PPG PRAJABATAN
MOTOR INDUKSI 3 FASA
FIRDAUS N
TEKNIK ELEKRO
MOTOR AC 3 FASA
Motor induksi merupakan motor ac yang paling banyak digunakan.
Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa 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 arus stator.
Motor ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana, handal, serta berbiaya
murah. Di samping itu motor ini juga memiliki effisiensi yang tinggi saat berbeban
penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang banyak. Akan tetapi jika, motor
induksi masih memiliki kelemahan dalam hal pengaturan kecepatan. Dimana pada
motor induksi pengaturan kecepatan sangat sukar untuk dilakukan.
Kontruksi Motor Induksi
Motor induksi terdiri dari tiga bagian penusun utama yaitu stator,rotor dan
celah udara.Pada inti stator terbuat dari lapisan –lapisan baja beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau plat baja yang
dipabrikasi.Belitan-belitan nya sma seperti generator sinkron ,diletakkan dalam
alur 1200 yang tersambung wye maupun delta.
Pada bagian rotor motor induksi rotor sangkar ,kontruksi inti berlapis
dengan konduktor dipasangkan paralel atau kira-kira pararel dengan poros dan
rotor secara alami akan mengalir melalui tahanan yang paling kecil yaitu
konduktor rotor.pada setiap ujung rotor ,konduktor rotor semuanya
dihubungsingkatkan dengan cincin ujung .Konduktor rotor dan cincin ujung
serupa dengan sangkar tupi sehingga dinamakan demikian,
Batang rotor dan cincin ujung rotor motor induksi rotor sangkar yang lebih
kecil adalah coran tembaga dan alumunium dalam satu lempeng pada inti
rotor.Dalam motor yang lebih besar ,batang rotortidak dicor melainkan dibenamkan
ke dalam alur rotor dan kemudian dilas dengan kuat ke cincin ujung.batang rotor
tidak selalu ditempatkan paralel terhadap poros motor tetapi kerap kali dimiringkan
.Hal ini menghasilkan torsi yang lebih seragam dan juga mengurangi derau dengung
magnetik sewaktu motor berjalan.
Motor rotor belitan berbeda dengan sangkar tupai dalam hal kontruksi
rotornya.Seperti namanya ,rotor dililit dengan lilitan terisolasi serupa lilitan
stator.Lilitan fasa rotor dihubungkan secara wye dan masing-masing fasa ujung
terbuka dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor .lilitan rotor
tidak dihubungkan ke pencatu .Cincin slip dan sikat semat-mata merupakan
penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkain rotor.
1. MEDAN PUTAR
Ketika kita menghubungkan sumber tiga fasa ke terminal tiga fasa motor
induksi, maka arus bolak-balik sinusoidal IR, IS, IT akan mengalir pada belitan
stator. Arus-arus tersebut akan menimbulkan ggm (gaya gerak magnet) yang
mana, pada kumparan, akan menimbulkan fluks magnetik yang berputar sehingga
tidak diam pada posisi tertentu, tetapi meneruskan pergeseran posisinya disekitar
stator.
Untuk melihat bagaimana medan putar dibangkitkan, maka dapat diambil
contoh pada motor induksi tiga fasa dengan jumlah kutub dua. Fluks yang
dihasilkan oleh arus-arus bolak-balik pada belitan stator adalah :
ΦR = Φm sin ωt ………(2.1a)
ΦS = Φm sin (ωt – 120o ) ……….(2.1b)
ΦT = Φm sin (ωt – 240o ) ………. (2.1c)
Gambar 2.1. Medan Putar Pada Motor Induksi Tiga Fasa
(a). Pada keadaan 1 , ωt = 0 ; arus dalam fasa R bernilai nol sedangkan besarnya
arus pada fasa S dan fasa T memiliki nilai yang sama dan arahnya
R S m m
3
3
mengalir ke luar dari konduktor sebelah atas dan memasuki konduktor sebelah
bawah. Sementara resultan fluks yang dihasilkan memiliki besar yang
konstan yaitu sebesar 1,5 Φm dan dibuktikan sebagai berikut :
Φ = 0 ; Φ = Φ sin ( -120o ) = 3 Φ ;
pada R dan fasa T bernilai 0,5 maksimum pada fasa R dan fasa T, dan pada
saat ini ωt = 30o, oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing-masing fasa :
ΦR = Φm sin ( -120o ) = 0,5 Φm
ΦS = Φm sin ( -90o ) = - Φm
S m m
3
3
Maka jumlah fasor ΦR dan ΦT adalah = Φr’ = 2 x 0,5 Φm cos 60 = 0,5 Φm.
Sehingga resultan fluks Φr = -ΦS + Φr’ = 0,5 Φm + Φm = 1,5 Φm.
Dari gambar diagram fasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks
berpindah sejauh 30o dari posisi pertama.
(c). Pada keadaan ini ωt = 60o, arus pada fasa R dan fasa T memiliki besar yang
sama dan arahnya berlawanan ( 0,866 Φm ), oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing – masing fasa :
ΦR = Φm sin ( 60o ) = Φm
2
Φ = Φ sin ( -60o ) = 3 Φ
2
ΦT = Φm sin ( -180o ) = 0
Maka magnitud dari fluks resultan : Φr = 2 x Φm cos 30o = 1,5 Φm
Dari gambar diagram fasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks
berpindah sejauh 60o dari posisi pertama.
(d). Pada keadaan ini ωt = 90o, arus pada fasa R maksimum ( positif), dan arus
pada fasa S dan fasa T = 0,5 Φm , oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing – masing fasa
ΦR = Φm sin ( 90o ) = Φm
ΦS = Φm sin ( -30o ) = - 0,5 Φm
ΦT = Φm sin (-150o) = - 0,5 Φm
Maka jumlah fasor - ΦT dan – ΦS adalah = Φr’ = 2 x 0,5 Φm cos 60 = 0,5
Φm. Sehingga resultan fluks Φr = Φr’ + ΦT = 0,5 Φm + Φm = 1,5 Φm.
Dari gambar diagram fasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks
2. PENGASUTAN MOTOR INDUKSI
Masalah pengasutan motor induksi yang umum menjadi perhatian adalah pada
motor-motor induksi tiga phasa yang memiliki kapasitas yang besar. Pada waktu mengasut
(start) motor induksi kapasitas besar, besar arusnya cenderung melonjak dengan tinggi
sekali, walaupun memakan waktu yangcukup singkat namun kejadian tersebut akan
menimbulkan guncangan-guncangan tegangan pada jaringan listrik.
Guncangan-guncangan tersebut sangat mengganggu stabilitas jaringan listrik secara keseluruhan, atau
dapat pula menyebabkan pemutusan daya (trip) sehingga menimbulkan kerugian.
Untuk itulah dipikirkan cara-cara untuk melakukan pengasutan motor induksi
secara aman, adapun macam-macam pengasutan yang umum adalah :
a) Langsung ( DOL)
b) Dengan saklar bintang – segitiga ( Start-Delta) c) Dengan soft starter
d) Dengan auto trafo
e) Dengan Inverter
a). Pengasutan Langsung
Pengasutan langsung ini biasanya dilakukan untuk motor induksi dengan
kapasitas kecil, ataupun dengan pertimbangan besar arus asut yang tinggi dan kejutan
Gambar. Pengasutan dengan direct on line (DOL)
b). Pengasutan denagn saklar bintang-segitiga
Metode pengasutan ini adalah yang paling umum diterapkan untuk motor-motor
induksi tiga phasa yang berkapasitas besar. Pada metode pengasutan ini bertujuan untuk
menghindari adanya kejutan arus asut yang besar.
Pengasutan menggunakan saklar manual bintang segitiga sebuah motor induksi
tiga fasa dihubungkan langsung dengan sumber tegangan tiga fasa menggunakan saklar
bintang segitiga. Pada saat start saklar pada posisi bintang dan pada saat motor telah
Gambar. Pengasutan dengan saklar bintang-segitiga (Start-Delta)
c).Soft Starter
Soft starter dipergunakan untuk mengatur/ memperhalus start dari elektrik motor.
Prisip kerjanya adalah dengan mengatur tegangan yang masuk ke motor. Pertama-tama
motor hanya diberikan tegangan yang rendah sehingga arus dan torsipun juga rendah. Pada
level ini motor hanya sekedar bergerak perlahan dan tidak menimbulkan kejutan.
Selanjutnya tegangan akan dinaikan secara bertahap sampai ke nominal tegangannya
dan motor akan berputar dengan dengan kondisi RPM yang nominal.
Komponen utama softstarter adalah thyristor dan rangkaian yang mengatur
trigger thyristor. Seperti diketahui, output thyristor dapat di atur via pin gate nya.
Rangkaian tersebut akan mengontrol level tegangan yang akan dikeluarkan oleh
Selain untuk starting motor, Softstarter juga dilengkapi fitur soft stop. Jadi saat
stop, tegangan juga dikurangi secara perlahan atau tidak dilepaskan begitu saja seperti
pada starter yang menggunakan contactor
Gambar. Pengasutan dengan soft starter
d). Pengasutan dengan oto transformer
Berikut ini diagram daya dari pengasutan / starter 3 phasa dengan
menggunakan auto trafo :
Pada diagram daya terdapat tiga buah kontaktor K1, K2, dan K3. K1 dan K2
operasi dalam proses pengasutan motor 3 phasa menggunakan auto trafo. Sedangkan K3
operasi pada tegangan kerja motor 3 phasa sesuai dengan name platenya. Jadi yang
harus operasi pertama dari proses pengasutan motor ini adalah K1 dan K2. K1
merupakan supply tegangan dari auto trafo, sedangkan K2 merupakan hubungan belitan
bintang dari auto trafo tersebut. Jika hanya K1 saja yang bekerja tanpa operasi K2 maka
auto trafo tersebut tidak bisa menghasilkan output tegangan karena loop trafo terbuka.
Ketika K1 dan K2 sudah bekerja, maka supply tegangan ke motor 3 phasa bisa
diatur dengan merubah posisi tap trafo secara bertahap. Proses ini sama dengan
menaikan tegangan supply motor tiga phasa secara bertahap sehingga arus asut motor
tiga phasa bisa di redam / tidak terlalu tinggi. Proses perpindahan dari tap auto ini biasanya
dilakukan secara manual oleh operator motor walaupun tidak menutup kemungkinan jika
dirancang otomatis mengenai perpindahan tap auto trafo tersebut.
Auto trafo biasanya memiliki 3 posisi tap untuk setiap phasanya misalkan 80%,
65% dan 50% sehingga karateristik untuk pengasutan motor tiga phasa bisa dilakukan
dengan menyesuaikan dengan kondisi beban. Jika tegangan output auto trafo yang
merupakan supply motor sudah bisa membuat putaran motor kisaran 80% sampai 90%
maka boleh dilakukan manufer perpindahan supply tegangan menjadi tegangan kerja
motor dengan cara membuka kontak dari kontaktor K2. Membukanya kontak dari
kontaktor K2 merupakan syarat bisa di operasikannya kontaktor K3 sebagai supply
tegangan motor sesuai dengan kerjanya. Dan kerja Kontaktor K3 harus otomatis
membuat kontak dari kontaktor K1 menjadi terbuka, sehingga supply tegangan motor
e).Inverter
Inverter atau sering disebut juga VSD (Variable Speed Drive) terdiri dari dua
bagian utama yaitu penyarah tegangan AC (50 Hz atau 60 Hz ) ke DC dan bagian kedua
adalah membalikan dari DC ke tegangan AC dengan frequensi yang diinginkan. VSD
memanfaatkan sifat motor sesuai dengan rumus sebagai berikut
RPM = ………..… ( Persamaan .1) Dimana : RPM = Kecepatan putaran motor
f = frekuensi
p = jumlah kutub motor
Dengan demikian jika frekuensi motor ditingkatkan maka akan meningkatkan
kecepatan motor, sebaliknya dengan memperkecil frekuensi akan memperlambat
kecepatan motor.
Prinsip kerja inverter yang sederhana adalah :
Tegangan yang masuk dari jala-jala 50 Hz di alirkan ke board rectifier /
penyearah DC, dan di tamping di capasitor bank. Jadi dari AC di jadikan DC.
Tegangan DC kemudian di alirkan ke board inverter untuk dijadikan AC kembali
dengan frekuensi sesuai kebutuhan. Jadi dari DC ke AC komponen utamanya adalah
semiconductor aktif seperti IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor ). Dengan
menggunakan frekuensi carrier ( bisa sampai 20 kHz ), tegangan DC di cacah dan
dimodulasi sehingga keluar tegangan dan frekuensi yang diinginkan.
3. Pengendalian Kecepatan Motor Induksi
Diketahui bahwa dalam pengaturan kecepatan pada motor induksi tiga fasa ini dapat
dilakukan dengan beberapa cara, seperti dengan mengubah jumlah kutub, mengatur tahanan luar,
mengatur tegangan jala-jala, dan mengatur frekuensi jala-jala.
Berikut merupakan penjelasan dari cara untuk mengatur kecepatan pada tiga fasa secara
ringkas dan jelas ;
1. Mengubah Jumlah Kutub
Karena operasi motor induksi mendekati kecepatan sinkron, maka kecepatan motor dapat diubah
Ns = 120f/P
Hal tersebut dapat dilakukan dengan mengubah hubungan lilitan dai kumparan stator
motor. Normalnya diperoleh dua perubahan kecepatan sinkron dengan mengubah jumlah kutub,
misalnya dari dua kutub menjadi empat kutub. Dengan cara ini perubahan kecepatan yang
dihasilkan hanya dalam “discrete steps”.
2. Pengaturan Tahanan Rotor
Dalam pengaturan kecepatan putaran dengan cara pengaturan tahanan luar hanya bisa
dilakukan pada motor induksi rotor belitan, dengan cara menghubungkan tahanan luar ke dalam
rangkaian rotor melalui slipring. Diketahui bahwa dalam pengaturan tahanan secara manual
terkadang kurang sempurna untuk beberapa jenis penggunaan, seperti sistem kontrol umpan balik.
Kontrol dengan memanfaatkan komponen elektronik pada tahanan luar akan lebih memperhalus
operasi pengaturan.
3. Pengaturan Tegangan
Untuk melakukan suatu pengaturan kecepatan dengan daerah pengaturan yang sempit pada
motor induksi rotor sangkar dapat dilakukan dengan menurunkan (mengatur) besarnya suatu
menyebabkan naiknya slip sehingga efisiensi menurun dengan menurunnya kecepatan, dan
pemanasan berlebihan pada motor bisa menimbulkan masalah.
4. Pengaturan Frekuensi
Dalam pengaturan putaran motor induksi dapat dilakukan dengan mengatur nilai frekuensi
jala-jala. Aplikasi metode pengaturan kecepatan ini memerlukan sebuah pengubah frekuensi.
Diketahui bahwa dalam menghindari saturasi yang tinggi dalam magnetik, tegangan terminal ke
