induksi

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.

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.

3.1 Konstruksi Motor Induksi

Motor induksi pada dasarnya mempunyai 3 bagian penting sebagai berikut.

1. Stator : Merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya.

2. Celah : Merupakan celah udara: Tempat berpindahnya energi dari startor ke rotor.

3. Rotor : Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparan stator yang diinduksikan kepada kumparan rotor.

Konstruksi stator motor induksi pada dasarnya terdiri dari bahagian-bahagian sebagai berikut.

1. Rumah stator (rangka stator) dari besi tuang.

2. Inti stator dari besi lunak atau baja silikon.

3. Alur, bahannya sama dengan inti, dimana alur ini merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan stator).

4. Belitan (kumparan) stator dari tembaga.

Rangka stator motor induksi didisain dengan baik dengan empat tujuan yaitu:

1. Menutupi inti dan kumparannya.

2. Melindungi bagian-bagian mesin yang bergerak dari kontak langsung dengan manusia dan dari goresan yang disebabkan oleh gangguan objek atau gangguan udara terbuka (cuaca luar).

3. Menyalurkan torsi ke bagian peralatan pendukung mesin dan oleh karena itu stator didisain untuk tahan terhadap gaya putar dan goncangan.

4. Berguna sebagai sarana rumahan ventilasi udara sehingga pendinginan lebih efektif.

Berdasarkan bentuk konstruksi rotornya, maka motor induksi dapat dibagi menjadi dua jenis seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.1, yaitu.

1. Motor induksi dengan rotor sangkar (squirrel cage).

2. Motor induksi dengan rotor belitan (wound rotor)

a) Rangka Stator b) Rotor Belitan c) Rotor Sangkar

Gambar 3.1 Bentuk konstruksi dari motor induksi

Konstruksi rotor motor induksi terdiri dari bahagian-bahagian sebagai berikut.

1. Inti rotor, bahannya dari besi lunak atau baja silikon sama dengan inti stator.

2. Alur, bahannya dari besi lunak atau baja silikon sama dengan inti. Alur merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan) rotor.

3. Belitan rotor, bahannya dari tembaga.

4. Poros atau as.

Diantara stator dan rotor terdapat celah udara yang merupakan ruangan antara stator dan rotor. Pada celah udara ini lewat fluks induksi stator yang memotong kumparan rotor sehingga meyebabkan rotor berputar. Celah udara yang terdapat antara stator dan rotor diatur sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil kerja motor yang optimum. Bila celah udara antara stator dan rotor terlalu besar akan mengakibatkan efisiensi motor induksi rendah, sebaliknya bila jarak antara celah terlalu kecil/sempit akan menimbulkan kesukaran mekanis pada mesin. Bentuk gambaran sederhana penempatan stator dan rotor pada motor induksi diperlihatkan pada gambar 3.2.

 

 

Gambar 3.2 Gambaran sederhana motor induksi dengan satu kumparan stator dan satu kumparan rotor

 

Tanda silang (x) pada kumparan stator atau rotor pada gambar 3.2 menunjukkan arah arus yang melewati kumparan masuk ke dalam kertas (tulisan ini) sedangkan tanda titik (.) menunjukkan bahwa arah arus keluar dari kertas.

Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan 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, rotor pun akan turut berputar mengikuti medan putar stator. Perbedaan putaran relatif antara stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan memperbe sar kopel motor yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi. Bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun.

3.2. Prinsip Kerja Motor Induksi

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. 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. Besarnya kecepatan sinkron ini adalah sebagai berikut.

wsink = 2pf (listrik, rad/dt) (3.1)

= 2pf / P (mekanik, rad/dt)

atau:

Ns = 60. f / P (putaran/menit, rpm) (3.2)

yang mana :

f = frekuensi sumber AC (Hz)

P = jumlah pasang kutup

Ns dan wsink = kecepatan putaran sinkron medan magnet stator

Prinsip kerja motor induksi berdasarkan macam fase sumber tegangannya dapat dijelaskan lebih lanjut sebagai berikut dibawah ini.

1. Sumber 3-fase

Sumber 3-fase ini biasanya digunakan oleh motor induksi 3-fase. Motor induksi 3-fase ini mempunyai kumparan 3-fase yang terpisah antar satu sama lainya sejarak 1200 listrik yang dialiri oleh arus listrik 3-fase yang berbeda fase 1200 listrik antar fasenya, sehingga keadaan ini akan menghasilkan resultan fluks magnet yang berputar seperti halnya kutup magnet aktual yang berputar secara mekanik. Bentuk gambaran sederhana hubungan kumparan motor induksi 3-fase dengan dua kutup stator diperlihatkan pada gambar 3.3.

 

F1

S3

F2

F3

S1

S2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 3.3 Bentuk hubungan kumparan motor induksi 3-fase dengan dua kutup stator

 

Berntuk gambaran fluk yang terjadi pada motor induksi 3-fasa diperllihatkan pada gambar 3.4 (fluks yang terjadi pada kumparan 3-fase diasumsikan sinusoidal seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.4a dengan arah fluks positif seperti gambar 3.4b)

<!–[if mso & !supportInlineShapes & supportFields]&gt; SHAPE \* MERGEFORMAT &lt;![endif]–>

q

Fm

F

<!–[if mso & !supportInlineShapes & supportFields]&gt; &lt;![endif]–>

Gambar 3.4 Fluks yang terjadi pada motor induksi 3-fase dari gambar 3.3

Bila dimisalkan nilai fluks maksimum yang terjadi pada salah satu fasenya disebut fm , maka resultan fluks fr pada setiap saat diperoleh dengan melakukan penjumlah vektor dari masing-masing fluks f1 , f2 dan f3 akibatpengaruh 3-fasenya. Bila nilai fr dihitung setiap 1/6 perioda dari gambar 3.4adengan mengambil titik-titik 0, 1, 2 dan 3 maka akan diperoleh bentuk gambaran perputaran fluks stator seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.5.

Bentuk perhitungan hingga terjadinya perputaran fluks magnet stator dari gambar 3.5 dapat diterangkan dengan memperhatikan kembali titik-titik 0, 1, 2 dan 3 pada gambar 3.4 sehingga didapatkan sebagai berikut.

(i) Saat q = 00 pada gambar 3.4a akan diperoleh :

f1 = 0, f2 = – [()/2] x fm , f3 = [()/2] x fm

Penjumlahan vektor dari ketiga vektor f1 ,f2 dan f3 ini menghasilkan vektor frseperti yang diperlihatkan pada gambar 5(i) dengan perhitungan :

fr = 2 x [()/2] x fm x cos (600/2) =  x [()/2] x fm = (3/2) fm

(ii) Saat q = 600 pada gambar 3.4a akan diperoleh :

f1 = [()/2] x fm , f2 = – [()/2] x fm , f3 = 0

Penjumlahan vektor dari ketiga vektor f1 ,f2 dan f3 ini menghasilkan vektor frseperti yang diperlihatkan pada gambar 5(ii) dengan perhitungan :

fr = 2 x [()/2] x fm x cos (600/2) =  x [()/2] x fm = (3/2) fm

Di sini dapat dilihat bahwa resultan fluks yang dihasilkan adalah tetap sebesar (3/2) fm dan berputar searah jarum jam dengan besar sudut sebesar 60 0.

