BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Motor listrik sudah menjadi kebutuhan kita sehari-hari untuk menggerakkan peralatan dan mesin yang membantu perkerjaan. Untuk itu sangatlah erat kaitannya antara motor ataupun generator listrik dengan dunia kelistrikan dan berbagi bidang lainnya. Motor AC lebih banyak digunakan daripada motor DC karena arus AC dapat dibangkitkan dan didistribusikan dengan biaya yang lebih murah daripada arus DC. Selain itu, motor AC memiliki keunggulan dalam hal biaya, ukuran, berat, dan membutuhkan lebih sedikit perawatan dibanding motor DC. Motor induksi sangkar tupai adalah jenis motor AC yang palingbanyak digunakan dalam industri. Motor ini dapat dioperasikan di tempat di mana banyak terdapat gas dan debu atau pada kondisi yang sangat lembab dan akan beroperasi dengan sangat baik dengan sedikit perhatian. 1.2 Tujuan Setelah kegiatan diskusi berlangsung, mahasiswa dapat: Mengetahui prinsip kerja motor AC asinkron Mengetahui prinsip motor AC asinkron tipe Dahlander 1
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Motor AC Asinkron 3 Phasa Motor AC 3 phasa bekerja dengan memanfaatkan perbedaan phasa sumber untuk menimbulkan gaya putar pada rotornya. Jika pada motor AC 1 phasa untuk menghasilkan beda phasa diperlukan penambahan komponen Kapasitor, pada motor 3 phasa perbedaan phasa sudah didapat langsung dari sumber seperti terlihat pada gambar arus 3 phasa berikut ini: Gambar 1. Grafik arus 3 phasa Motor asinkron atau motor tidak serempak atau sering pula disebut motor induksi adalah alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor induksi 3 phasa adalah alat penggerak yang paling banyak digunakan dalam dunia industri. Hal ini dikarenakan motor induksi mempunyai konstruksi yang sederhana, kokoh, harganya relatif murah, serta perawatannya yang mudah, sehingga motor induksi mulai menggeser penggunaan motor DC pada industri. 2
2.1.1 Konstruksi Motor Induksi Motor induksi pada dasarnya mempunyai 3 bagian penting yaitu: 1. Stator : Merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya. 2. Celah : Merupakan celah udara: Tempat berpindahnya energi dari startor ke rotor. 3. Rotor : Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparan stator yang diinduksikan kepada kumparan rotor. Gambar 2. Konstruksi Motor Induksi Konstruksi stator motor induksi pada dasarnya terdiri dari bagian-bagian sebagai berikut: 1. Rumah stator (rangka stator) dari besi tuang. 2. Inti stator dari besi lunak atau baja silikon. 3. Alur, bahannya sama dengan inti, dimana alur ini merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan stator). 4. Belitan (kumparan) stator dari tembaga. 3
Rangka stator motor induksi ini didisain dengan baik dengan empat tujuan yaitu: 1. Menutupi inti dan kumparannya. 2. Melindungi bagian-bagian mesin yang bergerak dari kontak langsung dengan manusia dan dari goresan yang disebabkan oleh gangguan objek atau gangguan udara terbuka (cuaca luar). 3. Menyalurkan torsi ke bagian peralatan pendukung mesin dan oleh karena itu stator didisain untuk tahan terhadap gaya putar dan goncangan. 4. Berguna sebagai sarana rumahan ventilasi udara sehingga pendinginan lebih efektif. Konstruksi rotor motor induksi terdiri dari bahagian-bahagian sebagai berikut: 1. Inti rotor, bahannya dari besi lunak atau baja silikon sama dengan inti stator. 2. Alur, bahannya dari besi lunak atau baja silikon sama dengan inti. Alur merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan) rotor. 3. Belitan rotor, bahannya dari tembaga. 4. Poros atau as. Gambar 3. Gambaran sederhana bentuk alur / slot pada motor induksi 4
Berdasarkan jenis rotor yang digunakan, motor induksi tiga phasa dapat dibedakan menjadi dua tipe yaitu : Rotor Lilit Motor induksi jenis ini mempunyai rotor dengan belitan kumparan tiga phasa sama seperti kumparan stator. Kumparan stator dan rotor juga mempunyai jumlah kutub yang sama. Rotor yang mempunyai tiga belitan yang mirip dengan belitan stator.ketiga belitan tersebut biasanya terhubung bintang.ujung ujung belitan tersebut dihubungkan dengan slipring yang terdapat pada poros rotor. Belitan belitan tersebut dihubung singkat melalui sikat (brush) yang menempel pada slipring. Jenis rotor belitan dapat dilihat pada gambar sebagai berikut : Gambar 4. Konstruksi Rotor Lilit Rotor Sangkar Adalah bagian dari mesin yang berputar bebas dan letaknya bagian dalam. Terbuat dari besi laminasi yang mempunyai slot dengan batang aluminium/tembaga yang dihubungkan singkat pada ujungnya. Kumparan dihubungkan bintang dibagian dalam dan ujung yang lain dihubungkan dengan slipring ke tahanan luar, kumparan dapat dikembangkan menjadi pengaturan kecepatan putaran motor. Pada kerja normal slipring hubung singkat secara otomatis, sehingga rotor bekerja seperti rotor sangkar 5
Gambar 5. Konstruksi rotor sangkar Diantara stator dan rotor terdapat celah udara yang merupakan ruangan antara stator dan rotor. Pada celah udara ini lewat fluks induksi stator yang memotong kumparan rotor sehingga meyebabkan rotor berputar. Celah udara yang terdapat antara stator dan rotor diatur sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil kerja motor yang optimum. Bila celah udara antara stator dan rotor terlalu besar akan mengakibatkan efisiensi motor induksi rendah, sebaliknya bila jarak antara celah terlalu kecil/sempit akan menimbulkan kesukaran mekanis pada mesin. Bentuk gambaran sederhana bentuk alur / slot pada motor induksi diperlihatkan pada Gambar 3 dan gambaran sederhana penempatan stator dan rotor pada motor induksi diperlihatkan pada Gambar 6. 6
Gambar 6. Gambaran sederhana motor induksi dengan satu kumparan stator dan satu kumparan rotor 2.1.2 Prinsip Kerja Motor Induksi Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator kepada kumparan rotornya. Bila kumparan stator motor induksi 3-phasa yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan 3-phasa, maka kumparan stator akan menghasilkan medan magnet yang berputar. Garis-garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga timbul emf (ggl) atau tegangan induksi. Karena penghantar (kumparan) rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan rotor. Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai dengan arah pergerakan medan induksi stator. Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktorkonduktor pada rotor, sehingga terinduksi arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan turut berputar mengikuti medan putar stator. Perbedaan putaran relatif antara stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan memperbesar kopel motor yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga slip antara medan putar 7
stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadii, bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun. Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang ditempatkan pada slot-slotnya yang dililitkan pada sejumlah kutub tertentu. Jumlah kutub ini menentukan kecepatan berputarnya medan stator yang terjadi yang diinduksikan ke rotornya. Makin besar jumlah kutub akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar medan stator dan sebaliknya. Kecepatan berputarnya medan putar ini disebut kecepatan sinkron. Motor induksi memiliki dua arah putaran motor, yaitu putaran searah jarum jam (kanan) dan putaran berlawanan jarum jam (kekiri) dilihat dari poros motor. Putaran motor induksi tergantung jumlah kutubnya, motor induksi berkutub dua memiliki putaran poros sekitar 2.950 Rpm, yang berkutub empat memiliki putaran poros mendekati 1500 Rpm. Putaran arah jarum jam (kanan) didapat dengan cara menghubungkan L1- terminal U, L2- terminal V dan L3 terminal W. Putaran arah berlawanan jarum jam (kiri) didapat dengan menukarkan salah satu dari kedua kabel phasa, misalkan L1-terminal U, L2-terminal W dan L3- terminal V. Dengan memasang dua buah kontaktor, sebuah motor induksi dapat dikontrol untuk putaran kanan, dan putaran kekiri. Aplikasi