Macam – Macam Motor Listrik

Beritawarganet.com – Macam–Macam Motor Listrik Tahukah Anda apa itu motor listrik? Sejak ditemukan dan dikembangkan, motor listrik telah menjadi teknologi yang sangat berguna dan dibutuhkan dalam dunia modern saat ini. Motor listrik digunakan sebagai sumber tenaga penggerak yang banyak dimanfaatkan dalam instalasi rumah tangga, industri, dan transportasi.

Penggunaannya sangat luas karena motor listrik memiliki harga yang terjangkau dan relatif mudah dalam pengoperasiannya.

A. Pengertian Motor Listrik

Motor listrik adalah suatu peralatan yang mengubah 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.

Jika sebuah penghantar (kawat) berada di antara kutub N dan S pada magnet permanen kemudian dialiri arus listrik, maka garis gaya magnet pada bagian atas kawat akan lebih kecil karena arah fluks magnet dari magnet permanen berlawanan arah dengan fluks magnet yang dihasilkan oleh arus listrik pada kawat. Sebaliknya, garis gaya magnet pada bagian bawah kawat akan lebih besar karena arah kedua fluks magnet tersebut sama. Oleh sebab itu, kawat akan terdorong ke arah atas. Gaya yang mendorong ini disebut gaya elektromagnetik.

B. Macam–Macam Motor Listrik

1. Motor Arus Searah (DC – Direct Current)

Motor arus searah adalah mesin yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis. Prinsip pengoperasiannya mirip dengan generator arus searah. Motor DC digunakan dalam aplikasi khusus yang memerlukan torsi awal tinggi atau percepatan yang tetap untuk berbagai kecepatan.

• Stator: kumparan medan (bagian tidak berputar)

• Rotor: kumparan jangkar (bagian berputar)

Ketika kumparan jangkar berputar dalam medan magnet, timbul tegangan (GGL) bolak-balik. Dengan bantuan komutator, tegangan dibalik fasa-nya sehingga menghasilkan arus searah pada kumparan jangkar.

Jenis-jenis Motor DC:

a. Motor Sumber Daya Terpisah (Separately Excited)
Arus medan disuplai dari sumber terpisah.

b. Motor Shunt (Self Excited)
Gulungan medan dihubungkan paralel dengan gulungan dinamo.

• Kecepatan relatif konstan terhadap beban.

• Dapat dikendalikan dengan memasang tahanan seri (untuk menurunkan kecepatan) atau tahanan pada arus medan (untuk menambah kecepatan).

c. Motor Seri
Gulungan medan dihubungkan seri dengan gulungan dinamo.

• Kecepatan dibatasi hingga 5000 RPM.

• Tidak boleh dijalankan tanpa beban karena bisa mempercepat tidak terkendali.

• Cocok untuk aplikasi yang memerlukan torsi awal tinggi.

d. Motor Kompon (Gabungan)
Gabungan motor shunt dan seri. Gulungan medan dihubungkan paralel dan seri dengan dinamo.

• Memiliki torsi awal yang bagus dan kecepatan yang stabil.

• Semakin besar persentase gulungan seri, semakin tinggi torsi awalnya.

2. Motor Arus Bolak-Balik (AC – Alternating Current)

Motor AC adalah mesin yang mengubah energi listrik AC menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.

Jenis-jenis Motor AC:

a. Motor Tiga Fasa

1. Motor Sinkron

• Mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.

• Kumparan jangkar berada di stator, dan kumparan medan di rotor.

• Rotor dialiri arus DC melalui cincin dan sikat.

• Mirip dengan generator sinkron, namun pada motor sinkron statornya diberi tegangan untuk memutar rotor.

2. Motor Asinkron (Induksi)

• Energi listrik diubah menjadi energi mekanik secara induksi.

• Terdiri dari stator (diam) dan rotor (berputar).

• Kumparan rotor tidak menerima arus langsung, melainkan melalui induksi seperti transformator.

• Banyak digunakan di industri karena konstruksi sederhana dan tahan lama.

Contoh: Motor Induksi 3 Fasa

• Menghasilkan medan magnet berputar dari arus tiga fasa.

• Memiliki rotor kandang tupai (90% dari jenis ini).

• Dapat menyala sendiri dan memiliki daya besar.

• Banyak digunakan dalam: pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik, grinder, dll.

• Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan HP.

Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa

Ketika sumber tegangan tiga fasa dipasang pada kumparan stator, maka akan timbul medan putar dengan kecepatan:

ns = 120f / P
Keterangan:

• ns = kecepatan sinkron

• f = frekuensi sumber

• P = jumlah kutub

Medan putar stator ini akan memotong konduktor pada sisi rotor, sehingga pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi (ggl) sebesar:

E2s = 44,4 f N Φ
Keterangan:

• E2s = tegangan induksi

• f = frekuensi

• N = jumlah lilitan

• Φ = fluks magnet

Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka tegangan induksi akan menghasilkan arus (I). Adanya arus dalam medan magnet akan menimbulkan gaya (F) pada rotor. Jika torsi yang dihasilkan oleh gaya ini cukup besar untuk memikul torsi beban, maka rotor akan berputar searah dengan arah medan putar stator.

Agar tegangan induksi (E2s) tetap muncul, diperlukan perbedaan antara kecepatan medan putar stator (ns) dan kecepatan putar rotor (nr). Perbedaan ini disebut slip (S), dengan rumus:

S = (ns – nr) / ns × 100%

Jika ns = nr, maka tidak akan ada tegangan yang terinduksi dan arus tidak mengalir pada rotor, sehingga tidak timbul torsi. Motor akan menghasilkan torsi apabila ns > nr.

Keuntungan Motor Induksi 3 Fasa:

1. Bentuk sederhana dan konstruksi kuat

2. Harga relatif murah dan dapat diandalkan

3. Efisiensi tinggi saat berputar normal

4. Tidak memerlukan sikat, sehingga rugi-rugi daya karena gesekan dapat dikurangi

5. Tidak memerlukan perangkat tambahan untuk start dan tidak harus sinkron

Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa

Motor induksi 1 fasa disuplai oleh sumber AC satu fasa. Ketika tegangan diberikan pada kumparan stator, arus mengalir dan menghasilkan fluks utama. Fluks ini membentuk medan magnet di stator.

Misalkan rotor diputar sedikit terlebih dahulu. Karena ada pergerakan relatif antara rotor dan medan fluks stator, maka timbul tegangan induksi (ggl) pada rotor, sesuai dengan hukum Faraday. Jika rotor terhubung dengan beban, arus akan mengalir dalam rotor (disebut arus rotor), yang kemudian menghasilkan fluks rotor.

Interaksi antara fluks stator dan fluks rotor inilah yang menyebabkan rotor dapat terus berputar. Namun, pada kondisi awal, rotor harus diberi dorongan awal, karena tanpa pergerakan relatif, tidak akan timbul ggl (menurut hukum Faraday).

Arus stator menghasilkan fluks utama, sedangkan arus rotor menghasilkan fluks rotor. Keduanya menghasilkan gaya sesuai hukum Lorentz. Karena besarnya fluks stator dan rotor relatif sama tetapi arahnya berlawanan, gaya yang dihasilkan pun berlawanan arah, sehingga saling meniadakan. Oleh karena itu, motor perlu diputar sedikit terlebih dahulu agar salah satu gaya lebih dominan dan rotor dapat mulai berputar.

Jenis-Jenis Motor Induksi 1 Fasa

Motor induksi 1 fasa biasanya memiliki daya kurang dari 1 HP dan banyak digunakan untuk aplikasi rumah tangga seperti kipas angin dan pompa air.

Berdasarkan cara kerjanya, motor ini dibagi menjadi beberapa jenis, antara lain:

1. Motor Fase Belah (Split Phase Motor)
   Memiliki kumparan utama dan kumparan bantu yang terhubung paralel. Keduanya memiliki perbedaan fasa sekitar 90° listrik. Konfigurasi ini memungkinkan terciptanya medan putar awal untuk menggerakkan rotor.

Motor Induksi Fase Belah (Split Phase Motor)

Motor ini memperlihatkan letak kumparan utama dan kumparan bantu yang diatur berjarak 90° listrik. Hubungan arus dan tegangan pada kumparan tersebut diatur agar perbedaan fasa antara arus kumparan bantu dan kumparan utama mendekati 90° listrik. Dengan cara ini, kumparan motor seolah-olah bekerja seperti motor induksi dua fasa, sehingga mampu menghasilkan medan magnet berputar dan motor dapat berputar sendiri (self-starting).

Pada motor fase belah:

• Kumparan utama memiliki tahanan murni rendah dan reaktansi tinggi.

• Kumparan bantu memiliki tahanan murni tinggi dan reaktansi rendah, sering ditambah tahanan eksternal secara seri (disebut motor resistor) dengan kawat berdiameter kecil.

Jika pada kumparan bantu dipasang kapasitor, maka disebut sebagai motor kapasitor. Motor fase belah biasa disebut sebagai motor resistor, sedangkan motor kapasitor umumnya tidak disebut motor fase belah karena perbedaan fasanya mendekati 90°, membuat kerjanya mirip motor induksi dua fasa.

Untuk memutuskan arus pada kumparan bantu, digunakan saklar pemutus ‘S’ yang terhubung seri. Saklar ini secara otomatis akan memutus arus saat motor mencapai 75% kecepatan penuh. Jenis saklar yang digunakan biasanya adalah saklar sentrifugal, dan untuk lemari es digunakan rele.

Motor Kapasitor

Motor kapasitor merupakan bagian dari motor fase belah, namun perbedaannya terletak pada penggunaan kapasitor saat start. Kapasitor dipasang seri dengan kumparan bantu untuk menghasilkan torsi awal yang lebih besar.

Motor kapasitor digunakan pada:

• Kipas angin

• Kompresor kulkas

• Pompa air

• Mesin cuci, dll.

Jenis Motor Kapasitor

a) Capacitor Start Motor
Menggunakan kapasitor hanya saat start, disambung seri dengan kumparan bantu. Memberikan torsi awal yang tinggi. Banyak digunakan pada fan, AC, pompa, mesin cuci, dan penggerak kompresor.

b) Capacitor Start – Capacitor Run Motor
Menggunakan dua kapasitor:

• Capacitor start: digunakan saat start, dilepas setelah motor mencapai 75% kecepatan nominal.

• Capacitor run: tetap terhubung selama motor bekerja.

Keunggulan:

1. Meningkatkan kemampuan motor terhadap beban lebih.

2. Memperbesar faktor daya (cos φ).

3. Memperbesar torsi awal.

4. Putaran motor lebih halus.

Umumnya digunakan pada motor satu fasa berdaya besar (1–10 HP), seperti: kompresor udara, pompa vakum, dan aplikasi torsi tinggi lainnya.

c) Permanent Capacitor Motor
Menggunakan satu kapasitor tetap yang selalu terhubung dengan kumparan bantu. Torsi awalnya lebih rendah dibandingkan jenis sebelumnya, namun memiliki pengoperasian yang stabil dan efisien.

Motor Kutub Bayangan (Shaded Pole Motor)

Motor ini menggunakan kutub magnet stator yang dibelah dan diberi cincin pada bagian kecilnya (kutub bayangan), sementara bagian besarnya disebut kutub pokok. Rotor yang digunakan adalah jenis sangkar tupai. Cocok untuk aplikasi kecil seperti kipas angin kecil dan alat rumah tangga.

Motor Non-Induksi Satu Fasa

1. Motor Universal

Merupakan motor seri yang dapat beroperasi dengan sumber AC maupun DC. Hal ini dimungkinkan karena sudut momen kopel dibuat tetap oleh posisi sikat (brush), umumnya pada posisi 90°.

• Daya: 10–300 Watt.

• Ciri khas: Mampu menyesuaikan kecepatan berdasarkan beban.

  • Beban ringan → kecepatan tinggi, torsi kecil.

  • Beban berat → kecepatan rendah, torsi besar.

Aplikasi: Mesin jahit, bor, mixer, blender, dll.

a) Karakteristik

Motor universal mirip motor DC seri, terutama dalam hal torsi dan pengaturan kecepatan terhadap beban.

b) Pengaturan Kecepatan

Dilakukan dengan mengatur besar tegangan (baik AC maupun DC) yang diberikan. Semakin besar tegangan, semakin tinggi kecepatan. Pengaturan tegangan ini umumnya menggunakan thyristor.

Pilihlah salah satu jawaban pertanyaan di bawah ini! yang Anda anggap benar.

Dibawah ini adalah contoh soal dan contoh jawaban versi beritawarganet.com adapun bila ada kesalahan terkait saran jawaban bukan tanggung jawab kami, kroscek ulang dengan guru maupun dosen dan diskusikan hasilnya.

1. Sebuah motor DC mempunyai kerapatan medan magnet 0,8 T. Di bawah pengaruh medan magnet terdapat 400 kawat penghantar dengan arus 10A. Jika panjang penghantar seluruhnya 150 mm, tentukan gaya yang ada pada armature …

A. 150 Ws/ m.
B. 180 N
C. 400 Ws/ m
D. 480 N

Untuk menyelesaikan soal ini, kita gunakan rumus gaya Lorentz pada penghantar yang dialiri arus di dalam medan magnet:

Keterangan:

• $F$ = gaya (N)

• $B$ = kerapatan medan magnet (T)

• $I$ = arus listrik (A)

• $l$ = panjang kawat (m)

• $N$ = jumlah kawat

Diketahui:

✅ Jawaban yang benar: D. 480 N