Tugas Makalah
MESIN LISTRIK
Oleh :
A.M. BASKARA JOYO
342 11 025
3B ENERGI
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERS ENERGI
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG
BAB I
PENDAHULUAN
Genx (2009) mengemukakan bahwa mesin listrik adalah alat listrik yang
berputar dan dapat mengubah energi mekanis menjadi energi listrik (menggunakan
Generator AC/DC) dan dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanis
(menggunakan Motor AC/DC), serta dapat juga mendistribusikan energi listrik dari
satu rangkaian ke rangkaian lain (menggunakan Transformator) dengan tegangan
yang bisa berubah-rubah dan dengan frekuensi yang tetap melalui suatu medium
berupa medan magnet atas dasar prinsip Elektro Magnetis. Transformator itu di
golongkan menjadi mesin listrik statis sedangkan generator dan motor di golongkan
menjadi mesin listrik dinamis.
Menurut Hammer (2013) Pada dasarnya terdapat dua macam generator, yaitu
generator DC dan generator AC. Demikian pula dengan motor, terdapat motor DC
dan motor AC.
Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian
belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC
yaitu generator penguat terpisah, generator shunt, generator kompon. (Hage, 2009).
Berdasarkan system pembangkitannya generator AC atau generator sinkron ini
dibagi menjadi 2 yaitu generator 1-phasa dan generator 3-phasa. (Marlina, 2013).
Pratama (2013) mengemukakan bahwa motor AC di bagi menjadi 2 yaitu
pembangkitannya dibagi menjadi 3 yaitu motor DC shunt, motor DC seri, dan motor
DC gabungan.
BAB II
GENERATOR
A. Generator AC 1. Pengertian
Marwan (2007) mengemukakan bahwa generator AC adalah jenis
mesin listrik yang banyak digunakan pada pembangkit tenaga listrik.
Generator AC juga bisa disebut Alternator yang umum digunakan adalah
Mesin sinkron yang juga kadang digunakan sebagai motor listrik untuk
memperbaiki power factor. Keuntungan pada mesin sinkron adalah
karena tidak menggunakan sikat komutasi. Tegangan yang dibangkitkan
pada Alternator adalah sebanding dengan fluks dan putarannya,
sedangkan frekuensinya sebanding dengan putaran dan jumlah kutubnya.
2. Prinsip kerja
Menurut Putra (2013) prinsip kerja Generator AC menggunakan
hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada
medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan
terbentuk gaya gerak listrik. Prinsip generator ini secara sederhana dapat
dijelaskan bahwa tegangan akan diinduksikan pada konduktor apabila
konduktor tersebut bergerak pada medan magnet sehingga memotong
garis-garis gaya. Hukum tangan kanan berlaku pada generator dimana
medan magnet, dan arah resultan dari aliran arus yang terinduksi. Apabila
ibu jari menunjukkan arah gerakan penghantar, telunjuk menunjukkan
arah fluks, jari tengah menunjukkan arah aliran elektron yang terinduksi.
Hukum ini juga berlaku apabila magnet sebagai pengganti penghantar
yang digerakkan.
3. Klasifikasi
Prasetya (2011) mengemukakan bahwa generator ac ditinjau dari
sumbernya dibagi menjadi 2 yaitu: a. Generator ac 1-phasa
Motor AC satu fasa berbeda cara kerjanya dengan motor AC
tiga fasa, dimana pada motor AC tiga fasa untuk belitan statornya
terdapat tiga belitan yang menghasilkan medan putar dan padarotor
sangkar terjadi induksi dan interaksi torsi yang menghasilkan putaran.
Sedangkan padamotor satu fasa memiliki dua belitan stator, yaitu
belitan fasa utama (belitan U1-U2) dan belitanfasa bantu (belitan
Z1-Z2), lihat gambar1.
Belitan utama menggunakan penampang kawat tembaga lebih besar
sehingga memiliki impedansi lebih kecil. Sedangkan belitan bantu
dibuat dari tembaga berpenampang kecil dan jumlah belitannya lebih
banyak, sehingga impedansinya lebih besar dibanding impedansi
belitan utama.
b. Generator ac 3-phase
Generator 3-fasa memiliki prinsip kerja yang sama dengan
generator 1-fasa. Tiga lilitan konduktor disusun secara melingkar
sehingga jarak antar lilitan adalah sebesar 120 derajat. Medan magnet
yang berputar di tengah-tengah ketiga lilitan konduktor tersebut
menginduksi lilitan-lilitan tersebut sehingga menghasilkan tegangan
listrik pada masing-masing lilitan. Jika digambarkan menjadi sebuah
kurva, maka akan membentuk tiga kurva yang masing-masing
memiliki jarak 120 derajat. (Apriyahanda, 2011).
4. Konstruksi Generator AC
Menurut Putra (2013) Konstruksi generator arus bolak-balik ini
terdiri dari dua bagian utama, yaitu:
a. Stator, yakni bagian diam yang mengeluarkan tegangan bolak-balik. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang
berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan
name plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan
ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat
meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk
menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu
(salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder). b. Rotor, yakni bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang
menginduksikan ke stator.
5. Karakteristik generator ac
Karakteristik motor ac Harga lebih murah. Pemeliharaannya lebih
mudah. Ada berbagai bentuk displai untuk berbagai lingkungan
pengoperasian. Kemampuan untuk bertahan pada lingkungan
pengoperasian yang keras. Secara fisik lebih kecil dibandingkan dengan
motor dc dari HP yang sama. Biaya perbaikan lebih murah. Kemampuan
untuk berputar pada kecepatan di atas ukuran kecepatan kerja yang tertera
di nameplate. (Putra, 2013).
B. Generator DC 1. Pengertian
Putra (2013) mengemukakan bahwa Generator DC merupakan
sebuah perangkat Motor listrik yang mengubah energi mekanis menjadi
Menurut Marwan (2007) Mesin DC bisa dioperasikan sebagai motor
maupun generator.
Hammers (2013) mengatakan bahwa Terdapat dua jenis motor DC,
yaitu motor penguat terpisah, dan motor penguat sendiri. Motor penguat
sendiri meliputi:motor seri, motor shunt dan motor kompon yang
merupakan kombinasi antara motor seri dan motor shunt. Sedangkan
generator pada dasarnya adalah sama, tetapi yang sering digunakan
adalah jenis generator terpisah.
Karakteristik motor penguat Terpisah adalah arus eksitasinya tidak
tergantung dari sumber tegangan yang mencatunya. Putaran jangkar akan
turun jika momen torsinya naik.
2. Konstruksi Generator DC
Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet
permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi
terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah
generator atau casis, serta bagian rotor. Gambar berikut menunjukkan
gambar potongan melintang konstruksi generator DC.
Gambar 3. Konstruksi generator DC
Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC
Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing
dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan
rotor, kipas rotor dan poros rotor.
Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin
adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodic
/ berkala. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang
menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator,
Arus beban mengalir melalui dua belitan yang pertama, belitan ini
mempunyai resistensi yang kecil. Sistem pengukuran tahanan belitan
jangkar ini ada beberapa metode pengukuran yang bisa dilakukan antara
lain metode ohm meter, volt, dan ampere meter, metode dinamis dan
statis. (Marwan, 2007).
3. Prinsip kerja
Menurut Sabrina (2013) prinsip kerja generator DC itu sendiri di hasilkan
pembangkit listrik melalui induksi dengan 2 cara yaitu :
a. Dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi
bolak-balik.
b. dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Jika rotor beruptar pada pada sekeliling medan magnet maka akan
menghasilkan perpotongan medan magnet pada lilitan kawat pada rotor itu
dan fungsi sebuah komutator adalah sebagai penyearah tegangan itu
sendiri menjadi AC .
Besarnya tegangan yang di hasilkan dari sebuah generator DC
sebanding dengan perputaran yang di hasilkan rotor. (Sabrina, 2013).
Gambar 4. Prinsip Kerja generator
4. Klasifikasi Generator DC
Menurut Hage (2009) Generator DC dibedakan menjadi beberapa
jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya
terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:
a. Generator Penguat terpisah
Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi)
tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator
penguat terpisah, yaitu:
1). Penguat elektromagnetik (a)
Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur
melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara
elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya DC
2). Magnet permanent / magnet tetap (b)
Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output
generator yang konstan dari terminal rotor A1-A2. Karakteristik
tegangan V relatif konstan dan tegangan akan menurun sedikit ketika
arus beban I dinaikkan mendekati harga nominalnya.
Gambar 5. Generator penguat terpisah.
Karakteristik generator penguat terpisah
Gambar 6. Karakteristik generator penguat terpisah Gambar 6 menunjukkan:
Karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie
100%) dan saat eksitasi setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus
eksitasi, I adalah arus beban.Tegangan output generator akan sedikit
turun jika arus beban semakin besar.
Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar. Penurunan tegangan
turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet, sehingga tegangan
induksi menjadi kecil.
b. Generator Shunt
Pada generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel
dengan rotor (A1-A2). Tegangan awal generator diperoleh dari magnet
sisa yang terdapat pada medan magnet stator. Rotor berputar dalam
medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yang akan memperkuat
medan magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya. Pengaturan
arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2 diatur oleh tahanan
geser. Makin besar arus eksitasi shunt, makin besar medan penguat
shunt yang dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai
mencapai tegangan nominalnya. Diagram rangkaian generator shunt
dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Diagram rangkaian generator shunt
Jika generator shunt tidak mendapatkan arus eksitasi, maka sisa
megnetisasi tidak akan ada, atau jika belitan eksitasi salah sambung atau
jika arah putaran terbalik, atau rotor terhubung-singkat, maka tidak akan
Karakteristik Generator Shunt
Gambar 8. Karakteristik generator shunt
Generator shunt mempunyai karakteristik seperti ditunjukkan pada
Gambar 8. Tegangan output akan turun lebih banyak untuk kenaikan
arus beban yang sama, dibandingkan dengan tegangan output pada
generator penguat terpisah.
Sebagai sumber tegangan, karakteristik dari generator penguat
terpisah dan generator shunt tentu kurang baik, karena seharusnya
sebuah generator mempunyai tegangan output yang konstan, namun hal
ini dapat diperbaiki pada generator kompon. (Hage, 2009).
c. Generatot Kompon
Hage (2009) mengemukakan bahwa generator kompon mempunyai
dua penguat eksitasi pada inti kutub utama yang sama. Satu penguat
eksitasi merupakan penguat shunt, dan lainnya merupakan penguat seri.
Diagram rangkaian generator kompon ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9. Diagram angkaian generator kompon
Karakteristik generator kompon
Gambar 10. Karakteristik generator kompon
Gambar 10 menunjukkan karakteristik generator kompon.
Tegangan output generator terlihat konstan dengan pertambahan arus
beban, baik pada arus eksitasi penuh maupun eksitasi 50%. Hal ini
disebabkan oleh adanya penguatan lilitan seri, yang cenderung naik
tegangannya jika arus beban bertambah besar. (Hage, 2009).
BAB III
MOTOR LISTRIK
A. Motor AC 1. Pengertian
Gede (2013) mengemukakan bahwa Motor AC adalah adalah motor
perbedaan utama motor AC dan motor DC adalah sumber arusnya. Seperti
yang telah dibahas sebelumnya, motor AC dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu
motor sinkron dan motor induksi/motor asinkron. Motor sinkron didefinisikan
sebagai motor yang memiliki output kecepatan putaran motornya yg
sinkron/sebanding (tanpa slip) dengan frekuensi listrik yg masuk ke statornya.
Sedangkan motor induksi didefinisikan sebagai motor yang bekerja
berdasarkan induksi medan magnet stator ke rotornya. 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.
2. Konstruksi Motor AC
Seperti motor-motor jenis lainnya, menurut Gede (2013) motor
induksi pada dasarnya mempunyai 3 bagian penting sebagai berikut:
a. Stator yaitu bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat
menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya. b. Celah (air gap) yaitu celah udara antara stator dan rotor. Air gap ini
merupakan tempat berpindahnya energi dari startor ke rotor. Pada celah
udara ini lewat fluks induksi stator yang memotong kumparan rotor
sehingga meyebabkan rotor berputar. Celah udara yang terdapat antara
stator dan rotor diatur sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil kerja
motor yang optimum. Bila celah udara antara stator dan rotor terlalu besar
akan mengakibatkan efisiensi motor induksi rendah, sebaliknya bila jarak
antara celah terlalu kecil/sempit akan menimbulkan kesukaran mekanis
c. Rotor, yaitu bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari
kumparan stator yang diinduksikan kepada kumparan rotor.
Menurut Gede (2013) Berdasarkan bentuk konstruksi rotornya, maka
motor induksi dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu :
a. Rotor sangkar (squirrel cage) adalah bagian dari mesin yang berputar
bebas dan letaknya bagian dalam. Terbuat dari besi laminasi yang
mempunayi slot dengan batang alumunium / tembaga yang dihubungkan
singkat pada ujungnya.
b. Rotor kumparan (wound rotor) adalah kumparan yang dihubungkan
bintang dibagian dalam dan ujung yang lain dihubungkan dengan slipring
ke tahanan luar. Kumparan sendiri dapat dikembangkan menjadi
pengaturan kecepatan putaran motor. Pada kerja normal slipring hubung
singkat secara otomatis, sehingga rotor bekerja seperti rotor sangkar.
Gambar 11. Bagian-bagian motor ac
3. Klasifikasi Motor AC
Motor AC dibedakan menjadi dua jenis yaitu motor asinkron atau
Motor induksi didefinisikan sebagai motor yang bekerja
berdasarkan induksi medan magnet stator ke rotornya. 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. (Gede, 2013). 1). Prinsip Kerja
Nugraha (2011) mengemukakan bahwa motor induksi bekerja
berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator kepada
kumparan rotornya. Garis-garis gaya fluks yang diinduksikan dari
kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga timbul
emf (ggl) atau tegangan induksi dan karena penghantar (kumparan)
rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus
pada kumparan rotor.
