mesin arus bolak-balik

Mesin-Mesin Elektrik III Minggu ke - 1

Pertemuan

Ke – 1 Klasifikasi Mesin AC

Konstruksi Mesin AC

Stator & Rotor

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Sujono ST, MT.

MESIN LISTRIK III 1


Motor Arus Bolak-Balik (Motor AC)

Motor arus bolak-balik (motor AC) ialah suatu mesin yang berfungsi

mengubah tenaga listrik arus bolak-balik (listrik AC) menjadi tenaga gerak atau

tenaga mekanik berupa putaran daripada rotor. Motor listrik arus bolak-balik

dapat dibedakan atas beberapa jenis. Pembagian motor listrik disini didasarkan

pada bermacam-macam tinjauan.

A. Hubungan putaran motor dengan frekuensi

Bila ditinjau dari hubungan antara putaran dan frekuensi/putaran fluks

magnet pada stator, maka motor AC dapat dibedakan atas :

1. Motor Sinkron (motor serempak)

Disebut motor sinkron, karena putaran motor sama dengan putaran fluk

magnet pada stator, sesuai dengan persamaan :

Dimana :

n = jumlah putaran tiap menit (r.p.m)

F = frekuensi

P = jumlah kutub

Pada motor sinkron, motor tidak dapat berputar dengan sendirinya

walaupun pada lilitan statornya telah dihubungkan dengan sumber

tegangan. Agar motor sinkron dapat berputar, diperlukan penggerak

permulaan. Sebagai penggerak permulaan biasanya dikerjakan oleh

mesin lain.

2. Motor Asinkron (motor tak serempak)

Disebut motor asinkron, karena putaran motor tidak sama dengan putaran

fluk magnit stator, atau dengan kata lain bahwa antara rotor dengan fluks

magnit stator terdapat selisih perputaran yang disebut slip. Jadi pada

motor asinkron jumlah putaran motor dapat ditulis dengan persamaan :


MESIN LISTRIK III 2


B. Cara penerimaan tegangan dan arus

Ditinjau dari segi cara rotor menerima tegangan atau arus listrik, motor AC

dikelompokkan menjadi 2 jenis, yaitu :

1. Motor AC yang rotornya menerima tegangan secara langsung

Motor jenis ini biasanya dijumpai pada motor universal, motor DC. Pada

motor jenis ini, tegangan listrik diberikan secara langsung dari sumber

tegangan melalui suatu sambungan listrik secara langsung (bukan

berdasarkan prinsip induksi)

2. Motor Induksi

Disebut motor induksi, karena dalam hal penerimaan tegangan dan arus

listrik pada rotor dilakukan dengan prinsip induksi listrik. Sehingga tidak

ada sambungan langsung antara bagian rotor dengan sumber tegangan

listrik.

C. Jumlah phasa tegangan sumber

Ditinjau dari jumlah phase tegangan sumber yang digunakan untuk

mensuplai motor, maka motor listrik AC dapat dikelompokkan menjadi 2 jenis,

yaitu :

1. Motor 1 phasa

Dinamakan motor 1 phasa, karena untuk menghasilkan tenaga mekanik,

pada motor tersebut dimasukkan tegangan 1 phasa. Di dalam hal praktek

kita sering menjumpai motor 1 phasa dengan lilitan 2 phasa. Dikatakan

demikian karena dalam motor 1 phasa, lilitan stator-nya terdiri dari 2 jenis

lilitan, yaitu lilitan pokok dan lilitan bantu. Kedua jenis lilitan tersebut

dibuat sedemikian rupa sehingga walaupun arus yang mengalir pada

motor adalah arus/tegangan 1 phasa, tetap akan mengakibatkan arus

yang mengalir pada masing-masing lilitan mempunyai perbedaan lhasa.

Atau dengan kata lain, bahwa arus yang mengalir pada lilitan pokok dan

lilitan bantu tidak sephasa. Motor 1 phase yang seperti ini disebut motor

phase belah.


MESIN LISTRIK III 3


2. Motor 3 phasa

Disebut motor 3 phasa, karena untuk menghasilkan tenaga mekanik

tegangan yang dimasukkan ke motor adalah tegangan 3 phasa. Ditinjau

dari jenis rotor yang digunakan, motor jenis ini dikelompokkan dalam 3

jenis, yaitu :

1. Motor dengan rotor lilit

2. Motor dengan rotor sangkar tupai

3. Motor kolektor

Sebagai alat penggerak, motor-motor listrik lebih unggul daripada alat-alat

penggerak jenis lain, karena motor-motor listrik dapat dikonstruksi sesuai dengan

kebutuhan-kebutuhan dan karakteristik-karakteristik penggerakan, antara lain :

1. Bisa dibuat dalam berbagai ukuran tenaga

2. Mempunyai batas-batas kecepatan (speed range) yang luas

3. Pelayanan operasi mudah, dan pemeliharaannya sederhana

4. Bisa dikendslikan secara manual, atau secara otomatis dan

bahkan kalau diinginkan bisa dilayani dari jarak jauh (remote

control). Pemakaian motor listrik sebagai alat penggerak

memungkinkan dilakukan secara otomatis, sehingga dapat

menekan biaya tenaga kerja.

Setiap motor listrik, sudah mempunyai klasifikasi tertentu, sesuai dengan

maksud penggunaannya sebagai alat penggerak sesuai dengan kebutuhannya.

Klasifikasi tiap motor dapat diketahui dari data yang tertera pada name plate

yang terpasang pada motor tersebut.


MESIN LISTRIK III 4


Prinsip Motor Induksi

A. Fluks Magnit Stator pada motor 3 phasa

Pada motor 3 phasa, lilitan stator tidak berbeda dengan lilitan stator pada

generator arus bolak-balik 3 phasa. Karena pada lilitan stator dimasukkan arus

listrik bolak-balik, maka di sekitar stator juga terjadi fluks magnit yang berubah-

ubah pula.

Jadi pada motor arus bolak-balik kutub magnitnya berputar. Untuk jelasnya,

prinsip terbentuknya medan magnit yang berputar pada motor 3 phasa dapat

dilihat pada gambar 1 dan 2. Gambar 1 menunjukkan keadaan arus 3 phasa

yang dimasukkan pada lilitan stator pada saat tertentu. Gambar 2 menunjukkan

arah-arah fluks magnit pada beberapa keadaan.

Gambar 1. Arus yang dimasukkan pada lilitan stator motor 3 phasa.


MESIN LISTRIK III 5


Gambar 2. Fluks magnit stator motor 3 phasa berkutub 2.

A1 - A2 = lilitan phase I

B1 - B2 = lilitan phase II

C1 – C2 = lilitan phase III

Pada kedudukan 1 (lihat gambar 1) :

Arah arus pada sisi kumparan A1 menjauhi kita.

Arah arus pada sisi kumparan A2 mendekati kita.

Arah arus pada sisi kumparan B1 mendekati kita.

Arah arus pada sisi kumparan B2 menjauhi kita.

Arah arus pada sisi kumparan C1 mendekati kita.

Arah arus pada sisi kumparan C2 menjauhi kita.

Arah arus pada sisi kumparan B2, A1, C2 menjauhi kita, sehingga terbentuk

medan-medan magnit yang searah dengan arah putaran jarum jam. Sebaliknya

arah arus pada sisi kumparan C1, A2, B1 mendekati kita, sehingga terbentuk

medan-medan magnit yang berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Oleh

karena itu, secara keseluruhan arah fluks magnitnya, adalah seperti ditunjukkan

pada gambar 2a.

Pada kedudukan 2, harga IA positif, IB positif dan IC negatif.

Pada kedudukan 3, harga IA negatif, IB positif dan IC negatif.

Pada kedudukan 4, harga IA negatif, IB positif dan IC positif.

Perhatikan arah-arah arus, arah fluks magnitnya pada kedudukan 1,2,3

dan 4. Dengan memperhatikan gambar 2 di atas, ternyata kutub-kutub magnit

selalu berpindah atau dengan kata lain fluks magnit stator berputar.

B. Fluks Magnit Stator pada motor 1 phasa

Pada motor 3 phasa dapat dilihat bahwa fluks magnit yang terbentuk di

sekitar stator merupakan medan magnit yang berputar karena listrik yang

dimasukkan pada lilitan stator sudah merupakan arus listrik yang berputar. Tetapi

lain halnya dengan medan magnit yang terbentuk di sekitar stator pada motor 1


MESIN LISTRIK III 6


phasa. Di mana fluks magnit hanya bergantian arah saja, sehingga menyulitkan

bagi motor pada saat start.

Untuk itu diperlukan bantuan yang pada prinsipnya dilakukan dengan jalan

membentuk medan magnit baru yang tidak sephase dengan medan magnit lilitan

utama (harus terdapat aliran arus listrik baru yang tidak sephase dengan arus

listrik yang mengalir pada lilitan utama), yang berarti harus terdapat lilitan kedua

yang terpisah dari lilitan utama.

Jadi pada motor tersebut meskipun meskipun menggunakan listrik 1 phasa,

tetapi tidak demikian yang terjadi di dalam lilitan stator. Di dalam lilitan stator

terdapat listrik 2 phasa masing-masing pada lilitan utama (main winding) dan

lilitan bantu (auxiliary winding). Apabila motor telah berjalan normal maka lilitan

bantu dapat dilepas (tidak digunakan lagi). Untuk membentuk adanya dua arus

listrik yang berbeda phasa, dapat digunakan penggeser phasa yaitu induktor

atau kapasitor.

C. Prinsip Kerja Motor Induksi

a. Apabila sumber tegangan 3 phasa dipasang pada kumparan stator, akan

timbul medan magnit putar dengan kecepatan

b. Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor

c. Akibatnya pada batang konduktor dari rotor akan timbul GGL induksi.

d. Karena batang konduktor pada rotor merupakan rangkaian tertutup, maka

GGL tersebut akan menyebabkan terjadinya aliran arus listrik (I)

e. Adanya arus (I) pada batang konduktor yang berada di dalam medan

magnit akan menimbulkan gaya (F) pada rotor.

f. Bila kopel gaya mula yang dihasilkan oleh gaya (F) pada rotor cukup besar

untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan

putar pada stator.

g. Seperti telah dijelaskan, GGL induksi timbul karena terpotongnya batang

konuktor (rotor) oleh medan magnit putar stator. Artinya agar GGL induksi

tersebut timbul, diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan

medan putar stator (ns) dengan kecepatan putar rotor (nr).

h. Perbedaan kecepatan antara nr dan ns disebut slip, dinyatakan dengan :


MESIN LISTRIK III 7


i. Bila nr = ns, GGL induksi tidak akan timbul dan arus tidak mengalir pada

batang konduktor (rotor), dengan demikian tidak dihasilkan kopel.

j. Dilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga sebagai motor tak

serempak atau asinkron.

Motor Satu Phasa

Motor 1 phasa dengan kekuatan kurang dari 1 PK dewasa ini banyak

dipergunakan di rumah tangga, kantor, pabrik, bengkel maupun perusahaan-

perusahaan. Motor 1 phasa dapat dikelompokkan menjadi beberapa kelompok

berdasarkan konstruksi/cara kerjanya.

A. Motor Induksi (induction motor)

1. Motor phase belah (split phase motor)

Motor kapasitor (capasitor motor)

a. start capasitor

b. permanent capasitor

2. Motor kutub bayangan (shaded pole motor)

B. Motor Repulsi (Repulsion Motor)

1. Induksi repulsi (repulsion induction)

2. Start repulsi (repulsion start)

C. Motor Seri (universal motor/AC, DC motor, series motor)

Motor Induksi Satu Phasa

Pada motor induksi 3 phasa dapat dilihat bahwa fluks magnit yang

terbentuk di sekitar stator merupakan medan magnit yang berputar. Akan tetapi,

lain halnya dengan medan magnit yang terbentuk pada kumparan satu phasa,

dimana fluks magnit hanya bergantian saja, sehingga meyulitkan bagi motor

sewaktu mula-mula dijalankan (start). Untuk memperbesar daya bagi perputaran

motor sewaktu start, maka untuk itu diperlukan bantuan, yang pada prinsipnya

dilakukan dengan jalan membentuk medan magnit baru yang berbeda arah

dengan medan magnit utama. Dalam hal ini, berarti harus terdapat aliran arus

listrik baru yang tidak sephase dengan arus listrik yang mengalir pada kumparan


MESIN LISTRIK III 8


utama (main winding) yang berarti harus ada kumparan kedua yang terpisah dari

kumparan utama.

Oleh karena itu sebenarnya pada motor spilt phase menggunakan listrik 1

phasa, tetapi di dalam lilitan stator terdapat arus listrik 2 phase, yang mengalir

pada kumparan utama dan kumparan kedua. Kumparan kedua ini umumjnya

dinamakan kumparan bantu (auxiliary winding).

Untuk membentuk adanya dua arus listrik yang berbeda phasa, digunakan

sebuah penggeser phase, sehingga dari tegangan listrik 1 phasa yang

dimasukkan maka di dalam motor terbentuk listrik 2 phasa. Umumnya hal ini

dapat dilakukan dengan memasang seri pad kumparan bantu sebuah rangkaian

kumparan (induktor) atau dengan menggunakan kapasitor.

1. Rotor

Jenis rotor yang banyak digunakan pada motor induksi adalah rotor

sangkar tupai. Pada prinsipnya rotor sangkar tupai disusun dari batang-batang

konduktor yang kedua ujungnya disatukan oleh cincin yang dibuat dari bahan

konduktor pula sehingga bentuknya menyerupai dengan sangkar tupai. Lihat

gambar 3.

