Motor induksi banyak digunakan diberbagai sektor, mulai dari rumah tangga sampai industri. Alasan yang mendasari hal tersebut adalah beberapa keuntungan dari penggunaan motor induksi. Beberapa keuntungan tersebut adalah
- Murah, konstruksi yang kokoh, sederhana
- Mudah dalam perawatan dan biaya perawatan lebih murah
- Efisiensi tinggi dalam keadaan normal (rugi gesekan kecil karena tanpa sikat)
Tetapi ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dari penggunaan motor induksi yaitu
- Kecepatan motor tidak mudah untuk dikontrol
- Arus mula motor biasanya 6 kali dari arus nominal
- Faktor daya rendah pada beban yang ringan
Motor induksi tergolong motor AC yang terdiri dari lilitan/kumparan stator (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang berputar). Lilitan pada stator disuplai oleh tegangan AC yang menghasilkan tegangan induksi pada lilitan rotor, layaknya induksi pada transformer. Hal tersebut memungkinkan munculnya kutub ganda (North/South) dan menghasilkan pola medan magnet di udara. Medan magnet tersebut menentukan kerapatan fluks (flux density) sinusoidal di udara, seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini.
- Murah, konstruksi yang kokoh, sederhana
- Mudah dalam perawatan dan biaya perawatan lebih murah
- Efisiensi tinggi dalam keadaan normal (rugi gesekan kecil karena tanpa sikat)
Tetapi ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dari penggunaan motor induksi yaitu
- Kecepatan motor tidak mudah untuk dikontrol
- Arus mula motor biasanya 6 kali dari arus nominal
- Faktor daya rendah pada beban yang ringan
Motor induksi tergolong motor AC yang terdiri dari lilitan/kumparan stator (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang berputar). Lilitan pada stator disuplai oleh tegangan AC yang menghasilkan tegangan induksi pada lilitan rotor, layaknya induksi pada transformer. Hal tersebut memungkinkan munculnya kutub ganda (North/South) dan menghasilkan pola medan magnet di udara. Medan magnet tersebut menentukan kerapatan fluks (flux density) sinusoidal di udara, seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini.
Torsi merupakan besarnya usaha yang dilakukan untuk memutar benda pada porosnya. Torsi merupakan perkalian vektor cross product. Nilai torsi maksimum didapat saat gaya F tegak lurus dengan jari-jari r atau sin (90) = 1. Torsi yang menyebabkan benda berputar dan berhenti jika ada usaha yang melawan gaya sentrifugal dengan besar yang sama.
Cara mengukur torsi motor dengan menggunakan beban.
Torsi Mekanik
T = r x F
T = |r| |F| sin (theta)
T = b x F [N.m]
T = w x b [N.m]
dengan T = torsi [N.m]
b = jarak gaya dengan porosnya [m]
F = gaya sentrifugal [N]
w = berat, m.g [N]
Arah torsi pada propeler di quadcopter.
Torsi juga dapat dihitung dari melalui persamaan lain.
P = T/t
T = L.F
P = F (L/t)
v = L/t
Dalam satu putaran penuh, L = 2.π.r
v = n.2.π.r
P = n.2.π.r.F
P = n.2.π.T [N.m/menit atau Watt]
P = N.m/menit jika T dalam N.m
Untuk Daya Listrik
P = (2.π.n.T)/(60.1000) [kW]
Dimana 60 adalah 60 detik
1000 N.m/detik = 1 kW
P = n.T / 9549 [kW]
dengan P = daya keluaran motor [Watt]
T = torsi motor yang dihasilkan [N.m]
L = jarak yang ditempuh dalam satu putaran poros [m]
v = kecepatan [m/s]
r = jari-jari motor [m]
F = gaya yang diberikan [N]
Torsi Elektromagnetik
P = T x ω [Watt]
P = T x 2π x ω(rpm) [Watt]
P(kW) = T x 2π x ω(rpm)/6000 [kW]
6000 = (60 detik).(1000W)
P(HP) = T(lbs.ft) x ω(rpm) / 5252 [HP]
dengan P = daya [Watt atau HP]
T = torsi [N.m atau lbs.ft]
ω = kecepatan angular [rad/s atau rpm]
Garis gaya fluks dari medan magnet yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya yang akan menimbulkan tegangan induksi emf (ggl) [Faraday Law]. Arus yang mengalir pada kumparan rotor berada dalam medan putar stator dan menghasilkan garis gaya fluks, dan menyebabkan kumparan rotor mengalami gaya Lorentz yang berpasangan dan berlawanan arah [Lorentz Law]. Gaya Lorentz tersebut menimbulkan torsi dan cenderung menggerakkan rotor sesuai dengan arah pergerakan dari medan induksi stator.
Penentuan Torsi berdasarkan hukum Lorentz.
T = r x F dengan F adalah B.i.L
Terdapat dua jenis rotor pada motor induksi yaitu wound dan squirrel cage.
Squirrel Cage
Motor induksi akan berputar jika terdapat slip, yaitu perbedaan nilai kecepatan sinkron dengan kecepatan rotor. Nilai kecepatan sinkron didapat dari
dengan ωs = kecepatan sinkron [rad/s atau rpm]
ω = kecepatan, 2.π.f [rad/s]
f = frekuensi [Hz]
p = jumlah pole
Sedangkan besarnya slip adalah
dengan s = slip motor
ωs = kecepatan sinkron [rad/s]
ωr = kecepatan rotor [rad/s]
ns = kecepatan sinkron [rpm]
nr = kecepatan rotor [rpm]
Jika tegangan tiap fasa pada stator, vs = √2 Vs sin ωt, maka fluks yang dihasilkan pada rotor adalah
Rashid, Muhammad H. 2004. Power Electronics Circuit, Device, and Applications, 3rd ed. United States of America : Pearson Prentice Hall.
Jika tegangan tiap fasa pada stator, vs = √2 Vs sin ωt, maka fluks yang dihasilkan pada rotor adalah
Sehingga, tegangan induksi tiap fasa pada rotor adalah
dengan Nr = jumlah lilitan pada tiap fasa rotor
ωm = kecepatan putar rotor atau frekuensi (Hz)
δ = posisi relatif rotor
Er = nilai rms tegangan induksi pada rotor tiap fasa [V]
Em = nilai puncak tegangan induksi pada rotor tiap fasa [V]
Dalam hukum Faraday dinyatakan bahwa
Jika medan magnet berosilasi sinusoidal dengan frekuensi f, dan bentuk rangkaian sama, maka besarnya fluks magnetik yang dihasilkan adalah
Besarnya tegangan induksi dan arus di rotor linier dengan besarnya slip. Sehingga Torsi memiliki hubungan yang linier dengan slip.
Rangkaian Ekivalen untuk Satu Fasa
dengan
