Mesin Induksi (Mesin Asinkron)

Pendahuluan

Motor listrik merupakan sebuah 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-motormenggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama  diantaranya :

Motor induksi satu phasa Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu phasa, memiliki sebuah rotor sangkar (squirrel-cage rotor) , dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motor. Umumnya  motor  rotor sangkar merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti fan angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.

Motor induksi tiga phasa : Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh sumber tiga phasa yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki rotor sangkar diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder, tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan HP.

Pada umumnya motor induksi tiga phasa lebih banyak digunakan dibandingkan dengan motor-motor elektrik lainnya hal ini disebabkan sebagai berikut :

• Disainnya sederhana, harga lebih murah (ekonomis) , pemeliharaannya lebih mudah.
• Batasan rating dayanya lebih besar .
• Kecepatan motor induksi konstan pada saat tanpa beban maupun kondisi berbeban penuh.

Kecepatan putaran motor induksi dapat dikendalikan dengan cara : Pengendalian variabel tegangan dan frekwensi dengan konverter.


Konstruksi Motor Induksi

Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya. Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga phasa. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat

Motor induksi mempunyai 2 bagian utama yaitu :

Bagian Stator (Bagian tidak berputar)  : Yang terdiri dari kerangka baja, inti selindris

Mempunyai permukaan  kumparan, dan alur.

Rotor (Bagian berputar) dibagi  2 Tipe  jenis rotor :

• Rotor belitan (wound-rotor)
• Rotor sangkar (squirrel-cage). 

Sehingga secara umum motor induksi dibagi atas 2 bagian motor induksi rotor belitan dan motor induksi rotor sangkar.

Kedua motor ini bekerja pada prinsip dasar yang sama dan mempunyai konstruksi stator yang sama tetapi berbeda dalam kontruksi rotor.

Pengertian konstruksi rotor sangkar  adalah konstruksi dari inti berlapis dengan konduktornya dipasang paralel dengan poros dan mengelilingi permukaan inti, konduktor tidak terisolasi dari inti, karena arus rotor secara almiah akan melalui melalui tahanan yang kecil yaitu konduktor rotor.

Dengan kata lain Rotor sangkar  terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.

Pada setiap ujung rotor, konduktor-konduktor dihubung singkatkan dengan cincin ujung. Konduktor rotor dan cincin ujung serupa dengan sangka tupai yang berputar sehingga dinamakan demikian. Batang rotor dan cincin ujung motor sangkar tupai berukuran kecil adalah coran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Tapi untuk motor lebih besar batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan dalam kedalam alur rotor kemudian dilas dengan kuat ke cincin ujung. Batang konduktor tidak selalu sejajar dengan poros tapi kadangkala ada yang dimirngkan, bertujuan untuk menghasilkan torsi yang seragam dan mengurangi dengung magnetik sewaktu mesin sedang jalan.

Sedangkan konstruksi rotor belitan atau dengan kata lain rotor cincin slip sesuai dengan namanya rotor belitan, dimana rotornya dililit dengan lilitan terisolasi serupa dengan lilitan stator. Lilitan phasa rotor terhubung secara bintang (Y) dengan masing-masing phasa ujung terbuka ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Motor  rotor belitan kurang banyak digunakan dibandingkan dengan motor rotor sangkar disampin rotor belitan harganya mahal kemudian dari segi pemeliharaan cukup rumit.

Jenis –jenis Dan Penggunaan  Motor AC Satu Fasa

1. Motor Kapasitor

Motor kapasitor satu phasa banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci, motor lemari es, motor air conditioning. Konstruksinya sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220 V, oleh karena itu menjadikan motor kapasitor ini banyak dipakai pada peralatan rumah tangga.

Belitan stator terdiri atas belitan utama dengan notasi terminal U1-U2, dan belitan bantu dengan notasi terminal Z1-Z2 Jala-jala L1 terhubung dengan terminal U1, dan kawat netral N terhubung dengan terminal U2. Kondensator kerja berfungsi agar perbedaan sudut phasa belitan utama dengan belitan bantu mendekati 90°.

Pengaturan arah putaran motor kapasitor dapat dilakukan dengan (lihat gambar 1.6):

• Untuk menghasilkan putaran ke kiri (berlawanan jarum jam) kondensator kerja CB disambungkan ke terminal U1 dan Z2 dan terminal Z1 dikopel dengan terminal. 
• Putaran ke kanan (searah jarum jam) kondensator kerja disambung kan ke terminal Z1 dan U1 dan terminal Z2 dikopel dengan terminal U1.

