MOTOR
INDUKSI
1. PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK
Dimana motor digunakan..?. Motor 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.
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum
sama (Gambar 1): 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).
2. JENIS – JENIS MOTOR
LISTRIK
Dalam dunia penggerak atau daya dewasa ini motor listrik
sangat berperan penting, dan menjadi keperluan yang mendasar. Disamping karena
tidak terlalu memakan tempat yang lebar. Juga tidak berisik pada saat
dioperasikan.
Berikut pengelompokan motor listrik ;
3.
KOMPONEN
UTAMA MOTOR LISTRIK SINKRON
Namun
dalam pembahasan ini penulis akan mengulas tentang motor listrik sinkron AC.
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. 
Komponen utama motor sinkron adalah (Gambar 7):
a. 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.
b. 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):
 |
f = frekwensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub
4. KARAKTERISTIK MOTOR SINKRON
Sebuah motor sinkron dapat dinyalakan oleh sebuah motor
dc pada satu sumbu. Ketika motor mencapai kecepatan sinkron, arus AC diberikan
kepada belitan stator. Motor dc saat ini berfungsi sebagai generator dc dan
memberikan eksitasi medan dc kepada rotor. Beban sekarang boleh diberikan
kepada motor sinkron. Motor sinkron seringkali dinyalakan dengan menggunakan
belitan sangkar tupai (squirrel-cage)
yang dipasang di hadapan kutub rotor. Motor kemudian dinyalakan seperti halnya
motor induksi hingga mencapai –95% kecepatan sinkron, saat mana arus searah
diberikan, dan motor mencapai sinkronisasi. Torque yang diperlukan untuk
menarik motor hingga mencapai sinkronisasi disebut pull-in torque.
 |
Seperti diketahui, rotor motor sinkron terkunci dengan medan putar dan harus terus beroperasi pada kecepatan sinkron untuk semua keadaan beban. Selama kondisi tanpa beban (no-load), garis tengah kutub medan putar dan kutub medan dc berada dalam satu garis (gambar dibawah bagian a). Seiring dengan pembebanan, ada pergeseran kutub rotor ke belakang, relative terhadap kutub stator (gambar bagian b). Tidak ada perubahan kecepatan. Sudut antara kutub rotor dan stator disebut sudut torque .
Jika
beban mekanis pada motor dinaikkan ke titik dimana rotor ditarik keluar dari
sinkronisasi , maka motor akan berhenti. Harga maksimum torque sehingga motor
tetap bekerja tanpa kehilangan sinkronisasi disebut pull-out torque.
5. MOTOR INDUKSI 3 FASE
Motor induksi tiga fasa merupakan motor elektrik yang
paling banyak digunakan dalam dunia industri.
Salah satu kelemahan motor induksi yaitu memiliki beberapa karakteristik
parameter yang tidak linier, terutama resistansi rotor yang memiliki nilai yang
bervariasi untuk kondisi operasi yang berbeda, sehingga tidak dapat
mempertahankan kecepatannya secara konstan bila terjadi perubahan beban. Oleh karena itu untuk mendapatkan kecepatan
yang konstan dan peformansi sistem yang lebih baik terhadap perubahan beban
dibutuhkan suatu pengontrol
Motor induksi 3 fasa adalah alat penggerak yang paling
banyak digunakan dalam dunia industri.
Hal ini dikarenakan motor induksi mempunyai konstruksi yang sederhana,
kokoh, harganya relatif murah, serta perawatannya yang mudah, sehingga motor
induksi mulai menggeser penggunaan motor DC pada industri. Motor induksi
memiliki beberapa parameter yang bersifat non-linier, terutama resistansi
rotor, yang memiliki nilai bervariasi untuk kondisi operasi yang berbeda. Hal ini yang menyebabkan pengaturan pada
motor induksi lebih rumit dibandingkan dengan motor DC.
Salah satu kelemahan dari motor induksi adalah tidak
mampu mempertahankan kecepatannya dengan konstan bila terjadi perubahan
beban. Apabila terjadi perubahan beban
maka kecepatan motor induksi akan menurun. Untuk mendapatkan kecepatan konstan
serta memperbaiki kinerja motor induksi terhadap perubahan beban, maka dibutuhkan
suatu pengontrol. Penggunaan motor
induksi tiga fasa di beberapa industri membutuhkan performansi yang tinggi dari
motor induksi untuk dapat mempertahankan kecepatannya walaupun terjadi
perubahan beban. Salah satu contoh
aplikasi motor induksi yaitu pada industri kertas. Pada industri kertas ini untuk menghasilkan
produk dengan kualitas yang baik, dimana
ketebalan kertas yang dihasilkan dapat merata membutuhkan ketelitian dan
kecepatan yang konstan dari motor penggeraknya, sedangkan pada motor induksi
yang digunakan dapat terjadi perubahan beban yang besar.
Beberapa penelitian pengaturan kecepatan motor induksi
yang telah dilakukan antara lain oleh Brian heber, Longya Xu dan Yifan tang
(1997) menggunakan kontroller logika fuzzy untuk memperbaiki performansi
kontroller PID pada pengaturan kecepatan motor induksi. Demikian juga penelitian yang dilakukan oleh
Mohammed dkk(2000) mengembangkan kontroller fuzzy yang digunakan untuk menala
parameter PI. Kontroller fuzzy juga dikembangkan pada penelitian yang
dilakukan Chekkouri MR dkk (2002) dan Lakhdar M & Katia K (2004) dengan
melengkapi mekanisme adaptasi pada kontroller fuzzy pada pengaturan motor
induksi.
Pada penelitian ini dirancang suatu pengaturan kecepatan motor induksi 3 fasa dengan menggunakan
pengontrol adaptif fuzzy. Dengan adanya
pengaturan kecepatan ini diharapkan kecepatan motor induksi dapat konstan
sesuai yang diinginkan, walaupun
mendapat perubahan beban, sehingga menghasilkan performansi motor induksi yang
tinggi .
Motor induksi merupakan motor arus bolak balik (ac) yang
paling luas penggunaannya. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor
motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang
terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relative antara putaran rotor dengan
medan putar (rotating magnetic field)
yang dihasilkan oleh arus stator.
Belitan stator yang dihubungkan dengan suatu sumber
tegangan tiga fasa akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan
kecepatan sinkron (ns = 120f/2p). Medan putar
pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga
terinduksi arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan ikut berputar
mengikuti medan putar stator.
Perbedaan putaran relative antara stator dan rotor
disebut slip. Bertambahnya beban,
akan memperbesar kopel motor, yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus
induksi pada rotor, sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor
pun akan bertambah besar. Jadi , bila beban motor bertambah, putaran rotor
cenderung menurun. Dikenal dua tipe motor induksi yaitu motor induksi dengan
rotor belitan dan rotor sangkar.
Sebelum kita membahas
bagaimana rotating magnetic field (medan putar) menyebabkan sebuah motor berputar, marilah
kita tinjau bagaimana medan
putar ini dihasilkan. Gambar berikut menunjukkan sebuah stator tiga fasa dengan suplai arus
bolak balik tiga fasa pula.
Belitan stator terhubung wye (Y). Dua belitan pada
masing-masing fasa dililitkan dalam arah yang sama. Sepanjang waktu, medan
magnet yang dihasilkan oleh setiap fasa akan tergantung kepada arus yang
mengalir melalui fasa tersebut. Jika arus listrik yang melalui fasa tersebut
adalah nol (zero), maka medan magnet
yang dihasilkan akan nol pula. Jika arus mengalir dengan harga maksimum, maka
medan magnet berada pada harga maksimum pula. Karena arus yang mengalir pada
system tiga fasa mempunyai perbedaan 120o, maka medan magnet yang dihasilkan
juga akan mempunyai perbedaan sudut sebesar 120o pula.
Ketiga medan magnet yang dihasilkan akan membentuk satu
medan, yang akan beraksi terhadap rotor. Untuk motor induksi, sebuah medan
magnet diinduksikan kepada rotor sesuai dengan polaritas medan magnet pada
stator. Karenanya, begitu medan magnet stator berputar, maka rotor juga
berputar agar bersesuaian dengan medan magnet stator.
Pada sepanjang waktu, medan magnet dari masing-masing fasa bergabung untuk
menghasilkan medan
magnet yang posisinya bergeser hingga beberapa derajat. Pada akhir satu siklus
arus bolak balik, medan
magnet tersebut telah bergeser hingga 360o, atau satu putaran. Dan karena rotor juga
mempunyai medan magnet berlawanan arah yang diinduksikan kepadanya, rotor juga
akan berputar hingga satu putaran. Penjelasan mengenai ini dapat dilihat pada
gambar selanjutnya.
Putaran medan magnet dijelaskan pada gambar di bawah
dengan “menghentikan” medan tersebut pada enam posisi. Tiga posisi ditandai
dengan interval 60o pada gelombang sinus yang mewakili arus yang mengalir pada
tiga fasa A,B, dan C. Jika arus mengalir dalam suatu fasa adalah positif, medan
magnet akan menimbulkan kutub utara pada kutub stator yang ditandai dengan A’,
B’, dan C’.
NS= kecepatan sinkron (rpm) NR= kecepatan
rotor (rpm)
Kecepatan medan putar atau kecepatan sinkron dari suatu
motor dapat dicari dengan menggunakan Equation (12-2).
Kecepatan medan putar atau kecepatan sinkron dari suatu
motor dapat dicari dengan menggunakan Equation (12-2).
dimana:
Contoh:
Sebuah
motor induksi dua kutub, 60 Hz, mempunyai kecepatan pada beban penuh sebesar
3554 rpm. Berapakah persentase slip pada beban penuh?
Solusi:
Tidak ada komentar:
Posting Komentar