my name is Joe ...

1. Pengertian PLC
Pada awalnya, sistem kontrol industri menggunakan cara konvensional yaitu dengan sistem sambungan menggunakan beberapa komponen seperti timer, relay, counter dan kontaktor.
Generasi selanjutnya, sistem kontrol industri sudah menggunakan mikroprocessor dengan bahasa pemrograman assembler.
PLC pertama kali digunakan pada tahun 1968-an, yaitu pada saat tuntutan automatisasi industri semakin besar. Perusahaan yang pertama kali merealisasikan kriteria rancangan PLC adalah General Motors (GM), meskipun hanya berupa sekuensial kontrol, tidak seperti PLC yang dikenal sekarang, mampu untuk menangani pengendalian proses–proses yang kompleks, seperti temperatur, posisi, tekanan, aliran. Bahkan modul–modul dengan kemampuan yang telah dikembangkan lebih lanjut.
Secara definisi, Programmable Logic Controller (PLC) adalah suatu rangkaian microcontroller yang terdiri dari beberapa bagian, yaitu CPU, Memory, Data Register, Internal relay, Input/Output Counter dan Timer yang terintegrasi dalam satu perangkat. Dengan demikian PLC memiliki karakteristik :
- Penghematan komponen seperti timer, relay dan counter.
- Tidak memerlukan pekerjaan wiring kabel yang rumit.
- Kecepatan respon yang tinggi dan efisinesi.
- Mudah untuk modifikasi system.
- Mudah diprogram dan menggunakan bahasa pemograman yang mudah dipahami.
Cara kerja PLC :
Untuk dapat menggunakan PLC, cukup dengan menguhubungkan sensor pada bagian input device PLC dan alat–alat yang dikontrol pada bagian output device PLC. Kemudian program yang ada dalam PLC akan memproses data dari masukan input device PLC dan outputnya akan bekerja sesuai dengan program yang dibuat dan tersimpan didalam memory PLC.
Peralatan input dapat berupa sensor photo-elektrik, push button, limit switch atau peralatan lainnya dimana dapat menghasilkan suatu sinyal yang dapat diterima PLC. Peralatan output dapat berupa switch yang menggerakkan lampu indikator, relai yang menyalakan motor atau peralatan lain yang dapat digerakkan oleh sinyal output dari PLC.
Selain itu, PLC juga menggunakan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi yang melaksanakan fungsi-fungsi khusus seperti : logika, pewaktuan, sekuensial dan aritmetika yang dapat mengendalikan suatu mesin atau proses melalui modul–modul I/O baik analog maupun digital.

Cara memprogram PLC :
PLC dapat diprogram dengan dua cara yaitu dengan menggunakan Handy Programmer atau dengan menggunakan Personal Computer melalui software khusus. Metoda programnya menggunakan program yang berbentuk Ladder Diagram atau Statement List.

1.1 Perangkat Keras (Hardware) PLC
Bentuk fisik PLC LG GLOFA dapat dilihat gambar dibawah ini :


Sebagai perangkat pengendali proses, PLC mempunyai bagian–bagian penting yang mendukung unjuk kerja sistemnya. Bagian–bagian itu adalah :
a. CPU
b. Memory
c. I/O
d. Power Supply
A. Central Processing Unit (CPU)
CPU berfungsi untuk memproses data, mengawasi semua pengoperasian dalam PLC, dan melaksanakan/mengeksekusi program yang disimpan didalam memori.
B. Memory
Memori yang terdapat pada PLC berfungsi untuk menyimpan program dan memberikan lokasi-lokasi dimana hasil–hasil perhitungan dapat disimpan didalamnya.
C. Input/Output
Setiap input/output memiliki alamat dan nomor urutan khusus yang digunakan selama membuat program untuk memonitor satu persatu aktivitas input dan output didalam program.
D. Power Supply
PLC tidak akan beroperasi apabila tidak ada supply daya listrik. Power Supply merubah tegangan input menjadi tegangan listrik yang dibutuhkan oleh PLC. Dengan kata lain, sebuah supply daya listrik mengkonversikan supply daya PLN (220 V) ke daya yang dibutuhkan CPU atau modul input/output.

2.1.2 Fasilitas PLC LG GLOFA
Pada PLC terdapat beberapa fasilitas yang tersedia, yaitu :
1. Variabel Memory ( V )
Variabel memory terdapat di (RAM Random Access Memory) yang dapat diakses untuk operasi baca/tulis (read/write operation).
2. Input Image Register ( I )
Input Image Register adalah sebuah area memory yang berisikan keadaan daripada input selama eksekusi program.
3. Output Image Register ( Q )
Output Image Register adalah area memory yang berisikan keadaan daripada output selama mengeksekusi program.
4. Special Memory Bits ( SM )
Special Memory Bits memberikan sebuah variasi status dan fungsi kontrol dan juga untuk tujuan komunikasi informasi antara sistem PLC dengan program yang dibuat.
5. Timer ( T )
Timer adalah sebuah penghitung waktu.
6. Counter ( C )
Counter adalah sebuah unit penghitung untuk menghitung dari hitungan rendah ke tinggi.
7. High Speed Counter ( HC )
High Speed Counter akan menghitung lbih cepat daripada ketika PLC menjalankan program sebuah kejadian.


2.1.3 Perangkat Lunak (Sofware)
Software yang digunakan dalam PLC terdiri dari berbagai macam tergantung pada jenis PLC yang digunakan. Yang paling umum digunakan adalah dengan bahasa pemrograman Diagram Ladder (Diagram Tangga). Berkaitan dengan Sistem pemrograman sebuah PLC terdiri dari beberapa format yang telah distandarisasi penggunaannya oleh IEC (International Electrical Commision) antara lain :
1. List Instruksi (Instruction List)
Program dengan menggunakan instruksi (mnemonic).
2. Diagram Ladder (Ladder Diagram)
Pemrograman berbasis logika relay paling banyak digunakan untuk persoalan kendali/kontrol listrik dimana input/output hanya memiliki dua keadaan yaitu on dan off.
3. Diagram Bok Fungsional (Function Blok Diagram)
Perograman berbasis aliran data secara grafis, banyak digunakan untuk tujuan kendali/kontrol proses yang melibatkan perhitungan kompleks dan akuisisi data analog.
4. Diagram Fungsi Sekuensial (Sequensial Function Charts)
Metode dalam bentuk grafik, penggambaran atau penulisan pemrograman dengan cara biasanya dilakukan untuk sistem program scanning dan untuk menggambarkan sistem program sekunsial. Simbol yang dapat digunakan berupa simbol-simbol gerbang logika.
5. Teks terstruktur (Structured Text)
Tidak sama dengan metode sebelumnya, pemrograman ini menggunakan statemen yang umum dijumpai pada bahasa level tinggi.
2.1.4 Pemograman Tangga untuk PLC
Salah satu metode pemrograman PLC yang sangat umum digunakan adalah yang didasarkan pada penggunaan diagram-diagram tangga. Menuliskan sebuah program, dengan demikian menjadi sama halnya dengan menggambarkan sebuah rangkaian pensaklaran. Diagram-diagram tangga terdiri dari dua garis vertikal yang merepresentasikan rel-rel daya. Komponen-komponen rangkaian disambungkan sebagai garis-garis horizontal, yaitu anak-anak tangga diantara kedua garis vertikal ini.
Dalam menggambarkan sebuah diagram tangga diterapkan konvensi-konvensi tertentu :
1. Garis-garis vertikal diagram merepresentasikan rel-rel daya, dimana diantara keduanya komponen-komponen rangkaian tersambung.
2. Tiap-tiap anak tangga mendefenisikan sebuah operasi di dalam proses kontrol.
3. Sebuah diagram tangga dibaca dari kiri ke kanan dan dari atas ke bawah. Gambar 2.2 memperlihatkan alur pembacaan yang dilakukan oleh PLC.
4. Tiap-tiap anak tangga harus dimulai dengan sebuah input atau sejumlah input dan harus berakhir dengan setidaknya sebuah output.
5. Perangkat-perangkat listrik ditampilkan dalam kondisi normalnya. Dengan demikian, sebuah saklar yang dalam keadaan normal terbuka hingga suatu objek menutupnya diperlihatkan sebagai terbuka pada diagram tangga. Sebuah saklar yang dalam keadaan normalnya tertutup diperlihatkan sebagai tertutup.
6. Sebuah perangkat tertentu dapat digambarkan pada lebih dari satu anak tangga.
7. Input-input dan output-output seluruhnya didefenisikan melalui alamat-alamatnya, notasi yang dipergunakan bergantung pada pabrik PLC yang bersangkutan. Alamat-alamat ini mengindikasikan lokasi input atau output di dalam memori PLC.


• Function and Function Block

1.1.5 Fungsi-Fungsi Logika
1.1.5.1 AND
Gambar 2.3 memperlihatkan sebuah situasi dimana sebuah perangkat output tidak akan menyala terkecuali jika kedua saklar normal terbuka berada dalam keadaan tertutup. Saklar A dan saklar B keduanya harus tertutup, yang pada gilirannya menghasilkan kombinasi logika AND. Hal ini dapat dipandang sebagai representasi sebuah system control dengan dua buah input A dan B (gambar 2.4). Hanya ketika A dan B keduanya menyala output akan dihasilkan, sehingga apabila digunakan notasi 1 untuk mengindikasikan kondisi ‘hidup’ (on) dan notasi 0 untuk mengindikasikan kondisi ‘mati’ (off), kemudian agar terdapat sebuah sinyal output 1 kita harus dijadikan A dan B berada dalam kondisi 1. Operasi semacam ini dikatakan sebagai operasi yang dikendalikan oleh sebuah gerbang logika dan hubungan antara input-input dengan sebuah gerbang logika dan output-outputnya ditabulasikan dalam bentuk sebuah table yang dikenal dengan nama table kebenaran (truth table). Sehingga untuk sebuah gerbang AND didapat bahwa :
Tabel 2.1. Tabel Kebenaran Gerbang AND
Input Output
( Y )
A B
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1










Gambar 2.5 memperlihatkan sebuah system gerbang AND pada sebuah diagram tangga. Diagram tangga tersebut diawali dengan , yaitu symbol kontak normal terbuka yang diberi label ‘input A’ untuk merepresentasikan saklar A dan tersambung secara seri padanya adalah , yaitu simbol kontak normal terbuka lainnya yang diberi label ‘input B’ untuk merepresentasikan saklar B. Garis anak tangga ini selanjutnya berakhir pada simbol yang merepresentasikan perangkat output. Agar terdapat sebuah output, baik input A maupun input B harus ada, yaitu kontak input A dan kontak input B harus tertutup.
2.1.5.2 OR
Gambar 2.6 memperlihatkan sebuah situasi dimana sebuah perangkat output akan menyala apabila saklar A atau saklar B yang keduanya normal terbuka berada dalam kondisi tertutup. Hal ini menggambarkan kombinasi logika OR (ATAU), dimana input A atau input B keduanya harus ”hidup” untuk menghasilkan sebuah output. Tabel kebenarannya adalah :






Input Output
( Y )
A B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

Gambar 2.8 memperlihatkan sebuah system gerbang logika OR pada sebuah diagram tangga. Diagram tangga tersebut dimulai dengan , simbol kontak normal-terbuka yang diberi label ‘input A’ untuk merepresentasikan saklar A dan tersambung secara paralel padanya adalah , simbol kontak normal-terbuka yang diberi label ‘input B’ untuk merepresentasikan saklar B. Input A atau B harus berada dalam keadaan tertutup agar perangkat output dapat menyala. Garis anak tangga ini kemudian berakhir pada simbol yang merepresentasikan perangkat output.


1.1.5.3 NOT
Gambar 2.9 menunjukkan sebuah rangkaian listrik yang dikontrol oleh sebuah saklar normal-tertutup. Ketika terdapat sebuah input ke saklar, saklar akan membuka dan memutuskan hubungan arus ke rangkaian. Kondisi ini mengilustrasikan fungsi gerbang logika NOT, dimana akan terdapat sebuah output ketika tidak ada input dan tidak ada output ketika terdapat sbuah input. Tabel kebenaran gerbang NOT sebagai berikut :
Tabel 2.3. Tabel Kebenaran Gerbang NOT

Input A Output
0 1
1 0

Gambar memperlihatkan sebuah sistem gerbang NOT pada sebuah diagram tangga. Kontak input A diperlihatkan sebagai normal-tertutup. Kontak ini tersambung secara seri dengan sebuah output . Ketika tidak terdapat input kontak input A, kontak ini dalam keadaan tertutup sehingga dihasilkan sebuah output. Ketika terdapat sebuah input ke kontak input A, kontak ini membuka dan akibatnya tidak dihasilkan output apapun.


2.1.5.4 NAND
Umpamakan disambungkan ssebuah gerbang AND tepat sebelum sebuah gerbang NOT (gambar 2.12 (a) ). Fungsi gerbang NOT tersebut adalah membalikkan (inverting) semua output yang dihasilkan oleh gerbang AND. Sebagai alternatifnya, yang akan memberikan hasil yang persis sama dapat disambungkan sebuah gerbang NOT ke tiap-tiap input dan selanjutnya menyambungkan sebuah gerbang NOT tersebut ke sebuah gerbang OR (gambar 2.12 (b) ). Sebuah tabel kebenaran yang sama berlaku bagi kedua kombinasi gerbang logika di atas, yaitu :





Tabel 2.4. Tabel Kebenaran Gerbang NAND
Input Output
( Y )
A B
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Kedua input A dan B harus berada dalam keadaan 0 agar menghasilkan sebuah output 1. Akan tetapi terdapat sebuah output apabila input A atau input B tidak bernilai 1. Kombinasi kedua gerbang ini dinamakan sebagai gerbang NAND.
Gambar 2.13 memperlihatkan sebuah diagram tangga yang mengimplementasikan sebuah gerbang NAND.


2.1.5.5 NOR
Umpamakan disambungkan sebuah gerbang OR tepat dibelakang sebuah gerbang NOT (gambar 2.14 (a) ). Fungsi gerbang NOT tersebut adalah membalikkan semua output yang dihasilkan oleh gerbang OR. Sebagai alternatifnya, yang akan memberikan hasil yang persis sama dapat disambungkan gerbang NOT ke tiap-tiap input dan selanjutnya menyambungkan semua gerbang NOT tersebut ke sebuah gerbang AND (gambar 2.14 (b) ). Tabel kebenaran yang dihasilkan dari kombinasi ini adalah :

Tabel 2.5. Tabel Kebenaran Gerbang NOR
Input Output
( Y )
A B
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

Kombinasi antara gerbang OR dan gerbang NOT dinamakan sebagai gerbang NOR. Akan terdapat sebuah output apabila tidak satupun diantara kedua input A dan B bernialai 1.
Gambar 2.15 memperlihatkan sebuah diagram tangga untuk sebuah sistem berbasis gerbang NOR.


2.1.5.6 Exlusive OR (XOR)
Sebuah gerbang OR menghasilkan output ketika salah satu atau kedua inputnya berada dalam kondisi 1. Akan tetapi, pada situasi-situasi tertentu, dibutuhkan sbuah gerbang yang dapat menghasilkan output ketika salah satu diantara kedua diantara kedua inputnya tidak keduanya sekaligus bernilai 1. Tabel kebenarannya adalah sebagai berikut :
Tabel 2.6. Tabel Kebenaran Gerbang XOR
Input Output
( Y )
A B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Gerbang seperti ini disebut sebagai gerbang Eksklusif OR atau XOR. Salah satu cara untuk mendapatkan gerbang semacam ini adalah dengan menggabungkan gerbang-gerbang NOT,AND, dan OR sebagaimana diperlihatkan pada gambar 2.16.



Gambar memperlihatkan sebuah diagram tangga untuk sebuah sistem gerbang XOR. Ketika input A dan B tidak diaktifkan dua-duanya, output yang dihasilkan adalah 0.



2.2 Inverter
Inverter merupakan peralatan pengubah arus searah menjadi arus bolak-balik atau masukan tegangan searah menjadi keluaran tegangan bolak-balik dan frekuensi serta tegangan dapat diatur sesuai kebutuhan merupakan prinsip dasar kerja dari inverter seperti yang telah dibahas sebelumnya, akan tetapi spesifikasi yang begitu sederhana tidak sepenuhnya dapat digunakan pada setiap aplikasi sistem produksi.
Inverter LG dibuat dengan dasar pemikiran tersebut dan dikembangkan sesuai dengan kebutuhan dalam aplikasi sistem produksi. Adapun penggunaannya sebagai pengatur kecepatan motor induksi tidak hanya sebatas itu saja, karena kenyataan yang diinginkan tidak hanya sebagai pengubah masukan tegangan searah menjadi keluaran tegangan bolak-balik namun didalamnya juga terdapat mekanisme penyearah (rectifier) serta sistem proteksi yang dapat melindungi peralatan-peralatan yang akan dioperasikan sehingga tidak terjadi kerusakan yang fatal dan penghematan dalam pemakaian energi yang fluktuatif akibat beban yang besar karena inverter LG juga berfungsi sebagai soft starter yang efisien. Keseluruhan dari kerja inverter tersebut dapat dipantau melalui tampilan yang terdapat pada layar display.
Inverter LG dengan teknik Pulse Width Modulation (PWM) yang terdiri dari rangkaian penyalaan gerbang yang berfungsi untuk mengatur frekuensi yang masuk pada motor induksi dengan IGBT sebagai sakelar statis utama, Dibuat dalam berbagai type yang dapat disesuaikan pada setiap aplikasi sistem produksi.


KETERANGAN :
• Frekuensi Setting
Pengaturan frekuensi yang dilakukan pada inverter untuk mengatur nilai frekuensi yang masuk pada motor induksi dengan IGBT sebagai saklar statis utama.
• Drive Mode
Beberapa bentuk pengaturan yang dimiliki sebuah inverter LG series untuk memenuhi kebutuhan settingan yang diinginkan, sesuai dengan kebutuhan yang diperlukan.

