Motor Induksi 1 Fasa-1 [PDF]

Citation preview

MOTOR INDUKSI SATU FASA Motor induksi adalah adalah motor listrik bolak-balik (ac) yang putaran rotornya tidak sama dengan putaran medan stator, dengan kata lain putaran rotor dengan putaran medan stator terdapat selisih putaran yang disebut slip. Pada umumnya motor induksi dikenal ada dua macam berdasarkan jumlah fasa yang digunakan, yaitu: motor induksi satu fasa dan motor induksi tiga fasa. Sesuai dengan namanya motor induksi satu fasa dirancang untuk beroperasi menggunakan suplai tegangan satu fasa.



KELEBIHAN DAN KEKURANGAN Motor induksi satu fasa sering digunakan sebagai penggerak pada peralatan yang memerlukan daya rendah dan kecepatan yang relatif konstan. Hal ini disebabkan karena motor induksi satu fasa memiliki beberapa kelebihan yaitu 1. konstruksi yang cukup sederhana, 2. kecepatan putar yang hampir konstan terhadap perubahan beban 3. dan umumnya digunakan pada sumber jala-jala satu fasa yang banyak terdapat pada peralatan domestik. Walaupun demikian motor ini juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu 1. kapasitas pembebanan yang relatif rendah, 2. tidak dapat melakukan pengasutan sendiri tanpa pertolongan alat bantu 3. dan efesiensi yang rendah



KONSTRUKSI



1. Stator : Merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya. 2. Rotor :Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparan stator yang diinduksikan kepada kumparan rotor. 3. Tutup pelindung : 4. Kipas luar : 5. Pelindung bagian belakang: 6. Tutup kapasitor: 7. Kapasitor : 8. Rangka : 9. Saklar start berputar: 10. Saklar start diam : 11. Terminal hubung : 12. Name plate: 13. Baut pengikat : 14. Cincin akhir: 15. Bearing: 16. Tutup depan: 17. Poros :



18. Kipas dalam:



PRINSIP KERJA Pada motor satu fasa memiliki dua belitan stator, yaitu belitan fasa utama (belitan U1-U2) dan belitan fasa bantu (belitan Z1-Z2), lihat gambar1.



Gambar 1. Prinsip Medan Magnet Utama dan Medan magnet Bantu Motor Satu fasa Belitan utama menggunakan penampang kawat tembaga lebih besar sehingga memiliki impedansi lebih kecil. Sedangkan belitan bantu dibuat dari tembaga berpenampang kecil dan jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya lebih besar dibanding impedansi belitan utama. Grafik arus belitan bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama berbeda fasa sebesar φ, hal ini disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua belitan tersebut. Perbedaan arus beda fasa ini menyebabkan arus total, merupakan penjumlahan vektor arus utama dan arus bantu. Medan magnet utama yang dihasilkan belitan utama juga berbeda fasa sebesar φ dengan medan magnet bantu. Gambar 2. grafik Gelombang arus medan bantu dan arus medan utama Gambar



3.



Medan



magnet



pada



Stator



Motor



satu



fasa



Belitan bantu Z1-Z2 pertama dialiri arus Ibantu menghasilkan fluks magnet Φ tegak lurus, beberapa saat kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama Iutama. yang bernilai positip. Hasilnya adalah medan magnet yang bergeser sebesar 45° dengan arah berlawanan jarum jam. Kejadian ini berlangsung terus sampai satu siklus sinusoida, sehingga menghasilkan medan magnet yang berputar pada belitan statornya. Rotor motor satu fasa sama dengan rotor motor tiga fasa yaitu berbentuk batang-batang kawat yang ujungujungnya dihubung singkatkan dan menyerupai bentuk sangkar tupai, maka sering disebut rotor sangkar. Gambar



4.



