TUGAS ELECTRICAL MACHINEMOTOR AC ASINKRON 1 FASA

Disusun Oleh : ROHMAD EKO RAHARJO NIM. 71 06 040 100 Mekatronika 6/4

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL JOINT PROGRAM BA MALANG TEKNIK ELEKTRO 2009

A. Motor Listrik Motor listrik merupakan sebuah perangkat fan atau elektromagnetis blower, yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut kuda 1.1 kerja nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Bagaimana sebuah motor bekerjaMekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama : Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan. Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang

dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004) : Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan. Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan). Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang

berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin. Komponen motor listrik bervariasi untuk berbagai jenis motor, dalam bab 2 dijelaskan untuk masing-masing motor.

Gambar 1. Prinsip Dasar dari Kerja Motor Listrik (Nave, 2005)

1.2

Jenis Motor ListrikBerikut ini adalah klasifikasi jenis motor listrik :

Gambar 2. Klasifikasi Jenis Utama Motor Listrik

B. MOTOR ASINKRON 1 FASA 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 gambar3.

Gambar 3. 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 dibanding impedansi belitan utama. Grafik arus belitan bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama berbeda fasa sebesar , 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 dengan medan magnet bantu.

Gambar 4. grafik Gelombang arus medan bantu dan arus medan utama

Gambar 5. Medan magnet pada Stator Motor satu fasa

Belitan bantu Z1-Z2 pertama dialiri arus Ibantu menghasilkan fluks magnet 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 6. 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. 2. Kontruksi Dan Pemasangan motor AC Satu Fasa Stator dibuat dari besi plat berlapis; berfungsi untuk mengurangi eddy Belitan stator, pembangkit medan magnit dihubungkan Y atau . Rotor dililit dihubung Y dan ujung yang lain disambung slip ring dengan current.

sikat arang, berfungsi sebagai penghubung singkat kumparan, jika motor sudah berjalan normal dengan mengatur tahanan asut. Hal ini mempunyai standar tersendiri tergantung dari pemakaian motor tersebut.

o Plant Data Arti data teknis :

o Pengoperasian Motor AC Satu Fasa Menurut standar VDE 530 ada 9 jenis pengoperasian: S1 S2 = Pengoperasian konstan pada beban nominal = Pengoperasian pendek, waktu berhenti lama

S3, S4, S5 :Pengoperasian & istirahat pendek S3 S4 S5 S6 S7 = Arus star tak mengganggu pemanasan motor = Arus star mengganggu pemanasan motor = ARUS REM MEMANASKAN MOTOR = Pengoperasian dengan menurunkan daya secara periodik = Sama S 6 hanya : panas arus rem

S8 S9

= Sama S 6 : variasi beban = Kecepatan putar dan variasi beban 3. Jenis jenis Dan Penggunaan Motor AC Satu Fasa

3.1.

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 7. 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 8. 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 jalajala 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 9. 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 10.

Gambar 10. Karakteristik Torsi Motor kapasitor

3.1.

Motor Kapasitor Start Motor kapasitor start merupakan motor fase belah tetapi pada saat distart kedua arus diperoleh melalui sebuah kapasitor yang

perbedaan fase antara

dipasang seri dengan kumparan bantu. Dengan adanya kapasitor, diperoleh torsi awal yang lebih besar jika dibandingkan dengan motor fase belah. Motor kapasitor start banyak digunakan terutama : fan, AC, pompa, peralatan pendingin, mesin cuci, dan penggerak kompresor. Gambar rangkaian kelistrikan motor kapasitor start sebagai berikut:

Gambar 11. Motor kapasitor start

3.2.

Motor Kapasitor Start dan Run Motor kapasitor jenis ini mempunyai dua kapasitor, satu berfungsi hanya pada

saat motor sedang dihidupkan (Cs) dan kapasitor lainnya (Cr) bekerja terus menerus. Setelah putaran motor mencapai 70 80 % dari putaran nominalnya Cs terlepas dan Cr tetap terhubung. Beda fase antara flux utama dan bantu menurun sehingga torsi motor juga menurun. Besarnya kapasitor start biasanya 300 ?F dan kapasitor run 40 ?F untuk motor 0,5 HP. Motor ini penggunaannya sama seperti motor kapasitor start, hanya perbedaanya mempunyai torsi dan efesiensi yang lebih besar. Selain itu dapat mempertinggi kemampuan motor dari beban lebih dan putarannya lebih halus. Pada gambar 3 menunjukkan rangkaian motor kapasitor start dan run.

