TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor Induksi Satu Fasa
Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (ac) yang paling luas digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja berdasarkan induksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.
Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik diindustri maupun di rumah tangga. Di industri banyak digunakan di dalam berbagai bidang dengan kapasitas yang besar dan.motor induksi satu fasa dioperasikan pada sistem tenaga satu fasa banyak digunakan terutama untuk peralatan rumah tangga seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan sebagainya karena motor induksi satu fasa mempunyai daya keluaran yang rendah.
Motor induksi pada dasarnya mempunyai tiga bagian penting seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.1 stator merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya, celah udara tempat berpindahnya energi dari startor ke rotor dan rotor merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparan stator yang diinduksikan kepada kumparan rotor.
(a) (b)
Gambar 2.1 Konstruksi Motor Induksi Satu Fasa (a) Bagian-bagin Motor Induksi (b) Penempatan Stator dan Rotor
Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator kepada kumparan rotornya. Bila kumparan stator motor induksi yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, maka kumparan stator akan menghasilkan medan magnet yang berputar. Garis-garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga timbul emf (ggl) atau tegangan induksi. Kumparan rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan rotor. Kumparan rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai dengan arah pergerakan medan induksi stator.
Belitan stator yang dihubungkan dengan sumber tegangan akan menghasilkan medan magnet yang berputar. Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor pada rotor, sehingga terinduksi tegangan dan sesuai dengan hukum lenz,
13
sehingga rotor akan turut berputar mengikuti medan putar stator. Perbedaan putaran relatif antara putaran medan stator dan putaran rotor disebut slip (S) [14].
Berdasarkan cara penamaan dan proses terjadinya medan putar rotor, maka prinsip kerja motor induksi satu fasa adalah berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik dimana bila sumber tegangan satu fasa dipasang pada kumparan medan stator, maka akan timbul medan putar dengan kecepatan (n) yang ditunjukan pada Persamaan (2.1) [14,15]:
= . ………(2.1)
Di mana:
ns= kecepatan sinkron (rpm) f = frekuensi stator (Hz) p= jumlah kutub stator (buah)
Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan jangkar atau rotor akan timbul tegangan induksi (ggl). Karena kumparan jangkar merupakan kumparan tertutup, ggl akan mengalirkan arus pada kumparan rotor. Adanya arus dalam medan magnet akan menyebabkan timbulnya gaya pada rotor. Apabila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya rotor cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah medan putar stator. seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, tegangan induksi timbul karena terpotongnya batang konduktor (rotor) oleh medan putar stator, artinya agar tegangan terinduksi maka diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar
stator (ns) dengan kecepatan putaran rotor (nr).
Perbedaan kecepatan antara medan putar stator dengan perputaran rotor tersebut disebut dengan slip (S) dan dinyatakan dengan Persamaan (2.2) :
= 100% ...(2.2)
Persamaan (2.2) dapat ditulis dengan Persamaan (2.3), (2.4), (2.5) dan (2.6):
nr= ns(1–S)...(2.3) ) 1 ( . 120 S P fs ns ...(2.4) ) 1 ( . 120 S P f ns ...(2.5) Kecepatan slip (S) = ns- nr ...(2.6) Dengan demikian persamaan kecepatan slip menjadi Persamaan (2.7):
(ns–nr) = S.ns...(2.7) Maka diperolehlah frekuensi slip dengan Persamaan (2.8):
f2= ( ) 120 ns nr P = S.f1 ...(2.8) Di mana: ns= Kecepatan stator (rpm) nr= Kecepatan rotor (rpm) S = Slip f = Frekuensi (Hz) p = Jumlah kutub (buah)
15
f1 =fs= Frekuensi suplai = frekuensi stator (Hz) f2 = Frekuensi slip = frekuensi rotor (Hz)
Pengaturan kecepatan motor induksi dapat dilakukan dengan beberapa cara. Berdasarkan pada Persamaan (2.8), maka variabel p(jumlah kutub) dan f(frekuensi) akan berpengaruh besar terhadap kecepatan putar motor induksi:
a. Pengaturan kecepatan dengan mengubah jumlah kutub motor.
Jumlah kutub motor induksi jenis sangkar bajing dapat diubah dengan merancang kumparan stator sedemikian rupa, sehingga dapat menerima tegangan sehingga dapat menerima tegangan masuk dari dua posisi kumparan yang berbeda.
b. Pengaturan kecepatan dengan mengubah frekuensi jaringan.
Selain jumlah kutub, frekuensi yang berubah juga dapat berpengaruh pada kecepatan putar motor induksi. Hal ini harus diperhatikan, bahwa dengan mengubah frekuensi kerapatan fluks yang ada harus diusahakan tetap, agar kopel yang dihasilkan tidak berubah, untuk itu tegangan pada jaringan harus diubah seiring dengan perubahan frekuensi. Hal yang paling umum dalam penerapan cara ini adalah dengan menggunakan perangkat yang dikenal sebagai inverter.
c. Pengaturan kecepatan dengan mengubah resistansi tahanan rotor.
Seperti pada metoda pengasutan motor, motor induksi jenis rotor belitan yang dihubungkan dengan tahanan luar dapat diatur kecepatan putarnya. Dengan merubah nilai tahanan luar yang terhubung ke rotor, maka besarnya kopel juga
akan berubah, begitu juga dengan kecepatan putarnya. Adapun kerugian yang ditimbulkan adalah rendahnya efisiensi pada saat kecepatan putarnya dikurangi dan pengaturan kecepatan putarnya sangat dipegaruhi oleh perubahan beban yang dipikulnya.
d. Pengaturan kecepatan dengan mengubah besarnya slip.
Mengingat hubungan slip dengan daya listrik dan pengaruhnya terhadap tegangan dan kecepatan motor, maka metode ini pada prinsipnya menggunakan hubungan tersebut. Pengaturan kecepatan dengan mengubah nilai slip menggunakan suatu alat tambahan, baik elektrik, maupun elektronik. Peralatan tambahan tersebut berupa sistem yang cukup rumit.
Dari sekian banyak metode untuk mengatur kecepatan putar motor induksi, cara dengan mengubah frekuensi jaringan adalah yang paling umum digunakan yaitu dengan menggunakan inverter. Dengan cara tersebut daerah pengaturan kecepatan putarnya cukup lebar.