Cara Kerja dan Jenis Motor Stepper

          Hampir seluruh peralatan proses produksi di industri menggunakan motor dan aktuator. Penjelasan tentang motor sebagai penggerak peralatan proses produksi diindustri telah banyak dibahas dalam blog ini, nah kali ini penulis akan membahas tentang aktuator. Aktuator adalah bagian output yang berfungsi sebagai penggerak peralatan proses produksi dari perintah yang diberikan oleh input. Salah satu jenis dari aktuator listrik adalah Motor Stepper, yang mana motor stepper dapat meningkatkan kecenderungan terhadap pengendalian digital dari mesin-mesin produksi dan berfungsi menghasilkan suatu permintaan untuk peranti-peranti mekanis, serta mampu mengirimkan gerakan-gerakan yang inkremental dengan ketelitian yang dapat diprediksi.

          Motor Stepper adalah salah satu mesin listrik yang mengubah sinyal-sinyal listrik ke dalam gerakan-gerakan mekanis diskrit. Batang atau spindel dari motor stepper dapat berputar yang disebabkan oleh kenaikan-kenaikan langkah diskrit ketika sinyal listrik berada di dalam urutan yang tepat. Urutan sinyal pulsa yang diterapkan secara langsung dihubungkan dengan arah rotasi spindle motor. Kecepatan dari rotasi spindel motor dihubungkan dengan frekuensi dari sinyal input dan panjang rotasi secara langsung berhubungan dengan nomor sinyal input.

A.  Cara Kerja Motor Stepper

          Torsi motor stepper tidak sebesar motor DC, namun motor ini mempunyai tingkat presisi yang sangat tinggi dalam gerakannya. Kecepatan gerak motor ini dinyatakan dalam step per second atau jumlah step gerakan dalam setiap detiknya. Cara kerja motor stepper didasari dengan prinsip magnet dasar, seperti kutub magnet yaitu sebagai berikut : Jika lilitan stator pada gambar 1 (a) diberi energi maka lilitan stator A adalah kutub selatan, stator B adalah kutub utara, dan rotor permanent magnet (PM) diposisikan seperti pada gambar, maka torsi motor akan bertambah seiring pergerakan rotor ke sudut 180⁰. Maka  hal tersebut akan menjadi tidak mungkin untuk menentukan arah dari putaran dan dalam rotor tidak akan bergerak seperti yang telah dikatakan tadi jika gayanya stabil. Jika yang terjadi seperti dalam gambar 1 (b), dua kutub stator tambahan  C dan D dipasang dan diberi energi seperti terlihat dalam gambar, kita bisa memprediksi arah dari putaran rotor. Seperti dalm gambar 1(b) arah putaran rotor akan konstan searah jarum jam dengan rotor sejajar dengannya antara ”rata-rata” kutub selatan dan ”rata-rata” kutub utara. Seperti diperlihatkan dalam gambar 1(c).

Gambar 1. Cara kerja motor stepper yang didasari dari prinsip magnet dasar

B. Jenis-Jenis Motor Stepper

          Ditinjau dari konstruksi nyata yaitu karakteristik unjuk kerjanya, motor stepper dapat dibagi menjadi tiga jenis yaitu : motor stepper variable reluctance (VR), motor stepper permanent magnet (PM), dan motor stepper hybrid.

          Keistimewaan dari motor stepper PM adalah dari penggabungan magnet permanen yang biasanya dipasang di dalam kumparan rotor. Untuk mendapat keluaran yang lebih baik biasanya ditambahkan lebih dari empat kutub stator, lalu gigi mesin dipasang di atas setiap kutub rotor dan juga di atas stator. Nomor-nomor gigi diatas rotor dan stator menunjukan segi langkah yang akan didapatkan dalam setiap satuan waktu.

          Polaritas dari perubahan arah angin, memberikan reaksi langkah bagian batang mesin sehingga terjadi pertambahan waktu untuk perubahan muatan kutub. Cara untuk mengubah kutub menjadi seimbang, kurang lebih didapat dari perputaran batang atau tambahan batang untuk mengetahui segi langkahnya.

          Langkah magnet permanen (PM) mengoperasikan jenis-jenis mesin oleh pengaruh timbal balik diantara magnet penggerak yang terus menerus berubah, ring dan kekuatan magnet oleh stator yang digerakan oleh angin akan membangkitkan daya listrik. Jika susunan dari energi angin sesuai, maka sebuah rangkaian akan stabil dari keseimbangan arah angin, sehingga akan menghasilkan daya listrik disekitar mesin. Jika arah putaran  membangkitkan rangkaian rotor maka akan mengikuti perubahan titik dari kesetimbangan dan perputaran dapat memberi reaksi untuk mengubah susunan, seperti ditunjukkan pada gambar 2 berikut ini.

Gambar 2a. Diagram rangkaian motor stepper PM

Gambar 2b. Urutan switch pada tahapan motor stepper PM

Gambar 2c. Bentuk gelombang pada tahapan motor stepper PM

          Berdasarkan magnet tetap pada motor, terdapat suatu tenaga putaran yang digerakkan kedalam gulungan motor walaupun gulungan pada stator tidak akan menghasilkan rugi-rugi. Energi putaran dapat diperoleh dengan cara memutar suatu motor stepper PM dengan tangan. Tenaga putaran dapat dihasilkan pada motor jika motor dipindahkan dari posisi yang mempunyai nilai hambatan minimum (dimasukan kedalam  suatu persamaan rangkaian DC) yang menyebabkan magnet tetap mengalami perubahan secara terus-menerus. Tenaga putaran ini  lebih besar bila dibandingkan dengan tenaga putaran normal dan hanya tinggal beberapa persen saja untuk  mencapai tenaga putaran maksimum.

          Motor stepper variabel reluktansi (VR) adalah sebuah stator yang merupakan bagian dari wound pole (kutub rotor) berbentuk silinder. Untuk bagian dari gigi memiliki hubungan dengan kutub stator dan dengan gigi itu sendiri (stator tidak boleh memiliki gigi). Nomor dari gigi akan menentukan perbedaan sudut yang dibutuhkan (ditunjukkan pada gambar 4). Tipe sebuah motor VR ditunjukan pada gambar 5a dimana aliran arus sudah layak mengaliri lilitan kumparan motor. Tenaga putar (sumber listrik) akan menghasilkan langkah yang berupa pemutar rotor pada posisi tidak terhubung garis edar minimum magnet.

Gambar 3. Prinsip dasar dari motor stepper PM

Gambar 4. Penampang atas dari motor stepper VR

Gambar 5a. Langkah lilitan 3 fasa

          Pada posisi ini listrik statis akan menjadi stabil pada tenaga putar tanpa tekanan yang diperlukan untuk memindahkan rotor dari posisi stabil, dan praktek  ini tidak akan berada pada satu posisi absolut. Pada rata-rata motor banyak posisi stabil memberi energi untuk stator.yang mana sebuah perbedaan energi akan mengatur lilitan untuk tidak terhubung pada sumber stator akan mengubah medan magnet karena rotor pada posisi yang baru.

Gambar 5b. Penyambungan kawat common lilitan motor stepper VR

          Pemilihan urutan energisasi yang tepat dari melilit membuat posisi-posisi yang stabil dan berputar dengan lembut pada kutub-kutub stator, menentukan kecepatan putaran dan pengaturan pada rotor. Ketika pola yang diberi tenaga, posisi rotor perlahan mengubah pola energisasi kumparan. Gambar 5 (c), mengilustrasi modus-modus pembangkitan  yang menghasikan suatu patokan sudut langkah yang nominal. Pembangkitan rangkap atau ganda (selalu dua kumparan didalamnya)  sering digunakan karena memiliki tenaga putaran yang lebh tinggi. Tidak seperti motor stepper PM, motor stepper VR memilki sisa kemagnetan, maka rotor (penghasil torsi) akan menjadi tidak kuat ketika stator tidak diberi tenaga. Sudut langkah ditentukan oleh nomor dari stator dan gigi rotor (bervariasi dari 7,5 sampai dengan 30). 

Gambar 5c. Tabel eksitasi rangkap/ganda 3 fasa

Gambar 5d. Bentuk gelombang pada tahapan motor stepper VR

          Motor stepper Hybrid lebih mahal dibandingkan motor stepper PM, namun  dengan penampilan yang lebih baik termasuk pengaruh resolusi langkah, torsi dan kecepatan. Ciri khas dari sudut langkahnya berkisar dari 36° hingga 0.9° (dengan 100 s/d 400 langkah per putaran). Motor stepper Hybrid merupakan perpaduan bagian terbaik dari kedua motor stepper, yaitu motor stepper PM dan VR. Rotornya bergigi banyak seperti motor stepper VR dan pada bagian axis berisi magnet konsentrik disekitar batangnya. Gigi pada rotor memberikan lintasan yang lebih baik untuk membiarkan fluks magnet memilih tempat yang disukai di dalam celah udara (airgap). Hal ini berlanjut pada ketahanan dan karakteristik torsi dinamis ketika kita membandingkannya dengan kedua jenis motor yang lain.

Gambar 6. Penampang melintang motor stepper hybrid

          Motor Stepper terdiri dari berbagai macam ukuran, tipe dan model, tetapi prinsip dasar untuk semua ukuran, tipe dan model adalah sama, dan mereka  termasuk salah satu dari tiga jenis yang telah dibahas. Mereka mungkin paling sedikit mempunyai 2 lilitan, atau paling banyak mempunyai sepuluh lilitan fasa (ini menempuh 2.500 langkah untuk satu resolusi). Tipe atau jenis motor stepper yang paling sering digunakan adalah motor stepper PM dan Hybrid.

Pengetesan Kerusakan dan Troubleshooting pada Kumparan Motor Listrik

          Untuk mendeteksi kegagalan (troubleshooting) motor listrik, pada lilitan atau kumparan motor tersebut biasanya dilakukan pengetesan ground coil, open circuit dan short coil. Metode yang tepat untuk melakukan pengetesan kumparan tersebut tergantung pada jenis motor listrik yang akan dites. Namun sebelum melakukan pengetesan kumparan motor listrik tersebut, pengetahuan mengenai beberapa istilah penting kelistrikan motor listrik merupakan hal yang perlu diketahui untuk mendukung pelakasanaan pengetesan kerusakan dan troubleshooting pada kumparan motor listrik secara tepat. Istilah-istilah penting pada kelistrikan motor listrik tersebut antara lain yaitu : 

A. Grounded Coil (Kumparan Tertanahkan)

       Kumparan disebut grounded atau tertanahkan, yaitu pada saat lilitan tersebut timbul kontak listrik dengan frame (bodi) motor. Penyebnya antara lain baut pada penutup body motor (endplates) menyentuh kawat kumparan motor listrik, kawat kumparan menekan pelat pada salah satu sudut runcing alur (slot), centrifugal switch (saklar sentrifugal) tertanahkan ke satu sisi penutup motor.

          Kumparan yang tertanahkan pada bodi motor listrik umumnya dapat menyebabkan trip berulang pada circuit breaker (MCB) sumber listrik. Berikut ini merupakan langkah-langkah untuk menguji grounded coil pada motor listrik menggunakan multitester pada skala Ohm x1 atau x10 :

1. Buka (off) atau (lock out) peralatan pengaman atau pemutus arus, dan yakinkan motor listrik pada kondisi tidak bertegangan listrik (tanpa suplai power listrik).

2. Tempatkan satu probe test lead pada body motor dan probe test lead lainnya pada tiap kumparan motor (pada motor 1 fasa terdapat 2 buah kumparan) yang biasa dialiri arus. Jika terjadi grounded coil pada salah satu titik dari kumparan, lampu pada multitester akan menyala dan indikasi display (pada multitester digital) menunjukkan angka nol atau angka tertentu,  jika menggunakan multitester analog jarum penunjuk akan bergerak menunjuk nilai nol atau nilai tertentu.

3. Untuk motor 3 fasa terdapat 3 buah kumparan, lakukan pengetesan pada tiap kumparan secara terpisah, dengan melepas hubungan (koneksi) pada terminal motor baik itu sambungan bintang (star) ataupun sambungan segitiga (delta).