60 0

60 0

60 0

60 0

Fr = 1,5 Fm

Fr = 1,5 Fm

Fr = 1,5 Fm

Fr = 1,5 Fm

F2

F3

-F2

F1

-F2

F1

-F3

-F3

(iv) q = 180 0

(i) q = 0 0

(iii) q = 120 0

(ii) q = 60 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 3.5Bentuk perputaran fluks stator dari gambar 3.4

(iii) Saat q = 1200 pada gambar 3.4a akan diperoleh :

f1 = [()/2] x fm , f2 = 0 ,f3 = – [()/2] x fm

Penjumlahan vektor dari ketiga vektor f1 ,f2 dan f3 ini menghasilkan vektor frseperti yang diperlihatkan pada gambar 2.4(iii) dengan perhitungan :

fr = 2 x [()/2] x fm x cos (600/2) =  x [()/2] x fm = (3/2) fm

Di sini dapat dilihat bahwa resultan fluks yang dihasilkan adalah tetap lagi sebesar (3/2) fm dan berputar lagi searah jarum jam dengan besar sudut sebesar 600 atau 1200 dari saat awal.

(iv) Saat q = 1800 pada gambar 3.4a akan diperoleh :

f1 = [()/2] x fm , f2 = – [()/2] x fm , f3 = 0

Penjumlahan vektor dari ketiga vektor f1 ,f2 dan f3 ini menghasilkan vektor frseperti yang diperlihatkan pada gambar 5(iv) dengan perhitungan :

fr = 2 x [()/2] x fm x cos (600/2) =  x [()/2] x fm = (3/2) fm

Di sini dapat dilihat bahwa resultan fluks yang dihasilkan adalah tetap lagi sebesar (3/2) fm dan berputar lagi searah jarum jam dengan besar sudut sebesar 600 atau 1800 dari saat awal.

Dari uraian yang telah dijelaskan di atas, maka dapat disimpulkan sebagai berikut.

1. Resultan fluks yang dihasilkan konstan sebesar (3/2) fm yaitu 1,5 kali fluks maksimum yang terjadi dari setiap fasenya.

2. Resultan fluks yang terjadi berputar disekeliling stator dengan kecepatan konstan sebesar 60.f /P (telah dijabarkan sebelumnya).

Besarnya fluks konstan yang terjadi pada motor induksi 3-fase juga dapat dibuktikan secara matematik. Dengan cara mengambil salah satu fase-1 sebagai referensi maka didapatkan sebagaiberikut.

Misalkan fluks yang dihasilkan oleh kumparan a‑a (fasa 1) pada saat “t” dapat dinyatakan dalam koordinat polar, yaitu :

f1 = fa cos f (3.3)

Dan fluks yang dihasilkan oleh kumparan b‑b (fasa 2) dan c‑c (fasa 3) masing‑masing adalah :

f2 = fb cos (f – 120°) (3.4)

f3 = fc cos (f – 240°) (3.5)

Karena amplitudo fluks berubah menurut waktu secara sinusoid, maka amplitudo fa, fb dan fc dapat dituliskan:

fa = fmaks cos wt (3.6)

fb = fmaks cos (wt – 120°) (3.7)

fc = fmaks cos (wt – 240°) (3.8)

Fluks resultan adalah jumlah ketiga fluks tersebut dan merupakan fungsi tempat (f) dan waktu (t).

ft(f,t) = fm cos wt cos f + fm cos (f – 120°) cos (wt – 120°) + fm cos (f – 240°) cos (wt – 240°)

Dengan memakai transformasi trigonometri dari :

cos a cos b = ½ cos (a – b) + ½ cos (a + b) (3.9)

didapat :

ft(f,t) = ½fm cos (f – wt) + ½fm cos (f + wt) + ½fm cos (f – wt) +

½fm cos (f + wt – 240°) + ½fm cos (f – wt) + ½fm cos (f + wt – 480°)

Suku kedua, keempat, dan keenam saling menghapuskan, maka diperoleh:

ft(f,t) = 1,5 fm cos (f – wt) (3.10)

 

 

2. Sumber 2-fasa atau 1-fasa

Pada dasarnya, prinsip kerja motor induksi 1-fasa sama dengan motor induksi 2-fasa yang tidak simetris karena pada kumparan statornya dibuat dua kumparan (yaitu kumparan bantu dan kumparan utama) yang mempunyai perbedaan secara listrik dimana antara masing-masing kumparannya tidak mempunyai nilai impedansi yang sama dan umumnya motor bekerja dengan satu kumparan stator (kumparan utama). Khusus untuk motor kapasitor-start kapasitor-run, maka motor ini dapat dikatakan bekerja seperti halnya motor induksi 2-fasa yang simetris karena motor ini bekerja dengan kedua kumparannya (kumparan bantu dan kumparan utama) mulai dari start sampai saat running (jalan).

Motor induksi 1-fase yang bekerja dengan satu kumparan stator pada saat running (jalan) dapat dikatakan bekerja bukan berdasarkan medan putar, tetapi bekerja berdasarkan gabungan medan maju dan medan mundur. Bila salah satu medan tersebut dibuat lebih besar maka rotornya akan berputar mengikuti perputaran medan ini. Bentuk gambaran proses terjadinya medan maju dan medan mundur ini dapat dijelaskan dengan menggunakan teori perputaran medan ganda seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.6.

Fm

+Fm

Fm/2

Fm/2

Fm/2

Fm/2

Fm sin q

+q

-q

q

+q

 

 

Gambar 3.6 Teori perputaran medan ganda pada motor induksi 1-fase

 

Gambar 3.6 memperlihatkan bahwa fluks sinusoidal bolak balik dapat ditampilkan sebagai dua fluks yang berputar, dimana masing-masing fluks bernilai setengah dari nilai fluks bolak-baliknya yang berputar dengan kecepatan sinkron dengan arah yang saling berlawanan. Gambar 3.6a memperlihatkan bahwa fluks total yang dihasilkan sebesar Fadalah akibat pengaruh dari masing-masing komponen fluks A dan B yang mempunyai nilai sama sebesar F/ 2 yang berputar dengan arah yang berlawanan. Setelah fluks A dan B berputar sebesar +q dan -q (pada gambar 3.6b) resultan fluks yang terjadi menjadi 2 x (Fm/2) sin (2q/2) = Fm sin q. Selanjutnya setelah seperempat lingkaran resultan fluks yang terjadi (gambar 3.6c) menjadi nol karena masing-masing fluks A dan B mempunyai harga yang saling menghilangkan. Setelah setengah lingkaran (gambar 3.6d) resultan fluks A dan b akan menghasilkan –2 x (Fm/2) = – Fm (arah berlawanan dengan gambar 3.6a). Selanjutnya setelah tigaperempat lingkaran (gambar 3.6e) resultan fluks A dan B yang terjadi kembali nol karena masing-masing fluks yang saling menghilangkan. Proses pada gambar 3.6 ini akan terus berlangsung sehingga terlihat bahwa medan fluks yang terjadi adalah medan maju dan medan mundur karena pengaruh fluks magnet bolak balik yang dihasilkan oleh sumber arus bolak balik.

3.3 Slip

Apabila rotor dari motor induksi berputar dengan kecepatan Nr, dan medan magnet stator berputar dengan kecepatan Ns, maka bila ditinjau perbedaan kecepatan relatif antara kecepatan medan magnet putar stator terhadap kecepatan rotor, ini disebut kecepatan slip yang besarnya sebagai berikut.

Kec.slip = Ns – Nr (3.11)

Kemudian slip (s) adalah :

S =  (3.12)

 

Frekuensi yang dibangkitkan pada belitan rotor adalah fdimana

f2 =  (3.13)

dengan: p = jumlah kutup magnet stator.

Sedangkan frekuensi medan putar stator adalah fl, di mana

f=  (3.14)

Dari persamaan–persamaan di atas akan diperoleh

=  f2 = sf(3.15)

 

Apabila, slip = 0 (karena Ns=Nr) maka f= 0. Apabila rotor ditahan slip = 1 (karena Nr= 0) maka f2 = f1. Dari persamaan f= sf1, diketahui bahwa frekuensi rotor dipengaruhi oleh slip. Oleh karena GGL induksi dan reaktansi pada rotor merupakan fungsi frekuensi maka besarnya juga turut dipengaruhi oleh slip. Besarnya GGL induksi efektif pada kumparan stator adalah :

E1 = 4,44 f1 N1 fm (3.16)

Selanjutnya, besarnya GGL induksi efektif pada kumparan rotor adalah :

E2S = 4,44 f2 N2 fm (3.17)

= 4,44 s f1 N2 fm

= s.E2

dimana :

E2 = GGL pada saat rotor diam (Nr = Ns)

E2S = GGL pada saat rotor berputar.

Selanjutnya karena kumparan rotor mempunyai reaktansi induktif yang dipengaruhi oleh frekuensi, maka dapat dibuatkan :

X2S = 2p f2 L2 (3.18)

= 2p s.f1 L2

= sX2

dengan :

X2S = reaktansi pada saat rotor berputar.

X= reaktansi pada saat rotor diam. (Nr = Ns).

 

3.4 Arus Rotor

Lilitan rotor dihubung singkat dan tidak mempunyai hubungan langsung dengan sumber, arusnya diinduksikan oleh fluks magnet ber sama (f) antara stator dan rotor yang melewati celah udara, sehingga arus rotor ini bergantung kepada perubahan‑perubahan yang terjadi pada stator.

Apabila tegangan sumber V1 diberikan pada stator, pada stator timbul tegangan E1 yang diinduksikan oleh fluks‑fluks tersebut yang juga menimbulkan tegangan E pada rotor, (E2 = E1 pada saat rotor ditahan dan s E2 = E1 pada waktu motor berputar dengan slip s). Besarnya arus rotor I2 akan diimbangi dengan arus stator tapi dengan arah berlawanan agar fluks magnet bersama (fm) tetap konstan seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.7.

Gambar 3.7: Diagram vektor motor induksi dengan tinjauan sederhana

Pada slip s, arus rotor ditentukan oleh s E(GGL rotor) dan Z2(impedansi rotor), sehingga akan diperoleh:

I1== – I2 =  (3.19)

I1 ketinggalan sebesar j2 terhadap V1, dengan:

j2 = arc tan  (3.20)

 

3.5. Rangkaian Pengganti Motor Induksi 3-fasa

Motor induksi 3-fasa mempunyai kumparan stator dan kumparan rotor.Rangkaian pengganti rotor motor induksi ideal digambarkan pada gambar 3.8.

Gambar 3.8 Rangkaian pengganti rotor motor induksidengan tinjauan seder­hana.

 

GGL induksi pada rotor adalah sE2 = E1, jika dibuat E= E2 maka semua unsur yang ada di rotor harus dibagi dengan “s”, sehingga r2 menjadi  dans.X2 menjadi X2. Selanjutnya dapat juga dibuatkan :

(3.21)

dengann arus rotor I2 tetap sama dengan I2 sebelumnya. Bila dinamakan tahanan stator = r1 dan reaktansi induksi dari fluks bocor kumparan stator = X1, akan dapat dibuatkan rangkaian pengganti motor induksi 3-fasa perfasanya seperti gambar 3.9. Selanjutnya, bila rotor dilihat dari sisi stator akan diperoleh gambar 3.10 dengan rm (tahanan karena pengaruh rugi-rugi inti) dan Xm(reaktansi induktif magnet) pada inti. Gambar 3.10 merupakan gambar rangkaian pendekatan (ekivalen) motor induksi 3-fasa perfasa yang sudah merupakan standar untuk menganalisa rangkaian karena sisi rotor dilihat dari sisi stator.

 

Gambar 3.9. Rangkaian pengganti motor induksi 3-fasa perfasa

 

 

E2’=E1

 

 

 

Gambar 3.10 Rangkaian pengganti dengan rotor disesuaikan terhadap stator.

 

Gambar 3.10 memperlihatkan bahawa untuk menggabungkan rangkaian stator dan rangkaian rotor, rangkaian rotor harus disesuaikan dengan rangkaian stator. Apabila rangkaian rotor disesuaikan terhadap rangkaian stator maka rangkaian rotor dianggap mempunyai nilai yang sama dengan bayangan dari rangkaian stator itu sendiri, sehingga E1 = E2’. Selanjutnya untuk parameter-parameter yang lain pada sisi rotor juga diberik tanda ( ‘ ) seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.10.

 

3.6. Daya Motor Induksi

Dengan memperhatikan gambar 3.8 sampai dengan gambar 3.10 dapat dibuatkan besarnya daya aktif makanik yang ditransfer dari stator melalui celah udar ke rotor (Pg) sebesar.

Pg = I22 . = I22. () (3.22)

= (I2’)2 . = I22. ()

dan rugi-rugi daya aktif pada kumparan rotor (Pr2) sebesar:

Pr2 = I22 r2 = (I2’)2.r2 (3.23)

Selanjutnya daya aktif mekanik yang bermanfaat untuk menggerakkan rotor (Pm) sebesar:

Pm = I22 .  = (I2’)2 .  (3.24)

Bila dibuatkan perbandingan antara ketiga daya tersebut, dengan asumsi rugi-rugi putar diabaikan, maka dapat dibuatkan perbandingan sebagai berikut.

Pm : Pr= (1-s) : s (3.25)

Pg : Pm : Pr2 = 1: (1 ‑ s) : s (3.26)

Kemudian rugi-rugi daya aktif pada kumparan primer motor induksi 3-fasa perfasa (P1) dapat dibuatkan sebagai berikut.

P1 = I12 r1 (3.27)

Daya masukan motor induksi 3-fasa perfasa menjadi:

Pin = P2 + Pg (3.28)

Selanjutnya daya 3-fasanya dapat dibuatkan sebagai berikut.

Pin (3ph) = 3. Pin(3ph) (3.29)

Pin (3ph) = VL. IL. Cos  (3.30)

Dengan  = perbedaan sudut antara VL dan IL.

 

3.7 Torsi Motor Induksi

Torsi berhubungan dengan kemampuan motor untuk mesuplai beban mekanik. Oleh karena itu Torsi (T) secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut.

T =  (3.31)

Dengan : wr = kecepatan sudut (mekanik) dari rotor.

Dari persamaan (3.12) dapat dibuat bahwa Nr = Ns (1-s), sehingga diperoleh pula:

wr = ws (1-s) (3.32)

Bila dilihat torsi mekanik yang ditransfer pada rotornya (perhatikan gambar 3.10) akan diperoleh sebagai berikut.

Tg =  (3.33)

Dimana:

k =

a =

Ttorsi start yang dibutuhkan pada motor induksi dapat dihitung dengan memasukkan nilai s = 1 pada persamaan (3.33). Selanjutnya dengan memperhatikan persamaan 3.26, torsi mekanik yang bermanfaat untuk memutar rotor menjadi:

Tm =  (3.34)

Torsi maksimum dicapai pada , maka dari persamaan (3.33), maka diperoleh:

a (s2 + a2) – s.a (2s) = 0

s2 + a2 – 2 s2 = 0

s2 = a2

s = ± a (3.35)

Dari keadaan ini akan diperoleh torsi maksimum (Tmx) sebesar:

Tmx =  (3.36)

 

Torsi maksimum (1/2k) tersebut dicapai pada slip positif (mesin bertindak sebagai motor induksi) dan pada slip negatif (mesin bertindak sebagai generator induksi).

Hubungan antara torsi dan slip dinyatakan pada gambar 3.11.

 

Gambar 3.11 Hubungan antara torsi dan slip motor induksi

Dengan memperhatikan gambar 3.11 dapat dilihat bahwa:

– Pada kecepatan hipersinkron (kecepatan melebih kecepatan sinkron), slipnya negatif (biasanya kecil), mesin beroperasi sebagai generator induksi dengan torsi bekerja dengan arah yang berlawanan dengan putaran medan putar.

– Saat mesin bekerja pada kecepatan di antara standstill dan kecepatan sinkron, dengan slip positif antara 1 dan 0: Mesin berputar pada keadaan tanpa beban sehingga slipnya kecil sekali, GGL rotor juga kecil sekali, Z2(rotor circuit impedance) hampir R murni dan arus cukup untuk membangkitkan torsi dan memutar rotornya.

– Selanjutna beban mekanik dipasang pada poros sehingga putaran rotor makin lambat, slip naik, GGL rotor naik (besar maupun frekuensinya), menghasilkan arus dan torsi yang lebih besar.

– Jika motor induksi diputar berlawanan dengan arah putaran medan putar maka masih akan dihasilkan torsi yang bertindak sebagai rem dan terjadi penyerapan tenaga mekanik: Misal nya mesin dalam keadaan berputar dengan slip “s”, kemudian arah medan putar tiba‑tiba di balik, maka akan terjadi rotor mempunyai slip (2 ‑ s), kecepatan turun menuju nol dan dapat dibawa ke kondisi standstill. Cara ini adalah cara pengereman motor yang disebut dengan plugging.

 

3.8. Hubungan Antara Torsi dan Slip

Dari persamaan (34) terlihat bahwa untuk s = 0, T = 0 sehingga kurva dimulai dari titik 0. Pada kecepatan normal (mendekati kecepatan sinkron, harga (s.X2) sangat kecil dibanding harga r2‑nya, sehingga T = untuk r2 konstan.

Gambar 3.12. Grafik T = f(s) untuk bermacam-macam nilai r2 pada motor induksi

 

 

Apabila slip terus dinaikkan (dengan menambah beban motor) torsi (T) terus meningkat dan mencapai harga maksimum pada saat s = , torsi ini disebut pull ‑ out atau break ‑ down torque. Dengan bertambahnya beban, slip makin besar, putaran motor makin turun maka lama‑lama X2 meningkat terus sehingga “r2” dapat diabaikan bila dibandingkan terhadap (s.X2) sehingga bentuk kurva torsi ‑ slip sesudah mencapai titik maksimum berobah dalam setiap penambahan beban motor dimana torsi yang dihasilkan motor akan terus merosot, akibatnya putaran semakin pelan dan akhirnya berhenti. Pada prinsipnya daerah kerja dari motor berada di antara slip, s = 0 dan s =  saatmencapai torsi maksimum, perhatikan gambar 3.12. Dari gambar 3.12 terlihat bahwa nilai Tmaks tergantung dari “r2”, makin besar harga “r2” makin besar pula nilai slip untuk mencapai Tmaks.

 

3.9 Membalik Arah Putaran Motor Induksi 3-fasa

Untuk membalik putaran motor dapat dilaksanakan dengan menukar dua di antara tiga kawat dari sumber tegangannya seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.13.

 

Gambar 3.13 Cara membalik arah putaran motor induksi 3-fasa

 

 

3.10 Memilih Motor Listrik

Setiap motor listrik sebagai alat penggerak sudah mempunyai klasifikasi tertentu sesuai dengan maksud penggunaannya menurut kebutuhan yang diinginkan. Klasifikasi tiap motor listrik bisa dibaca pada papan nama (name plate) yang dipasang padanya sehingga untuk berbagai keperluan bisa dipilih motor yang sesuai.

Di dalam pemakaian sederhana, klasifikasi motor hanya dikenal menurut::

1. Tenaga output motor (HP).

2. Sistem tegangan (searah, bolak-balik, ukurannya, fasenya).

3. Kecepatan motor (rendah, sedan, tinggi).

Dalam pemakaian yang sederhana ini belum dicapai hal-hal lain yang sangat penting dalam memilih motor yang sesuai. Jadi dapat disimpulkan bahwa klasifikasi motor ini sangatlah luas mencakup dalam:

1. Hal-hal yang dibutuhkan oleh mesin-mesin yang digerakkan (driven machines) yang sesuai dengan: tenaga dan torsi yang dibutuhkan

2. Karakteristik beban dan macam-macam kerja yang diperlukan

3. Konstruksi mesin-mesin yang digerakkan

Hal-hal yang demikian akan memberikan pula macam-macam variasi bentuk dari motor termasuk alat-alat perlengkapannya (alat-alat pengusutan dan pengaturan).

3.11 Motor Induksi 1-fasa

Motor induksi 1-fasa biasanya tersedia dengan daya kurang dari 1 HP dan banyak digunakan untuk keperluan rumah tangga dengan aplikasi yang sederhana, seperti kipas angin motor pompa dan lain sebagainya. Didasarkan pada cara kerjanya, maka motor ini dapat dikelompokan sebagai berikut :

1. Motor fase belah/fase bagi (split phase motor)

2. Motor kapasitor (capacitor motor)

a. Kapasitor start (capacitor start motor)

b. Kapasitor start-kapasitor jalan (capacitor start-capacitor run motor)

c. Kapasitor jalan (capacitor run motor)

3. Motor kutub bayangan (shaded pole motor)

Penjelasan dari jenis-jenis motor ini dijabarkan sebagai berikut di bawah ini.

3.11.1 Motor fase belah/fase bagi

Motor fase belah mempunyai kumparan utama dan kumparan bantu yang tersambung paralel dan mempunyai perbedaan fasa antara keduanya mendekati 90o listrik. Gambaran konstruksi dan bentuk rangkaian sederhana pemasangan kumparannya diperlihatkan pada gambar 3.14.

 

 

c)

 

 

 

 

 

b)

 

 

 

 

 

a)

 

 

 

Gambar 3.14 Bentuk konstruksi dan hubungan kumparan motor induksi fasa belah

 

Gambar 3.14a memperlihatkan letak kumparan utama dan kumparan bantu yang diatur berjarak 90o listrik, gambar 3.14b memperlihatkan hubungan kumparan utama dan kumparan bantu dalam rangkaiannya dan gambar 3.14c memperlihatkan hubungan arus dan tegangan yang terjadi pada kumparan motor induksi fasa belah. Di dalam prakteknya diusahakan antara arus kumparan bantu dan kumparan utamanya berbeda fasa mendekati 90 o listrik. Dengan cara ini maka kumparan motor menjadi seolah-olah seperti motor induksi dua fase yang akan dapat menghasilkan medan magnet yang seolah-olah berputar sehingga motor induksi ini dapat berputar sendiri (self starting).

Pada motor fase boleh, “kumparan utama” mempunyai tahanan murni rendah dan reaktansi tinggi, sebaliknya “kumparan bantu” mempunyai tahanan murni yang tinggi tetapi reaktansinya rendah. Tahanan murni kumparan bantu dapat dipertinggi dengan menambah R yang disambung secara seri dengannya (disebut motor resistor) atau dengan menggunakan kumparan kawat yang diameternya sangat kecil. Bila pada kumparan bantuk diberik kapasitor, maka motor ini disebut motor kapasitor (capacitor motor). Motor fase belah ini biasanya sering disebut motor resistor saja, sedangkan untuk motor kapasitor jarang disebut sebagai motor fase belah karena walaupun prinsipnya adalah membagi dua fasa tetapi nilai perbedaan fasanya hampir mendekati 90o, sehingga kerjanya mirip dengan motor induksi 2-fasa dan umum disebut sebagai motor kapasitor saja. Untuk memutuskan arus, kumparan Bantu dilengkapi dengan saklar pemutus ‘S’ yang dihubungkan seri terhadap kumparan bantu. Alat ini secara otomatis akan memutuskan setelah motor mencapai kecepatan 75% dari kecepatan penuh. Pada motor fase belah yang dilengkapi saklar pemutus kumparan bantu biasanya yang dipakai adalah saklar sentrifugal. Khusus untuk penerapan motor fase belah ini pada lemari es biasanya digunakan rele.

3.11.2 Motor kapasitor

Motor kapasitor merupakan bagian dari motor fasa belah, namun yang membedakan kedua motor tersebut adalah pada saat kondisi start motor. Motor kapasitor ini menggunakan kapasitor pada saat startnya yang dipasang secara seri terhadap kumparan bantu. Motor kapasitor ini umumnya digunakan pada kipas angin, kompresor pada kulkas (lemari es), motor pompa air, dan sebagainya. Pada lemari es umumnya memakai rele sebagai saklar sentrifugalnya. Berdasarkan penggunaan kapasitor pada motor kapasitor, maka motor kapasitor ini dapat dibagi dalam hal sebagai berikut di bawah ini.

1. Motor kapasitor start (capacitor start motor)

Pada motor kapasitor, pergeseran fase antara arus kumparan utama (Iu) dan arus kumparan bantu (Ib) didapatkan dengan memasang sebuah kapasitor yang dipasang seri terhadap kumparan bantunya seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.15.

Gambar 3.15 Bagan rangkaian motor kapasitor dan diagram vektor Iu dan Ib

Kapasitor yang digunakan pada umumnya adalah kapasior elektrolik yang pemasangannya tidak permanen pada motor (sebagai bagian yang dapat dipisahkan). Kapasitor start direncanakan khususnya untuk waktu pemakaian yang singkat, sekitar 3 detik, dan tiap jam hanya 20 kali pemakaian. Bila saat start dan setelah putaran motor mencapai 75% dari kecepatan penuh, saklar sentrifugal (CS) otomatis akan terbuka untuk memutuskan kapasitor dari rangkaian, sehingga yang tinggal selanjutnya hanya kumparan utama saja.. Pada sebahagian motor ini ada yang menggunaan rele sebagai saklar sentifugalnya. Ada 2 bentuk pemasangan rele yang biasa digunakan yaitu penggunaan rele arus dan rele tegangan seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.16 dan gambar 3.17.

Gambar 3.16 Bentuk penggunaan rele arus dalam rangkaian

Arus start yang dihasilkan pada gambar 3.16 cukup besar sehingga medan magnet yang dihasilkan oleh rele sanggup untuk menarik kontak NO (normally open) menjadi menutup (berhubungan), setelah motor berjalan dan mencapai kecepatan 75% kecepatan nominalnya, maka arus motor sudah turun menjadi kecil kontak NO yang terhubung tadi terlepas kembali karena medan magnet yang dihasilkan tidak sanggup untuk menarik kontak NO sehingga kapasitor dilepaskan lagi dari rangkaian.

Gambar 3.17 Bentuk penggunaan rele tegangan dalam rangkaian

Tegangan awal saat start yang dihasilkan pada rele gambar 3.17 masih kecil sehingga medan magnet yang dihasilkan oleh rele tidak sanggup untuk menarik kontak NC (normally close) menjadi terbuka (memisah), setelah motor berjalan dan mencapai kecepatan 75% kecepatan nominalnya, maka tegangan pada rele sudah naik menjadi normal sehingga kontak NC yang terlepas tadi terhubung karena medan magnet yang dihasilkan rele sanggup untuk menarik kontak NC menjadi terbuka sehingga kapasitor dilepaskan lagi dari rangkaian.

Disamping itu, penggunaan kapasitor start pada motor kapasitor dapat divariasikan misalnya dengan tegangan tegangan ganda seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.18.

Gambar 3.18 Motor kapasitor start tegangan ganda, putaran satu arah.

Untuk penggunaan tegangan rendah pada gambar 3.18, kumparan utama I dan kumparan utama II diparalel dengan cara terminal 1 dikopel dengan 3, terminal 2 dikopel dengan 4, kemudian terminal 1 dan 2 diberikan untuk sumber tegangan. Untuk tegangan tingginya, kumparan utama I dan kumparan utama II dihubungkan secara seri, kemudian terminal 1 dikopel dengan 4 dan terminal 3 dan 2 untuk sumber tegangan.

Motor kapasitor start yang sederhana juga dapat diperlengkapi dengan pengaturan kecepatan dan pembalik arah putaran seperti yang diperlihatkan pada contoh berikut di bawah ini.

a. Motor kapasitor start dengan 3 ujung dengan arah putaran yang dapat dibalik (three leads reversible capacitor start motor) diperlihatkan pada gambar 3.19.

Gambar 3.19 Motor kapasitor start dengan 3 ujung dengan pembalik arah putaran

 

b. Motor kapasitor start 2 kecepatan seperti yang diperlihatkan pada gambar3.20.

Gambar 3.20 Motor kapasitor start 2 kecepatan.

Bila saklar diatur pada posisi low pada gambar 3.20, motor berputar lambat, sedangkan bila saklar diatur pada posisi high, motor berputar lebih cepat, karena kumparan cepat (high run) mempunyai jumlah kutub sedikit sedangkan kumparan lambat (low run) mempunyai jumlah kutub yang lebih banyak.

c. Motor kapasitor start dengan 2 kumparan dan menggunakan 2 buah kapasitor seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.21.

Gambar 3.21 Motor kapasitor start dengan 2 kecepatan dan menggunakan 2 buah kapasitor.

 

2. Motor kapasitor start dan jalan (capacitor start-capacitor run motor).

Pada dasarnya motor ini sama dengan capasitor start motor, hanya saja pada motor jenis ini kumparan bantunya mempunyai 2 macam kapasitor dan salah satu kapasitornya selalu dihubungkan dengan sumber tegangan (tanpa saklar otomatis). Motor ini menggunakan nilai kapasitansi yang berbeda untuk kondisi start dan jalan. Dalam susunan pensaklaran yang biasa, kapasitor start yang seri dengan saklar start dihubungkan secara paralel dengan kapasitor jalan dan kapasitor yang diparalelkan itu diserikan dengan kumparan bantu.

Penggunaan kapasitor start dan jalan yang terpisah memungkinkan perancangan motor memilih ukuran optimum masing-masing, yang menghasilkan kopel start yang sangat baik dan prestasi jalan yang baik. Tipe kapasitor yang digunakan pada motor kapasitor ini adalah tipe elektrolit dan tipe berisi minyak. Rancangan motor ini biasanya hanya digunakan untuk penggunaan motor satu fasa yang lebih besar dimana khususnya diperlukan untuk kopel start yang tinggi. Keuntungan dari motor jenis ini adalah :

1. Mempertinggi kemampuan motor dari beban lebih.

2. Memperbesar cos j (faktor daya).

3. Memperbesar torsi start,

4. Motor bekerja lebih baik (putaran motor halus).

Motor jenis ini bekerja dengan menggunakan kapasitor dengan nilai yang tinggi (besar) pada saat startnya, dan setelah rotor berputar mencapai kecepatan 75% dari kecepatan nominalnya, maka kapasitor startnya dilepas dan selanjutnya motor bekerja dengan menggunakan kapasitor jalan dengan nilai kapasitor yang lebih rendah (kapasitas kecil) agar motor dapat bekerja dengan lebih baik. Bentuk gambaran motor jenis ini diperlihatkan pada gambar 3.22. Pertukaran harga kapasitor dapat dicapai dengan dua cara sebagai berikut.

a) Dengan menggunakan dua kapasitor yang dihubungkan secara paralel pada rangkaian bantu, kemudian setelah saklar otomatis bekerja maka hanya sebuah kapasitor yang terhubung secara seri dengan kumparan bantu (gambar 3.22a)

b) Dengan memasang sebuah kapasitor yang dipasang secara paralel dengan ototransformator step up (gambar 3.22b).

a) b)

Gambar 3.22 Cara mendapatkan pertukaran harga kapasitor

3. Motor kapasitor jalan (capacitor run motor).

Motor ini mempunyai kumparan bantu yang disambung secara seri dengan sebuah kapasitor yang terpasang secara permanen pada rangkaian motor. Kapasitor ini selalu berada dalam rangkaian motor, baik pada waktu start maupun jalan, sehingga motor ini tidak memerlukan saklar otomatis. Oleh karena kapasitor yang digunakan tersebut selalu dipakai baik pada waktu start maupun pada waktu jalan maka harus digunakan kapasitor yang memenuhi syarat tersebut yaitu kapasitor yang berjenis kondensator minyak, atau kondensator kertas minyak. Pada umumnya kapasitor yang digunakan berkisar antara 2 sampai 20m F, bentuk hubungannya pada rangkaian motor diperlihatkan pada gambar 3.23 dengan jenis dua arah putaran.

Gambar 3.23 Motor kapasitor jalan yang bekerja dengan 2 arah putaran (maju dan mudur) dengan kumparan utama sama dengan kumparan bantu.

 

Pada gambar 3.23, waktu putaran kanan, kumparan A diseri dengan kapasitor dan kumparan B bertindak sebagai kumparan utama, sedangkan pada waktu putaran kiri, kumparan B diseri dengan kapasitor dan berfungsi sebagai kumparan bantu, sehingga kumparan A sekarang berfungsi sebagai kumparan utama. Selanjutnya pada gambar 3.24 diperlihatkan contoh penerapan motor kapasitor jalan yang dapat diatur kecepatannya yang biasa diterapkan pada kipas angin.

Gambar 3.24 Motor kapasitor jalan (permanen) dengan 2 kecepatan.

Untuk menentukan berapa besar kapasitor yang harus dipasang pada motor, secara umum diterapkan diperlihatkan pa

3.11.3 Motor kutup bayangan

Motor kutub bayangan (Shaded pole) ini menggunakan kutup magnet stator yang dibelah dan diberi cincin pada bagian kutup yang kecil yang disebut kutup bayangan, dan sisi kutup yang besar disebut kutub pokok (Un shaded pole) dengan rotor yang biasa digunakan adalah rotor sangkar tupai seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.25. Motor kutub bayangan ini biasanya diterapkan untuk kapasitas yang kecil dan sering dijumpai pada motor‑motor kipas angin yang kecil.

a) bentuk kutup 4 b) kutup bayangan diberi cicin

Gambar 3.25 Kutub utama dan kutub bayangan motor kutub bayangan

Gambar 3.25b menunjukkan sebuah kutub dari motor kutub bayangan, kira‑kira 1/3 dari kutub diberi alur yang selanjutnya dilingkari (diberi cincin) dengan satu lilitan hubung singkat (CU Coil) dan dikenal dengan kumparan bayangan (shading coil). Kutub yang diberi cincin ini dikenal dengan nama kutub bayangan, dan bagian lainnya yang besar dikenal dengan kutup bukan bayangan (Un shaded pole). Medan putar yang dihasilkan pada motor jenis ini adalah karena adanya induksi pada cincin hubung singkat yang terdapat pada kutub bayangan yang berasal dari pengaruhi induksi magnet pada kutup yang lainya, sehingga motor ini menghasilkan fluks magnet yang berputar.

 

motor sinkrom

Motor Sinkron adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan pada rotor. Kumparan jangkarnya berbentuk sama dengan mesin induksi, sedangkan kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder). Arus searah (DC) untuk menghasilkan fluks pada kumparan medan dialirkan ke rotor melalui cincin dan sikat.

 

2.1 Prinsip Kerja Motor Sinkron

Gambar 2.1 Terjadinya torsi pada motor sinkron (a) tanpa beban (b) kondisi berbeban (c) kurva karakteristik torsi

 

Gambar 2.1 memperlihatkan keadaan terjadinya torsi pada motor sinkron. Keadaan ini dapat dijelaskan sebagai berikut: apabila kumparan jangkar (pada stator) dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa maka akan mengalir arus tiga fasa pada kumparan. Arus tiga fasa pada kumparan jangkar ini menghasilkan medan putar homogen (BS). Berbeda dengan motor induksi, motor sinkron mendapat eksitasi dari sumber DC eksternal yang dihubungkan ke rangkaian rotor melalui slip ring dan sikat. Arus DC pada rotor ini menghasilkan medan magnet rotor (BR) yang tetap. Kutub medan rotor mendapat tarikan dari kutub medan putar stator hingga turut berputar dengan kecepatan yang sama (sinkron). Torsi yang dihasilkan motor sinkron merupakan fungsi sudut torsi (d). Semakin besar sudut antara kedua medan magnet, maka torsi yang dihasilkan akan semakin besar seperti persamaan di bawah ini.

T = k .BR .Bnet sin d (2.1)

Pada beban nol, sumbu kutub medan putar berimpit dengan sumbu kumparan medan (d = 0). Setiap penambahan beban membuat medan motor “tertinggal” dari medan stator, berbentuk sudut kopel (d); untuk kemudian berputar dengan kecepatan yang sama lagi. Beban maksimum tercapai ketika d= 90o. Penambahan beban lebih lanjut mengakibatkan hilangnya kekuatan torsi dan motor disebut kehilangan sinkronisasi. Oleh karena pada motor sinkron terdapat dua sumber pembangkit fluks yaitu arus bolak-balik (AC) pada stator dan arus searah (DC) pada rotor, maka ketika arus medan pada rotor cukup untuk membangkitkan fluks (ggm) yang diperlukan motor, maka stator tidak perlu memberikan arus magnetisasi atau daya reaktif dan motor bekerja pada faktor daya = 1,0. Ketika arus medan pada rotor kurang (penguat bekurang), stator akan menarik arus magnetisasi dari jala-jala, sehingga motor bekerja pada faktor daya terbelakang (lagging). Sebaliknya bila arus pada medan rotor belebih (penguat berlebih), kelebihan fluks (ggm) ini harus diimbangi, dan stator akan menarik arus yang bersifat kapasitif dari jala-jala, dan karenanya motor bekerja pada faktor daya mendahului (leading). Dengan demikian, faktor daya motor sinkron dapat diatur dengan mengubah-ubah harga arus medan (IF)

 

2.2 Rangkaian Ekuivalen Motor Sinkron

Motor sinkron pada dasarnya adalah sama dengan generator sinkron, kecuali arah aliran daya pada motor sinkron merupakan kebalikan dari generator sinkron. Oleh karena arah aliran daya pada motor sinkron dibalik, maka arah aliran arus pada stator motor sinkron juga dapat dianggap dibalik. Maka rangkaianekuivalen motor sinkron adalah sama dengan rangkaian ekuivalen generator sinkron, kecuali arah arus Ia dibalik. Bentuk rangkaian ekuivalen motor sinkron diperlihatkan pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Rangkaian ekuivalen motor sinkron

Dari gambar 2.2 dapat dibuatkan persamaan tegangan rangkaian ekuivalen motor sinkron sebagai berikut.

Vq= Ea + Ia.Ra + jIa.XS (2.2)

atau :

Ea = Vq- Ia.Ra – jIa.XS (2.3)

2.3 Kurva Karakteristik Torsi-Kecepatan Motor Sinkron

Motor sinkron pada dasarnya merupakan alat yang menyuplai tenaga ke beban pada kecepatan konstan. Kecepatan putaran motor adalah terkunci pada frekuensi listrik yang diterapkan, oleh karena itu kecepatan motor adalah konstan pada beban bagaimanapun. Kecepatan motor yang tetap ini dari kondisi tanpa beban sampai torsi maksimum yang bisa disuplai motor disebut torsi pullout. Bentuk karakteristik torsi terhadap kecepatan ini diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.3 Karakteristik torsi – kecepatan

Dengan mengacu kebali ke persamaan (2.3) dapat dibuatkan kembali persamaan torsi motor sinkron sebagai berikut.

(2.4)

Torsi maksimum motor terjadi ketika d = 90°. Umumnya torsi maksimum motor sinkron adalah tiga kali torsi beban penuhnya. Ketika torsi pada motor sinkron melebihi torsi maksimum maka motor akan kehilangan sinkronisasi. Dengan mengacu kembali ke persamaan (2.1) dan (2.4), maka persamaan Torsi maksimum (pullout) motor sinkron dapat dibuatkan sebagai berikut.

(2.5)

atau

(2.6)

Dari persamaan di atas menunjukkan bahwa semakin besar arus medan, maka torsi maksimum motor akan semakin besar.

 

2.4 Pengaruh Perubahan Beban Pada Motor Sinkron

 

Gambar 2.4 Pengaruh perubahan beban pada motor sinkron

Gambar 2.4 memberikan gambaran bentuk pengaruh perubahan beban pada motor sinkron. Jika beban dihubungkan pada motor sinkron, maka motor akan membangkitkan torsi yang cukup untuk menjaga motor dan bebannya berputar pada kecepatan sinkron. Misal mula-mula motor sinkron beroperasi pada faktor daya mendahului (leading). Jika beban pada motor dinaikkan, putaran rotor pada asalnya akan melambat. Ketika hal ini terjadi, maka sudut torsi d menjadi lebih besar dan torsi induksi akan naik. Kenaikan torsi induksi akan menambah kecepatan rotor, dan motor akan kembali berputar pada kecepatan sinkron tapi dengan sudut torsi d yang lebih besar.

 

2.5 Pengaruh Pengubahan Arus Medan pada Motor Sinkron

Kenaikan arus medan IF menyebabkan kenaikan besar Ea tetapi tidak mempengaruhi daya real yang disuplai motor. Daya yang disuplai motor berubah hanya ketika torsi beban berubah. Oleh karena perubahan arus medan tidak mempengaruhi kecepatan dan beban yang dipasang pada motor tidak berubah sehingga daya real yang disuplai motor tidak berubah, dan tegangan fasa sumber juga konstan, maka jarak daya pada diagram fasor (Ea.sin d dan Ia.cosq) juga harus konstan. Ketika arus medan dinaikan, maka Ea naik, tetapi ia hanya bergeser di sepanjang garis dengan daya konstan. Gambaran hubungan pengaruh kenaikan arus medan pada motor sinkron diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.5 Pengaruh kenaikan arus medan pada motor sinkron

Ketika nilai Ea naik, besar arus Ia mula-mula turun dan kemudian naik lagi. Pada nila Ea rendah, arus jangkar Ia adalah lagging dan motor bersifat induktif. Ia bertindak seperti kombinasi resitor-induktor dan menyerap daya reaktif Q. Ketika arus medan dinaikkan, arus jangkar menjadi kecil dan pada akhirnya menjadi segaris (sefasa) dengan tegangan. Pada kondisi ini motor bersifat resistif murni. Ketika arus medan dinaikkan lebih jauh, maka arus jangkar akan menjadi mendahului (leading) dan motor menjadi beban kapasitif. Ia bertindak seperti kombinasi resistor-kapasitor menyerap daya reaktif negatif –Q (menyuplai daya reaktif Q ke sistem). Hubungan antara arus jangkar Iadengan arus medan IF untuk satu beban (P) yang tetap akan merupakan kurva yang berbentuk V seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

 

Gambar 2.6 Kurva V hubungan antara arus jangkar Ia dengan arus medan IF untuk satu beban (P) yang tetap pada motor sinkron

Beberapa kurva V digambarkan untuk level daya yang berbeda. Arus jangkar minimum terjadi pada faktor daya satu dimana hanya daya real yang disuplai ke motor. Pada titik lain, daya reaktif disuplai ke atau dari motor. Untuk arus medan lebih rendah dari nilai yang menyebabkan Ia minimum, maka arus jangkar akan tertinggal (lagging) dan menyerap Q. Oleh karena arus medan pada kondisi ini adalah kecil, maka motor dikatakan under excitation. Untuk arus medan lebih besar dari nilai yang menyebabkan Ia minimum, maka arus jangkar akan mendahului (leading) dan menyuplai Q. Kondisi ini disebut over excitation.

 

2.6 Kondensor Sinkron

Telah diterangkan sebelumnya bahwa apabila motor sinkron diberi penguatan berlebih, maka untuk mengkompensasi kelebihan fluks, dari jala-jala akan ditarik arus kapasitif. Karena itu motor sinkron (tanpa beban) yang diberi penguat berlebih akan berfungsi sebagai kapasitor dan mempunyai kemampuan untuk memperbaiki faktor daya. Motor sinkron demikian disebut kondensor sinkron.

 

2.7 Daya Reaktif

Motor sinkron tanpa beban dalam keadaan penguatan tertentu dapat menimbulkan daya reaktif. Perhatikan diagram vektor motor sinkron tanpa beban pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.7 Diagram vektor daya reaktif motor sinkron tanpa beban

Pada gambar (a), penguatan normal, sehingga V = E. Motor dalam keadaan mengambang karena tidak memberikan ataupun menarik arus. Vberimpit dengan E karena dalam keadaan tanpa beban sudut daya d = 0. Pada gambar (b), penguatan berlebih, sehingga E >V. Arus kapasitif (leading current) ditarik dari jala-jala. Daya aktif P = VI cos q = 0. Jadi, motor berfungsi sebagai pembangkit daya reaktif yang bersifat kapasitif (kapasitor). Pada gambar (c), penguatan berkurang, sehingga E < V. Arus magnetisasi (lagging current) ditarik dari jala-jala. Jadi, motor berfungsi sebagai pembangkit daya reaktif yang bersifat induktif (induktor).

 

2.8 Starting Motor Sinkron

Pada saat start ( tegangan dihubungkan ke kumparan stator) kondisi motor adalah diam dan medan rotor BR juga stasioner, medan magnet stator mulai berputar pada kecepatan sinkron. Saat t = 0, BR dan BS adalah segaris, maka torsi induksi pada rotor adalah nol. Kemudian saat t = ¼ siklus rotor belum bergerak dan medan magnet stator ke arah kiri menghasilkan torsi induksi pada rotor berlawanan arah jarum jam. Selanjutnya pada t = ½ siklus BR dan BS berlawanan arah dan torsi induksi pada kondisi ini adalah nol. Pada t = ¾ siklus medan magnet stator ke arah kanan menghasilkan torsi searah jarum jam. Demikian seterusnya pada t = 1 siklus medan magnet stator kembali segaris dengan medan magnet rotor. Bentuk hubungan Torsi motor sinkron pada kondisi start ini diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.8 Torsi motor sinkron pada kondisi start

Selama satu siklus elektrik dihasilkan torsi pertama berlawanan jarum jam kemudian searah jarum jam, sehingga torsi rata-rata pada satu siklus adalah nol. Ini menyebabkan motor bergetar pada setiap siklus dan mengalami pemanasan lebih. Tiga pendekatan dasar yang dapat digunakan untuk menstartmotor sinkron dengan aman adalah.

1. Mengurangi kecepatan medan magnet stator pada nilai yang rendah sehingga rotor dapat mengikuti dan menguncinya pada setengah siklus putaran medan magnet. Hal ini dapat dilakukan dengan mengurangi frekuensi tegangan yang diterapkan.

2. Menggunakan penggerak mula eksternal untuk mengakselarasikan motor sinkron hingga mencapai kecepatan sinkron, kemudian penggerak mula dimatikan (dilepaskan).

3. Menggunakan kumparan peredam (damper winding) atau dengan membuat kumparan rotor motor sinkron seperti kumparan rotor belitan pada motor induksi (hanya saat start).

 

 

 

This entry was posted in Uncategorized. Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s