PENGARUH PERUBAHAN TEGANGAN TERHADAP PUTARAN MOTOR INDUKSI

PENGARUH PERUBAHAN TEGANGAN

TERHADAP PUTARAN MOTOR INDUKSI

I.       Tujuan

1.      Agar mahasiswa dapat mengetahui pengaruh perubahan tegangan terhadap putaran motor induksi.

2.      Agar mahasiswa dapat mengetahui pengaruh perubahan tegangan terhadap putaran motor induksi dengan frekuensi tetap.

3.      Agar mahasiswa dapat mengetahui pengaruh kecepatan motor antara tegangan rendah dan tegangan tinggi.

4.      Agar mahasiswa dapat menegatahui grafik perubahan tegangan terhadap putaran motor induksi.

II.    Alat dan Bahan

1.      Motor universal

2.      Autotrafo

3.      AVO meter

4.      Tachometer

III. Dasar Teori

a.       Motor Induksi

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.

a.      Komponen

Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 4):

Ø  Rotor. 

Motor induksi menggunakan dua jenis rotor: 

o   Rotor kandang tupai terdiri dari  batang  penghantar tebal yangdilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek. 

o   Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi.

o   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. 

Ø  Stator.

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.

Gambar Motor induksi (Automated Building)

b.      Klasifikasi motor induksi 

Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003):

·                     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 fan 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. 

c.       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

d.      Hubungan antara beban, kecepatan dan torque

Gambar 5 menunjukan grafik torque-kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003):

·         Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan  torque  yang rendah (“pull-up torque”). 

·          Mencapai 80% kecepatan penuh, torque berada pada tingkat tertinggi (“pull-out torque”) dan arus mulai turun. 

·         Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torque dan stator turun ke nol. 

Gambar. Grafik Torgue- kecepatan motor induksi AC 3 fase

(Parekh, 2003)

b.      Prinsip kerja Motor Induksi

Motor induksi adalah alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi  energi mekanik. Listrik yang diubah adalah listrik 3 phasa. Motor induksi sering juga disebut motor tidak serempak atau motor asinkron. Prinsip kerja motor induksi lihat Gambar 5.4. Ketika tegangan  phasa U masuk ke belitan stator menjadikan kutub S (south = selatan), garis-garis gaya magnet mengalir melalui stator, sedangkan dua kutub lainnya adalah N (north  = utara) untuk  phasa V dan  phasa W. Kompas akan saling tarik-menarik dengan kutub S.

Berikutnya kutub S pindah ke phasa V, kompas berputar 120°, dilanjutkan kutub S pindah ke phasa W, sehingga pada belitan stator timbul medan magnet putar. Buktinya kompas akan memutar lagi menjadi 240°. Kejadian berlangsung silih berganti membentuk medan magnet putar sehingga kompas berputar dalam satu putaran penuh, proses ini berlangsung terus menerus. Dalam motor induksi kompas digantikan oleh rotor sangkar yang akan berputar pada porosnya. Karena ada perbedaan putaran antara medan putar stator dengan putaran rotor, maka disebut motor induksi tidak serempak atau motor asinkron.

Susunan belitan stator motor induksi dengan dua kutub, memiliki tiga belitan yang masing-masing berbeda sudut 120° Gambar 5.5. Ujung belitan phasa pertama U1- U2, belitan phasa kedua V1-V2 dan belitan phasa ketiga W1-W2. Prinsip kerja motor induksi dijelaskan dengan gelombang sinusoidal Gambar 5.6, terbentuknya medan putar pada stator motor induksi. Tampak stator dengan dua kutub, dapat diterangkan dengan empat kondisi.

Gambar. Bentuk gelombang sinusoida dan timbulnya medan putar pada stator motor induksi

1.      Saat sudut 0°. Arus I1 bernilai positip dan arus I2 dan arus I3 bernilai negatip dalam halini belitan V2, U1 dan W2 bertanda silang (arus meninggalkan pembaca), dan belitan V1,U2 dan W1 bertanda titik (arus listrik menuju pembaca). Terbentuk fluk magnet pada garis horizontal sudut 0°. Kutub S (south = selatan) dan kutub N (north = utara).

