih besar dari 1. Adapunkelebihan dan kekurangan motor induksi bila dibandingkan dengan jenis motor lainnya,adalah :

    Kelebihan Motor Induksi Mempunyai konstruksi yang sederhana. Relatif lebih murah harganya bila dibandingkan dengan jenis motor yanglainnya. Menghasilkan putaran yang konstan. Mudah perawatannya. Untuk pengasutan tidak memerlukan motor lain sebagai penggerak mula. Tidak membutuhkan sikat-sikat, sehingga rugi gesekan bisa dikurangi.

    Kekurangan Motor Induksi Putarannya sulit diatur. Arus asut yang cukup tinggi, berkisar antara 5 s/d 6 kali arus nominal

    A. Prinsip kerjaBila pada ke-3 fasa belitan stator diberikan tegangan 3-fasa seimbang maka pada

    inti stator akan terjadi medan putar, yang berputar sesuai dengan kecepatan sinkron.

    pfN s 120

    Ns : kecepatan putaran sinkronF : frekuensi tegangan statorp : jumlah kutub motor

    Fluksi yang berputar di sepanjang inti stator itu akan memotong batang-batangkonduktor rotor, sehingga terimbas suatu tegangan imbas di rotor. Karena batang rotorterhubung singkat maka akan mengalir arus rotor pada batang-batang rotor tersebut, yangmerupakan gaya putar rotor. Motor berputar dengan kopel putar sebesar gaya tersebut kalijari-jari (jarak batang konduktor - as).

  • 22

    Gambar 1. Medan Putar Pada Motor 3 Fasa

    Jumlah putaran stator motor Asinkron dapat dihitung dengan rumus :

    pf

    ns 60

    n = Jumlah putaran / menitf = Frekuensip = Jumlah pasang kutub

    Bila salah satu fasa masukan terputus, jadi motor hanya mendapat masukan 2-fasamaka tak akan terjadi medan putar sehingga kopel motor tidak terbangkitkan dan motorgagal start. Pada kondisi motor tanpa beban maka putaran motor mendekati Ns.

    Slip = ss

    NNNS

    S akan selalu ada pada operasi motor asinkron.

    Pada beban mekanis motor makin besar, S akan makin besar pula. Saat itu kopelmotor akan mengimbangi kopel beban. Beban yang besar akan menarik arus motor yangbesar pula sehingga kopel motor = kopel beban dan terjadi pada putaran kerja sistemmotor-beban.

  • 23

    B. Torsi dan DayaSeperti telah dibahas pada sub bab mengenai konstruksi dan prinsip kerja motor

    induksi, tidak ada suplai listrik yang dihubungkan secara langsung ke bagian rotor motor,daya yang dilewatkan senjang udara adalah dalam bentuk magnetik dan selanjutnyadiinduksikan ke rotor sehingga menjadi energi listrik. Rata-rata daya yang melewatisenjang udara harus sama dengan jumlah rugi daya yang terjadi pada rotor dan daya yangdikonversi menjadi energi mekanis.

    Daya yang ada pada bagian rotor menghasilkan torsi mekanik, tetapi besarnya torsiyang terjadi pada poros motor dimana tempat diletakkannya beban, tidak sama denganbesarnya torsi mekanik, hal ini disebabkan adanya torsi yang hilang akibat gesekan danangin.

    Daya motor 3 Fasa

    Diagram aliran daya dari sebuah Motor Induksi Tiga Fasa sepertidiperlihatkan pada gambar 5.106

    Daya Masuk Stator = Daya Keluar Stator + Rugi Tembaga Stator

    Daya Masuk Rotor = Daya Keluar Stator

    Daya Keluar Rotor Kotor = Daya Masuk Rotor - Rugi Tembaga Rotor

    Gambar 4. Diagram Alir daya motor 3 Fasa

  • 24

    Keterangan :

    Daya Keluar Rotor kotor = Pout rotor

    Daya Masuk Rotor = Pin rotor

    Rugi Tembaga Rotor = Pcu rotor

    Pout rotor = Tg .2. .Nr

    Rugi Tembaga Rotor untuk Sistem Tiga Fasa, adalah :

  • 25

    Daya Mekanik (Pm) atau

    Pout rotor =(1 - S) Pin rotor

    Gambar 5. Rangkaian Ekuivalent Motor AC 3 fasa

  • 26

    C. Kontruksi dan tipe1 Bagian bagian Motor

    Gambar 6. Bagian bagian motor 3 Fase.

