BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan
akan mesin penggerak yang lebih hemat energy dan ramah lingkungan telah menjadi
sebuah alasan untuk terciptanya motor listrik. Dalam kehidupan kita saat ini
hampir setiap perkakas dalam kehidupan kita selalu dilengkapi dengan motor
listrik. Dari mulai mesin cuci pompa air, hair dryer, kipas angin, printer,
komputer, pendingin ruangan dan masih banyak lagi. Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi
listrik disebut generator atau dinamo.
Pada motor listrik tenaga
listrik diubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah
tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai
elektromagnetik.. Elektromagnetik timbul sebagai hasil induksi lilitan kumparan
kawat tembaga. Setiap desain motor listrik memiliki perbedaan jumlah lilitan
kebutuhan tegangan yang berbeda. Atas dasar inilah penulis tertarik untuk
meneliti pengaruh jumlah lilitan kumparan dan tegangan masuk terhadap pada
motor listrik. Tetapi karena keterbatasan peneliti maka motor listrik yang akan
dijadikan objek penelitian adalah motor listrik sederhana.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar
belakang masalah yang telah diuraikan diatas, maka dapat dirumuskan masalah
sebagai berikut:
1.
Bagaimana
pengaruh jumlah lilitan kumparan pada rotasi motor lisrik sederhana?
2.
Bagaimana
pengaruh besar nilai tegangan masuk terhadap rotasi motor listrik sederhana?
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan
rumusan masalah diatas, yang menjadi tujuan penelitian ini adalah:
1. Menjelaskan pengaruh jumlah lilitan
kumparan pada rotasi motor lisrik sederhana.
2. Menjelaskan pengaruh besar nilai tenggangan masuk
terhadap rotasi motor listrik sederhana.
.
BAB
II
LANDASAN
TEORI
2.1 Pengertian Motor Listrik
Sebuah
motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Kebanyakan motor
listrik beroperasi melalui interaksi medan magnet dan konduktor pembawa arus
untuk menghasilkan kekuatan, meskipun motor elektrostatik menggunakan gaya
elektrostatik. Proses sebaliknya, menghasilkan energi listrik dari energi
mekanik, yang dilakukan oleh generator seperti alternator, atau dinamo. Banyak
jenis motor listrik dapat dijalankan sebagai generator, dan sebaliknya.Motor
listrik dan generator yang sering disebut sebagai mesin-mesin listrik.
Motor
listrik DC (arus searah) merupakan salah satu dari motor DC. Mesin arus searah
dapat berupa generator DC atau motor DC. Generator DC alat yang mengubah energi
mekanik menjadi energi listrik DC. Motor DC alat yang mengubah energi listrik
DC menjadi energi mekanik putaran. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai
generator atau sebaliknya generator DC dapat difungsikan sebagai motor DC.
Pada motor DC kumparan medan disebut
stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian
yang berputar). Jika tejadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan
magnet, maka akan timbul tagangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap
setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik.
Prinsip dari arus searah adalah
membalik phasa negatif dari gelombang sinusoidal menjadi gelombang yang
mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang
berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan
magnet,dihasilkan tegangan (GGL).
2.2 Prinsip Kerja Motor Listrik
§ Arus listrik dalam medan magnet akan
memberikan gaya
§ ika kawat yang membawa arus
dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada
sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
§ Pasangan gaya menghasilkan tenaga
putar/ torque untuk memutar kumparan.
§ Motor-motor memiliki beberapa loop
pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan
magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.
Dalam
memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor listrik. Beban mengacu kepada keluaran
tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya
dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004) :
§ Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan
keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya
tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary
kilns, dan pompa displacement konstan.
§ Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque
yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque
adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
§ Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan
torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk
beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
2.1 Prinsip kerja motor listrik
2.3 Hukum Fisika Mengenai Motor Listrik
Agar
saat ini dapat diperoleh dari rangkaian listrik, sebuah gaya gerak listrik
(tegangan) harus dibangun dan dipertahankan antara kedua ujung rangkaian. Gaya
gerak listrik ini dapat dibentuk dalam beberapa cara, salah satunya adalah
melalui generator elektromagnetik.
Michael Faraday menemukan bahwa potensial listrik dapat dibuat antar
ujung-ujung sebuah konduktor dalam tiga cara berikut:
·
Oleh
sebuah konduktor bergerak atau memotong medan magnet stasioner. (DC Generator)
·
Dengan
yang bergerak memotong medan magnet stasioner konduktor. (AC Generator)
·
Oleh
perubahan dalam jumlah garis-garis magnetik yang dilingkupi oleh loop atau
kumparan stasioner. (Transformer)
Hukum Faraday menyatakan bahwa, “EMF
(gaya gerak listrik) induksi di antara ujung-ujung sebuah loop atau kumparan
sebanding dengan laju perubahan fluks magnet yang dilingkupi oleh kumparan;
atau EMF terinduksi antara ujung-ujung sebuah bar konduktor sebanding dengan
waktu tingkat di mana fluks magnet dipotong oleh kondektur. “
Undang-undang ini menekankan laju
perubahan atau menilai atau memotong fluks daripada kepadatan atau luas medan
magnet.
2.
Hukum Lenz
Hukum Lenz menyatakan bahwa, “Suatu
perubahan dalam fluks magnet yang melewati atau menghubungkan dengan, satu
lingkaran atau menyebabkan kumparan induksi EMF harus dalam arah yang akan
menentang setiap perubahan dalam kondisi sirkuit, oposisi ini diproduksi
magnetis ketika arus mengalir sebagai tanggapan terhadap induced EMF”.
Setiap kali ada perubahan arus dalam
sebuah magnetizing koil, yang bekerja untuk mengubah fluks pada kumparan,
tegangan diinduksikan yang cenderung untuk mencegah perubahan. Jadi, jika kita
mencoba untuk mengurangi arus yang mengalir dalam kumparan magnetizing,
tegangan akan dikembangkan yang akan cenderung tetap tidak berubah saat ini.
Demikian juga, jika kita berusaha untuk mendirikan sebuah arus dalam sebuah
kumparan magnetizing, tegangan akan dikembangkan yang akan cenderung untuk
menjaga arus dari meningkat.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1
Jenis Penelitian
Metode yang digunakan oleh peneliti
adalah metode perbandingan eksperimen.
Metode perbandingan eksperimen adalah cara penyajian pelajaran
dimana siswa melakukan percobaan dengan mengalami dan membuktikan sendiri
sesuatu yang dipelajari. Siswa dituntut untuk mengalami sendiri, mencari
kebenaran. Dengan
merangkai alat kemudian diuji coba dalam sebuah percobaan..
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan
bahan yang digunakan dalam penelitian ini antarlain:
1. Kawat tembaga
2. magnet
3. Adaptor
4. Tang
5. Kabel
6. Papan
3.3 Prosedur Percobaan
Untuk
mempermudah proses penelitian maka penelitian akan dilaksanakan berdasarkan
prosedur berikut ini:
a. Menyiapkan alat dan bahan
b. Gulung kawat tembaga menjadi tiga
gulungan berbeda masing adalah 20, 40, dan 60 lilitan.
c. Bangun sebuah motor listrik
sederhana
d. Uji setiap gulungan dengan tegangan
3volt dan catat hasilnya
e. Lakukan kembali langkah 4 tetapi
naikan tegangan menjadi 6 volt
f. Ulangi kembali dan naikan tegangan menjadi 9 volt
3.4 Waktu
dan Tempat Penelitian
Penelitian ini akan dilaksanakan pada tanggal 22 November
2015. Dana penelitian akan dilakukan di
rumah peneliti di Desa Nusabakti, Kecamatan Belitang III OKU Timur.
BAB
IV
Hasil dan Pembahasan
4.1
Hasil Penelitian
Setelah
menjalankan prosedur penelitian dan mencatat setiap hasil pengamatan pada
setiap sampel keping tembaga. Dengan perbedaan perlakuan pemberian
teganganmulai dari 3, dan12 volt arus DC (searah), dan jumlah lilitan maka
didapat hasil yang tersaji dalam tabel berikut ini :
|
No
|
Lilitan
|
Tegangan
|
Gerakan kuparan
|
|
1
|
L1
|
3
volt
|
Terjadi gerakan kotraksi beberapa
saat lalu berhenti
|
|
12
volt
|
Berputar cepat
|
||
|
2
|
L2
|
3
volt
|
Terjadi gerakan kontraksi sekali
lalu berhenti
|
|
12
volt
|
Berputar lambat
|
||
|
3
|
L3
|
3
volt
|
Tidak terjadi gerakan
|
|
12
volt
|
Terjadi gerakan kontraksi sekali
lalu berhenti
|
Tabel hasil penelitian
Keterangan:
L1 =
kumparan 40 lilitan
L2 =
kumparan 60 lilitan
L3 =
kumparan 80 lilitan
4.2
Pembahasan
Dari tabel penelitianyang telah disajika dapat kita
ketahu jika, pada perlakuan daya 3 volt seluruh kumparan tidak dapat berputar,
tetapi dapat dikatui jika pada L1 ada kontraksi yang agak lama dihasilkan dan pada L2 hanya sekali
sementara L3 tidak terjadi gerakan apapun. Namun ketika daya dinaikan menjadi
12 volt maka kumparan L1 segera berputar dengan sangat cepat, pada kumparan L2
putaran lebih lambat tetapi lebih stabil dan lebih mudah berputar. Sedangakan
pada kumpara L3 tidak berputar hanya terjadi pergerakan mengayun saja.
Untuk menjelaskan hasil penelitian ini secara
lebih rinci maka akan kami sampaikan uraian sebagai berikut. 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.
Besar medan magnet yang dihasilkan searah
dengan besar tegangan dan jumlah lilitan searah dengan besar tenaga yang
dihasilkan. Tetapi jumlah lilitan akan mengurangi rotasi rotor. 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”.
Jadi apabila dijelaskan secara sederhana maka
putaran pada motor listrik dipengaruhi oleh besar tegangan dan induksi magnet
dan akan dikurangi besar gesekan pada rotor . Dan bila besar gesekan pada rotor
diabaikan dan induksi magnetic diabaikan maka besar teganganlah yang menjadi
indikator satu-satunya yang menyebabkan perubahan kecepatan putaran motor
listrik. Hal ini telah dibuktikan dalam penelitian ini, mengunakan rotor yang
sama, magnet yang sama dan jumalah kumparan yang sama tetapi ketika diberi
perlakuan besar tegangan yang berbeda maka putaran motor listrik menjadi lebih
cepat.
Pada perlakuan jumlah kumparan menunjukan
bahwa semakin banyak jumlah lilitan justru berbanding terbalik dengan putaran
yang dihasilkan. Hal ini karena semakin
banyak jumlah lilitan maka akan menaikan beban masa kumparan dan meningkatkan
besar gesekan pada rotor. Hal ini juga dapat dilihat pada tabel penelitian yang
pada tegangan yang sama magnet yang sama dan rotor yang sama kemampuan putaran
kumparan semakin menurun ketika jumlah lilitan semakin banyak. Yang
diperlihatkan perkembangan sampel L1, L2 dan L3 pada perlakuan tegangan 12
volt.
Tegangan ggl pada terminal motor, adalah
besar tegangan pada terminal motor yg terjadi ketika motor berputar jadi bukan
tegangan sumber coba buktikan, saat motor berjalan, ukur pake
voltmeter besar tegangan pada terminalnya pasti ada dibawah tegangan sumber
tegangan itu sendiri. Jadi bila ingin mempertinggi putaran ada 2 hal yg bisa
kita permainkan yaitu jumlah lilitan dan kuat medan magnet.
Semakin sedikit jumlah lilitan, kecepatan
motor akan naik tapi ingat justru torsi ini malah sebanding lurus dengan jumlah
lilitan semakin kecil kuat medan magnet, kecepatan motor akan semakin naik tapi
justru torsi ini malah sebanding lurus dengan kuat medan magnet.
Memperbesar tegangan ggl terminal motor bisa dilakukan dengan menaikkan tegangan masuk paling kemungkinan peningkatan torsi dan speed berbarengan ialah dengan cara meningkatkan tegangan masuk bersamaan dengan meningkatkan jumlah lilitan. Dan perlu diuji secara terperinci untuk mendapatkan putaran yang cepat dan torsi yang kuat. Sehingga optimasi motor listrik didapat.
Memperbesar tegangan ggl terminal motor bisa dilakukan dengan menaikkan tegangan masuk paling kemungkinan peningkatan torsi dan speed berbarengan ialah dengan cara meningkatkan tegangan masuk bersamaan dengan meningkatkan jumlah lilitan. Dan perlu diuji secara terperinci untuk mendapatkan putaran yang cepat dan torsi yang kuat. Sehingga optimasi motor listrik didapat.
Jadi dari penelitian yang telah dilakukan
didapatkan hasil bahwa semakin besar tegangan maka akan mempercepat putaran
motor listrik, dan memperbanyak jumlah lilitan akan memperbesara torsi daya
yang dihasilkan tetapi mengurangi putaran motor listrik. Demikian hasil
penelitian dan pembahasan yang dapat kami sampaikan.
BAB
V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari
hasil pembahasan yang telah dijabarkan, mengenai pengaruh besar tegangan
listrik dan jumlah lilitan pada motor listrik maka didapat kesimpulan bahwa:
1. Semakin besar tegangan listrik yang
diberikan terhadap motor listrik maka putaran motor listrik tersebut semakin
cepat.
2. Semakin besar jumlah lilitan pada
motor listrik maka torsi tenaga yang dihasilkan motor listri lebih besar tetapi
kecepatannya menurun.
5.2 Saran
Berdasarkan
kesimpulan yang diambil dalam penelitian ini maka peneliti dapat menyarankan
hal-hal berikut:
1. Pada dasarnya untuk mendapat putaran
dan torsi tenaga yang ideal adalah dengan menaikan jumlah lilitan dan besar
tegangan secara bersamaan.
2. Perlu diadakan penelitian lebih
lanjut dalam pembuktian laju korosi pada tembaga tidak hanya dari indicator,
tetapi juga dari penyusutan massa tembaga itu sendiri.
DAFTAR PUSTAKA
Cowern, Ed, 2000, ” Keep Up to Speed with Motor
Terms “, EC&M, January, pp. 52-56.
Ghai, N. K., 1999 “ IEC and NEMA Standards
for Large Squarrel-cage Induction Motors-A comparison ‘, IEEE Trans. On
Energy Conversion, 14 (3), pp. 545-552.
Kumar R. Srecrama, R Ramanujam and Jenkins L. HP Khincha,
1998,” Induction motor modelling and interfacing technique for fast transient
stability simulation, IEEE Trans. on Energy Conversion, (0-7803-
4962-8/98), pp. 548 – 551.
Lintang.2013.
Perancangan dan Implementasi Pengendali Tegangan Generator Induksi Satu Fasa
370 W. Surabaya : Teknik Elektro Industri PENS.
Richardson, D. V. and Caisse, A. J. Jr., 1997, “Rotating
Electric Machinery and Transfomer Technology “, Prentice-Hall, Inc.,
New Jersey.
Riyadi,
S. 2000. Simulasi perbaikan factor daya motor induksi terkendali
thyristor. Skripsi S1, TE-UGM, Yogyakarta
Wijaya,Tirta.2013.
Kajian Teknis Motor Induksi Sebagai Generator Pada Pembangkit Listrik Tenaga
Gelombang Laut.Surabaya :Teknik Sistem Perkapalan ITS
Yahya
sofyan, Toto Tohir. 2012 Motor induksi split phase sebagai generator induksi
satu fasa. Bandung, Politeknik Negri Bandung Perdana,