TUGAS TEKNIK TENAGA LISTRIK KELOMPOK 6 MOTOR INDUKSI 3 PHASA 1. 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-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri. 1.1 Mekanisme Kerja Motor Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama (Gambar 1): 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. F B i l = Gaya = Kerapatan fluks = Arus = Konduktor Arus listrik (i) yang dialirkan di dalam suatu medan magnet dengan kerapatan Fluks (B) akan menghasilkan suatu gaya (F).
Bila nilai F dipengaruhi lilitan (N). Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004): Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan. Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan). Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin. 2. JENIS MOTOR LISTRIK Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: DC dan motor. Dafar para pemasok motor listrik tersedia di www.directindustry.com/find/electric-motor.html. Gambar 3 memperlihatkan motor listrik yang paling umum. Motor tersebut dikategorikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dibawah ini.
dan dalam hal ini kita akan membahas tentang motor induksi 3 Fase. 2.1 Motor AC Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor". Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkandayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC). 2.1.1 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. 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.
Gambar 3. Rotor 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 4. Stator b. Klasifikasi motor induksi Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003): 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. c. 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 (Parekh, 2003): Dimana: ns = kecepatan sinkron dalam RPM n r = kecepatan dasar dalam RPM e. Tegangan dan Frekuensi Yang Diinduksikan Pada Rotor. Tegangan dan frekuensi diinduksikan pada rotor bergantung pada slip. mereka diberikan oleh persamaan berikut : n s = f 2 = frekuensi dari tegangan dan arus di rotor s n n s f 2 = sf r E 2 = se oc f s = frekuensi dari sumber terhubung ke stator = slip E 2 = tegangan yang diinduksikan pada rotor ketika slip = 0 E oc = tegangan open circuit pada rotor yang diinduksi saat istirahat f. Hubungan antara beban, kecepatan dan torque Gambar 5 menunjukan grafik torque-kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003): 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. 3.1 Efisiensi motor listrik Gambar 5. Grafik Torsi Kecepatan Motor Induksi AC Motor mengubah energi listrik menjadi energi mekanik untuk melayani beban tertentu. Pada proses ini, kehilangan energi ditunjukkan dalam Gambar 6. Gambar 6. Kehilangan Energi Efisiensi motor ditentukan oleh kehilangan dasar yang dapat dikurangi hanya oleh perubahan pada rancangan motor dan kondisi operasi. Kehilangan dapat bervariasi dari kurang lebih dua persen hingga 20 persen. Tabel 1 memperlihatkan jenis kehilangan untuk motor induksi. Efisiensi motor dapat didefinisikan sebagai perbandingan keluaran daya motor yang digunakan terhadap keluaran daya totalnya.
Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah: Usia. Motor baru lebih efisien. Kapastas. Sebagaimana pada hampir kebanyakan peralatan, efisiensi motor meningkat dengan laju kapasitasnya. Kecepatan. Motor dengan kecepatan yang lebih tinggi biasanya lebih efisien. Jenis. Sebagai contoh, motor kandang tupai biasanya lebih efisien daripada motor cincin geser Suhu. Motor yang didinginkan oleh fan dan tertutup total (TEFC) lebih efisien daripada motor screen protected drip-proof (SPDP) Penggulungan ulang motor dapat mengakibatkan penurunan efisiensi Beban Menyatakan perbandingan daya output dengan daya input 3.2 Beban motor Karena sulit untuk mengkaji efisiensi motor pada kondisi operasi yang normal, beban motor dapat diukur sebagai indikator efisiensi motor. Dengan meningkatnya beban, faktor daya dan efisinsi motor bertambah sampai nilai optimumnya pada sekitar beban penuh. Persamaan berikut digunakan untuk menentukan beban: Beban = Pi x η HP x 0,7457 Dimana, η = Efisiensi operasi motor dalam % HP = Nameplate untuk Hp Beban = Daya yang keluar sebagai % laju daya Pi = Daya tiga fase dalam kw Survei beban motor dilakukan untuk mengukur beban operasi berbagai motor di seluruh pabrik. Hasilnya digunakan untuk mengidentifikasi motor yang terlalu kecil. (mengakibatkan motor terbakar) atau terlalu besar (mengakibatkan ketidak efisiensian). US DOE merekomendasikan untuk melakukan survei beban motor yang beroperasi lebih dari 1000 jam per tahun. Terdapat tiga metode untuk menentukan beban motor bagi motor yang beroperasi secara individu: Pengukuran daya masuk. Metode ini menghitung beban sebagai perbandingan antara daya masuk (diukur dengan alat analisis daya) dan nilai daya pada pembebanan 100%.
