Daftar Isi. BAB V MOTOR LISTRIK 1 DAN 3 FASA A. Tujuan Pembelajaran...47 B. Materi...47 C. Latihan/Tugas...58 D. Daftar Pustaka...

(1)

iv |

Motor-Motor Listrik

Daftar Isi

HALAMAN SAMPUL

KATA PENGANTAR ...iii

DAFTAR ISI ...iv

DAFTAR GAMBAR ...vi

DAFTAR TABEL ...ix

BAB I HAKEKAT MOTOR LISTRIK A. Tujuan Pembelajaran ...1

B. Materi ...1

C. Latihan/Tugas ...5

D. Daftar Pustaka ...6

BAB II MOTOR LISTRIK ARUS SEARAH (DC) A. Tujuan Pembelajaran ...7

B. Materi ...7

BAB III MOTOR LISTRIK ARUS BOLAK-BALIK (AC) A. Tujuan Pembelajaran ...28

B. Materi ...28

BAB IV KONVERSI ENERGI LISTRIK A. Tujuan Pembelajaran ...40

B. Materi ...40

BAB V MOTOR LISTRIK 1 DAN 3 FASA A. Tujuan Pembelajaran ...47

B. Materi ...47

BAB VI GAYA LORENTZ DAN HUKUM FARADAY A. Tujuan Pembelajaran ...59

(2)

Motor-Motor Listrik

| v

C. Latihan/Tugas ... 68

D. Daftar Pustaka ... 68

BAB VII PENGGUNAAN DAN PENGATURAN MOTOR LISTRIK A. Tujuan Pembelajaran ... 69

B. Materi ... 69

BAB VIII BEBAN MOTOR LISTRIK A. Tujuan Pembelajaran ... 86

B. Materi ... 86

BAB IX IMPLEMENTASI PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK A. Tujuan Pembelajaran ... 93

B. Materi ... 93

(3)

vi |

Motor-Motor Listrik

Daftar Gambar

Gambar 1. Klasifikasi jenis utama motor listrik ... 3

Gambar 2. Motor DC ... 4

Gambar 3. Stator commutator ... 4

Gambar 4. Struktur motor DC ... 9

Gambar 5. Angker dari sebuah motor DC ... 10

Gambar 6.Konstruksi sebuah komutator dari motor arus searah ... 12

Gambar 7. Konstruksi Jangkar ... 13

Gambar 8. Kumparan Jangkar ... 13

Gambar 9. Prinsip Kerja Motor DC... 14

Gambar 10. Rangkaian Ekivalen Motor DC ... 16

Gambar 11. Rangkaian ekivalen motor DC shunt ... 18

Gambar 12. Rangkaian Ekivalen Motor DC seri ... 20

Gambar 13. Rangakain Ekivalen Motor DC Kompon Pendek ... 21

Gambar 14. Rangkaian ekivalen motor DC kompon panjang ... 23

Gambar 15. Rangkaian Listrik Motor Sinkron ... 30

Gambar 16. Proses Terjadinya Perputaran Motor ... 31

Gambar 17. sudut torque (torque angle) ... 34

Gambar 18. Motor Industri ... 35

Gambar 19. Rotor dan Stator Motor Induksi ... 35

Gambar 20. konstruksi rotor sangkar motor induksi ... 36

Gambar 21. Katoda dan Electric Field ... 41

Gambar 22. Motor AC ... 42

Gambar 23. Cara Kerja Kapasitor ... 48

Gambar 24. Motor shaded pole ... 49

Gambar 25. Konstruksi Motor Listrik 3 Fasa ... 50

Gambar 26. Grafik Torque kecepatan Motor Induksi AC 3 Phase ... 51

Gambar 27. Sambungan Bintang ... 52

Gambar 28. Sambungan Delta ... 53

Gambar 29. Hubungan Bintang/ Star (Y) ... 53

Gambar 30. Hubungan Delta (▲) ... 54 Gambar 31. Rangkaian System Kendali Elektromagnetik

(4)

Motor-Motor Listrik

| vii

Pada Motor Induksi 3 Fasa ... 56

Gambar 32. Rangkaian System Kendali Elektromagnetik Pada Motor Induksi 3 Fasa Hubungan Bintang Segitiga ... 57

Gambar 33.Gaya Loretz ... 62

Gambar 34. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik. ... 65

Gambar 35. Diagram daya motor dua arah putaran ... 71

Gambar 36. Diagram kontrol motor dua arah putaran ... 71

Gambar 37. Diagram daya motor diasut Y-Δ ... 72

Gambar 38. Diagram kontrol motor diasut Y-Δ ... 73

Gambar 39. Diagram daya motor berurutan ... 74

Gambar 40. Diagram kontrol motor berurutan ... 75

Gambar 41. Diagram garis untuk suatu pengasut tahanan prier ... 76

Gambar 42. Pengasut autotrafo ... 78

Gambar 43. Diagram garis suatu pengasut lilitan terpisah dua-langkah ... 79

Gambar 44. Diagram elementer dari suatu pengasut motor liloitan terpisah tiga-langkah ... 81

Gambar 45. Diagram pengkawatan dan diagram garis untuk pengasut Y- Δ ... 82

Gambar 46. Diagram elementer dari pengasut Y – Δ ... 84

Gambar 47. Mesin bubut ringan ... 94

Gambar 48. Mesin bubut sedang ... 95

Gambar 49. Mesin bubut standar ... 95

Gambar 50. Proses pengerjaan pembubutan ... 96

Gambar 51a Sumbu utama mesin bubut yang terpasang sebuah chuck ... 97

Gambar 51b Sumbu utama mesin bubut yang ujungnya sedang erpasang sebuah senter ... 97

Gambar 52. Meja Mesin (Bed) ... 98

Gambar 53. Eretan ... 98

Gambar 54. Kepala lepas (tail stock) ... 99

Gambar 55. Tuas Pengatur Kecepatan Transporter dan Sumbu Pembawa ... 99

Gambar 56 .Tuas pengubah pembalik transporter dan sumbu Pembawa ... 100

(5)

viii |

Motor-Motor Listrik

Gambar 58. Tuas-Tuas Pengatur Kecepatan Sumbu

Utama ... 101

Gambar 59. Penjepit Pahat (Tools Post) ... 102

Gambar 60. Eretan Atas ... 102

Gambar 61. Keran Pendingin ... 103

(6)

Motor-Motor Listrik

| ix

Daftar Tabel

(7)

1 |

Motor-Motor Listrik

A. TUJUAN PEMBELAJARAN

Setelah mengikuti kuliah dan menyelesaikan tugas-tugas terstruktur mahasiswa diharapkan mampu:

1. Mengetahui dan memahami pengertian motor listrik

2. Mengetahui dan memahami fungsi dan kegunaan motor listrik

3. Mengetahui dan memahami jenis-jenis motor listrik B. MATERI

1. Pendahuluan

Motor listrik termasuk kedalam kategori mesin listrik dinamis dan merupakan sebuah perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Pada motor listrik tenaga listrik dirubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan merubah tenaga listrik menjadi magnetyang disebut sebagai elektro magnit. Sebagaimana kita ketahui bahwa kutub-kutub dari magnet yang senamaakan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama akan tarik-menarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar dan magnet yang lain pada suatu kedudukan.

Energi mekanik ini digunakan untuk keperluan didunia industri dan rumah tangga.Untuk keperluan di industri misalnya untuk memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan/material dan lain-lain.Sedangkan untuk keperluan rumah tangga misalnya mixer, bor listrik, kipas angin dan lain-lain. Motor listrik yang umum digunakan di dunia industri adalah motor listrik asinkron, dengan dua standar global yakni International Electrotechnical Commission (IEC) dan National Electric Manufacturers Association (NEMA). Motor asinkron IEC berbasis metrik (milimeter), sedangkan motor listrik NEMA berbasis imperial (inch), dalam aplikasi ada satuan daya dalam horsepower (hp) maupun kiloWatt (kW).Motor listrik

BAB 1

(8)

2

|

Motor-Motor Listrik

kadangkala disebut juga dengan kuda kerjanya industri, sebab diperkirakan bahwa industi-industri sekitar 70% menggunakan motor-motor listrik untuk menyelesaikan pekerjaan-pekerjaan tersebut. Penggunaan motor listrik saat ini sudah menjadi kebutuhan kita sehari-hari untuk menggerakkan peralatan dan mesin yang membantu dan menyelesaikan perkerjaan manusia. Penggunaan motor listrik ini semakin berkembang karena memiliki keunggulan dibandingkan motor bakar misalnyakebisingan dan getaran lebih rendah, kecepatan putaran motor bisa diatur, lebih bersih,lebih kompak dan hemat dalam pemeliharaan.

Agar pengunaan motor listrik tersebut dapat berfungsi dengan baik, maka sebagai pengguna kita diharapkan untuk harus dapat memahami konsep dasar dari motor-motor listrik tersebut minimal tentang pengertiannya, fungsi dan kegunaannya serta jenis-jenis motor listrik tersebut. Sehingga dalam modul 1 ini akan dibahas hal-hal dasar tersebut sehingga menjadi jiwa dan arahan pola berpikir kita untuk memahami modul-modul selanjutnya, sehingga materi motor-motor listrik yang akan disajikan selanjutnya dapat diterima, dipahami dan diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari.

2. Pengertian Motor Listrik

Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Begitu juga dengan sebaliknya yaitu alat untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik yang biasanya disebut dengan generator atau dynamo. Pada motor listrik yang tenaga listrik diubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnet. Sebagaimana yang telah kita ketahui bahwa kutub-kutub dari magnet yang senamaakan tolak menolak dan kutub yang tidak senama akan tarik menarik. Dengan terjadinya proses ini maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap.

(9)

3 |

Motor-Motor Listrik

3. Fungsi dan Kegunaan Motor Listrik

Motor listrik dapat kita temukan di peralatan rumah tangga seperti: kipas angin, mesin cuci, blender, pompa air, mixer dan penyedot debu. Adapun motor listrik yang digunakan untuk kerja (industri) atau yang digunakan dilapangan seperti: bor listrik, gerinda, blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dan lain-lain.

4. Jenis-Jenis Motor Listrik

Dibawah ini adalah bagan mengenai macam-macam motor listrik berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi yang terangkum dalam klasifikasi motor listrik. Secara umum motor l i strik ada 2 yaitu motor listrik AC dan motor listrik DC. motor listrik AC dan motor listrik DC juga terbagi lagi menjadi beberapa bagian-bagian lagi, jika digambarkan maka akan terlihat seperti pada gambar 1 di bawah ini.

Gambar 1. Klasifikasi jenis utama motor listrik a. Motor DC

Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/ direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.

(10)

4

|

Motor-Motor Listrik

Gambar 2. Motor DC

Dari gambar 2, diatas dapat diuraikan penjelasannya sebagai berikut ini :

1) Kutub Medan

Motor DC memiliki 2 kutub medan magnet yaitu kutub utara dan kutub selatan yang stasioner dan dynamo yang menggerakkan bearing pada ruang diantara kutub medan. Garis magnetic energy membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara keselatan.

2) Dinamo

Dinamo pada motor DC berbentuk silinder, dihubungkan kearah penggerak untuk menggerakkan beban. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Padamotor DC yang kecil, dynamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan berganti lokasi. Saat hal itu terjadi arus yang masuk kedalam motor DC akan berbalik dan merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.

3) Commutator

Kegunaan komponen ini pada motor DC adalah untuk membalikkan arah arus listrik dalam dinamo, commutator juga membantu motor DC dalam hal transmisi arus antara dynamo dan sumber daya. Bisa dilihat pada Gambar 3.

(11)

5 |

Motor-Motor Listrik

Keuntungan penggunaan motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC umumnya dibatasi untuk penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang, ini dikarenakan karena sering terjadi masalah dengan perubahan ara harus listrik mekanis pada ukuranyang lebih besar.Motor DC juga relative lebih murah dari pada motor AC.

Selanjutnya pembahasan lebih mendetail tentang motor DC akan disajikan pada modul 2 dari bahan ajar ini tentang motor listrik DC.

b. Motor AC

Motor arus bolak balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan" rotor". Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar asmotor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variable untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling popular di industry karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).

Berdasarkan karakteristik dari arus listrik yang mengalir, motor AC (AlternatingCurrent, Arus Bolak-balik) terdiri dari 2 jenis, yaitu:

a. Motor listrikAC /arus bolak-balik1 fasa b. Motor listrikAC /arus bolak-balik3 fasa

Selanjutnya pembahasan lebih mendetail tentang motor AC akan disajikan pada modul 3 dari bahan ajar ini tentang motor listrik AC.

C. LATIHAN/TUGAS

1. Jelaskan apa yang anda pahami tentang motor listrik! 2. Jelaskan fungsi dan kegunaan dari motor listrik!

(12)

6

|

Motor-Motor Listrik

3. Jelaskan perbedaan antara IEC dan NEMA! 4. Jelaskan prinsip kerja dari motor listrik!

5. Uraikan perbedaan dari masing-masing jenis-jenis motor listrik!

D. DAFTAR PUSTAKA

F. Suryatmo. 1986. Teknik Listrik Arus Searah. Bina Aksara. Jakarta.

Mochtar Wijaya. 2001. Dasar-Dasar Mesin Listrik. Jakarta. Djambatan.

Sumanto. 1994. Mesin Arus Searah. Yogjakarta. Andi Offset. Usman Effendi. 1995. Direct Current Machines. PPPG

(13)

7 |

Motor-Motor Listrik

A. TUJUAN PEMBELAJARAN

1. Mengetahui dan memahami pengertian motor DC 2. Mengetahui dan memahami kegunaan motor DC

3. Mengetahui dan memahami konstruksi/struktur motor DC 4. Mengetahui dan memahami bagian-bagian motor DC dan

fungsinya

5. Mengetahui dan memahami prinsip kerja motor DC 6. Mengetahui dan memahami jenis-jenis motor DC 7. Mengetahui dan memahami Efisiensi motor DC

B. MATERI

1. Pendahuluan

Motor arus searah (Motor DC) telah ada selama lebih dari seabad. Keberadaan motor DC telah membawa perubahan besar sejak dikenalkan motor induksi, atau terkadang tersebut AC shunt motor. Motor DC telah memunculkan silicon controller rectifier yang digunakan untuk memfasiitasi control kecepatan pada motor. Mesin listrik dapat berfungsi sebagai motor listrik apabila didalam motor listrik tersebut terjadi proses konversi energy listrik menjadi energy mekanik. Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energy listrik menjadi energy mekanik. Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energy mekanik. Pada motor DC kumparan medan disebut startor (bagian yang berputar). Motor DC sering dimanfaatkan sebagai penggerak pintu bergeser otomatis dan dalam rangkaian robot sederhana.

Motor DC memiliki fungsi yang sangat banyak dalam kehidupan sehari-hari dan dalam kehidupan dunia industry.

BAB II

MOTOR LISTRIK ARUS SEARAH

(DC/Directing Current)

(14)

8

|

Motor-Motor Listrik

Motor DC memudahkan pekerjaan sehingga proses industry dapat berjalan efisien. Semakin banyak industry yang berkembang maka akan semakin banyak mesin yang digunakan. Semakin banyak mesin yang digunakan, maka semakin banyak penggunaan motor DC.Oleh karena itu sangat penting untuk mengetahui dan mengerti motor DC, prinsip kerja, jenis-jenis motor DC, aplikasi dan perhitungan motor DC.

Pada Bab ini akan dibahas secara rinci hal-hal yang berkaitan dengan pengertian motor DC, kegunaan motor DC, konstruksi/struktur motor DC, bagian-bagian motor DC dan fungsinya, prinsip kerja motor DC, jenis-jenis motor DC dan efisiensi motor DC

2. Pengertian Motor DC

Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi 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 di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah menjadi tenaga gerak, tenaga gerak tersebut berupa putaran dari pada rotor. Motor arus searah pada jaman dahulu (sebelum di kenal menghasilkan tenaga mekanik berupa kecepatan atau berputaran).

3. Kegunaan Motor DC

Dalam kehidupan sehari-hari di gunakan pada a. Motor Stator Mobil

b. Tape Recorder

c. Pada Mainan Anak-Anak.

Dalam bidang industry dan pabrik, digunakan pada a. Traksi.

b. Elevator. c. Conveyer. d. Tram listrik

(15)

9 |

Motor-Motor Listrik

e. Untuk menggerakan mesin-mesin produksi di pabrik.

4.

Konstruksi/Struktur Motor DC

Bagian yang terpenting dari motor DC adalah: 1 . Bagian yang diam (stator):

a. Badan (body) motor b. Magnit

c. Sikat-sikat

d. Kerangka generator

e. Kutub-kutub utama beserta belitannya f. Bantalan-bantalan poros.

2. Bagian yang berputar (rotor) a. Rotor jangkar dan lilitannya b. Poros jangkar (armature) c. Kumparan jangkar d. Inti jangkar

Untuk membangkitkan medan magnet, biasanya dipakai magnet-magnet listrik, walaupun ada juga yang menggunakan magnet permanen (terutama untuk motor DC kecil). Strukturnya dapat dilihat gambar 1, ada Stator, kutub-kutub magnet dan lilitan-lilitan penguat atau lilitan-lilitan field (lapangan).Ujung kutub yang berbatasan dengan celah udara di sebut sepatu kutub. Lilitan field-nya berada disekeliling inti kutub.Arus yang melalui lilitan field /lapangan disebut arus lapangan, arus magnet atau arus penguat.

(16)

10

|

Motor-Motor Listrik

Hanya mesin-mesin arus searah yang sangat kecil dibekali dengan dua kutub, biasanya menggunakan jumlah kutup Iebih besar. Rotornya (angker) terdiri dari kaleng-kaleng bulat dalam jumlah besar setebal 0,5 mm plat. Diantara kaleng-kaleng tersebut diberi lapisan lak tipis sekali sebagai isolasi, biasanya disebut melamelir.Melamelir ini dipakai untuk membatasi arus eddy / pusaran. Angker tadi mengandung lilitan-lilitan dan kommutator, lihat gambar 5

Gambar 5. Angker dari sebuah motor DC

5. Bagian-Bagian Motor DC dan fungsinya

a. Badan Motor listrik

Fungsi utama dari badan motor adalah sebagai bagian tempat untuk mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan kutub-kutub magnet, karena itu badan motor dibuat dari bahan ferromagnetik. Disamping itu badan motor ini berfungsi untuk meletakkan alat-alat tertentu dan melindungi bagian-bagian motor lainnya. Pada badan motor terdapat papan nama (name plat) yang bertuliskan spesifikasi umum atau data teknik dari motor. Papan nama tersebut untukmengetahui beberapa hal pokok yang perlu diketahui dari motor tersebut. Selain papan nama badan motor juga terdapat kotak hubung yang merupakan tempat ujung-ujung penguat magnet dan lilitan jangkar.

Ujung-ujung lilitan jangkar ini tidak langsung dari lilitan jangkar tetapi merupakan ujung kawat penghubung lilitan jangkar yang melalui komutator dan sikat-sikat. Dengan adanya kotak hubung akan memudahkan dalam pergantian susunan lilitan penguat magnet dan memudahkan pemeriksaan kerusakan yang

(17)

11 |

Motor-Motor Listrik

mungkin terjadi pada lilitan jangkar maupun lilitan penguat tanpa membongkar mesin. Untuk mengetahui ujung-ujung lilitan tersebut, setiap pabrik/Negara mempunyai normalisasi huruf tertentu, yang mana hal tersebut dapat dinyatakan dalam tabel 1 di bawah ini:

Tabel 1. Normalisasi Jenis Lilitan

b. Inti Kutub Magnet Dan Lilitan Penguat Magnet

Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pada motor arus searah dihasilkan oleh kutub-kutub magnet buatan yang dibuat prinsip elektromagnetis. Lilitan penguat magnet berfungsi untuk mengalirkan arus listriksebagai terjadinya proses elektromagnetis.

c. Sikat-Sikat

Fungsi utama dari sikat-sikat adalah untuk jembatan bagi aliran arus dari lilitan jangkar dengan sumber tegangan. Disamping itu sikat-sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi. Agar gesekan antara komutator-komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator, maka bahan sikat lebih lunak dari komutator. Biasanya dibuat dari bahan arang (coal).

d. Komutator

Komutator yang digunakan dalam motor arus searah pada prinsipnya mempunyai dua bagian yaitu:

1) Komutator bar merupakan tempat terjadinya pergesekan antara komutatordengan sikat-sikat.

(18)

12

|

Motor-Motor Listrik

2) Komutator riser merupakan bagian yang menjadi tempat hubungan komutatordengan ujung dari lilitan jangkar.

Gambar 6.Konstruksi sebuah komutator dari motor arus searah Keterangan: a. Segmen komutator b. Pemasangan komutator c. Susunan komutator 1. Komutator bar 2. Riser 3. Isolator 4. Poros 5. Ring pengunci 6. Baut

Isolator yang digunakan yang terletak antara komutator yang satu dengankomutator yang lain harus dipilih sesuai dengan kemampuan isolator tersebut terhadap suhu yang terjadi dalam mesin. Jadi disamping sebagai isolator terhadap listrik, juga harus mampu terhadap suhu tertentu.

Berdasarkan jenis isolator yang digunakan terhadap kemampuan panas ini maka pada mesin listrik dikenal:

a. Klas A : jika temperatur tinggi diijinkan 70°C (katun, sutera, kertas)

b. Klas B : jika temperatur tinggi diijinkan 110°C (serat asbes, serat gelas)

(19)

13 |

Motor-Motor Listrik

c. Klas H : jika temperatur tinggi diijinkan 185°C (mika, gelas,

porselin, keramik).

e. Jangkar (angker)

Umumnya jangkar yang digunakan dalam motor arus searah adalahberbentuk selinder dan diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkankumparan-kumparan tempat terbentuknya GGL lawan.Seperti halnya pada inti kutub magnet, maka jangkar dibuat dari bahan berlapis-lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus liar (Edy current). Bahan yang digunakan jangkar ini sejenis campuran baja silikon. Adapun konstruksinya dari jangkar tersebut dapat dilukiskan seperti gambar di bawah ini:

Gambar 7. Konstruksi Jangkar

f. Lilitan jangkar (angker)

Lilitan jangkar pada motor arus searah berfungsi sebagai tempatterbentuknya GGL lawan.Pada prinsipnya kumparan terdiri atas:

1) Sisi kumparan aktif, yaitu bagian sisi kumparan yang terdapat dalam alur jangkar yang merupakan bagian yang aktif (terjadi GGL lawan sewaktu motor bekerja).

2) Kepala kumparan, yaitu bagian dari kumparan yang terletak di luar alur yang berfungsi sebagai penghubung satu sisi kumparan aktif dengan sisi kumparan aktif lain dari kumparan tersebut.

3) Juluran, yaitu bagian ujung kumparan yang menghubungkan sisi aktif dengan komutator.

(20)

14

|

Motor-Motor Listrik

Gambar 8. Kumparan Jangkar

6. Prinsip Kerja Motor DC

Motor listrik arus searah merupakan suatu alat yang berfungsi mengubah daya listrik arus searah menjadi daya mekanik. Motor listrik arus searah mempunyai prinsip kerja berdasarkan percobaan Lorents yang menyatakan.“Jika sebatang penghantar listrik yang berarus berada di dalam medan magnet maka pada kawat penghantar tersebut akan terbentuk suatu gaya”. Gaya yang terbentuk sering dinamakan gaya Lorents.

Untuk menentukan arah gaya dapat digunakan kaidah tangan kiri Flemming atau kaidah telapak tangan kiri. Gambar 6. melukiskan konstruksi kaidah tangan kiri Flemming.

