DAFTAR ISI
Pendahuluan
BAB 1
Pengertian generator AC
klasifikasi
BAB 2
Pengerian
generator DC
Prinsip kerja
BAB 3
Pengertian motor AC………………………………………………………………………………………………………………………………
BAB 4
Pengertian motor
DC……………………………………………………………………………………………………………………………24
Soal-soal……………………………………………………………………………………………………………………………………………….31
Daftar pustaka…………………………………………………………………………………………………………………………………………………35.
PENDAHULUAN
Genx
(2009) mengemukakan bahwa mesin listrik adalah alat listrik yang berputar dan
dapat mengubah energi mekanis menjadi energi listrik (menggunakan Generator
AC/DC) dan dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanis (menggunakan
Motor AC/DC), serta dapat juga mendistribusikan energi listrik dari satu
rangkaian ke rangkaian lain (menggunakan Transformator) dengan tegangan yang
bisa berubah-rubah dan dengan frekuensi yang tetap melalui suatu medium berupa
medan magnet atas dasar prinsip Elektro Magnetis. Transformator itu di
golongkan menjadi mesin listrik statis sedangkan generator dan motor di
golongkan menjadi mesin listrik dinamis.
Menurut Hammer (2013) Pada dasarnya terdapat dua macam
generator, yaitu generator DC dan generator AC. Demikian pula dengan
motor,terdapat motor DC dan motor AC.
Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan
dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar
(anker), jenis generator DC yaitu generator penguat terpisah, generator shunt,
generator kompon. (Hage, 2009). Berdasarkan system pembangkitannya generator AC
atau generator sinkron ini dibagi menjadi 2 yaitu generator 1-phasa dan
generator 3-phasa. (Marlina, 2013).
Pratama (2013) mengemukakan bahwa motor AC di bagi
menjadi 2 yaitu motor sinkron dan motor induksi (asinkron). Sedangkan motor DC
berdasarkan pembangkitannya dibagi menjadi 3 yaitu motor DC shunt, motor DC
seri, dan motor DC gabungan.
GENERATOR
A. Generator AC
1. Pengertian
Marwan
(2007) mengemukakan bahwa generator AC adalah jenis mesin listrik yang banyak
digunakan pada pembangkit tenaga listrik. Generator AC juga bisa disebut
Alternator yang umum digunakan adalah Mesin sinkron yang juga kadang digunakan
sebagai motor listrik untuk memperbaiki power factor. Keuntungan pada mesin
sinkron adalah karena tidak menggunakan sikat komutasi. Tegangan yang
dibangkitkan pada Alternator adalah sebanding dengan fluks dan putarannya,
sedangkan frekuensinya sebanding dengan putaran dan jumlah kutubnya.
2. Prinsip
kerja
Menurut
Putra (2013) prinsip kerja Generator AC menggunakan hukum Faraday yang
menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah,
maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik. Prinsip
generator ini secara sederhana dapat dijelaskan bahwa tegangan akan
diinduksikan pada konduktor apabila konduktor tersebut bergerak pada medan
magnet sehingga memotong garis-garis gaya. Hukum tangan kanan berlaku pada
generator dimana menyebutkan bahwa terdapat hubungan antara penghantar
bergerak, arah medan magnet, dan arah resultan dari aliran arus yang
terinduksi. Apabila ibu jari menunjukkan arah gerakan penghantar, telunjuk
menunjukkan arah fluks, jari tengah menunjukkan arah aliran elektron yang
terinduksi. Hukum ini juga berlaku apabila magnet sebagai pengganti penghantar
yang digerakkan.
3. Klasifikasi
Prasetya
(2011) mengemukakan bahwa generator ac ditinjau dari sumbernya dibagi menjadi 2
yaitu:
a. Generator
ac 1-phasa
Motor
AC satu fasa berbeda cara kerjanya dengan motor AC tiga fasa, dimana pada motor
ACtiga fasa untuk belitan statornya terdapat tiga belitan yang menghasilkan
medan putar dan padarotor sangkar terjadi induksi dan interaksi torsi yang
menghasilkan putaran. Sedangkan padamotor satu fasa memiliki dua belitan
stator, yaitu belitan fasa utama (belitan U1-U2) dan belitanfasa bantu (belitan
Z1-Z2), lihat gambar1.
Gambar 1.
Prinsip medan magnet utama dan medan magnet bantu generator satu fasa
Belitan utama
menggunakan penampang kawat tembaga lebih besar sehingga memilikiimpedansi
lebih kecil. Sedangkan belitan bantu dibuat dari tembaga berpenampang kecil dan
jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya lebih besar dibanding
impedansi belitanutama.
b. Generator
ac 3-phase
Generator
3-fasa memiliki prinsip kerja yang sama dengan generator 1-fasa. Tiga lilitan
konduktor disusun secara melingkar sehingga jarak antar lilitan adalah sebesar
120 derajat. Medan magnet yang berputar di tengah-tengah ketiga lilitan
konduktor tersebut menginduksi lilitan-lilitan tersebut sehingga menghasilkan
tegangan listrik pada masing-masing lilitan. Jika digambarkan menjadi sebuah
kurva, maka akan membentuk tiga kurva yang masing-masing memiliki jarak 120
derajat. (Apriyahanda, 2011).
Gambar 2.
Prinsip dasar generator ac 3 fasa
4. Konstruksi
Generator AC
Menurut
Putra (2013) Konstruksi generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian
utama, yaitu:
a. Stator,
yakni bagian diam yang mengeluarkan tegangan bolak-balik.
Stator terdiri dari
badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam
generator, kotak terminal dan name plate pada generator. Inti Stator yang
terbuat dari bahan ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur
tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk
menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau
kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).
b. Rotor,
yakni bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang menginduksikan ke
stator.
5. Karakteristik
generator ac
Karakteristik
motor ac Harga lebih murah. Pemeliharaannya lebih mudah. Ada berbagai bentuk
displai untuk berbagai lingkungan pengoperasian. Kemampuan untuk bertahan pada
lingkungan pengoperasian yang keras. Secara fisik lebih kecil dibandingkan
dengan motor dc dari HP yang sama. Biaya perbaikan lebih murah. Kemampuan untuk
berputar pada kecepatan di atas ukuran kecepatan kerja yang tertera di
nameplate. (Putra, 2013).
A.
Generator
DC
1. Pengertian
Putra
(2013) mengemukakan bahwa Generator DC merupakan sebuah perangkat Motor listrik
yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan
arus DC / arus searah. Menurut Marwan (2007) Mesin DC bisa dioperasikan sebagai
motor maupun generator.
Hammers
(2013) mengatakan bahwa Terdapat dua jenis motor DC, yaitu motor penguat
terpisah, dan motor penguat sendiri. Motor penguat sendiri meliputi:motor seri,
motor shunt dan motor kompon yang
merupakan kombinasi antara motor seri dan motor shunt. Sedangkan generator pada
dasarnya adalah sama, tetapi yang sering digunakan adalah jenis generator
terpisah.
Karakteristik
motor penguat Terpisah adalah arus eksitasinya tidak tergantung dari sumber
tegangan yang mencatunya. Putaran jangkar akan turun jika momen torsinya naik.
2. Konstruksi
Generator DC
Pada
umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet permanent dengan 4-kutub
rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter
eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian
rotor. Gambar berikut menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi
generator DC.
Gambar 3.
Konstruksi generator DC
Generator DC terdiri
dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan bagian rotor,
yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor,
belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor
terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.
Bagian
yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang
yang akan memendek dan harus diganti secara periodic / berkala. Komutator harus
dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang
mengisi celah-celah komutator, gunakan amplas halus untuk membersihkan noda
bekas sikat arang. (Putra, 2013).
Belitan Generator
Terdiri dari:
a. Belitan
sangkar
b. Belitan
Kutub bantu
c. Belitan
eksitansi
Arus
beban mengalir melalui dua belitan yang pertama, belitan ini mempunyai
resistensi yang kecil. Sistem pengukuran tahanan belitan jangkar ini ada beberapa
metode pengukuran yang bisa dilakukan antara lain metode ohm meter, volt, dan
ampere meter, metode dinamis dan statis. (Marwan, 2007).
3. Prinsip
kerja
Menurut Sabrina (2013) prinsip
kerja generator DC itu sendiri di hasilkan pembangkit listrik melalui induksi
dengan 2 cara yaitu :
a. Dengan
menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
b. dengan
menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Jika
rotor beruptar pada pada sekeliling medan magnet maka akan menghasilkan
perpotongan medan magnet pada lilitan kawat pada rotor itu sendiri .rotor pada
generator dc akan menghasilkan tegangan bolak balik dan fungsi sebuah komutator
adalah sebagai penyearah tegangan itu sendiri menjadi AC .
Besarnya
tegangan yang di hasilkan dari sebuah generator DC sebanding dengan perputaran
yang di hasilkan rotor. (Sabrina, 2013).
Gambar 4.
Prinsip Kerja generator
4.
Klasifikasi Generator DC
Menurut Hage (2009) Generator DC
dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau
penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:
a. Generator
Penguat terpisah
Pada
generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak terhubung
menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator penguat terpisah,
yaitu:
1). Penguat
elektromagnetik (a)
Energi listrik yang
dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur melalui pengaturan tegangan
eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara elektronik atau magnetik. Generator
ini bekerja dengan catu daya DC dari luar yang dimasukkan melalui belitan F1-F2.
2). Magnet permanent /
magnet tetap (b)
Penguat dengan magnet
permanen menghasilkan tegangan output generator yang konstan dari terminal
rotor A1-A2. Karakteristik tegangan V relatif konstan dan tegangan akan menurun
sedikit ketika arus beban I dinaikkan mendekati harga nominalnya.
Gambar 5.
Generator penguat terpisah.
Karakteristik generator
penguat terpisah
Gambar 6.
Karakteristik generator penguat terpisah
Gambar 6 menunjukkan:
Karakteristik
generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie 100%) dan saat eksitasi
setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus eksitasi, I adalah arus beban.Tegangan
output generator akan sedikit turun jika arus beban semakin besar.
Kerugian
tegangan akibat reaksi jangkar. Penurunan tegangan akibat resistansi jangkar
dan reaksi jangkar, selanjutnya mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke
medan magnet, sehingga tegangan induksi menjadi kecil.
b. Generator
Shunt
Pada
generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel dengan rotor (A1-A2).
Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat pada medan
magnetstator. Rotor berputar dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan
yang akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya.
Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2 diatur oleh tahanan
geser. Makin besar arus eksitasi shunt, makin besar medan penguat shunt yang
dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai mencapai tegangan nominalnya.
Diagram rangkaian generator shunt dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7.
Diagram rangkaian generator shunt
Jika
generator shunt tidak mendapatkan arus eksitasi, maka sisa megnetisasi tidak
akan ada, atau jika belitan eksitasi salah sambung atau jika arah putaran
terbalik, atau rotor terhubung-singkat, maka tidak akan ada tegangan atau
energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut.
Karakteristik Generator
Shunt
Gambar 8.
Karakteristik generator shunt
Generator
shunt mempunyai karakteristik seperti ditunjukkan pada Gambar 8. Tegangan
output akan turun lebih banyak untuk kenaikan arus beban yang sama,
dibandingkan dengan tegangan output pada generator penguat terpisah.
Sebagai
sumber tegangan, karakteristik dari generator penguat terpisah dan generator
shunt tentu kurang baik, karena seharusnya sebuah generator mempunyai tegangan
output yang konstan, namun hal ini dapat diperbaiki pada generator kompon.
(Hage, 2009).
c. Generatot
Kompon
Hage
(2009) mengemukakan bahwa generator kompon mempunyai dua penguat eksitasi pada
inti kutub utama yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt, dan
lainnya merupakan penguat seri. Diagram rangkaian generator kompon ditunjukkan
pada Gambar 9. Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak di depan belitan shunt.
Gambar 9.
Diagram angkaian generator kompon
Karakteristik generator
kompon
Gambar 10.
Karakteristik generator kompon
Gambar
10 menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan output generator
terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus eksitasi penuh
maupun eksitasi 50%. Hal ini disebabkan oleh adanya penguatan lilitan seri,
yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar. (Hage, 2009).
MOTOR
LISTRIK
A.
Motor AC
1. Pengertian
Gede
(2013) mengemukakan bahwa Motor AC adalah adalah motor listrik yang digerakkan
oleh arus bolak-balik (Alternating Current). Jadi perbedaan utama motor AC dan
motor DC adalah sumber arusnya. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, motor AC
dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu motor sinkron dan motor induksi/motor
asinkron. Motor sinkron didefinisikan sebagai motor yang memiliki output
kecepatan putaran motornya yg sinkron/sebanding (tanpa slip) dengan frekuensi
listrik yg masuk ke statornya. Sedangkan motor induksi didefinisikan sebagai
motor yang bekerja berdasarkan induksi medan magnet stator ke rotornya. 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.
2. Konstruksi
Motor AC
Seperti
motor-motor jenis lainnya, menurut Gede (2013) motor induksi pada dasarnya
mempunyai 3 bagian penting sebagai berikut:
a.
Stator yaitu bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan
medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya.
b.
Celah (air gap) yaitu celah udara antara stator dan rotor. Air gap ini
merupakan tempat berpindahnya energi dari startor ke 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, yaitu bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparan
stator yang diinduksikan kepada kumparan rotor.
Menurut
Gede (2013) Berdasarkan bentuk konstruksi rotornya, maka motor induksi dapat
dibagi menjadi dua jenis, yaitu :
a.
Rotor sangkar (squirrel cage) adalah bagian dari mesin yang berputar bebas dan
letaknya bagian dalam. Terbuat dari besi laminasi yang mempunayi slot dengan
batang alumunium / tembaga yang dihubungkan singkat pada ujungnya.
b.
Rotor kumparan (wound rotor) adalah kumparan yang dihubungkan bintang dibagian
dalam dan ujung yang lain dihubungkan dengan slipring ke tahanan luar. Kumparan
sendiri dapat dikembangkan menjadi pengaturan kecepatan putaran motor. Pada
kerja normal slipring hubung singkat secara otomatis, sehingga rotor bekerja
seperti rotor sangkar.
Gambar
11. Bagian-bagian motor ac
3. Klasifikasi
Motor AC
Motor
AC dibedakan menjadi dua jenis yaitu motor asinkron atau biasa juga disebut
motor induksi dan motor sinkron.
a. Motor
asinkron/induksi
Motor
induksi didefinisikan sebagai motor yang bekerja berdasarkan induksi medan
magnet stator ke rotornya. 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. (Gede, 2013).
1). Prinsip Kerja
Nugraha
(2011) mengemukakan bahwa 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 medanstator yang
terjadi yang diinduksikan ke rotornya. Makin besar jumlah kutup akan
mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar medanstator dan sebaliknya.
Kecepatan berputarnya medan putar ini disebut kecepatan sinkron.
Menurut
Azhary (2011) jika dijelaskan secara sistematis maka prinsip kerja motor
induksi itu sebagai berikut:
a). Pada keadaan beban
nol ketiga phasa stator yang dihubungkan dengan sumber tegangan tiga phasa yang
setimbang menghasilkan arus pada tiap belitan phasa.
b). Arus pada tiap
phasa menghasilkan fluksi bolak-balik yang berubah-ubah.
c). Amplitudo fluksi
yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan arahnya tegak lurus terhadap
belitan phasa.
d). Akibat fluksi yang
berputar timbul ggl pada stator motor yang besarnya adalahe1 = -N d Ф / dt ( Volt ) atau 4,44FN1 Ф
(Volt ).
e). Penjumlahan ketiga
fluksi bolak-balik tersebut disebut medan putar yang berputar dengan kecepatan
sinkron ns, besarnya nilai ns ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi
stator f yang dirumuskan dengan Ns = 120
F / P ( rpm ).
f). Fluksi yang
berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada
kumparan rotor timbul tegangan induksi (ggl) sebesar E2 yang besarnya 4,44FN2 Ф ( Volt )
dimana :
E2
= Tegangan induksi pada rotor
saat rotor dalam keadaan diam (Volt)
N2
= Jumlah lilitan kumparan rotor
Фm
= Fluksi maksimum(Wb)
g). Karena kumparan
rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl tersebut akan menghasilkan arus
I2.
h). Adanya arus I2 di
dalam medan magnet akan menimbulkan gaya F pada rotor.
i). Bila kopel mula
yang dihasilkan oleh gaya F cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan
berputar searah medan putar stator.
j). Perputaran rotor
akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan sinkron. Perbedaan kecepatan
medan stator (ns) dan kecepatan rotor (nr) disebut slip (s) dan dinyatakan
dengan S = Ns - Nr / Ns
k). Pada saat rotor dalam
keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi pada kumparan rotor
akan bervariasi tergantung besarnya slip. Tegangan induksi ini dinyatakan
dengan E2s yang besarnya E2s = 4,44FN2
Фm ( Volt )
Dimana: E2s = tegangan induksi pada rotor dalam keadaan
berputar (Volt)
f2 =
s.f = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam
keadaan berputar)
l). Bila ns = nr,
tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan rotor,
karenanya tidak dihasilkan kopel. Kopel ditimbulkan jika nr < ns.
2) Rangkaian Ekivalen Motor Induksi
Gambar 12.
Analogi dan rangkaian ekivalen motor induksi
Dari
analogi diatas, pengoperasian motor induksi pasti menghasilkan power loss. Power
loss tersebut dapat berasal dari daya mekanik motor, rugi-rugi tembaga rotor,
dan rugi-rugi tembaga stator. (Gede, 2013).
3) Pengaplikasian Motor Induksi
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-fasA dan motor induksi 1-fasA. Motor induksi 3-fasA dioperasikan pada sistem
tenaga 3-fase dan banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri, sedangkan
motor induksi 1-fase dioperasikan pada sistem tenaga 1-fasA 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-fasA.
Keuntungan
penggunaan motor induksi:
1. Konstruksi
sangat kuat dan sederhana terutama bila rotor dengan motor sangkar.
2. Harganya
relative murah dan kehandalannya tinggi.
3. Effesiensi
relatif tinggi pada keadaan normal, tidak ada sikat sehingga rugi gesekan
kecil.
4. Biaya
pemeliharaan rendah karena pemeliharaan motor hampir tidak diperlukan.
Kerugian
penggunaan motor induksi:
1. Kecepatan
tidak mudah dikontrol.
2. Power
faktor rendah pada beban ringan.
3. Arus
start biasanya 5 sampai 7 kali dari arus nominal.
b. motor sinkron
Gede
(2013) mengemukakan bahwa Synchronous Motor atau motor sinkron atau motor
serempak didefinisikan sebagai motoryang memiliki output kecepatan putaran
motornya yg sinkron/sebanding (tanpa slip) dengan frekuensi listrik yg masuk ke
statornya. Karakteristik dari motor ini adalah putarannya konstan meskipun
beban motor berubah-ubah.Motor akan melepaskan kondisi sinkronnya apabila beban
yang ditanggung terlalau besar (Torsi Pull-out). Kurangan motor sinkron adalah
ketidakmampuannya melakukan start awal. Hal ini dikarenakan motor sinkron tidak
memiliki torsi start awal. Oleh karena itu, motor sinkron memerlukan beberapa
alat bantu untuk membantu proses start awal sehingga masuk didalam kondisi
sinkron. Berbeda dengan motor induksi dimana rotor memiliki slip terhadap
stator. Kecepatan rotor terlambat dari perputaran fluks stator supaya arus
induksi terjadi pada rotor. Jika induksi rotor motor tersebut itu bertujuan
untuk mencapai kecepatan sinkron, maka tidak ada garis gaya yang memotong
melalui rotor, sehingga tidak ada arus yang akan diinduksikan ke rotor dan
tidak ada torsi yang akan ditimbulkan. Setelah kecepatan motor sinkron
mendekati/mencapai kecepatan sinkron, barulah kemudian eksitasi dimasukan.
Selain digunakan sebagi
motor penggerak, motor sinkron sering pula dipergunakan sebagai perbaikan faktor
daya; yaitu dengan jalan memberi penguatan lebih pada motor tersebut.
1). Konstruksi motor
sinkron
Motor
sinkron terdiri dari dua bagian penting yaitu:
a) Rotor,
yaitu bagian dari motor sinkron yang berputar. Perbedaan utama antara motor
sinkron dan motor induksi adalah bahwa rotor motor sinkron berjalan pada
kecepatan putar yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini menyebabkan
medan magnet rotor tidak lagi terinduksi. Rotor pada motor sinkron memiliki
magnet permanen atau arus DC excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi
tertentu bila di hadapkan pada medan magnet lainnya. Tipe rotor pada motor
sinkron terbagi menjadi 2, yaitu salient pole (menonjol) dan non-salient pole
(tidak menonjol). (Gede, 2013).
b)
Stator, yaitu bagian dari motor sinkron yang
diam. Stator pada motor sinkron menghasilkan medan magnet berputar yang
sebanding dengan frekuensi listrik yang dimasuk ke stator. Medan magnet di
stator ini berputar pada kecepatan sinkron yang besarnya sebesar Ns = 120F/P
Dimana: NS= Kecepatan
sinkron , F= Frekuensi, P= Jumlah kutub
Gambar 13.
Bagian Motor Sinkron
2). Prinsip Kerja Motor
Sinkron
Bila
field winding dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa maka akan mengalir
arus tiga fasa pada kumparan. Arus tiga fasa pada field winding ini
menghasilkan medan putar homogen (Bs). Seperti yang telah dikatakan sebelumnya,
motor sinkron berbeda dengan motor induksi, yaitu motor sinkron mendapat
eksitasi dari sumber DC eksternal yang dihubungkan ke rangkaian rotor melalui
slip ring dan sikat. Arus DC pada rotor ini menghasilkan medan magnet rotor
(Br) yang tetap. Kutub medan rotor mendapat tarikan dari kutub medan putar
stator hingga turut berputar dengan kecepatan yang sama (sinkron). Torsi yang
dihasilkan motor sinkron merupakan fungsi sudut torsi (δ). Semakin besar sudut
antara kedua medan magnet, maka torsi yang dihasilkan akan semakin besar seperti
persamaan berikut :
T
= k .Br .Bnet sin δ
Pada beban nol, sumbu kutub medan putar berimpit
dengan sumbu kumparan medan (δ = 0). Setiap penambahan beban membuat medan
motor “tertinggal” dari medan stator, berbentuk sudut kopel (δ); untuk kemudian
berputar dengan kecepatan yang sama lagi. Beban maksimum tercapai ketika δ =
90. Penambahan beban lebih lanjut mengakibatkan hilangnya kekuatan torsi dan
motor disebut kehilangan sinkronisasi. Oleh karena pada motor sinkron terdapat
dua sumber pembangkit fluks yaitu arus bolak-balik (AC) pada stator dan arus
searah (DC) pada rotor. Ketika arus medan pada rotor cukup untuk membangkitkan
fluks (ggm) yang diperlukan motor, maka stator tidak perlu memberikan arus
magnetisasi atau daya reaktif dan motor bekerja pada faktor daya = 1,0. Ketika
arus medan pada rotor kurang (penguat bekurang), maka baru stator akan menarik
arus magnetisasi dari jala-jala, sehingga motor bekerja pada faktor daya
terbelakang (lagging). Sebaliknya bila arus pada medan rotor berlebih (penguat
berlebih), kelebihan fluks (ggm) ini harus diimbangi, dan stator akan menarik
arus yang bersifat kapasitif dari jala-jala, dan karenanya motor bekerja pada
faktor daya mendahului (leading). Dengan demikian, faktor daya motor sinkron
dapat diatur dengan mengubah-ubah harga arus medan (IF). (Gede, 2013).
3). Rangkaian Motor Sinkron
Motor sinkron pada dasarnya adalah sama dengan
generator sinkron, kecuali arah aliran daya pada motor sinkron merupakan
kebalikan dari generator sinkron. Oleh karena arah aliran daya pada motor
sinkron dibalik, maka arah aliran arus pada stator motor sinkron juga dibalik.
Gambar 14. Rangkaian motor sinkron
Dari rangkaian elektrik motor sikron diatas,
persamaan tegangan rangkaian ekivalen motor sinkron adalah sebagai berikut :
Vθ= Ea + Ia.Ra + j.Ia.XS
Ea
= Vθ-
Ia.Ra – j.Ia.XS
Berikut ini adalah
gambaran fasor motor sinkron :
Gambar 15.
Diagram Fasor Motor Sinkron
Dimana:
4). Pengaplikasian
Motor Sinkron
Motor
Sinkron biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan juga industry seperti
pada generator, conveyor, mesin penggilingan, mesin penghancur, kompresor,
kompa-kompa sentrifugal.
Keuntungan
penggunaan motor sinkron:
1. Daya
motor sinkron lebih baik sehingga efisiensi energi sangat besar.
2. Putaran
tidak berkurang meskipun beban bertambah.
3. Bila
terjadi overload, motor akan langsung berhenti sehingga akan lebih aman.
4. Dapat
memperbaiki faktor daya.
5. Dapat
beroperasi pada penyetelan arus penguat medan.
Kerugian
penggunaan motor sinkron:
1. Motor
sinkron lebih mahal dari motor induksi.
2. Tidak
mampu menstart sendiri.
3. Tidak
praktis bila digunakan sebagai pemutar.
B.
MOTOR DC
Hanief
(2013) mengemukakan bahwa Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan
tegangan searah sebagai sumber tenaganya. Dengan memberikan beda tegangan pada
kedua terminal tersebut, motor akan berputar pada satu arah, dan bila polaritas
dari tegangan tersebut dibalik maka arah putaran motor akan terbalik pula.
Sebuah motor DC terdiri dari komponen statis atau disebut stator dan komponen
yang berputar pada sumbunya yang disebut rotor. Berdasarkan tipe mesinnya, baik
stator maupun rotor mengandung konduktor untuk mengalirkan arus listrik yang
berbentuk lilitan. Biasanya stator dan rotor dibuat dari besi untuk meperkuat
medan magnet.
1. Pengertian
Menurut
Fahmizal (2012) Motor DC adalah piranti elektronik yang mengubah energi listrik
menjadi energi mekanik berupa gerak rotasi. Pada motor DC terdapat jangkar
dengan satu atau lebih kumparan terpisah. Tiap kumparan berujung pada cincin
belah (komutator). Dengan adanya insulator antara komutator, cincin belah dapat
berperan sebagai saklar kutub ganda (double pole, double throw switch). Motor
DC bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz, yang menyatakan ketika sebuah
konduktor beraliran arus diletakkan dalam medan magnet, maka sebuah gaya (yang
dikenal dengan gaya Lorentz) akan tercipta secara ortogonal diantara arah medan
magnet dan arah aliran arus. Mekanisme ini diperlihatkan pada Gambar berikut
ini:
Gambar 16.
Mekanisme kerja motor DC
2. Konstruksi
Motor DC
Menurut Marwan (2007) Belitan motor ini
terdiri dari:
1.
Belitan jangkar
2.
Belitan kutub bantu
3.
Belitan Eksitansi/Belitan Medan
Sjatry
(2013) Mengemukakan bahwa ada tiga komponen penting dalam motor DC yaitu:
a. Kutub
Medan
Secara sederhana digambarkan bahwa
interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC
memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakkan bearing pada
ruang di antara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan, yaitu
kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan
di antara kutub – kutub dari utara menuju selatan. Untuk motor yang lebih besar
atau lebih kompleks, terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet
menerima listrik dari sumber daya luar sebagai penyedia struktur medan.
b. Rotor
Bila
arus masuk menuju kumparan jangkar, maka arus ini akan menjadi elektromagnet.
Rotor yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakkan
beban. Untuk motor DC yang kecil, rotor berputar dalam medan magnet yang
dibentuk oleh kutub – kutub, sampai kutub utara dan kutub selatan magnet
berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arus berbalik untuk merubah kutub –
kutub utara dan selatan rotor.
c. Komutator
Komponen
ini terdapat pada motor DC dan berfungsi untuk membalikkan arah arus listrik
dalam kumparan jangkar. Komutator juga membantu dalam transmisi arus antara
kumparan jangkar dan saluran daya.
1)
Prinsip Kerja Motor DC
Menurut
Sjatry (2013) Sebuah motor DC magnet permanen biasanya tersusun atas magnet
permanen, kumparan jangkar, dan sikat (brush). Medan magnet yang besarnya
konstan dihasilkan oleh magnet permanen, sedangkan komutator dan sikat
berfungsi untuk menyalurkan arus listrik dari sumber di luar motor ke dalam
kumparan jangkar. Letak sikat di sepanjang sumbu netral dari komutator, yaitu
sumbu dimana medan listrik yang dihasilkan bernilai nol. Hal ini dimaksudkan
agar pada proses perpindahan dari sikat ke komutator tidak terjadi percikan
api.
Gambar 17.
Prinsip kerja motor DC
Medan
stator memproduksi fluks Φ dari kutub U ke kutub S. Sikat – arang menyentuh
terminal kumparan rotor di bawah kutub. Bila sikat – arang dihubungkan pada
satu sumber arus serah di luar dengan tegangan V, maka satu arus I masuk ke
terminal kumparan rotor di bawah kutub Udan keluar dari terminal di bawah kutub
S. Dengan adanya fluks stator dan arus rotor akan menghasilkan satu gaya F
bekerja pada kumparan yang dikenal dengan gaya Lorentz. Arah Fmenghasilkan
torsi yang memutar rotor ke arah yang berlawanan dengan jarum jam. Kumparan
yang membawa arus bergerak menjauhi sikat – arang dan dilepas dari sumber
suplai luar. Kumparan berikutnya bergerak di bawah sikat – arang dan membawa
arus I. Dengan demikian, gaya F terus menerus diproduksi sehingga rotor
berputar secara kontinyu. (Sjatry, 2013).
4.
Klasifikasi Motor DC
a.
Motor DC Shunt/Parallel
Kumparan
medan sama seperti pada penguat terpisah, tetapi kumparan medan terhubung
secara paralel dengan rangkaian rotor. Satu sumber yang sama digunakan untuk
menyuplai kumparan medan dan rotor. Oleh karena itu, total arus dalam jalur
merupakan penjumlahan arus medan dan arus jangkar. Kecepatan motor DC jenis ini
pada prakteknya konstan, tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu
setelah kecepatannya berkurang). Oleh karena itu, motor DC jenis ini cocok
untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan
mesin. (Sjatry, 2013).
Gambar 18. Motor
DC Shunt/Parallel
Menurut Hanief (2013) Karakter
kecepatan motor DC tipe shunt adalah :
1. Kecepatan
pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu
setelah kecepatannya berkurang) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan
komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
2. Kecepatan
dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan
dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan
(kecepatan bertambah).
b. Motor Seri
Kumparan
medan dihubungkan secara seri dengan kumparan jangkar. Oleh karena itu, arus
medan sama dengan arus jangkar. Pada saat kondisi awal, arus starting pada
motor DC jenis ini akan sangat besar. Untuk itu, pada saat menjalankan motor
harus disertai beban sebab apabila tanpa beban motor akan mempercepat tanpa
terkendali. Kumparan medan terbuat dari sejumlah kecil kumparan dengan
penampang kawat yang besar. Tipe demikian dirancang untuk mengalirkan arus
besar dan terhubung seri/deret dengan kumparan rotor. Motor DC jenis ini cocok
untuk penggunaan yang memerlukan torsi penyalaan awal yang tinggi, seperti
derek dan alat pengangkat hoist. (Sjatry, 2013).
Gambar 19.
Skematik Motor DC Seri
Menurut
Hanief (2013) Karakter kecepatan motor DC tipe seriadalah :
1. Kecepatan
dibatasi pada 5000 RPM.
2. Harus
dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat
tanpa terkendali.
c.
Motor DC kompon/kombinasi
Konfigurasi
motor DC tipe ini menggunakan gabungan dari kumparan seri danshunt/paralel.
Pada motor DC jenis ini, kumparan medan dihubungkan secara paralel dan seri
dengan kumparan jangkar. Dengan demikian, motor DC jenis ini akan memiliki
torsi penyalaan awal yang baik dan kecepatan yang stabil. Semakin tinggi
persentase penggabungan, yaitu persentase kumparan medan yang dihubungkan
secara seri, maka semakin tinggi pula torsi penyalaan awal yang dapat ditangani.
(Sjatry, 2013).
Menurut
Hanief (2013) karakter dari motor DC tipe kompon/gabungan ini adalah, makin
tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang
dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat
ditangani oleh motor ini.
5.
Pengaplikasian Motor DC
Motor
DC bisa digunakan di bidang robotika, misalnya sebagai roda line tracer,
sebagai aktuator lengan robot. Di bidang persenjataan misalnya aktuator meriam
otomatis, dan lain sebagainya.
SOAL
A. Asinkron
1.
Motor induksi rotor lilit 60cps, 6 kutub, 3 phase, 220 v. lilit stator
disambung segitiga, sedangkan rotor dalam bintang. Jumlah lilitan rotor
setengah jumlah lilitan stator. Pada kecepatan 1110 rpm, Hitunglah:
a. Slip (s)
b. GGL induksi pada saat rotor ditahan
(EBR) per-phase
c. GGL induksi rotor saat motor berputar
dengan slip s (E2S)
d. Tegangan antar terminal rotor
e. Frekuensi rotor
2.
Suatu motor induksi tiga phase berkutub 6,50 Hz, tahanan lilitan rotor per
phase 0,4 ohm, reaktansi lilitan rotor per phase pada saat diam (s=1) 12 ohm,
tegangan rotornya 80 volt. Putaran motor 935 rpm. Tentukan:
a. Slip motor
b. Arus rotor saat n = 935 rpm
c. Torsi motor
3.
Suatu motor 3 phase, masing-masing lilitan phase mempunyai tahanan murni 50 ohm
dan induktansi ( L ) 0,3 Henry, sumbernya adalah 415 V, 50 cps.
Hitunglah daya total
motor dalam keadaan tanpa beban jika motor dalam sambungan bintang dan
segitiga.
4.
Sebuah motor asinkron tiga phase hubungan segitiga jika dihubungkan langsung
pada sumber 415 volt, 50 Hz mengambil arus start 120 A pada masing-masing phase
nya. Tentukan:
a. Arus line untuk starting langsung
disambung sumber.
b. Arus line dan arus phase pada saat
start menggunakan:
- Saklar Y – Δ
- Autotransformator dengan
pengaturan saat start 70%
5.
Sebuah motor 3 phase, 50 kVA, terhubung Y
Cosø=0,8. Tegangan Sumber Line- Line 660 Volt. Tentukan:
a. Berapa Tegangan Phasa(Vp)
c. Berapa Arus Phasa (Ip)
d. Daya Aktif`dan Daya Reaktif Motor
B. Sinkron
1.
Suatu generator serempak 3 fase, 16 kutub mempunyai 144 alur dan tiap alur
berisi 4 penghantar. Kecepatan 375 rpm, fluks 5 x 102 Wb perkutub.
Gawang lilitan 150 derajat listrik.
Hitung EMF perfase dan antara fase!
2.Motor
Sinkron 3Φ, 12 kutub, mempunyai impedansijangkar 100 ohm, dan reaktansi 0.5
ohm/fasa.Beroperasi dengan 2000 V, 3Φ, 25 Hz. Bila pengaturan80% dari
kemampuan, hitunglah daya maksimum dantorsi dalam Nm sebelummesin keluar dari
sinkronisasi!
3.Generator
Sinkron memiliki data name plate 3 phasa, 2 HP, 50 Hz,400 V. 4kutub. Hitungkan
putaran Sinkron permenit!
4.
Suatu generator serempak 3Φ, 1200 KVA, 6600 volt, hubungan bintang dengan
resistans
jangkar 0,4 ohm perfase dan reaktans sinkronsnya 5,8 ohm perfase,hitung EMF
antara fase yang harus dibangkitkan!
5. Generator 2KW, 220V/50Hz digerakkan
dengan mesin diesel, listrik yang dihasilkan dipakai untuk memberikan listrik
untuk sejumlah rumah. Bagaimana cara agar generator tersebut menghasilkan
tegangan 220V dan frekuensinya 50Hz.
C. Pertanyaan tampungan
1.
Apa perbedaan antara motor asinkron dan motor sinkron?
Beberapa
perbedaan antara motor sinkron dan asinkron :
1.
Untuk Frekuensi tertentu motor
sinkron bekerja pada putaran konstan ----- ns = f x 60 / P
sedangkan motor asinkron bila dibebani n ( putaran ) akan
turun.
2.
Motor sinkron dapat
bekerja pada power factor yang berbeda, lagging atau leading. Motor
asinkron selalu lagging
3.
Motor sinkron kopel
startnya kecil.
4.
Pada motor sinkron perubahan
tegangan input tidak terlalu mempengaruhi torsi, tidak seperti motor
asinkron.
5.
Motor sinkron memerlukan
eksitasi DC.
6.
Motor
sinkron lebih kompleks dan lebih mahal dibanding motor
asinkron.
DAFTAR
PUSTAKA
Apriyahanda, Onny. (2011). Generator dan Sistem Eksitasi, (Online),
(http://artikel-teknologi.com/generator-dan-sistem-eksitasi/,
diakses 11 Agustus 2014).
Azhary, Arie. (2011). Prinsip Kerja Motor Induksi, (Online), (http://ariestarlight.blogspot.com/2011/04/perinsip-kerja-motor-induksi.html,
diakses 6 Agustus 2014).
Fahmizal. (2012). Driver Motor DC pada Robot Beroda dengan Konfigurasi H-BRIDGE MOSFET, (Online),
(http://fahmizaleeits.wordpress.com/tag/motor-dc-adalah/,
diakses 11 Agustus 2014).
Gede, I.G.A. (2013). Motor AC, (Online), (http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211083igustiagunggede/2013/04/29/motor-ac/,
diakses 6 Agustus 2014).
Genx,
Dicky. (2009). Definisi Mesin Listrik. (Online).
(http://nationalinks.blogspot.com/2009/07/definisi-mesin-listrik.html, diakses
11 Agustus 2014).
Hage. (2009). Generator DC, (Online), (http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html,
diakses 11 Agustus 2014).
Hammers, H. (2013). Pengertian Tentang Mesin-Mesin Listrik. (Online). (http://handihammers.blogspot.com/2013/05/pengertian-tentang-mesin-mesin-listrik.html,
diakses 11 Agustus 2014).
Hanief, I.R. (2013). Pengantar Elektronika. Motor DC,
(Online), (http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211021isnarasyadhanief/2013/04/27/motor-dc/,
diakses 11 Agustus 2014).
Marlina, Dini. (2013). Generator AC, (Online), (http://dinnim.blogspot.com/2013/02/generator-ac.html,
diakses 11 Agustus 2014).
Marwan, (2007). Praktikum Mesin Listrik. Makassar: Fakultas Teknik Politeknik
Negeri Ujung Pandang.
Nugraha, Ican. (2011). Prinsip Kerja Motor induksi, (Online), (http://icannugraha.blogspot.com/2011/08/prinsip-kerja-motor-induksi.html,
diakses 6 Agustus 2014).
Prasetya, H.D. (2011). Generator Ac dan Dc, (Online), (http://www.scribd.com/doc/46409085/generator-AC-DC,
diakses 11 Agustus 2014).
Pratama, M.A. (2013). Motor AC, (Online),
(http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211033muhammadarfanpratama/2013/04/29/motor-ac/,
diakses 11 Agustus 2014).
--------------------------. (2013). Motor DC, (Online), (http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211033muhammadarfanpratama/2013/04/29/motor-dc/,
diakses 11 Agustus 2014).
Putra, A.S. (2013). Generator Ac And Dc, Miscellaneous Subjects, & Preparing Equipments
Specifications, (Online), (http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211029ardinathasanjayaputra/,
diakses 11 Agustus 2014).
Sabrina. (2013). Sabrina News. Prinsip Kerja generator DC, (Online), (http://sabrina-brinasworld.blogspot.com/2013/11/prinsip-kerja-generator-dc.html,
diakses 11 Agustus 2014).
