Tahukah kamu apa itu motor listrik? Sejak ditemukannya dan dikembangkan motor listrik, sangat berguna dan dibutuhkan dalam dunia modern seperti sekarang ini. Motor listrik digunakan sebagai tenaga penggerak yang cukup banyak dipakai dalam instalasi rumah tangga, industri dan transportasi. Motor listrik banyak digunakan karena harganya sangat murah dan relatif mudah pengoperasiannya.
Pengertian Motor Listrik
Motor listrik adalah suatu peralatan yang merubah energi listrik menjadi energi gerak. Menurut Lorentz ketika sebuah kawat dengan panjang l dialiri arus sebesar I dan diletakkan pada suatu medan magnet sebesar B, maka akan timbul gaya Lorentz pada kawat tersebut. Dengan mengombinasikan gaya Lorentz dan definisi arus listrik, maka dapat dihitung besarnya gaya Lorentz pada kawat yang lurus yaitu:
Rumus:
- l = panjang kawat (m)
- I = Kuat arus yang mengalir pada kawat (A)
- B = Kuat medan magnet (Tesla)
- a = sudut yang dibentuk oleh B dan I
Jika arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, maka gaya Lorentz yang terjadi akan maksimal ( ). Inilah keadaan yang biasanya selalu dikondisikan secara nyata yakni agar gaya Lorentz dapat selalu maksimal, medan magnet dikondisikan selalu tegak lurus dengan arus listrik yang mengalir.
Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan pada gambar dibawah ini:
Bila sebuah penghantar (kawat) berada diantara kutub N dan kutub S pada magnet permanen kemudian kawat tersebut dialiri arus listrik maka garis gaya magnet yang terbentuk pada bagian atas kawat akan lebih kecil karena arah fluks magnet dari magnet permanen dengan arah fluks magnet yang dihasilkan oleh arus listrik pada kawat berlawanan arah. Namun sebaliknya, garis gaya magnet pada bagian bawah kawat akan lebih besar karena arah dari fluks magnet permanen dan arah fluks magnet yang dihasilkan oleh arus listrik pada kawat arahnya sama. Oleh sebab itu, kawat tersebut akan terdorong kea rah atas, gaya yang mendorong ke atas ini disebut dengan gaya elektromagnetik.
Arah dari gaya elektromagnetik ini dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kiri fleming seperti ditunjukkan pada gambar sebagai berikut:
Macam–Macam Motor Listrik
Berdasarkan sumber tegangannya, motor listrik dibagi menjadi beberapa macam yaitu sebagai berikut:
-
Motor listrik arus searah (DC Direct Current)
Motor arus searah (motor DC) adalah mesin yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis. Pada prinsip pengoperasiannya, motor arus searah sangat identik dengan generator arus searah. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen.
- Motor Sumber Daya Terpisah/Separately Excited
Jika arus medan disuplai dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.
- Motor Shunt/Self Excited
Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dynamo. Oleh karena itu, total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo. Berikut tentang kecepatan motor shunt:
-
- Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang), 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).
- Motor Seri
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo. 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 tidak terkendali. Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi.
- Motor Kompon/ 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. Sehingga, motor kompon memiliki torsi penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torsi penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini.
-
Motor listrik arus bolak-balik (AC-Alternating Current)
Motor arus bolak-balik (motor AC) adalah suatu mesin yang berfungsi untuk mengubah energi listrik arus bolak-balik menjadi energi gerak atau energi mekanik berupa putaran rotor.
-
Motor Sinkron
Motor Sinkron adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan pada rotor. Kumparan jangkarnya berbentuk sama dengan mesin induksi, sedangkan kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder). Arus searah (DC) untuk menghasilkan fluks pada kumparan medan dialirkan ke rotor melalui cincin dan sikat. Jadi kontruksi motor sinkron ini adalah sama dengan generator sinkron, bedanya hanya bahwa generator sinkron rotornya diputar untuk menghasilkan tegangan, sedangkan motor sinkron statornya diberi tegangan agar rotornya berputar.
-
Motor Asinkron (Induksi)
Motor Induksi berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik yang berupa tenaga putar. Motor Induksi terdiri dari dua bagian yang sangat penting yaitu stator atau bagian yang diam dan rotor atau bagian berputar. Pada motor AC, kumparan rotor tidak menerima energi listrik secara langsung, tetapi secara induksi seperti yang terjadi pada energi kumparan transformator. Oleh karena itu, motor AC dikenal dengan motor induksi. Dilihat dari kesederhanaannya, konstruksinya yang kuat dan kokoh serta mempunyai karakteristik kerja yang baik, motor induksi tiga fasa yang cocok dan paling banyak digunakan dalam bidang industri.
1) Motor Listrik Induksi 3 Fasa
Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan arus tiga fasa yang seimbang. Motor induksi 3 fasa memiliki kemampuan daya yang tinggi, 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.
Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa
Bila sumber tegangan tiga fasa dipasang pada kumparan stator, maka pada kumparan stator akan timbul medan putar dengan kecepatan, ns = 120f/ P, ns = kecepatan sinkron, f = frekuensi sumber, p = jumlah kutup. Medan putar stator akan memotong konduktor yang terdapat pada sisi rotor, akibatnya pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi (GGL) sebesar E2s = 44,4fnØ. Keterangan: E = tegangan induksi GGL, f = frekkuensi, N = banyak lilitan, Q = fluks.
Gambar arus kabel menghasilkan fluks magnetKarena kumparan rotor merupakan kumparan rangkaian tertutup, maka tegangan induksi akan menghasilkan arus (I). Adanya arus dalam medan magnet akan menimbulkan gaya (F) pada rotor. Bila torsi awal yang dihasilkan oleh gaya F pada rotor cukup besar untuk memikul torsi beban, maka rotor akan berputar searah dengan arah medan putar stator.
Gambar berputarnya medan magnet akibat arus 3 fasa pada rangkaianUntuk membangkitkan tegangan induksi E2s agar tetap ada, maka diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan putar rotor (nr). Perbedaan antara kecepatan nr dengan ns disebut dengan slip (S) yang dinyatakan dengan Persamaan S = ns-nr/ ns (100%). Jika ns = nr tegangan akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada rotor, dengan demikian tidak ada torsi yang dapat dihasilkan. Torsi suatu motor akan timbul apabila ns > nr.
Gambar gaya timbul akibat dari hukum lorentzPenggunaan motor induksi yang banyak dipakai di kalangan industri mempunyai keuntungan sebagai berikut.
-
- Bentuknya yang sederhana dan memiliki konstruksi yang kuat;
- Harga relatif murah dan dapat diandalkan;
- Efisiensi tinggi pada keadaan berputar normal, tidak memerlukan sikat sehingga rugi–rugi daya yang dari gesekan dapat dikurangi; dan
- Perawatan waktu mulai beroperasi tidak memerlukan starting tambahan khusus dan tidak harus sinkron.
2) Motor Listrik Induksi Satu fasa
Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa
Misalkan kita memiliki sebuah motor induksi 1 fasa dimana motor ini disuplai oleh sebuah sumber AC 1 fasa. Ketika sumber AC diberikan pada stator winding dari motor, maka arus dapat mengalir pada stator winding. Fluks yang dihasilkan oleh sumber AC pada stator winding tersebut disebut sebagai fluks utama. Karena munculnya fluks utama ini maka fluks medan magnet dapat dihasilkan oleh stator.
Gambar dampak adanya arus pada stator
Misalkan lagi rotor dari motor tersebut sudah diputar sedikit. Karena rotor berputar, maka dapat dikatakan bahwa konduktor pada rotor akan bergerak melewati stator winding. Karena konduktor pada rotor bergerak relatif terhadap fluks pada stator winding, akibatnya muncul tegangan GGL (gaya gerak listrik) pada konduktor rotor sesuai dengan hukum faraday. Anggap lagi motor terhubung dengan beban yang akan dioperasikan. Karena motor terhubung dengan beban maka arus dapat mengalir pada kumparan rotor akibat adanya tegangan GGL pada rotor dan terhubungnya rotor dengan beban. Arus yang mengalir pada rotor ini disebut arus rotor. Arus rotor ini juga menghasilkan fluks yang dinamakan fluks rotor. Interaksi antara kedua fluks inilah yang menyebabkan rotor didalam motor dapat berputar sendiri. Perlu diingat bahwa pada kondisi awal diasumsikan rotor sudah diberi gaya luar untuk menggerakkan konduktor pada rotor, karena jika tidak maka rotor akan diam terhadap fluks pada kumparan stator sehingga tidak terjadi tegangan GGL pada kumparan rotor, sesuai dengan hukum faraday.
Gambar putaran pada rotor akibat fluks
Sebelumnya, telah dibahas mengenai adanya arus stator yang mengakibatkan munculnya arus pada rotor karena hukum faraday. Masing-masing arus menghasilkan fluks yang mempengaruhi rotor. Bagaimana fluks tersebut mempengaruhi kecepatan putaran rotor akan dibahas pada paragraf ini. Arus stator akan menghasilkan fluks utama, sedangkan arus pada rotor menghasilkan fluks pada rotor. Masing- masing fluks ini akan mempengaruhi arah putaran rotor, hanya saja arah keduanya berlawanan.Sesuai hukum lorentz, apabila kita memiliki sebuah kabel yang dialiri arus dan terdapat fluks medan magnet disekitar kabel tersebut maka akan terjadi gaya pada kabel tersebut. Karena besarnya fluks pada stator dan rotor relatif sama maka gaya yang dihasilkan juga sama. Namun karena arah gaya yang berbeda mengakibatkan rotor tidak berputar akibat kedua gaya yang saling menghilangkan. Hal ini juga yang mengakibatkan motor induksi perlu diputar sedikit, agar salah satu gaya yang dihasilkan oleh fluks lebih besar daripada yang lainnya sehingga rotor dapat berputar.
