Upload
ngokiet
View
222
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
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: