Prinsip Kerja Motor Induksi Satu Fasa dan Tiga Fasa

Motor induksi adalah mesin listrik AC yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, Motor induksi digunakan secara luas dalam berbagai aplikasi mulai dari peralatan rumah tangga dasar hingga industri berat. 

Mesin listrik memiliki begitu banyak aplikasi yang banyak di gunakan di kehidupan sehari hari dan Anda dapat membayangkan skalanya hampir 30% daya listrik yang dihasilkan secara global dikonsumsi oleh motor induksi itu sendiri.

Mesin yang banyak di gunakan ini ditemukan oleh ilmuwan besar Nikola Tesla dan penemuan ini secara permanen mengubah arah peradaban manusia.

Berikut adalah beberapa aplikasi motor induksi satu fasa dan tiga fasa yang dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari.

Aplikasi motor Induksi Satu Fasa:

• Kipas angin listrik di rumah
• mesin bor
• Pompa
• Penggiling
• Mainan
• Penyedot debu
• Kompresor dan alat cukur listrik

Aplikasi motor Induksi Tiga Fasa:

• Industri skala kecil, skala menengah dan skala besar.
• Lift
• Derek
• Mengemudi mesin bubut
• Pabrik ekstraksi minyak
• Lengan robot
• Sistem sabuk konveyor
• Penghancur berat

Motor induksi tersedia dalam berbagai ukuran & bentuk yang memiliki fitur relatif dan peringkat kelistrikan. 

Ukurannya bervariasi dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter dan memiliki peringkat daya dari 0,5Hp hingga 10.000Hp. Pengguna dapat memilih yang paling tepat dari berbagai model untuk memenuhi permintaannya.

Kami telah membahas Dasar-Dasar Motor dan cara kerjanya di artikel sebelumnya, Disini kita akan membahas konstruksi dan cara kerja Motor Induksi secara detail.

Prinsip Kerja Motor Induksi

Untuk memahami prinsip kerja motor induksi, mari kita lihat dulu penyetelan sederhana seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Di Sini,

• Dua inti besi atau ferit dengan ukuran yang sama diambil dan digantung di udara pada jarak tertentu.
• Kawat tembaga berenamel dililitkan pada inti atas diikuti oleh inti bawah dan kedua ujungnya dibawa ke satu sisi seperti yang ditunjukkan pada gambar.
• Inti di sini bertindak sebagai media untuk membawa dan memusatkan fluks magnet yang dihasilkan oleh koil selama operasi.

Sekarang, jika kita menghubungkan sumber tegangan bolak-balik di kedua ujung tembaga, kita akan mendapatkan sesuatu seperti di bawah ini.

Selama siklus positif AC:

Di sini selama setengah siklus pertama, tegangan positif pada titik 'A' secara bertahap akan berubah dari nol menjadi maksimum dan kemudian kembali ke nol. Selama periode ini aliran arus dalam belitan dapat direpresentasikan sebagai.

Di Sini,

• Selama siklus positif sumber daya AC, arus di kedua belitan meningkat secara bertahap dari nol ke maksimum dan kemudian secara bertahap kembali dari maksimum ke nol. Ini bisa terjadi sperti hukum Ohm, arus dalam konduktor berbanding lurus dengan tegangan terminal, dan kita telah membahasnya berkali-kali di artikel sebelumnya.
• Belitan dililit sedemikian rupa sehingga arus di kedua belitan mengalir ke arah yang sama, dan kita dapat melihat hal yang sama seperti dalam diagram.

Sekarang mari kita ingat hukum yang disebut hukum Lenz yang kita pelajari, Menurut hukum Lenz, 'Sebuah konduktor yang membawa arus akan menghasilkan magnet yang terisi di sekitar permukaannya',

dan jika kita menerapkan hukum ini pada contoh di atas, maka medan magnet akan dihasilkan oleh setiap loop di kedua kumparan. 

Jika kita menambahkan fluks magnet yang dihasilkan oleh seluruh kumparan, maka akan didapatkan nilai fluks yang cukup besar.

Seluruh fluks ini akan muncul pada inti besi karena kumparan dililitkan pada badan inti.

Untuk memudahkan, jika kita menggambar garis fluks magnet yang terkonsentrasi pada inti besi di kedua ujungnya, maka kita akan mendapatkan seperti di bawah ini.

Di sini Anda dapat melihat garis magnet terkonsentrasi pada inti besi dan pergerakannya melalui celah udara.

Intensitas fluks ini berbanding lurus dengan arus yang mengalir pada lilitan kumparan pada kedua benda besi tersebut. 

Jadi selama setengah siklus positif, fluks bergerak dari Nol ke Maksimum dan kemudian dari Maksimum ke Nol. 

Setelah siklus positif selesai, intensitas medan pada celah udara juga mencapai nol dan setelah ini, kita akan mendapatkan siklus negatif.

Selama siklus negatif AC:

Selama siklus negatif tegangan sinusoidal ini, tegangan positif pada titik 'B' secara bertahap akan berubah dari nol ke maksimum dan kemudian kembali ke nol. 

Seperti biasa, karena tegangan ini maka akan ada arus yang mengalir dan kita dapat melihat arah aliran arus ini pada belitan pada gambar di bawah ini.

Karena arus berbanding lurus dengan tegangan, besarnya di kedua belitan meningkat secara bertahap dari nol ke maksimum dan kemudian turun dari maksimum ke nol.

Jika kita mempertimbangkan hukum Lenz, maka medan magnet akan muncul di sekitar kumparan karena aliran arus yang mirip dengan kasus yang dipelajari pada siklus positif. 

Bidang ini akan terkonsentrasi di pusat inti ferit seperti yang ditunjukkan pada gambar, Karena intensitas fluks berbanding lurus dengan arus yang mengalir dalam lilitan kumparan pada kedua benda besi, fluks ini juga akan bergerak dari Nol ke Maksimum dan kemudian diturunkan dari Maksimum ke Nol mengikuti besarnya arus. 

Meskipun ini mirip dengan siklus positif, ada perbedaan dan itu adalah arah garis medan magnet, Anda dapat mengamati perbedaan arah fluks ini pada diagram.

Setelah siklus negatifnya muncul siklus positif diikuti oleh siklus negatif lainnya dan terus seperti itu sampai tegangan sinusoidal AC dihilangkan. 

Dan karena siklus tegangan yang saling bertukar ini, medan magnet di pusat inti besi terus berubah baik besar maupun arahnya.

Kesimpulannya dengan menggunakan pengaturan ini,

• Kami telah mengembangkan area konsentrasi medan magnet di pusat inti besi.
• Intensitas medan magnet pada celah udara terus berubah baik besar maupun arahnya.
• Bidang mengikuti bentuk gelombang tegangan sinusoidal AC.

Hukum Faraday Induksi Elektromagnetik

Menurut hukum Faraday  besar gaya gerak listrik induksi dalam suatu kumparan sama dengan perubahan fluks magnetik di bagi dengan perubahan waktu

Ini terjadi karena medan magnet yang terus berubah adalah persyaratan paling dasar dan penting untuk induksi elektromagnetik.

Kita mempelajari hukum ini karena Motor induksi bekerja berdasarkan prinsip hukum induksi elektromagnetik Faraday.

Sekarang untuk mempelajari fenomena induksi elektromagnetik, mari kita perhatikan pengaturannya di bawah ini.

• Sebuah konduktor diambil dan dibentuk menjadi persegi dengan kedua ujungnya dihubung pendek.
• Batang logam dipasang di tengah kotak konduktor yang bertindak sebagai sumbu pengaturan.
• Sekarang kotak konduktor dapat berputar bebas di sepanjang sumbu dan disebut rotor.
• Rotor ditempatkan di tengah celah udara agar loop konduktor dapat mengalami medan maksimum yang dihasilkan oleh kumparan rotor.

Kita tahu menurut hukum induksi elektromagnetik Faraday, 'ketika medan magnet yang bervariasi memotong konduktor logam, maka EMF atau tegangan akan diinduksi dalam konduktor'.

Sekarang, mari kita terapkan hukum ini untuk memahami cara kerja motor Induksi:

• Menurut hukum induksi elektromagnetik ini, EMF harus diinduksi dalam konduktor rotor yang ditempatkan di tengah karena perubahan medan magnet yang dialaminya.
• Karena EMF yang diinduksi dan konduktor dihubung pendek, arus mengalir di seluruh loop seperti yang ditunjukkan pada gambar.
• Inilah kunci kerja motor Induksi, Kita tahu menurut hukum Lenz konduktor pembawa arus menghasilkan medan magnet di sekitarnya yang intensitasnya sebanding dengan besarnya arus.
• Karena hukumnya universal maka loop konduktor rotor juga harus menghasilkan medan magnet karena arus mengalir melaluinya karena induksi elektromagnetik.
• Jika kita menyebut medan magnet yang dihasilkan oleh belitan stator dan penyetelan inti besi sebagai Main flux atau Stator flux. 
• Kemudian kita dapat menyebut medan magnet yang dihasilkan oleh loop konduktor rotor sebagai fluks Rotor.
• Karena interaksi antara fluks Utama dan fluks Rotor, gaya dialami oleh rotor, Gaya ini mencoba melawan induksi EMF ke dalam rotor dengan mengatur posisi rotor, Maka kita akan mengalami pergerakan pada posisi poros saat ini.
• Sekarang medan magnet terus berubah karena tegangan bolak-balik gaya juga terus menyesuaikan posisi rotor terus menerus tanpa henti.
• Jadi rotor terus berputar karena tegangan bolak-balik dan dengan demikian maka akan memiliki keluaran mekanis pada poros atau sumbu rotor.

Dengan itu, kita sudah mengetahui bagaimana induksi Elektromagnetik ke dalam rotor dan di dapatkan keluaran mekanis pada poros, Maka nama yang diberikan untuk penyetelan ini disebut Motor Induksi.
Selama ini yang kita bahas adalah prinsip kerja motor induksi tetapi perlu diingat bahwa teori dan prakteknya berbeda. Dan untuk kerja motor induksi diperlukan penyetelan tambahan yang akan kita bahas dibawah ini.

Motor Induksi Satu Fasa

Motor Induksi yang bekerja dengan daya AC satu fasa disebut Motor Induksi Satu Fasa.

Saluran listrik yang tersedia untuk kita di rumah adalah saluran listrik fase tunggal 240V / 50Hz AC dan motor Induksi yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari di rumah kita disebut Motor Induksi Satu Fase.

Untuk lebih memahami prinsip kerja motor induksi satu fasa, mari kita lihat konstruksi Motor Induksi Satu Fasa.

Di Sini,

• Kami akan mengambil beberapa konduktor dan memasangnya pada poros yang berputar bebas seperti yang ditunjukkan pada gambar.
• selanjutnya, kita sambungkan dengan menyingkat ujung semua konduktor dengan cincin logam sehingga menciptakan beberapa loop konduktor yang telah kami pelajari sebelumnya.
• Pengaturan rotor ini terlihat seperti sangkar tupai jika dilihat lebih dekat dan karenanya disebut Motor Induksi sangkar tupai, mari kita lihat struktur 3D rotor sangkar tupai.

• Stator yang dianggap sebagai besi utuh sebenarnya adalah sekumpulan lembaran besi tipis yang ditumpuk menjadi satu. Besi itu di rapatkan dengan erat ditekan bersama sehingga benar-benar tidak ada udara, Kami menggunakan tumpukan lembaran besi sepotong besi tunggal untuk alasan yang sama kami menggunakan lembaran besi yang digulung dalam kasus transformator daya yaitu untuk mengurangi kehilangan besi, Dengan menggunakan metode susun, maka akan mengurangi kehilangan daya secara signifikan sambil mempertahankan kinerja yang sama.

Cara kerja penyetelan ini mirip dengan penyetelan yang digunakan dalam menjelaskan prinsip kerja motor induksi.

• Pertama, kita akan memberikan tegangan AC dan karena tegangan ini, arus mengalir melalui belitan belitan stator pada segmen atas dan bawah.
• Karena arus, medan magnet dihasilkan pada belitan atas dan bawah.
• Sebagian besar lembaran besi bertindak sebagai media inti untuk membawa medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan.
• Medan magnet bolak-balik yang dibawa oleh inti besi ini terkonsentrasi di celah udara pusat karena desain struktural yang disengaja.
• Sekarang karena rotor ditempatkan di celah udara ini, konduktor korsleting yang terpaku pada rotor juga mengalami medan bolak-balik ini.
• Karena medan, arus diinduksi dalam konduktor rotor.
• Karena arus melewati konduktor rotor, medan magnet juga akan dihasilkan di sekitar rotor.
• Setelah interaksi antara medan magnet rotor yang dihasilkan dan medan magnet stator, sebuah gaya dialami oleh rotor.
• Gaya ini menggerakkan rotor sepanjang sumbu dan dengan demikian kita akan memiliki gerak rotasi.
• Karena tegangan terus berubah menjadi tegangan sinusoidal, rotor juga terus berputar terus menerus sepanjang sumbunya. 
• Dengan demikian kita akan memiliki output mekanis yang kontinu untuk tegangan input satu fasa yang diberikan.

Meskipun kami berasumsi bahwa rotor akan berputar secara otomatis setelah daya diberikan ke motor satu fasa, ternyata tidak demikian. 

Karena medan yang dihasilkan oleh motor induksi satu fasa adalah medan magnet bolak-balik dan bukan medan magnet putar. 

Jadi pada saat start motor, rotor terkunci pada posisinya karena gaya yang dialaminya karena koil bawah dan koil atas akan sama besarnya dan berlawanan arah. 

Jadi pada awalnya, gaya total yang dialami rotor adalah nol, Untuk menghindari hal ini, kami akan menggunakan belitan bantu untuk motor induksi agar menjadi motor yang dapat memulai sendiri. 

Belitan bantu ini akan memberikan medan yang diperlukan untuk membuat rotor bergerak di awal. 

Contoh untuk kasus ini adalah kipas angin listrik yang kita lihat dalam kehidupan sehari-hari, yang merupakan start kapasitor dan menjalankan motor induksi dengan belitan bantu yang dihubungkan secara seri dengan kapasitor.

Motor Induksi Tiga Fasa

Motor Induksi yang bekerja dengan tenaga listrik AC tiga fasa disebut Motor Induksi Tiga Fasa. Biasanya, Motor Induksi Tiga Fasa digunakan di industri dan tidak cocok untuk aplikasi rumahan.

Saluran listrik yang tersedia untuk industri adalah 400V/50Hz Tiga fase listrik AC empat baris dan motor Induksi yang bekerja pada suplai ini di industri disebut Motor Induksi Tiga Fase.

Untuk lebih memahami prinsip kerja motor induksi tiga fasa mari kita lihat konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa.

Di Sini,

• Belitan fase A dimulai dari segmen atas diikuti oleh segmen bawah seperti yang ditunjukkan pada gambar.
• Sedangkan untuk dua ujung Fasa, belitan satu dihubungkan ke saluran listrik Fasa A dari catu daya tiga fasa sedangkan ujung lainnya dihubungkan ke netral dari catu daya tiga fasa empat saluran yang sama. Ini dimungkinkan karena dalam catu daya tiga fase empat saluran, kami memiliki tiga saluran pertama yang membawa tiga tegangan saluran sedangkan saluran keempat netral.
• Belitan dua fase lainnya mengikuti pola yang sama seperti Fase A, Di kedua ujung belitan Fase B, satu terhubung ke saluran listrik Fase B dari catu daya tiga fase sementara ujung lainnya terhubung ke netral dari tiga fase yang sama, catu daya empat jalur.
• Struktur rotor mirip dengan sangkar tupai dan merupakan jenis rotor yang sama yang digunakan pada motor induksi satu fasa.

Sekarang jika kita memberikan tenaga listrik ke belitan stator tiga fasa maka arus mulai mengalir di ketiga belitan. 

Karena aliran arus ini, medan magnet akan dihasilkan oleh kumparan dan medan ini akan mengalir melalui jalur resistivitas magnetik yang lebih kecil yang disediakan oleh inti yang dilaminasi. 

Di sini struktur motor dirancang sedemikian rupa sehingga medan magnet yang dibawa oleh inti terkonsentrasi pada celah udara di tengah tempat rotor ditempatkan. 

Jadi medan magnet yang dipusatkan oleh inti di celah tengah mempengaruhi konduktor di rotor sehingga menginduksi arus di dalamnya.

Di hadapan arus konduktor, rotor juga menghasilkan medan magnet yang berinteraksi dengan medan stator pada waktu tertentu, Dan karena interaksi ini rotor mengalami gaya yang menyebabkan putaran motor.

Di sini medan magnet yang dihasilkan oleh stator adalah tipe berputar karena daya tiga fasa, tidak seperti tipe bolak-balik yang kita bahas pada motor satu fasa.

Dan karena medan magnet yang berputar ini, rotor mulai berputar dengan sendirinya meskipun tidak ada dorongan awal. 

Hal ini menjadikan motor Tiga Fasa sebagai tipe self-starting dan kami tidak memerlukan belitan tambahan untuk motor jenis ini.

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Bagikan Artikel ini