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 1
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. 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. Dimana: Ns = kecepatan sinkron dalam RPM Nb = kecepatan dasar dalam RPM % Slip = Ns Nb x 100 Ns 2
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 3
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. 4
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 5
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 ) 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 : 6
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 7
8