1. 1
TEKNIK TENAGA LISTRIK
MAKALAH MOTOR LISTRIK
OLEH :
Haris Wijanarko 03021181520022
Imam Dwi Cahyadi 03021181520010
Muhammad Kresna Akbar 03021181520012
JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2016
2. 2
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan Puji Syukur atas limpah rahmat Tuhan yang maha Esa, penulis
dapat menyelesaikan makalah yang berjudul Motor Induksi dengan tujuan mengetahui dan
memahami sistem kerja pada Motor Induksi tersebut.
Makalah ini hanya memuat hal-hal pokok berkaitan dengan Motor Induksi tersebut. Baik
dari pengertian, konstruksi, sistem kerja dan keuntungan dari motor ini. Makalah ini
bersumber dari buku referensi dan referensi dari internet yang berhubungan dengan Motor
Induksi tersebut..
Penulis menyadari dalam makalah ini masih banyak kekurangan dan kelemahan, oleh
karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun, penulis
berharap makalah ini mudah-mudahan bisa berguna bagi kita semua, dan mejadi amal soleh
bagi kita semua. atas perhatianya penulis ucapkan terima kasih.
Indralaya, 7 November 2016
Penulis,
3. 3
DAFTAR ISI
Halaman judul.......................................................................................................................... 1
Kata Pengantar ......................................................................................................................... 2
Daftar isi .................................................................................................................................. 3
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................................... 4
1.1.Latar belakang ................................................................................................................... 4
1.2. Tujuan penulisan makalah ............................................................................................... 4
BAB II PEMBAHASAN ........................................................................................................ 5
2.1. Motor Listrik AC ............................................................................................................. 5
2.1.1 Motor Induksi ................................................................................................................. 5
2.1.1.1 Konstruksi Motor Induksi ........................................................................................... 5
2.1.1.2 Prinsip Kerja Motor Induksi ....................................................................................... 7
2.1.1.3 Arah Putaran Motor Induksi ....................................................................................... 8
2.1.1.4 Active Power Flow ..................................................................................................... 8
2.1.1.5 Karakteristk motor Induksi ......................................................................................... 8
2.1.1.6 Motor Induksi Satu Fasa ............................................................................................. 9
2.1.1.7 Motor Induksi Tiga Fasa ............................................................................................. 15
2.1.2 Motor Sinkron ................................................................................................................ 20
2.1.2.1 Bagian Dasar Motor Sinkron ...................................................................................... 20
2.1.2.2 Karakteristik motor Sinkron ....................................................................................... 20
2.1.2.3 Prinsip Kerja Motor Sinkron ....................................................................................... 21
2.2 Motor Listrik DC .............................................................................................................. 22
2.3 Pembagian Daya, Efisiensi, dan Torsi .............................................................................. 25
BAB III KESIMPULAN ......................................................................................................... 27
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................. 28
LAMPIRAN ............................................................................................................................ 29
4. 4
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar belakang
Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (AC) yang paling luas
digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja berdasarkan
induksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor ini bukan diperoleh dari
sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan
relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh
arus stator. Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di
industri maupun di rumah tangga. Hal ini disebabkan karena motor induksi memiliki berbagai
keunggulan dibanding dengan motor listrik yang lain, yaitu diantaranya karena harganya
yang relatif murah, konstruksinya yang sederhana dan kuat serta karakteristik kerja yang
baik.
Motor induksi yang umum dipakai adalah motor induksi 3-fase dan motor induksi 1-
fase. Motor induksi 3-fase dioperasikan pada sistem tenaga 3-fase dan banyak digunakan di
dalam berbagai bidang industri dengan kapasitas yang besar. Motor induksi 1-fase
dioperasikan pada sistem tenaga 1-fase dan banyak digunakan terutama untuk peralatan
rumah tangga seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan sebagainya karena
motor induksi 1-fase mempunyai daya keluaran yang rendah.
1.2.Tujuan
Tujuan dalam penulisan makalah ini yaitu :
1. Mengerti dan memahami konsep untuk analisis motor listrik
2. Dapat memahami tentang prinsip kerja motor listrik
3. Dapat memahami perhitungan daya , efisiensi , dan torsi pada motor listrik
5. 5
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Motor Arus Bolak-Balik (Motor AC)
Motor arus bolak-balik (motor AC) ialah suatu mesin yang berfungsi mengubah
tenaga listrik arus bolak-balik (listrik AC) menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik
berupa putaran daripada rotor. Motor listrik arus bolak-balik dapat dibedakan atas
beberapa jenis. Pembagian motor listrik disini didasarkan pada bermacam-macam
tinjauan.
2.1.1 Motor Induksi
Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (ac) yang paling luas
digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja berdasarkan
induksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor ini bukan diperoleh dari
sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan
relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh
arus stator.Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di
industri maupun di rumah tangga. Motor induksi yang umum dipakai adalah motor induksi 3-
fase dan motor induksi 1-fase. Motor induksi 3-fase dioperasikan pada sistem tenaga 3-fase
dan banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri, sedangkan motor induksi 1-fase
dioperasikan pada sistem tenaga 1-fase yang banyak digunakan terutama pada penggunaan
untuk peralatan rumah tangga seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan
sebagainya karena motor induksi 1-fase mempunyai daya keluaran yang rendah.