    2. KonstruksiStator dibuat dari besi plat berlapis, berfungsi untuk mengurangi eddy current.

    Belitan stator dan pembagi medan magnit dihubungkan Y atau .

    Rotor dililit dihubung Y dan ujung yang lain disambung slip ring dengan sikat arang,berfungsi sebagai penghubung singkat kumparan, jika motor sudah berjalan normaldengan mengatur tahanan asut

  • 27

    D. Karakteristik

    Gambar 7. Operasi motor asinkron. a) Karakteristik T-N motor dan bebanb) Diagram kerja motor

    Pada gambar tersebut terlihat bahwa keseimbangan putaran terjadi pada n = N dimana pada saat itu kopel beban = kopel putar motor.

    Daya mekanis keluar motor saat itu :

    5250NT

    P LO

    Po [Hp] ; 1 lb = 0,45 kg

    TL (ft - lb) ; 1 ft = 0,33 m

    N (Rpm)

    Bila saat itu motor mendapat tegangan catu 3-fasa V dan arus jala-jala I denganfaktor kerja = cosmaka daya masuk motor:

    cos3 IVPin

    sehingga efisiensi motor = inO

    PP

    Kembali ke Gambar 2:

    Pada saat start, motor mendapat momen/ kopel percepatan sebesar :

    SBSa TTT

  • 28

    Ta : Kopel percepatan motor saat start

    TS : Kopel start motor

    TSB : Kopel lawan dari beban saat start

    Dari hubungan (6) itu terlihat bahwa kecepatan start motor adalah tergantung padategangan masuknya. Untuk motor yang sama,

    2VkT

    Selanjutnya diagram pada Gambar 3 memperlihatkan karakteristik motor asinkrondalam melayani beban.

    Pada beban yang lebih besar, waktu start motor akan lebih panjang, arus kerjamotor lebih tinggi dan putaran kerja motor lebih rendah. Sementara itu oleh besarnya arusmotor, temperatur kerja motor akan lebih tinggi pula. Batas pembebanan motorditentukan oleh batas kenaikan temperatur yang terjadi yang masih dapat ditolerir olehisolasi belian motor. Tiap jenis isolasi beliatan motor mempunyai batas temperatur kerjamaksimum sendiri-sendiri yang tak boleh terlewati. Bila terlewati maka isolasi belitantersebut akan rusak hingga terjadi hubung singkat yang kemudian membakar isolasibelitan motor.

    Gambar 8. Diagram perjalanan waktu dari arus danputaran motor untuk dua macam pembebanan

  • 29

    Start motor asinkron

    Masalah kopel motor ini erat hubungannya dengan cara-cara start motorasinkron.

    Pada cara start wye - delta misalnya, kopel start motor:

    3

    3

    2

    2

    1

    Vk

    kVTT

    Di mana T1 = kopel motor pada cara kerja wye-delta = 13 kopel start motor pada startlangsung hubungan delta.

    Namun sementara itu, latar belakang penggunaan start semacam itu adalahuntuk menurunkan arus start motor. Istart sebesar itu (lihat persamaan 8) akan terusmengalir sebelum motor berputar.

    m

    pstart Z

    VI

    Vp : Tegangan masuk motor / fasa

    Zm : Impedansi motor / fasa

    Oleh Zm motor yang rendah maka Istart akan tinggi sekali yang selainmengakibatkan jatuh tegangan sesaat yang besar dijaringkan (antara sumber - motor)juga dapat mengganggu frekuensi pembangkit serta pengamanan pengaman arusgangguan, terutama pada motor besar.

    Dengan start wye-delta,m

    pstart Z

    VI

    3/ , arus diperkecil 3 kali semula.

    Dengan start melalui R depan atau X depan,

    dm

    pstart XZ

    VI

    Setelah motor berputar barulah Istart turun, sesuai :

  • 30

    m

    s ZEVI

    dimana E adalah ggl lawan motor.

    Besarnya Xm ataupun Vstart adalah tergantung pada batas arus start minimum yangmasih dapat diterima oleh sistem motor - beban di mana motor pada kondisi start tersebutmasih sanggup membawa beban ke putaran nominal yang ditujunya.

    Pengereman Motor Asinkron

    Untuk mesin putaran cepat , cara mematikan harus melalui sistem pengereman.

    Ada beberapa cara sistem pengereman :

    Sistem Mekanis.Konstruksi : rotor dan stator berbentuk kerucut

    Prinsip Kerja :Posisi mati : rotor tak bergerak (direm) Saat start : rotor digeser oleh daya magnetiske dalam kira-kira 1 mm ( v ) sehingga rem (B) lepas dan motor mulai berputar.

    Saat off pegas ( F ) menekan rotor keluar sehingga motor tererem kembali.

    Rangkaian ekivalen motor asinkron

    Sebagaimana juga dengan mesin listrik tak berputar: transformator, motorasinkron mempunyai pula suatu rangkaian ekivalen. Rangkaian ekivalen motor asinkron

    diciptakan untuk mempermudah pekerjaan analisa atas motor. Lihat gambar 4.

    Gambar 9. Rangkaian ekivalen motor asinkron per fasa.

  • 31

    di mana :

    Vm / fasa : tegangan masuk motor / fasaR1 : tahanan statorX2 : reaktansia

    2 R2 : tahanan rotor dilihat dari statora

    2 X2 : reaktansiRc : tahanan rangkaian magnetisasi motorXc : reaktansi rangkaian magnetisasi motor

    221 Ra

    SS : menggambarkan tahanan yang mewakili beban yang merupakan

    fungsi dari S; a: perbandingan lilitan stator dan rotor

    Nilai parameter rangkaian ekivalen motor diperoleh dari hasil pengukuranlaboratorium. Contoh penggunaan rangkaian ekivalen ini misalnya untuk menhitungefisiensi, daya keluaran dan lain-lain. Untuk putaran motor tertntu maka nilai I1 dapatdicari. Demikian pula nilai I2 dan keluaran motor adalah :

    222

    2013 Ra

    s

    sIP

    rugi-rugi motor adalah :

    222

    202

    12

    1 RaIRIRIP RCloss

    Cos motor adalah dicari setelah nilai 221 Ra

    SS diperoleh, dilanjutkan cara

    perhitungan menurut teori rangkaian listrik untuk jaringan R dan XL.

    Masukan motor adalah :

    cos3 11 VIPin

    Dengan demikian efisiensi motor dapat dicari.

    E. PenggunaanF. ProteksiG. Kesalahan pada Motor 3 Fase

    Kesalahan atau kerusakan yang terjadi pada motor 3 fase ini di tandai motor tidakdapat berputar saat dijatu dengan tegangan. Kesalahan atau kerusakan ini antara lain :

  • 32

    Kesalahan :

    - Tidak ada sumber

    - Sumber tidak cocok

    - Pengereman mekanis

    Kerusakan :

    Pada pengaman motor

    Pada saklar motor

    Pada belitan motor ( pada terminal motor )

    Cara pencarian kesalahan / kerusakan pada motora. Memutar poros/as motor dengan tangan

    Petunjuk : Motor kecil, beban kecil Pengereman kecil

    Motor besar, beban besar Pengereman besar

    Jika As motor tidak mau berputar maka terjadi gangguan mekanis yaitu :

    Kerusakan/penjepitan dari lacker (bearing)

    Gear rusak

    b. Mengukur tegangan dengan voltmeter

    Untuk mengetahui apakah motor hubung singkat atau terjadi kebocoran arusatau ada kerusakan lain, maka dilakukan pengukuran tegangan dengan voltmeter.

    b.1). Mengukur diatas saklar

    Pengukuran R-S, S-T, R-T

    V1 = V2 = V3 Kondisi sekering baik

    V1 = V2 = V3 Pengaman putus atau hantaran bocor.