(a) (b)

Gambar 3

a. Prinsip rotor sangkar tupai

b. Pelat dari rotor


MESIN LISTRIK III 9


Pada gambar di atas sumbunya tidak digambarkan demikian pula bada

rotor digambarkan terpisah (gambar 3b.) Badan rotor terdiri dari pelat berlapis-

lapis. Dari luar nampaknya rotor sangkar seolah-olah hanya silinder yang pejal.

Untuk pendinginan dari motor pada bagian tepi dari rotor dilengkapi dengan

daun-daun kipas sehingga kalau rotor berputar aliran udaranya akan membantu

proses pendinginan motor. Susunan dari batang-batang ada yang sejajar dengan

sumbu (poros), kadang-kadang ada juga yang tidak sejajar dengan sumbu, agak

miring (skew). Selain rotor sangkar tupai, pada motor induksi ada juga yang

menggunakan rotor lilit (motor slip ring).

2. Motor Phase belah

Motor phase belah memiliki kumparan utama dan kumparan bantu yang

letaknya bergeser 90 O listrik dan disambung paralel.

Gambar 4.

a. Letak kumparan utama dan kumparan bantu pada stator

b. Bagan hubungan kumparan utama dengan kumparan bantu

c. Diagram vektor

Terlihat pada gambar 4a, bahwa letak kumparan utama dan kumparan

bantu bergeser 90 O listrik.

Selain tersebut diatas, diusahakan pula agar arus pada kedua kumparan

bergeser sebesar mungkin (teoritis 90 O listrik) dengan demikian seolah-olah


MESIN LISTRIK III 10


seperti dua phasa. Dua arus dalam kumparan inilah yang akan menimbulkan

medan magnit berputar dan menyebabkan motor akan berputar dengan

sendirinya (self starting).

Pada motor phasa belah, kumparan utama mempunyai tahanan murni

rendah dan reaktansi tinggi, sebaliknya kumparan bantu memiliki tahanan murni

tinggi dan reaktansi rendah. Tahahan murni kumparan bantu dapat diperbesar

dengan menambah R yang disambung seri dengannya atau menggunakan

kumparan dengan kawat yang diameternya sangat kecil.

Untuk memutuskan aliran arus listrik kek kumparan bantu dilengkapi

dengan saklar S yang dihubungkan seri dengan kumparan bantu. Alat ini secara

otomatis akan memutuskan arus pada kumparan bantu setelah motor mencapai

kecepatan 75 % dari kecepatan penuh. Pada motor phasa belahyang dilengkapi

saklar pemutus, biasanya yang dipakai adalah saklar sentrifugal. Ada juga yang

menggunakan relay. Lihat gambar 5.

Gambar 5a. Relay arus

Relay arus :

- saat start, arus besar kontak akan terhubung

- sesudah berjalan, arus kecil kontak akan terputus




Gambar 5b. Relay arus

Relay tegangan :

- saat start, tegangan turun kontak akan terhubung (NC)

- sesudah berjalan, tegangan normal kontak akan terbuka

Untuk membalik arah putaran motor dapat dilakukan dengan membalik

arah arus pada kumparan bantu atau membalik arah arus pada kumparan

utama. Apabila paada kedua kumparan tersebut dibalik arah arusnya maka arah

putaran tidak akan berubah. Pada umumnya yang dibalik adalah arah arus pada

kumparan bantu.

Arah vektor medan paduan (yang disebabkan oleh arus pada kumparan

utama Iu dan arus pada kumparan bantu Ib) pada titik t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8 dan t9

digambarkan sepeti pada gambar 6a, 6b dan 6c.

Gambar 6a : Grafik sinus dan diagram vektor Iu dan Ib.

Gambar 6b : Arah vektor medan paduan yang disebabkan Iu dan Ib (pada

setiap saat).

Gambar 6c : Besar vektor medan paduan yang disebabkan Iu dan Ib (pada

setiap saat).




Gambar 6. Diagram vektor medan paduan yang disebabkan Iu dan Ib.

Untuk lebih jelasnya hubungan kumparan-kumparan, digambar dengan

diagram (gambar 7a). Gambar diagram tersebut diperjelas lagi dengan gambar

rangkaian listrik seperti pada gambar 7b.




Gambar 7a. Diagram hubungan motor phasa belah berkutub 4

Gambar 7b. Rangkaian listrik motor phasa belah



mesin arus bolak-balik

Documents