• Accel/Decel
Pengaturan yang dilakukan untuk menentukan nilai soft starter dan Breaking System pada motor yang digunakan.
• ACC
Pengaturan waktu frekuensi dan tegangan untuk mencapai nilai konstan sesuai dengan yang diinginkan yang dimulai dari titik nol sampai titik maksimal.
• DEC
Pengaturan nilai frekuensi dan tegangan untuk mencapai titik henti (Breaking System) yang dimulai dari nilai konstan frekuensi dan tegangan yang telah ditentukan hingga mencapai titik nol (berhenti).
• V/F Control
Yaitu pengaturan tegangan dan frekuensi yang dilakukan guna menentukan output dari inverter dalam bentuk linier ataupun square yang dimulai dengan start frekuensi nominal hingga mencapai frekuensi yang diinginkan (base frekuensi).
• PWM (Pulse Width Modulation)
Yaitu terdiri dari rangkaian penyalaan gerbang yang berfungsi untuk mengatur frekuensi yang berfungsi untuk mengatur frekuensi yang masuk pada motor induksi dengan IGBT sebagai sakelar statis utama, yang dibuat dalam berbagai type yang dapat disesuaikan pada setiap aplikasi system produksi.
• Motor
Beban yang digunakan untuk pengaturan sebuah inverter.
2.2.1 Inverter 3 Phasa


Gambar 2.19. Skema Blok Rangkaian Inverter 3 Phasa
Keterangan:
- Konverter Regulator Power supplay berfungsi untuk menurunkan tegangan 220V AC menjadi 24V DC dengan menggunakan trafo step-down dan rangkaian dioda penyearah.
- Capasitor bank berfungsi menstabilkan tegangan DC yang telah di searahkan dan menjaga terjadinya droop tegangan akibat beban lebih pada motor.
- Fuse berfungsi untuk pengaman hubung singkat yang terjadi di sekitar arus DC link.
- Breaking resisitor (tahanan rem) berfungsi untuk menyalurkan daya pada saat pengereman motor, karena pada saat pengereman, motor berlaku sebagai generator, sehingga resistor breaking akan membuang tegangan balik tersebut.
- Inverter (transistor modul) berfungsi untuk mengubah masukan searah menjadi keluaran bolak-balik dan frekuensi serta tegangan dapat diatur sesuai kebutuhan yang merupakan prinsip dasar kerja dari inverter.
Sistem penyearah yang digunakan adalah sistem penyearah tiga phasa gelombang penuh. Dengan asumsi tidak ada komutasi antara dioda ke dioda berikutnya (LS=0).

Gambar 2.21. Perubahan Masukan Searah Menjadi Bolak-Balik
Prinsip dasar dari inverter 3 phasa dengan menggunakan switching transisitor. Pengaturan on-off transistor Tr1 sampai dengan transistor Tr6 dilakukan oleh pulsa-pulsa trigger A1 sampai dengan A6. Munculnya pulsa-pulsa trigger ini diatur sedemikian rupa sehingga urutannya mulai dari A1 , A2 , A3 , A4 , A5 , dan terakhir A6 dengan referensi (Gambar 2.22).


Perbedaan periode A1 ke A2, A2 ke A3, dan seterusnya adalah 600 elektris, sedangkan periode pada tiap-tiap pulsa itu sendiri (pulsa A1 yang pertama ke A1 yang ke dua) adalah 3600 elektris. Selainitu waktu kontak (on) untuk tiap transistor didisain sedemikian rupa yaitu sebesar 1800 elektris. Bentuk pulsa-pulsa A1 sampai A2 dan kondisi on-off Tr1 sampai dengan Tr6 dapat dilihat pada (Gambar 2.23).


