Medan Putar
Sebelum
kita membahas bagaimana rotating magnetic field (medan putar)
menyebabkan sebuah motor berputar, marilah kita tinjau bagaimana medan putar
ini dihasilkan. Gambar berikut menunjukkan sebuah stator tiga fasa dengan
suplai arus bolak balik tiga fasa pula.
Belitan
stator terhubung wye (Y). Dua belitan pada masing-masing fasa
dililitkan dalam arah yang sama. Sepanjang waktu, medan magnet yang dihasilkan
oleh setiap fasa akan tergantung kepada arus yang mengalir melalui fasa
tersebut. Jika arus listrik yang melalui fasa tersebut adalah nol (zero),
maka medan magnet yang dihasilkan akan nol pula. Jika arus mengalir dengan
harga maksimum, maka medan magnet berada pada harga maksimum pula. Karena arus
yang mengalir pada system tiga fasa mempunyai perbedaan 120o, maka
medan magnet yang dihasilkan juga akan mempunyai perbedaan sudut sebesar 120o
pula.
Ketiga
medan magnet yang dihasilkan akan membentuk satu medan, yang akan beraksi
terhadap rotor. Untuk motor induksi, sebuah medan magnet diinduksikan kepada
rotor sesuai dengan polaritas medan magnet pada stator. Karenanya, begitu medan
magnet stator berputar, maka rotor juga berputar agar bersesuaian dengan medan
magnet stator.
Pada
sepanjang waktu, medan magnet dari masing-masing fasa bergabung untuk
menghasilkan medan magnet yang posisinya bergeser hingga beberapa derajat. Pada
akhir satu siklus arus bolak balik, medan magnet tersebut telah bergeser hingga
360o, atau satu putaran. Dan karena rotor juga mempunyai medan
magnet berlawanan arah yang diinduksikan kepadanya, rotor juga akan berputar
hingga satu putaran. Penjelasan mengenai ini dapat dilihat pada gambar
selanjutnya.
Putaran
medan magnet dijelaskan pada gambar di bawah dengan “menghentikan” medan
tersebut pada enam posisi. Tiga posisi ditandai dengan interval 60o pada
gelombang sinus yang mewakili arus yang mengalir pada tiga fasa A,B, dan C.
Jika arus mengalir dalam suatu fasa adalah positif, medan magnet akan
menimbulkan kutub utara pada kutub stator yang ditandai dengan A’, B’, dan C’.
Pada
posisi T1, arus pada fasa C berada pada harga positif maksimumnya. Pada saat
yang sama, arus pada fasa A dan B berada pada separuh harga negative
maksimumnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk secara vertical dengan arah
ke bawah, dengan kekuatan medan maksimum terjadi sepanjang fasa C, antara kutub
C (utara) dengan C’ (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang
lebih lemah yang dihasilkan sepanjang fasa A dan B, dengan kutub-kutub A’ dan
B’ menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub A dan B menjadi kutub-kutub
selatan.
Pada
posisi T2, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak 60 derajat listrik.
Pada posisi ini, arus dalam fasa A telah naik hingga harga negative
maksimumnya. Arus pada fasa B mempunya arah yang berlawanan dan berada pada
separuh harga maksimum positifnya. Begitu pula arus pada fasa C telah turun
hingga separuh dari harga maksimum positifnya. Medan magnet yang dihasilkan
terbentuk ke kiri arah bawah, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa A,
antara kutub-kutub A’ (utara) dan A (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh
medan-medan yang lebih lemah yang timbul sepanjang fasa B dan C, dengan
kutub-kutub B dan C menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub B’ dan C’ menjadi
kutub-kutub selatan. Di sini terlihat bahwa medan magnet pada stator motor
secara fisik telah berputar sebanyak 60o.
Pada
posisi T3, gelombang sinus arus berputar lagi 60 derajat listrik dari posisi
sebelumnya hingga total rotasi pada posisi ini sebesar 120 derajat listrik.