  • 33

    b.2). Mengukur dibawah saklar

    V1 = V2 = V3 sama pengukuran dengan b.1 kondisi saklar baik Jika tidak sama kondisisaklar rusak

    b.3). Mengukur pada terminal motor

    a. Jika V1, V 2, V3, tidak ada teganganmaka hermorelay p utusb. Jika V1 V2 V3 atau antara fase dengan

    HP tidak sama besarnya Kerusakan dalam hantaran atau terminal baut kurang keras.

  • 34

    c. Mengukur antara HP dengan titik bintang Jika besar tegangan 0-10 V( pada U = 380 V ) Kumparan masih baik, tapi jika tegangan lebih dari 10 V, makabisa dikarenakan Sumber tegangan kurang simetris

    Jika tegangan sumber sudah simetris, tapi pengukuran tegangan lebih dari 10 V( pada U = 380 V ), berarti Kumparan kontak dengan badan motor Ada kegagalanisolasi dengan U = 380 V

    c. Mengukur arus motor

    Mengukur arus motor tujuannya adalah untuk mengetahui dan membandingkandengan /arus nominal motor. Cara yang baik adalah dengan menggunakan tang amper,karena bisa mengetahui arus start motor ( 5 - 7 n ).

    Jika Semua hasil pengukuran sama atau dibawah In arus motor baik.

    Hasil pengukuran sama, kadang-kadang / terus menerus semakin besar dari In, berartibeban terlalu besar, tetapi jika dalam waktu pendek, agar aman perlu diukursuhunya. Jika arus dari semua fase tidak sama/melebihi In maka terjadi hubungsingkat atau kumparan bocor.

    d.Pengukuran Tahanan

    Awas : motor harus dimatikan dan terminal motor harus bebas tegangan.

    Mengukur masing-masing tahanan, Titik Y atau harus dilepas, Jika besar tahanandari masing-masing belitan sama belitan baik ( Untuk daya motor simetris )

    e.Pengukuran tahanan isolasi

    Cara pengukurannya dilakukan : Masing-masing kumparan diukur dengan badanmotor menggunakan megger.

  • 35

    Jika tahanan isolasi besarnya 1 K /Volt motor baikJika dibawah harga tersebut : Terjadi kegagalan isolasi

    f.Pengukuran putaran

    Jika putaran motor dibawah putaran nominal hal ini disebabkan oleh :

    Beban motor terlalu besarMotor salah sambung biasanya terjadi pada motor 2 kecepatan / dahlander

    g.Pengukuran Suhu

    Hal ini jarang dilakukan, karena biasanya pengukuran langsung didalam motordan tidak boleh dibenarkan diatas body.

    Suhu motor akan menentukan klas isolasi, berikut tabel klas isolasi

    KLAS ISOLASI SUHU MAKSIMUMA

    E

    B

    F

    H

    1050 C

    1200 C

    1300 C

    1550 C

    1800 CToleransi harga nominal :

    BESARAN TERTULIS TOLERANSI MAKSIMUMTegangan Pada hubungan Y/

    Arus

    10 % 10 % ( Dari beban penuh 100 %

    s/d 10 % ) ( tanpa beban )

    tergantung besarnya motor.Daya yang dihasilkan Antara beban penuh s/d tanpa beban

    bisa lebih 10 % waktu singkat

    Frekuensi 10 %

  • 36

    Tabel Prosedure pencarian kiesalahan pada motor Asynchron 3 fase

    Isyarat Pengujian Pengukuran KesimpulanMotor tidak berputar

    Motor tidak ada reaksi

    Pada peralatan pengaman( Zekering, MCB, thermorelay ).

    Tegangan motor tidak ada

    Ada tegangan

    Pengukuran tahanan

    Pengaman putus/rusak Jika pengamanbaik Kesalahan pada kontaktor dansaklar hantaran(putus)Kumparan motor putus padasambungan (Y atau )

    Untuk mengetahui kumparan yangputus/normal

    Motor tidak berputar Putaran kurang baik ( berbunyi ) Peralatan pengaman langsung jatuh Peralatan pengaman putus terus jika kopel terminal dibuka

    Memutar As motorPeralatan pengamanTegangan pada motordengan jembatan Y/yangdibukaTidak ada/kurangAda tegangan mengukurtahanan ( tergantungbesarnya ) Isolasi motor

    Gangguan mekanis Rusak atauputus Hubung singkat / putuspada hantaran Kumparan rusakKumparan putus HubungansingkatHubungan singkat sumber/kumparanKebocoran antara belitan denganbody

    Motor berputarthermorelay putusdalam waktu singkat

    Motor panas Motor berputar lambat Daya motor kurang Putaran lambat danberbunyi

    Suara dari lacker

    Penyetelan / setting aruspada hermorelay dibawah nominal

    Pengukuran suhu motor

    Arus asut (sampai 10 n )

    Mengukur putaranMelepas bagian motordan

    kontrol besi dan lacker

    Mendengarkan lacker.

    Setelan harus sama InVentilator rusak / kotor udaratertutup kotoranBeban motor > dari daya motor .Momen beban > momendayaCelah udara antara rotordanstator terlalu besar. Adabagian besi rusak,Lacker rusak

    Untuk motor yang barudisambung

    Tegangan betulSambungan keras danbetul ?

    HP baik

    Putaran betul/salah

    Sebelum thermorelay

    Teg. kecilTeg. besar /YMeneliti antar fasa darimotorStart langsung = InStart Y/ Thermorelay dalam hantaransaklar = nTR dalam hantaran suplaimotor : 0,58 In

  • 37

    DAFTAR PUSTAKA

    1. A Text Book of Electrical Technology, B.L. Theraja 17th edition, 1970, NirjaContruction and Deveploment Co (P) Ltd.

    2. Basic Electrical Engineering, Fitzgerald, Grabel & Higgibotham, third edition,MC. Graw Hill.

    3. Electrical Machines, Charles S. Siskind, Second edition, MC Graw Hill.

    4. Dasar Tenaga Listik, Zuhal, 1977 ITB.

    5. Mesin Listrik Jilid 2, Drs. Soeparno dan Drs. Bambang Soepatah,Departemen P dan K.

    6. Automated Buildings www.automatedbuildings.com/news/jul01/art/abbd/abbf2.gif

    7. Bureau of Energy Efficiency (BEE), Ministry of Power, India.Components of an Electric Motor 2005 .www.energymanagertraining.com/equipment_all/ electric_motors/eqp_co mp_motors.htm

    8. Bureau of Energy Efficiency, Ministry of Power, India. Energy Efficiency inElectrical Utilities. Book 3. 2004

    9. Bureau of Indian Standards. Indian Standard Code for Motors IS1231.C.R. Nave, Department of Physics and Astronomy, Georgia StateUniversity. How does an electric motor work? In: Hyperphysics, Electricityand Magnetism. 2005 http://hyperphysics.phy- astr.gsu.edu/hbase/hframe.html

    10. DirectIndustry. Virtual Industry Exhibition. 2005. www.directindustry.comElectricians Toolbox Etc (E.T.E.). Motor Characteristics. 1997.www.electoolbox. com/motorchar.htm Integrated Publishing. Synchronised Motors, In:Neets, Module 01, Introduction to Matter.