Sabtu, 02 Januari 2010

Motor Listrik AC dan DC

Desrida Supriyaningsih
Teknik Industri, Universitas Gunadarma, Jakarta
Email : desy_rida@yahoo.com

Abstraksi: Paper ini berkaitan dengan motor listrik. Dasar-dasar pembelajaran motor listrik disini mnjelaskan tentang mekanisme kerja motor listrik, klasifikasi motor listrik, jenis-jenis motor listrik, keuntugan dan kekurangan dari motor listrik AC dan DC, jenis-jenis motor listrik AC dan DC.

Kata kunci: Motor listrik, Motor listrik AC dan DC, SAP Teknik Industri Gunadarma 2009 Teknik Tenaga Listrik.

I. Pendahuluan
Seiring dengan berkembangnya teknologi saat ini, listrik pun termasuk kedalam kebutuhan pokok manusia untuk melakukan kegiatan sehari-sehari. Seperti yang telah kita ketahui bahwa energi listrik adalah enrgi yang sangat mempengaruhi kehidupan manusia. Sebagai contoh adalah energi listrik yang digunakan pada motor listrik. Didalam motor listrik energi listrik diubah kedalam energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk memutar impeller pompa, fan atau bowler, menggerakkan kompresor. Selain itu digunakan juga pada peralatan listrik rumah tangga seperti mixer, bor listrik dan kipas angin. Tanpa energi listrik kita tidak dapat melakukan aktifitas di kehidupan kita dengan mudah. Sehingga kita memiliki rasa ingin tahu tentang listrik. Pada kesempatan ini akan dibahas beberapa materi tentang energi listrik untuk memberikan pengetahuan lebih tentang listrik didalam kehidupan kita.

II. Pengertian Motor Listrik
Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik atau alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik yang disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu.
Motor listrik yang umum digunakan dalam industri adalah motor industri asinkron, dengan dua standar global IEC dan NEMA. Motor asinkron IEC berbasis metrik (milimeter), sedangkan motor listrik NEMA berbasis imperial (inch). Dalam aplikasi aada satuan daya dalam horsepower (hp) maupun kilowatt (kW).
Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri, sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan 70% beban listrik total di industri.


Motor listrik AC dan DC

Gambar 1. motor listrik

III. Mekanisme Kerja Motor Listrik
• Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
• Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran atau loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
• Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar atau torsi 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.


1V. Jenis-Jenis Motor Listrik
Didalam pembahasan ini terdapat dua jenis utama motor listrik yaitu motor AC dan motor DC. Motor tersebut diklasifikasikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi yang akan diperlihatkan dalam bagan dibawah ini:


V. Motor AC (arus bolak- balik).
Motor AC atau arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik AC memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor". Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan.Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekuensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya.

VI. Jenis-Jenis Motor AC
Dalam pembahasan ini terdapat beberapa jenis jenis motor listrik AC diantaranya:
a. Motor Sinkron
Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistem frekuensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekuensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.




Gambar 2. Motor Sinkron

Dari gambar diatas dapat dijelaskan komponen utama motor sinkron:
Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnet rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.


Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut:
Ns = 120 f / P
Dimana:
f = frekuensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekuensi yang dipasok.

b. Motor induksi
Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik (ac) yang paling luas digunakan. Penamaanya berasal dari kenyataan bahwa 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 merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

Motor listrik AC dan DC


Gambar 3. Motor Induksi

Komponen utama motor induksi
Motor induksi memiliki dua komponen utama yaitu:
• Rotor
Pada bagian rotor yang merupakan tempat kumparan rotor adalah bagian yang bergerak atau berputar. Ada dua jenis rotor dalam motor induksi yaitu: Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.
• Stator
Pada bagian stator terdapat beberapa slot yang merupakan tempat kawat (konduktor) dari tiga kumparan dari tiga fasa yang disebut kumparan stator dan masing-masing kumparan mendapatkan suplai arus tiga fasa. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat .



Klasifikasi Motor Induksi
Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama:
• Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
• Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.

Motor induksi banyak dipakai dalam kalangan industri, ini berkaitan dengan beberapa keuntungan dan kerugian.
Keuntungan:
1. Sangat sederhana dan daya tahan kuat ( konstruks9i hampir tidak pernah terjadi kerusakan, khususnya tipe squirelcage)
2. Harga relatif murah dan perawatan mudah.
3. Efisiensi tinggi. Pada kondisi berputar normal, tidak dibutuhkan sikat dan karenanya rugi daya yang diakibatkannya dapat dikurangi.
4. Tidak memerlukan starting tambahan dan tidak harus sinkron.
Kerugian:
1. Kecepatan tidak dapat berubah tanpa pengorbanan efisiensi.
2. Tidak seperti motor DC atau motor shunt, kecepatannya menurun seiring dengan tambahan beban.
3. Kopel awal mutunya rendah dibanding dengan motor DC shunt.



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 atau slip ring, dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser atau slip ring motor”.



Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip atau geseran:

% Slip = (Ns – Nb)/Ns x 100

Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM

VII. Motor DC (Arus Searah)
Motor DC atau arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung atau direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Motor DC mempunyai tiga komponen yaitu bisa dilihat dan dijelaskan pada gambar dibawah ini:

Gambar 7. Motor DC

• Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
• Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
• Kommutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Kommutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.




VIII. Jenis-Jenis Motor DC
Dalam pembahasan ini terdapat beberapa jenis motor DC diantaranya:
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 8. Karakteristik Motor DC Shunt

Berikut tentang kecepatan motor shunt:
• 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.
• 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). Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.

Berikut tentang kecepatan motor seri:
• Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM.
• Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist.


Gambar 9. Karakteristik Motor DC Seri.

d. Motor DC kompon atau 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). Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yaitu 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.

Gambar 10. Karakteristik Motor DC Kompon

















IX. Kesimpulan
Dalam paper ini kita dapat mengetahui pengertian motor listrik yaitu sebuah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor listrik disini terdapat dua criteria yaitu motor listrik AC dan motor listrik DC. Motor listrik AC terdiri dari motor sinkron dan motor induksi. Sedangkan motor listrik DC terdiri dari motor DC sumber daya terpisah, motor DC smber daya sendiri, dan motor DC sumber daya kompon atau gabungan. Dalam paper ini juga dijelaskan mekanisme kerja motor listrik dan jenis-jenis motor listrik.

X. Penutup
Dalam pembahasan motor listrik ini dapat disimpulkan bahwa motor listrik itu memiliki banyak kegunaaan serta aplikasi-aplikasi motor listrik ini sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari-sehari, yaitu dalam kehidupan rumah tangga maupun dalam bidang industri. Motor listrik terbagi dalam motor listrik AC dan motor listrik DC serta jenis-jenisnya. Akan tetapi tujuan dari pembahasan ini yaitu untuk mengetahui perkembangan tentang motor listrik yang telah menjadi kebutuhan pokok bagi masyarakat.

XI. Referensi
Dunia-listrik Blog. Motor Listrik. Blogspot; Jakarta
Rijono. Yon. Dasar Teknik Tenaga Listrik, Edisi revisi, Andi Yogyakarta; 2002
Wiki. Motor Listrik. Wikipedia; Jakarta
http://www.energyefficiencyasia.org

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar