Motor induksi

MODUL 10 DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK
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.
a. Komponen
Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 1):
� Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
- Rotor kandang tupai 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.
- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan
terdistribusi.
Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada
bagian 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 fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang
tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat.
Gambar 1. Motor induksi
‘11
1
Dasar Konversi Energi
Listrik
Ir. Isworo Pujotomo, MT.
Pusat Pengembangan Bahan
Ajar
Universitas Mercu Buana
c. Klasifikasi motor induksi
Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama :
� Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi
dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan
memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini
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 fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga
fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat
memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang
tupai); dan penyalaan sendiri. 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.
d. Kecepatan motor induksi
Motor induksi bekerja sebagai berikut. Listrik dipasok ke 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. 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 geser/ slip ring, dan motor tersebut
dinamakan “motor cincin geser/ slip ring motor”.
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran.
% Slip = Ns – Nb x 100
Ns
Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM
‘11
2
Dasar Konversi Energi
Listrik
Ir. Isworo Pujotomo, MT.
Pusat Pengembangan Bahan
Ajar
Universitas Mercu Buana
e. Hubungan antara beban, kecepatan dan torque
Gambar 2 menunjukan grafik torque-kecepatan motor induksi AC tiga fase
dengan arus yang sudah ditetapkan. :
� Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torque yang
Rendah (“pull-up torque”).
� Mencapai 80% kecepatan penuh, torque berada pada tingkat tertinggi (“pull-out
torque”) dan arus mulai turun.
� Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torque dan stator turun ke
nol.
Gambar 2. Grafik Torque-Kecepatan Motor Induksi AC 3-Fase
‘11
3
Dasar Konversi Energi
Listrik
Ir. Isworo Pujotomo, MT.
Pusat Pengembangan Bahan
Ajar
Universitas Mercu Buana
10.1. Karakteristik Motor Induksi
Motor Rotor Sangkar
Bila daya pertama kali diberikan pada motor dalam keadaan diam, stator bereaksi
sebagai lilitan primer transformator dengan menghasilkan fluksi magnit yang
berputar dengan kecepatan sinkron. Rotor yang menjadi kumparan sekunder yang
dihubung singkat, akan mengalir arus sirkulai yang tinggi dan sebagai
akibatnya arus start pada stator juga tinggi.
Setelah rotor berputar searah dengan putaran medan stator, selisih putaran antara
rotor dengan medan putar stator menjadi kecil, menyebabkan arus sirkulasi rotor
turun dan arus stator juga berkurang.
Hubungan antara arus stator dan kecepatan putaran rotor ditunjukan pada gambar.
arus sesaat pada rotor dipengaruhi oleh frekuensi suplai, tahanan dan induktansi
rotor adalah impedansi rotor yang menjadi factor yang membatasi besarnya
arus rotor. Karena pada motor, frekuensi rotor akan berubah saat kecepatan motor
berubah, maka sebagai konsekuensinya torsi yang dihasilkan dapat berubah.
Hubungan antara torsi dengan kecepatan putaran rotor ditunjukkan pada gambar.
‘11
4
Dasar Konversi Energi
Listrik
Ir. Isworo Pujotomo, MT.
Pusat Pengembangan Bahan
Ajar
Universitas Mercu Buana
Motor Rotor Lilit
Ada tiga pengaruh nilai tahanan pada rangkaian rotor motor induksi yaitu:
 Mengurangi arus rotor, dan sebagai akibatnya arus stator juga menjadi
berkurang.
 Torsi start dapat naik karena arus rotor dan medan magnit stator mendekati
sefasa.
 Slip speed naik
Dengan mengubah tahanan rotor melalui tahanan asut dari rangkaian luar pada
motor slip-ring dengan rotor lilit maka torsi yang dihasilkan dapat diatur.
Karakteristik torsi-putaran dari motor slip-ring dengan tiga tahapan pengaturan
tahanan rotor ditunjukkan pada gambar
‘11
5
Dasar Konversi Energi
Listrik
Ir. Isworo Pujotomo, MT.
Pusat Pengembangan Bahan
Ajar
Universitas Mercu Buana
10.2. Prinsip Kerja Motor Induksi
Prinsip kerja motor induksi tiga fase berdasarkan induksi elektrmagnetis, yakni bila
belitan / kumparan stator diberi sumber tegangan bolak – balik 3 fase maka arus
akan mengalir pada kumparan tersebut, menimbulkan medan putar (garis – garis
gaya fluks) yang berputar dengan kecepatan sinkron dan akan mengikuti
persamaan.
Dengan :
Ns= kecepatan putar dari medan putar stator dalam rpm.
F = frekuensi arus dan tegangan stator
P = banyaknya kutub.
Garis – garis fluks dari stator tersebut yang berputar akan memotong penghantar –
penghantar rotor sehingga pada penghantar – penghantar tersebut timbul EMF
(Elektro Motoris Force) atau GGL (Gaya Gerak Listrik) atau tegangan induksi.
Berhubung kumparan rotor merupakan rangkaian yang tertutup maka pada
kumparan tersebut mengalir arus. Arus yang mengalir pada penghantar rotor yang
berada dalam medan magnit berputar dari stator, maka pada penghantar rotor
tersebut timbul gaya gaya yang berpasangan dan berlawanan arah, gaya tersebut
menmbulkan torsi yang cenderung memutar motornya, rotor akan berputar dengan
kecepatan putar (Nr) mengikuti putaran medan putar stator (NS).
10.3. Slip
Slip timbul karena perbedaan perputaran medan putar stator dan perputaran rotor :
Ada tiga macam slip:
Slip mutlak, dinyatakan oleh persamaan :
‘11
6
Dasar Konversi Energi
Listrik
Ir. Isworo Pujotomo, MT.
Pusat Pengembangan Bahan
Ajar
Universitas Mercu Buana
10.4. Frekuensi Arus Rotor
Latihan soal
Name plate suatu motor induksi mengandung data sebagai berikut; 25 HP,
220/380
volt, fase tiga, 50 Hz, 1440 ppm, 38 amp. Jika motor mengambil daya
20800 Watt
dari jala jala, hitung : a) Selip, b) cos phi, c) Kopel
Jawab :
a) Selip = 0,04
b) Cos phi = 0,83
c) Kopel = 123,7 Newton meter
‘11
7
Dasar Konversi Energi
Listrik
Ir. Isworo Pujotomo, MT.
Pusat Pengembangan Bahan
Ajar
Universitas Mercu Buana
‘11
8
Dasar Konversi Energi
Listrik
Ir. Isworo Pujotomo, MT.
Pusat Pengembangan Bahan
Ajar
Universitas Mercu Buana