Penghantar (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. Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang
ditempatkan pada slot-slotnya yang dililitkan pada sejumlah kutup
tertentu. Jumlah kutup ini menentukan kecepatan berputarnya
medanstator yang terjadi yang diinduksikan ke rotornya. Makin besar
jumlah kutup akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar
medanstator dan sebaliknya. Kecepatan berputarnya medan putar ini
Menurut Azhary (2011) jika dijelaskan secara sistematis maka
prinsip kerja motor induksi itu sebagai berikut:
a). Pada keadaan beban nol ketiga phasa stator yang dihubungkan
dengan sumber tegangan tiga phasa yang setimbang menghasilkan
arus pada tiap belitan phasa.
b). Arus pada tiap phasa menghasilkan fluksi bolak-balik yang
berubah-ubah.
c). Amplitudo fluksi yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan
arahnya tegak lurus terhadap belitan phasa.
d). Akibat fluksi yang berputar timbul ggl pada stator motor yang
besarnya adalah e1 = -N d Ф / dt ( Volt ) atau 4,44FN1 Ф (Volt ).
e). Penjumlahan ketiga fluksi bolak-balik tersebut disebut medan putar
yang berputar dengan kecepatan sinkron ns, besarnya nilai ns
ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi stator f yang
dirumuskan dengan Ns = 120 F / P ( rpm ).
f). Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor
pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi
(ggl) sebesar E2 yang besarnya 4,44FN2 Ф ( Volt )
g). Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl
tersebut akan menghasilkan arus I2.
h). Adanya arus I2 di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F
pada rotor.
i). Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk
j). Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati
kecepatan sinkron. Perbedaan kecepatan medan stator (ns) dan
kecepatan rotor (nr) disebut slip (s) dan dinyatakan dengan S = Ns
-Nr / Ns
k). Pada saat rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang
terinduksi pada kumparan rotor akan bervariasi tergantung besarnya
slip. Tegangan induksi ini dinyatakan dengan E2s yang besarnya E2s
= 4,44FN2 Фm ( Volt )
Dimana: E2s = tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar
(Volt)
f2 = s.f = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor
dalam keadaan berputar)
l). Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan
mengalir pada kumparan rotor, karenanya tidak dihasilkan kopel.
Kopel ditimbulkan jika nr < ns.
Gambar 12. Analogi dan rangkaian ekivalen motor induksi
Dari analogi diatas, pengoperasian motor induksi pasti
menghasilkan power loss. Power loss tersebut dapat berasal dari daya
mekanik motor, rugi-rugi tembaga rotor, dan rugi-rugi tembaga stator.
(Gede, 2013).
3) Pengaplikasian Motor Induksi
Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan
sehari-hari baik di industri maupun di rumah tangga. Motor induksi
yang umum dipakai adalah motor induksi 3-fasA dan motor induksi
1-fasA. Motor induksi 3-fasA dioperasikan pada sistem tenaga 3-fase dan
banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri, sedangkan motor
induksi 1-fase dioperasikan pada sistem tenaga 1-fasA yang banyak
digunakan terutama pada penggunaan untuk peralatan rumah tangga
seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan sebagainya
karena motor induksi 1-fasA.
Keuntungan penggunaan motor induksi:
1. Konstruksi sangat kuat dan sederhana terutama bila rotor dengan
2. Harganya relative murah dan kehandalannya tinggi. 2. Power faktor rendah pada beban ringan.
3. Arus start biasanya 5 sampai 7 kali dari arus nominal.
b. motor sinkron
Gede (2013) mengemukakan bahwa Synchronous Motor atau
motor sinkron atau motor serempak didefinisikan sebagai motor yang
memiliki output kecepatan putaran motornya yg sinkron/sebanding
(tanpa slip) dengan frekuensi listrik yg masuk ke statornya. Karakteristik
dari motor ini adalah putarannya konstan meskipun beban motor
berubah-ubah.Motor akan melepaskan kondisi sinkronnya apabila beban
yang ditanggung terlalau besar (Torsi Pull-out). Kurangan motor sinkron
adalah ketidakmampuannya melakukan start awal. Hal ini dikarenakan
motor sinkron tidak memiliki torsi start awal. Oleh karena itu, motor
sinkron memerlukan beberapa alat bantu untuk membantu proses start
awal sehingga masuk didalam kondisi sinkron. Berbeda dengan motor
induksi dimana rotor memiliki slip terhadap stator. Kecepatan rotor
terlambat dari perputaran fluks stator supaya arus induksi terjadi pada
rotor. Jika induksi rotor motor tersebut itu bertujuan untuk mencapai
kecepatan sinkron, maka tidak ada garis gaya yang memotong melalui
rotor, sehingga tidak ada arus yang akan diinduksikan ke rotor dan tidak
mendekati/mencapai kecepatan sinkron, barulah kemudian eksitasi
dimasukan.
Selain digunakan sebagi motor penggerak, motor sinkron sering pula
dipergunakan sebagai perbaikan faktor daya; yaitu dengan jalan memberi
penguatan lebih pada motor tersebut. 1). Konstruksi motor sinkron
Motor sinkron terdiri dari dua bagian penting yaitu:
a) Rotor, yaitu bagian dari motor sinkron yang berputar. Perbedaan
utama antara motor sinkron dan motor induksi adalah bahwa rotor
motor sinkron berjalan pada kecepatan putar yang sama dengan
perputaran medan magnet. Hal ini menyebabkan medan magnet
rotor tidak lagi terinduksi. Rotor pada motor sinkron memiliki
magnet permanen atau arus DC excited, yang dipaksa untuk
mengunci pada posisi tertentu bila di hadapkan pada medan
magnet lainnya. Tipe rotor pada motor sinkron terbagi menjadi 2,
yaitu salient pole (menonjol) dan non-salient pole (tidak
menonjol). (Gede, 2013).
b) Stator, yaitu bagian dari motor sinkron yang diam. Stator pada
motor sinkron menghasilkan medan magnet berputar yang
sebanding dengan frekuensi listrik yang dimasuk ke stator. Medan
magnet di stator ini berputar pada kecepatan sinkron yang
besarnya sebesar Ns = 120F/P
Dimana: NS= Kecepatan sinkron , F= Frekuensi, P= Jumlah
Gambar 13. Bagian Motor Sinkron
2). Prinsip Kerja Motor Sinkron
Bila field winding dihubungkan dengan sumber tegangan tiga
fasa maka akan mengalir arus tiga fasa pada kumparan. Arus tiga fasa
pada field winding ini menghasilkan medan putar homogen (Bs).
Seperti yang telah dikatakan sebelumnya, motor sinkron berbeda
dengan motor induksi, yaitu motor sinkron mendapat eksitasi dari
sumber DC eksternal yang dihubungkan ke rangkaian rotor melalui
slip ring dan sikat. Arus DC pada rotor ini menghasilkan medan
magnet rotor (Br) yang tetap. Kutub medan rotor mendapat tarikan
dari kutub medan putar stator hingga turut berputar dengan kecepatan
yang sama (sinkron). Torsi yang dihasilkan motor sinkron merupakan
fungsi sudut torsi (δ). Semakin besar sudut antara kedua medan
magnet, maka torsi yang dihasilkan akan semakin besar seperti
persamaan berikut :
T = k .Br .Bnet sin δ
Pada beban nol, sumbu kutub medan putar berimpit dengan
sumbu kumparan medan (δ = 0). Setiap penambahan beban membuat
(δ); untuk kemudian berputar dengan kecepatan yang sama lagi.
Beban maksimum tercapai ketika δ = 90. Penambahan beban lebih
lanjut mengakibatkan hilangnya kekuatan torsi dan motor disebut
kehilangan sinkronisasi. Oleh karena pada motor sinkron terdapat dua
sumber pembangkit fluks yaitu arus bolak-balik (AC) pada stator dan
arus searah (DC) pada rotor. Ketika arus medan pada rotor cukup
untuk membangkitkan fluks (ggm) yang diperlukan motor, maka
stator tidak perlu memberikan arus magnetisasi atau daya reaktif dan
motor bekerja pada faktor daya = 1,0. Ketika arus medan pada rotor
kurang (penguat bekurang), maka baru stator akan menarik arus
magnetisasi dari jala-jala, sehingga motor bekerja pada faktor daya
terbelakang (lagging). Sebaliknya bila arus pada medan rotor berlebih
(penguat berlebih), kelebihan fluks (ggm) ini harus diimbangi, dan
stator akan menarik arus yang bersifat kapasitif dari jala-jala, dan
karenanya motor bekerja pada faktor daya mendahului (leading).
Dengan demikian, faktor daya motor sinkron dapat diatur dengan
mengubah-ubah harga arus medan (IF). (Gede, 2013).
3). Rangkaian Motor Sinkron
Motor sinkron pada dasarnya adalah sama dengan generator
sinkron, kecuali arah aliran daya pada motor sinkron merupakan
kebalikan dari generator sinkron. Oleh karena arah aliran daya pada
motor sinkron dibalik, maka arah aliran arus pada stator motor
Gambar 14. Rangkaian motor sinkron
Dari rangkaian elektrik motor sikron diatas, persamaan
tegangan rangkaian ekivalen motor sinkron adalah sebagai berikut : Vθ= Ea + Ia.Ra + j.Ia.XS
Ea = Vθ- Ia.Ra – j.Ia.XS
Berikut ini adalah gambaran fasor motor sinkron :
Dimana:
Motor Sinkron biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan
juga industry seperti pada generator, conveyor, mesin penggilingan, mesin
penghancur, kompresor, kompa-kompa sentrifugal. Keuntungan penggunaan motor sinkron:
1. Daya motor sinkron lebih baik sehingga efisiensi energi sangat besar. 2. Putaran tidak berkurang meskipun beban bertambah.
3. Bila terjadi overload, motor akan langsung berhenti sehingga akan
lebih aman.
4. Dapat memperbaiki faktor daya.
5. Dapat beroperasi pada penyetelan arus penguat medan. Kerugian penggunaan motor sinkron:
1. Motor sinkron lebih mahal dari motor induksi. 2. Tidak mampu menstart sendiri.
3. Tidak praktis bila digunakan sebagai pemutar.
B. MOTOR DC
Hanief (2013) mengemukakan bahwa Motor DC merupakan jenis motor
yang menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya. Dengan
memberikan beda tegangan pada kedua terminal tersebut, motor akan berputar
pada satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik maka arah putaran
motor akan terbalik pula. Sebuah motor DC terdiri dari komponen statis atau
disebut stator dan komponen yang berputar pada sumbunya yang disebut rotor.
Berdasarkan tipe mesinnya, baik stator maupun rotor mengandung konduktor
untuk mengalirkan arus listrik yang berbentuk lilitan. Biasanya stator dan rotor
dibuat dari besi untuk meperkuat medan magnet.
1. Pengertian
Menurut Fahmizal (2012) Motor DC adalah piranti elektronik yang
mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa gerak rotasi. Pada motor
DC terdapat jangkar dengan satu atau lebih kumparan terpisah. Tiap kumparan
komutator, cincin belah dapat berperan sebagai saklar kutub ganda (double pole,
double throw switch). Motor DC bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz, yang
menyatakan ketika sebuah konduktor beraliran arus diletakkan dalam medan
magnet, maka sebuah gaya (yang dikenal dengan gaya Lorentz) akan tercipta
secara ortogonal diantara arah medan magnet dan arah aliran arus. Mekanisme ini
diperlihatkan pada Gambar berikut ini:
Gambar 16. Mekanisme kerja motor DC
2. Konstruksi Motor DC
Menurut Marwan (2007) Belitan motor ini terdiri dari: 1. Belitan jangkar
2. Belitan kutub bantu
3. Belitan Eksitansi/Belitan Medan
Sjatry (2013) Mengemukakan bahwa ada tiga komponen penting dalam
motor DC yaitu: a. Kutub Medan
Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet
akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub
medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakkan bearing pada ruang
di antara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan,
yaitu kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar
melintasi bukaan di antara kutub – kutub dari utara menuju selatan. Untuk
elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya luar
sebagai penyedia struktur medan. b. Rotor
Bila arus masuk menuju kumparan jangkar, maka arus ini akan
menjadi elektromagnet. Rotor yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as
penggerak untuk menggerakkan beban. Untuk motor DC yang kecil, rotor
berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub – kutub, sampai
kutub utara dan kutub selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi,
arus berbalik untuk merubah kutub – kutub utara dan selatan rotor. c. Komutator
Komponen ini terdapat pada motor DC dan berfungsi untuk
membalikkan arah arus listrik dalam kumparan jangkar. Komutator juga
membantu dalam transmisi arus antara kumparan jangkar dan saluran daya. 1) Prinsip Kerja Motor DC
Menurut Sjatry (2013) Sebuah motor DC magnet permanen
biasanya tersusun atas magnet permanen, kumparan jangkar, dan sikat
(brush). Medan magnet yang besarnya konstan dihasilkan oleh magnet
permanen, sedangkan komutator dan sikat berfungsi untuk menyalurkan
arus listrik dari sumber di luar motor ke dalam kumparan jangkar. Letak
sikat di sepanjang sumbu netral dari komutator, yaitu sumbu dimana
medan listrik yang dihasilkan bernilai nol. Hal ini dimaksudkan agar
pada proses perpindahan dari sikat ke komutator tidak terjadi percikan
Gambar 17. Prinsip kerja motor DC
Medan stator memproduksi fluks Φ dari kutub U ke kutub S.
Sikat – arang menyentuh terminal kumparan rotor di bawah kutub. Bila
sikat – arang dihubungkan pada satu sumber arus serah di luar dengan
tegangan V, maka satu arus I masuk ke terminal kumparan rotor di
bawah kutub Udan keluar dari terminal di bawah kutub S. Dengan
adanya fluks stator dan arus rotor akan menghasilkan satu gaya F
bekerja pada kumparan yang dikenal dengan gaya Lorentz. Arah
Fmenghasilkan torsi yang memutar rotor ke arah yang berlawanan
dengan jarum jam. Kumparan yang membawa arus bergerak menjauhi
sikat – arang dan dilepas dari sumber suplai luar. Kumparan berikutnya
demikian, gaya F terus menerus diproduksi sehingga rotor berputar
secara kontinyu. (Sjatry, 2013).
4. Klasifikasi Motor DC a. Motor DC Shunt/Parallel
Kumparan medan sama seperti pada penguat terpisah, tetapi
kumparan medan terhubung secara paralel dengan rangkaian rotor. Satu
sumber yang sama digunakan untuk menyuplai kumparan medan dan rotor.
Oleh karena itu, total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan
dan arus jangkar. Kecepatan motor DC jenis ini pada prakteknya konstan,
tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya
berkurang). Oleh karena itu, motor DC jenis ini cocok untuk penggunaan
komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin. (Sjatry,
2013).
Gambar 18. Motor DC Shunt/Parallel
Menurut Hanief (2013) Karakter kecepatan motor DC tipe shunt adalah : 1. Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban
(hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang) dan oleh
karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang
2. Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam
susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan
memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).
b. Motor Seri
Kumparan medan dihubungkan secara seri dengan kumparan jangkar.
Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus jangkar. Pada saat kondisi
awal, arus starting pada motor DC jenis ini akan sangat besar. Untuk itu, pada
saat menjalankan motor harus disertai beban sebab apabila tanpa beban motor
akan mempercepat tanpa terkendali. Kumparan medan terbuat dari sejumlah
kecil kumparan dengan penampang kawat yang besar. Tipe demikian
dirancang untuk mengalirkan arus besar dan terhubung seri/deret dengan
kumparan rotor. Motor DC jenis ini cocok untuk penggunaan yang
memerlukan torsi penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat
pengangkat hoist. (Sjatry, 2013).
Gambar 19. Skematik Motor DC Seri
Menurut Hanief (2013) Karakter kecepatan motor DC tipe seri adalah : 1. Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM.
2. Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor
akan mempercepat tanpa terkendali.
Konfigurasi motor DC tipe ini menggunakan gabungan dari kumparan
seri danshunt/paralel. Pada motor DC jenis ini, kumparan medan dihubungkan
secara paralel dan seri dengan kumparan jangkar. Dengan demikian, motor DC
jenis ini akan memiliki torsi penyalaan awal yang baik dan kecepatan yang
stabil. Semakin tinggi persentase penggabungan, yaitu persentase kumparan
medan yang dihubungkan secara seri, maka semakin tinggi pula torsi
penyalaan awal yang dapat ditangani. (Sjatry, 2013).
Menurut Hanief (2013) karakter dari motor DC tipe kompon/gabungan
ini adalah, makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan
medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan
awal yang dapat ditangani oleh motor ini.
5. Pengaplikasian Motor DC
Motor DC bisa digunakan di bidang robotika, misalnya sebagai roda line
tracer, sebagai aktuator lengan robot. Di bidang persenjataan misalnya aktuator
meriam otomatis, dan lain sebagainya.
DAFTAR PUSTAKA
Apriyahanda, Onny. (2011). Generator dan Sistem Eksitasi, (Online), ( http://artikel-teknologi.com/generator-dan-sistem-eksitasi/, diakses 11 Agustus 2014).
Azhary, Arie. (2011). Prinsip Kerja Motor Induksi, (Online), (http://ariestarlight.blogspot.com/2011/04/perinsip-kerja-motor-induksi.html, diakses 6 Agustus 2014).
Gede, I.G.A. (2013). Motor AC, (Online), ( http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211083igustiagunggede/2013/04/29/motor-ac/, diakses 6 Agustus 2014).
Genx, Dicky. (2009). Definisi Mesin Listrik. (Online).
(http://nationalinks.blogspot.com/2009/07/definisi-mesin-listrik.html, diakses 11 Agustus 2014).
Hage. (2009). Generator DC, (Online), (
http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html, diakses 11 Agustus 2014).
Hammers, H. (2013). Pengertian Tentang Mesin-Mesin Listrik. (Online). ( http://handihammers.blogspot.com/2013/05/pengertian-tentang-mesin-mesin-listrik.html, diakses 11 Agustus 2014).
Hanief, I.R. (2013). Pengantar Elektronika. Motor DC, (Online), (http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211021isnarasyadhanief/2013/04/27/motor -dc/, diakses 11 Agustus 2014).
Marlina, Dini. (2013). Generator AC, (Online),
(http://dinnim.blogspot.com/2013/02/generator-ac.html, diakses 11 Agustus 2014).
Marwan, (2007). Praktikum Mesin Listrik. Makassar: Fakultas Teknik Politeknik Negeri Ujung Pandang.
Prasetya, H.D. (2011). Generator Ac dan Dc, (Online), (http://www.scribd.com/doc/46409085/generator-AC-DC, diakses 11 Agustus 2014).
Pratama, M.A. (2013). Motor AC, (Online),
(http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211033muhammadarfanpratama/2013/04/2 9/motor-ac/, diakses 11 Agustus 2014).
---. (2013). Motor DC, (Online),
(http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211033muhammadarfanpratama/2013/04/2 9/motor-dc/, diakses 11 Agustus 2014).
Putra, A.S. (2013). Generator Ac And Dc, Miscellaneous Subjects, & Preparing Equipments Specifications, (Online), (http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211029ardinathasanjayaputra/, diakses 11 Agustus 2014).
Sabrina. (2013). Sabrina News. Prinsip Kerja generator DC, (Online), ( http://sabrina-brinasworld.blogspot.com/2013/11/prinsip-kerja-generator-dc.html, diakses 11 Agustus 2014).
Sjatry, M.R. (2013). Pengenalan Tentang Motor DC, (Online), (
SOAL
A. Asinkron1. Motor induksi rotor lilit 60cps, 6 kutub, 3 phase, 220 v. lilit stator disambung
segitiga, sedangkan rotor dalam bintang. Jumlah lilitan rotor setengah jumlah
lilitan stator. Pada kecepatan 1110 rpm, Hitunglah: a. Slip (s)
b. GGL induksi pada saat rotor ditahan (EBR) per-phase
c. GGL induksi rotor saat motor berputar dengan slip s (E2S)
d. Tegangan antar terminal rotor e. Frekuensi rotor
2. Suatu motor induksi tiga phase berkutub 6,50 Hz, tahanan lilitan rotor per
phase 0,4 ohm, reaktansi lilitan rotor per phase pada saat diam (s=1) 12 ohm,
tegangan rotornya 80 volt. Putaran motor 935 rpm. Tentukan: a. Slip motor
b. Arus rotor saat n = 935 rpm c. Torsi motor
3. Suatu motor 3 phase, masing-masing lilitan phase mempunyai tahanan murni
50 ohm dan induktansi ( L ) 0,3 Henry, sumbernya adalah 415 V, 50 cps. Hitunglah daya total motor dalam keadaan tanpa beban jika motor dalam
sambungan bintang dan segitiga.
4. Sebuah motor asinkron tiga phase hubungan segitiga jika dihubungkan
langsung pada sumber 415 volt, 50 Hz mengambil arus start 120 A pada
masing-masing phase nya. Tentukan:
a. Arus line untuk starting langsung disambung sumber. b. Arus line dan arus phase pada saat start menggunakan:
- Saklar Y – Δ
- Autotransformator dengan pengaturan saat start 70%
5. Sebuah motor 3 phase, 50 kVA, terhubung Y Cosø=0,8. Tegangan Sumber
Line- Line 660 Volt. Tentukan: a. Berapa Tegangan Phasa(Vp) b. Berapa Arus Line (IL) c. Berapa Arus Phasa (Ip)
d. Daya Aktif`dan Daya Reaktif Motor
1. Suatu generator serempak 3 fase, 16 kutub mempunyai 144 alur dan tiap alur
berisi 4 penghantar. Kecepatan 375 rpm, fluks 5 x 102 Wb perkutub. Gawang
lilitan 150 derajat listrik. Hitung EMF perfase dan antara fase!
2. Motor Sinkron 3Φ, 12 kutub, mempunyai impedansi jangkar 100 ohm, dan
reaktansi 0.5 ohm/fasa. Beroperasi dengan 2000 V, 3Φ, 25 Hz. Bila
pengaturan 80% dari kemampuan, hitunglah daya maksimum dan torsi dalam
Nm sebelum mesin keluar dari sinkronisasi!
3. Generator Sinkron memiliki data name plate 3 phasa, 2 HP, 50 Hz, 400 V. 4
kutub. Hitungkan putaran Sinkron permenit!
4. Suatu generator serempak 3Φ, 1200 KVA, 6600 volt, hubungan bintang
dengan
resistans jangkar 0,4 ohm perfase dan reaktans sinkronsnya 5,8 ohm perfase,
hitung EMF antara fase yang harus dibangkitkan!
5. Generator 2KW, 220V/50Hz digerakkan dengan mesin diesel, listrik yang
dihasilkan dipakai untuk memberikan listrik untuk sejumlah rumah.
Bagaimana cara agar generator tersebut menghasilkan tegangan 220V dan
frekuensinya 50Hz.
C. Pertanyaan tampungan
1. Apa perbedaan antara motor asinkron dan motor sinkron? Beberapa perbedaan antara motor sinkron dan asinkron :
1. Untuk Frekuensi tertentu motor sinkron bekerja pada putaran konstan
--- ns = f x 60 / P sedangkan motor asinkron bila dibebani n
( putaran ) akan turun.
2. Motor sinkron dapat bekerja pada power factor yang berbeda, lagging
3. Motor sinkron kopel startnya kecil.
4. Pada motor sinkron perubahan tegangan input tidak terlalu
mempengaruhi torsi, tidak seperti motor asinkron. 5. Motor sinkron memerlukan eksitasi DC.
6. Motor sinkron lebih kompleks dan lebih mahal dibanding motor