2.1.1.1 Konstruksi Motor Induksi
Motor induksi pada dasarnya mempunyai 3 bagian penting sebagai berikut:
a. Stator
Merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan
medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya. Konstruksi stator motor induksi
pada dasarnya terdiri dari bagian-bagian berikut:
a) Rangka Stator.
b) Inti Stator, dari besi lunak atau baja silikon.
c) Alur, merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan stator).
6. 6
d) Kumparan Stator dari tembaga.
b. Celah
Diantara stator dan rotor terdapat celah udara yang merupakan ruangan antara stator
dan rotor. Pada celah udara ini lewat fluks induksi stator yang memotong kumparan
rotor sehingga meyebabkan rotor berputar. Celah udara yang terdapat antara stator
dan rotor diatur sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil kerja motor yang
optimum. Bila celah udara antara stator dan rotor terlalu besar akan mengakibatkan
efisiensi motor induksi rendah, sebaliknya bila jarak antara celah terlalu kecil/sempit
akan menimbulkan kesukaran mekanis pada mesin .
c. Rotor
Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparan stator
yang diinduksikan kepada kumparan rotor.
Berdasarkan bentuk konstruksi rotornya, maka motor induksi dapat dibagi menjadi dua jenis,
yaitu:
a. Motor induksi dengan rotor sangkar (squirrel cage).
Bagian mesin yang berputar bebas danletaknya bagian dalam. Terbuat dari besi
laminasi yang mempunayi slot denganbatang alumunium / tembaga yang
dihubungkan singkat pada ujungnya.
b. Motor induksi dengan rotor belitan (wound rotor).
Berikut ini merupakan gambar dari rotor sangkar dan belitan.
c. Konstruksi rotor motor induksi terdiri dari bagian-bagian sebagai berikut:
1. Inti rotor, bahannya dari besi lunak atau baja silikon sama dengan inti stator.
2. Alur, bahannya dari besi lunak atau baja silikon sama dengan inti. Alur
merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan) rotor.
7. 7
3. Belitan rotor, bahannya dari tembaga.
4. Poros atau as.
2.1.1.2 Prinsip Kerja Motor Induksi
Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator
kepada kumparan rotornya. Garis-garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator
akan memotong kumparan rotornya sehingga timbul emf (ggl) atau tegangan induksi dan
karena penghantar (kumparan) rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir
arus pada kumparan rotor.Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri arus ini berada dalam
garis gaya fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami
gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai dengan
arah pergerakan medan induksi stator. Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang
ditempatkan pada slot-slotnya yang dililitkan pada sejumlah kutup tertentu. Jumlah kutup ini
menentukan kecepatan berputarnya medan stator yang terjadi yang diinduksikan ke rotornya.
Makin besar jumlah kutup akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar medan stator
dan sebaliknya. Kecepatan berputarnya medan putar ini disebut kecepatan sinkron. Besarnya
kecepatan sinkron ini adalah sebagai berikut.
wsink = 2πf (listrik, rad/dt) = 2πf / P (mekanik, rad/dt)
atau:
Ns = 120f / P (putaran/menit, rpm)
dimana :
f = frekuensi sumber AC (Hz)
P = jumlah pasang kutup
Ns dan wsink = kecepatan putaran sinkron medan magnet stator
8. 8
2.1.1.3 Arah Putaran Motor Induksi
Putran medan magnet pada stator tiga fasa akan terlihat seperti gambar berikut.
2.1.1.4 Active Power Flow
2.1.1.5 Karakteristik Motor Induksi
Berdasarkan Standar yang dikeluarkan oleh National Electrical Manufacturers
Association (NEMA) Motor Rotor sangkar dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas
berdasarkan karakteristik:
a) Motor kelas A
Mempunyai rangkaian resistansi ritor kecil
Beroperasi pada slip sangat kecil (s<0,01) dalam keadaan berbeban
Untuk keperluan torsi start yang sangat kecil
9. 9
b) Motor kelas B
Untuk keperluan umum, mempunyai torsi starting normal dan arus starting normal
Regulasi kecepatan putar pada saat full load rendah (dibawah 5%)
Torsi starting sekitar 150% dari rated
Walaupun arus starting normal, biasanya mempunyai besar 600% dari full load
c) Motor kelas C
Mempunyai torsi statring yang lebih besar dibandingkan motor kelas B
Arus starting normal, slip kurang dari 0,05 pada kondisi full load
Torsi starting sekitar 200% dari rated
Untuk konveyor, pompa, kompresor dll
d) Motor kelas D
Mempunyai torsi statring yang besar dan arus starting relatif rendah
Slip besar
Pada slip beban penuh mempunyai efisiensi lebih rendah dibandingkan kelas motor
lainnya
Torsi starting sekitar 300%
2.1.1.6 Motor Induksi Satu Fasa
Motor dalam dunia kelistrikan ialah mesin yang digunakan untuk mengubah energi
listrik menjadi energi mekanik. Salah satu motor listrik yang umum digunakan dalam banyak
aplikasi ialah motor induksi. Motor induksi merupakan salah satu mesin asinkronous
10. 10
(asynchronous motor) karena mesin ini beroperasi pada kecepatan dibawah kecepatan
sinkron. Kecepatan sinkron sendiri ialah kecepatan rotasi medan magnetik pada mesin.
Kecepatan sinkron ini dipengaruhi oleh frekuensi mesin dan banyaknya kutub pada mesin.
Motor induksi selalu berputar dibawah kecepatan sinkron karena medan magnet yang
dibangkitkan stator akan menghasilkan fluks pada rotor sehingga rotor tersebut dapat
berputar. Namun fluks yang terbangkitkan oleh rotor mengalami lagging dibandingkan fluks
yang terbangkitkan pada stator sehingga kecepatan rotor tidak akan secepat kecepatan
putaran medan magnet. Berdasarkan suplai input yang digunakan, motor induksi dibagi
menjadi dua jenis, yaitu motor: induksi 1 fasa dan motor induksi 3 fasa. Dalam artikel ini
hanya akan dijelaskan mengenai motor induksi 1 fasa, namun untuk prinsip kerjanya sendiri
kedua jenis motor induksi tersebut memiliki prinsip kerja yang sama. Yang membedakan dari
kedua motor induksi ini ialah motor induksi 1 fasa tidak dapat berputar tanpa bantuan gaya
dari luar sedangkan motor induksi 3 fasa dapat berputar sendiri tanpa bantuan gaya dari luar.
1. Konstruksi Motor Induksi Satu Fasa
Gambar-bagian utama motor induksi satu fasa (www.learnengineering.org)
Terdapat 2 bagian penting pada motor induksi 1 fasa, yaitu: rotor dan stator. Rotor
merupakan bagian yang berputar dari motor dan stator merupakan bagian yang diam dari
motor. Rotor umumnya berbentuk slinder dan bergerigi sedangkan stator berbentuk
silinder yang melingkari seluruh badan rotor. Stator harus dilengkapi dengan kutub-
kutub magnet dimana kutub utara dan selatan pada stator harus sama dan dipasang
melingkari rotor sebagai suplai medan magnet dan kumparan stator untuk menginduksi
kutub sehingga menciptakan medan magnet. Stator umumnya dilengkapi dengan stator
winding yang bertujuan membantu putaran rotor, dimana stator winding dilengkapi
dengan konduktor berupa kumparan. Selain itu, stator juga dilapisi dengan lamina
berbahan dasar silikon dan besi yang bertujuan untuk mengurangi tegangan yang
terinduksi pada sumbu stator dan mengurangi dampak kerugian akibat munculnya arus
11. 11
eddy (eddy current) pada stator. Rotor umumnya dibuat dari alumunium dan dibuat
bergerigi untuk menciptakan celah yang akan diisi konduktor berupa kumparan. Selain
itu, rotor juga dilapisi dengan lamina untuk menambah kinerja dari rotor yang digunakan.
Masing-masing komponen dipasang pada besi yang ditunjukkan seperti pada gambar
berikut:
Gambar 2 Konstruksi Motor Induksi 1 Fasa
2. Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa
Misalkan kita memiliki sebuah motor induksi 1 fasa dimana motor ini disuplai oleh
sebuah sumber AC 1 fasa. Ketika sumber AC diberikan pada stator winding dari
motor, maka arus dapat mengalir pada stator winding. Fluks yang dihasilkan oleh
sumber AC pada stator winding tersebut disebut sebagai fluks utama. Karena
munculnya fluks utama ini maka fluks medan magnet dapat dihasilkan oleh stator.
Gambar 3-Dampak adanya arus pada stator
Misalkan lagi rotor dari motor tersebut sudah diputar sedikit. Karena rotor berputar
maka dapat dikatakan bahwa konduktor pada rotor akan bergerak melewati stator
winding. Karena konduktor pada rotor bergerak relatif terhadap fluks pada stator
winding, akibatnya muncul tegangan ggl (gaya gerak listrik) pada konduktor rotor
12. 12
sesuai dengan hukum faraday. Anggap lagi motor terhubung dengan beban yang akan
dioperasikan. Karena motor terhubung dengan beban maka arus dapat mengalir pada
kumparan rotor akibat adanya tegangan ggl pada rotor dan terhubungnya rotor dengan
beban. Arus yang mengalir pada rotor ini disebut arus rotor. Arus rotor ini juga
menghasilkan fluks yang dinamakan fluks rotor. Interaksi antara kedua fluks inilah
yang menyebabkan rotor didalam motor dapat berputar sendiri. Perlu diingat bahwa
pada kondisi awal diasumsikan rotor sudah diberi gaya luar untuk menggerakkan
konduktor pada rotor, karena jika tidak maka rotor akan diam terhadap fluks pada
kumparan stator sehingga tidak terjadi tegangan ggl pada kumparan rotor, sesuai
dengan hukum faraday.
Gambar 4-Putaran pada rotor akibat fluks. Dimisalkan Rotor sudah berputar sedikit
Sebelumnya telah dibahas mengenai adanya arus stator yang mengakibatkan
munculnya arus pada rotor karena hukum faraday. Masing-masing arus menghasilkan
fluks yang mempengaruhi rotor. Bagaimana fluks tersebut mempengaruhi kecepatan
putaran rotor akan dibahas pada paragraf ini. Arus stator akan menghasilkan fluks
utama, sedangkan arus pada rotor menghasilkan fluks pada rotor. Masing-masing
fluks ini akan mempengaruhi arah putaran rotor, hanya saja arah keduanya
berlawanan. Sesuai hukum lorentz, apabila kita memiliki sebuah kabel yang dialiri
arus dan terdapat fluks medan magnet disekitar kabel tersebut maka akan terjadi gaya
pada kabel tersebut. Karena besarnya fluks pada stator dan rotor relatif sama maka
gaya yang dihasilkan juga sama. Namun karena arah gaya yang berbeda
mengakibatkan rotor tidak berputar akibat kedua gaya yang saling menghilangkan.
Hal ini juga yang mengakibatkan motor induksi perlu diputar sedikit, agar salah satu
gaya yang dihasilkan oleh fluks lebih besar daripada yang lainnya sehingga rotor
dapat berputar.
13. 13
Gambar 5-Saat rotor tidak berputar, total gaya akibat masing-masing fluks ialah 0
Gambar 6-Saat rotor sudah berputar sedikit, total gaya akan memiliki perbedaan
sehingga terjadi putaran
3. Jenis-Jenis Motor Induksi Satu Fasa
Motor induksi satu fasa ini memiliki 4 jenis berdasarkan bagaimana motor ini
diaktifkan sendiri (self-starting).
a. Motor Induksi Split-Phase
Motor Jenis ini menggunakan kapasitor di salah satu stator windingnya, dimana
besarnya kapasitas dari kapasitor sebisa mungkin dibuat kecil. Misalkan kita
memiliki sumber arus 2 fasa dan sumber ini disambungkan pada motor jenis ini,
maka arus yang mengalir pada salah satu winding akan membesar dan mengalami
pergeseran fase. Akibat 2 hal tersebut, motor akan dapat berputar karena perbedaan
fluks dari masing-masing winding. Torsi yang dihasilkan umumnya dapat
mencapai kecepatan maksimum dari motornya. Motor jenis ini sering dipakai pada
beban 200W. Peletakan kapasitor sangat berpengaruh pada rangkaian ini karena
dapat mengubah aras fluks yang dihasilkan dan sebagai akibatnya mengubah arah
putaran rotor.
14. 14
Gambar 7-Rangkaian Ekivalen Split-Phase
b. Motor Induksi Capasitor-Start
Motor jenis ini kurang lebih sama dengan motor induksi tipe split-phase.
Perbedaannya ialah adanya switch yang dipasang antara salah satu stator winding
dan kapasitor. Kondisi dari switch akan menjadi close saat motor mulai berputar
dan menjadi open ketika motor mulai mencapai kecepatan yang diinginkan.
Umumnya belitan pada winding yang diserikan dengan kapasitor dibuat lebih
banyak untuk mencegah panas berlebihan pada winding tersebut. Motor jenis ini
dipakai pada alat elektronik yang memakan daya tinggi seperti AC.
Gambar 8-Rangkaian Ekivalen Capacitor-Start
c. Motor Induksi Capacitor-Run
Perbedaan motor tipe ini dengan motor sebelumnya ialah adanya kapasitor yang
besar yang di-paralel dengan switch dan kapasitor lainnya (yang kecil). Umumnya
motor induksi tipe ini bekerja pada torsi yang lebih tinggi sama seperti motor
sebelumnya, hanya saja arus yang mengaliri motor cukup kecil.
Gambar 9-Rangkaian Ekivalen Capacitor Run
15. 15
d. Motor Induksi Shaded Pole
Motor ini memiliki nama Shaded Pole karena 1/3 dari kutub pada stator ditutup
dengan tembaga untuk menghasilkan perbedaan sudut fluks yang lebih besar.
Akibat perbedaan ini, rotor pada motor dapat berputar dengan mudah. Kedua
winding pada motor tipe ini tersambung paralel secara langsung (tanpa ada
komponen lain), namun pada salah satu winding diberikan coil tap untuk mengatur
kecepatan motor. Motor tipe ini memiliki torsi starting yang sangat rendah
sehingga sering digunakan pada alat-alat elektronik disekitar kita, seperti kipas
angin.
