Teknik Tenaga Listrik.docx

TEKNIK TENAGA LISTRIK MAKALAH MOTOR INDUKSI

Dosen Pengampu : Dr. Indra Yasri, ST., MT

Disusun oleh : Nama : Kiki Ramadani Npm : (163310214) Kelas : 5 (A)

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ISLAM RIAU 2018 1

KATA PENGANTAR

Puji syukur atas kehadirat Allah SWT berkat limpahan rahmat dan anugrah dari-Nya penulis dapat menyelesaikan makalah tentang “ MOTOR INDUKSI “ ini. Sholawat dan salam semoga senantiasa tercurahkan kepada junjungan besar kita, Nabi Muhammad SAW yang telah menunjukkan kepada kita semua jalan yang lurus berupa ajaran agama islam yang sempurna dan menjadi anugrah terbesar bagi seluruh alam semesta. Dalam penulisan makalah ini banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak, dan penulis mengucapkan terimakasih kepada BAPAK “ Dr. Indra Yasri, ST., MT “ yang mana atas bimbingan beliau makalah ini dapat diselesaikan. Makalah ini hanya memuat hal-hal pokok berkaitan dengan Motor Induksi tersebut. Baik dari pengertian, konstruksi, sistem kerja, keuntungan, dan aplikasi dari motor ini. Makalah ini bersumber dari referensi internet yang berhubungan dengan Motor Induksi tersebut. Penulis menyadari dalam makalah ini masih banyak kekurangan dan kelemahan, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun, penulis berharap makalah ini mudah-mudahan bisa berguna bagi kita semua, dan mejadi amal soleh bagi kita semua. atas perhatianya penulis ucapkan terima kasih.

Pekanbaru, 20 September 2018

Penulis,

2

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ......................................................................................................... 1 KATA PENGANTAR ……………………………………..…………………....….…… 2 DAFTAR ISI ………………………………………………..……………………...……. 3 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang …………………...……………………………….……….……….. 4 1.2 Tujuan ………………………………………………………………….……....……4 BAB II PEMBAHASAN 2.1 Motor Induksi Secara Umum ………………………………………………………. 5 2.2 Pengenalan Motor Induksi 1 Fasa …………………………..….…...…..………….. 6 2.3 Prinsip Kerja Motor Induksi ………………………………….…………………….. 7 2.4 Jenis – Jenis Motor Induksi 1 Fasa ……………………………….………..……… 11 2.5 pengenalan motor induksi 3 fasa ……………………………………..…..………... 15 2.6 Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa ……………………………………………….. 18 2.7 Konstruksi Motor Induksi 3 fasa ………………………………………...…………19 2.8 Kelebihan Dan Kekurangan Motor Induksi 3 Fasa ………………………..……… 22 2.9 Aplikasi Motor Induksi Pada Mobil Listrik ………………………………..…...… 23 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan…………………………………………………………..……………. 24 DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………….…………….. 25

3

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar belakang Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (AC) yang paling luas digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja berdasarkan induksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator. Penemu Motor induksi adalah Nikola Tesla, seorang ilmuwan yang sangat terkenal dibidang kelistrikan. Saat berusia Sembilan tahun, Nikola sudah menjadi salah satu mahasiswa di Universitas Teknologi Graz, Austria. Disana ia mempelajari penggunaan arus listrik bolak-balik (AC) dan lebih tertarik untuk membuat motor listrik arus searah (DC) menjadi lebih efisien. Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan seharihari baik di industri maupun di rumah tangga. Hal ini disebabkan karena motor induksi memiliki berbagai keunggulan dibanding dengan motor listrik yang lain, yaitu diantaranya karena harganya yang relatif murah, konstruksinya yang sederhana dan kuat serta karakteristik kerja yang baik. 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 dengan kapasitas yang besar. Motor induksi 1-fase dioperasikan pada sistem tenaga 1-fase dan banyak digunakan terutama 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. 1.2.Tujuan Tujuan dalam penulisan makalah ini yaitu : 1. Mengerti dan memahami konsep untuk analisis motor induksi 3 fasa dan 1 fasa. 2. Dapat memahami prinsip kerja dan kontruksi dari motor listrik 3 fasa dan 1 fasa. 3. Dapat mengetahui pengaplikasian motor induksi dalam industri maupun kehidupan sehari – hari. 4

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Motor Induksi Secara Umum 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. 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 konstruksi yang cukup sederhana, kecepatan putar yang hampir konstan terhadap perubahan beban, dan umumnya digunakan pada sumber jalajala satu fasa yang banyak terdapat pada peralatan domestik. Walaupun demikian motor ini juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu kapasitas pembebanan yang relatif rendah, tidak dapat melakukan pengasutan sendiri tanpa pertolongan alat bantu dan efisiensi yang rendah. Motor induksi merupakan sebuah alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi sebuah energi mekanik. Alat ini banyak terdapat pada peralatan rumah tangga misalnya kipas angin, penyedot debu, ataupun mesin cuci. Penemu Motor induksi adalah Nikola Tesla, seorang ilmuwan yang sangat terkenal dibidang kelistrikan. Nikola terlahir dari etnis Serbia di desa Smijan, Kroasia, pada 28 Juni 1856. Nikola merupakan seorang ilmuwan yang menemukan motor. Saat berusia Sembilan tahun, Nikola sudah menjadi salah satu mahasiswa di Universitas Teknologi Graz, Austria. Disana ia mempelajari penggunaan arus listrik bolak-balik (AC) dan lebih tertarik untuk membuat motor listrik arus searah (DC) menjadi lebih efisien. Pada tahun 1882, Nikola telah berhasil membuat sebuah konsep yang menarik, yaitu konsep motor induksi. Motor induksi pada dasarnya mempunyai 3 bagian penting sebagai berikut. 1. Stator : Merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapatmenginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya. 5

2. Celah : Merupakan celah udara: Tempat berpindahnya energi dari startor ke rotor. 3. Rotor : Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparanstator yang diinduksikan kepada kumparan rotor. Konstruksi stator motor induksi pada dasarnya terdiri dari bahagian-bahagian sebagaiberikut: a. Rumah stator (rangka stator) dari besi tuang. b. Inti stator dari besi lunak atau baja silikon. c. Alur, bahannya sama dengan inti, dimana alur ini merupakan tempat meletakkan belitan(kumparan stator). d. Belitan (kumparan) stator dari tembaga Rangka stator motor induksi didisain dengan baik dengan empat tujuan yaitu: a. Menutupi inti dan kumparannya b. Melindungi bagian-bagian mesin yang bergerak dari kontak langsung dengan manusiadan dari goresan yang disebabkan oleh gangguan objek atau gangguan udara terbuka(cuaca luar). c. Menyalurkan torsi ke bagian peralatan pendukung mesin dan oleh karena itu statordidisain untuk tahan terhadap gaya putar dan goncangan. d. Berguna sebagai sarana rumahan ventilasi udara sehingga pendinginan lebih efektif.

2.2. Pengenalan Motor Induksi 1 Fasa Konstruksi motor induksi satu fasa hampir sama dengan konstruksi motor induksi tiga fasa, yaitu terdiri dari dua bagian utama yaitu stator dan rotor.Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk silinder dan simetris. Di antara rotor dan stator ini terdapat celah udara yang sempit.

Gambar 2.1 Konstruksi Motor Induksi Satu Fasa

6

Stator merupakan bagian yang diam sebagai rangka tempat kumparan stator yang terpasang. Stator terdiri dari : inti stator, kumparan stator, dan alur stator. Motor induksi satu fasa dilengkapi dengan dua kumparan stator yang dipasang terpisah, yaitu kumparan utama (main winding) atau sering disebut dengan kumparan berputar dan kumparan bantu (auxiliary winding) atau sering disebut dengan kumparan start. Rotor merupakan bagian yang berputar. Bagian ini terdiri dari : inti rotor, kumparan rotor dan alur rotor. Pada umumnya ada dua jenis rotor yang sering digunakan pada motor induksi, yaitu rotor belitan (wound rotor) dan rotor sangkar (squirrel cage rotor).

2.3. Prinsip Kerja Motor Induksi 2.3.1. Teori Medan Putar Silang Prinsip kerja motor induksi satu fasa dapat dijelaskan dengan menggunakan teori medan putar silang (cross-field theory). Jika motor induksi satu fasa diberikan tegangan bolak-balik satu fasa maka arus bolak-balik akan mengalir pada kumparan stator. Arus pada kumparan stator ini menghasilkan medan magnet seperti yang di tunjukkan oleh garis putus-putus pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Medan Magnet Stator Berpulsa Sepanjang Garis AC Arus stator yang mengalir setengah periode pertama akan membentuk kutub utara di A dan kutub selatan di C pada permukaan stator. Pada setengah periode berikutnya, arah kutub-kutub stator menjadi terbalik. Meskipun kuat medan magnet stator berubah-ubah yaitu maksimum pada saat arus maksimum dan nol pada saat arus nol serta polaritasnya terbalik secara periodik, aksi ini akan terjadi hanya sepanjang sumbu AC. Dengan demikian, medan magnet ini tidak berputar tetapi hanya merupakan sebuah medan magnet yang berpulsa pada posisi yang tetap (stationary). Seperti halnya pada transformator, tegangan terinduksi pada belitan sekunder, dalam hal ini 7