praktis untuk membuka dan menutup pintu garasi dengan motor induksi dapat memanfaatkan kaidah putaran kanan dan kiri ini, dengan melengkapi dengan sensor cahaya atau saklar manual motor dapat dihidupkan untuk membuka dan menutup pintu garasi. Saat motor induksi di starting secara langsung, arus awal motor besarnya antara 500% sd 700% dari arus nominal. Ini akan menyebabkan drop tegangan yang besar pada pasokan tegangan PLN. Untuk motor daya kecil sampai 5 KW, arus starting tidak berpengaruh besar terhadap drop tegangan. Pada motor dengan daya diatas 30 KW sampai dengan 100 KW akan menyebabkan drop tegangan yang besar dan menurunkan kualitas listrik dan pengaruhnya pada penerangan yang berkedip. 8
Pengasutan motor induksi adalah cara menjalankan pertama kali motor, tujuannya agar arus starting kecil dan drop tegangan masih dalam batas toleransi. Ada beberapa cara teknik pengasutan, diantaranya : 1. Hubungan langsung (Direct On Line = DOL) 2. Tahanan depan Stator (Primary Resistor) 3. Transformator 4. Segitiga-Bintang (Start-Delta) 5. Pengasutan Soft starting 6. Tahanan Rotor lilit 9
2.2 Motor AC Asinkron Tipe Dahlander Motor Dahlander adalah jenis motor AC Asinkron dengan 2 putaran atau lebih. Adanya dua macam belitan yang terpisah menyebabkan motor 3 phasa untuk mempunyai ukuran jauh lebih besar. Hal ini akan terlihat apabila dibandingkan dengan motor 3 phasa yang hanya mempunyai 1 putaran dengan daya yang sama. Motor Dahlander sendiri merupakan motor jenis rotor sangkar tupai (Squirrel cage). Gambar 7. Motor Dahlander Konstruksi dari motor induksi jenis rotor sangkar tupai terdiri dari dua bagian utama, yaitu stator dan rotor. 1. Stator Stator adalah bagian utama dari motor yang diam. Stator merupakan suatu kerangka yang dilaminasi terbuat dari besi tuang atau allumunium alloy tuang. Stator mempunyai bentuk alur yang tirus (tapered) dengan gigi yang sejajar (parallel sided). Alur pada stator adalah tempat kumparan utama dan kumparan bantu berada. Prinsip dari stator motor induksi sama dengan motor atau generator sinkron. Dengan terdiri dari sejumlah slot yang nantinya untuk menempatkan belitan stator.slot slot tersebut ditempatkan dalam suatu rangka besi. Rangka tersebut mempunyai sirip sirip besi yang 10
4 berguna sebagai pendingin motor. Kecepatan medan putar (Ns) pada stator adalah sebagai berikut Ns = Fluks yang berputar pada stator akan menginduksi ke rotor, sehingga rotor juga akan berputar mengikuti medan putar stator. Diantara putaran rotor (Nr) dan putaran stator (Ns) tidak sama. Perbedaan antara putaran stator dan putaran rotor disebut slip (S). 2. Rotor Rotor adalah bagian dari motor yang bergerak. Rotor terdiri dari sebuah inti rotor dengan alur yang dilapisi laminasi pada bagian utamanya. Jenis rotor yang banyak digunakan pada motor induksi satu phasa adalah rotor jenis sangkar tupai (squerrel cage rotor). Pada prinsipnya rotor jenis sangkar tupai dususun dari batang batang konduktor yang kedua ujungnya disatukan oleh cincin hubung singkat (end ring). Konstruksi dari rotor sangkar tupai terlihat pada gambar 8 berikut ini : Asas Gambar 8. Rotor Sangkar Tupai (Squirrel cage rotor) Lebih dari 90 persen motor induksi adalah merupakan jenis sangkar tupai, karena jenis rotor sangkar tupai mempunyai konstruksi yang sederhana. Konstruksi dari rotor jenis ini,pada prinsipnya rotor jenis 11
sangkar tupai disusun dari batang batang konduktor yang kedua ujungnya disatukan oleh cincin hubungsingkat (end ring). Bahan yang digunakan sebagai batang batang konduktor berasal dari tembaga, alumunium, atau dari campuran logam. Satu batang ditempatkan pada tiap slot, Lebih baik batang dimasukkan dari belakang. Batang rotor adalah terhubung secara permanen, oleh karena itu tidaklah dapat menambah suatu resistan dari luar secara seri dengan rotor, yang bertujuan untuk digunakan pada saat starting. Pada motor motor berdaya kecil, digunakan metode lain pada konstruksinya. Terdiri dari batang-batang rotor dengan cincin akhir (end ring) dalam satu tempat. Bahan yang digunakan adalah alumunium atau campuran alumunium dengan logam. Terdapat beberapa karakteristik motor rotor sangkar,diantarana 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 medanmagnet 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. 12
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. Kecepatan standar motor induksi sangkar-tupai pada dasamya konstan. Meskipun demikian, motor sangkar-suplai dengan multispeed khusus, diproduksi dengan lilitan stator pada jumlah kutub yang dapat diubah dengan mengubah hubungan eksternal. Motor kecepatan banyak (multispeed) ada pada dua atau lebih kecepatan yang terhitung, yang ditentukan dengan hubungan yang dibuat pada motor. Motor dua-kecepatan biasanya mempunyai satu lilitan yang dapat dihubungkan sehingga mempunyai dua kecepatan, salah satunya separuh dari yang lain. Pengaturan kecepatan putar motor listrik yang mempunyai kecepatan lebih dari satu dengan mengubah hubungan kumparan stotornya, berdasarkan padakumparan-kumparan motor listrik yang digunakan antara lain; 1. Motor listrik dengan kumparan-kumparan terpisah Pengaturan motor listrik ini hanya dapat dilakukan secara bertahap, tidak dapat secara kontinyu. Motor listrik ini memiliki kombinasi kecepatan putar. 2. Motor listrik dengan kumparan yang hubungannya dapat diubah Setiap kumparan phasa motor listrik ini terbagi dua, setiap bagian dapat dihubungkan seri atau paralel sesuai dengan pengaturan kecepatan yang dikehendaki. Pengaturan kecepatan motor listrik yang mengatur kecepatan dari rendah ke tinggi akan menghasilkan arus kejut yang jauh lebih kecil dibandingkan di asut dalam kecepatan tinggi. Sementara penurunan kecepatan dari kecepatan tinggi ke rendah, maka motor akan akan bekerja sebagai rem listrik. Hubungan 13
kumparan yang banyak digunakan untuk mengatur kecepatan putar motor Dahlander yaitu: Hubungan Bintang Ganda-Segitiga Pada kecepatan putar rendah, kumparannya dihubung bintang (Y) ganda, sedangkan pada putaran tinggi dihubungkan segitiga karena kopelnya kecil namun dayanya tetap. Motor listri ini banyak digunakan untuk mesin bubut dan mesin gulung. Gambar 9. Hubungan Bintang Ganda-Segitiga Hubungan Segitiga-Bintang Ganda Gambar 10. Hubungan Segitiga-Bintang Ganda Pada kecepatan putar rendah, kumparan motor listrik dihubungkan segitiga, sedangkan pada putaran tinggi dihubung bintang ganda. Pada kecepatan tinggi kopel dan dayanya meningkat sebanding dengan kecepatan putar. 14
Motor listrik ini banyak digunakan pada mesin derek, lift, pompa pluner, kompressor, ban berjalan, dan mesin kerek. Gambar 11. Hubungan Dahlander dilayani dengan saklar sandung Gambar diatas memperlihatkan pengawatannya. Penukaran fasanya dilakukan dalam saklar. Saklar yang digunakan merupakan saklar sandung. Ada kalanya ujung-ujung kumparan motor ini dikeluarkan dan dihubungkan dengan 9 terminal.d a lam hal ini untuk m engu rangi ke jut a ru s asu tnya, m otor in i dapat diasut dalam hubungan bintang seperti yang diperlihatkan pada gambar dibawah ini. Penukaran fasanya dilakukan dalam motor. Hubungan Bintang Ganda Pada kecepatan rendah kumparan dihubung bintang, sedangkan pada kecepatan putar tinggi dihubung bintang rangkap, pada kecepatan tinggi kopel motor listrik meningkat pangkat tiga. Motor listrik ini banyak digunakan untuk mesin ventilator dan pompa sentrifugal. 15
Gambar 12. Hubungan Bintang Ganda Pada motor Dahlender, jumlah kutub statornya dapat diubah dengan mengubah hubungan belitan pada statornya dengan memakai saklar. Pengubahan hubungan belitan stator ini dimaksudkan untuk mendapatkan kecepatan yang berbeda. Contoh : perubuhan hubungan belitan stator dari segitiga ke bintang ganda Motor dua kecepatan (Dahlander) dirancang khusus memiliki dua kelompok belitan yang berbeda. Belitan pertama memiliki delapan pasang kutub ( p=8, kecepatan 370 Rpm) dengan ujung terminal 1U, 1V dan 1W yang dihubungkan dengan sumber listrik tiga phasa L1,L2 dan L3. Belitan kedua memiliki enam pasang kutub (p=6, kecepatan 425 Rpm) dengan ujung belitan 2U, 2V dan 2W. 16
