Cara Kerja Motor Listrik 3 Fasa :

Cara Kerja Motor Listrik 3 Fasa :

Jika tegangan tiga phasa dihubungkan dengan ketiga liltan stator yang terhubung bintang atau segi tiga, maka arus yang mengalir pada ketiga lilitan stator akan menimbulkan Medan putar dengan kecepatan sinkron (ns) yang besarnya dipengaruhi oleh frekuensi jaringan (f) dan jumlah pasang kutub (P). Medan putar stator (fluk magnet stator) ini akan memotong batang-batang kunduktor rotor sehingga timbul GGL induksi pada setiap batang penghantar yang menyebabkan mengalirnya arus rotor.

Cara kerja motor listrik 3 fasa : Gambar disamping kiri memperlihatkan rotor sangkar motor induksi

yang terdiri dari batang penghantar tembaga yang di tempatkan di dalam alur alur pada inti rotor yang di susun sedemikian rupa sehingga berbentuk sangkar yang disebut dengan rotor sangkar. Semua batang konduktor rotor terhubung singkat satu sama lain pada kedua ujungnya oleh dua gelang pengikat. Dengan adanya tegangan induksi pada setiap batang konduktor rotor yang terhubung singkat satu sama lain pada kedua ujungnya maka pada setiap batang konduktor rotor akan terinduksi dan akan mengalir arus listrik yang menyebabkan timbulnya gaya putar (torsi) pada rotor sehingga rotor berputar

Cara kerja motor listrik 3 fasa : Perputaran medan putar stator yang memotong (melalui) batang-batang penghantar rotor sehingga setiap batang penghantar akan timbul Gaya Gerak Listrik (GGL) rotor. Agar pemotongan medan putar stator terhadap batang penghantar konduktor rotor tetap terjadi maka kecepatan batang-batang penghantar konduktor rotor harus lebih lambat dari kecepatan medan putar stator.

Motor induksi tiga fasa memiliki dua komponen dasar yaitu stator dan rotor, bagian rotor dipisahkan dengan bagian stator oleh celah udara yang sempit (air gap) dengan jarak antara 0,4 mm sampai 4 mm. Tipe dari motor induksi tiga fasa berdasarkan lilitan pada rotor dibagi menjadi dua macam yaitu rotor belitan (wound rotor) adalah tipe motor induksi yang memiliki rotor terbuat dari lilitan yang sama dengan lilitan statornya dan rotor sangkar tupai (Squirrel-cage rotor) yaitu tipe motor induksi dimana konstruksi rotor tersusun oleh beberapa batangan logam yang dimasukkan melewati slot-slot yang ada pada rotor motor induksi, kemudian setiap bagian disatukan oleh cincin sehingga membuat batangan logam terhubung singkat dengan batangan logam yang lain.

Gb. Konstruksi Motor Listrik 3 FasaC. Prinsip Kerja Motor Listrik 3 FasaApabila sumber tegangan 3 fase dipasang pada kumparan stator, akan timbul medan putar dengan kecepatan seperti rumus berikut :Ns = 120 f/Pdimana:Ns = Kecepatan Putarf = Frekuensi SumberP = Kutub motor Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada batang konduktor dari rotor akan timbul GGL induksi. Karena batang konduktor merupakan rangkaian yang tertutup maka GGL akan menghasilkan arus (I). Adanya arus (I) di d alam medan magnet akan menimbulkan gaya (F) pada rotor. Bila kopel mula yan g dihasilkan oleh gaya (F) pada rotor cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator. GGL induksi timbul karena terpoton gn ya batang konduktor (rotor) oleh medan putar stator. Artinya agar GGL induksi tersebut timbul, diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan berputar rotor (nr).Perbedaan kecepatan antara nr dan ns disebut slip (s), dinyatakan denganS= (ns- nr)/ nsBila nr = ns, GGL induksi tidak akan timbul dan arus tidak mengalir pada batang konduktor (rotor), dengan demikian tidak dihasilkan kopel. Dilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga sebagai motor tak serempak atau asinkron.D.Hubungan antara beban, kecepatan dan torsi (torque) Gambar di bawah ini menunjukkan grafik hubungan antara torque - kecepatan dengan arus pada motor induksi 3 phase:Motor mulai menyala ternyata terdapat arus start yang tinggi akan tetapi torque-nya rendah.Saat motor mencapai 80% dari kecepatan penuh, torque-nya mencapai titik tertinggi dan arusnya mulaimenurun.Pada saat motor sudah mencapai kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torque dan stator turun ke nol.

E. Keuntungan dan Kerugian Motor 3 FasaKeuntungan motor 3 fasa : 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.Kerugian Penggunaan Motor Induksi: Kecepatan tidak mudah dikontrol Power faktor rendah pada beban ringan Arus start biasanya 5 sampai 7 kali dari arus nominalF. Pengasutan Motor Listrik 3 FasaPengasutan merupakan metoda penyambungan kumparan-kumparan dalam motor 3 phase. Ada 2 model penyambungan kumparan pada motor 3 phase:1. Sambungan Bintang/Star/Y2. Sambungan Segitiga/Delta1.Sambungan Star

Sambungan bintang dibentuk dengan menghubungkan salah satu ujung dari ketiga kumparan menjadi satu. Ujung kumparan yang digabung tersebut menjadi titik netral, karena sifat arus 3 phase yang jika dijumlahkan ketiganya hasilnya netral atau nol. Nilai tegangan phase pada sambungan bintang = 3 x tegangan antar phase2.Sambungan Delta

Gb. Sambungan DeltaSambungan delta atau segitiga didapat dengan menghubungkan kumparan-kumparan motor sehingga membentuk segitiga. Pada sambungan delta tegangan kumparan = tegangan antar phase akan tetapiarus jaringan sebesar 3 arus line.Kali ini saya akan memberikan sedikit materi tentang bagaimana cara dan proses kerja System Kendali Elektromagnetik pada motor induksi 3 fasa. Tetapi sebelumnya terlebih dahulu kita perlu mengetahui cara kerja dari sebuah motor 3 fasa.Cara kerja motor 3 fasa :Motor 3 phasa akan bekerja/ berputar apabila sudah dihubungkan dalam hubungan tertentu.Mendapat tegangan (jala-jala/ power/ sumber) sesuai dengan kapasitas motornya.1. Motor 3 fasa bekerja dengan 2 hubungan yaitu :a. Motor bekerja Bintang/ StarBerarti motor harus dihubungkan bintang baik secara langsung pada terminal maupun melalui rangkaian kontrol.

Gambar 1. Hubungan Bintang/ Star (Y)b. Motor bekerja segitiga /Delta ()Berarti motor harus dihubungkan segitiga baik secara langsung pada terminal maupun melalui rangkaian kontrol. Kecuali mesin-mesin yang berkapasitas tinggi diatas 10 HP, maka motor tersebut wajib bekerja segitiga () dan harus melalui rangkaian kontrol star delta baik secara mekanik, manual, PLC.

HYPERLINK "http://2.bp.blogspot.com/-dyN-IBYzjJA/UaTzyKBKA3I/AAAAAAAAAlA/UnWCHsSBQd0/s1600/bv.png"

Gambar 2. Hubungan Delta ()Dimana bekerja awal (start) motor tersebut bekerja bintang hanya sementara, selang berapa waktu barulah motor bekerja segitiga dan motor boleh dibebani.Cara menghubungkan motor dalam hubungan bintang (Y) :Cukup mengkopelkan/ menghubungkan salah satu dari ujung-ujung kumparan phasa menjadi satu.Sedangkan yang tidak dihubungkan menjadi satu dihubungkan kesumber tegangan.Cara menghubungkan motor dalam hubungan segitiga () :Ujung pertama dari kumparan phasa I dihubungkan dengan ujung kedua dari kumparan phasa IIIUjung pertama dari kumparan phasa II dihubungkan dengan ujung kedua dari kumparan phasa IUjung pertama dari kumparan phasa III dihubungkan dengan ujung kedua dari kumparan phasa II.Mengapa motor harus dihubungkan dengan Star Delta???Beban dengan inersia yang tinggi/ besar akan menyebabkan waktu starting motor menjadi lama untuk mencapai kecepatan nominalnya.Selama periode starting tersebut, maka pada stator dan rotor akan mengalir arus yang besar sehungga bisa terjadi pemanasan berlebih (overheating) pada motorLebih buruk lagi menyebabkan gangguan pada sistem jala-jala sumber listriknys sehingga akan menurunkan tegangannya. hal ini akan mengganggu beban listrik lainnya.Untuk menghindari hal tersebut, suatu motor induksi seringkali di start dengan level tegangan yang lebih rendah dari tegangan nominalnya.Pengurangan tegangan starting tersebut akan membatasi dayas yang diberikan ke motor, namun demikian disis lain pengurangan tegangan ini akan berdampak memperpanjang waktu/ periode starting (waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kecepatan nominalnya).2. Rangkaian System Kendali Elektromagnetik Pada Motor Induksi 3 FasaRangkaian sederhana dengan menggunakan kontaktor magnet yaitu mengontrol sebuah motor listrik. Pengontrolan oleh kontaktor magnet menggunakan 2 rangkaian yaitu rangkaian kontrol dan rangkaian utama. Peralatan kontrol yang digunakan dalam pengoperasianya yaitu, MCB 3 fasa, TOR (Thermal Overload Relay), sakelar tekan ON/ OFF dan kontaktor.Rangkaian kontrol merupakan rangkaian yang mengendalikan/ mengoperasikan rangkaian utama, sedangkan rangkaian utama merupakan aliran hubungan ke beban (motor 3 fasa). Rangkaian utama menggunakan kontak utama (1-3-5 dan 2-4-6) dari kontaktor magnet untuk menghubungkan/ memutuskan jaringan dengan motor listrik. Karena arus yang mengalir pada rangkaian utama relaitf lebih besar daripada rangkaian kontrol, maka pada rangkaian utama dilengkapi dengan TOR (Thermal Overload Relay) atau pengaman beban lebih dari hubung singkat ataupun beban yang lebih. Pada rangkaian kontrol, arus yang mengalir relatif kecil. Rangkaian kontrol dilengkapi dengan sakelar tekan NO untuk tombol NP dan NC untuk tombol OFF. Karena menggunak open.an tombol (sakelar) tekan, maka pada tombol ON dibuat pengunci (sakelar bantu) dari kontak bantu kontaktor yang normally open.

Gambar 3. Rangkaian System Kendali Elektromagnetik Pada Motor Induksi 3 Fasa2. Rangkaian System Kendali Elektromagnetik Pada Motor Induksi 3 Fasa Hubungan Bintang SegitigaRangkaian daya hubungan bintangsegitiga menggunakan tiga buah kontaktorQ1,Q2, danQ3Gambar 4.Fuse F1berfungsi mengamankan jika terjadi hubungsingkat pada rangkaian motor. Saat motor terhubung bintang kontaktorQ1danQ2posisiONdan kontaktorQ3 OFF. Beberapa saat kemudian timer yang disetting waktu 60 detikenergized, akan meng-OFF-kanQ1, sementaraQ2danQ3posisiON, dan motor terhubung segitiga. Pengaman beban lebihF3(thermal overload relay) dipasangkan seri dengan kontaktor, jika terjadi beban lebih disisi beban, relay bimetal akan bekerja dan rangkaian kontrol berikut kontaktor akanOFF.Tidak setiap motor induksi bias dihubungkanbintang-segitiga, yang harus diperhatikan adalah teganganname platemotor harus mampu diberikan tegangan sebesar tegangan jala-jala(Gambar 4), khususnya pada saat motor terhubung segitiga. Jika ketentuan ini tidak dipenuhi, akibatnya belitan stator bisa terbakar karena tegangan tidak sesuai. Rangkaian kontrol bintang-segitiga (Gambar 4), dipasangkanfuse F2untuk pengaman hubung singkat pada rangkaian kontrol.

Gambar 4. Rangkaian System Kendali Elektromagnetik Pada Motor Induksi 3 Fasa Hubungan Bintang SegitigaHubungan BintangTombolS2di-ON-kan terjadi loop tertutup pada rangkaian koilQ1dan menjadienergizedbersamaan dengan koilQ2. KontaktorQ1danQ2 energizedmotor terhubung bintang. KoiltimerK1akanenergized, selama setting waktu berjalan motor terhubung bintang.Hubungan SegitigaSaatQ1danQ2masih posisiONdan timerK1masihenergized, sampai setting waktu berjalan motor terhubung bintang. Ketika setting waktu timer habis, kontakNormally CloseK1dengan akanOFFmenyebabkan koil kontaktorQ1 OFF, bersamaan dengan ituQ3pada posisiON. Posisi akhir kontaktorQ2danQ3posisiONdan motor dalam hubungan segitiga. Untuk mematikan rangkaian cukup dengan meng-OFF-kan tombol tekanS1rangkaian kontrol akan terputus dan seluruh kontaktor dalam posisiOFFdan motor akan berhenti bekerja. Kelengkapan berupa lampu-lampu indikator dapat dipasangkan, baik indikator saat rangkaian kondisiON, maupun saat saat rangkaian kondisiOFF, caranya dengan menambahkan kontak bantunormally openyang diparalel dengan koil kontaktor dan sebuah lampu indicator.jenis dan macam motor listrik

Gambar di bawah inimemperlihatkan motor listrik yang paling umum. Motor tersebut dikategorikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dibawah ini.

1. Motor DCMotor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas. Motor DC yang memiliki tiga komponen utama :

Gb. Motor DCKutub medan.

Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.Dinamo.Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.Commutator.

Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.Keuntungan Dari Motor DCKeuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:Tegangan dinamo meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan

Arus medan menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.

PerhitunganHubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:

Dimana :

E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt) = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medanN = kecepatan dalam RPM (putaran per menit) T = torque electromagnetikIa = arus dinamoK = konstanta persamaan

Karakteristik Motor DC Shunt

Gb. Karakteristik Motor DC shunt

Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar diatas) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).2. Motor AC

Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan dalam Gambar. Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor.

Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).Motor SinkronMotor sinkron adalah Motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.

Gb. Motor SinkronKomponen utama Motor Sinkron :Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh, 2003):

Dimana :f = frekwensi dari pasokan frekwensiP= jumlah kutubMotor InduksiMotor 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 ACMotor induksi memiliki dua komponen listrik utama :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 cincin hubungan pendek.- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi.Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat.

Gb. Motor InduksiKlasifikasi Motor InduksiMotor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003):Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan 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 induksi tiga fase. 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.Kecepatan Motor InduksiMotor induksi bekerja sebagai berikut. Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar.Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada kecepatan dasar yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya slip/geseran yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan motor cincin geser/ slip ring motor.Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran (Parekh, 2003):

Dimana :Ns = kecepatan sinkron dalam RPMNb = kecepatan dasar dalam RPMHubungan antara beban, kecepatan dan torqueGambar dibawah ini menunjukan grafik torque-kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003):- Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torque yang rendah (pull-up torque).- Mencapai 80% kecepatan penuh, torque berada pada tingkat tertinggi (pull-out torque) dan arus mulai turun.- Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torque dan stator turun ke nol.

Gb. Grafik Torque-Kecepatan Motor Induksi AC