MOTOR LISTRIK

DISUSUN OLEH :

HENDRIL SATRIYAN PURNAMA 1300022054

TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS AHMAD DAHLAN

YOGYAKARTA

2014

   

Alhamdulillah hirobbil `alamin Puji syukur kami panjatkan kehadirat

Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-

Nya lah kami dapat menyelesaikan makalah Generator dan Motor listrik ini

sebatas pengetahuan dan kemampuan yang dimiliki. Dan juga kami berterima

kasih pada Bapak Ikhsan Hidayat S.T selaku Dosen mata kuliah Konversi Energi

yang telah memberikan tugas ini kepada kami.

      Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah

wawasan serta pengetahuan kita mengenai Generator dan Motor listrik ini. Kami

juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam tugas ini terdapat kekurangan-

kekurangan dan jauh dari apa yang kami harapkan. Untuk itu, kami berharap

adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan di masa yang akan datang,

mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa sarana yang membangun.

      Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang

membacanya. Sekiranya makalah yang telah disusun ini dapat berguna bagi kami

sendiri maupun orang yang membacanya. Sebelumnya kami mohon maaf apabila

terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan kami memohon kritik dan

saran yang

membangun demi perbaikan di masa depan.

Yogyakarta, September 2013

Penulis

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Kegiatan manusia di zaman yang semakin modern saat ini tidak akan lepas dari

penggunaan listrik sebagai sumber dari energi. Dalam kehidupan sehari-hari motor listrik

sangatlah berguna dalam membantu pekerjaan manusia maupun fungsi lainnya sebagai

penghasil putaran tinggi. Prinsip dari motor listrik adalah mengubah energi listrik

menjadi energi mekanik, motor listrik mempunyai 2 bagian penting yakni stator dan rotor

yang bekerja dengan prinsip hukum lorenz sehingga menghasilkan energi putar dari

medan magnet.

Pengenalan alat ini sangatlah penting, dilihat dari kegiatan keseharian kita yang tidak

pernah lepas sedikitpun dari listrik. Karena listrik selain digunakan untuk kegiatan yang

dilakukan sehari-hari melainkan juga listrik digunakan dalam industri baik itu rumah

tangga maupun industri menengah dan besar. Karena itu butuh pengenalan lanjut dan

mendetail tentang alat motor listrik.

1.2 Rumusan Masalah

Sehubungan dengan telah dibuatnya latar belakang makalah, maka dapat dirumuskan

masalah sebagai berikut :

1. Pengertian motor listrik?

2. Bagaimana sejarah motor listrik?

3. Prinsip kerja motor listrik?

4. Macam - macam motor listrik?

1.3Manfaat

1. Manfaat teoritis

Makalah ini diharapkan dapat memberikan data pelengkap sebagai bahan kajian

ilmu kelistrikan mengenai konsep dasar konversi energi dalam upaya

meningkatkan kualitas SDM, sekaligus memberikan masukan berupa ilmu yang

belum pernah diketahui penulis.

2. Manfaat praktis

Secara praktis makalah ini diharapkan dapat memberikan masukan bagi para

peneliti atau pembaca dalam melakukan penelitian yang berhubungan dengan

dunia kelistrikan, khususnya yang membahas motor listrik. Sehingga dapat

dijadikan sebagai informasi dalam upaya meningkatkan kualitas penelitian.

TINJAUAN PUSTAKA

1.5 Pengertian Motor Listrik

Motor listrik adalah 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.

http://yefrichan.wordpress.com/2011/03/26/pengertian-motor-listrik/

2.6 Sejarah Motor Listrik

Konversi energi listrik ke dalam energi mekanik berdasarkan prinsip kerja medan elektromagnetik yang pertama kali diperkenalkan oleh seorang ilmuan asal Inggris,Michael Faraday, pada tahun 1821. Eksperimen yang dilakukan Faraday yaitu sepotong kawat menggantung (free-hanging wire) dicelupkan kedalam sebuah wadah mercury dimana pada wadah mercury tersebut diletakkan pula sebuah magnet permanen. Ketika kawat dialiri arus listrik, kawat tersebut berputar di sekitar magnet, hal ini menunjukkan bahwa arus listrik menimbulkan medan magnet putar di sekitar kawat. Motor Faraday ini sering didemonstrasikan di sekolah-