Rotor



sangkar



Belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator, menghasilkan tegangan induksi, interaksi antara medan putar stator dan medan magnet rotor akan menghasilkan torsi putar pada rotor



JENIS-JENIS 1. MOTOR FASA TERPISAH Motor fase belah terdiri atas dua kumparan stator yaitu kumparan utama dan kumparan bantu. Antara kumparan utama dan kumparan bantu berbeda arus 90



derajat listrik. Untuk memperoleh arus utama (Iu) dan arus bantu (Ib) yang tidak sefase dapat dilakukan dengan cara : 1) Lilitan utama atau kuparan utama terdiri dari jumlah lilitan yang sedikit dengan penampang kawat yang besar . 2) Lilitan bantu terdiri dari jumlah lilitan lebihbanyak dan penampang kawat yang lebih kecil. Berikut adalah gambar rangkaian, perbandingan tahanan terhadap reaktansi dan karakteristik dari momen putar mesin induksi satu fasa:



Gambar rangkaian motor induksi fasa terpisah ditunjukkan pada Gambar (a). Kumparan bantu memiliki perbandingan tahanan terhadap reaktansi yang lebih tinggi daripada kumparan utama, sehingga kedua arus akan berbeda fasa seperti yang ditunjukkan pada Gambar (b). Perbandingan tahanan terhadap reaktansi yang tinggi dapat dengan menggunakan kawat yang lebih murni pada kumparan bantu. Hal ini diizinkan karena kumparan bantu hanya dipakai pada saat start. Saklar sentrifugal akan memisahkan dari rangkaian segera setelah dicapai kecepatan sinkron sekitar 70 sampai 80 persen kecepatan sinkron.



Karakteristik momen putar vs kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada Gambar (c). Gambar ini memperlihatkan nilai torsi masing-masing kecepatan motor, mulai dari posisi diam sampai kecepatan nominal, dan seterusnya sampai kecepatan sinkron. Torsi start adalah torsi yang tersedia bila motor mulai berputar dari posisi diam. Torsi beban penuh adalah torsi yang dihasilkan bila motor berputar pada keluaran nominal. Bila beban terus menerus diperbesar dari keadaan motor berputar pada kecepatan nominal untuk melayani beban dan torsi maksimum dari poros motor yang dapat digunakan dapat dilampaui, maka motor menjadi tidak mampu melayani beban dan motor akan berhenti. Nilai maksimum dari torsi dalam hal ini disebut torsi maksimum (Tmaks). 2. MOTOR KAPASITOR a. Motor kapasitor start



Konstruksi motor kapasitor start ditunjukkan pada Gambar (a). Untuk mendapatkan torsi putar awal yang lebih besar, yaitu dengan cara menghubungkan sebuah kapasitor yang dipasang secara seri dengan kumparan bantu seperti yang ditunjukkan pada Gambar.(b). Hal ini akan menaikkan sudut fasa antara arus kumparan seperti yang ditunjukkan pada Gambar (c).Karakteristik momen putar-kecepatan putar dari motor ini dapat ditunjukkan pada Gambar (d). Karena kapasitor dipakai hanya untuk pada saat start, jenis kapasitor yang dipakai adalah kapasitor elektrolit. Motor ini menghasilkan momen putar start yang lebih tinggi. b. Motor Kapasitor Permanen Prinsipnya sama dengan motor kapasitor start. Bedanya, motor ini tidak mempunyai saklar sentrifugal. Kapasitornya terhubung seri dengan kumparan bantu dan bekerja secara parallel pada kumparan utama. Kopel mula dari motor kapasitor permanen relative rendah kira‐kira 50% ‐ 100 % dari torsi beban penuh.



c. Motor Kapasitor Ganda Motor ini mempunyai dua buah kapasitor, satu digunakan pada saat start dan satu lagi digunakan pada saat berputaratau running , seperti ditunjukkan pada Gambar (a). Secara praktis keadaan start dan berputar yang optimal dapat diperoleh dengan menggunakan dua buah kapasitor elektrolit. Kapasitor Run secara permanen dihubungkan seri dengan kumparan bantu dengan nilai yang lebih kecil dan dipakai kapasitor kertas. Sudut fasa antar kumparan sama seperti pada motor kapasitor permanen seperti pada Gambar (b). Karakteristik momen putar-kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada Gambar (c).



3. MOTOR SHADED POLE Motor ini mempunyai kutub tonjol dan sebagian dari masing-masing kutub dikelilingi oleh lilitan rangkaian terhubung singkat yang terbuat dari tembaga yang disebut kumparan terarsir seperti pada Gambar (a). Arus imbas yang terdapat pada kumparan yang terarsir menyebabkan fluksi yang berada pada bagian lain. Hasilnya seperti medan putar yang bergerak dalam arah dari daerah kutub yang tidak terarsir ke bagian kutub yang terarsir dan menimbulkan momen putar saat dihidupkan yang kecil. Karakteristik motor shaded pole ditunjukkan pada Gambar (b).



Stator motor shaded pole berbentuk sepatu kutub (salient). Kumparan stator hanya terdiri dari kumparan utama. Untuk membentuk medan putar dipasang shaded coil yang merupakan suatu rangkaian tertutup pada sepatu kutub tersebut. Pada kutub bayangan(shaded pole) diberi cincin tembaga yang melingkar sehingga mengakibatkan medan magnet pada daerah shaded pole mengalami perbedaan sudut fase dengan kutub utama(unshaded pole). Kemudian medan putar akan timbul dan mempunyai arah dari kutub utama ke kutub bayangannya. 4. MOTOR UNIVERSAL Motor universal adalah motor seri arus bolak balik. Konstruksi maupun karakteristiknya sama dengan motor seri arus searah (motor seri dc). Keuntungan motor universal dapat dioperasikan dengan sumber tegangan bolak‐balik atau dengan tegangan arus searah pada nilai tegangan yang sama. Statornya dapat berupa sepatu kutub (salient pole) maupun stator silinder (non salient). Stator sepatu kutub umumnya untuk daya 250 watt (1/4 Hp) ke bawah, sedangkan stator non salient dioperasikan untuk daya di atas 250 watt. Pengaturan kecepatan motor universal dapat dilakukan dengan dua cara; 1. Tahanan depan Tahanan depan (rheostat resistance) dihubungkan seri dengan motor. Tahanan depan yang diatur bervariasi akan memberikan tegangan masuk bervariasi pada motor. 2. Kumparan medan Kumparan medan dibuat dalam beberapa tingkat (step) untuk memberikan variasi impedansi lilitan medan, sehingga fluks medan terhadap kecepatan sesuai dengan rumus dasar motor listrik. Dengan pegaturan tap‐tap lilitan medan (impedansi medan) maka kecepatan motor dapat diatur.



Rangkaian ekuivalen motor induksi 1 fasa a. Pada keadaan diam



Dengan menggunakan konsep medan putar fluks yang dihasilkan kumparan stator dapat dipecah menjadi dua bagian yaitu : medan putar maju dan medan putar mundur. Kedua medan putar ini akan mengimbaskan ggl pada kumparan rotor sehingga tahanan dan reaktansi pada kumparan rotor diekivalenkan masing-masing adalah setengah dari nilai tahanan dan



reaktansi kumparan rotor sesungguhnya, yaitu R2/2 dan X2/2 seperti yang terlihat pada ambar diatas.



b. Pada Saat Beroperasi



Pada saat kecepatan motor induksi mulai bertambah dan bekerja hanya pada kumparan utama. Pada arah medan maju menggunakan slip s, arus rotor yang diimbaskan medan maju mempunyai frekuensi s.f, dimana f adalah frekuensi stator. Arus rotor ini akan menghasilkan fluks yang bergerak maju pada kecepatan slip. Fluks ini akan membangkitkan ggl dengan arah maju pada kumparan utama stator. Pangaruh pada rotor jika dilihat dari sisi stator dapat dinyatakan sebagai suatu impedansi sebesar 0,5 R2/s + j 0,5 X2 paralel dengan Xm dan Rc. Dengan menggunakan rangkaian ekivalen di atas, kita dapat menghitung arus stator, arus rotor, daya masukan, dan faktor daya untuk sembarang harga slip apabila tegangan yang diberikan dan impedansi motor diketahui.