Motor kapasitor dengan daya diatas 1kW di lengkapi dengan dua buah kondensator dan satu buah saklar sentrifugal. Belitan utama U1-U2 dihubungkan dengan jala-jala L1 dan Netral N. Belitan bantu Z1-Z2 disambungkan seri dengan kondensator kerja CB, dan sebuah kondensator starting CA diseri dengan kontak normally close (NC) dari saklar sentrifugal, lihat gambar 7.

Awalnya belitan utama dan belitan bantu mendapatkan tegangan dari jala-jala L1 dan Netral. Kemudian dua buah kondensator CB dan CA, keduanya membentuk loop tertutup sehingga rotor mulai berputar, dan ketika putaran mendekati 70% putaran nominalnya, saklar sentrifugal akan membuka dan kontak normally close memutuskan kondensator bantu CA.

Fungsi dari dua kondensator yang disambungkan parallel, CA+CB, adalah untuk meningkatkan nilai torsi awal untuk mengangkat beban. Setelah putaran motor mencapai 70% putaran, saklar sentrifugal terputus sehingga hanya kondensator kerja CB saja yang tetap bekerja. Jika kedua kondensator rusak maka torsi motor akan menurun drastis, lihat gambar 10.

2. Motor Kapasitor Start

Motor kapasitor start merupakan motor fase belah tetapi pada saat distart perbedaan fase antara  kedua arus diperoleh melalui sebuah kapasitor yang dipasang seri dengan kumparan bantu. Dengan adanya kapasitor, diperoleh torsi awal yang lebih besar jika dibandingkan dengan motor fase belah. Motor kapasitor start banyak digunakan terutama : fan, AC, pompa, peralatan pendingin, mesin cuci, dan penggerak kompresor. Gambar rangkaian  kelistrikan motor kapasitor start sebagai berikut:

3. Motor Kapasitor Start dan Run

Motor kapasitor jenis ini mempunyai dua kapasitor, satu berfungsi hanya pada saat motor sedang dihidupkan (Cs) dan kapasitor lainnya (Cr) bekerja terus – menerus. Setelah putaran motor mencapai 70  – 80 % dari putaran nominalnya Cs terlepas dan Cr tetap terhubung. Beda fase antara flux utama dan bantu menurun sehingga torsi motor juga menurun. Besarnya kapasitor start biasanya 300 ?F dan kapasitor run 40 ?F untuk motor 0,5 HP.  Motor ini penggunaannya sama seperti motor kapasitor start, hanya perbedaanya mempunyai torsi dan efesiensi yang lebih besar. Selain itu dapat mempertinggi kemampuan motor dari beban lebih dan putarannya lebih halus. Pada gambar 3 menunjukkan rangkaian motor kapasitor start dan run.

4. Motor Kapasitor Permanen

Pada motor ini terdapat kapasitor yang dipasang tetap sebagaimana yang dilukiskan pada gambar 1.11

Torsi awal motor kapasitor sangat sukar diukur namun denikian terdapat suatu pendekatan untuk menafsirkan  besarnya torsi awal tersebut. Misalnya untuk memperoleh jumlah putaran motor yang sangat lambat dibutuhkan sumber V1dan menghasilkan torsi keluaran.

5. Motor Kapasitor Permanen

Motor shaded pole atau motor phasa terbelah termasuk motor satu phasa daya kecil, dan banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga sebagai motor penggerak kipas angin, blender. Konstruksinya sangat sederhana, pada kedua ujung stator ada dua kawat yang terpasang dan dihubung singkatkan fungsinya sebagai pembelah phasa.

Belitan stator dibelitkan sekeliling inti membentuk seperti belitan transfor mator. Rotornya berbentuk sangkar tupai dan porosnya ditempatkan pada rumah stator ditopang dua buah bearing.

Irisan penampang motor shaded pole memperlihatkan dua bagian, yaitu bagian stator dengan belitan stator dan dua kawat shaded pole. Bagian rotor sangkar ditempatkan di tengah-tengah stator, lihat gambar 1.13.

Torsi putar dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa oleh kawat shaded pole. Konstruksi yang sederhana, daya yang kecil, handal, mudah dioperasikan, bebas perawatan dan cukup di suplai dengan Tegangan AC 220 V, jenis motor shaded pole banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga kecil.

6. Motor Universal

Motor Universal termasuk motor satu phasa dengan menggunakan belitan stator dan belitan rotor. Motor universal dipakai pada mesin jahit, motor bor tangan. Perawatan rutin dilakukan dengan mengganti sikat arang yang memendek atau pegas sikat arang yang lembek. Kontruksinya yang sederhana, handal, mudah dioperasikan, daya yang kecil, torsinya yang cukup besar motor universal dipakai untuk peralatan rumah tangga.

Bentuk stator dari motor universal terdiri dari dua kutub stator. Belitan rotor memiliki dua belas alur belitan dan dilengkapi komutator dan sikat arang yang menghubungkan secara seri antara belitan stator dengan belitan rotornya. Motor universal memiliki kecepatan tinggi sekitar 3000 rpm.

Aplikasi motor universal untuk mesin jahit, untuk mengatur kecepatan dihubungkan dengan tahanan geser dalam bentuk pedal yang ditekan dan dilepaskan.

Prinsip kerja motor induksi.

Motor Induksi Satu Fasa

Motor induksi satu fasa berbeda cara kerjanya dengan motor AC tiga fasa, dimana pada motor AC tiga fasa untuk belitan statornya terdapat tiga belitan yang menghasilkan medan putar dan pada rotor sangkar terjadi induksi dan interaksi torsi yang menghasilkan putaran. Sedangkan pada motor satu fasa memiliki dua belitan stator, yaitu belitan fasa utama (belitan U1-U2) dan belitan fasa bantu (belitan Z1-Z2), lihat gambar 1.16.

Belitan utama menggunakan penampang kawat tembaga lebih besar sehingga memiliki impedansi lebih kecil. Sedangkan belitan bantu dibuat dari tembaga berpenampang kecil dan jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya lebih besar dibanding impedansi belitan utama.

Grafik arus belitan bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama berbeda fasa sebesar φ, hal ini disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua belitan tersebut. Perbedaan arus beda fasa ini menyebabkan arus total, merupakan penjumlahan vektor arus utama dan arus bantu. Medan magnet utama yang dihasilkan belitan utama juga berbeda fasa sebesar φ dengan medan magnet bantu.

Belitan bantu Z1-Z2 pertama dialiri arus Ibantu menghasilkan fluks magnet Φ tegak lurus, beberapa saat kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama Iutama. yang bernilai positip. Hasilnya adalah medan magnet yang bergeser sebesar 45° dengan arah berlawanan jarum jam. Kejadian ini berlangsung terus sampai satu siklus sinusoida, sehingga menghasilkan medan magnet yang berputar pada belitan statornya.

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama dengan langkah sebagai berikut :

• Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya
• Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
• Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan.
• Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Motor induksi bekerja sebagai berikut. Listrik diberikan ke bagian stator yang akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar. Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang  lebih rendah

Dengan kata lain bahwa ;

Induksi arus dari stator ke rotor karena perbedaan gerak relatif antara putaran rotor dan medan putar stator.Kalau seandainya motor induksi beroperasi dengan kecepatan medan putar stator sama dengan kecepatan putaran  rotor atau dengan kata lain tidak ada perbedaan perputaran medan putar dengan putaran rotor maka keadaannya dianggap sama keadaan rotor diam, sehingga tidak akan ada gaya gerak listrik yang timbul pada rotor dengan kata lain tidak ada arus yang diinduksikan kedalam belitan rotor. Dengan demikian tidak akan ada torsi pada rotor, jadi agar ada tegangan yang diinduksikan perlu adanya perbedaan putaran relatif  antara medan putar stator dan kecepatan putaran rotor.

Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin.

Bila n_s = n_r ,tegangan tidak akan diinduksikan dan arus tidak akan mengalir pada kumparan rotor, akibatnya torsi sama dengan nol. Jadi torsi motor hanya akan ada bila kecepatan putaran rotor lebih kecil dari kecepatan medan putar stator,n_s.

Hubungan antara formulasi kecepatan dengan formulasi slip diperlihatkan sebagai berikut dibawah ini:

dimana hubungan frekwensi dan slip diperlihatkan formulasi sebagai berikut :

Keterangan :

f  = Frekwensi jala-jala.

f_r = Frekwensi rotor

p = jumlah kutub

Pada  saat f = f_r  harga slip adalah 100%, hal ini akan terjadi pada saat starting dan rotor belum berputar sehingga n_s = n_r .

Semoga bermanfaat...

Share this Post Facebook Twitter Google+ WhatsApp