adalah kumparan rotor. Karena rotor dari motor induksi satu fasa pada umumnya adalah rotor sangkar dimana belitannya terhubung singkat, maka arus akan mengalir pada kumparan rotor tersebut. Sesuai dengan hukum Lenz, arah dari arus ini (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2) adalah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang dihasilkan melawan medan magnet yang menghasilkannya. Arus rotor ini akan menghasilkan medan magnet rotor dan membentuk kutubkutub pada permukaan rotor. Karena kutub-kutub ini juga berada pada sumbu AC dengan arah yang berlawanan terhadap kutub-kutub stator, maka tidak ada momen putar yang dihasilkan pada kedua arah sehingga rotor tetap diam. Dengan demikian, motor induksi satu fasa tidak dapat diasut sendiri dan membutuhkan rangkaian bantu untuk menjalankannya.

Gambar 2.3 Motor Dalam Keadaan Berputar Misalkan sekarang motor sedang berputar. Hal ini dapat dilakukan dengan memutar secara manual (dengan tangan) atau dengan rangkaian bantu. Konduktor-konduktor rotor akan memotong medan magnet stator sehingga timbul gaya gerak listrik pada konduktor-konduktor tersebut. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 2.3 yang menunjukkan rotor sedang berputar searah jarum jam. Jika fluks rotor seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.3 mengarah ke atas sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming, arah gaya gerak listrik (ggl) rotor akan mengarah keluar kertas pada setengah bagian atas rotor dan mengarah ke dalam kertas pada setengah bagian bawah rotor. Pada setengah periode berikutnya arah dari gaya gerak listrik yang dibangkitkan akan terbalik. Gaya gerak listrik yang diinduksikan ke rotor adalah berbeda dengan arus dan fluks stator. Karena konduktor-konduktor rotor terbuat dari bahan dengan tahanan rendah dan induktansi tinggi, maka arus rotor yang dihasilkan akan tertinggal terhadap gaya gerak listrik rotor mendekati 90o. Gambar 2.4 menunjukkan hubungan fasa dari arus dan fluks stator, gaya gerak listrik, arus dan fluks rotor. 90Tegangan induksi rotorFluks dan arus statorFluks dan arus rotorI, V,φtω

8

Gambar 2.4 Fluks Rotor Tertinggal Terhadap Fluks Stator Sebesar 90° Sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming, arus rotor ini akan menghasilkan medan magnet, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5 karena medan rotor ini terpisah sebesar 90o dari medan stator, maka disebut sebagai medan silang (cross-field). Nilai maksimum dari medan ini seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.5, terjadi pada saat seperempat periode setelah gaya gerak listrik rotor yang dibangkitkan adalah telah mencapai nilai maksimumnya. Karena arus rotor yang mengalir disebabkan oleh suatu gaya gerak listrik bolak-balik maka medan magnet yang dihasilkan oleh arus ini adalah juga bolak-balik dan aksi ini terjadi sepanjang sumbu DB.

Gambar 2.5 Medan Silang yang Dibangkitkan Arus Stator Karena medan silang beraksi pada sudut 90o terhadap medan magnet stator dengan sudut fasa yang juga tertinggal 90o terhadap medan stator, kedua medan bersatu untuk membentuk sebuah medan putar resultan yang berputar dengan kecepatan sinkron.

2.3.2. Teori Medan Putar Ganda Teori medan putar ganda (double revolving-field theory) adalah suatu metode lain untuk menganalisis prinsip perputaran motor induksi satu fasa disamping teori medan putar silang. Menurut teori ini, medan magnet yang berpulsa dalam waktu tetapi diam dalam ruangan dapat dibagi menjadi dua medan magnet, dimana besar kedua medan magnet ini sama dan berputar dalam arah yang berlawanan. Dengan kata lain, suatu fluks sinusoidal bolak-balik dapat diwakili 9

oleh dua fluks yang berputar, yang masing-masing nilainya sama dengan setengah dari nilai fluks bolakbalik tersebut dan masing-masing berputar secara sinkron dengan arah yang berlawanan. Pada Gambar 2.6.a menunjukkan suatu fluks bolak-balik yang mempunyai nilai maksimum. Komponen fluksnya A dan B mempunyai nilai yang sama yaitu /2, berputar dengan arah yang berlawanan dan searah jarum jam, seperti ditunjukkan anak panah. Mφmφ.

Gambar 2.6 Konsep Medan Putar Ganda. Pada beberapa saat ketika A dan B telah berputar dengan sudut +θ dan –θ seperti pada Gambar 2.6.b, maka besar fluks resultan adalah : ∅r 2= ∅m 2 +∅m 2 4 − 2∅m∅m 2.2 cos2 θ…………………………(2.1) dimana : ϕr = ϕm sin θ (weber) ϕr = fluks resultan ( weber ) ϕm = fluks maksimum ( weber ) θ = sudut ruang Setelah seperempat periode putaran, fluks A dan B akan berlawanan arah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.c, sehingga resultan fluksnya sama dengan nol. Setelah setengah putaran, fluks A dan B akan mempunyai resultan sebesar -2 x ϕm /2 = - ϕm, seperti yang ditunjukkan 9 pada Gambar 2.6.d. Setelah tiga perempat putaran, resultan akan kembali nol seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.e dan demikianlah seterusnya. Jika nilai-nilai dari fluks resultan digambarkan terhadap θ diantara θ = 0o sampai θ = 360o , maka akan didapat suatu kurva seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7

10

Gambar 2.7 Kurva Fluks Resultan Terhadap θ. Pada saat rotor berputar sesuai dengan arah momen putar medan maju dengan kecepatan tertentu, maka besar slip terhadap momen putar medan maju (sf) yang terjadi adalah : Sf= (ns−nr)/ns =s…………………………………… ……………(2.2) dimana : ns = kecepatan sinkron ( rpm ) nr = kecepatan putaran rotor (rpm) Sedangkan slip terhadap momen mundur (sb) dengan rotor menentang arah momen putar mundur adalah : Sb= (ns−(−nr ))/ns = (2ns−(ns−nr ))/ns Sb=2−s …………………………………………………………………(2.3)

2.4. Jenis-Jenis Motor Induksi 1 Fasa Cara paling mudah untuk menjalankan motor induksi satu fasa adalah dengan menambahkan sebuah kumparan bantu pada kumparan utama di bagian stator sehingga motor dapat dijalankan. Jika dua kumparan terpisah 90o listrik pada stator motor dan eksitasi dengan dua ggl bolak-balik yang berbeda fasa sebesar 90o listrik, dihasilkan medan magnet putar. Jika dua kumparan terpisah demikian dihubungkan paralel ke suatu sumber fasa, medan yang dihasilkan akan bolak-balik, tetapi tidak berputar Karena kedua kumparannya ekivalen dengan satu kumparan fasa. Akan tetapi, jika suatu impedansi dihubungkan seri dengan salah satu kumparan ini, arusnya akan berbeda fasa. Dengan pemilihan impedansi yang cocok, arus dapat dibuat agar berbeda fasa sampai 90o listrik, sehingga menghasilkan medan putar sama seperti medan dari motor dua fasa. Inilah prinsip dari pemisahan fasa (phase splitting).

11

Pada keadaan berputar, motor induksi satu fasa dapat menghasilkan momen putar hanya dengan satu kumparan. Sehingga dengan bertambahnya kecepatan motor kumparan bantu dapat dilepas dari rangkaian. Pada kebanyakan motor, hal ini dilakukan dengan menghubungkan sebuah saklar sentrifugal yang bekerja melepaskan hubungan kumparan bantu sistem. Motor induksi satu fasa dikenal dengan beberapa nama. Penerapannya menjelaskan caracara yang dipakai untuk menghasilkan perbedaan fasa antara arus yang mengalir pada kumparan utama dan arus yang mengalir pada kumparan bantu. 2.4.1. Motor Fasa Terpisah Gambar rangkaian motor induksi fasa terpisah ditunjukkan pada Gambar 2.8.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 2.8.b. Perbandingan tahanan terhadap reaktansi yang tinggi dapat dengan menggunakan kawat yang lebih 11 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 2.8.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 berangsur-angsur diperbesar dari keadaan dimana motor berputar pada keluaran nominal untuk melayani beban dan torsi maksimum dari poros motor yang dapat digunakan dapat dilampaui, maka motor menjadi tidak mampu melayani beban dan berhenti. Nilai maksimum dari torsi dalam hal ini disebut torsi maksimum Tmaks.

12

Gambar 2.8 Motor Fasa Terpisah

2.4.2. Motor Kapasitor Start Konstruksi motor kapasitor start ditunjukkan pada Gambar 2.9a. 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 2.9.b. Hal ini akan menaikkan sudut fasa antara arus kumparan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9.c. Karakteristik momen putar-kecepatan putar dari motor ini dapat ditunjukkan pada Gambar 2.9.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.

Gambar 2.9 Motor Kapasitor Start

2.4.3. Motor Kapasitor Permanen Konstruksi dari motor kapasitor permanen ditunjukkan pada Gambar 2.10a. gambar rangkaian ekivalen motor ini seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10.b. kapasitor dihubungkan seri dengan kumparan bantu dan tidak dilepas setelah pengasutan dilakukan dan tetap tinggal pada rangkaian. Hal ini menyederhanakan konstruksi dan mengurangi biaya serta memperbaiki ketahanan motor karena saklar sentrifugal tidak digunakan. Faktor daya, denyutan momen putar, dan efisiensi akan lebih baik karena motor berputar seperti motor dua fasa. Sudut fasa antar kumparan ditunjukkan pada Gambar 2.10.c. Jenis kapasitor yang digunakan adalah kapasitor kertas. Karakteristik momen putar – kecepatan motor ini ditunjukkan pada Gambar 2.10.d.

13

Gambar 2.10 Motor Kapasitor Permanen 2.4.4. Motor Kapasitor Start – Kapasitor Run Motor ini mempunyai dua buah kapasitor, satu digunakan pada saat start dan satu lagi digunakan pada saat berputar, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.11.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 2.11.b. Karakteristik momen putar-kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada Gambar 2.11.c.

Gambar 2.11 Motor Kapasitor Start – Kapasitor Run

14

2.4.5. 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 2.12.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 2.12.b.

Gambar 2.12 Motor Shaded Pole

2.5. Pengenalan Motor lnduksi 3 Fasa Motor induksi adalah suatu mesin listrik yang merubah energi listrik menjadi energi gerak dengan menggunakan gandengan medan listrik dan mempunyai slip antara medan stator dan medan rotor. Motor induksi 3-fase dioperasikan pada sistem tenaga 3-fase dan banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri dengan kapasitas yang besar. Bentuk gambaran motor induksi 3 fasa diperlihatkan padagambar 2.13, dan contoh penerapan motor induksi ini di industri diperlihatkan pada gambar 2.14.

15

a. Bentuk fisik luar

b. Bentuk Dalam mesin

Gambar 2.13 Motor Induksi 3 Fasa

Gambar 2.14 Motor Induksi pada Industri Motor induksi 3 fasa memiliki keunggulan diantaranya handal, tidak ada kontak antara stator dan rotor kecuali bearing, tenaga yang besar, daya listrik rendah dan hampir tidak ada perawatan. Akan 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. Dalam beberapa tahun yang lalu F. Blaschke telah mempublikasikan mengenai field oriented control (FOC) untuk motor induksi. Teori ini telah lengkap dikembangkan dan banyak digunakan dalam proses industri. Kemudian teknik baru telah dikembangkan yaitu teknik kontrol torsi dari motor induksi oleh I. Takahashi yang dikenal dengan Direct Torque Control (DTC). Dengan DTC dimungkinkan mengontrol torsi dengan performi yang baik tanpa menggunakan 16

tranduser mekanik pada poros motor, sehingga DTC dapat dikatakan sebagai teknik kontrol “type sensorless” . Dengan menggunakan sensor putaran rotor motor akan mengakibatkan stabilitas yang rendah dan ada noise, sehingga dalam pengemudian motor induksi dengan pemakaian khusus menggunakan sensor mekanik akan menyulitkan. Untuk mengontrol kecepatan motor induksi 3 phase menggunakan metode Direct Torque Control memiliki beberapa kelebihan diantaranya adalah : 1. Tidak membutuhkan transformasi koordinat. 2. Tidak membutuhkan pembangkit pulsa PWM. 3. Tidak membutuhkan regulator arus. 4. Kurang bergantung pada parameter mesin. Metode Direct Torque Control merupakan tipe kontrol close loop. Kontrol close loop umum digunakan di dalam pengaturan kecepatan motor induksi karena memberikan respon kecepatan yang lebih baik dari pada open loop. Kontrol close loop disebut juga kontrol umpan balik yang menjadikan output sebagai perbandingan dengan input (referensi) untuk memperoleh suatu error. Didalam suatu sistem yang handal, adanya error merupakan suatu kerugian. Oleh karena itu, digunakan control PI yang diharapkan dapat menekan error sampai nilai minimal. Namun hal ini membutuhkan perhitungan matematik yang rumit dan komplek dalam menentukan Kp dan Ki yang sesuai, agar diperoleh kinerja motor yang bagus.

2.5.1 Direct Torque Control (DTC) Direct Torque Control (DTC) adalah kontrol berdasarkan fluks stator dalam kerangka seferensi stator menggunakan kontrol langsung dari switching inverter. Ide dasar dari DTC adalah perubahan torsi sebanding dengan slip antara fluk stator dan fluk rotor pada kondisi fluk bocor stator tetap. Hal ini banyak dikenali untuk pengaturan torsi dan fluk cepat dan robust. Pada motor induksi dengan rotor sangkar untuk waktu tetap rotor menjadi sangat besar, fluk bocor rotor berubah perlahan dibanding dengan perubahan fluk bocor stator. Oleh karena itu, pada keadaan perubahan yang cepat fluk rotor cenderung tidak berubah. Perubahan cepat dari torsi elektromagnetik dapat dihasilkan dari putaran fluk stator, sebagai arah torsi. Dengan kata lain fluk stator dapat seketika mempercepat atau memperlambat dengan menggunakan vektor tegangan stator yang sesuai. Torsi dan fluk kontrol bersama-sama dan decouple dicapai dengan pengaturan langsung dari tegangan stator, dari error respon torsi dan fluk. DTC biasanya digunakan sesuai vektor tegangan dalam hal ini untuk memelihara torsi dan fluk stator dengan dua daerah histerisis, yang menghasilkan perilaku bang bang dan variasi prosedur frekuensi pensaklaran dan ripple fluk, torsi dan arus yang penting.

17

2.5.2 Kontrol PI Kontrol PI merupakan salah satu jenis pengatur yang banyak digunakan pada kontrol loop tertutup. Selain itu sistem ini mudah digabungkan dengan metoda pengaturan yang lain seperti Fuzzy dan Robust, Sehingga akan menjadi suatu sistem pengatur yang semakin baik. Kontrol PI terdiri dari 2 jenis cara pengaturan yang saling dikombinasikan, yaitu Kontrol P (Proportional) dan Kontrol I (Integral). Masing-masing memiliki parameter tertentu yang harus diset untuk dapat beroperasi dengan baik, yang disebut sebagai konstanta. Setiap jenis, memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing.

2.6 Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa 1.

Bila sumber tegangan tiga fasa dipasang pada kumparan stator, maka pada kumparan stator akan timbul medan putar dengan kecepatan, ns = 120f/P , ns = kecepatan sinkron, f = frekuensi sumber, p = jumlah kutup

2.

Medan putar stator akan memotong konduktor yang terdapat pada sisi rotor, akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi ( ggl ) sebesar E2s = 44,4fnØ. Keterangan : E = tegangan induksi ggl, f = frekkuensi, N = banyak lilitan, Q = fluks

3.

Karena kumparan rotor merupakan kumparan rangkaian tertutup, maka tegangan induksi akan menghasilkan arus ( I ).

4. 5.

Adanya arus dalam medan magnet akan menimbulkan gaya ( F ) pada rotor. Bila torsi awal yang dihasilkan oleh gaya F pada rotor cukup besar untuk memikul torsi beban, maka rotor akan berputar searah dengan arah medan putar stator.

6. Untuk membangkitkan tegangan induksi E2s agar tetap ada, maka diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan putar rotor (nr). 7. Perbedaan antara kecepatan nr dengan ns disebut dengan slip ( S ) yang dinyatakan dengan Persamaan S = ns-nr/ns (100%) 8.

Jika ns = nr tegangan akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada rotor, dengan demikian tidak ada torsi yang dapat dihasilkan. Torsi suatu motor akan timbul apabila ns > nr.

9. Dilihat dari cara kerjanya motor tiga phasa disebut juga dengan motor tak serempak atau asinkron.

18

2.7 Konstruksi Motor Induksi 3 fasa Sebagaimana mesin pada umumnya menunjukkan bahwa motor induksi juga memiliki konstruksi yang sama baik motor DC maupun AC. Konstruksi dimaksud terdiri dari 2 bagian utama yaitu stator dan rotor. Secara lengkap dan detail dari kedua konstruksi dapat dilihat pada gambar 1 berikut :

Gambar 2.15 Konstruksi Rotor Dan Stator 2.7.1 Rotor Ini adalah bagian yang berputar dari motor. Seperti dengan stator atas, rotor terdiri dari satu set laminasi baja beralur ditekan bersama dalam bentuk jalur magnetik silinder dan sirkuit listrik. Rangkaian listrik dari rotor dapat berupa : Menurut jenis rotor pada motor induksi dibagi menjadi 2 (dua) bagian, yaitu: a. Rotor Sangkar (Squirrel Cage Rotor) Rotor yang terdiri dari sejumlah lilitan yang berbentuk Batang tembaga yang dihubungkan singkat pada setiap ujungnya kemudian disatukan (di cor) menjadi satu kesatuan sebagaimana gambar 2.16.

Gambar 2.16 Rotor Sangkar

19

Jenis rotor sangkar, yang terdiri dari satu set tembaga atau potongan aluminium yang dipasang ke dalam slot, yang terhubung ke sebuah akhir-cincin pada setiap akhir rotor. Potongan aluminium rotor biasanya dicor mati ke dalam slot rotor, yang membuat konstruksinya sangat kasar. Meskipun potongan rotor aluminium berada dalam kontak langsung dengan laminasi baja, hampir semua arus rotor melalui jeruji aluminium dan tidak di laminasi. Sejumlah motor induksi yang beredar dipasaran maupun yang banyak digunakan sekitar 90% adalah motor induksi dengan ”Rotor Sangkar”. Alasan umum yang diperoleh adalah karena konstruksi yang sederhana dan juga lebih murah harganya. Konstruksi rotor sebagaimana gambar 2.17. berikut ini, menunjukkan konstruksi batangbatang konduktor dari bahan tembaga atau alumunium yang dihubungkan singkat.

Gambar 2.17 Konstruksi Dan Bagian Rotor Sangkar Sejumlah batang-batang konduktor tersebut dimasukkan ke dalam laminasi-laminasi yang terbuat dari bahan besi silikon serta menjadi satu dengan poros rotor. Sebagaimana konstruksi tersebut di atas terutama batang-batang konduktor yang terhubung singkat, maka tidak dimungkinkan untuk menambah ”Tahanan Luar” (yang dipasang secara seri) dengan rotor guna keperluan ”Pengasutan”. Selain itu pula posisi dari batang-batang konduktor/tembaga posisinya dibuat tidak paralel (tidak segaris) dengan poros rotor. Posisi batang konduktor agak dimiringkan sebagaimana terlihat pada gambar 4 di atas. Alasan diletakan posisi miring dari konduktor terhadap poros adalah : a. Memperhalus suara pada saat motor berputar (memperkecil dengungan magnetis/suara bising) b. Menghilangkan kecenderungan ”Lock atau mengunci” yang disebabkan karena interaksi langsung antara medan magnit stator dan rotor. Pada motor-motor dengan kapasitas kecil, batang-batang konduktor di cor menjadi satu bagian dengan alumunium alloy. Selain itu pula contoh lainnya adalah ada juga yang rotornya hanya berupa besi masip tanpa satupun konduktor. Jenis seperti ini biasanya disebut sebagai ”Motor Arus Eddy”.

20

b. Rotor Belitan (Wound Rotor)

Rotor yang terbuat dari laminasi-laminasi besi dengan alur-alur sebagai tempat meletakkan belitan (kumparan) dengan ujung-ujung belitan yang juga terhubung singkat seperti gambar 2.18.

Gambar 2.18 Rotor Belitan Motor dengan jenis rotor belitan biasanya diperlukan pada saat pengasutan atau pengaturan kecepatan dimana dikehendaki torsi asut yang tinggi. Belitan-belitan yang terpasang pada rotor telah diisolasi sebagaimana belitan yang terdapat pada stator. Belitan yang ada pada rotor diletakkan juga pada alur-alur rotor dan pada setiap ujungnya dihubungkan secara langsung pada cincin (slipring) yang posisinya dibagian depan dari rotor serta menjadi satu dengan poros. Belitan rotor ini di desain sama dengan kutub yang dimiliki belitan statornya dan selalu dalam bentuk belitan 3 fasa sekalipun statornya hanya 2 30 fasa. Pengaturan belitan/gulungan/kumparan dilakukan untuk masing-masing fase adalah sama. Sedangkan pada ujung-ujung dari masing kumparan/fase yang keluar dihubungkan ke 3 buah cincin (slipring) berdasarkan jumlah fasenya. Konstruksi slip ring terhubung secara langsung dengan masing-masing sikat. Dengan demikian, maka pada jenis ini dapat dihungkan secara langsung ke ”Tahanan luar” guna keperluan pengasutan.

2.7.2 Stator Stator merupakan bagian dari mesin yang tidak berputar dan terletak pada bagian luar. Dibuat dari besi bundar berlaminasi dan mempunyai alur - alur sebagai tempat meletakkan kumparan. Stator dari Mesin Sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik ,seperti telah dibahas di sini, yang berbentuk laminasi untuk mengurangi rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang bagus berarti permebilitas dan resistivitas dari bahan tinggi.

21

Gambar 2.19 Stator Dalam alur-alur stator diletakkan belitan stator yang posisinya saling berbeda satu dengan lainnya, sesuai dengan fase derajat listrik yaitu 120° antar fase (motor 3 fase). Jumlah gulungan pada stator dibuat sesuai dengan jumlah kutub dan jumlah putaran yang diinginkan atau ditentukan. Khusus untuk Stator pada motor-motor listrik dengan ukuran kecil dibentuk dalam potongan utuh. Sedangkan untuk motor-motor dengan ukuran besar adalah tersusun dari sejumlah besar segmensegmen laminasi.

2.8 Kelebihan Dan Kekurangan Motor Induksi 3 Fasa 2.8.1 Kelebihan Adapun kelebihan motor induksi 3 fasa yaitu:    

Konstruksi sangat kuat dan sederhana terutama bila motor dengan rotor sangkar. Harganya relatif murah dan kehandalannya tinggi. Effesiensi relatif tinggi pada keadaan normal, tidak ada sikat sehingga rugi gesekan kecil. Biaya pemeliharaan rendah karena pemeliharaan motor hampir tidak diperlukan.

2.8.2 Kekurangan Adapun kekurangan motor induksi 3 fasa yaitu:   

Kecepatan tidak mudah dikontrol Power faktor rendah pada beban ringan. Arus start biasanya 5 sampai 7 kali dari arus nominal

22

2.9 Aplikasi Motor Induksi Pada Mobil Listrik 

Mobil Listrik Motor induksi di sini sama fungsinya dengan piston di mobil bensin, yaitu sebagai sumber power untuk mengoperasikan mobil listrik. Motor industry terdiri dari stator dan rotor. Pada stator terdapat lilitan logam yang akan mendapat arus listrik. Sehingga akan menciptakan medan magnet yang berputar atau biasa disebut Rotating Magnetic Field (RMF) pada stator. RMF inilah yang menyebabkan rotor bergerak. Jadi bisa disimpulkan, Stator adalah komponen yang diam dan Rotor adalah komponen yang bergerak. Sebelum arus listrik masuk ke motor induksi dari battery, arus listrik tersebut melalui inverter terlebih dahulu. Tujuannya adalah untuk mengubah DC dari battery menjadi AC untuk dihubungkan ke motor induksi. Bisa dibilang inverter adalah otak dari mobil listrik. Transmisi yang digunakan pada mobil listrik adalah single speed transmission. Artinya hanya ada satu gear pada mobil tersebut. Mobil listrik menggunakan single speed transmission karena beberapa faktor, berikut beberapa factor tersebut : 1. 2.

Motor induksi menghasilkan putaran yang tinggi Lebih efisien dengan jarak RPM yang luas CARA KERJA MOBIL LISTRIK

Battery menghasilkan arus searah (DC) yang kemudian akan dialirkan ke inverter. Di inverter arus listrik yang tadinya searah (DC) diubah menjadi arus bolak balik (AC). Inverter juga mengatur besaran arus yang akan masuk ke motor induksi, guna mengatur kecepatan dari Rotating Magnetic Field (RMF). Kemudian arus bolak balik dari inverter menuju motor induksi. Di motor induksi ini lah, energi listrik diubah menjadi energi gerak. Selanjutnya putaran dari motor induksi ditransmisikan ke gear box. Gear box terdiri dari single speed transmission dan differential. Putaran dari motor induksi akan direduksi terlebih dahulu oleh single speed transmission sebelum menuju ke differential. Selanjutnya differential akan mengatur kecepatan putar untuk masing-masing roda.

23

BAB III PENUTUP

3.1 Kesimpulan 

   

Motor induksi adalah suatu mesin listrik yang merubah energi listrik menjadi energi gerak dengan menggunakan gandengan medan listrik dan mempunyai slip antara medan stator dan medan rotor. Prinsip kerja motor induksi satu fasa dapat dijelaskan dengan menggunakan teori medan putar silang (cross-field theory). Motor induksi 3-fase dioperasikan pada sistem tenaga 3-fase dan banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri dengan kapasitas yang besar Sebagaimana mesin pada umumnya menunjukkan bahwa motor induksi juga memiliki konstruksi yang sama baik motor DC maupun AC. Pengaplikasian motor induksi pada mobil listrik, dimana motor induksi berperan sangat penting pada mobil listrik. Yaitu sebagai penggerak utama dari mobil listrik yang dibantu oleh gear box untuk mengontrol pergerakannya.

24

DAFTAR PUSTAKA

https://www.youtube.com/watch?v=AQqyGNOP_3o&app=desktop https://www.penemu.co/penemu-motor-listrik-nikola-tesla/ https://www.pdfcoke.com/document/350225610/MAKALAH-MOTOR-INDUKSI-docx https://www.google.co.id/search?q=konstruksi+umum+motor+induksi+1+fasa&safe=strict &source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwji99Kuy8bdAhWFfisKHWCXBN4Q_AU ICigB&biw=1366&bih=662#imgrc=6sRB_Pg1TR0fEM: https://www.google.co.id/search?q=Medan+Magnet+Stator+Berpulsa+Sepanjang+Garis+A C&safe=strict&biw=1366&bih=613&tbm=isch&source=lnms&sa=X&ved=0ahUKEwjY1e 2rzcbdAhUGSX0KHaH2BbMQ_AUIDCgD#imgrc=BvZ3hLAZuw97ZM: http://dicka-wibawa.blogspot.com/2012/11/makalah-motor-listrik.html https://fajrichair.wordpress.com/2018/01/03/mobil-listrik-dan-cara-kerjanya/

25