Gambar 12. Motor kapasitor start dan run

3.3.

Motor Kapasitor Permanen Pada motor ini terdapat kapasitor yang dipasang tetap sebagaimana yang

dilukiskan pada gambar 13.

Gambar 13. Motor kapasitor permanen

Torsi awal motor kapasitor sangat sukar diukur namun denikian terdapat suatu pendekatan untuk menafsirkan besarnya torsi awal tersebut. Misalnya untuk memperoleh jumlah putaran motor yang sangat lambat dibutuhkan sumber V1dan menghasilkan torsi keluaran T1. Maka untuk tegamgan sumber V2, torsi awal motor dapat ditafsirkan dengan perhitungan sebagai berikut:

3.2.

Motor Shaded Phole

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 11. motor shaded pole, 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 gambar 12.

Gambar 12. 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.

3.3.

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.

Gambar 13. 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.

Gambar 14. 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. 4. Pengukuran 1. Pengukuran suhu Suhu motor akan menentukan klas isolasi, berikut tabel klas isolasi:

2. Kecepatan motor induksi Motor 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 RPM Nb = kecepatan dasar dalam RPM 3. Pengukuran arus Mengukur arus motor tujuannya adalah untuk mengetahui dan membandingkan dengan /arus nominal motor. Cara yang baik adalah dengan menggunakan tang amper, karena bisa mengetahui arus start motor. 4. Pengukuran putaran Jika putaran motor dibawah putaran nominal hal ini disebabkan oleh : Beban motor terlalu besar 5. Pengukuran tahanan isolasi Cara pengukurannya dilakukan : Masing-masing badan motor menggunakan megger. Jika tahanan isolasi besarnya 1 K / Volt = motor baik Jika dibawah harga tersebut : terjadi kegagalan isolasi 6. Pengukuran tahanan Mengukur masing-masing tahanan, Titik Y atau harus dilepas, Jika besar tahanan dari masing-masing belitan sama belitan baik simetris ). 5. PENGKAJIAN MOTOR LISTRIK Bagian ini menjelaskan tentang bagaimana mengkaji kinerja motor listrik. 5.3. Efisiensi motor lisrik Motor mengubah energi listrik menjadi energi mekanik untuk melayani beban ( Untuk daya motor kumparan diukur dengan

tertentu. Pada proses ini, kehilangan energi ditunjukkan dalam Gambar 11.

Gambar 15 . Ke hilangan Motor (US DOE)

Efisiensi motor ditentukan oleh kehilangan dasar yang dapat dikurangi hanya oleh perubahan pada rancangan motor dan kondisi operasi. Kehilangan dapat bervariasi dari kurang lebih dua persen hingga 20 persen. Tabel 1 memperlihatkan jenis kehilangan untuk motor induksi.

Tabel 1. Jenis Kehilangan pada Motor Induksi (BEE India, 2004)

Efisiensi motor dapat didefinisikan sebagai perbandingan keluaran daya motor yang dirgunakan terhadap keluaran daya totalnya. Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah: Usia. Motor baru lebih efisien. Kapastas. Sebagaimana pada hampir kebanyakan peralatan, efisiensi motor

meningkat dengan laju kapasitasnya. Kecepatan. Motor dengan kecepatan yang lebih tinggi biasanya lebih efisien. Jenis. Sebagai contoh, motor kandang tupai biasanya lebih efisien daripada

motor cincin- geser Suhu. Motor yang didinginkan oleh fan dan tertutup total (TEFC) lebih efisien

daripada motor screen protected drip-proof (SPDP) Penggulungan ulang motor dapat mengakibatkan penurunan efisiensi

Beban, seperti yang dijelaskan dibawah Terdapat hubungan yang jelas antara efisiensi motor dan beban. Pabrik

motor membuat rancangan motor untuk beroperasi pada beban 50-100% dan akan paling efisien pada beban 75%. Tetapi, jika beban turun dibawah 50% efisiensi turun dengan cepat seperti ditunjukkan pada Gambar 11. Mengoperasikan motor dibawah laju beban 50% memiliki dampak pada faktor dayanya. Efisiensi motor yang tinggi dan faktor daya yang mendekati 1 sangat diinginkan untuk operasi yang efisien dan untuk menjaga biaya rendah untuk seluruh pabrik, tidak hanya untuk motor.

Gambar 16. Efisiensi Motor Beban Sebagian (sebagai fungsi dari % efisiensi beban penuh) (US DOE)

Untuk alasan ini maka dalam mengkaji kinerja motor akan bermanfaat bila menentukan beban dan efisiensinya. Pada hampir kebanyakan negara, merupakan persyaratan bagi fihak pembuat untuk menuliskan efisiensi beban penuh pada pelat label motor. Namun demikian, bila motor beroperasi untuk waktu yang cukup lama, kadang-kadang tidak mungkin untuk mengetahui efisiensi tersebut sebab pelat label motor kadangkala sudah hilang atau sudah dicat. Untuk mengukur efisiensi motor, maka motor harus dilepaskan sambungannya dari beban dan dibiarkan untuk melalui serangkaian uji. Hasil dari uji tersebut kemudian dibandingkan dengan grafik kinerja standar yang diberikan oleh pembuatnya. Jika tidak memungkikan untuk memutuskan sambungan motor dari beban, perkiraan nilai efisiensi didapat dari tabel khusus untuk nilai efisiesi motor. Lembar fakta dari US DOE

(www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/pdfs/10097517.pdf) memberikan tabel dengan nilai efisiensi motor untuk motor standar yang dapat digunakan jika pabrik pembuatnya tidak menyediakan data ini. Nilai efisiensi disediakan untuk: Motor dengan efisiesi standar 900, 1200, 1800 dan 3600 rpm Motor yang berukuran antara 10 hingga 300 HP Dua jenis motor: motor anti menetes terbuka/ open drip-proof (ODP) dan motor

yang didinginkan oleh fan dan tertutup total/ enclosed fan-cooled motor (TEFC) Tingkat beban 25%, 50%, 75% dan 100%. Lembar fakta juga menjelaskan tiga kategori metode yang lebih canggih untuk mengkaji efisiensi motor: peralatan khusus, metode perangkat lunak, dan metode analisis. Dengan kata lain, survei terhadap motor dapat dilakukan untuk menentukan beban, yang juga memberi indikasi kinerja motor. Hal ini diterangkan dalam bagian berikut. 5.4. Beban motor Karena sulit untuk mengkaji efisiensi motor pada kondisi operasi yang normal, beban motor dapat diukur optimumnya pada sekitar beban penuh. 5.4.2. Bagaimana mengkaji beban motor Persamaan berikut digunakan untuk menentukan beban : sebagai indikator efisiensi motor. Dengan meningkatnya beban, faktor daya dan efisinsi motor bertambah sampai nilai 5.4.1. Mengapa mengkaji beban motor

Survei beban motor dilakukan untuk mengukur beban operasi berbagai motor di seluruh pabrik. Hasilnya digunakan untuk mengidentifikasi motor yang terlalu kecil. (mengakibatkan motor terbakar) atau terlalu besar (mengakibatkan ketidak efisiensian). US DOE merekomendasikan untuk melakukan survei beban motor yang beroperasi lebih dari 1000 jam per tahun. Terdapat tiga metode untuk menentukan beban motor bagi motor yang beroperasi secara individu: Pengukuran daya masuk. Metode ini menghitung beban sebagai perbandingan antara daya masuk (diukur dengan alat analisis daya) dan nilai daya pada pembebanan 100%. Pengukuran jalur arus. Beban ditentukan dengan membandingkan amper terukur (diukur dengan alat analisis daya) dengan laju amper. Metode ini digunakan bila faktor daya tidak dketahui dan hanya nilai amper yang tersedia. Juga direkomendasikan untuk menggunakan metode ini bila persen pembebanan kurang dari 50% Metode Slip. Beban ditentukan dengan membandingkan slip yang terukur bila motor beroperasi dengan slip untuk motor dengan beban penuh. Ketelitian metode ini terbatas namun dapat dilakukan dengan hanya penggunaan tachometer (tidak diperlukan alat analisis daya). Karena pengukuran daya masuk merupakan metode yang paling umum digunakan, maka hanya metode ini yang dijelaskan untuk motor tiga fase.

5.4.3. Pengukuran daya masuk Beban diukur dalam tiga tahap. Tahap 1. Menentukan daya masuk dengan menggunakan persamaan berikut :

Alat analisis daya dapat mengukur nilai daya secara langsung. Industri yang

tidak memiliki alat analisis daya dapat menggunakan testers yang masuk.

multi-meters

atau

tong-

untuk mengukur tegangan, arus dan faktor daya untuk menghitung daya

Tahap 2. Menentukan nilai daya dengan mengambil nilai pelat nama/nameplate atau dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: