Nama : Gede Teguh Pradnyana Yoga NIM : 1504405031 No Absen/ Kelas : 15 / B MK : Teknik Tenaga Listrik PRINSIP KERJA MOTOR A. Pengertian Motor Listrik Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. B. Jenis Jenis Motor Listrik Pada dasarnya motor listrik terbagi menjadi 2 jenis yaitu motor listrik DC dan motor listrik AC. Kemudian dari jenis tersebut digolongkan menjadi beberapa klasifikasi lagi sesuai dengan karakteristiknya. Motor Listrik Motor AC Motor DC Sinkron Induksi Eksitasi Sendiri Eksitasi Terpisah Satu Fase Tiga Fase Seri Campuran Shunt Gambar 1.1 Jenis-jenis Motor
C. Prinsip Kerja Motor Prinsip kerja motor listrik secara umum mengubah energi listrik tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnet. Dimana kutub-kutub dari magnet yang senama akan sling tolakmenolak dan kutub-kutub tidak senama akan saling tarik-menarik. Hal ini mengakibatkan gerakan yang jika menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar akan berputar dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap. D. Prinsip Kerja Motor DC Motor DC adalah motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (tetap) dan kumparan jangkar disebut rotor (berputar). Motor DC memiliki 3 bagian atau komponen utama untuk dapat berputar yaitu, kutub medan, dynamo dan commutator. Gambar 1.2 Bagian Motor DC
Prinsip kerja motor DC dapat dilihat seperti gambar berikut. Gambar 1.3 Skema Dasar Cara Kerja Motor DC Pada skema di atas, rotor motor diskemakan dengan sebuah armature (kawat angker penghantar listrik) yang membentuk persegi panjang. Pada kedua ujung kawat angker terpasang komutator berbentuk lingkaran yang terbelah di tengahnya, komponen ini sering disebut sebagai cincin belah. Cincin belah termasuk bagian dari rotor, sehingga ikut berputar dengan rotor. Sedangkan stator motor tersusun atas dua magnet dengan kutub berbeda yang saling berhadapan. Pada bagian yang kontak tertempel dengan cincin belah, stator dilengkapi dengan sikat karbon yang berfungsi untuk menghubungkan arus listrik dari sumber tegangan ke kumparan rotor. Sumber tegangan DC diilustrasikan dengan gambar baterai. Masing-masing kutub baterai terhubung dengan sikat karbon, sehingga tercipta arus listrik DC dengan arah arus dari kutub positif ke negatif melewati sikat karbon, satu bagian cincin belah, kawat angker (armature), kembali ke cincin belah, sikat karbon dan ke kutub negatif baterai.
Pada skema di bawah ini Garis medan magnet mengarah ke kiri yang disimbolkan dengan garis biru dan huruf (B). Gambar 1.4 Skema Cara Kerja Motor DC Untuk arah arus listrik ditunjukkan dengan garis berwarna hitam dan huruf (I). Jika kita mencoba menggunakan kaidah tangan kiri kita pada sisi kiri kawat angker, maka akan kita dapatkan bahwa gaya dorong (F) akan mengarah ke atas. Sedangkan untuk sisi kanan kawat angker, kaidah tangan kiri akan menunjukkan bahwa gaya dorong akan mengarah ke bawah. Gaya dorong yang tegak lurus langsung terhadap kawat angker kanan dan kiri ini menghasilkan torsi yang paling besar pada rotor motor. Gaya torsi inilah yang akan memutar rotor motor.
Pada posisi rotor seperti gambar (1.5), masing-masing cincin belah masih terhubung dengan sikat karbon sehingga arah arus listrik tidak berubah. Gambar 1.5 Skema Cara Kerja Motor DC Dengan cara yang sama menggunakan kaidah tangan kiri, arah gaya dorong juga mengarah ke atas untuk kawat angker kiri dan ke bawah untuk kawat angker kanan. Namun besar gaya torsi yang terjadi adalah lebih kecil sebesar cos α daripada gaya (F). Gaya torsi ini masih akan membuat rotor motor berputar searah jarum jam. Gambar 1.6 Skema Cara Kerja Motor DC Torsi rotor akan menjadi 0 pada saat kawat angker berposisi seperti pada gambar (1.6). Sesuai dengan kaidah tangan kiri, jika pada kawat angker terdapat arus listrik, maka arah gaya dorong kawat juga ke atas atau pun ke bawah. Namun karena gaya tersebut segaris dengan titik poros rotor atau tegak lurus dengan arah putaran rotor, maka tidak akan timbul
gaya torsi pada kawat angker. Sudut α yang sebesar 90 o menjelaskan pula tidak akan timbul gaya torsi pada saat posisi kawat angker demikian, karena nilai dari cos 90 o sama dengan 0. Nilai torsi sama dengan 0 tidak akan membuat rotor motor berhenti berputar, karena sifat kelembaman rotor, maka rotor akan terus berputar selama masih ada arus listrik yang mengalir pada kawat angker. Setelah kawat angker melewati fase tegak lurus dan membentuk sudut -α, arah arus listrik akan mengalir dengan arah yang sama seperti pada saat kawat angker bersudut +α (gambar 1.4). Komponen komutator yang selalu ikut berputar dengan rotor dan sikat karbon yang selalu diam, menjadi komponen yang akan menjaga arah arus listrik untuk selalu tetap yakni sesuai gambar skema mengalir dari sisi kiri kawat angker ke kanan. Arah arus listrik yang selalu tetap di setiap setengah putaran rotor inilah yang akan membuat rotor motor listrik selalu berputar selama masih ada arus listrik yang mengalir ke kawat angker. Gaya dorong pada kawat angker motor listrik dc merupakan salah satu bentuk gaya Lorentz. Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh adanya arus listrik yang berada di dalam sebuah medan magnet. Besar gaya Lorentz berpengaruh langsung terhadap kecepatan putaran serta gaya torsi motor listrik. Kecepatan putaran serta torsi motor tergantung dari besar medan magnet, besar arus listrik, serta panjang kawat. Ketiga komponen tersebut dapat direkayasa sehingga didapatkan karakteristik motor listrik yang sesuai dengan yang diinginkan. E. Prinsip Kerja Motor AC Sinkron Motor sinkron adalah motor listrik AC, yang pada kondisi steady, kecepatan putaran rotor nya tersinkronisasi atau sebanding dengan frekuensi gelombang arus AC. Jika kaitkan dengan rumus putaran rotor mesin AC di bawah ini, maka kecepatan rotor akan selalu sebanding dengan frekuensi listrik supply dan berbanding terbalik dengan jumlah kutub magnet. Dimana N = kecepatan putaran rotor motor (rpm), f = frekuensi sumber listrik AC (Hz), dan P = jumlah kutub magnet untuk setiap fase listrik.
Prinsip kerja motor listrik AC tipe sinkron adalah terletak pada sistem eksitasi pada rotornya. Rotor motor AC sinkron memiliki kutub magnet dengan posisi yang tetap. Kutub magnet tersebut terkunci dengan medan magnet yang terbangkitkan di stator. Sehingga pada saat medan magnet stator berputar akibat gelombang listrik AC, rotor motor akan ikut berputar dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan gelombang listrik AC. Gambar 1.7 Ilustrasi Motor AC Sinkron 3 Fasa Gambar animasi di atas adalah ilustrasi sebuah motor listrik AC sinkron dengan sumber listrik AC tiga fasa. Pada gambar tersebut, terlepas dari sumber eksitasinya, rotor motor tersusun atas dua kutub magnet yakni utara (merah) dan selatan (hijau). Sedangkan sisi stator, tersusun atas beberapa kumparan kawat dengan sumber tegangan listrik AC tiga fasa (merah, biru, hijau). Melalui beberapa kumparan yang disusun sedemikian rupa, listrik AC tiga fasa terkonversi menjadi kutub magnet dan medan magnet putar. Kutub magnet stator yang terbangkitkan akan tarik-menarik dengan kutub magnet rotor yang berlawanan. Sehingga jika medan atau kutub magnet stator berputar karena gelombang listrik AC, maka rotor motor akan ikut berputar mengikuti putaran kutub magnet stator. Kutub utara rotor
akan selalu mengikuti putaran kutub selatan stator, sedangkan kutub selatan rotor akan mengikuti putaran kutub utara stator. Dengan demikian kecepatan putaran rotor akan selalu sama dengan kecepatan putaran medan magnet stator, dan karena hal inilah motor listrik AC ini disebut dengan motor listrik AC tipe sinkron. F. Prinsip Kerja Motor Induksi Motor Induksi 3 Fasa bekerja sebagai berikut. Misalkan kita memiliki sumber AC 3 fasa yang terhubung dengan stator pada motor. Karena stator terhubung dengan sumber AC maka arus dapat masuk ke stator melalui kumparan stator. Sekarang kita hanya melihat 1 kumparan stator saja. Sesuai hukum faraday bahwa apabila terdapat arus yang mengalir pada suatu kabel maka arus itu dapat menghasilkan fluks magnet pada kabel tersebut, dimana arahnya mengikuti kaidah tangan kanan. Gambar 1.8 Skema Motor Induksi 3 Fasa Setiap fasa dalam kumparan stator akan mengalami hal yang sama karena setiap fasa dialiri arus, namun besarnya fluks yang dihasilkan tidak sama di setiap waktu. Hal ini disebabkan besarnya arus yang berbeda-beda pada tiap fasa di tiap waktunya. Langkahlangkah berikut merupakan penjelasan secara singkat \prinsip kerja motor induksi : 1. Ketika tgangan AC dihubungkan pada kumparan stator,mka akan timbul medan putar dengan kecepatan:
2. Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. 3. Sehingga pada kumparan rotor akan akan menimbulkan tegangan induksi sebesar: E r = 4,44. f 2. N 2 φm 4. Karena rangkaian rotor tertutup maka ggl induksi tersebut aka menghasilkan arus. 5. Adanya arus di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya pada rotor. 6. Bila torsi mula yang dihasilkan oleh gaya tersebut pada rotor cukup besar untuk memikul kopel beban,rotor akan berputar searah dengan medan putar stator. 7. Dari pernyataan 2 dan 3 terlihat bahwa syarat terbentuknya tegangan induksi haruslah ada perbedaan kecepatan relatif (slip) antara kecepatan medan putar stator(ns) dan keceptan putar rotor(nr) yang dapat dituliskan sebagai berikut. 8. Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan rotor, karenanya tidak dihasilkan kopel. Kopel ditimbulkan jika nr < ns.
DAFTAR PUSTAKA http://artikel-teknologi.com/prinsip-kerja-motor-listrik/. Diakses pada tanggal 3 Oktober 2016 http://artikel-teknologi.com/macam-macam-motor-listrik-ac/. Diakses pada tanggal 3 Oktober 2016 http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29255/3/chapter%20ii.pdf. Diakses pada tanggal 3 Oktober 2016 http://www.electrical4u.com/working-or-operating-principle-of-dc-motor/. Diakses pada tanggal 3 Oktober 2016 http://elektronika-dasar.web.id/teori-motor-dc-dan-jenis-jenis-motor-dc/. Diakses pada tanggal 3 Oktober 2016