Motor AC

 Motor Ac




1 Overview Motor AC

Motor AC adalah adalah motor listrik yang digerakkan oleh arus bolak-balik (Alternating Current). Jadi perbedaan utama motor AC dan motor DC adalah sumber arusnya. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, motor AC dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu motor sinkron dan motor induksi/motor asinkron. Motor sinkron didefinisikan sebagai motor yang memiliki output kecepatan putaran motornya yg sinkron/sebanding (tanpa slip) dengan frekuensi listrik yg masuk ke statornya. Sedangkan motor induksi didefinisikan sebagai motor yang bekerja berdasarkan induksi medan magnet stator ke rotornya. 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.

Pada bagian ini, saya akan lebih memfokuskan pada materi mengenai motor induksi karena materi mengenai motor sinkron akan dibahas lebih mendalam pada bagian selanjutnya. 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.

Seperti motor-motor jenis lainnya, motor induksi pada dasarnya mempunyai 3 bagian penting sebagai berikut:

    Stator yaitu bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya.
    Celah (air gap) yaitu celah udara antara stator dan rotor. Air gap ini merupakan tempat berpindahnya energi dari startor ke 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.
    Rotor yaitu bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparan stator yang diinduksikan kepada kumparan rotor.

Berdasarkan bentuk konstruksi rotornya, maka motor induksi dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu :

    Rotor sangkar (squirrel cage) adalah bagian dari mesin yang berputar bebas dan letaknya bagian dalam. Terbuat dari besi laminasi yang mempunayi slot dengan batang alumunium / tembaga yang dihubungkan singkat pada ujungnya.
    Rotor kumparan (wound rotor) adalah kumparan yang dihubungkan bintang dibagian dalam dan ujung yang lain dihubungkan dengan slipring ke tahanan luar. Kumparan sendiri dapat dikembangkan menjadi pengaturan kecepatan putaran motor. Pada kerja normal slipring hubung singkat secara otomatis, sehingga rotor bekerja seperti rotor sangkar.

2 Prinsip Kerja Motor Induksi

Pada gambar berikut, kita dapat melihat bagaimana medan magnet di stator dapat berputar. Tanda silang (x) pada kumparan stator atau rotor pada gambar bawah ini menunjukkan arah arus yang melewati kumparan masuk ke dalam bidang sedangkan tanda titik (.) menunjukkan bahwa arah arus keluar dari bidang.

Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron. Besarnya kecepatan sinkron ini adalah sebagai berikut.
ns = 120f / P

dimana :
ns = kecepatan sinkron
f = Frekuensi
P = Jumlah kutub

Kita tahu bahwa 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. Besarnya tegangan induksi (ggl) yang timbul sebesar:
E2s=44.4*f*N*φ
Dimana :

    E2s = tegangan induksi ggl
    f = frekuensi arus AC
    N = banyak lilitan
    φ = fluks medan magnetik putar

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. Apabila torsi awal yang dihasilkan oleh gaya Lorentz pada rotor cukup besar untuk melawan torsi beban, barulah rotor akan berputar searah dengan arah medan putar stator.

Untuk membuat tegangan induksi E2s tetap ada, maka diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan rotasi medan putar stator (ns) dengan kecepatan rotasi medan putar rotornya (nr). Perbedaan putaran relatif antara stator dan rotor kita disebut slip. Besarnya slip dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :

Dari persamaan tersebut, jika ns=nr, maka tegangan dan arus induksi tidak mengalir pada rotor. Akibatnya tidak ada torsi yang dapat dihasilkan. Hal ini mengingat torsi pada suatu motor hanya dapat dihasilkan bila ns>nr. Selain itu, dari prinsip kerja motor induksi, apabila motor induksi diberikan penambahan beban, kopel motor akan membesar yang berakibat semakin besar pula arus induksi pada rotor sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Kesimpulannya, bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun. Karena putaran rotor bergantung pada beban yang diberikan pada, maka motor induksi ini disebut juga dengan motor asinkron atau motor tidak serempak.

Secara animasi, prinsip kerja motor induksi dapat dilihat sebagai berikut :

3. Kakteristik Torsi-Kecepatan

Karakteristik Torsi vs. Kecepatan rotasi suatu motor induksi dapat dimodifikasi sehingga bentuk kurvanya berubah dan cocok untuk suatu aplikasi tertentu. Cara agar karakteristik torsi vs kecepatan tersebut berubah adalah dengan mengubah rancangan motor induksi tersebut. 


4. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi

Dari analogi diatas, pengoperasian motor induksi pasti menghasilkan power loss. Power loss tersebut dapat berasal dari daya mekanik motor, rugi-rugi tembaga rotor, dan rugi-rugi tembaga stator.



.5. Pengaplikasian Motor Induksi

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, 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.

Keuntungan penggunaan motor induksi :

    Konstruksi sangat kuat dan sederhana terutama bila motor dengan rotor sangkar (squirrel cage rotor).
    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.

Kerugian penggunaan motor induksi :

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