2.      Saat sudut 120°. Arus I2 bernilai positip sedangkan arus I1 dan arus I3 bernilai negatip, dalam hal ini belitan W2, V1, dan U2 bertanda silang (arus meninggalkan pembaca), dankawat W1, V2, dan U1 bertanda titik (arus menuju pembaca). Garis fluk magnit kutub S dan N bergeser 120° dari posisi awal.

3.      Saat sudut 240°. Arus I3 bernilai positip dan I1 dan I2 bernilai negatip, belitan U2, W1,dan V2 bertanda silang (arus meninggalkan pembaca), dan kawat U1, W2, dan V bertanda titik (arus menuju pembaca). Garis fluk magnit kutub S dan N bergeser 120° dari posisikedua.

4.      Saat sudut 360°. posisi ini sama dengan saat sudut 0°, di mana kutub S dan N kembali

keposisi awal sekali.

IV. Gambar Rangkaian

V.    Langkah Kerja

1.      Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan

2.      Merangkaian rangkaian sesuai dengan gambar rangkaian yang ditentukan

3.      Mengamati rangkaian apakah sudah sesui dengan gambar rangkaian

4.      Mengatur tegangan regulator sesuai dengan ketentuan asisten

5.      Mengatur putaran motor dengan tachometer kemudian mencatat hasilnya

6.      Mengulangi percobaan dengan variasi tegangan yang berbeda

VI. Hasil Percobaan

A.Tabel Percobaan

Tegangan (V)	Putaran motor (RPM)
0	0
10	0
20	0
24	1308
30	1389
40	1449
50	1469
60	1478
70	1482
80	1486
90	1488
100	1489
110	1491
120	1491
130	1491
140	1491
150	1491
160	1491
170	1492
180	1492
190	1492
200	1492
210	1492
220	1492

B.Grafik Tabel Percobaan

VII.        Analisis

Dari data perubahan tegangan tersebut terlihat bahwa adanya perubahan tegangan mengakibatkan terjadinya perubahan kecepatan. Seperti dalam teori yang dibahas sebelumnya, bahwa kopel sebanding dengan pangkat dua tegangan yang diberikan terminal primernya. Maka saat tegangan diturunkan, kopel yang diterima rotor juga akan ikut turun.

Penurunan kopel yang diterima oleh rotor ini akan mengakibatkan kecepatan putaran motor juga akan berkurang sesuai dengan penurunan tegangan. Hal inilah yang menjadi dasar pengaturan kecepatan motor dengan mengubah sumber tegangan (line voltage control). Dalam pengaturan putaran dengan mengubah tegangan ini masih terdapat beberapa kelemahan yang timbul. Dimana dalam pengaturan ini  kadang diperoleh putaran yang tidak stabil (berubah-ubah) terutama untuk putaran rendah. Hal ini terjadi karena motor yang digunakan adalah motor dengan tegangan stabil. Sehingga saat tegangan diturunkan, putaran motor menjadi tidak stabil, karena motor akan berputar dengan sempurna pada tegangan yang diperkenakan yang telah ditentukan dalam plat penunjuk daya (name plate) yang sudah disesuaikan pada motor tersebut.

VIII.     Kesimpulan

1.      Rangkain pengaturan tegangan pada autotrafo dapat digunakan sebagai pengatur kecepatan putaran motor induksi.

2.      Dengan mengubah tegangan sumber perubahan kenaikan kecepatan terlihat seperti gambar 4.1 Grafik karakteristik perubahan tegangan terhadap kecepatan berbentuk garis linear Besarnya prosentase kenaikan  kecepatan dari tegangan  100 Volt / 50 Hz sampai 215 Volt / 50 Hz terjadi kenaikan kecepatan sebesar 53,07 %.

3.      Semakin besar tegangan yang dinaikkan, maka putaran motor semakin cepat, dan sebaliknya semakin kecil tegangan yang diberikan maka semakin pelan putaran motor sehingga arus starting motor menjadi kecil dan drop tegangan masih dalam batas toleransi

Daftar Pustaka

Wijatmiko, Titis. 2007. Rancang bangun alat pengatur kecepatan motor universal pada sewing machine motor. Tugas akhir : Universitas Negeri Semarang.

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia. www.energyefficiencyasia.org diakses tanggal 7 september 2012