sekolah kelas fisika, hanya saja air garam digunakan sebagai pengganti mercury (air raksa) yang beracun. Eksperimen Faraday ini merupakan wujud motor yang paling sederhana dan dikenal dengan nama motor homopolar yakni motor yang mempunyai kutub yang sama. Penelitian lebih lanjut dilakukan oleh Barlow yang merupakan perbaikan dari eksperimen yang dilakukan oleh Faraday dan dikenal dengan Barlow’s Wheel. Sama halnya dengan yang dilakukan oleh Faraday, eksperiemen Barlow hanya sebatas demonstrasi saja, tidak sesuai dengan aplikasi praktis di lapangan dikarenakan konstruksinya masih kuno atau primitif.

Pada tahun 1827, seorang ilmuan kebangsaan Hungaria, Anyos Jedlik, mulai melakukan eksperimen rotasi elektromagnetik pada peralatan yang ia sebut lightning-magnet self-rotor. Hasil eksperimen ini ia gunakan untuk tujuan instruktif di Universitas-universitas, dan pada tahun 1928 untuk pertama kalinya di perkenalkan tiga komponen utama motor arus searah praktis yaitu stator, rotor dan komutator. Stator merupakan bagian yang diam sedangkan rotor merupakan bagian yang berputar, keduanya bahan yang bersifat elektromagnetik. Masalahpun muncul, masalah elektromagnetik belum juga terpecahkan dengan baik karena motor Jedlik ini masih menggunakan medan magnet permanen pada stator dan rotor, dan lagi-lagi, motor Jedlik ini tidak mendapat ruang dalam aplikasi praktis.

Motor listrik pertama

Komutator pertama untuk motor arus searah yang dapat diterapkan pada motor ditemukan oleh seorang ilmuwan asal Inggris, William Sturgeon pada tahun 1832. Kerja keras Sturgeon membuahkan hasil, komutator untuk motor arus searah ini dibuat dengan tujuan komersial. Dua orang Amerika yaitu Emily dan Thomas Davenport memproduksi temuan Sturgeon dan mendapatkan hak paten pada tahun 1837. Motor ini dapat berputar dengan kecepatan 600 rotasi per menit. Karena mahalnya elektroda Zinc yang diperlukan untuk tenaga listrik pada baterai, motor-motor inipun secara komersial gagal dan Davenports mengalami kebangkrutan. Beberapa peneliti lainnya mengikuti jejak Sturgeon mengembangkan motor-motor DC tetapi semuanya menemukan masalah yang sama yaitu tinggi biaya untuk pembuatan baterai sebagai suplai utama motor. Karena jaringan distribusi listrik pada saat itu belum ada, motor Sturgeon tidak mendapat tempat

di pasar komersial.

Tahun 1855 Jedlik membuat alat dengan prinsip-prinsip yang serupa yaitu electromagnetic self-rotors dan penemuan ini ternyata sangat bermanfaat. Ia membuat model motor yang berfungsi sebagai sarana angkutan, seperti mendorong dan memindah benda yang lebih berat. Tidak ada bukti atau keterangan yang lebih jelas bahwa eksperimen Jedlik ini dipublikasikan secara lebih luas dalam dunia ilmiah pada waktu itu, ataupun bahwa eksperimen Jedlik mempengaruhi perkembangan motor-motor listrik untuk dekade berikutnya.

Motor DC modern ditemukan secara kebetulan pada tahun 1873, ketika Zénobe Gramme menghubungkan dinamo yang telah ia temukan dengan dynamo lainnya kemudian menjalankannya sebagai motor. Mesin Gramme adalah motor listrik yang pertama yang sukses dalam industry.

Pada tahun 1886, Frank Julian Sprague pertama kali menemukan motor DC praktis, dengan kecepatan yang konstan tanpa menimbulkan percikan listrik meskipun motor diberikan beban yang variabel. Penemuan-penemuan Sprague yang lain tentang listrik sangat bermanfaat terhadap perbaikan jaringan distribusi listrik kita sekarang ini (yang lebih dahulu dilakukan oleh Edison), yang memungkinkan daya dari motor listrik dapat dikembalikan ke dalam jaringan listrik, tersedianya distribusi listrik yang bisa dipindah-pindahkan bak sebuah trolley serta sistem kontrol yang mulai memadai untuk pengoperasiannya. Selanjutnya Sprague menemukan pembangkit listrik dengan sistem trolley yang pertama pada rentang tahun 1887-1888 di Richmond VA, elevator listrik dan sistem kendali tahun 1892, dan kereta listrik bawah tanah yang pertama kali dibangun pada tahun 1892 di Chicago oleh South Side Elevated Railway dimana sangat popular dengan sebutan "L". Motor Sprague dan penemuannya membuat semacam gebrakan dasyat di bidang industry dalam hal penggunaan motor listrik, dan dalam waktu yang hampir bersamaan peneliti-peneliti lain juga sedangkan mengembangkan hal yang sama dimana akan menjadi pesaingnya, dengan demikian penggunaan motor listrik akan menjamah wilayah yang lebih luas lagi.

Nikola Tesla pada 1888 menemukan motor AC yang pertama yang dapat dipraktekkan dengan sistem transmisi daya multi fasa. Selama bertahun-tahun Tesla terus mengembangkan motor AC di bawah perusahaan Westinghouse.

Perkembangan motor listrik dengan efisiensi yang diharapkan sempat tertunda selama beberapa dekade oleh karena kegagalan untuk mengenali betapa pentingnya celah udara yang relatif kecil antara rotor dan stator. Awalnya motor - motor mempunyai celah udara sangat besar yang menghasilkan relukstansi yang sangat tinggi dari sebuah rangkaian magnetik. Motor – motor listrik seperti ini menghasilkan torka (momen puntir) yang sangat rendah dan sangat tidak efisien tentunya. Penyebab ketidakpahaman ini sepertinya

disebabkan karena pada awal desain motor tersebut terlalu banyak focus pada interaksi medan elektromagnetik.

Penerapan motor listrik telah merevolusi industri. Proses-proses dalam industri tidak lagi dibatasi oleh transmisi daya menggunakan batang, belt, udara mampat atau tekanan hidraulik. Malahan setiap mesin dilengkapi dengan motor listriknya sendiri, menyediakan sistem kendali yang mudah digunakan, dan efisiensi transmisi daya yang lebih baik. Motor listrik juga banyak digunakan dalam bidang pertanian menggantikan tenaga manusia dan tenaga binatang untuk berbagai macam pekerjaan seperti menggiling padi atau memompa air. Untuk penggunaan rumah tangga, motor listrik mengurangi buruh kasar di dalam rumah-rumah dan membuat standar hidup yang lebih tinggi, nyaman dan aman tentunya. Dewasa ini, motor listrik mengkonsumsi lebih dari separuh dari total energi listrik yang dihasilkan.http://imroee.blogspot.com/2010/01/history-of-electric-motor.html

1.7 Prinsip Kerja Motor Listrik

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama, perhatikan gambar 1

dibawah.

Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gayaJika kawat yang

membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, makakedua sisi

loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya adaarah

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.

http://yefrichan.wordpress.com/2011/03/26/pengertian-motor-listrik/

1.8 Jenis - jenis Motor Listrik

Pada dasarnya motor listrik dibedakan dari jenis sumber tegangan kerja yang

digunakan. Berdasarkan sumber tegangan kerjanya motor listrik dapat dibedakan menjadi

2 jenis yaitu :

Motor listrik arus bolak-balik AC (Alternating Current)

Motor listrik arus searah DC (Direct Current)

Dari 2 jenis motor listrik diatas terdapat varian atau jenis-jenis motor listrik

berdasarkan prinsip kerja, konstruksi, operasinya dan karakternya. Dari berbagai jenis

motor listrik yang ada dapat dibuat suatu gambar klasifikasi motor listrik sebagai berikut.

Dari gambar klasifikasi motor listrik diatas dapat dijelaskan secara singkat pengertian

dari setiap jenis motor listrik pada gambar klasifikasi diatas sebagai berikut.

A Motor listrik arus bolak-balik AC (Alternating Current)

1.8.1 Motor listrik arus bolak – balik (AC ) Satu Fasa

Motor listrik arus bolak-balik adalah jenis motor listrik yang beroperasi dengan

sumber tegangan arus listrik bolak balik (AC, Alternating Current). Motor listrik arus

bolak-balik AC ini dapat dibedakan lagi berdasarkan sumber dayanya sebagai berikut.

Motor 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.

Motor induksi , merupakan motor listrik AC yang bekerja berdasarkan induksi meda

magnet antara rotor dan stator. Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua

kelompok utama sebagai berikut :

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.

1.8.1.1 Macam – macam Motor Listrik Satu Fasa

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 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, tampak pada 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

2. Motor Shaded 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 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 10.

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.

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 11. 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 12. stator dan rotor motor universal

Aplikasi motor universal untuk mesin jahit, untuk mengatur kecepatan

dihubungkandengan tahanan geser dalam bentuk pedal yang ditekan dan dilepaskan.

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/motor-listrik-ac-satu-fasa.html

2.8.2 Motor Listrik Arus bolak – balik (AC) Tiga Fasa

Motor AC 3 phase bekerja dengan memanfaatkan perbedaan fasa sumber untuk

menimbulkan gaya putar pada rotornya. Jika pada motor AC 1 phase untuk menghasilkan

beda phase diperlukan penambahan komponen Kapasitor (baca disini), pada motor 3

phase perbedaan phase sudah didapat langsung dari sumber seperti terlihat pada gambar

arus 3 phase berikut ini:

Gb. Grafik arus 3 fasa

1.8.2.1 Konstruksi Motor Listrik 3 Fasa

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 Fasa

2.8.2.2 Prinsip Kerja Motor Listrik 3 Fasa

Apabila sumber tegangan 3 fase dipasang pada kumparan stator, akan timbul

medan putar dengan kecepatan seperti rumus berikut :

Ns = 120 f/P

dimana:

Ns = Kecepatan Putar

f  = Frekuensi Sumber

P = 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 dengan

S = (ns- nr)/ ns

Bila 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.

2.8.2.3 Pengasutan Motor Listrik 3 Fasa

Pengasutan merupakan metode penyambungan kumparan-kumparan dalam motor 3

phase. Ada 2 model penyambungan kumparan pada motor 3 phase:

1. Sambungan Bintang/Star/Y

2. Sambungan Segitiga/Delta

1 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 phase

2. Sambungan Delta

(b) hubungan delta

Sambungan delta atau segitiga didapat dengan menghubungkan kumparan-kumparan motor sehingga membentuk segitiga.  Pada sambungan delta tegangan kumparan = tegangan antar phase akan tetapi arus jaringan sebesar √3 arus line. http://insyaansori.blogspot.com/2013/04/motor-listrik-3-fasa.html

B. Motor listrik arus searah DC (Direct Current)

Motor listrik arus searah adalah jenis motor listrik yang beroperasi dengan

sumber tegangan arus listrik searah (DC, Direct Current). Motor listrik arus searah DC ini

dapat dibedakan lagi berdasarkan sumber dayanya sebagai berikut.

Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited . Adalah jenis motor DC yang

sumber arus medan disupply dari sumber terpisah, sehingga motor listrik DC ini disebut

motor DC sumber daya terpisah (separately excited).

Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited. Adalah jenis motor DC yang sumber

arus medan disupply dari sumberyang sama dengan kumparan motor listrik, sehingga

motor listrik DC ini disebut motor DC sumber dayasendiri (self excited).

Motor DC sumber daya sendiri / self exited ini dibedakan lagi menjadi 3 jenis

berdasarkan konfigurasi supply medan dengan kumparan motornya sebagai berikut.

Motor DC shunt , Pada motor DC shunt gulungan medan (medan shunt) disambungkan

secara paralel dengan gulungan motor listrik. Oleh karena itu total arus dalam jalur

merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Motor DC Seri, Pada motor DC seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan

secara seri dengan gulungan kumparan motor (A). Oleh karena itu, arus medan sama

dengan arus dinamo.

Motor DC Kompon/Gabungan, Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri

dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara

paralel dan seri dengan gulungan motor listrik. Sehingga, motor kompon memiliki torque

penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil.

Motor Servo

Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem umpan balik tertutup di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor.

Karena motor DC servo merupakan alat untuk mengubah energi listrik menjadi energy mekanik, maka magnit permanent motor DC servolah yang mengubah energi listrik ke dalam energi mekanik melalui interaksi dari dua medan magnit. Salah satu medan dihasilkan oleh magnit permanent dan yang satunya dihasilkan oleh arus yang mengalir dalam kumparan motor. Resultan dari dua medan magnit tersebut menghasilkan torsi yang membangkitkan putaran motor tersebut. Saat motor berputar, arus pada kumparan motor menghasilkan torsi yang nilainya konstan.

Secara umum terdapat 2 jenis motor servo. Yaitu motor servo standard dan motor servo Continous. Servo motor tipe standar hanya mampu berputar 180 derajat.   Motor servo standard sering dipakai pada sistim robotika misalnya untuk membuat “ Robot Arm” ( Robot Lengan ). sedangkan Servo motor continuous dapat berputar sebesar 360 derajat.  motor servo Continous sering dipakai untuk Mobile Robot. Pada badan servo tertulis tipe servo yang bersangkutan.

Motor servo merupakan sebuah motor dc kecil yang diberi sistim gear dan potensiometer sehingga dia dapat menempatkan “horn” servo pada posisi yang dikehendaki. Karena motor ini menggunakan sistim close loop sehingga posisi “horn” yang dikehendaki bisa dipertahanakan. “Horn” pada servo ada dua jenis. Yaitu Horn “ X” dan Horn berbentuk bulat ( seperti pada gambar di bawah ).

Servo Dengan Horn Bulat Servo Dengan Horn X

Pengendalian gerakan batang motor servo dapat dilakukan dengan menggunakan metode PWM. (Pulse Width Modulation). Teknik ini menggunakan system lebar pulsa untuk mengemudikan putaran motor. Sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Tampak pada gambar dengan pulsa 1.5 mS pada periode selebar 2 mS maka sudut dari sumbu motor akan berada pada posisi tengah. Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam.

Untuk menggerakkan motor servo ke kanan atau ke kiri, tergantung dari nilai delay yang kita berikan. Untuk membuat servo pada posisi center, berikan pulsa 1.5ms.  Untuk memutar servo ke kanan, berikan pulsa <=1.3ms, dan pulsa >= 1.7ms untuk berputar ke kiri dengan delay 20ms, seperti ilustrasi berikut:

Salah satu rangkaian yang digunakan untuk uji alat servo terlihat seperti dibawah ini. Rangkaian terdiri dari astable multivibrator dan monostable multivibrator.

Rangkaian disamping  berfungsi membangkitkan PWM, yang nantinya akan menggerakkan motor servo.

Setiap pinggiran menuju positif astable multivibrator menyulut monostable sehingga pulsa keluaran dapat diubah dari satu millisecond hingga dua millisecond.

Astable multivibrator adalah rangkaian multivibrator yang mempunyai output tidak stabil pada suatu keadaan, berubah terus menerus dari keadaan 0 menjadi 1, dan dari 1 menjadi 0. Keadaan tidak stabil ini dapat dimanfaatkan untuk membuat oscillator gelombang kotak. Pada rangkaian diatas astable multivibrator mengahasilkan frekuensi 50Khz dengan lebar pulsa kurang lebih 10mS.

Monostable multivibrator digunakan untuk mengatur pulsa keluaran. Monostable multivibrator merupakan rangkaian yang mempunyai suatu keadaan stabil. Jika nilai awal output monostable multivibrator adalah 0, ketika mendapat pulsa dari luar, maka monostable multivibrator akan mengalami keadaan semi stabil sehingga output menjadi 1 pada suatu waktu tertentu, lalu kembali ke nilai 0 kembali. Yang menentukan lama waktu kembali ini adalah harga komponen R dan C pada rangkaian monostable multivibrator.

Keluaran dari monostable multivibrator ini kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan servo.  Potensio 27K berfungsi untuk menentukan delay seberapa lama monostable multivibrator mempertahankan kestabilannya. Ketika potensio 27K  diberi nilai resistansi kecil, akibatnya jika kapasitor C1 sudah terisi penuh, dia akan segera membuang muatanya dan kestabilan monostable multivibrator segera berubah. Dari logika 1 akan segera berupa menjadi logika 0 atau dengan kata lain delaynya kecil. Sebaliknya, saat potensio resistansinya besar, muatan yang dibuang kapasitor akan tertahan. Monostable multivibrator dari keadaan 1, masih tetap mempertahankan keadaanya kemudian sedikit demi sedikit keadaanya berubah menjadi 0. Dengan kata lain delaynya menjadi besar. Dengan demikian pergerakan motor servo juga berubah. Secara tidak langsung potensio digunakan untuk merubah arah gerak motor servo.

Motor stepper, adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya antara lain adalah : 

        Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.

        Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak

        Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi

        Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)

        Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC

        Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung ke porosnya

        Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.

 Pada dasaranya terdapat 3 tipe motor stepper yaitu: 

 1.      Motor stepper tipe Variable reluctance (VR)

Motor stepper jenis ini telah lama ada dan merupakan jenis motor yang secara struktural paling mudah untuk dipahami. Motor ini terdiri atas sebuah rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator. Ketika lilitan stator diberi energi dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi termagnetasi. Perputaran terjadi ketika gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR):

   

  Gambar 2.8. Penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR) 

2.      Motor stepper tipe Permanent Magnet (PM)

Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng bundar (tin can) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang diselang-seling dengan kutub yang berlawanan (perhatikan gambar 2.9). Dengan adanya magnet permanen, maka intensitas fluks magnet dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat menghasilkan torsi yang lebih besar. Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi langkah (step) yang rendah yaitu antara 7,50 hingga 150 per langkah atau 48 hingga 24 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe permanent magnet:

 

 

 Gambar 2.9. Ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe permanent magnet (PM) 

3.      Motor stepper tipe Hybrid (HB)

Motor stepper tipe hibrid memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari kedua tipe motor stepper sebelumnya. Motor stepper tipe hibrid memiliki gigi-gigi seperti pada motor tipe VR dan juga memiliki magnet permanen yang tersusun secara aksial pada batang porosnya seperti motor tipe PM. Motor tipe ini paling banyak digunkan dalam berbagai aplikasi karena kinerja lebih baik. Motor tipe hibrid dapat menghasilkan resolusi langkah yang tinggi yaitu antara 3,60 hingga 0,90 per langkah atau 100-400 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid:

  

 

 Gambar 2.10. Penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid

Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper dapat dibagi menjadi jenis unipolar dan bipolar. Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch / transistor setiap lilitannya. Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup dengan menerapkan pulsa digital yang hanya terdiri atas tegangan positif dan nol (ground) pada salah satu terminal lilitan (wound) motor sementara terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan (VM) pada bagian tengah (center tap) dari lilitan (perhatikan gambar 2.11).

 

Gambar 2.11. Motor stepper dengan lilitan unipolar

Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan sebaliknya (perhatikan gambar 2.12). Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang agak lebih kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper bipolar memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam hal torsi yang lebih besar untuk ukuran yang sama.

 

Gambar 2.12. Motor stepper dengan lilitan bipolar

Pengendalian Motor Stepper

Berikut ini akan diberikan contoh perancangan dan perhitungan rangkaian pengendali motor stepper sederhana. Motor stepper yang digunkan pada contoh ini bertipe hibrid unipolar, memiliki empat fasa dan panjang langkah sebesar 1,80 per langkahi. Motor diharapkan dapat berputar dalam dua arah dan memiliki dua kecepatan. Karena itu diperlukan pengendali motor stepper yang memiliki empat keluaran pulsa dengan kemampuan dua arah perputaran dan dua macam frekuensi pulsa guna mengatur kecepatan motor.

Rangkaian pengendali motor stepper (stepper motor driver) menggunakan komponen utama berupa sebuah IC logika XOR (74LS86) dan sebuah IC JK flip-flop (74LS76). Rangkain dengan kedua IC tersebut berfungsi untuk menghasilkan empat pulsa keluaran berurutan yang dapat berbalik urutannya dengan menerapkan logika tertentu pada rangkaian. Rangkaian tersebut memerlukan pulsa clock untuk dapat beroperasi. Sebagai sumber clock digunkan rangkaian berbasis IC timer 555. Rangkain pembangkit clock ini dapat menghasilkan dua macam frekuensi pulsa keluaran guna mendukung dua kecepatan motor stepper. Kemudian untuk mendukung pulsa-pulsa dengan arus besar (sekitar 1 - 3 A) digunakan transistor daya NPN tipe TIP31 sebagai solid state switch. Untuk lebih jelasnya perhatikanlah rangkaian utama dari pengendali motor stepper di bawah ini (gambar 3.7):

  

 Gambar 3.7. skema rangkaian pengendali motor steppper

 Gambar 3.7 di atas adalah skema rangkaian pengendali motor stepper yang dapat bergerak ke dua arah. Keluaran pengendali motor stepper ini ada empat (pena 15, 14, 11, 10 dari IC 74LS76). Pena-pena tersebut akan menghasilkan pulsa yang dapat menggerakkan motor stepper. Berikut ini adalah ilustrasi struktur motor stepper sederhana dan pulasa yang dibutuhkan untuk menggerakkannya:

 

Gambar 3.8. (a) bentuk pulsa keluaran dari pengendali motor stepper (b) penerapan pulsa pengendali pada motor stepper dan arah putaran yang bersesuaian

 Arah putaran motor dapat diatur dengan mengatur kondisi logika masukan pada pena 13 dari IC 74LS86. Jika diterapkan logika 0, maka motor akan berputar berlawanan dengan arah jarum jam (counter clock wise) sedangkan jika diterapkan logika 1, maka motor akan berputar dengan arah sesuai dengan ajah jarum jam (clockwise). Gambar 3.8.a di atas adalah contoh bentuk pulsa keluaran yang menggerakkan motor stepper pada arah sesuai dengan jarum jam (clockwise) (Gambar 3.8.b).

Kecepatan motor ditentukan oleh frekuensi masukan clock yang berbentuk gelombang persegi empat. Pulsa clock ini dibangkitkan oleh rangkaian osilator pembangkit pulsa berbasis IC timer 555. Berikut ini adalah rangkaian pembangkit pulsa clock berbasis IC 555:

 Gambar 3.9. skema rangkaian pembangkit pulsa clock berbasis IC 555

 

Rangkaian pada gambar 3.9 di atas adalah rangkaian berbasis IC 555 yang bekerja pada mode astabil. Dalam mode ini, rangkian bekerja sebagai osilator pembangkit pulsa/gelombang. Rangkaian di atas akan membangkitkan pulsa berbentuk persegi empat pada keluarannya (pena 3) secara periodik.

 

 

  Gambar 3.10. bentuk gelombang keluaran rangkaian pembangkit pulsa (osilator)

 Pulsa di atas memiliki frekuensi dan periode yang konstan. Periode dari satu gelombang penuh adalah Tt (Time total). Th (Time high) adalah periode sinyal positif atau tinggi sedangkan Tl (Time low) adalah periode sinyal nol atau rendah. Periode gelombang keluaran tersebut ditentukan oleh VR1, VR2, R1, R2 dan C1.

Kapasitor C2 hanya berfungsi sebagai penstabil rangkaian. Untuk menghitung Periode keluaran, dapat dilakukan dengan rumus berikut ini:

 

Th = 0,693 C1 (VR1 + R1 + R2)

Tl = 0,693 C1 R2

Tt = Th + Tl

 

Pada rangkaian osilator di atas digunakan C1 = 1 F = 0,000001 F, VR1= 200 k = 200000 , R1 = 1 k = 1000 dan R2 = 1,2 k = 1200 . Jika VR1 diatur pada posisi maksimum dan R1 terhubung dengan VR1, maka:

 

Th = 0,693 0,000001 (200000 + 1000 + 1200)

Th = 0,1401246 detik

 

Tl = 0,693 0,000001 1200

Tl = 0,0008316 detik

 

Tt = 0,1401246 + 0,0008316

Tt = 0.1408562 detik

 

Jadi periode gelombang (Tt) adalah 0,0716 detik sehingga frekuensinya adalah:

 

f = Hz

 

Jika VR1 berada pada posisi minimum maka perhitungannya menjadi:

 

Th = 0,693 0,000001 (0 + 1000 + 1200)

Th = 0,0015246 detik

 

Nilai Tl tetap = 0,0008316 detik karena harga R2 tetap.

 

Tt = 0,0015246 + 0,0008316

Tt = 0,0023562 detik

 

f = Hz

 

Dari perhitungan di atas, diperoleh bahwa rangkaian pembangkit gelombang tersebut dapat membangkitkan pulsa dengan frekuensi 7,09 – 424,41 Hertz.

Karena motor yang digunakan terdiri atas 4 phase dan memiliki kecepatan sudut 1,80 per langkah, maka:

        Jika frekuensi clock = 7,09 Hz, maka kecepatan motor adalah:

 

v = 7,09 = 0,03545 putaran / detik

 

v = 2,127 rpm

 

        Jika frekuensi clock = 424,41 Hz, maka kecepatan motor adalah:

 

v = 424,41 = 2,12205 putaran / detik

 

v = 127,323 rpm

 

Jadi pada sistem ini motor stepper dapat digerakkan pada kecepatan antara 2,127 rpm hingga 127,323 rpm. Dalam penerapannya pada sistem Triaxial, VR1 pada rangkaian osilator Gambar 3.9 di atur tahanannya hingga diperoleh kecepatan yang sesuai. Untuk dapat menghasilkan dua kecepatan, maka digunakan dua buah tahanan variabel (VR1 dan VR2). Masing-masing tahanan variabel diatur pada harga tahanan yang berbeda. Untuk harga tahanan yang lebih kecil akan dihasilkan pulsa clock yang lebih tinggi frekuensinya sehingga kecepatan motor stepper lebih tinggi. Untuk berpindah di antara dua kecepatan digunakan relay untuk memindah terminal R1 ke VR1 atau VR2. Jika relay off, maka terminal R1 terhubung ke terminal VR1 sedangkan jika relay on, maka terminal R1 terhubung ke terminal VR2.

Motor stepper umumnya memerlukan arus listrik yang relatif besar yaitu antara 1 hingga 2 A. Untuk itu keluaran dari pengendali motor stepper perlu dikuatkan sehingga dapat mengalirkan arus yang besar. Penguat tersebut dapat dianggap sebagai solid state switch karena hanya menghasilkan sinyal tinggi dan rendah (1 dan 0). Berikut ini adalah skema rangkaian solid state switch :

 

 

Gambar 3.11. skema rangkaian solid state switch

 Pada rangkaian di atas (gambar 3.11), digunakan transistor bipolar (BJT) tipe TIP31 yang disusun sebagai open collector switch. Transistor TIP31 adalah tergolong transistor daya menengah yang mampu mengalirkan arus puncak hingga 5 A. Transistor-transistor ini harus dilengkapi oleh lempengan pendingin dari aluminium untuk mengurangi panas yang terjadi akibat besarnya arus yang mengalir. L1 - L4 adalah lilitan (wound) dalam motor stepper. Dioda D1 - D4 berfungsi sebagai pelindung rangkaian dari tegangan tinggi (back EMF) yang mungkin timbul dari lilitan motor setepper.

Keluaran dari rangkain pengendali motor stepper (phase1 - phase4) dihubungkan ke masukan dari empat transistor tersebut melalui R1 - R2. Jika masukan bernilai sinyal rendah, maka transistor akan berada pada keadaan cut-off sehingga arus dalam lilitan motor stepper tidak mengalir. Jika masukan bernilai tinggi (diatas tegangan ambang transistor), maka transistor akan on sehingga tegangan antara kolektor dengan emitor (VCE ) turun dan arus dapat mengalir ke tanah (ground). Dengan begitu motor stepper berputar. Jika sinyal keluaran dari pengendali motor stepper berbentuk seperti gambar 3.8.a, maka L1, L2, L3 dan L4 akan dialiri arus secara berurutan. Dengan begitu rotor dari motor stepper akan berputar sesuai dengan arah urutan sinyal pada gambar 3.8.b. http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/jenis-jenis-motor-listrik/