Gambar 9. Prinsip Kerja Motor DC

Gay

a

Garis Gaya

Magnet

Ar

us

(21)

15 |

Motor-Motor Listrik

Jika ibu jari, jari tengah dan jari telunjuk disusun seperti gambar 9, garis gaya magnet sesuai dengan arah jari telunjuk, arus yang mengalir pada penghantar searah dengan jari tengah maka, gaya yang terbentuk pada kawat penghantar akan searah dengan arah ibu jari.Jika digunakan kaidah telapak tangan kiri, maka didalam menentukan arah gaya dapat dikerjakan sebagai berikut:

“Telapak tangan kiri direntangkan sedemikian rupa sehingga ibu jari dengan keempat jari yang lain saling tegak lurus. Jika garis gaya magnet menembus tegak lurus telapak tangan, arah arus sesuai dengan arah keempat jari tangan, maka ibujari akan menunjukkan arah gaya yang terbentuk pada kawat penghantar”.

Besarnya gaya dapat ditentukan dengan persamaan: F = B.I.l .sin θ…(1)

Dimana :

F : Gaya yang terbentuk pada penghantar (Newton) I : Kuat arus yang mengalir (Ampere)

B : Kerapatan garis gaya magnet (Wb/m²)

θ : Sudut antara garis gaya magnet dengan posisi kawat penghantar

Karena kawat penghantar tersebut bergerak didalam medan magnet maka sesuai dengan percobaan Faraday, pada kawat penghantar tersebut akan terbentuk GGL Induksi. GGL induksi ini mempunyai arah melawan tegangan yang menyebabkan, sehingga GGL induksi ini sering disebut GGL lawan. Untuk menentukan GGL lawan Ea mempunyai persamaan dengan GGL induksipada generator arus searah yaitu:

Z .θvolt… (2) …(3)

Dimana :

Ea : GGL lawan (volt) 2p : jumlah kutub

(22)

16

|

Motor-Motor Listrik

A : jumlah cabang paralel lilitan jangkar N : jumlah putaran per menit (ppm) Z : jumlah kawat penghantar aktif Θ : fluks per kutub (Weber)

7. Jenis-Jenis Motor DC

Jenis motor arus searah sama dengan jenis generator DC sebenarnya suatu mesin arus searah dapat di pakai sebagai generator dan dapat pula dipakai sebagai motor. Dengan membalikkan generator DC, dimana sekarang tegangan Vc menjadi sumber dan tegangan jangkar Eg merupakan GGL lawan. Generator DC ini akan berlaku sebagai motor DC oleh karena itu hubungan antara tegangan Vt dan Ea dapat ditulis sebagai berikut :

…(4)

a. Motor Berpenguatan Bebas.

Pada jangkar motor timbul EMF (GGL) lawan sebesar Eg yang melawan tegangan masuk (Vt). Rangkaian ekivalen motor DC berpenguatan bebas seperti gambar 10 di bawah ini:

Gambar 10. Rangkaian Ekivalen Motor DC

Dari gambar rangkaian ekivalen tersebut maka persamaan yang menyatakan hubungan tegangan , arus, daya dan tahanan dapat di tuliskan sebagai berikut :

(23)

17 |

Motor-Motor Listrik

…(5)

Keterangan persamaan di atas:

Vt = Tegangan terminal dalam Volt Eb = EMF (GGL) lawan dalam volt I = Arus dari jala – jala dalam amper Ia = Arus jangkar dalam amper If = Arus medan dalam amper Vf = Tegangan pengauat dalam volt Rf = Tahanan medan dalam ohm Ra = Tahanan jangkar dalam ohm

R = tahanan pengatur arus medan dalam ohm ΔVsi= Rugi tegangan dalam sikat.

b. Motor Arus Searah Berpenguatan Sendiri Terbagi kedalam :

 Motor DC shunt  Motor DC seri

 Motor Dc kompon ( campuran)  Motor DC kompon pendek  Motor DC kompon panjang 1) Motor DC Shunt

Rangkaian ekivalen motor DC shunt seperti pada gambar 11 di bawah ini:

(24)

18

|

Motor-Motor Listrik

Gambar 11. Rangkaian ekivalen motor DC shunt

Dari rangkaian ekivalen motor DC shunt tersebut, persamaan yang menyatakan hubungan antara tegangan, arus, daya dan tahanan adalah: …(6) Dengan :

Vt = Tegangan terminal dalam Volt Eb = EMF (GGL) lawan dalam volt Ia = Arus jangkar dalam amper Ish = Arus medan shunt dalam amper I = Arus jala-jala dalam amper Pi = Daya input dalam watt. Ra = Tahanan jangkar dalam ohm ΔVsi= Rugi tegangan dalam sikat

Contoh soal

Suatu mesin arus searah shunt 220 volt mempunyai tahanan jangkar sebesar 0,5 ohm. Jika pada waktu beban penuh arus jangkar sebesar 20 amper, hitung EMF (GGL) lawan jangkar jika mesin bekerja sebagai:

(25)

19 |

Motor-Motor Listrik

a. Generator

b. Motor Penyelesaian

a. Jika mesin bekerja sebagai generator shunt seperti gambar di bawah ini: Di ketahui : Vt = 220 volt Ia = 20 Amper Ra = 0,5 Ohm ( ) Eg = 230 Volt

b. Jika mesin bekerja sebagai motor shunt lihat gambar

( ) Eg= 210 Volt

(26)

20

|

Motor-Motor Listrik

2)

Motor DC Seri

Rangkaian ekivalen motor DC seri lihat gambar 12 di bawah ini:

Gambar 12. Rangkaian Ekivalen Motor DC seri

Persamaan yang menyatakan hubungan antara arus, tegangan, daya dan tehanan adalah berdasarkan rangkaian ekivalen diatas

…(7)

Keterangan persamaan:

Vt = Tegangan terminal motor dalam Volt Eb = EMF (GGL) lawan dari jangkar dalam volt Ia = Arus jangkar dalam amper

Ish = Arus medan shunt dalam amper I = Arus dari jala-jala dalam amper

Ra = Tahanan kumparan jangkar dalam ohm Rs = Tahanan kumparan seri dalam ohm ΔVsi = Rugi tegangan pada sikat

(27)

21 |

Motor-Motor Listrik

Contoh soal

Suatu motor arus searah seri 50 kw, 250 volt, tahanan jangkar 0,1 ohm dan tahanan medan seri 0,15 ohm, rugi tegangan total pada sikat 2 volt. Hitung EMF (GGL) lawan?

Penyelesaian:

Berdasarkan rangakianekivalen motor DC seri di ketahui: Pi = 50 kw = 50000 watt Vt = 250 Volt Ra = 0,1 Ohm Rs = 0,15 ohm ΔVsi = 2 volt , 250 = Eb + 20 + 30 + 2 250 = Eb + 52 Eb = 250 – 52 Eb = 198 Volt 3) Motor DC kompon Terbagi:

 Motor DC kompon pendek  Motor DC kompon panjang a) Motor DC Kompon Pendek

Rangkaian ekivalen motor DC kompon pendek

(28)

22

|

Motor-Motor Listrik

Berdasarkan rangkaian ekivalen dapat di buat persamaan yang menyatakan hubungan arus, tegangan, daya dan tahanan sebagai berikut : …(8) Dengan :

Ish = Arus medan shunt dalam amper Ra = Tahanan kuparan jangkar dalam ohm Rs = Tahanan kumparan seri dalam ohm

Rsh = Tahanan Kumparan medan shunt dalam ohm ΔVsi = Rugi tegangan dalam sikat

Pinput = Vt x Idalam watt.

Contoh soal

Suatu motor DC kompon pendek dengan daya input 34,5 kw, tegangan terminal 230 volt, tahanan kumparan medan shunt, medan seri, dan jangkar, masing – masing sebesar 92 ohm, 0,015 ohm, 0,03 ohm

Hitung: a. Arus jangkar

b. EMF (GGL) lawan yang di bangkitkan oleh jangkar c. Daya output yang di bangkitkan oleh jangkar Penyelesaian Di ketahui : Vt = 230 volt Rsh = 92 ohm Rs = 0,015 ohm Ra = 0,03 ohm Pi = 34,5 kw = 34.500 watt

(29)

23 |

Motor-Motor Listrik

( ) a. Arus jangkar Ia = I - Ish = 150 – 2,475 A = 147,525 A

b. EMF (GGL) lawan yang di bangkitkan

= 230 – (147,525 x 0,03) – (150 x 0,015) – 0 = 223,32 Volt

c. Daya output yang di bangkitkan oleh jangkar Pout = Eb x Ia

= 223,32 x 147,525 = 32, 945 Kw b) Motor DCKompon Panjang

Rangkaian ekivalen motor DC kompon panjang seperti gambar di bawah :

Gambar 14. Rangkaian ekivalen motor DC kompon panjang

Dari gambar rangkaian ekivalen tersebut persamaan yang menyatakan hubungan arus, tegangan, daya dan tahanan akan mengikuti persamaan sebagai berikut :

Δ

(30)

24

|

Motor-Motor Listrik

…(9)

Keterangan : parameter persamaan diatas sama dengan motor DC kompon DC

Ish = Arus medan shunt dalam amper Ra = Tahanan kuparan jangkar dalam ohm Rs = Tahanan kumparan seri dalam ohm

Rsh = Tahanan Kumparan medan shunt dalam ohm ΔVsi = Rugi tegangan dalam sikat

Contoh soal

Suatu motor DC kompon panjang dengan daya input 300 kw, tegangan terminal 600 volt, mempunyai tahanan medan shunt 75 ohm, tahanan jangkar termasuk tahanan sikat 0,41 ohm, tahanan medan seri 0,012 ohm, dan resistansi yang di parallel dengan medan seri sebesar 0,036 ohm, hitung:

a. Arus jangkar

b. EMF(GGL) lawan yang di bangkitkan oleh jangkar c. Daya yang di bangkitkan oleh jangkar

Penyelesaian Di ketahui : P in = 300 Kw = 300.000 w Vt = 600 Volt Ra = Rsikat= 0,41 ohm Rs = 0,012 ohm

Tahanan yang di parallel dengan Rs= 0,036 ohm Tahanan seri (Rs) = tahanan 0,036 ohm

=

(31)

25 |

Motor-Motor Listrik

a. Arus jangkar = 500 – 8 = 492 A

Jatuh tegangan pada medan seri Iax Rs = 492 x 0.012 = 5.904 Volt Jatuh tegangan pada jangkar dan sikat Ia x Ra = 492 x 0,41 = 201,72 Volt

b. EMF (GGL) yang dibangkitkan oleh jangkar adalah: Δ 600 = Eb + (492 x 0,41) + (492 x 0,012) + 0 600 = Eb + 201,72 + 5,904 + 0 600 = Eb + 207, 624 Eb = 600 – 207,624 Eb = 392,376 Volt

c. Daya yang dibangkitkan adalah: Pout = Eb x Ia

= 392,376 x 492

= 193048,992 Watt = 193,048992Kw 8. Efisiensi Motor DC

Berdasarkan persamaan umum maka untuk motor efisiensinya dapat juga mengikuti persamaan berikut:

Effisiensi = ...(10) Berhubung karena:

watt masukan = (hp keluaran x 746) + watt rugi – rugi maka : Effisiensi = ...(11)

(32)

26

|

Motor-Motor Listrik

Atau: Effisiensi = ( ) ...(12) Atau Effisiensi = [ ] ...(13) Contoh soal 1

Generator arus searah kompon rata 10 Kw, 250 volt, rangkaian ekivalennya berupa kompon panjang mempunyai resistans medan shunt sebesar 125 ohm, resistans rangakaian jangkar 0,4, resistans medan seri 0,05 ohm, rugi – rugi beban sasar 540 watt, rugi tegangan pada sikat waktu beban penuh sebesar 2 volt, hitung efisiensinya.

Penyelesaian: Arus beban penuh

IFL = Arus pada medan shunt

= Arus pada jangkar

= 40 + 2 = 42 Ampere Rugi – rugi daya :

Daya sasar 540 watt

Jangkar (42)2 x 0,4 705,6 watt Medan seri (42)2 x 0,05 88,2 watt

Medan shunt 250 x 2 500 watt Kontak sikat 2 x 42 82 watt Rugi – rugi daya total 1.915,8 watt

Effisiensi = [

(33)

27 |

Motor-Motor Listrik

Contoh soal 2

Motor arus searah 15 hp mempunyai rugi – rugi total sebesar 1.310 watt waktu bekerja dengan beban penuh. Hitung efisiensinya.

Penyelesaian :

Effisiensi = [ - att ugi-rugi_{att Masukan}]

Effisiensi = [ - _{att eluaran att ugi-rugi} att ugi-rugi ] Effisiensi = [ - _{5 746 3} 3 ]

= 89,5%.

C. LATIHAN/TUGAS

1. Jelaskan apa yang anda pahami tentang motor DC! 2. Jelaskan prinsip kerja dari motor DC!

3. Jelaskan bagian-bagaian penting dari motor DC!

4. Suatu motor arus searah seri 100 kw, 250 volt, tahanan jangkar 0,1 ohm dan tahanan medan seri 0,15 ohm, rugi tegangan total pada sikat 5 volt. Hitung EMF (GGL) lawan? 5. Motor arus searah 17hp mempunyai rugi – rugi total sebesar

1.350 watt waktu bekerja dengan beban penuh. Hitung efisiensinya.

D. DAFTAR PUSTAKA

Sumanto.1994. Mesin Arus Searah.Yogjakarta.Andi Offset.

Usman Effendi. 1995. Direct Current Machines. PPPG Teknologi. Bandung.

(34)

28

|

Motor-Motor Listrik

A. TUJUAN PEMBELAJARAN

1. Mengetahui dan memahami pengertian motor listrik AC 2. Mengetahui dan memahami prinsip kerja motor listrik AC 3. Mengetahui dan memahami jenis-jenis motor listrik AC

B. MATERI

1. Pendahuluan

Pada era industri modern saat ini, kebutuhan terhadap alat produksi yangtepat guna sangat diperlukan dapat meningkatkan efisiensi waktu dan biaya.Sebagian besar alat industri dan rumah tangga menggunakan tenaga listrik sebagaienergi penggerak utamanya. Penggunaan motor AC (Alternating Current) atau arus bolak-balik saat ini banyak digunakan diberbagai aplikasi. Salah satu penggunaan motor AC yang sering ditemui yaitu terdapat diperabotan rumah tangga berupa mesin cuci dan peralatan- peralatan yang serig dijumpai dalam rumah seperti kipas angin, AC, dan yang lainnya.

AC motor induksi adalah motor yang paling umum yang digunakan dalam sistem kontrol gerak industri, serta home appliances powered utama. Keuntungan utama AC induksi motor adalah sederhana dan kasar desain, murah, pemeliharaan rendah dan sambungan langsung kesumber listrik AC. Berbagai jenis motor induksi AC yang tersedia di pasar motor yang berbeda cocok untuk berbeda aplikasi. Meskipun motor induksi AC lebih mudah untuk desain dari motor DC, kecepatan dan torque kontrol dalam berbagai jenis motor induksi ACmemerlukan pemahamanyang lebih besar dari desain dan karakteristik motor tersebut.

MODUL 3

MOTOR LISTRIK ARUS BOLAK BALIK

(AC/Alternating Current)

(35)

29 |

Motor-Motor Listrik

Pada modul ini akan dibahas secara rinci hal-hal yang berkaitan dengan motor arus bolak balik(AC) yang meliputi pengertian motor listrik AC, prinsip kerja motor listrik AC dan jenis-jenis motor listrik AC

2. Pengertian Motor Bolak-Balik (AC)

Motor AC adalah sebuah motor listrik yang digerakkan oleh Alternating Current atau arus bolak balik (AC). Umumnya, motor AC terdiri dari dua komponen utama yaitu stator dan rotor. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya pada motor DC, stator adalah bagian yangdiam dan letaknya berada di luar. Stator mempunyai coil yang di aliri oleh arus listrik bolak balik dan nantinya akan menghasilkan medan magnet yang berputar. Bagian yang kedua yaitu rotor. Rotor adalah bagian yang berputar dan letaknya berada di dalam (di sebelah dalam stator). Rotor bisa bergerak karena adanya torsi yang bekerja pada poros dimana torsi tersebut dihasilkan oleh medan magnet yang berputar.

3. Prinsip Kerja Motor Sinkron

Adapun cara kerja motor sinkron yaitu bila kumparan stator atau armatur mendapatkan tegangan sumber bolak-balik (AC) 3 phasa, maka pada kumparan stator timbul fluks magnet putar. Fluks magnet putar ini setiap saat akan memotong kumparan stator, sehingga pada ujung-ujung kumparan stator timbul GGL armatur (Eam). Fluks putar yang dihasilkan oleh arus bolak-balik tidak seluruhnya tercakup oleh kumparan stator. Dengan perkataan lain, pada kumparan stator timbul fluks bocor dan dinyatakan dengan hambatan armatur (Ram) dan reaktansi armatur (Xam). Kumparan rotor terletak antara kutub-kutub magnit KU dan KS yang juga mempunyai fluks magnet. Kedua fluks magnet tersebut akan saling berinteraksi dan mengakibatkan rotor berputar dengan kecepatan putar rotor sinkron dengan kecepatan putar stator.

Pada motor DC, GGL armatur besarnya tergantung pada kecepatan putar rotor, sedangkan pada motor AC, GGL armatur besarnya tergantung pada faktor daya (PF) beban yang berupa kumparan stator.Untuk memperbesar kopel putar rotor (kecepatan

(36)

30

|

Motor-Motor Listrik

putar rotor), kutub-kutub magnet yang terletak pada bagian rotor dililiti kumparan dan kumparan tersebut dialiri arus listrik DC dan arus ini disebut penguat (Lf). Dari kumparan rotor yang ikut berputar dengan kumparan stator (kecepatan sinkron) akan timbul fluks putar rotor yang bersifat reaktif terhadap fluks putar stator. Ini disebut reaktans pemagnet (XM). Reaktans pemagnet bersama-sama dengan reaktans armatur (Xam) disebut reaktans motor sinkron (Xsm). Dengan demikian rangkaian listrik dari motor sinkron adalah seperti tertera pada gambar 15 berikut :

Gambar 15. Rangkaian Listrik Motor Sinkron Keterangan: - Ram = Hambatan armatur - Xsm = Reaktans sinkron - Eam = GGL armatur - IL = Arus jala-jala - Iam = Arus armatur

- Vt = Tegangan sumber bolak-balik - If = Arus penguat medan

- Rf = Kumparan penguat medan Dari gambar di atas berlaku persaman:

Vt = Iam.Xsm + Iam.Ram + Eam…(14)

Proses terjadinya perputaran rotor karena kumparan stator mendapat sumber arus AC 3 phasa, maka pada kumparan stator timbul fluks putar yang mempunyai kutub utara stator (Ns) dan

(37)

31 |

Motor-Motor Listrik

jarum jam dengan kedudukan kutub utara stator pada titik A dan kutub selatan stator pada titik B, sedangkan kedudukan kutub-kutub magnet rotor yaitu kutub-kutub utara magnet pada titik A dan kutub selatan magnet pada titik B (perhatikan gambar a), maka kedua kutub magnet tersebut akan tolak-menolak. Kedudukan kutub-kutub fluks putar pada setengah periode berikutnya (gambar b), kutub selatan fluks putar stator pada titik A sedangkan kutub utara fliks putar pada titik B. Hal ini berlawanan dengan kedudukan kutub-kutub magnet rotor, yaitu kutub utara rotor pada titik A sedangkan kutub selatan rotor pada titik B. Hal ini membuat magnet rotor akan tertarik oleh arah fluks putar stator karena saling berlawanan tanda.

(a) (b) (c)

Gambar 16. Proses Terjadinya Perputaran Motor

Pada setengah periode berikutnya (ganbar c), kutub utara stator pada titik A sedangkan kutub selatan stator pada titik B, demikian juga kutub utara rotor pada titik A dan kutub selatan rotor pada titik B. Sehingga pada periode berikutnya, rotor akan berputar sinkron dengan arah perputaran fluks stator.

4. Jenis-Jenis Motor AC

Berdasarkan karakteristik dari arus listrik yang mengalir, motor AC (Alternating Current, Arus Bolak-balik) terdiri dari 2 jenis, yaitu:

a. Motor Listrik Sinkron

Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini

(38)

32

|

Motor-Motor Listrik

memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.

Komponen utama motor sinkron adalah: 1) Rotor

Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.

2) Stator

Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.

a) Prinsip Kerja Motor AC Sinkron

Motor sinkron serupa dengan motor induksi pada mana keduanya mempunyai belitan stator yang menghasilkan medan putar. Tidak seperti motor induksi, motor sinkron dieksitasi oleh sebuah sumber tegangan dc di luar mesin dan karenanya membutuhkan slip ring dan sikat (brush) untuk memberikan arus kepada rotor. Pada motor sinkron, rotor terkunci dengan medan putar dan berputar dengan kecepatan sinkron. Jika motor sinkron dibebani ke titik dimana rotor ditarik keluar dari keserempakannya dengan medan putar, maka tidak ada torque yang dihasilkan, dan motor akan berhenti.

Motor sinkron bukanlah self-starting motor karena torque hanya akan muncul ketika motor bekerja pada kecepatan sinkron; karenanya motor memerlukan peralatan untuk membawanya kepada kecepatan sinkron. Motor sinkron menggunakan rotor belitan. Jenis ini mempunyai kumparan ditempatkan pada slot rotor. Slipring dan sikat digunakan mensuplai arus kepada rotor.

(39)

33 |

Motor-Motor Listrik

Prinsip Motor Sinkron secara umum :

- Belitan medan terdapat pada rotor - Belitan jangkar pada stator

- Pada motor sinkron, suplai listrik bolak-balik (AC ) membangkitkan fluksi medan putar stator (Bs) dan suplai listrik searah (DC) membangkitkan medan rotor (Bs). Rotor berputar karena terjadi interaksi tarik-menarik antara medan putar stator dan medan rotor. Namun dikarenakan tidak adanya torka-start pada rotor, maka motor sinkron membutuhkan prime-mover yang memutar rotor hingga kecepatan sinkron agar terjadi coupling antara medan putar stator (Bs) dan medan rotor (Br).

b) Penyalaan Motor Sinkron

Sebuah motor sinkron dapat dinyalakan oleh sebuah motor DC pada satu sumbu. Ketika motor mencapai kecepatan sinkron, arus AC diberikan kepada belitan stator. Motor dc saat ini berfungsi sebagai generator DC dan memberikan eksitasi medan DC kepada rotor. Beban sekarang boleh diberikan kepada motor sinkron. Motor sinkron seringkali dinyalakan dengan menggunakan belitan sangkar tupai (squirrel-cage) yang dipasang di hadapan kutub rotor. Motor kemudian dinyalakan seperti halnya motor induksi hingga mencapai –95% kecepatan sinkron, saat mana arus searah diberikan, dan motor mencapai sinkronisasi. Torque yang diperlukan untuk menarik motor hingga mencapai sinkronisasi disebut pull-in torque.

Seperti diketahui, rotor motor sinkron terkunci dengan medan putar dan harus terus beroperasi pada kecepatan sinkron untuk semua keadaan beban. Selama kondisi tanpa beban (no-load), garis tengah kutub medan putar dan kutub medan dc berada dalam satu garis (gambar dibawah bagian a). Seiring dengan pembebanan, ada pergeseran kutub rotor ke belakang, relative terhadap kutub stator (gambar bagian b). Tidak ada perubahan kecepatan. Sudut antara kutub rotor dan stator disebut sudut torque .

(40)

34

|

Motor-Motor Listrik

Gambar 17. sudut torque (torque angle)

Jika beban mekanis pada motor dinaikkan ke titik dimana rotor ditarik keluar dari sinkronisasi  = 90, maka motor akan berhenti. Harga maksimum torque sehingga motor tetap bekerja tanpa kehilangan sinkronisasi disebut pull-out torque.

b. Motor Listrik Induksi 1) Pengenalan Motor Induksi

Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (AC) yang paling luasdigunakan Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja berdasarkaninduksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor ini bukandiperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magneticfield) yang dihasilkan oleh arus stator.Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik diindustri maupun di rumah tangga. Motor induksi yang umum dipakai adalah motorinduksi fase dan motor induksi 1-fase. Motor induksi 3-fase dioperasikan padasistem tenaga 3-3-fase dan banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri dengan kapasitas yang besar. Motor induksi 1-fasa dioperasikan pada sistem tenaga1-fasa dan banyak digunakan terutama untuk peralatan rumah tangga seperti kipasangin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan sebagainya karena motor induksi 1-fase mempunyai daya

(41)

35 |

Motor-Motor Listrik

keluaran yang rendah. Bentuk gambaran motor induksi 3-fasa diperlihatkan pada gambar 15, dan contoh penerapan motor induksi ini di industry diperlihatkan pada gambar 18.

Gambar 18. Motor Industri

2) Konstruksi Motor Induksi

Motor induksi pada dasarnya mempunyai 3 bagian penting seperti yang diperlihatkan pada gambar 19 sebagai berikut. 1. Stator : Merupakan bagian yang diam dan mempunyai

kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya.

2. Celah : Merupakan celah udara: Tempat berpindahnya energi dari startor kerotor.

3. Rotor : Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet darikumparan stator yang diinduksikan kepada kumparan rotor.

(42)

36

|

Motor-Motor Listrik

Bentuk konstruksi rotor sangkar motor induksi secara lebih rinci diperlihatkan pada gambar 20.

Gambar 20. konstruksi rotor sangkar motor induksi

Konstruksi stator motor induksi pada dasarnya terdiri dari bahagian-bahagian sebagai berikut:

1. Rumah stator (rangka stator) dari besi tuang. 2. Inti stator dari besi lunak atau baja silikon.

3. Alur, bahannya sama dengan inti, dimana alur ini merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan stator).

4. Belitan (kumparan) stator dari tembaga.

Rangka stator motor induksi ini didisain dengan baik dengan empat tujuan yaitu:

1. Menutupi inti dan kumparannya.

2. Melindungi bagian-bagian mesin yang bergerak dari kontak langsung dengan manusia dan dari goresan yang disebabkan oleh gangguan objek atau gangguan udara terbuka (cuaca luar).

3. Menyalurkan torsi ke bagian peralatan pendukung mesin dan oleh karena itu stator didisain untuk tahan terhadap gaya putar dan goncangan.

4. Berguna sebagai sarana rumahan ventilasi udara sehingga pendinginan lebihefektif.

Berdasarkan bentuk konstruksi rotornya, maka motor induksi dapat dibagimenjadi dua jenis seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.3, yaitu.

1. Motor induksi dengan rotor sangkar (squirrel cage). 2. Motor induksi dengan rotor belitan (wound rotor)

(43)

37 |

Motor-Motor Listrik

Konstruksi rotor motor induksi terdiri dari bagian-bagian sebagai berikut:

1. Inti rotor, bahannya dari besi lunak atau baja silikon sama dengan inti stator.

2. Alur, bahannya dari besi lunak atau baja silikon sama dengan inti. Alurmerupakan tempat meletakkan belitan (kumparan) rotor.

3. Belitan rotor, bahannya dari tembaga. 4. Poros atau as.

Diantara stator dan rotor terdapat celah udara yang merupakan ruangan antara stator dan rotor. Pada celah udara ini lewat fluks induksi stator yang memotongkumparan rotor sehingga meyebabkan rotor berputar. Celah udara yang terdapatantara 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 pada mesin. Bentuk gambaran sederhana bentuk alur / slot pada motor induksi diperlihatkan pada gambar 20 dan gambaran sederhana penempatan stator dan rotor pada motor induksi diperlihatkan pada gambar 19.

3) Prinsip Kerja Motor Induksi

Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator kepada kumparan rotornya. Bila kumparan stator motor induksi 3-fasa yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan 3-fasa, maka kumparan stator akan menghasilkan medan magnet yang berputar. Garis-garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehinggat imbul emf (ggl) atau tegangan induksi. 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 yangberasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai

(44)

38

|

Motor-Motor Listrik

dengan arah pergerakan medan induksi stator. Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor padarotor, sehingga terinduksi arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan turut berputar mengikuti medan putar stator. Perbedaan putaran relatif antara stator danrotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan memperbesar kopel motor yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga slip antaramedan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi, bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun.Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang ditempatkan pada slotslotnyayang dililitkan pada sejumlah kutup tertentu. Jumlah kutup ini menentukan kecepatan berputarnya medan stator yang terjadi yang diinduksikan ke rotornya.

Makin besar jumlah kutup akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putarmedan stator dan sebaliknya. Kecepatan berputarnya medan putar ini disebut kecepatan sinkron. Besarnya kecepatan sinkron ini adalah sebagai berikut:

ωsink = 2πf (listrik, rad/dt) …(15) = 2πf / P (mekanik, rad/dt) atau:

Ns = 60. f / P (putaran/menit, rpm) …( 6) yang mana :

f = frekuensi sumber AC (Hz) P = jumlah pasang kutup

Ns dan ωsink = kecepatan putaran sinkron medan magnet stator

C. LATIHAN/TUGAS

1. Jelaskan apa yang anda pahami tentang motor AC! 2. Jelaskan prinsip kerja dari motor AC!

3. Jelaskan perbedaan antara motor sinkron dengan motor induksi!

4. Jelaskan prinsip kerja dari motor sinkron! 5. Jelaskan prinsip kerja dari motor induksi!

(45)

39 |

Motor-Motor Listrik

D. DAFTAR PUSTAKA

(46)

40

|

Motor-Motor Listrik

A. TUJUAN PEMBELAJARAN

1. Mengetahui dan memahami konsep dasar konversi energi 2. Mengetahui dan memahami konversi energi listrik menjadi

mekanik

3. Mengetahui dan memahami konversi energi mekanik menjadi listrik

B. MATERI

1. Pendahuluan

Dasar konversi energy listrik adalah ilmu yang mempelajari segala permasalahan yang berhubungan dengan proses terjadinya konversi energy listrik baik yang menyangkut sifat-sifat dan pemakaian piranti (alat) konversi yang azaz kerjanya berdasarkan aliran electron dalam benda padat atau aliran electron dalam konduktor. Konversi energi baik dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya dari mekanik menjadi listrik (generator) berlangsung melalui media medan magnet. Energi yang diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, sementara akan tersimpan pada media medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi bentuk energi lainnya. Dengan demikian medan magnet selain berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi juga sekaligus sebagai media untuk menggandeng proses perubahan energi. Energi yang diubah dari satu bentuk ke bentuk lain akan disimpan sementara pada media medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi bentuk lainnya dan secara matematika dinyatakan oleh persamaan diferensia

Pada modul ini akan dibahas secara rinci hal-hal yang berkaitan dengan konversi energy listrik yang meliputi konsep dasar konversi energi, konversi energi mekanik menjadi listrik dan konversi energi listrik menjadi mekanik

MODUL 4

(47)

41 |

Motor-Motor Listrik

2. Konversi Energi Listrik Menjadi Mekanik

Perpindahan Energi Listrik ke Mekanik sangatlah fital dalam Sistem konversi Energi. Karena hal ini diperlukan disetiap industri, baik home industri maupun industri manufaktur. Selain itu menjadi sandaran utama dalam kebutuhan hidup sehari-hari. Terutama setiap sistem yang memerlukan tenaga mekanis dengan sumber energi dasar Listrik (Robotik).

a. Konsep Dasar Emisi Elektron

Emisi elektron adalah suatu peristiwa terlepasnya satu atau lebih elektron dari ikatanya dalam suatu atom atau molekul. Energi minimal yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari orbitnya pada atom atau molekul tersebut didefenisikan sebagi energi ambang. Hal ini disebabkan karena logam mempunyai banyak elektron bebas. Daya tarik inti atom terhadap elektron terkeluar kurang kuat, sehingga elektron mudah terlepas jika diberi tenaga dari luar. Walaupun logam mempunyai banyak elektron bebas yang bergerak bebas tetapi masih cukup untuk menahan elektron pada permukaan logam, sehingga terjadi emisi elektron, maka diperlukan suatu energi untuk mengatasi daya tarik inti atom.Besarnya energi mengatasi daya tarik inti atom oleh sebuah elektron sehingga elektron bisa melompat keluar dari permukaan logam dapat di defenisikan sebagai fungsi kerja (eV, elektron volt).

