motor induksi fasa tunggal

PERTEMUAN XIV

MOTOR INDUKSI FASA TUNGGAL

14.1 UMUM

Penggunaan motor induksi fasa tunggal di industri sangat luas khususnya motor-motor

yang berukuran kecil (ukuran sekitar 1 kW). Penggunaannya adalah sebagai penggerak

listrik untuk peralatan kecepatan konstan berdaya rendah seperti mesin-mesin perkakas,

peralatan domestic, dan mesin-mesin pertanian pada keadaan dimana tidak terdapat

suplai fasa tiga. Kebutuhan motor-motor induksi fasa tunggal sangat besar mulai dari

ukuran kecil (< 1 kW) sampai 4 kW.

Kekurangan penggunaan motor induksi fasa tunggal antara lain adalah:

a. Outputnya hanya sekitar 50% dari motor fasa tiga, untuk suatu ukuran rangka dan

kenaikan temperatur yang diberikan.

b. Faktor kerja rendah.

c. Efisiensi lebih rendah.

d. Harga lebih mahal disbanding dengan motor fasa tiga untuk output yang sama.

Secara konstruksi, motor ini mirip dengan motor induksi fasa banyak kecuali:

statornya hanya mempunyai belitan fasa tunggal dan saklar sentrifugal digunakan pada

beberapa tipe motor untuk memutus belitan yang digunakan untuk tujuan start. Motor

induksi fasa tiga, bila dihubungkan dengan tegangan bolak balik akan menghasilkan

suatu medan magnet yang berputar terhadap ruang dan medan putar ini yang menjadi

prinsip dasar motor induksi. Namun, fasa tunggal tidak menghasilkan medan putar.

Sumber tegangan bolak balik yang sinusoidal menghasilkan fluks yang sinusoidal pula.

(14.1)

Fluks yang sinusoidal di atas hanya menghasilkan fluks (medan) pulsasi saja dan

bukan fluks yang berputar terhadap ruang.

Bila fluks sebagai fungsi waktu:

(14.2)

maka fluks sebagai fungsi waktu dan ruang:

(14.3)

dimana = kecepatan, dan = sudut ruang, atau:

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Dr. Ir. Hamzah Hillal M.Sc

MESIN ARUS BOLIK-BALIK 1

(14.4)

Dengan kata lain, fluks yang dihasilkan oleh kumparan fasa tunggal merupakan

fluks dengan dua komponen yaitu:

a. Komponen fluks dengan arah maju:

b. Komponen fluks dengan arah mundur:

dimana kedua komponen di atas bergerak berlawanan arah dengan kecepatan ωt yang

sama sehingga kedudukannya terhadap ruang seolah-olah tetap.

Kedua komponen fluks yang berlawanan arah tersebut tentunya akan

menghasilkan torsi (kopel) yang sama besarnya dan berlawanan arah pula (arah maju

dan mundur) seperti ditunjukkan pada gambar 14.1. Torsi resultan yang dihasilkan oleh

kedua komponen torsi tersebut pada dasarnya mempunyai kemampuan untuk

mengerakkan motor dengan arah maju dan mundur. Tetapi pada keadaan start

kemampuan motor untuk maju sama besar dengan kemampuan gerak mundurnya, oleh

sebab itu motor tetap saja diam. Apabila dengan suatu alat bantu dapat diberikan

sehingga memberikan sedikit torsi maju, maka motor akan berputar mengikuti torsi

resultan maju, demikian pula sebaliknya. Persoalan sekarang adalah bagaimana cara

memberikan torsi mula pada motor induksi fasa tunggal.

Gambar 14.1 Torsi maju dan mundur pada mesin induksi fasa tunggal

14.2 RANGKAIAN EKIVALEN



Rangkaian ekivalen motor induksi fasa tunggal dapat dikembangkan berdasarkan pada

teori medan berputar dua. Untuk pengembangan rangkaian ekivalen, pertama adalah

menimbang kondisi berhenti atau rotor terkunci dimana pada kondisi ini motor seakan-

akan bertindak sebagai transformator dengan belitan kedua terhubung singkat sperti

dapat dilihat pada gambar 14.2.

Gambar 14.2 Rangkaian ekivalen motor induksi fasa tunggal keadaan berhenti

Gambar 14.3 menunjukkan rangkaian ekivalen motor induksi fasa tunggal pada saat

berhenti yang didasarkan pada teori medan berputar dua. Penjumlahan fasor Emf dan Emb

adalah sama dengan tegangan yang diterapkan V (kurang jatuh tegangan pada resistansi

stator R1 dan reaktansi bocor X1).

Gambar 14.3 Rangkaian ekivalen motor induksi fasa tunggal keadaan berhenti

yang didasarkan pada teori medan berputar dua

Bila rotor berputar pada kecepatan N yang besesuian dengan medan maju, slip s

adalah bersesuaian dengan medan maju sedangkan slip (s-2) bersesuaian dengan

medan mundur, dan rangkaian ekivalen berubah seperti diberikan pada gambar 14.4.