Gambar. 2.23. Bentuk Pulsa-Pulsa Trigger Dan Keadaan ON Untuk Transisitor (Tr1 Sampai Dengan Tr6)
Dengan adanya dioda D1 sampai dengan D6, maka akan dihasilkan bentuk tegangan-tegangan pada output R,S,T. Terjadinya gelombang pada titik R,S,T adalah disini digunakan trigger negatif untuk men-trigger transistor yang semula on menjadi off . Pada keadaan off, dengan adanya konstanta waktu T = R x C, maka waktu off-nya dapat didisain agar mencapai 1800 elektris. Setelah itu, transistor akan on kembali. Berdasarkan pengaturan on-off transistor-transistor tersebut, transistor 1 dan transistor 4 on/off-nya saling berlawanan, demikian juga untuk transisitor 3 dan 6, serta transistor 2 dan 6. Apabila siklus 00 – 600 ternyata pada kondisi Tr2, Tr3, dan Tr4 konduksi on dan yang lainnya off. Pada keadaan ini, D2, D3, dan D4 konduksi on dan tegangan di titik R = 0, di titik S = Vdc dan di titik T = 0, sehingga dengan demikian Vrs = Vr – Vs = -Vdc, Vst = Vs – Vt = +Vdc dan Vtr = Vt – Vr = 0. Untuk siklus 600 – 1200, disini Tr3, Tr4, dan Tr5 on, yang menyebabkan D3, D4, dan D5 konduksi (on). Hal ini akan menimbulkan tegangan di titik R = 0, titik S = Vdc dan di titik T = +Vdc, sehingga dengan demikian tegangan Vrs = Vr – Vs = -Vdc, Vst = Vs – Vt = 0 dan Vtr = Vt – Vr = +Vdc. Bentuk Vrs, Vst, dan Vtr dapat dilihat pada (Gambar 2.24).



Pada gambar tersebut terlihat bahwa output tegangan Vrs, Vst, dan Vtr belum berbentuk sinus murni meskipun sudah tampak merupakan tegangan AC 3 phasa. Untuk mendapatkan bentuk gelombang sinus murni, maka pada saat transistor-transistor tersebut on, diinjeksikan suatu pulsa-pulsa segi empat yang sudah termodulasi sinus. Hal ini dikenal sebagai PWM (Pulse Wave Modulation). Untuk meninjeksikan pulsa-pulsa PWM tersebut pada transistor-transistor yang bersangkutan tidaklah mudah karena sinkronisasi pengaturan waktu (timing). Suatu blok diagram untuk menghasilkan gelombang PWM dapat dilihat pada (Gambar 2.25).

Keterangan :
1. Rangkaian penguat yang dapat diatur
2. Rangkaian pembalik phasa
3. Rangkaian switching
4. Rangkaian integrator
5. Rangkaian pengubah tegangan DC menjadi gelombang sinus
6. Rangkaian pengatur pulsa

2.3 Motor Induksi Tiga Phasa
Motor induksi adalah motor arus bolak-balik, seperti halnya mesin-mesin berputar lainnya yang bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik dan juga terdiri dari dua bagian utama yaitu bagian yang diam (stator) dan bagian yang berputar (rotor). Bilamana ujung-ujung dari belitan stator dihubungkan pada sumber daya, pada belitan stator akan timbul medan putar dengan kecepatan sinkron. Medan putar yang terjadi akan memotong batang konduktor rotor dan akan menimbulkan tegangan induksi pada rotor.
Di dalam medan magnet listrik arus rotor akan menimbulkan gaya pada rotor dan gaya ini akan menghasilkan torsi. bilamana torsi mula yang dihasilkan gaya rotor cukup besar untuk memikul torsi beban akan mengakibatkan rotor berputar searah medan putar stator.
Dalam pemakaian dikalangan industri maupun rumah tangga, motor induksi memiliki keuntungan dan kerugian, diantaranya adalah :
Keuntungan :
1. Sangat sederhana dan daya tahan kuat (konstruksi hampir tidak pernah terjadi kerusakan).
2. Harga relatif murah dan perawatannya mudah.
3. Efisiensi tinggi, pada kondisi berputar normal, tidak dibutuhkan sikat dan karenanya rugi daya yang dapat dikurangi.
4. Tidak memerlukan starting tambahan dan tidak harus sinkron.
Kerugian :
1. Kecepatannya dapat menurun sejalan dengan kenaikan beban.
2. Kopel sikatnya rendah.

2.3.1 Konstruksi
Prinsip dasar motor induksi terdiri dari :
a. Bagian stator
b. Bagian rotor

2.3.1.1 Bagian Stator
Pada bagian stator terdapat beberapa slot yang merupakan tempat kawat (konduktor) dari tiga kumparan tiga phasa yang disebut kumparan stator, yang masing-masing mendapatkan suplay arus tiga phasa.
Pada bahasan selanjutnya mengatakan bahwa jika kumparan satator mendapatkan suplay arus tiga phasa, maka pada kumparan tersebut akan timbul fluks magnit putar. Karena adanya fluks magnit putar pada kumparan stator, maka mengakibatkan rotor berputar karena adanya induksi magnet dengan kecepatan putar rotor asinkron dengan kecepatan medan putar stator.



Keterangan :
ns = Kecepatan medan putar stator (putaran mesin per menit/rpm)
P = Jumlah kutub
f = Frekuensi (Hz atau rps ; 1 rps = rpm)
60 = Waktu 1 rpm (1rpm = 1 rps x 60 = 60 rps)
Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor, sehingga pada kumparan rotor akan timbul tegangan induksi (Emf) sebesar :
E 2s = 4,44 . fr . Nr . m per phasa ………………........... (2.3)
Dimana :
E 2s = Tegangan rotor efektif (Volt)
Fr = Frekuensi rotor (Hz)
Nr = Jumlah lilitan rotor
m = Fluksi maksimum (Weber)
Karena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka tegangan induksi (E rotor) akan menghasilkan arus rotor (Ir pada rangkaian rotor yang searah dengan Emf E rotor. Arus Ir ini akan menghasilkan torsi pada poros mesin. Jika torsi mula yang dihasilkan gaya rotor cukup besar untuk memikul torsi beban, pada poros rotor akan mulai berputar dan berputar searah dengan medan putar stator.


2.3.1.2 Bagian Rotor
Arus yang timbul pada setiap mesin listrik adalah arus bolak-balik. Untuk memperkecil arus bushing, penting sekali bahwa teras jangkar dipasang sebuah poros dari baja. Kumparan-kumparan jangkar dibuat dari kawat-kawat tembaga yang berbentuk bulat atau persegi empat. Rotor motor induksi ini terdiri dari dua buah jenis, yaitu :
1. Rotor Sangkar
Jenis rotor sangkar ini mempunyai rotor dengan kumparan yang terdiri dari beberapa konduktor yang disusun sedemikian rupa sehingga menyerupai sangkar. Konstruksi rotor ini sangat sederhana dan harganya relatif murah. Rotor sangkar ini terdiri dari inti silinder terlaminasi dengan slot paralel sebagai tempat konduktor-konduktor yang berupa batangan tembaga, alumanium atau campuran. Slot motor tidak benar-benar paralel dengan poros melainkan sedikit miring dengan tujuan :
– Membantu membuat rotor berputar dengan mengurangi tegangan mekanik.
– Mengurangi arus rotor.

2. Rotor Belitan
Jenis rotor ini tersedia untuk tegangan tiga phasa double layer distribusi yang terdiri dari kumparan seperti yang digunakan pada alternator. Rotor dililit kumparan kutub yang sama dengan kumparan kutub. Stator yang biasanya digunakan pada kumparan tiga phasa, ketiga kumparan terminal dihubungkan kecincin slip ring terisolasi yang menjulang pada poros sikat. Ketiga sikat dihubungkan ketahanan-tahanan yang berfungsi menaikkan tegangan.






Gambar 2.28. Rotor Belitan

2.3.2 Prinsip Kerja Motor Induksi
Apabila sumber tegangan 3 phasa diberikan pada belitan stator maka akan timbul medan putar dengan kecepatan ns = 120 f / p. Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor, akibatnya pada belitan rotor akan timbul tegangan induksi sebesar (E2s) = 4,44 . fr . Nr . m Karena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka ggl akan menghasilkan arus. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh ggl pada rotor cukup besar untuk memikul beban, maka beban rotor akan berputar searah dengan tegangan medan putar stator. Perbedaan kecepatan antara putaran rotor dan medan putar stator disebut slip dan dinyatakan dengan :

Bila ns = nr maka tegangan akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada belitan jangkar rotor, dengan demikian tidak dihasilkan kopel. Kopel motor akan timbul bila ns lebih kecil dari nr. Berubah-ubahnya kecepatan motor induksi akan mengakibatkan berubahnya harga slip dari 100% pada saat start sampai 0%.

2.3.2.1 Medan Putar
Berputarnya rotor pada motor induksi disebabkan oleh adanya medan magnet putar yang ditimbulkan dalam celah udara motor oleh arus stator. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam phasa banyak, umumnya phasa 3. Hubungan dapat berupa hubungan bintang atau delta.
Untuk arah fluksi yang ditimbulkan oleh arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar adalah sesuai dengan arah perputaran skrup atau aturan tangan kanan Flemming.