4. Moisture (uap air) seringkali terdapat pada isolasi motor yang sudah tua, yang dapat menyebabkan resistans tinggi ke ground dan sukar dideteksi dengan tes lampu. Untuk itu dapat digunakan Megger untuk mendeteksi nilai resistansi tersebut.

5. Jika rotor pada motor listrik adalah jenis rotor lilit dengan komutator, lakukan pengetesan pada lilitan jangkar dan komutator ke ground dengan cara yang sama seperti di atas.

6. Pada beberapa jenis motor, brush holder (pemegang sikat arang) di tanahkan atau dikopel pada penutup (end plate) bodi motor. Sebelum melakukan pengetesan grounded coil pada lilitan jangkar, angkat atau lepaskan brush dari komutatornya.

B. Open Circuit (Hubungan Terbuka/Terputus)

          Sambungan atau koneksi yang terkontaminasi debu, kendor, atau bisa juga kawat yang putus dapat menyebabkan open circuit pada motor listrik. Berikut ini merupakan langkah-langkah untuk mengetesnya.

1. Pada saat satu atau lebih kumparan menjadi hubungan terbuka karena terputusnya kawat lilitan atau sambungan yang kendor pada end connection (sambungan akhir), hal ini dapat diuji dengan continuity tester seperti penjelasan sebelumnya. Jika tes ini dilakukan pada akhir dari tiap kumparan, gejala open circuit dapat dideteksi dengan kondisi lampu yang tidak menyala. Pisahkan atau lepaskan koneksi dari tiap kumparan dan lakukan pengujian tiap kelompok kumparan secara terpisah.

2. Open circuit pada kumparan starting (pada motor 1 fasa) biasanya sukar diperkirakan lokasinya, karena permasalahan mungkin terjadi pada saklar centrifugal bukan pada kumparan motor yang disebabkan oleh beberapa bagian menjadi usang, aus, kotor, dan tekanan yang tidak cukup pada bagian yang berputar dari saklar centrifugal terhadap bagian yang diam yang akan mencegah terjadinya kontak, sehingga menghasilkan open circuit.

C.  Shorted Coil (Hubung Singkat pada Kumparan)

          Shorted coil adalah jika terjadi hubungan listrik antara dua atau lebih kawat lilitan pada kumparan motor listrik. Kondisi ini dapat terjadi baik pada lilitan lama maupun pada lilitan baru yang biasanya disebabkan karena lilitan terlalu kencang, untuk itu diperlukan sedikit pemukulan untuk menempatkan kawat lilitan pada posisinya. Pada kasus lain, panas berlebih yang disebabkan beban lebih (overload) akan mengakibatkan menurunnya kualitas isolasi kawat lilitan dan menyebabkan short. Short circuit dapat dideteksi dengan mengamati munculnya asap dari kumparan pada saat motor listrik beroperasi, atau jika motor listrik menarik arus berlebihan pada saat kondisi tanpa beban.

          Hubungan singkat antar belitan pada kumparan motor listrik biasanya akibat terjadinya kegagalan isolasi dari kawat kumparan, yang disebabkan oleh adanya minyak, uap air, dan sejenisnya. Salah satu cara mudah untuk mengetahui lokasi hubung singkat kumparan tersebut adalah dengan menggunakan growler dan kepingan plat besi tipis, caranya dapat dijelaskan sebagai berikut :

1.  Hubungan singkat pada kumparan stator

a.  Tempatkan growler dan kepingan plat besi tipis pada inti stator motor listrik seperti terlihat pada gambar 1 dibawah ini, dengan jarak satu jangka dari jarak antar kumparan dari pusat growler.

Gambar 1. Pengetesan hubung singkat antar belitan pada kumparan stator

dengan menggunakan growler dan kepingan plat besi tipis

b. Tes kumparan dengan menggerakkan growler disekitar inti stator dan selalu dijaga jarak kepingan plat besi tipis dengan jarak yang tetap sama terhadap growler.

c.  Jika ada kumparan yang terdapat satu atau lebih hubung singkat antar belitan, kepingan plat besi tipis akan bergetar cepat dan menyebabkan suara berdengung keras. Dengan merunut lokasi pada dua alur (slot) stator dimana kepingan plat besi tipis bergetar, akan ditemukan kawat kumparan yang terhubung singkat.

d. Kadangkala satu kumparan atau satu kelompok kumparan komplit terhubung singkat pada akhir koneksi lilitan. Pengujian jenis gangguan ini sama dengan pengujian gangguan hubung singkat pada kumparan stator.

