TUGAS ELECTRICAL MACHINE

MOTOR AC ASINKRON 1 FASA

Disusun Oleh :

ROHMAD EKO RAHARJONIM. 71 06 040 100

Mekatronika 6/4

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL JOINT PROGRAM BA MALANG

TEKNIK ELEKTRO2009

A. Motor ListrikMotor listrik merupakan sebuah 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.

1.1 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 FASA1. 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 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 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 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 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

current.

Belitan stator, pembangkit medan magnit dihubungkan Y atau ∆.

Rotor dililit dihubung Y dan ujung yang lain disambung slip ring dengan

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 = Pengoperasian konstan pada beban nominal

S2 = Pengoperasian pendek, waktu berhenti lama

S3, S4, S5 :Pengoperasian & istirahat pendek

S3 = Arus star tak mengganggu pemanasan motor

S4 = Arus star mengganggu pemanasan motor

S5 = ARUS REM MEMANASKAN MOTOR

S6 = Pengoperasian dengan menurunkan daya secara periodik

S7 = Sama S 6 hanya : panas arus rem

S8 = Sama S 6 : variasi beban

S9 = Kecepatan putar dan variasi beban

3. Jenis –jenis Dan Penggunaan Motor AC Satu Fasa3.1. 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 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 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

perbedaan fase antara kedua arus diperoleh melalui sebuah kapasitor yang

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 PholeMotor 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 UniversalMotor 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 kumparan diukur dengan

badan motor menggunakan megger.

Jika tahanan isolasi besarnya 1 K Ω/ 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 ( Untuk daya motor

simetris ).

5. PENGKAJIAN MOTOR LISTRIKBagian ini menjelaskan tentang bagaimana mengkaji kinerja motor listrik.

5.3. Efisiensi motor lisrikMotor mengubah energi listrik menjadi energi mekanik untuk melayani beban

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/industr y/bestpractices/pdfs/10097517.pd f ) 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 motor5.4.1. Mengapa mengkaji beban motor

Karena sulit untuk mengkaji efisiensi motor pada kondisi operasi yang

normal, beban motor dapat diukur sebagai indikator efisiensi motor. Dengan

meningkatnya beban, faktor daya dan efisinsi motor bertambah sampai nilai

optimumnya pada sekitar beban penuh.

5.4.2. Bagaimana mengkaji beban motor

Persamaan berikut digunakan untuk menentukan beban :

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 multi-meters atau tong-

testers untuk mengukur tegangan, arus dan faktor daya untuk menghitung daya

yang masuk.

Tahap 2. Menentukan nilai daya dengan mengambil nilai pelat nama/nameplate atau

dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: