Motor dalam dunia kelistrikan ialah mesin yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Salah satu motor listrik yang umum digunakan dalam banyak aplikasi ialah motor induksi. Motor induksi merupakan salah satu mesin asinkronous (asynchronous motor) karena mesin ini beroperasi pada kecepatan dibawah kecepatan sinkron. Kecepatan sinkron sendiri ialah kecepatan rotasi medan magnetik pada mesin. Kecepatan sinkron ini dipengaruhi oleh frekuensi mesin dan banyaknya kutub pada mesin. Motor induksi selalu berputar dibawah kecepatan sinkron karena medan magnet yang dibangkitkan stator akan menghasilkan fluks pada rotor sehingga rotor tersebut dapat berputar. Namun fluks yang terbangkitkan oleh rotor mengalami lagging dibandingkan fluks yang terbangkitkan pada stator sehingga kecepatan rotor tidak akan secepat kecepatan putaran medan magnet. Berdasarkan suplai input yang digunakan, motor induksi dibagi menjadi dua jenis, yaitu motor: induksi 1 fasa dan motor induksi 3 fasa. Dalam artikel ini hanya akan dijelaskan mengenai motor induksi 1 fasa, namun untuk prinsip kerjanya sendiri kedua jenis motor induksi tersebut memiliki prinsip kerja yang sama. Yang membedakan dari kedua motor induksi ini ialah motor induksi 1 fasa tidak dapat berputar tanpa bantuan gaya dari luar sedangkan motor induksi 3 fasa dapat berputar sendiri tanpa bantuan gaya dari luar.
Konstruksi Motor Induksi Satu Fasa
Terdapat 2 bagian penting pada motor induksi 1 fasa, yaitu: rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang berputar dari motor dan stator merupakan bagian yang diam dari motor. Rotor umumnya berbentuk slinder dan bergerigi sedangkan stator berbentuk silinder yang melingkari seluruh badan rotor. Stator harus dilengkapi dengan kutub-kutub magnet dimana kutub utara dan selatan pada stator harus sama dan dipasang melingkari rotor sebagai suplai medan magnet dan kumparan stator untuk menginduksi kutub sehingga menciptakan medan magnet. Stator umumnya dilengkapi dengan stator winding yang bertujuan membantu putaran rotor, dimana stator winding dilengkapi dengan konduktor berupa kumparan. Selain itu, stator juga dilapisi dengan lamina berbahan dasar silikon dan besi yang bertujuan untuk mengurangi tegangan yang terinduksi pada sumbu stator dan mengurangi dampak kerugian akibat munculnya arus eddy (eddy current) pada stator. Rotor umumnya dibuat dari alumunium dan dibuat bergerigi untuk menciptakan celah yang akan diisi konduktor berupa kumparan. Selain itu, rotor juga dilapisi dengan lamina untuk menambah kinerja dari rotor yang digunakan. Masing-masing komponen dipasang pada besi yang ditunjukkan seperti pada gambar berikut:
Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa
Misalkan kita memiliki sebuah motor induksi 1 fasa dimana motor ini disuplai oleh sebuah sumber AC 1 fasa. Ketika sumber AC diberikan pada stator winding dari motor, maka arus dapat mengalir pada stator winding. Fluks yang dihasilkan oleh sumber AC pada stator winding tersebut disebut sebagai fluks utama. Karena munculnya fluks utama ini maka fluks medan magnet dapat dihasilkan oleh stator.
Misalkan lagi rotor dari motor tersebut sudah diputar sedikit. Karena rotor berputar maka dapat dikatakan bahwa konduktor pada rotor akan bergerak melewati stator winding. Karena konduktor pada rotor bergerak relatif terhadap fluks pada stator winding, akibatnya muncul tegangan ggl (gaya gerak listrik) pada konduktor rotor sesuai dengan hukum faraday. Anggap lagi motor terhubung dengan beban yang akan dioperasikan. Karena motor terhubung dengan beban maka arus dapat mengalir pada kumparan rotor akibat adanya tegangan ggl pada rotor dan terhubungnya rotor dengan beban. Arus yang mengalir pada rotor ini disebut arus rotor. Arus rotor ini juga menghasilkan fluks yang dinamakan fluks rotor. Interaksi antara kedua fluks inilah yang menyebabkan rotor didalam motor dapat berputar sendiri. Perlu diingat bahwa pada kondisi awal diasumsikan rotor sudah diberi gaya luar untuk menggerakkan konduktor pada rotor, karena jika tidak maka rotor akan diam terhadap fluks pada kumparan stator sehingga tidak terjadi tegangan ggl pada kumparan rotor, sesuai dengan hukum faraday.
Sebelumnya telah dibahas mengenai adanya arus stator yang mengakibatkan munculnya arus pada rotor karena hukum faraday. Masing-masing arus menghasilkan fluks yang mempengaruhi rotor. Bagaimana fluks tersebut mempengaruhi kecepatan putaran rotor akan dibahas pada paragraf ini. Arus stator akan menghasilkan fluks utama, sedangkan arus pada rotor menghasilkan fluks pada rotor. Masing-masing fluks ini akan mempengaruhi arah putaran rotor, hanya saja arah keduanya berlawanan. Sesuai hukum lorentz, apabila kita memiliki sebuah kabel yang dialiri arus dan terdapat fluks medan magnet disekitar kabel tersebut maka akan terjadi gaya pada kabel tersebut. Karena besarnya fluks pada stator dan rotor relatif sama maka gaya yang dihasilkan juga sama. Namun karena arah gaya yang berbeda mengakibatkan rotor tidak berputar akibat kedua gaya yang saling menghilangkan. Hal ini juga yang mengakibatkan motor induksi perlu diputar sedikit, agar salah satu gaya yang dihasilkan oleh fluks lebih besar daripada yang lainnya sehingga rotor dapat berputar.
Jenis-Jenis Motor Induksi Satu Fasa
Motor induksi satu fasa ini memiliki 4 jenis berdasarkan bagaimana motor ini diaktifkan sendiri (self-starting).
Motor Induksi Split-Phase
Motor Jenis ini menggunakan kapasitor di salah satu stator windingnya, dimana besarnya kapasitas dari kapasitor sebisa mungkin dibuat kecil. Misalkan kita memiliki sumber arus 2 fasa dan sumber ini disambungkan pada motor jenis ini, maka arus yang mengalir pada salah satu winding akan membesar dan mengalami pergeseran fase. Akibat 2 hal tersebut, motor akan dapat berputar karena perbedaan fluks dari masing-masing winding. Torsi yang dihasilkan umumnya dapat mencapai kecepatan maksimum dari motornya. Motor jenis ini sering dipakai pada beban 200W. Peletakan kapasitor sangat berpengaruh pada rangkaian ini karena dapat mengubah aras fluks yang dihasilkan dan sebagai akibatnya mengubah arah putaran rotor.
Motor Induksi Capasitor-Start
Motor jenis ini kurang lebih sama dengan motor induksi tipe split-phase. Perbedaannya ialah adanya switch yang dipasang antara salah satu stator winding dan kapasitor. Kondisi dari switch akan menjadi close saat motor mulai berputar dan menjadi open ketika motor mulai mencapai kecepatan yang diinginkan. Umumnya belitan pada winding yang diserikan dengan kapasitor dibuat lebih banyak untuk mencegah panas berlebihan pada winding tersebut. Motor jenis ini dipakai pada alat elektronik yang memakan daya tinggi seperti AC.
Motor Induksi Capacitor-Run
Perbedaan motor tipe ini dengan motor sebelumnya ialah adanya kapasitor yang besar yang di-paralel dengan switch dan kapasitor lainnya (yang kecil). Umumnya motor induksi tipe ini bekerja pada torsi yang lebih tinggi sama seperti motor sebelumnya, hanya saja arus yang mengaliri motor cukup kecil.
Motor Induksi Shaded Pole
Motor ini memiliki nama Shaded Pole karena 1/3 dari kutub pada stator ditutup dengan tembaga untuk menghasilkan perbedaan sudut fluks yang lebih besar. Akibat perbedaan ini, rotor pada motor dapat berputar dengan mudah. Kedua winding pada motor tipe ini tersambung paralel secara langsung (tanpa ada komponen lain), namun pada salah satu winding diberikan coil tap untuk mengatur kecepatan motor. Motor tipe ini memiliki torsi starting yang sangat rendah sehingga sering digunakan pada alat-alat elektronik disekitar kita, seperti kipas angin.