Pada posisi ini, arus dalam fasa B telah naik hingga mencapai harga positif
maksimumnya. Arus pada fasa A telah turun hingga separuh dari harga negative
maksimumnya, sementara arus pada fasa C telah berbalik arah dan berada pada
separuh harga negative maksimumnya pula. Medan magnet yang dihasilkan mengarah
ke atas kiri, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa B, antara kutub B
(utara) dan B’ (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih
lemah sepanjang fasa A dan C, dengan kutub-kutub A’ dan C’ menjadi kutub-kutub
utara dan kutub-kutub A dan C menjadi kutub-kutub selatan. Sehingga terlihat di
sini bahwa medan magnet pada stator telah berputar 60o lagi dengan
total putaran sebesar 120o.
Pada
posisi T4, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak 180 derajat listrik
dari titik T1 sehingga hubungan antara arus-arus fasa adalah indentik dengan
posisi T1 kecuali bahwa polaritasnya telah berbalik. Karena fasa C kembali pada
harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa C kembali berada
pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa C akan
memiliki kekuatan medan maksimum. Meskipun demikian, dengan arus yang mengalir
dalam arah yang berlawanan pada fasa C, medan magnet yang timbul mempunyai arah
ke atas antara kutub C’ (utara) dan C (selatan). Terlihat bahwa medan magnet
sekarang telah berotasi secara fisik sebanyak 180o dari posisi awalnya.
Pada
posisi T5, fasa A berada pada harga positif maksimumnya, yang menghasilkan
medan magnet ke arah atas sebelah kanan. Kembali, medan magnet secara fisik
telah berputar 60o dari titik sebelumnya sehingga total rotasi
sebanyak 240o. Pada titik T6, fasa B berada pada harga maksimum
negative yang menghasilkan medan magnet ke arah bawah sebelah kanan. Medan
magnet pun telah berotasi sebesar 60o dari titik T5 sehingga total
rotas adalah 300o.
Akhirnya,
pada titik T7, arus kembali ke polaritas dan nilai yang sama seperti pada
Posisi T1. Karenanya, medan magnet yang dihasilkan pada posisi ini akan identik
dengan pada posisi T1. Dari pembahasan ini, terlihat bahwa untuk satu putaran
penuh gelombang sinus listrik (360o), medan magnet yang timbul pada
stator sebuah motor juga berotasi satu putaran penuh (360o).
Sehingga, dengan menerapkan tiga-fasa AC kepada tigfa belitan yang terpisah
secara simetris sekitar stator, medan putar (rotating magnetic field)
juga timbul.
SLIP
Jika
arus bolak balik dikenakan pada belitan stator dari sebuah motor induksi,
sebuah medan putar timbul. Medan putar ini memotong batang rotor dan
menginduksikan arus kepada rotor. Arah aliran arus ini dapat ditentukan dengan
menggunakan aturan tangan kiri untuk generator.
Arus
yang diinduksikan ini akan menghasilkan medan magnet di sekitar penghantar
rotor, berlawanan polaritas dari medan stator, yang akan mengejar medan magnet
pada stator. Karena medan pada stator terus menerus berputar, rotor tidak
pernah dapat menyamakan posisi dengannya alias selalu tertinggal dan karenanya
akan terus mengikuti putaran medan pada stator
Rotor pada motor induksi tidak pernah dapat berputar dengan kecepatan
yang sama dengan kecepatan medan putar. Jika kecepatan rotor sama dengan
keceparan medan putar stator, maka tidak ada gerak relatif antara keduanya, dan
tidak akan ada induksi EMF kepada rotor. Tanpa induksi EMF ini, tidak akan ada
interaksi medan yang diperlukan untuk menimbulkan gerak. Rotor, karenanya ahrus
berputar dengan kecepatan yang lebih rendah dari kecepatan medan putar stator
jika gerak relatif tersebut harus ada antara keduanya.
Persentase perbedaan antara
kecepatan rotor dan kecepatan medan putar disebut dengan slip. Semakin kecil
slip, semakin dekat pula kecepatan rotor dengan kecepatan medan putar. Persen
slip dapat dicari menggunakan Equation (12-1).
Torque
Torque
motor induksi AC tergantug kepada kekuatan medan rotor dan stator yang saling
berinteraksi dan hubungan fasa antara keduanya. Torque dapat dihitung dengan
Equation (12-3).
Selama
operasi normal, K
dan cos adalah konstan, sehingga torque berbanding
lurus dengan arus rotor. Arus rotor meningkat dengan proporsi yang sama dengan
slip. Perubahan torque terhadap slip menunjukkan bahwa begitu slip naik dari
nol hingga –10%, torque naik secara linier. Begitu torque dan slip naik
melebihi torque beban penuh, maka torque akan mencapai harga maksimum sekitar
25% slip. Torque maksimum disebut breakdown torque motor. Jika beban
dinaikkan melebihi titik ini, motor akan stall dan segera berhenti.
Umumnya, breakdown torque bervariasi dari 200 hingga 300% torque beban penuh.
Torque awal (starting torque) adalah nilai torque pada 100% slip dan
normalny 150 hingga 200% torque beban penuh. Seiring dengan pertambahan
kecepatan dari rotor, torque akan naik hingga breakdown torque dan turun
mencapai nilai yang diperlukan untuk menarik beban motor pada kecepatan
konstan, biasanya antara 0 – 10%. Gambar berikut menunjukkan karakteristik
Torque terhadap slip.
Motor Satu Fasa
Jika
dua belitan stator dengan impedansi yang tidak sama dipisahkan sejauh 90
derajat listrik dan terhubung secara parallel ke sumber satu fasa, medan yang
dihasilkan akan tampak berputar. Ini disebut dengan pemisahan fasa (phase
splitting).
Pada
motor fasa terpisah (split-phase motor), dipergunakanlah lilitan
starting untuk penyalaan. Belitan ini mempunyai resistansi yang lebih tinggi
dan reaktansi yang lebih rendah dari belitan utama. Jika tegangan yang sama VT
dikenakan pada belitan starting dan utama, arus pada belitan utama (IM)
tertinggal dibelakang arus pada belitan starting (IS). Sudut antara
kedua belitan mempunyai beda fasa yang cukup untuk menimbulkan medan putar
untuk menghasilkan torque awal (starting torque). Ketika motor mencapai 70
hingga 80% dari kecepatan sinkron, saklar sentrifugal pada sumbu motor membuka
dan melepaskan belitan starting. Motor satu fasa biasanya digunakan untuk
aplikasi kecil seperti peralatan rumah tangga (contoh mesin pompa).
Motor Sinkron
Motor
sinkron serupa dengan motor induksi pada mana keduanya mempunyai belitan stator
yang menghasilkan medan putar. Tidak seperti motor induksi, motor sinkron
dieksitasi oleh sebuah sumber tegangan dc di luar mesin dan karenanya
membutuhkan slip ring dan sikat (brush) untuk memberikan arus
kepada rotor. Pada motor sinkron, rotor terkunci dengan medan putar dan
berputar dengan kecepatan sinkron. Jika motor sinkron dibebani ke titik dimana
rotor ditarik keluar dari keserempakannya dengan medan putar, maka tidak ada
torque yang dihasilkan, dan motor akan berhenti. Motor sinkron bukanlah self-starting
motor karena torque hanya akan muncul ketika motor bekerja pada kecepatan
sinkron; karenanya motor memerlukan peralatan untuk membawanya kepada kecepatan
sinkron.
Motor
sinkron menggunakan rotor belitan. Jenis ini mempunyai kumparan yang
ditempatkan pada slot rotor. Slip ring dan sikat digunakan untuk
mensuplai arus kepada rotor.
gambarnya mana?
ReplyDelete