2.  Hubungan singkat pada kumparan jangkar (rotor lilit)

a.  Tempatkan kumparan jangkar (armature rotor) pada growler dan letakkan kepingan plat besi tipis diatas inti jangkar seperti terlihat pada gambar 2 dibawah ini.

Gambar 2. Pengetesan hubung singkat antar belitan pada kumparan jangkar

dengan menggunakan growler dan kepingan plat besi tipis

b.  Jika ada kumparan yang terdapat satu atau lebih hubung singkat antar belitan, kepingan plat besi tipis akan bergetar cepat dan menyebabkan suara berdengung keras. Dengan merunut lokasi pada dua alur (slot) stator dimana kepingan plat besi tipis bergetar, akan ditemukan kawat kumparan yang terhubung singkat.

Penggunaan Motor Induksi 1 Fasa Sebagai Generator Induksi 1 Fasa

          Semenjak ditemukannya energi listrik hingga saat ini dan entah sampai kapan energi listrik merupakan energi yang utama dan selalu dibutuhkan dalam kehidupan ini. Sobat blogger tentu sudah tahu bahwa untuk membangkitkan energi listrik baik dengan menggunakan penggerak tenaga angin maupun tenaga air diperlukan generator, karena generatorlah yang dapat merubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik.

          Pada umumnya generator yang digunakan pada pembangkit tenaga listrik adalah jenis generator sinkron (generator 3 fasa), karena generator tersebut lebih stabil saat terjadinya perubahan beban. Namun sayangnya harga genearator sinkron buatan pabrik cukup mahal, nah untuk mensiasati permasalahan tersebut salah satu cara adalah menggunakan motor induksi 1 fasa jenis motor kapasitor sebagai generator induksi 1 fasa, khususnya pada pembangkit listrik tenaga angin.

          Alasan mengapa digunakan motor induksi 1 fasa sebagai generator induksi, karena generator induksi ini memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan generator sinkron antara lain yaitu :

1. Harganya lebih murah

2. Perawatannya lebih mudah

3. Kontruksinya lebih sederhana, yakni menggunakan rotor tanpa sikat (rotor sangkar) dan tidak memerlukan penguatan arus searah (DC).

4. Telah banyak digunakan pada system pembangkit listrik, khususnya pembangkit listrik tenaga angin.

          Penggunaan generator induksi pada sistem pembangkit listrik tenaga angin dimana kincir anginlah yang menggerakan atau memutar generator, tidak mengharuskan pada kecepatan sinkronnya. Dengan demikian, jika daya yang dibangkitkan tidak mensyaratkan frekwensi dan tegangan tetap maka generator dapat dioperasikan stand alone atau terisolasi, terlepas dari jala-jala atau jaringan listrik umum. Jenis beban yang dapat dilayani oleh generator induksi ini antara lain adalah mesin pompa air, kipas angin, dan pemanas. Skema unit pembangkit listrik tenaga angin yang menggunakan generator induksi sebagai pembangkit listrik ditunjukkan seperti pada gambar 1 berikut ini.

Gambar 1. Skema unit pembangkit listrik tenaga angin

          Motor induksi rotor sangkar jenis motor kapasitor yang biasa digunakan pada penggerak pompa air rumah tangga bisa berfungsi sebagai generator induksi dengan persyaratan sebagai berikut :

1. Jika generator induksi tidak dihubungkan langsung ke jala-jala (jaringan listrik) maka perlu dipasang kapasitor pada terminalnya untuk menyediakan daya reaktif. Besarnya nilai kapasitor tersebut ditentukan dari diagram Heyland (Gambar 2) yaitu dari besarnya arus buta yang diperlukan pada beban tertentu, dengan persamaan sebagai berikut :

Xc = Vn / Ib dan C = 1 / (2.π.f.Xc)