2.1.1.7 Motor Induksi Tiga Fasa
1. Konstruksi Motor 3 Fasa
Gambar 2 Komponen Penting pada Motor 3 Fasa
Sama seperti mesin-mesin listrik pada umumnya, motor 3 fasa memiliki 2 komponen
penting, yaitu: stator dan rotor.
a. Stator merupakan komponen yang tidak berputar pada mesin. Pada komponen ini
dipasang stator winding berupa kumparan. Stator ini dihubungkan dengan suplai 3
fasa untuk memutar rotor. Stator sendiri memiliki 3 bagian penting:
16. 16
a. Frame
Gambar 3 Frame Stator
Frame merupakan bagian terluar dari stator. Berfungsi sebagai tempat untuk
memasang inti stator (stator core) dan juga melindungi keseluruhan komponen dari
gangguan benda benda dari luar (seperti batu yang dilemparkan ke motor atau
semacamnya). Umumnya frame dibuat dari besi agar frame menjadi kuat. Dalam
konstruksinya, air gap (celah udara) pada motor haruslah sangat kecil agar rotor dan
stator konsentris dan mencegah induksi yang tidak merata. Air gap yang dimaksud
disini ialah celah yang mungkin terbentuk pada permukaan frame bukan lingkaran
besar seperti pada gambar, karena lingkaran tersebut akan diisi oleh inti stator dan
rotor.
b. Inti
Inti stator merupakan tempat dimana stator winding dipasang. Inti stator bertugas
untuk menghasilkan fluks. Fluks ini dihasilkan oleh kumparan pada stator winding
dan dialiri oleh arus 3 fasa dari suplai 3 fasa. Untuk mencegah arus eddy yang besar
pada stator winding umumnya inti stator dilapisi oleh lamina. Lamina sendiri terbuat
oleh campuran besi silikon untuk mencegah rugi-rugi histerisis. Pada inti stator juga
dipasang kutub-kutub magnet untuk menghasilkan fluks
c. Winding
Stator winding merupakan kumparan yang masing-masing kumparannya
dihubungkan menjadi rangkaian star atau delta, tergantung dari bagaimana metode
untuk memutar mesin yang digunakan dan jenis rotor yang digunakan. Untuk rotor
jenis sarang tupai umumnya menggunakan rangkaian delta sedangkan rotor jenis slip
ring bisa menggunakan salah satu dari keduanya. Stator winding dipasang pada sela-
17. 17
sela inti stator dan berfungsi untuk menghasilkan fluks. Stator winding juga dikenal
sebagai kumparan medan.
b. Rotor merupakan bagian yang dapat berputar dari motor. Rotor dihubungkan dengan
beban yang akan diputar dengan sebuah shaft yang terpasang pada pusat rotor.
Berdasarkan konstruksinya, rotor dibagi menjadi 2 macam:
a. Sarang Tupai Atau Squirrel Cage
Gambar 4 Rotor tipe Squirrel Cage
Rotor tipe ini memiliki bentuk seperti roda gear, berbentuk tabung dan diberi
beberapa slot dipermukaannya. Slot ini tidak dibuat lurus namun sedikit miring untuk
memperhalus kerja motor dan membuat “konduktor” pada rotor. Dikedua ujung rotor
dipasang cincin alumunium. Umumnya rotor jenis ini terbuat dari alumunium atau
tembaga. Rotor jenis ini sangat sering digunakan karena mudah dibuat dan dapat
digunakan berapapun kutub pada stator. Rotor jenis ini dapat ditemui pada kipas
angin dan blower pada printer.
b. Slip Ring
Gambar 5 Rangkaian Rotor Slip Ring
Rotor tipe ini memiliki rangkaian kumparan pada ujungnya dan memiliki sejumlah
slip ring di belakangnya. Tiap kumparan terhubung dengan salah satu slip ring dimana
masing-masing slip ring juga terhubung dengan rangkaian yang sama dengan
rangkaian kumparannya. Semisal rangkaian kumparannya berbentuk star maka
18. 18
rangkaian slip ring juga berbentuk star. Umumnya ditiap slip ring dipasang rheostat
sehingga kecepatan putaran motor dapat diatur dengan mudah. Umumnya rotor jenis
ini digunakan untuk beban-beban besar seperti untuk menggerakkan elevator atau lift.
2. Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa
Motor Induksi 3 Fasa bekerja sebagai berikut. Misalkan kita memiliki sumber AC 3
fasa yang terhubung dengan stator pada motor. Karena stator terhubung dengan sumber
AC maka arus dapat masuk ke stator melalui kumparan stator. Sekarang kita hanya
melihat 1 kumparan stator saja. Sesuai hukum faraday bahwa apabila terdapat arus yang
mengalir pada suatu kabel maka arus itu dapat menghasilkan fluks magnet pada kabel
tersebut, dimana arahnya mengikuti kaidah tangan kanan.
Gambar 6 Arus pada Kabel menghasilkan Fluks
Setiap fasa dalam kumparan stator akan mengalami hal yang sama karena setiap fasa
dialiri arus, namun besarnya fluks yang dihasilkan tidak sama di setiap waktu. Hal ini
disebabkan besarnya arus yang berbeda-beda pada tiap fasa di tiap waktunya. Misalkan
fasa-fasa ini diberi nama a, b, dan c. Ada kalanya arus pada fasa a maksimum sehingga
menghasilkan fluks maksimum dan arus fasa b tidak mencapai makismum, dan ada
kalanya arus pada fasa b maksimal sehingga menghasilkan fluks maksimum dan arus
pada fasa a tidak mencapai maksimum. Hal ini mengakibatkan fluks yang dibangkitkan
lebih cenderung pada fasa mana yang mengalami kondisi arus paling tinggi. Secara tidak
langsung dapat dikatakan bahwa medan magnet yang dibangkitkan juga ikut “berputar”
seiring waktu. Kecepatan putaran medan magnet ini disebut kecepatan sinkron.
Gambar 7 Berputarnya Medan Magnet akibat Arus 3 Fasa pada Rangkaian
19. 19
Sekarang ditinjau kasus rotor sudah dipasang dan kumparan stator sudah dialiri arus.
Akibat adanya fluks pada kumparan stator maka arus akan terinduksi pada rotor. Anggap
rotor dibuat sedemikian sehingga arus dapat mengalir pada rotor (seperti rotor tipe
squirrel cage). Akibat munculnya arus pada rotor dan adanya medan magnet pada stator
maka rotor akan berputar mengikuti hukum lorentz. Hal yang menarik disini ialah
kecepatan putaran rotor tidak akan pernah mencapai kecepatan sinkron atau lebih. Hal ini
disebabkan karena apabila kecepatan sinkron dan rotor sama, maka tidak ada arus yang
terinduksi pada rotor sehingga tidak ada gaya yang terjadi pada rotor sesuai dengan
hukum lorentz. Akibat tidak adanya gaya pada rotor maka rotor jadi melambat akibat
gaya-gaya kecil (seperti gaya gesek dengan sumbu rotor atau pengaruh udara). Namun
saat rotor melambat kecepatan sinkron dan kecepatan rotor jadi berbeda. Akibatnya pada
rotor akan terinduksi arus sehingga rotor mendapatkan gaya berdasarkan hukum lorentz.
Dari gaya itulah motor dapat menambah kecepatannya kembali. Fenomena perbedaan
kecepatan ini dikenal sebagai slip.
Gambar 8 Gaya timbul akibat dari hukum Lorentz
Gambar 9 Gaya Akibat Fluks pada Stator dan Rotor
20. 20
2.1.2 Motor Sinkron
Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistem frekuensi
tertentu. Motor ini memerlukan arus DC untuk pembangkitan daya dan memiliki torsi awal
yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal untuk beban
rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekuensi dan generator motor. Motor sinkron
mampu memperbaiki faktor daya sistem sehingga sering digunakan pada sistem yang
menggunakan banyak listrik.
2.1.2.1 Bagian Dasar Motor Sinkron
• Rotor – Perbedaan utama antara motor sinkron dan motor induksi adalah bahwa rotor
mesin sinkron berjalan pada kecepatan putar yang sama dengan perputaran medan magnet.
Hal ini memungkinkan sebab medan magnet rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki
magnet permanen atau arus DC excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu
bila di hadapkan pada medan magnet lainnya.
• Stator – Menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekuensi yang
dipasok. Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan
berikut:
Ns = 120 f / P
Dimana :
f = Frekuensi dari pasokan frekuensi
P= Jumlah kutub
2.1.2.2 Karakteristik Motor Sinkron
Synchronous motor ac digunakan untuk mengubah tenaga listrik menjadi tenaga
mekanik.
Rotasi dari Synchronous motor dibentuk oleh rangkaian fase dari tiga fasa AC yang
diterapkan ke stator motor. Seperti dengan tiga fase motor induksi, rotasi synchronous
motor dapat berubah dengan membalik tiap dua stator penunjuk. Polaritas rotor tidak
berpengaruh pada rotasi.
21. 21
Synchronous motor seringkali langsung digabungkan ke beban dan dapat berbagi
sebuah poros bersama dan bantalan dengan beban.
Synchronous motor yang besar biasanya dimulai sebagai across the line. Kadang-
kadang, metode mengurangi tegangan, seperti autotransformer atau bagian yang
berliku dapat digunakan.Sebuah motor sinkron, seperti namanya, berjalan pada
kondisi stabil pada kecepatan tetap disebut kecepatan sinkron.
Kecepatan sinkron bergantung pada (a) frekuensi tegangan dan (b) jumlah kutub
dalam mesin. Dengan kata lain, kecepatan motor sinkron independen dari beban
selama beban dalam kemampuan motor.
Jika beban melebihi torsi maksimum yang dapat dikembangkan oleh motor, motor
berhenti dan torsi rata-rata yang dikembangkan adalah nol.
Kebanyakan motor sinkron memiliki nilai antara 150 kW (200 hp) dan 15 MW
(20,000 hp) dan kecepatan berkisar 150-1.800 r / min. Akibatnya, mesin-mesin ini
digunakan dalam industri berat.
Motor sinkron dibangun di unit besar dibandingkan dengan motor induksi (motor
induksi lebih murah untuk peringkat yang lebih kecil) dan digunakan untuk industri
kecepatan konstan drive.
Kutub yang ditampilkan di bagian kanan adalah tipe rotor brush yang menggunakan
cincin slip untuk aplikasi arus medan DC.
Tegangan rendah DC digunakan untuk memutar bidang. Tipe tegangan yang tipikal
digunakan adalah 120 VDC dan 250 VDC.
Polaritas cincin slip tidaklah kritikal dan harus secara berkala dibalik untuk
menyamakan pada pemakaian cincin slip. Cincin polaritas negatif akan memperlama
pemakaian dibandingkan cincin positif karena faktor elektrolisis.
Cincin slip biasanya terbuat dari baja untuk umur pemakaian yang lama.
2.1.2.3 Prinsip Kerjar Motor Sinkron
Amortisseur pada rotor menghasilkan Torsi awal dan Mempercepat Torsi untuk
mempercepat synchronous motor.
Ketika kecepatan motor mencapai sekitar 97% dari papan RPM, medan arus DC
diterapkan ke rotor untuk menghasilkan torsi tarikan dan rotor akan menarik langkah
dan mensinkronisasi dengan medan fluks yang berputar di dalam stator. Motor akan
22. 22
dijalankan pada kecepatan sinkron dan menghasilkan torsi yang sinkron
atau Synchronous Torque.
Setelah sinkronisasi, dorongan torsi tidak dapat ditingkatkan lagi atau motor akan
menjadi di luar kendali. Kadang-kadang, jika kelebihan beban sesaat, motor akan slip
dan sinkronisasi ulang. Perlindungan saat dorongan harus disediakan, jika tidak motor
akan berjalan sebagai sebuah motor induksi arus tinggi dan memungkinkan kerusakan
motor yang parah.
2.2 Motor DC
Motor DC adalah motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah pada
kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Kumparan medan pada motor
dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian
yang berputar). Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang
tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC memiliki 3 bagian atau komponen utama
untuk dapat berputar sebagai berikut.
Jenis-Jenis Motor DC/Arus Searah
a. Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited, Jika arus medan dipasok dari
sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.
b. Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt. Pada motor shunt, gulungan
medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A)
seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan
penjumlahan arus medan dan arus dinamo.
Gambar 4. Karakteristik Motor DC Shunt.
23. 23
Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):
a. Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu
setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 4) dan oleh karena itu cocok untuk
penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
b. Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri
dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus
medan (kecepatan bertambah).
c. Motor DC daya sendiri: motor seri. Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt)
dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam
gambar 5. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.
Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M.
Photonics Ltd, 2002):
a. Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM.
b. Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan
mempercepat tanpa terkendali.
c. Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal
yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 5).
24. 24
Gambar 5. Karakteristik Motor DC Seri.
d. 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 dinamo
(A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor kompon memiliki torque
penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase
penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin
tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh,
penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek,
sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok.
25. 25
Gambar 6. Karakteristik Motor DC Kompon.
2.3 Pembagian daya ,Efisiensi , dan Torsi
Menghitung daya motor 3 phasa ketika diketahui arus, tegangan, dan faktor daya.
Menghitung daya output motor
P output = √3 .V. I . cos φ
Menghitung efisiensi daya motor
Menghitung daya semu motor (VA)
Pada motor 1 phasa : S (VA) = V . I
Pada motor 3 phasa: S = √3 . V . I
26. 26
Menghitung torsi motor jika diketahui daya motor dan kecepatan motor.
Hubungan antara horse power, torsi dan kecepatan.
Menghitung torsi motor
Torsi adalah ukuran kemampuan mesin untuk melakukan kerja, jadi torsi adalah suatu
energi. Besaran torsi adalah besaran turunan yang biasa digunakan untuk menghitung energi
yang dihasilkan dari benda yang berputar pada porosnya. Adapun perumusan dari torsi adalah
sebagai berikut. Apabila suatu benda berputar dan mempunyai besar gaya sentrifugal sebesar
F, benda berputar pada porosnya dengan jari-jari sebesar b, dengan data tersebut torsinya
adalah:
1. T = F . D
Dimana :
T = torsi motor (dalam lb ft)
F = gaya (pon)
D = jarak (ft)
2. T = F . D
Dimana :
T = torsi motor (Nm)
F = gaya (Newton)
D = jarak (meter)
1 lb ft = 0,1383 kgm =1,305 Nm
1 kgm = 7,233 lb ft = 9,807 Nm
Karena adanya torsi inilah yang menyebabkan benda berputar terhadap porosnya, dan
benda akan berhenti apabila ada usaha melawan torsi dengan besar sama dengan arah yang
berlawanan.Untuk megukur torsi mesin pada porosmesin diberi rem yang disambungkan
dengan w pengereman atau pembebanan. Pembebanan diteruskan sampai poros mesin hampir
berhenti berputar. Beban maksimum yang terbaca adalah gaya pengereman yang besarnya
sama dengan gaya putar poros mesin F. Dari definisi disebutkan bahwa perkalian antara gaya
27. 27
dengan jaraknnya adalah sebuah torsi, dengan difinisi tersebut Tosi pada poros dapat
diketahui dengan rumus:
T = w x d (Nm)
dengan :
T = adalah torsi mesin (Nm)
w = adalah beban (N)
d= adalah jarak pembebanan dengan pusat perputaran (m)
Ingat w (beban/berat) disini kita bedakan dengan massa (m), kalau massa satuan kg,
adapun beban disini adalah gaya berat dengan satuan N yang diturunkan dari W=mg
Pada mesin sebenarnya pembebanan adalah komponen-komponen mesin sendiri yaitu
asesoris mesin ( pompa air, pompa pelumas, kipas radiator), generator listrik (pengisian aki,
listrik penerangan, penyalan busi), gesekan mesin dan komponen lainnya.
Dari perhitungan torsi diatas dapat diketahui jumlah energi yang dihasikan mesin
pada poros. Jumlah energi yang dihasikan mesin setiap waktunya adalah yang disebut dengan
daya mesin. Kalau energi yang diukur pada poros mesin dayanya disebut daya poros.
Pada motor bakar, daya dihasilkan dari proses pembakaran didalam silinder dan
biasanya disebut dengan daya indiaktor. Daya tersebut dikenakan pada torak yang bekerja
bolak balik didalam silinder mesin. Jadi didalam silinder mesin, terjadi perubahan energi dari
energi kimia bahan bakar dengan proses pembakaran menjadi energi mekanik pada torak.
Daya indikator adalah merupakan sumber tenaga persatuan waktu operasi mesin untuk
mengatasi semua beban mesin. Mesin selama bekerja mempunyai komponen-komponen yang
saling berkaitan satu dengan lainnya membentuk kesatuan yang kompak.Torsi merupakan
hasil dari gaya pada media yang memiliki sudut (angular momentum) sehingga memiliki
sudut relatif yang mempengaruhi besarnya gaya yang dihasilkan dalam suatu masa, sedikit
berbeda dengan gaya yang dihasilkan pada linear momentum dimana persamaannya adalah F
= ma, dimana gerak lurus dinyatakan memiliki nilai sudut konstan. Keduanya menerapkan
hukum Newton ke-2 (2nd’s Newton Law) tentang gaya.Torsi diperlukan untuk menggerakkan
benda (mobil, motor) dari posisi diam hingga bergerak, seberapa besarnya torsi berpengaruh
pada percepatan perubahan posisi kendaraan dari sebuah titik. Torsi pada mesin ruang bakar
dalam terjadi pada langkah kompresi campuran bahan bakar dan udara yang kemudian
magnitude ledakan dalam silinder mendorong piston turun yang menghasilkan tenaga untuk
memutar poros engkol yang selanjutnya disalurkan menuju roda penggerak. Bayangkan
sebuah mobil dalam jalanan menanjak atau muatan yang berat maka beban yang dihasilkan
terhadap roda dan mesin akan lebih besar karena derajat kemiringan jalan memperbesar gaya
gravitasi dan drag force (gaya seret) yang diterima oleh kendaraan, maka dalam hal ini
28. 28
kendaraan membutuhkan nilai pijakan atau torsi yang besar. Karena piston menerapkan
prinsip engkol atau kerja bolak-balik (reciprocal) yang memiliki gerak lingkar dan
menyebabkan perubahan sudut vektor yang menghasilkan perbesaran perubahan gaya seiring
membesarnya sudut vektor.
BAB III
KESIMPULAN
1. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor”. Stator
merupakan komponen listrik statis sedangkan rotor merupakan komponen listrik berputar
untuk memutar poros motor.
2. Motor Induksi terdiri dari Satu Fase dan Tiga Fase.
3. Motor induksi menggunakan sejumlah lilitan kawat yang dihubung singkat pada
kumparan jangkar dan memperoleh torsi dari arus yang terinduksi dalam lilitan-lilitan ini
oleh medan magnet yang berubah-ubah dalam kumparan stator.
4. Motor induksi terdiri dari Inti rotor, bahannya dari besi lunak atau baja silikon sama
dengan inti stator. Alur, bahannya dari besi lunak atau baja silikon sama dengan inti.
Alur merupakan tempat meletakkan belitan (kumparan) rotor. Belitan rotor, bahannya
dari tembaga dan Poros atau as.
29. 29
DAFTAR PUSTAKA
Academia.(2013). Makalah Mesin Induksi 3- Phasa.
https://www.academia.edu/8900519/MAKALAH_MESIN_INDUKSI_3-PHASA.
(Diakses pada 25 Oktober 2016)
Anonim. Mesin Induksi. https://www.digilib.unimus.ac.id/download.php?id=3841 (Diakses
pada 25 Oktober 2016)
Kusumah, Inu.H. ( 2008 ). Diktat ( Bahan Ajar ) Teknik Listrik dan Elektronika.
Bandung : Universitas Pendidikan Indonesia.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ismail Muchsin, ST, MT
30. 30
LAMPIRAN
1. Hitung daya motor induksi 3 phasa yang memiliki arus 9,5 A dengan tegangan 380V dan
faktor daya/ cos φ 0,88.
Diketahui : V = 380 V
I = 9.5 A
Cos φ = 0.88
Ditanya : P = ?
Jawab : P = √3 .V. I . cos φ
= 1,73 . 380 . 9,5 . 0,88 = 5495 Watt
= 5.5 KW
31. 31
2. Dengan daya input motor 5 KW dan daya output 4,5 KW. Hitung efisiensi daya pada
motor tersebut.
Diketahui : P out = 4.5 KW = 4500 Watt
P in = 5 KW = 5000 Watt
Ditanya : ᶯ = ?
Jawab : ᶯ = Pout x 100%
Pin
= 4500 x 100%
5000
= 90 %