Gambar 14.4 Rangkaian ekivalen motor induksi fasa tunggal keadaan operasi normal

Jika rugi-rugi inti diabaikan, maka rangkaian ekivalen termodifikasi seperti yang

dapat dilihat pada gambar 14.5. Rugi-rugi inti disini ditimbang sebagai rugi-rugi putaran

dan dikurangkan dari daya yang dikonversi menjadi daya mekanik dengan kesalahan

yang timbul relatif kecil.

Gambar 14.5 Aproksimasi rangkaian ekivalen motor induksi fasa tunggal

keadaan operasi normal

14.3 KARAKTERITIK PERFORMANSI



Ketika suatu motor induksi fasa tunggal beroperasi dengan hanya mengenergisasi medan

utamanya, karakteristik performansinya dapat ditentukan dari dagram rangkaian ekivalen

untuk nilai slip yang berbeda. Sementara melakukan perhitungan, rugi-rugi inti akan

ditimbang sebagai rugi-rugi putaran.

Impedansi yang disebabkan oleh medan maju adalah:

(14.5)

sedangkan impedansi yang disebabkan oleh medan mundur adalah:

(14.6)

sehingga menghasilkan impedansi total:

(14.7)

Arus motor menjadi:

(14.8)

dan factor daya menjadi:

(14.9)

dan , sehingga:

(14.10)

dan (14.11)

Daya-daya yang timbul adalah:

a. Daya pada celah udara untuk medan maju:

(14.12)

b. Daya pada celah udara untuk medan mundur:



(14.13)

c. Daya output mekanik untuk medan maju:

(14.14)

d. Daya output mekanik untuk medan mundur:

(14.15)

e. Daya output mekanik net:

(14.16)

f. Akhirna daya output = Pmek-net – rugi-rugi friksi dan belitan – rugi-rugi inti.

Torsi yang timbul adalah:

a. Torsi yang dikembangkan untuk medan maju:

(14.17)

b. Torsi yang dikembangkan untuk medan mundur:

(14.18)

c. Torsi net yang dikembangkan:

(14.19)

14.4 MOTOR FASA TIDAK SEIMBANG



Mempunyai 2 kumparan stator yaitu kumparan utama (u) dan kumparan bantu (b) yang

diletakkan dengan perbedaan sudut 900 derajat listrik. Kumparan bantu mempunyai

tahanan lebih besar daripada kumparan utama, sedangkan reaktansinya dibuat lebih

kecil. Dengan demikian, terdapat perbedaan fasa antara arus kumparan Im dengan arus

kumparan bantu Ia (Ia terdahulu dari Im). Motor berfungsi sebagai motor fasa dua tidak

seimbang, akibatnya terjadi medan putar pada stator yang mengakibakan motor berputar.

Kumparan bantu diputuskan hubungannya (saklar s terbuka) ketika motor mencapai

putaran sekitar 75% kecepatan sinkron (gambar 14.6). Biasanya digunakan saklar yang

terbuka oleh adanya gaya sentrifugal pada motor.

Gambar 14.6 Motor fasa tidak seimbang

14.5 MOTOR KAPASITOR

Dengan dipasangnya kapasitor pada rangkaian kumparan bantu akan diperoleh beda

fasa 900 antara arus kumparan utama Im dan arus kumparan bantu Ia (Ia terdahulu 900 dari

Im). Berbagai alat seperti kompressor, pompa, mesin pendingin yang banyak dipakai di

rumah memang memerlukan torsi awal yang relatif lebih besar, sehingga motor kapasitor

cocok digunakan (gambar 14.7).

Gambar 14.7 Motor kapasitor

Contoh soal:



I Motor Induksi Fasa Tunggal

I.1 Suatu motor fasa tunggal dengan tipe kapasitor motor 1/3 hp, 120 volt, 60 Hz,

mempunyai impedansi kumparan utama dan kumparan bantu dengan nilai masing-

masing: Zu=4,5+j3,7 ohm, dan Zb=9,5+j3,5 ohm. Tentukan besar kapasitor yang

diperlukan untuk menjalankan motor tersebut. (177 F)

Solusi I1:

Sudut antara I dan Im sama dengan sudut impedansi kumparan uatamnya yaitu:

θu = tan-1 (3,7/4,5) =39,60. Sedangkan sudut antara I dan Ic sama dengan sudut

impedansi kumparan antu dan kapasitansi:

θ = 39,6 – 90 = tan-1 {(3,3-Xc)/9,5} =39,60

(3,3-Xc)/9,5 = tan (-50,40) = -1,21

Xc = 1,25x9,5 + 3,5 = 15 Ohm. Atau C = 106/(15x377) = 177 μF



motor induksi fasa tunggal

Documents