Gambar 13. Rangkaian Belitan Motor dua kecepatan (Dahlander) Hal yang peru dingat adalah bahwa perbandingan putaran motor Dalender biasanya 1 : 2 dan rotornya adalah rotor sangkar tupai. Setiap kumparan fasa motor ini dibagai dua. Bagian bagian ini dapat dihubungkan seri atau paralel, tergantung kepada kecepatan putar yang dikehendaki. Kombinasi yang banyak digunakan untuk kecepatan putar diberikan dalam tabel berikut : Kecepatan Motor Dahlander (rpm) 1500/3000 750/1500 500/1000 Jumlah Kutub 4/2 3/4 12/6 Penjelasan cara kerja motor dua kecepatan terletak pada cara pemasangan belitan statornya. Perhatikan belitan stator yang memiliki empat kutub atau 2 pasang kutub utara selatan (p=2, kecepatan 1500 Rpm), belitan stator dihubungkan secara seri. Aliran arus listrik dari L1 menuju terminal 1U memberikan arus pada koil pertama, secara seri masuk ke koil kedua menghasilkan dua pasang kutub, terminal 1V terhubung dengan L2, lihat Gambar 14 (a). Sedangkan pada pada stator dengan dua kutub atau satu pasang kutub (p=1, kecepatan 3000 Rpm), belitan stator disambungkan secara paralel. Aliran arus listrik dari L2 menuju terminal 2V memberikan arus pada koil 17
pertama, dan koil kedua secara paralel menghasilkan satu pasang kutub saja dan terminal 1U dan 1V terhubung dengan L1, lihat Gambar 14 (b). Gambar 14. Hubungan Belitan Motor Dahlander Penjelasan saat (p=2, kecepatan 1500 Rpm) bagian belitan motor terhubung segitiga dimana sumber daya L1 keterminal 1U, L2 menuju terminal 1V dan L3 terhubung ke terminal 1W. Sementara ujung terminal 2U, 2V dan 2W tidak dibiarkan terbuka, Gambar 15. Perhatikan tiap phasa terdapat dua belitan yang terhubung secara seri yang akan menghasilkan dua pasang kutub. Gambar 15. Hubungan belitan Segitiga Dahlander berkutub empat (p=2) Konfigurasi diatas adalah untuk sambungan motor kecepatan rendah dimana antar jala-jala terdapat 2 kumparan sehingga tahanannya lebih besar 18
sehingga arus yang masuk menjadi berkurang sehingga kecepatan motor berkurang. Pada saat (p=1, kecepatan 3000 Rpm) bagian belitan motor terhubung secara paralel bintang dimana sumber daya L1 keterminal 2U, L2 menuju terminal 2V dan L3 terhubung ke terminal 2W. Sementara ujung terminal 1U, 1V dan 1W dihubung singkatkan,gambar 16. Perhatikan tiap phasa terdapat dua belitan yang terhubung bintang paralel yang akan menghasilkan satu pasang kutub saja. Gambar 16. Hubungan belitan Bintang Ganda, berkutub dua (p=1) Pada gambar di atas tempat masuknya sumber L1-L2-dan L3 diubah kemudian ujung-ujung kumparan lain dihubung-singkatkan. Jika dicermati dan ditarik maka akan menjadi rangkaian bintang yang diparalel sebagai berikut: Gambar 17. Sambungan Dahlander Y Paralel 19
Sambungan di atas akan membuat arus yang masuk menjadi besar karena hambatan kumparan yang diparalel semakin kecil sehingga kecepatan motor menjadi lebih tinggi dari sambungan segitiga. 20
BAB III KESIMPULAN Motor asinkron atau motor tidak serempak atau sering pula disebut motor induksi adalah alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, dimana motor asinkron bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator kepada kumparan rotornya. Hubungan kumparan yang banyak digunakan untuk mengatur kecepatan putar adalah Hubungan Bintang Ganda-Segitiga, Hubungan Segitiga- Bintang Ganda, dan Hubungan Bintang Ganda. Motor Dahlander adalah jenis motor AC Asinkron dengan 2 putaran atau lebih. 21
DAFTAR PUSTAKA Siswoyo.2008. Teknik Listrik Industri Jilid 2 untuk SMK. Jakarta :Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/20004/3/chapter%20ii.pdf (diakses pukul 18.10 WITA, 19 Oktober 2013) http://mekatronika-smk.blogspot.com/2012/05/pengaturan-putaran-motorlistrik-2.html (diakses pukul 18.13 WITA, 19 Oktober 2013) http://aswarkeong.blogspot.com/2011/04/motor-dahlander-3-fase.html (diakses pukul 18.15 WITA, 19 Oktober 2013) 22