MOTOR LISTRIK

BAB 1

PENDAHULUAN

Motor merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan,dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri. Motor mempunyai 2 (dua) jenis yang dibedakan menurut arusnya, yaitu; AC dan DC.

BAB 11

PEMBAHASAAN

1.      MOTOR LISTRIK AC

BERDASARKAN PENERIMAAN TEGANGAN:

·         Motor listrik dengan penerimaan tegangan secara langsung.Pada jenis motor listrik ini, tegangan listrik yang digunakan langsung disambungkan ke kumparan.

·         Motor Induksi.Pada motor listrik induksi ini, perolehan tegangan listrik untuk menggerakkan motor dengan cara induksi, sehingga motor menerima tegangan dari sumber tegangan  secara tidak langsung

BERDASARKAN FASE TEGANGAN:

·         Motor 1 fase

Tegangan yang digunakan oleh motor 1 fase ini adalah tegangan 1 fase. Motor listrik 1 fase ini sendiri dibedakan lagi menjadi motor kapasitor, motor kutub bayangan, motor repulsi, dan motor seri

·         Motor 3 fase

Motor listrik jenis ini menggunakan tegangan 3 fase untuk memperoleh tenaga mekanik. Motor 3 fase ini bisa dibedakan lagi menjadi: motor lilit, motor rotor sangkar tupai, dan motor kolektor

1.1  Prinsip kerja Motor AC Satu Fasa

Motor AC satu fasa berbeda cara kerjanya dengan motor AC tiga fasa, dimana pada motor AC tiga fasa untuk belitan statornya terdapat tiga belitan yang menghasilkan medan putar dan pada rotor sangkar terjadi induksi dan interaksi torsi yang menghasilkan putaran. Sedangkan pada motor satu fasa memiliki dua belitan stator, yaitu belitan fasa utama (belitan U1-U2) dan belitan fasa bantu (belitan     Z1-Z2), lihat    gambar1


Gambar 1.Prinsip Medan Magnet Utama dan Medan magnet Bantu Motor Satu fasa

Belitan utama menggunakan penampang kawat tembaga lebih besar sehingga memiliki impedansi lebih kecil. Sedangkan belitan bantu dibuat dari tembaga berpenampang kecil dan jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya lebih besar          disbanding impedansi belitan utama.

Grafik arus belitan bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama berbeda fasa sebesar φ, hal ini disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua belitan tersebut. Perbedaan arus beda fasa ini menyebabkan arus total, merupakan penjumlahan vektor arus utama dan arus bantu. Medan magnet utama yang dihasilkan belitan utama juga berbeda fasa sebesar φ dengan medan magnet      bantu.


Gambar 2.grafik gelombang arus medan bantuan arus medan utama.      

2.     


Gambar3.Medan magnet pada Stator  Motor satufase

Belitan bantu Z1-Z2 pertama dialiri arus Ibantu menghasilkan fluks magnet Φ tegak lurus, beberapa saat kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama Iutama. yang bernilai positip. Hasilnya adalah medan magnet yang bergeser sebesar 45° dengan arah berlawanan jarum jam. Kejadian ini berlangsung terus sampai satu siklus sinusoida, sehingga menghasilkan medan magnet yang berputar  pada belitan statornya.

Rotor motor satu fasa sama dengan rotor motor tiga fasa yaitu berbentuk batang-batang kawat yang ujung-ujungnya dihubung singkatkan dan menyerupai bentuk sangkar tupai, maka sering disebut   rotor   sangkar.


Gambar 4. Rotor sangkar.                  

Belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator, menghasilkan tegangan induksi, interaksi antara medan putar stator dan medan magnet rotor akan menghasilkan torsi putar pada rotor.        

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


Gambar 5. Motor kapasitor.   

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


Gambar 6. Pengawatan motor kapasitor dengan pembalik putaran.   

Motor kapasitor dengan daya diatas 1 KW di lengkapi dengan dua buah kondensator dan satu buah saklar sentrifugal. Belitan utama U1-U2 dihubungkan dengan jala-jala L1 dan Netral N. Belitan bantu Z1-Z2 disambungkan seri dengan kondensator kerja CB, dan sebuah kondensator starting CA diseri dengan kontak normally close (NC) dari saklar sentrifugal, lihat gambar 7.   

Awalnya belitan utama dan belitan bantu mendapatkan tegangan dari jala-jala L1 dan Netral. Kemudian dua buah kondensator CB dan CA, keduanya membentuk loop tertutup sehingga rotor mulai berputar, dan ketika putaran mendekati 70% putaran nominalnya, saklar sentrifugal akan membuka dan kontak normally close memutuskan kondensator bantu CA. 


Gambar 7. Pengawatan dengan Dua Kapasitor.         

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


Gambar 8. Karakteristik Torsi Motor  kapasitor.

MotorShaded Pole

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


Gambar 9. motor shadedpole, Motor fasa terbelah.  

Irisan penampang motor shaded pole memperlihatkan dua bagian, yaitu bagian stator dengan belitan stator dan dua kawat shaded pole. Bagian rotor sangkar ditempatkan di tengah-tengah  stator, lihat gambar10.


Gambar 10. Penampang motor shaded pole.  

Torsi putar dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa oleh kawat shaded pole. Konstruksi yang sederhana, daya yang kecil, handal, mudah dioperasikan, bebas perawatan dan cukup di suplai dengan Tegangan AC 220 V, jenis motor shaded pole banyak digunakan untuk peralatan rumah           tangga kecil.   

Motor Universal

Motor Universal termasuk motor satu phasa dengan menggunakan belitan stator dan belitan rotor. Motor universal dipakai pada mesin jahit, motor bor tangan. Perawatan rutin dilakukan dengan mengganti sikat arang yang memendek atau pegas sikat arang yang lembek. Kontruksinya yang sederhana, handal, mudah dioperasikan, daya yang kecil, torsinya yang cukup besar motor universal dipakai untuk peralatan rumah tangga.


Gambar11. Komutator pada motor universal  .

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

2. MOTOR LISTRIK DC

 BERDASARKAN SUMBER ARUS PENGUAT MAGNET

·         Motor DC penguat terpisah.Arus penguat magnetnya berasal dari sumber arus yang terletak di luar konstruksi motor

·          Motor DC penguat sendiri.Arus penguat magnetnya berasal dari sumber arus DC yang terletak di dalam motor itu sendiri

BERDASARKAN HUBUNGAN LILITAN PENGUAT DAN LILITAN JANGKAR

·         Motor DC shunt

·         Motor DC Seri

·         Motor DC KOmpon, yang bisa dibedakan lagi menjadi motor kompon panjang dan motor kompon pendek

PRINSIP KERJA MOTOR ARUS SEARAH (DC)

Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya. Dengan memberikan beda tegangan pada kedua terminal tersebut, motor akan berputar pada satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik maka arah putaran motor akan terbalik pula. Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua terminal menentukan arah putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua terminal menentukan kecepatan motor. 

Motor DC memiliki 2 bagian dasar :

1.    Bagian yang tetap/stasioner yang disebut stator. Stator ini menghasilkan medan magnet, baik yang dibangkitkan dari sebuah koil (elektro magnet) ataupun magnet permanen.

2.   Bagian yang berputar disebut rotor. Rotor ini berupa sebuah koil dimana arus listrik mengalir.

Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B.

	Gambar Konstruksi Motor DC

Belitan stator merupakan elektromagnet, dengan penguat magnet terpisah F1-F2. Belitan jangkar ditopang oleh poros dengan ujung-ujungnya terhubung ke komutator dan sikat arang A1-A2. Arus listrik DC pada penguat magnet mengalir dari F1 menuju F2 menghasilkan medan magnet yang memotong belitan jangkar. Belitan jangkar diberikan listrik DC dari A2 menuju ke A1. Sesuai kaidah tangan kiri jangkar akan berputar berlawanan jarum jam.

Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B. Arah gaya F dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri seperti pada gambar berikut.

Gambar Penentuan Arah Gaya Pada Kawat Berarus Listrik Dalam Medan Magnet

 Gambar Contoh jenis-jenis Motor DC

Gambar 12. Stator dan rotor motor universal  .          

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

Kecepatan Motor DC

Dari persamaan tegangan motor sebelumnya, diperoleh 

maka diperoleh                                     rpm

Karena   V - IaRa  =  Eb, maka                                  rpm

atau                          rpm

Ini menunjukkan bahwa kecepatan sebanding dengan ggl balik  dan berbanding terbalik dengan fluks  atau 

Persamaan Tegangan motor DC

Tegangan V yang disupply ke jangkar motor berguna untuk :

     (i)            mengatasi ggl balik E_b

   (ii)            menimbulkan jatuh tegangan jangkar I_aR_a

V  =  E_b + I_aR_a (1)

Persamaan ini dikenal sebagai persamaan tegangan dari motor.

Dengan mengalikan persaman (1) di atas

dengan I_a, diperoleh :

dimana :   VI_a     =  daya yang masuk ke jangkar

                 E_bI_a    = ekivalen elektrik dari daya mekanik

                              yang dibangkitkan dalam jangkar            

                 I_a²R_a    =  rugi-rugi Cu dalam jangkar

                                               

Contoh mesin yang sering di gunakan :

·                     MESIN POMPA AIR

            Mesin pompa air adalah salah satu peralatan listrik yang cukup vital di banyak perumahan. Kerusakan pada unit ini akan mengakibatkan terganggunya pasokan air dari dalam tanah, dan tentu akan sangat mengganggu kegiatan harian di rumah. Sehingga berangkat dari fakta inilah kita sebaiknya memperhatikan aspek pengoperasian dari mesin pompa air ini. 

Tulisan ini tidak membahas mengenai detail pemasangan instalasi pompa air beserta bagian pemipaannya. Tapi pembahasannya akan lebih menelaah pada aspek operasi dari mesin pompa air dilihat dari sudut kelistrikannya. Secara umum, diluar instalasi pipa, mesin pompa air terdiri dari dari 3 bagian besar yaitu motor listrik (lazim kita sebut dengan dinamo), pompa air dan tabung akumulator. Sedangkan aksesoris yang biasanya terpasang adalah pressure switch (kita biasa menyebutnya “otomatis”) dan motor thermal protector (terpasang di dalam motor listriknya).  

Motor listrik berfungsi sebagai penggerak pompa air, dimana motor listrik ini mengubah energi listrik menjadi energi gerak / putar. Antara motor listrik dan pompa air dihubungkan oleh satu shaft. Pompa air mempunyai bagian yang disebut impeller yang juga ikut berputar, sedemikian sehingga air terhisap dari sumbernya melalui pipa masuk (suction) dan kemudian didorong keluar dengan tekanan tertentu melalui pipa keluar (discharge). Sebelum air keluar di pipa discharge, maka air itu melewati dulu sebuah tabung yang berfungsi sebagai akumulator. Cara kerja akumulator ini adalah menyimpan air pada saat tekanan pompa tinggi dan mengeluarkan air saat tekanannya turun. Ada beberapa mesin pompa air yang tidak menggunakan tabung ini.

Sedangkan aksesoris seperti pressure switch (atau “otomatis”) berfungsi sebagai sensor tekanan air. Pressure switch ini memberi perintah kapan mesin pompa air harus stop dan kapan mesin harus start, tergantung dari tekanan air yang diterima sensornya. Dan thermal protector motor berfungsi sebagai system proteksi motor listrik untuk menghindari kerusakan kawat lilitan motor listrik karena panas yang berlebihan. Thermal protector ini biasanya menggunakan bimetal yang bekerja dengan berdasarkan panas pada lilitan tersebut. Bila panas dirasakan berlebihan maka thermal protector  akan bekerja memutuskan arus pada motor tersebut.

  

Cara kerja mesin pompa air

Kita asumsikan suatu instalasi air menggunakan mesin pompa air dengan instalasi pipa yang langsung menuju keran air. Saat keran dibuka, maka air keluar karena masih ada tekanan sisa di dalam pipa dan juga dalam akumulator. Seiring kuantitas air yang keluar maka tekanan tersebut akan turun dan dirasakan oleh pressure switch. Pada akhirnya kontak arus listrik dari pressure switch akan bekerja dan membuat motor start dan pompa air berputar sehingga air tanah dihisap dan dikeluarkan dengan tekanan tertentu. Saat keran ditutup, maka mesin pompa air tidak langsung stop seketika karena air tersebut terkumpul dalam pipa hingga akumulator, hingga mencapai tekanan tertentu yang membuat pressure switch bekerja memutus arus listrik ke motor listrik dan mesin pompa air akhirnya stop.

Dengan cara kerja seperti ini, hal yang perlu dihindari adalah bukaan keran yang kecil. Apalagi jika system instalasi airnya tidak menggunakan penampung air (tandon / toren).

Karena berakibat mesin pompa air akan sering start dan stop dalam interval pendek. Siapapun tentu tahu, bahwa bukaan keran yang kecil akan membuat aliran air menjadi kecil. Tetapi mesin pompa air tetap mengeluarkan air dalam jumlah sama, sehingga tekanan dalam pipa dan tabung akumulator akan naik. Akhirnya pressure switch akan bekerja memutus arus listrik ke motor pompa sehingga stop. Karena aliran air yang kecil pada keran tadi terus mengalir, maka dalam waktu singkat tekanan air dalam pipa dan akumulator kembali turun sampai pressure switch kembali membuat motor listrik start dan pompa berputar kembali. Begitu seterusnya berulang-ulang hingga keran air ditutup sepenuhnya atau dibuka sepenuhnya.

Sistem pengoperasian seperti ini bisa boros listrik dan juga umur dari motor listrik akan lebih pendek.

Mengapa lagi nih? Yuk…kita telaah bareng-bareng…

Hampir semua mesin pompa air menggunakan motor listrik jenis motor induksi. Apa sih motor induksi itu

 Salah satu contoh adalah kipas angin. Nah…bisa dilihat kan penampakannya. Motor induksi adalah suatu mesin listrik yang bekerja berdasarkan hukum induksi. Secara singkat, ada dua bagian besar dalam motor induksi, yaitu stator dan rotor. Dua-duanya berbentuk kumparan atau gulungan kawat listrik. Kumparan stator merupakan kumparan yang diam (asal kata : statis) dan kumparan rotor merupakan kumparan yang berputar (asal kata : rotasi). Cobalah perhatikan kipas angin tadi, dimana kalo kita intip sedikit maka akan terlihat gulungan kawat listrik yang diam. Itulah kumparan stator. Sedangkan bila ingin melihat kumparan rotornya maka perlu kita bongkar dulu kipas angin itu.