Gambar di bawah ini memperlihatkan motor listrik yang paling umum. Motor
tersebut dikategorikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan
mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dibawah ini.
1. Motor DC
Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang
tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan
khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan
yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Motor DC yang memiliki tiga komponen utama :
Gb. 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.
- ƒCommutator.
Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk
membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu
dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
Keuntungan Dari Motor DC
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali
kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini
dapat dikendalikan dengan mengatur:
- ƒTegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan
- ƒArus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Perhitungan
Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit) T = torque electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan
Karakteristik Motor DC Shunt
Gb. Karakteristik Motor DC shunt
Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):
Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar diatas) 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).
2. Motor AC
Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan dalam Gambar. 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 frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).
- Motor Sinkron
Motor sinkron adalah Motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada
sistim frekwensi 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 frekwensi dan generator motor. Motor
sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering
digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.
Gb. Motor Sinkron
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 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.
ƒStator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.
Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh, 2003):
Dimana :
f = frekwensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub
- 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
Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama :
Rotor, Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
- 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.
ƒ
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.
Gb. Motor Induksi
Klasifikasi Motor Induksi
Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003):
ƒMotor 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.
ƒMotor 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.
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
Hubungan antara beban, kecepatan dan torque
Gambar dibawah ini menunjukan grafik torque-kecepatan motor induksi AC
tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003):
ƒ- Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torque yang rendah (“pull-up torque”).
ƒ- 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.
Gb. Grafik Torque-Kecepatan Motor Induksi AC
