Makalah Motor Induksi.docx

1.1 Pendahuluan. A.

Latar Belakang Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (ac) yang paling luas digunakan. Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di industri maupun di rumah tangga. Motor induksi yang umum dipakai adalah motor induksi 3-fase dan motor induksi 1-fase. Motor induksi 3-fase dioperasikan pada sistem tenaga 3-fase dan banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri, sedangkan motor induksi 1-fase dioperasikan pada sistem tenaga 1-fase yang banyak digunakan terutama pada penggunaan untuk peralatan rumah tangga seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan sebagainya karena motor induksi 1-fase mempunyai daya keluaran yang rendah.

2.1 Pengertian dan prinsip Motor induksi. 

2.1.1 Pengertian

Motor induksi adalah salah satu jenis dari motor-motor listrik yang bekerja berdasarkan induksi electromagnet. Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik

dari

kumparan

stator

kepada

kumparan

rotornya.

Garis-

garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga timbul tegangan induksi dan karena kumparan rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan rotor. kumparan rotor yang di aliri 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. Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang ditempatkan pada slot-slotnya yang dililitkan pada sejumlah kutup tertentu. Jumlah kutup ini menentukan kecepatan berputarnya medanstator yang terjadi yang diinduksikan ke rotornya. Makin besar jumlah kutup akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar medanstator dan sebaliknya. Kecepatan berputarnya medan putar ini disebut kecepatan sinkron.

Secara umum motor induksi dibagi menjadi dua, yaitu motor satu fasa, dan motor tiga fasa yaitu : Motor satu fasa : Konstruksi motor induksi satu fasa terdiri atas dua komponen yaitu stator dan rotor. Stator adalah bagian dari motor yang tidak bergerak dan rotor adalah bagian yang bergerak yang bertumpu pada bantalan poros terhadap stator. Motor induksi terdiri atas kumparankumparan stator dan rotor yang berfungsi membangkitkan gaya gerak listrik akibat dari adanya arus listrik bolak-balik satu fasa yang melewati kumparan-kumparan tersebut sehingga terjadi suatu interaksi induksi medan magnet antara stator dan rotor. Motor tiga fasa: Motor induksi 3 fasa memiliki keunggulan diantaranya handal, tenaga yang besar, daya listrik rendah dan hampir tidak ada perawatan. Tetapi motor induksi 3 phase memiliki kelemahan pada pengontrolan kecepatan. Kecepatan putar motor induksi bergantung pada frekuensi input, sedangkan sumber listrik memiliki frekuensi konstan. Untuk mengubah frekuensi input lebih sulit daripada mengatur tegangan input. Dengan ditemukannya teknologi inverter maka hal tersebut menjadi lebih mudah dan mungkin dilakukan 

2.2.1 Prinsip kerja Motor induksi.

A. Prinsip Motor Induksi AC dan DC Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator kepada kumparan rotornya. Garis-garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga timbul emf (ggl) atau tegangan induksi dan karena penghantar (kumparan) rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan rotor Belitan stator yang dihubungkan dengan satu sumber tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns=120f/2p). Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga terinduksi arus, dan sesuai dengan hukum lentz 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. Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang ditempatkan pada slot-slotnya yang dililitkan pada sejumlah kutup tertentu. Jumlah kutup ini menentukan kecepatan berputarnya medan stator yang terjadi yang diinduksikan ke rotornya. Makin besar jumlah kutup akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar medan stator dan sebaliknya. Kecepatan berputarnya medan putar ini disebut kecepatan sinkron

Grafik Kecepan Putaran Prinsip kerja motor induksi adalah berdasarkan induksi elektromagnet, dimana tegangan sumber diberikan pada kumparan stator, sehingga inti besi di stator menjadi magnet, kemudian menginduksikan magnet tersebut ke rotor. Dengan demikian, di kumparan rotor akan terinduksi tegangan karena kumparan rotor merupakan loop tertutup, maka akan mengalir arus di kumparan rotor tersebut yang berinteraksi dengan medan magnet di stator, sehingga timbullah gaya putar pada rotor yang mendorong rotor untuk berputar dengan kecepatan sinkron dan akan mengikutipersamaan

rumus

Dimana : N= kecepatan putar dari medan putar stator dalam rpm F = Frekuensi arus dan tegangan stator P = Banyaknya kutub

Garis-garis

gaya

fluks

dari

stator

tersebut

yang

berputar

akan

memotong panghantar-panghantar rotor sehingga pada penghantar rotor tersebut timbul Gaya Gerak Listrik (GGL) 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 magnet berputar dari

stator,

maka

pada

penghantar

rotor

tersebuttimbul

gaya-gaya

yang

berpasangan dan berlawanan arah, gaya tersebut menimbulkan torsi yang cenderung memutar rotornya, rotor akan berputar dengan kecepatan (Nr) mengikuti putaran medan putar stator (Ns)

magnet motor listrik

B. 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 mot or

rumus

Dimana : Ns = kecepatan sinkron dalam RPM Nb = kecepatan dasar dalam RPM 2.3.1 . Jenis – Jenis Motor Listrik



Motor listrik terbagi dua yaitu : 1.

Motor arus bolak batik (AC)

Motor arus bolak balik (AC) terbagi menjadi :     2.

Motor sinkron Motor Induksi terbagi lagi menjadi : ü Motor induksi 1 fasa ü Motor induksi 3 fasa

Motor arus searah (DC)

Motor arus searah (DC) terbagi menjadi   

Motor DC shunt Motor DC seri Motor DC Compound

2. 4.1 Konstruksi Sebuah motor induksi terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang berputar dan stator merupakan bagian yang diam. a.

Stator

Gambar Stator Stator mempunyai bagian : ·

Gandar, fungsinya sebagai penopang dan sebagai pelindung bagian dalam mesin.

·

Inti stator, terbuat dari laminasi logam yang disusun berlapis.

·

Kumparan stator.

b. Rotor terdiri dari : ·

Inti rotor

·

Kumparan rotor

Adapun jenis rotor dalam motor induksi tiga fasa adalah : ·

Rotor Belitan

Motor induksi jenis ini mempunyai rotor dengan belitan kumparan tiga fasa sama seperti kumparan stator. Kumparan stator dan rotor juga mempunyai jumlah kutub yang sama. Penambahan tahanan luar sampai harga tertentu, dapat membuat kopel mula mencapai harga kopel maksimumnya. Motor induksi dengan rotor belitan memungkinkan penambahan (pengaturan) tahanan luar. Tahanan luar yang dapat diatur ini dihubungkan ke rotor melalui cincin (gambar 3.3) selain untuk menghasilkan kopel mula yang besar, tahanan luar tadi diperlukan untuk membatasi atus mula yang besar pada saat start. Disamping itu dengan mengubah-ubah tahanan luar, kecepatan motor dapat diatur. ·

Rotor Sangkar

Motor induksi jenis ini mempunyai motor dengan kumparan yang terdiri atas beberapa batang konduktor yang disusun sedemikian rupa hingga mempunyai sangkar tupai (lihat gambar 3.4) konstruksi rotor seperti ini sangat sederhana bila dibandingkan dengan rotor mesin listrik lainnya. Dengan demikian harganya pun murah, kama konstruksinya yang demikian, padanya tidak 'nankin diberikan pengaturan tahana luar seperti pada motor induksi dengan motor belitan. Untuk membatasi arus mula yang besar, tegangan sumber harus dikurangi dan biasanya digunakan ototransformator atau saklar Y – A. Tetapi berkurangnya arus akan berakibat berkurangnya kopel

Gambar Rotor Sangkar

c.

Celah udara, untuk memberikan keleluasaan rotor untuk berputar.

d. Sikat (carbon brush), hanya terdapat pada motor induksi rotor lilit yang berfungsi untuk menghubungkan belitan rotor dengan tahanan tambahan



2.5.1 Medan Putar

Perputaran motor pada mesin arus bolak-balik ditimbulkan oleh adanya medan putar (fluks yang berputar) yang dihasilkan dalam kumparan statornya. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak, umurnnya tiga fasa. Hubungan dapat berupa bintang atau delta.

Disini akan dijelaskan bagannana terjadinya medan putar itu. Perhatikan gambar medan putar dibawah ini.

Gambar Medan Putar Misalnya kumparan a-a; b-b; c-c dihubungkan 3 fasa, dengan fasa rnasing--masing 120°(gambar 3.4a) dan dialiri arus sinusoid. Distribusi ia, ib, is sebagai fungsi waktu adalah seperti gambar 3.4b. pada keadaan tl, t2, t3, dan 14 fluks resultan yang ditimbulkan oleh kumparan tersebut masing-masing adalab seperti gambar 3.4 c, d, e, dan f. Pada t1 fluks resultannya mempunyai arah sama dengan arah fluks yang dihasilkan oleh kumparan a-a; sedangkan t2 fluks resultannya dihasilkan oleh kumparan b-b. Untuk t4, fluks resultannya berlawanan arah dengan fluks resultan yang dihasilkan pada saat tl. Dari gambar 3.4 c, d, e, dan f tersebut terlihat bahwa fluks resultan ini akan berputar satu kali. Oleh karena itu, untuk mesin dengan jumlah kutub lebih dari dua, kecepatan sinkron dapat diturunkan sebagai berikut Ns = 120.f/p...................................................................... (3.1) f = frekuensi p = jumlah kutub

3.1.1 Metode Starting Motor Induksi A. Metode Starting Motor Induksi Bila suplai motor berasal dari penyulang utama biasanya tidak akan ada masalah dengan awal start motor listriknya.namun demikian akan menjadi masalah bila motor listrik berkapastas besar di letakkan di daerah yang jauh dari penyulang utama.akan tetapi beberapa industri memiliki rentang yang cukup besar untuk jatuh tegangan sehingga besarnya jatuh tegangan bisa di toleransi.Namun demikian ada beberapa kasus dimana kapasitas motor terlalu besar di bandingkan kapasitas suplai,kususnya bila motor listrik berkapasitas besar bergabung dengan motor motor pembantu berkapas kecil dalam suatu proses produksi yang kemungkinan di jalankan bersamaan.perhitungan bersarnya arus srating motor listrik perlu dilakukan untuk mengetahui efeknya terhadap proses produksi maupun system yang sedang dijalankan. Arus start mempunyai sifat reaktif, yang nilainya biasanya di asumsikan.oleh karena itu power factor saat start biasanya lagging sebesar 15 sampai dengan 30 persen dari power factor nominal.untuk menjaga motor tetap bekerja dan kontaktor tidak beroperasi tegangan tidak boleh jatuh lebih dari 70% dari tegangan nominal.ini diasumsikan bahwa fliker lampu tidak menjadi pertimbangan.batasan penurunan tegangan disesuaiakan dengan kondisi suatu industri.namun demikian jika factor keamanan dan kontinuitas sangat penting maka jatuh tegangan di batasi harus lebih kecil dari 10% tegangan nominal. Di lain sisi motor dengan beban bervariasi terus menerus dapat mengakibatkan nilai arus line berubah ubah,sehingga mengakibatkan naik turunya tegangan yang di butuhkan.beban yang bertipe seperti ini diantaranya adalah pompa kompressor udara yang besar yang berdenyut enam sampai 12 kali per detik.akibatnya tegangan jatuh terjadi terus menerus dan mungkin saja bias membuat suatu proses industri yang kontinyu terhenti.yang berakibat harus memulai proses produksi dari awal lagi.atau kemungkinan lainya adalah kehilangan sebagian dari sequence suatu proses akibat dari tegangan jatuh. Batasan tegangan jatuh pada kontaktor motor listrik adalah paling rendah 30% dan yang paling tinggi adalah 70% dari tegangan nominal,tergantung dari tipe,ukuran dan pabrikan kontaktor tersebut.kontaktor mungkin akan mengalami jatuh tegangan dari ¾ sampai dengan 12 cycles. Kebanyakan permasalahan fliker muncul saat motor baru start. Ini terjadi pada motor satu fasa ataupun tiga fasa yang beroperasi pada bus sekunder dan pada kumpulan motor dengan kapasitas besar yang bekerja pada bus utama.

B. karakteristik arus starting pada motor induksi Ketika motor induksi di jalankan maka akan timbul arus mula yang besar,hal ini dikarenakan frekuensi dan reaktansi yang tinggi dalam kondisi start yaitu dengan slip seratus persen.jadi dalam rangkaian rotor yang sangat reaktif ,arus rotor tertinggal terhadap ggl rotor dengan sudut yang besar .Hal ini berarti bahwa aliran arus maksimum terjadi dalam konduktor rotor pada suatu waktu setelah kerapatan fluksi maksimum stator melewati konduktor tersebut.sehingga kondisi ini menghasilkan arus mula yang besar dengan factor daya yang rendah dan menghasilkan torsi mula yang rendah.

Jika rotor melakukan percepatan,frekuensi rotor menjadi berkurang dikarenakan nilai slip yang berkurang,hal ini berarti nilai reaktansi rotornya berkurang sehingga menyebabkan nilai torsinya naik ke harga maksimumnya. Jika motor mempercepat lebih lanjut,torsi akan turun sesuai dengan harga yang diperlukan untuk memutar beban dengan kecepatan konstan

rumus