BAB I DASAR TEORI
MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR SANGKAR
1.1 Motor Induksi Tiga Fase
Motor induksi tiga fasa merupakan motor listrik arus bolak-balik yang paling banyak digunakan dalam dunia industri. Dinamakan motor induksi karena pada kenyataannya arus rotor motor ini bukan diperoleh dari suatu sumber listrik, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar. Dalam kenyataannya, motor induksi dapat diperlakukan sebagai sebuah transformator, yaitu dengan kumparan stator sebagai kumparan primer yang diam, sedangkan kumparan rotor sebagai kumparan sekunder yang berputar.
Motor induksi tiga fasa berputar pada kecepatan yang pada dasarnya adalah konstan, mulai dari tidak berbeban sampai mencapai keadaan beban penuh. Kecepatan putaran motor ini dipengaruhi oleh frekuensi, dengan demikian pengaturan kecepatan tidak dapat dengan mudah dilakukan terhadap motor ini. Walaupun demikian, motor induksi tiga fasa memiliki beberapa keuntungan, yaitu sederhana, konstruksinya kokoh, harganya relatif murah, mudah dalam melakukan perawatan, dan dapat diproduksi dengan karakteristik yang sesuai dengan kebutuhan industri.Rangkaian dari motor induksi adalah sebagai berikut :
Gambar 1.1 Rangkaian Ekivalen Motor AC Keuntungan motor tiga fasa :
Konstruksi sangat kuat dan sederhana terutama bila motor dengan rotor sangkar.
Effesiensi relatif tinggi pada keadaan normal, tidak ada sikat sehingga rugi gesekan kecil.
Biaya pemeliharaan rendah karena pemeliharaan motor hampir tidak diperlukan.
Kerugian penggunaan motor tiga fasa : Kecepatan tidak mudah dikontrol Power faktor rendah pada beban ringan
Arus start biasanya 5 sampai 7 kali dari arus nominal Prinsip kerja motor induksi adalah sebagai berikut :
Gambar 1.2 Gaya Lorentz
Arus listrik (i) yang dialirkan di dalam suatu medan magnet dengan kerapatan Fluks (B) akan menghasilkan suatu gaya sebesar:
Nilai F Dipengaruhi Banyaknya Lilitan (N), sehingga
Gambar 1.3 Gaya Lorenz yang Dipengaruhi Banyaknya Lilitan F = Gaya
B = Kerapatan fluks I = Arus
Sedangkan prinsip kerja motor tiga fasa adalah apabila sumber tegangan tiga phasa dipasang pada kumparan stator, maka pada kumparan stator akan timbul medan putar dengan kecepatan P f ns 120 ns = kecepatan sinkron f = frekuensi sumber p = jumlah kutub
Gambar 1.4 Medan Putar Motor AC Tiga Fasa
Medan putar stator akan memotong konduktor yang terdapat pada sisi rotor, akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi (ggl) sebesar :
. . . 44 , 4 f N E E = tegangan induksi ggl f = frekkuensi N = banyak lilitan Q = fluks
Karena kumparan rotor merupakan kumparan rangkaian tertutup, maka tegangan induksi akan menghasilkan arus (I). Adanya arus dalam medan magnet akan menimbulkan gaya (F) pada rotor. Bila torsi awal yang dihasilkan oleh gaya F pada rotor cukup besar untuk memikul torsi beban, maka rotor akan berputar searah dengan arah medan putar stator. Untuk membangkitkan tegangan induksi E agar tetap ada, maka diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan putar rotor (nr). Perbedaan antara kecepatan nr dengan ns disebut dengan slip (S) yang dinyatakan dengan persamaan:
% 100 s r s n n n S S = slip
ns = kecepatan medan putar stator
Jika ns = nr tegangan akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada rotor, dengan demikian tidak ada torsi yang dapat dihasilkan. Torsi suatu motor akan timbul apabila ns > nr. Dilihat dari cara kerjanya motor tiga phasa disebut juga dengan motor tak serempak atau asinkron.
1.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa
Sebuah motor induksi tiga fasa memiliki konstruksi yang hampir sama dengan motor listrik jenis lainnya. Motor ini memiliki dua bagian utama, yaitu
Stator yang merupakan bagian yang diam, dan rotor sebagai bagian yang berputar sebagaimana diperlihatkan pada gambar dibawah. Antara bagian stator dan rotor dipisahkan oleh celah udara yang sempit, dengan jarak berkisar dari 0,4 mm sampai 4 mm.
Gambar 1.5 Stator dan Rotor
1.3 Stator
Stator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk silindris. Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas (Gambar b). Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lempengan besi (Gambar a). Tiap lempengan besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan fasa dimana untuk motor tiga fasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120o. Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris (Gambar c). Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang telah disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga fasa.
Gambar 1.6 Stator Motor AC (a) Lempengan Inti, (B) Tumpukan Inti dengan Kertas Isolasi Pada Beberapa Alurnya, (C) Tumpukan Inti dan Kumparan dalam Cangkang Stator.
Gambar 1.7 Rangkaian Ekivalen Stator Motor AC Tiga Fasa
1.4 Rotor
Rotor motor induksi tidak berputar pada kecepatan sinkron, tetapi agak ketinggalan. Misalnya motor induksi yang mempunyai kecepatan sinkron 1800 rpm akan sering mempunyai kecepatan kerja 1750 rpm pada horse power kerja. Inilah kecepatan beban penuh yang akan dijumpai pada plat nama motor. Ketinggalan tersebut biasanya dinyatakan sebagai persentase kecepatan sinkron yang disebut slip.
Kecepatan rotor motor induksi tergantung pada kecepatan sinkron dan beban yang harus digerakkan. Rotor tidak menarik pada kecepatan sinkron tetapi cenderung untuk slip di belakang. Jika rotor diputar pada kecepatan yang sama dengan medan putar, tidak ada gerakan relatif antara rotor dan medan, dan tidak ada tegangan yang diinduksikan. Karena motor slip sehubungan dengan medan magnet berputar dari stator, maka tegangan dan arus diinduksikan pada rotor.
Berdasarkan jenis rotornya, motor induksi tiga fasa dapat dibedakan menjadi dua jenis, yang juga akan menjadi penamaan untuk motor tersebut, yaitu rotor belitan (wound rotor) dan rotor sangkar tupai (squirrel cage rotor).
Jenis rotor belitan terdiri dari satu set lengkap belitan tiga fasa yang merupakan bayangan dari belitan pada statornya. Belitan tiga fasa pada rotor belitan biasanya terhubung Y, dan masing-masing ujung dari tiga kawat belitan fasa rotor tersebut dihubungkan pada slip ring yang terdapat pada poros rotor (gambar a). Belitan-belitan rotor ini kemudian dihubung singkatkan melalui sikat (brush) yang menempel pada slip ring, dengan menggunakan sebuah perpanjangan kawat untuk tahanan luar.
Gambar 1.8 Rangkaian Single Line dan Ekivalen Rotor Motor AC Tiga Fasa
Dari gambar di atas. dapat dilihat bahwa semata-mata keberadaan slip ring dan sikat hanyalah sebagai penghubung belitan rotor ke tahanan luar (exsternal resistance). Keberadaan tahanan luar disini berfungsi pada saat pengasutan yang berguna untuk membatasi arus mula yang besar. Tahanan luar ini kemudian secara perlahan dikurangi sampai resistansinya nol sebagaimana kecepatan motor bertambah mencapai kecepatan nominalnya. Ketika motor telah mencapai kecepatan nominalnya, maka tiga buah sikat akan terhubung singkat tanpa tahanan luar sehingga rotor belitan akan bekerja seperti halnya rotor sangkar tupai.
Rotor sangkar mempunyai kumparan yang terdiri atas beberapa batang konduktor yang disusun sedemikian rupa hingga menyerupai sangkar tupai. Rotor terdiri dari tumpukan lempengan besi tipis yang dilaminasi dan batang konduktor yang mengitarinya (perhatikan gambar a). Tumpukan besi yang dilaminasi disatukan untuk membentuk inti rotor. Alumunium (sebagai batang konduktor) dimasukan ke dalam slot dari inti rotor untuk membentuk serangkaian konduktor yang mengelilingi inti rotor. Rotor yang terdiri dari sederetan batang-batang konduktor yang terletak pada alur-alur sekitar permukaan rotor, ujung-ujungnya dihubung singkat dengan
menggunakan cincin hubung singkat (shorting ring) atau disebut juga dengan end ring.
Gambar 1.9 Rotor Tipe Sangkar Tupai (a) Rotor Sangkar Tupai dan Bagiannya (b) Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai
Karakteristik motor rotor sangkar adalah sebagai berikut:
Rotor terdiri dari penghantar tembaga yang dipasangkan pada inti yang solid dengan ujung-ujung dihubung singkat mirip dengan sangkar tupai.
Kecepatan konstan.
Arus start yang besar yang diperlukan oleh motor menyebabkan tegangan berfluktuasi.
Arah putaran dapat dibalik dengan menukarkan dua dari tiga line daya utama pada motor.
Faktor daya cenderung buruk untuk beban yang dikurangi.
Apabila tegangan diberikan pada lilitan stator, dihasilkan medan-magnet putar yang menginduksikan tegangan pada rotor. Tegangan tersebut pada gilirannya menimbulkan arus yang besar mengalir pada rotor. Arus tersebut menimbulkan medan magnet. Medan rotor dan medan stator cenderung saling menarik satu sama lain. Situasi tersebut membangkitkan torsi, yang memutar rotor dengan arah yang sama dengan putaran medan magnet yang dihasilkan oleh stator.
Pada saat start, motor akan terus berjalan dengan rugi fase sebagai motor satu-fase. Arus yang ditarik dari dua lin sisa hampir dua kali, dan motor akan mengalami panas lebih.
Motor rotor sangkar biasanya dipilih dari jenis-jenis yang lain kesederhanaan, kekuatan, dan keandalan. Karena keistimewaan yang unik tersebut, motor sangkar-tupai diterima sebagai standar aplikasi motor ac untuk semua keperluan kecepatan-konstan.