Pengukurann jalur arus. Beban ditentukan dengan membandingkan amper terukur (diukur dengan alat analisis daya) dengan laju amper. Metode ini digunakan bila faktor daya tidak dketahui dan hanya nilai amper yang tersedia. Juga direkomendasikan untuk menggunakan metode ini bila persen pembebanan kurang dari 50% Metode Slip. Beban ditentukan dengan membandingkan slip yang terukur bila motor beroperasi dengan slip untuk motor dengan beban penuh. Ketelitian metode ini terbatas namun dapat dilakukan dengan hanya penggunaan tachometer (tidak diperlukan alat analisis daya). Karena pengukuran daya masuk merupakan metode yang paling umum digunakan, maka hanya metode ini yang dijelaskan untuk motor tiga fase. 4. PERTANYAAN DISKUSI a. Pertanyaan : 1. Maksud dari kelas kelas motor? 2. a. Perbadaan Motor AC Induksi dengan Motor DC? b. Kenapa disebuat motor induksi? 3. Kenapa merubah tegangan dimotor dari 220 V ke 380 V mudah? 4. a. Bagaimana membolak balik arah putaran motor 3 phasa? b. Cara pengeremannya? c. Bagaimana cara mengatur kecepatan motor AC 3 Phasa? 5. a. Beda belitan 1 phasa dan 3 phasa? b. Momen Inersia? b. Jawab : 1. Maksud dari table adalah karakteristik motor, ada motor yang semakin tinggi kecepatan semakin naik torsi. Ada juga karakteristik motor yang pada kecepatan rendah torsi sudah tinggi, tetapi makin tinggi kecepatan, torsi makin kecil. 2. a. Sama seperti yang pernah dibahas sebelumnya, perbedaannya hanya di komutator jika motor DC mempunyai komutator, motor AC tidak. b. Karena prinsip kerja dari motor ini, dengan menginduksi tegangan ke stator, maka motor akan berputar. 3. Seharusnya tidak seperti itu, harus ada rangkaian tambahan. 4. a. Hanya menukar posisi salah satu kabelnya. b. Jika motor induksi diputar berlawanan dengan arah putaran medan putar maka masih akan dihasilkan torsi yang bertindak sebagai rem dan terjadi penyerapan tenaga mekanik: Misalnya mesin dalam keadaan berputar dengan slip s, kemudian arah medan putar tiba-tiba di balik, maka akan terjadi rotor mempunyai slip (2 - s), kecepatan turun menuju nol dan dapat dibawa ke kondisi standstill. Cara ini adalah cara pengereman motor yang disebut dengan plugging. c. Menggunakan rangkaian tambahan
5. a. Berbeda dalam jumlah lilitannya b. Pengereman dinamik digunakan untuk menghentikan putaran rotor motor induksi. Tegangan pada stator diubah dari sumber tegangan AC menjadi tegangan DC dalam waktu yang sangat singkat. Arus searah yang diinjeksikan pada kumparan stator akan mengembangkan medan stasioner untuk menurunkan tegangan pada rotor. Medan magnet akan berputar dengan kecepatan yang sama dengan rotor tetapi dengan arah yang berlawanan untuk menjadikan stasioner terhadap stator. Interaksi medan resultan dan gerak gaya magnet rotor akan mengembangkan torsi yang berlawanan dengan torsi motor sehingga pengereman terjadi. 5. REFERENSI Seifer, Marc J., "Wizard, the Life and Times of Nikola Tesla," 1998. ISBN (HC), ISBN (SC) Tesla's Autobiography, III. My Later Endeavors; The Discovery of the Rotating Magnetic Field Sutedjo, Abdurrahman. Motor Induksi Tiga Phasa. http://www.scribd.com/doc/11026244/motor-induksi-tiga-phase http://pakendy.weebly.com http://student.eepis-its.edu http://www.te.ugm.ac.id www.energyefficiencyasia.org Komponen Motor Listrik dengan ijin dari Biro Efisiensi Energi India, 2005. Dasar-dasar Motor Induksi oleh Parekh (2003)