Motor Listrik Ac Satu Fasa.docx

Motor Listrik AC Satu Fasa 4/16/2009 HaGe 19 komentar

Berdasarkan karakteristik dari arus listrik yang mengalir, motor AC (Alternating Current, Arus Bolak-balik) terdiri dari 2 jenis, yaitu: 1. Motor listrik AC / arus bolak-balik 1 fasa 2. Motor listrik AC / arus bolak-balik 3 fasa Pembahasan dalam artikel kali ini di titik beratkan pada motor listrik AC 1 fasa, yang terdiri dari: • Motor Kapasitor • Motor Shaded Pole • Motor Universal Sebelumnya akan lebih baik jika anda membaca artikel mengenai motor listrik di sini Prinsip kerja Motor AC Satu Fasa Motor AC satu fasa berbeda cara kerjanya dengan motor AC tiga fasa, dimana pada motor AC tiga fasa untuk belitan statornya terdapat tiga belitan yang menghasilkan medan putar dan pada rotor sangkar terjadi induksi dan interaksi torsi yang menghasilkan putaran. Sedangkan 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.

MOTOR INDUKSI A.

Motor AC 1 Fasa Motor AC 1 Fasa banyak digunakan pada peralatan rumah tangga listrik, misalnya pompa air, mesin cuci, lemari es, mixer, kipas angin dan sebagainya. Karena bentuknya yang sederhana dan harganya yang relatif murah motor induksi 1 fasa banyak dipakai untuk keperluan motor-motor kecil. Struktur motor induksi 1 fasa hampir sama dengan motor induksi 3 fasa. Motor AC 1 fasa berkapasitas kecil ini sering dikenal dengan nama Fraction Horse Power Motor, dibuat dalam berbagai macam type sesuai dengan kebutuhan. Motor ini bekerja pada arus bolak balik 1 fasa dengan frekuensi nominal.

Disebut motor 1 fasa karena untuk mendapatkan daya mekanik hanya dipelukan sumber satu fasa, yang pada dasarnya motor satu fasa mempunyai prinsip kerja motor dua fasa, hal ini disebabkan karena pada lilitan statornya terdiri dari dua lilitan, yaitu lilitan utama dan lilitan bantu dan diantara keduanya mempunyai beda fasa 90o Listrik. Dari kedua fluks yang ada pada lilitan stator tersebut maka terjadilah suatu medan magnit putar sehingga motor dapat berputar. Ada beberapa jenis motor AC 1 fasa yang banyak digunakan diantaranya adalah: a. Motor induksi AC 1 fasa motor fasa belah (splite phasa) b. Motor induksi AC 1 fasa motor kapasitor, terbagi menjadi tiga jenis yaitu:  Motor kapasitor start (starting capasitor)  Motor kapasitor Running (Running capasitor)  Motor kapasitor Start-running (Starting running capasitor) c. Motor repulsi (repultion motor) d. Motor universal (Universal motor) e. Motor kutub bayangan (shaded pole motor) 1.

Jenis-jenis Motor Arus Bolak Balik 1 Fasa a.

Motor Fasa Belah (splite phasa motor)

Jenis motor ini menggunakan rotor sangkar (Squirrel Cage winding) terdiri dari sejumlah batang tembaga yang dimasukkan ke dalam alur rotor, pada ujung-ujungnya dihubungkan oleh cincin tembaga sehingga terdapat sirkuit tertutup. Sedangkan kumparan statornya terdiri dari dua lilitan yaitu kumparan utama (main winding) dan kumparan bantu (starting winding). Kedua kumparan tersebut terhubung paralel pada saat start, kedua-duanya terhubung pada jala-jala kemudian setelah motor berputar mencapai + 75 % putaran nominal, sebuah saklar sentrifugal akan memutuskan rangkaian kumparan bantu dan selanjutnya motor bekerja hanya dengan kumparan utama. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Dilihat dari konstruksinya motor fasa belah mempunyai saklar sentrifugal yang berfungsi untuk memutuskan rangkaian kumparan bantu setelah motor berputar mendekati putaran nominal, dan mencegah arus lebih dari jala-jala ke kumparan bantu dan juga untuk melindungi kumparan dari kerusakan yang disebabkan oleh pemanasan arus yang melewatinya. b.

Motor Kapasitor Konstruksi motor kapasitor hampir sama dengan motor fasa belah, hanya pada motor ini di tambah satu unit kapasitor. Motor kapasitor bekerja untuk tegangan AC satu fasa dan umumnya banyak digunakan untuk pompa air, refrigerator, compressor udara, mesin cuci dan lainnya. Tempat kedudukan kapasitor pada motor terletak pada bagian atas motor ada juga yang di dalam kerangka motor itu sendiri. Kapasitor ini berfungsi untuk mempertinggi kopel awal dan mengurangi arus start pada motor kapasitor dan geseran fasa antara belitan utama dan bantu lebih dipertajam. Jenis kapasitor yang banyak digunakan pada jenis motor kapasitor ini antara lain: a. Kapasitor kertas (The Paper Capacitor)

b. Kapasitor minyak (The oil Capacitor) c. Kapasitor elektrolit (The electrolytic Capacitor) Umumnya kapasitas dari kapasitor ini antara 6 F – 150 F. Menurut hubungan kapasitornya jenis motor kapasitor dapat dibagi menjadi tiga macam yaitu: 1. Motor kapasitor start (starting capacitor motor) 2. Motor kapasitor tetap/ running (permanent capacitor motor) 3. Motor kapasitor start/ running (start-running capacitor motor) 1)

Motor kapasitor start (starting capacitor motor) Motor ini adalah merupakan jelmaan dari motor fasa belah, tetapi mempunyai kapasitor yang dihubungkan seri dengan belitan bantu dan sakelar sentrifugal, secara konstruktif sama persis, hanya ditambah satu unit kapasitor untuk memperbesar kopel awal (start). Seperti dikatakan di awal prinsip kerja motor kapasitor start ini sama seperti motor induksi, yaitu jika pada lilitan utama diberikan sumber arus maka akan terjadi medan magnit putar (fluks magnit) yang ada dan besarnya sama, tidak ada resultan gaya. Tetapi dengan adanya lilitan bantu dan kapasitor maka ada beda fasa diantara keduanya, disinilah terjadi fluksi magnit dan resultan gaya yang berbeda maju atau mundur tergantung besarnya resultan gaya itu sendiri dan pada umumnya terjadi resultan gaya searah jarum jam sehingga motor dapat berputar ke kanan. Setelah motor berputar 75% dari putaran nominal maka sakelar sentrifugal bekerja memutuskan rangkaian lilitan bantu dan motor bekerja hanya dengan lilitan utama. Keuntungan motor jenis ini dibanding dengan type motor fasa belah adalah:  Mempunyai kopel yang lebih kuat.  Faktor kerjanya lebih besar (mendekati 1)

Secara konstruksi rangkaian kelistrikan motor start kapasitor dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Adapun bagian-bagian yang terpenting dari motor ini adalah: o Stator (tempat belitan utama dan bantu) pada alur-alur stator o Rotor sangkar dengan porosnya o Bantalan peluruh (laher) o Tutup stator dan rangka body o Kapasitor o Ujung-ujung terminal motor 2)

Motor kapasitor tetap/running (permanent capacitor motor)

Motor ini mempunyai kapasitor yang dihubungkan seri dengan kumparan bantu, terhubung paralel dengan kumparan utama dan terhubung langsung paralel dengan sumber listrik. Belitan utama, lilitan bantu dan kapasitor tetap terhubung pada sirkuit jala-jala saat motor bekerja. Jenis motor ini banyak digunakan pada pompa air satu fasa, dimana lilitan

utama dan bantu jumlah lilitannya sama banyak tetapi diameter kawatnya berbeda diantara keduanya. Diameter kawat lilitan utama lebih besar dibanding diameter lilitan bantunya. Type motor ini kopel awalnya kurang bagus, tetapi kopel jalan (torsi jalan) merata. Kebanyakan pompa air berbagai merek banyak menggunakan jenis motor running kapasitor dengan kecepatan mendekati 3000 rpm, untuk lebih jelasnya rangkaian kelistrikan motor running kapasitor dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

3)

Motor kapasitor start/ running (start-running capacitor motor)

Jenis motor ini adalah perpaduan antara motor start kapasitor dan running kapasitor, dimana tujuan dibuatnya double kapasitor adalah untuk memperioleh kopel awal yang lebih besar dan kopel jalan yang merata. Jenis motor ini banyak digunakan pada room air conditioner. Untuk lebih jelasnya dapat anda lihat pada gambar di bawah ini:

c.

Motor Repulsi Motor repulsi mempunyai dua buah kumparan yaitu kumparan medan stator dan kumparan rotor. Diantara kedua kumparan tersebut adalah tidak mempunyai hubungan galvanis antara satu sama lainnya. Konstruksi rotornya hampir sama dengan rotor motor DC (arus searah). Motor repulsi mempunyai sebuah belitan stator yang diatur untuk hubungan ke sumber tegangan dan sebuah belitan rotor yang dihubungkan ke sebuah komutator.Secara prinsip motor ini mempunyai belitan stator sama seperti motor fasa tunggal, tetapi mempunyai rotor seperti rotor motor DC, dengan sikat-sikat yang berlawanan pada jangkar yang dihubung singkatkan. Sikat (brush) dihubungsingkatkan secara permanent. Kumparan stator dihubungkan dengan sumber arus bolak balik, sehingga mengalir arus pada stator, maka pada rotor timbul tegangan induksi. Arus induksi pada rotor menimbulkan magnit. Resultan dari kedua kutub medan dan kutub jangkar akan menyebabkan terjadinya medan putar. Medan putar ini terjadi pada kedudukan sikat digeser dari garis netral. Garis netral adalah letak

garis sumbu sikat segaris dengan sumbu kumparan stator, yaitu garis medan magnit rotor sama dengan statornya. Kecepatan motor dapat diatur dengan cara menggeser letak sikat ke kiri atau ke kanan dari garis netral. Semakin besar sudut pergeseran semakin besar perubahan kecepatan motor demikian pula terhadap momen kopel dari motor. Pada dasarnya motor repulsi dapat dibedakan menjadi tiga kelompok yaitu: 1) Motor repulsi start (induction run motor) 2) Motor repulsi 3) Motor Repulsion induction full

Prinsip kerja dari ketiga motor tersebut adalah sama hanya bedanya terletak pada sifat dan pemakaiannya. Untuk lebih jelasnya sirkuit diagram motor repulsi dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

1)

Motor repulsion start induction run motor Dimana gerak mulanya seperti motor repulsion, bila tercapai kecepatan penuh, kumparan rotor dihubungsingkatkan dengan menggunakan sakelar sentrifugal, maka motor akan berubah menjadi motor rotor sangkar dengan kecepatan tetap. 2) Motor repulse Motor dengan kumparan rotor lewat komutator dimana sikat-sikatnya dihubungsingkatkan. 3) Motor repulsion induction full Motor ini menggunakan rotor sangkar pada bagian bawah dari alur kumparan rotor (rotor mempunyai dua tingkat alur, yaitu alur sangkar dan alur kumparan) motor type ini tidak dilengkapi dengan sakelar sentrifugal. Prinsip gerak mulanya sama dengan type motor repulsi. Kopel mula motor repulsi sama dengan motor kapasitor start yang berkisar antara 300%-350% dari kopel beban penuh. Sedangkan arus start pada motor repulsi ini jauh lebih mudah 30% - 40% dibandingkan dengan motor induksi satu fasa lainnya. Variasi kecepatan waktu beban penuh terjadi slip antara 2,5 % – 5 %. Motor-motor repulsi dibuat dalam ukuran ¼-5 HP pada kecepatan 1800 rpm dengan kopel awal 350 % dari kopel beban penuh. Karakteristik motor repulsi ini sangat baik. Motor beroperasi dengan kecepatan yang berubah ubah, disamping motor mempunyai gerak mula yang besar, sehingga dapat digunakan untuk beban yang berat. d. Motor Universal Motor universal adalah motor seri arus bolak balik, konstruksi maupun karakteristik motor universal sama dengan motor seri arus searah (motor seri DC). Keuntungan motor universal ini dapat dioperasikan dengan sumber tegangan bolak balik atau denga tegangan arus searah pada nilai tegangan yang sama. Stator motor universal dapat berupa sepatu kutub (salient pole) maupun stator silinder (non salient). Motor universal dengan stator sepatu kutub umumnya beroperasi untuk daya 250 Watt (1/4 HP) ke bawah. Sedangkan stator non salient dioperasikan untuk daya di atas 250 Watt.

Kecepatan beban nol motor ini sangat tinggi, tetapi pada saat beban dipasang kecepatan motor berkurang dan akan terus berkurang jika bebannya bertambah lagi. Pengaturan kecepatan motor universal dapat dilakukan dengan cara memasang tahanan depan (rheostat

resistance) dihubungkan seri dengan motor. Tahanan depan yang di atur bervariasi pada motor akan memberikan tegangan masuk bervariasi pada motor, sehingga fungsi tegangan terhadap kecepatan sesuai dengan formula dasar dari motor listrik. Pengaturan kecepatan kedua adalah dengan kumparan medan dibuat dalam beberapa tingkat (step) untuk memberikan variasi impedansi lilitan medan, sehingga fluksi medan terhadap kecepatan sesuai dengan rumus dasar motor listrik. Dengan pengaturan tap-tap lilitan medan (impedansi medan) maka kecepatan motor dapat diatur. Kopel start motor universal cukup besar dan kecepatannya bervariasi menurut beban. Di bawah diperlihatkan gambar rangkaian motor universal dengan variasi kecepatan.

Di atas telah dijelaskan bahwa motor ini dapat dijalankan dengan sumber AC maupun DC karena sifatnya ini maka motor ini juga mempunyai belitan medan dan jangkar yang tidak jauh berbeda denganmotor DC umumnya. Motor jenis ini banyak digunakan pada alat rumah tangga misalnya blender, mixer, mesin jahit dan sebagainya. e. Motor shaded pole (kutub bayangan) Motor shaded pole atau motor kutub bayangan adalah adalah sebuah motor induksi satu fasa yang diperlengkapi dengan belitan bantu yang dihubungkan secara parallel dengan belitan utama. 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.

Tegangan bolak balik dari kumparan utama akan di induksikan pada shaded coil. Dengan adanya tegangan induksi ini maka pada shaded coil akan mengalir arus dan menimbulkan fluks lawan dari kumparan utama. Dengan demikian terjadi beda fasa antara fluks kumparan utama dengan fluks shaded coil (kumparan bayangan). Kedua fluks tersebut berbeda nilainya dan dianggap kutub itu menghasilkan fluks lemah (dalam cincin) dan di superimpose fluks kuat (diluar cincin) sehingga terdapat medan putar. Konstruksi motor shaded pole dapat dilihat seperti gambar di bawah ini:

Motor ini dibuat dengan ukuran motor fraction horse power dan digunakan untuk bermacam-macam kebutuhan seperti kipas angina 2 kecepatan, hair drayer, blower dan sebagainya. Motor ini mempunyai kopel start yang rendah dan hanya bekerja pada tegangan AC.

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. Motor Kapasitor Motor kapasitor satu phasa banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci, motor lemari es, motor air conditioning. Konstruksinya sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220 V, oleh karena itu menjadikan motor kapasitor ini banyak dipakai pada peralatan rumah tangga.

Gambar 5. Motor kapasitor Belitan stator terdiri atas belitan utama dengan notasi terminal U1-U2, dan belitan bantu dengan notasi terminal Z1-Z2 Jala-jala L1 terhubung dengan terminal U1, dan kawat netral N terhubung dengan terminal U2. Kondensator kerja berfungsi agar perbedaan sudut phasa belitan utama dengan belitan bantu mendekati 90°. Pengaturan arah putaran motor kapasitor dapat dilakukan dengan (lihat gambar6): • Untuk menghasilkan putaran ke kiri (berlawanan jarum jam) kondensator kerja CB disambungkan ke terminal U1 dan Z2 dan terminal Z1 dikopel dengan terminal. • Putaran ke kanan (searah jarum jam) kondensator kerja disambung kan ke terminal Z1 dan U1 dan terminal Z2 dikopel dengan terminal U1.

Gambar 6. Pengawatan motor kapasitor dengan pembalik putaran. Motor kapasitor dengan daya diatas 1 KW di lengkapi dengan dua buah kondensator dan satu buah saklar sentrifugal. Belitan utama U1-U2 dihubungkan dengan jala-jala L1 dan Netral N. Belitan bantu Z1-Z2 disambungkan seri dengan kondensator kerja CB, dan sebuah kondensator starting CA diseri dengan kontak normally close (NC) dari saklar sentrifugal, lihat gambar 7. Awalnya belitan utama dan belitan bantu mendapatkan tegangan dari jala-jala L1 dan Netral. Kemudian dua buah kondensator CB dan CA, keduanya membentuk loop tertutup sehingga rotor mulai berputar, dan ketika putaran mendekati 70% putaran nominalnya, saklar sentrifugal akan membuka dan kontak normally close memutuskan kondensator bantu CA.

Gambar 7. Pengawatan dengan Dua Kapasitor Fungsi dari dua kondensator yang disambungkan parallel, CA+CB, adalah untuk meningkatkan nilai torsi awal untuk mengangkat beban. Setelah putaran motor mencapai 70% putaran, saklar sentrifugal terputus sehingga hanya kondensator kerja CB saja yang tetap bekerja. Jika kedua kondensator rusak maka torsi motor akan menurun drastis, lihat gambar 8.

Gambar 8. Karakteristik Torsi Motor kapasitor MotorShaded Pole Motor shaded pole atau motor phasa terbelah termasuk motor satu phasa daya kecil, dan banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga sebagai motor penggerak kipas angin, blender. Konstruksinya sangat sederhana, pada kedua ujung stator ada dua kawat yang terpasang dan dihubung singkatkan fungsinya sebagai pembelah phasa. Belitan stator dibelitkan sekeliling inti membentuk seperti belitan transfor mator. Rotornya berbentuk sangkar tupai dan porosnya ditempatkan pada rumah stator ditopang dua buah bearing.

Gambar 9. motor shaded pole, Motor fasa terbelah. Irisan penampang motor shaded pole memperlihatkan dua bagian, yaitu bagian stator dengan belitan stator dan dua kawat shaded pole. Bagian rotor sangkar ditempatkan di tengah-tengah stator, lihat gambar 10.

Gambar 10. Penampang motor shaded pole. Torsi putar dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa oleh kawat shaded pole. Konstruksi yang sederhana, daya yang kecil, handal, mudah dioperasikan, bebas perawatan dan cukup di suplai dengan Tegangan AC 220 V, jenis motor shaded pole banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga kecil. Motor Universal Motor Universal termasuk motor satu phasa dengan menggunakan belitan stator dan belitan rotor. Motor universal dipakai pada mesin jahit, motor bor tangan. Perawatan rutin dilakukan dengan mengganti sikat arang yang memendek atau pegas sikat arang yang lembek. Kontruksinya yang sederhana, handal, mudah dioperasikan, daya yang kecil, torsinya yang cukup besar motor universal dipakai untuk peralatan rumah tangga.

Gambar 11. komutator pada motor universal. Bentuk stator dari motor universal terdiri dari dua kutub stator. Belitan rotor memiliki dua belas alur belitan dan dilengkapi komutator dan sikat arang yang menghubungkan secara seri antara belitan stator dengan belitan rotornya. Motor universal memiliki kecepatan tinggi sekitar 3000 rpm.

Gambar 12. stator dan rotor motor universal Aplikasi motor universal untuk mesin jahit, untuk mengatur kecepatan dihubungkan dengan tahanan geser dalam bentuk pedal yang ditekan dan dilepaskan.