Misalnya kumparan a-a, b-b, c-c dihubungkan 3 phasa masing-masing 1200 (Gambar 2.23.) dan dialiri arus sinusoidal. Distribusi ia, ib, ic sebagai fungsi waktu adalah seperti Gambar 2.23b. Pada keadaan t1, t2, t3, dan t4, fluksi resultan yang ditimbulkan oleh kumparan tersebut masing-masing adalah seperti Gambar 2.23c, d, e, dan f. Pada t1 fluksi resultan mempunyai arah sama dengan arah fluksi yang dihasilkan oleh kumparan a-a: sedangkan pada t2, fluksi resultannya dihasilkan oleh kumparan c-c kemudian pada t3, fluksi resultannya dihasilkan olah kumparan b-b. Untuk t4, fluksi resultannya berlawanan arah dengan fluksi resultan yang dihasilkan pada saat t1.
Dari gambar 2.23c, d, e, dan f tersebut terlihat bahwa fluksi resultan ini akan berputar satu kali. untuk mesin dengan jumlah kutub lebih dari dua, dengan kecepatan sinkron dapat diturunkan sebagai berikut :

Dimisalkan bahwa kumparan-kumparannya akan membentuk kutub utara kalau arus yang mengalir sedang positif dan bila arusnya negatif medannya akan membalik jadi kumparannya akan membentuk kutub selatan.
Bila dua dari ketiga saluran phasa statornya dibalik, misalnya phasa R dan phasa S maka arah putaran magnet pada stator juga akan membalik akibatnya arah putaran rotor akan berubah dalam arah yang sama dengan arah fluksi putarnya. Jadi dengan membalik dua buah urutan phasanya maka arah putaran motor induksi akan membalik.
2.3.3 Slip
Perbedaan putar antara kecepatan medan putar stator dan putaran rotor disebut slip dapat ditulis dengan persamaan :

Persamaan ini dapat ditulis dengan :
nr = ns (1 – S)
nr =
Kecepatan slip adalah : ns – nr
Dengan demikian persamaannya menjadi :
(ns – nr) = S . ns ……………………………… (2.5)
Pada saat kecepatan putar rotor sama dengan kcepatan medan putar stator, tegangan induksi rotor (Es2) tidak ada dan arus rotor (Ir) juga tidak timbul, sehingga kopel tidak dihasilkan. Kopel akan timbul jika kecepatan putar rotor lebih kecil dari pada kecepatan medan putar stator. Berdasarkan cara kerjanya motor induksi disebut juga motor asinkron (tidak serempak).
2.3.4 Rangkaian Ekivalen
Dilihat untuk setiap fase, lilitan stator dapat diwakili dengan rangkaian yang terdiri dari tahanan, induktansi, dan medan utama. GGL rotor berbanding lurus dengan selip. Pada slip=1 dan ns=0, GGL rotor (E2) = E2s, sesuai dengan aturan transformator perbandingan antara E1 dengan E2 berbanding lurus dengan perbandingan belitan.
= …………………………………… (2.6)


Dengan mereduksi (E20 = E1) besaran rotor kebesaran stator, maka sirkit rotor dapat dihubungkan langsung dengan sirkit stator.


2.3.5 Pengaturan Putaran Motor Induksi 3 Phasa
Motor pada umumnya berputar dengan kecepatan konstan, mendekati kecepatan sinkronnya. Meskipun demikian pada penggunaan tertentu dikehendaki juga adanya pangaturan putaran. Pengaturan motor induksi memerlukan biaya yang agak tinggi.
Pengaturan kecepatan putaran motor induksi tiga fasa dilakukan beberapa cara:
• Mengubah Jumlah Kutub Motor
Karena , maka perubahan jumlah kutub (p) atau frekuensi (f) akan mempengaruhi putaran. Jumlah kutub dapat diubah dengan merencanakan kumparan stator sedemikian rupa sehingga dapat menerima tegangan masuk pada posisi kumparan yang berbeda-beda. Biasanya diperoleh kecepatan sinkron dengan mengubah jumlah kutub dari 2 menjadi 4

• Mengubah Frekuensi Jala-jala
Pengaturan putaran motor dapat dilakukan dengan mengubah-ubah harga frekuensi jala. Hanya saja untuk menjaga keseimbangan kerapatan fluks, pengubahan tegangan harus dilakukan bersamaan dengan pengubahan frekuensi.

• Mengatur Tegangan Jala-jala.
Dari persamaan kopel motor induksi diketahui bahwa kopel sebanding dengan pangkat dua tegangan yang diberikan. Kecepatan akan berubah untuk tegangan masuk setengah tegangan semula. Cara ini hanya menghasilkan pengaturan putaran yang terbatas (daerah pengaturan sempit).

• Pengaturan Tahanan Luar
Tahanan luar motor belitan dapat diatur, dengan demikian dihasilkan karakteristik kopel kecepatan yang berbeda-beda. Putaran akan berubah dengan bertambahnya tahanan luar yang dihubungkan ke rotor.