Pada katoda dikenakan medan listrik yang cukup besar sehingga tarikan yang terjadi dari medan listrik pada elektron menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk lompat keluar dari permukaan katoda.

Gambar 21. Katoda dan Electric Field

Alat yang mengubah energi listrik menjadi mekanik disebut dengan MOTOR. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah

(48)

42

|

Motor-Motor Listrik

energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu.

Pada dasarnya ada 2 jenis motor berdasar sumber listrik yang diperlukan, yaitu Motor AC dan Motor DC.

1) Motor AC

Motor AC adalah motor yang menggunakan sumber tegangan AC. Umumnya digunakan pada torsi yang cukup besar (robot industri ). Magnet yang digunakan adalah elektromagnet

Gambar 22. Motor AC

2) Motor DC

Motor DC adalah motor yang menggunakan sumber tegangan DC. Umumnya digunakan pada torsi yang relatif kecil.Pada umumnya menggunakan magnet permanen. Beberapa motor arus searah (DC) pun memerlukan elektromagnet, contohnya pada motor traksi kereta api KRL Jabotabek, motornya arus searah (DC) 1500 Volt, medan penguatnya itu bukan magnet permanent, tapi elektromagnet. Motor DC pd KRL ini memiliki torsi yang cukup besar sehingga mampu menggerakkan KRL. b. Prinsip Kerja

Pada motor listrik tenaga listrik diubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnet. Sebagaimana kita ketahui bahwa : kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama, tarik-menarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita

(49)

43 |

Motor-Motor Listrik

menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap.

Prinsip dasar motor dan genartor itu sama saja, perubahan fluks medan magnet menimbulkan tegangan v = - d(fluks)/dt.

Prinsip dasar kerja motor listrik adalah F = il x B (F=gaya, l = panjang kawat, I = arus yang mengalir di kawat l, B = fluks medan magnet, x operator cross vektor). Pada motor AC 3-fasa superposisi medan magnet masing-masing fasa menyebabkan terjadi medan putar sebsar n = 120f/p (n = putaran rpm, f = frekwensi, p = jumlah pole), medan putar di stator inilah yang menggerakkan rotor, rotor berusaha mengejar stator, perbedaan putaran medan putar di stator dan putaran rotor ini dinamakan slip.

c. Prinsip Dasar

Pada motor AC 1-fasa (seperti kipas angin) tidak ada medan putar seperti pada motor 3-fasa. Untuk menimbulkan slip (menggerakkan rotor) pada keadaa t+ = 0 perlu torsi awal, fungsi kapasitor adalah untuk menimbulkan perbadaan fluks sebagai torsi awal memutar motor. Jadi, kapasitor itu perlunya hanya untuk meng-inisiasi putaran saja, selanjutnya kapasitor tidak berfungsi, sehingga kalau kapasitor kipas angin anda rusak, putar saja blade-nya nanti motornya akan mutar seperti biasa.

3.

Konversi Energi Mekanik Menjadi Listrik

Energi listrik adalah energi yang telah akrab dengan peradapan modern. Konversi Energi yang paling sering dilakukan dalamm kehidupan sehari-hari adalah konversi energi dari mekanik ke listrik. Untuk itu membahas konversi energi mekanik ke listrik, adalah bahasan utama dalam teknik konversi energi.Pada umumnya konversi energi mekanik ke listrik diperlukan untuk pembangkit sumber energi.Alat yang dapat meng-konversi dari Mekanik ke Elektrik adalah generator.

Generator adalah mesin pembangkit listrik (konversi dari energi mekanik ke listrik). Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak

(50)

44

|

Motor-Motor Listrik

melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrikyang sudah ada di dalam kabel lilitannya.Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melalui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain. Sebelum hubungan antara magnet dan listrik ditemukan, generator menggunakan prinsip elektrostatik.Elektrostatik adalah cabang fisika yang berhadapan dengan gaya yang dikeluarkan oleh medanlistrik statik (yaitu, tidakberubah) kepada sebuah objekbermuatan.

a. Generator Elektrostatik 1) Mesin Wimshurst

Mesin wimshurst adalah generator elektrostatik yg menggunakan induksi elektrostatik atau "influence“ (emisi sekunder) .

2) Generator van de graaff

Generator elektrostatik van de graaff menggunakan satu dari dua mekanisme :

1. penyaluran muatan dari elektroda voltase-tinggi

2. muatan yang dibuat oleh efek triboelectric menggunakan pemisahan dua insulator

b. Generator Elektromagnetik 1) Dinamo Faraday

Dinamo Faraday adalah generator listrik pertama yang mampu mengantarkan tenaga untuk industri, dan masih merupakan generator terpenting yang digunakan pada abad 21. Dinamo ini menggunakan prinsip elektromagnetis-me untuk mengubah putaran mekanik menjadi listrik arus bolak-balik. Pertama kali dibuat pada 1832 oleh Hippolyte Pixii, seorang pembuat alat Prancis.Alat ini menggunakan magnet permanen yang diputar oleh sebuah "crank".

Pixii menemukan bahwa magnet yang berputar memproduksi sebuah pulsa arus di kawat setiap kali sebuah

(51)

45 |

Motor-Motor Listrik

kutub melewati "coil". Lebih jauh lagi, kutub utara dan selatan magnet menginduksi arus di arah yang berlawanan.Dengan menambah sebuah komutator, Pixii dapat mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Magnet yang berputar diletakaan sedemikian rupa sehingga kutub utara dan selatannya melewati sebongkah besi yang dibungkus dengan kawat.

2) Dinamo Gramme

Dinamo Gramme adalah penyempurnaan dari Dinamo sebelumnya, karena kedua desain sebelum-nya mempunyai masalah yang sama : mereka me-nginduksi "spike" arus diikuti tanpa arus sama seka-li.

Antonio Pacinotti, seorang ilmuwan Italia, mem-perbaikinya dengan mengganti "coil" berputar dengan yang "toroidal", yang dia ciptakan dengan mebungkus cincin besi. Dengan demikian sebagian dari "coil" terus melewati magnet, dan membuat arus menjadi lancar.

Zénobe Gramme menciptakan kembali desain ini beberapa tahun kemudian ketika mendesain pembangkit listrik komersial untuk pertama kalinya, di Paris pada 1870-an. Desainnya sekarang dikenal dengan nama dinamo Gramme. Beberapa versi dan peningkatan lain telah dibuat, tetapi konsep dasar dari memutar loop kawat yang tak pernah habis tetap berada di hati semua dinamo modern. c. Prinsip Dasar

Pada umumnya generator-generator kecil untuk mendapatkan tegangan yang memenuhi cukup dengan magnet permanent. Walaupun magnetnya permanent tapi fluks di rotor berubah-ubah karena putaran. Generator besar pada umumnya menggunakan elektromagnetik, tapi juga ada yang pakai magnet permanent di sisi exciter generatornya, hanya saja tegangannya disini memang cukup kecil < 100 Volt. Satu hal lagi yang harus dicatat sifat kemagnetan magnet permanent dipengaruhi oleh temperatur, kalau temperaturnya tinggi kuat medan magnetnya akan berkurang.

(52)

46