DASAR TEORI MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR GULUNG

Pinsip kerja motor induksi tiga fasa

Perputaran motor pada mesin arus bolak balik ditimbulkan oleh adanya medan putar (fluks yang berputar) yang dihasilkan dalam kumparan statornya. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak umumnya fasa 3. hubungan dapat berupa hubungan bintang atau delta.

Ada beberapa prinsip kerja motor induksi:

1. Apabila sumber tegangan 3 fasa dipasang pada kumparan medan (stator), timbullah medan putar dengan kecepatan ................rpm dengan fs = frekuensi stator (Stator line frequency) atau frekuensi jala-jala dan p = jumlah kutub pada motor.

2. Medan stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor.

3. Akibatnya pda kumparan jangkar (rotor) timbul tegangan induksi (ggl).

4. Karena kumparan jangkar merupakan kumparan tertutup, ggl (E) akan menghasilkan arus (I).

5. Adanya arus (I) didalam medan magnet menimbulkan gaya (F) pada rotor.

6. Bila kopel mula yng dihasilkan oleh gaya (F) pada rotor besar akan memikul kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.

7. Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa tegangan induksi timbul karena terpotongnya batang konduktor (rotor) oleh medan putar stator. Artinya agar tegangan terinduksi diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan stator dengan kecepatan berputar rotor (nr).

8. Perbedaan kecepatan antara dan disebut slip (S) dinyatakan dengan:

9. Bila = , tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada kumparan jangkar rotor, dengan demikian tidak dihasilkan kopel. Kopel motor akan ditimbulkan apabila lebih kecil dari .

10. Dilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga sebagai motor tak serempak atau asinkron.StatorStator adalah bagian dari mesin yang tidak berputar yang terletak pada bagian luar dan merupakan tempat mengalirkan arus beban. Stator terbuat dari besi bundar berlaminasi yang mempunyai alur alur sebagai tempat meletakkan kumparan.

RotorRotor adalah bagian dari mesin yang berputar dan letaknya pada bagian dalam. Pada motor induksi terdapat dua tipe rotor yang berbeda yaitu rotor sangkar tupai dan rotor belitan. Kedua tipe rotor ini menggunakan laminasi melingkar yang terikat erat pada poros. Penampang rotor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Batang rotor dan cincin ujung sangkar tupai yang kecil merupakan coran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Pada motor yang lebih besar, batang rotor dibenamkan dalam alur rotor dan kemudian di las dengan kuat ke cincin ujung. Apabila dilihat tanpa inti rotor, maka batang rotor ini kelihatan seperti kandang tupai.oleh karena itu motor induksi dengan rotor sangkar tupai dinamakan motor induksi sangkar tupai.

Pada tipe rotor belitan, slot rotor menampung belitan terisolasi yang mirip dengan belitan pada stator. Belitan rotor terdistribusi merata, biasanya terhubung bintang dan masing masing ujung fasa terbuka yang terhubung pada cincin slip yang terpasang pada rotor. Pada motor rotor belitan, sikat karbon menekan cincin slip, oleh karena itu tahanan eksternal dapat dihubungkan seri dengan belitan rotor untuk mengontrol torsi start dan kecepatan selama pengasutan. Penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan menghasilkan torsi yang lebih besar dengan arus pengasutan yang lebih kecil dibanding rotor sangkar.

Medan PutarPerputaran rotor pada motor arus bolak balik terjadi akibat adanya medan putar ( fluks yang berputar ) yang memotong rotor. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dengan suplai fasa banyak, umumnya tiga fasa. Pada saat terminal tiga fasa motor induksi dihubungkan dengan suplai tiga fasa maka arus bolak balik tiga fasa ia, ib, ic yang terpisah sebesar 1200 derajat satu sama lain akan mengalir pada kumparan stator. Arus arus ini akan menghasilkan gaya gerak magnet yang kemudian menghasilkan fluks yang berputar atau disebut juga medan putar.

SlipKecepatan putaran rotor motor induksi harus lebih lambat dari kecepatan sinkronnya supaya konduktor pada rotor selalu dipotong oleh medan putar, sehingga pada rotor timbul tegangan induksi yang akan menghasilkan arus induksi pada rotor. Arus induksi ini kemudian berinteraksi dengan fluks yang dihasilkan stator sehingga menghasilkan torsi. Selisih antara kecepatan putaran rotor dengan kecepatan sinkronnya disebut slip (s). Pada umumnya slip dinyatakan dalam persen dari kecepatan sinkron.

Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa

Motor induksi adalah peralatan pengubah energi listrik ke bentuk energi mekanik. Listrik yang diubah merupakan listrik tiga fasa. Dalam motor induksi, tidak ada hubungan listrik ke rotor, arus rotor merupakan arus induksi. Tetapi ada kondisi yang sama seperti motor dc, dimana pada rotor mengalir arus. Arus ini berada dalam medan magnetik sehingga akan terjadi gaya (F) pada rotor yang akan menggerakkan rotor dalam arah tegak lurus medan.

Motor induksi terdiri atas dua bagian utama yaitu rotor dan stator. Ada dua jenis rotor yaitu rotor sangkar dan rotor belitan. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Stator merupakan bagian yang diam dari motor induksi tiga fasa, pada bagian stator terdapat beberapa slot yang merupakan tempat kawat (konduktor) dari tiga kumparan tiga fasa yang disebut kumparan stator, yang masing-masing kumparan mendapatkan suplai arus tiga fasa, maka pada kumparan tersebut segera timbul medan putar. Dengan adanya medan magnet putar pada kumparan stator akan mengakibatkan rotor berputar, hal ini terjadi karena adanya induksi magnet dengan kecepatan putar rotor sinkron dan kecepatan putar stator.Konstruksi stator terdiri dari :

1. Rumah stator yang terdiri dari besi tuang

2. Inti stator yang terbuat dari besi lunak atau baja silikon

3. Terdapat slot untuk menempatkan kawat belitan

4. Belian stator yang terbuat dari tembagaMotor InduksiMotor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan diberbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsing disambungkan kesumber daya AC 3 fasa.

a. Komponen

Motor induksi memiliki dua komponen listri utama (gambar C.1):

1. Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor :

- Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cicin hubungan pendek.

- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan kecincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.

2. Stator. Stator dibuat dari sejumlah stamping denagn slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat.

b. Klasifikasi Motor Induksi

Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi 2 kelompok utama :

- Motor induksi 1 fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya 1 fase, memiliki rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti fan angin, mesin cuci dan pengering pakaian, serta untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.

- Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan daya 3 fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupn 90% memiliki rotor ksndsng tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70 % motor industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik, dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.

Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

Motor listrik yang umum digunakan di dunia Industri adalah motor listrik asinkron, dengan dua standar global yakni IEC dan NEMA. Motor asinkron IEC berbasis metrik (milimeter), sedangkan motor listrik NEMA berbasis imperial (inch), dalam aplikasi ada stuan daya dalam horsepower (hp) maupun kiloWatt (kW).

Motor listrik IEC dibagi menjadi beberapa kelas sesuai dengan efisiensi yang dimilikinya, sebagai standar di EU, pembagian kelas ini menjadi :

EFF1

EFF2

EFF3

A. EFF1

EFF1 adalah motor listrik yang paling efisien, paling sedikit memboroskan tenaga, sedangkan.

B. EFF3

EFF3 sudah tidak boleh dipergunakan dalam lingkungan EU, sebab memboroskan bahan bakar di pembangkit listrik dan secara otomatis akan menimbulkan buangan karbon yang terbanyak, sehingga lebih mencemari lingkungan.

Standar IEC yang berlakuadalah IEC 34-1, ini adalah sebuah standar yang mengatur rotating equipment bertenagalistrik. Ada banyak pabrik elektrik motor, tetapi hanya sebagian saja yang benar-benar mengikuti arahan IEC 34-1 dan juga mengikuti arahan level efisiensidari EU.

Banyak produsen elektrik motor yang tidak mengikuti standar IEC dan EU supaya produknya menjadi murah dan lebih banyak terjual, banyak negara berkembang manjdi pasar untuk produk ini, yang dalam jangka panjang memboroskan keuangan pemakai, sebab tagihan listrik yang semakin tinggi setiap tahunnya.

Lembaga yang mengatur dan menjamin level efisiensi ini adalah CEMEP, sebuah konsorsium di Eropa yang didirikanolehpabrik-pabrikelektrik motor yang ternama, dengan tujuan untuk menyelamatkan lingkungan dengan mengurangi pencemaran karbon secara global, karena banyak daya diboros kan dalam pemakaian beban listrik.

Sebagai contoh, dalam se buah industri rata-rata konsumsi listrik untuk motor listrik adalah sekitar 65-70% dari total biaya listrik, jadi memakai elektrik motor yang efisien akan mengurangi biaya overhead produksi, sehingga menaikkan daya saing produk, apalagi dengan kenaikan tariff listrik setiap tahun, maka pemakaian motor listrik EFF1 sudah waktun ya menjadi keharusan.

Pembagian motor induksi

Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama :

Motor induksisatufase.

Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasidengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti fan angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.

Motor induksitigafase.

Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.

Konstruksi Mesin Induksi (Mesin Asinkron)

Motor ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana, handal, serta berbiaya murah. Di samping itu motor ini juga memiliki effisiensi yang tinggi saat berbeban penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang banyak. Akan tetapi jika dibandingkan dengan motor DC, motor induksi masih memiliki kelemahan dalam hal pengaturan kecepatan. Dimana pada motor induksi pengaturan kecepatan sangat sukar untuk dilakukan, sementara pada motor DC hal yang sama tidak dijumpai Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam dan mengalirkan arus phasa.

Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama:1.Stator terdiriatastumpukanlaminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk silindris. Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas. Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi. Tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan phasa dimana untuk motor tiga phasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120o.

Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris. Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang telah disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga phasa.

2.Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:

1. Rotor Belitan

Motor induksi jenis ini mempunyai rotor dengan belitan kumparan tiga fasa sama seperti kumparan stator. Kumparan stator dan rotor juga mempunyai jumlah kutub yang sama. Rotor yang mempunyai tiga belitan yang mirip dengan belitan stator.Ketiga belitan tersebut biasanya terhubung bintang.Ujung ujung belitan tersebut dihubungkan dengan slipring yang terdapat pada poros rotor.

Belitan belitan tersebut dihubung singkat melalui sikat (brush) yang menempel pada slipring. Jenis rotor belitan dapat dilihat pada gambar sebagai berikut :2. Rotor Sangkar

Motor induksi jenis ini mempunyai rotor dengan kumparan yang terdiri atas beberapa batang konduktor yang disusun sedemikian rupa hingga menyerupai sangkar tupai. Rotor yang terdiri dari sederetan batang batang penghantar yang terletak pada alur alur sekitar permukaan rotor. Ujung ujung batang penghantar dihubung singkat dengan menggunakan cincin hubung singkat.maka jenis rotor sangkar dapat dilihat pada gambar berikut :

- Lingkaran rotor yang memiliki gulung antiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi.

- Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan kecincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.

Perbedaan mendasar dari rotor belit dengan rotor sangkar

Rotor sangkartupai:

- Tahanan rotor tetap

- Arus starting tinggI

- Torsi starting rendaH

Rotor belit :

- Memungkinkan tahanan luar dihubungkan ketahanan rotor melalui slip ring yang terhubungk esikat.

- Arus starting rendah

- Torsi starting tinggi

Rangkaian Ekivalen LengkapDibawah kondisi kerja normal pada tegangan dan frekuensi konstan, rugi inti pada motor induksi biasanya juga konstan. Dalam pandangan pada kenyataan ini, tahanan rugi inti Rc yang mewakili rugi inti motor, dapat dihilangkan dari rangkaian ekivalen motor induksi. Akan tetapi, untuk menentukan daya poros atau torsi poros, rugi inti yang konstan harus diikut-sertakan dalam pertimbangan, bersama dengan gesekan, rugi-rugi beban buta (stray-load losses) dan angin.

Semua karakteristik kinerja motor induksi tiga fasa dapat ditentukan dari rangkaian ekivalennya. Dalam menganalisis rangkaian ekivalen sebuah transformator, bagian parallel dari rangkaian yang terdiri dari Re dan X dapat diabaikan atau menggeser bagian parallel tersebut ke arah terminal primer. Namun cara ini tidak diijinkan dalam menganalisis rangkaian ekivalen motor induksi. Hal ini dikarenakan kenyataan bahwa arus penguatan pada transformator berkisar antara 2% sampai 6% dari arus beban penuh dan juga reaktansi bocor primer per unitnya juga sangat kecil. Sedangkan pada motor induksi, arus penguatan berkisar antara 30% sampai 50% dari arus beban penuh dan juga reaktansi bocor primer per unit cukup besar. Oleh sebab itu, apabila komponen parallel rangkaian ekivalen motor induksi diabaikan maka akan terdapat kesalahan yang besar dalam hal perhitungan daya dan torsi motor induksi.