Dimana : Xc = Reaktansi kapasitif yang diperlukan untuk menyediakan arus buta

          Vn = Tegangan nominal

          Ib =  Arus buta yang didapat dari diagram Heyland

          C = Nilai kapasitor yang diperlukan untuk menyediakan arus buta

                  f = Frekuensi listrik

Gambar 2. Diagram Heyland Operasi Generator Induksi

Keterangan gambar : Iw = Arus nyata (bernilai negatif)

                               Ib = Arus buta (bernilai positif)

                               Im = Arus maksimum (bernilai negatif)

Sebagai contoh motor kapasitor yang dapat digunakan sebagai generator induksi tersebut ditunjukkan seperti pada gambar 3 berikut ini.

Gambar 3. Motor induksi 1 fasa jenis motor kapasitor

Data-data motor induksi  tersebut di atas adalah V = 220 Volt, I = 0,64 A, f = 50 Hz,  n = 2.900 rpm, dan C = 6 μF. Sedangkan diagram rangkaian pembebanan motor induksi tersebut sebagai generator induksi seperti ditunjukkan pada gambar 4 berikut ini.

Gambar 4. Diagram rangkaian pembebanan generator induksi 

dengan kapasitor utama sebagai penyedia daya reaktif

2. Pada generator induksi perubahan beban berpengaruh pada tegangan yang dihasilkan, untuk memperoleh tegangan yang stabil diperlukan perubahan nilai kapasitor sesuai dengan perubahan beban. Sebagai contoh berikut ini diagram rangkain penggunaan kapasitor 1 mF yang diparallel dengan beban maka nilai kapasitornya menjadi 2,2 mF.

Gambar 5. Diagram rangkaian pembebanan generator induksi 

dengan menambah kapasitor sebagai penyetabil tegangan

3. Motor induksi bekerja sebagai generator induksi jika kecepatan putarannya melebihi kecepatan sinkronnya, seperti yang dijelaskan pada kurva karakteristik kopel terhadap kecepatan (slip) mesin induksi berikut ini.

*)klik gambar untuk memperbesar view gambar

Gambar 6. Kurva karakteristik kopel - slip mesin induksi

Jika diperhatikan pada lengkung kopel-kecepatan (slip) tersebut di atas, dimana kopel dan slip mempunyai tanda yang berlawanan sehingga perkalian kopel nominal (Tn) dan slip menjadi negatif, maka mesin induksi bekerja sebagai generator. Jadi yang perlu diperhatikan adalah harga kopel (T) adalah negatif dan slip adalah positif, sehingga slip hasil perkalian menjadi negatif. Hal itu berarti motor induksi berputar melebihi kecepatan sinkronnya dan bekerja sebagai generator.

Membuat Generator 3 Fasa Sederhana Yang Dilengkapi Dengan Rectifier

          Mulai dari dulu hingga saat ini dan entah sampai kapan energi listrik merupakan energi yang utama dan selalu dibutuhkan dalam kehidupan ini. Sobat blogger tentu sudah tahu bahwa untuk membangkitkan energi listrik baik dengan menggunakan penggerak tenaga angin maupun tenaga air diperlukan generator (alternator), karena generator (alternator) berfungsi untuk merubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik. Namun sayangnya harga generator (alternator) buatan pabrik cukup mahal dan sering kali bentuk dan konstruksinya tidak sesuai dengan kondisi lingkungan dimana pembangkit listrik tersebut akan dibuat. Terutama untuk pembangkit listrik yang menggunakan penggerak tenaga angin. Nah untuk mensiasati permasalahan tersebut di atas, ada cara mudah membuat generator (alternator) 3 fasa sederhana yang dapat kita lakukan. Dimana bahan-bahannya hampir tersedia dimana-mana bahkan di seluruh pelosok wilayah Indonesia.

A. Bahan-Bahan Yang Diperlukan

          Bahan-bahan yang diperlukan untuk pembuatan generator (alternator) 3 fasa sederhana ini antara lain yaitu :

1. Kawat email tembaga dengan deameter 1 s/d 1,4 mm, digunakan untuk membuat gulungan kawat (kumparan) yang merupakan bagian dari generator (alternator) yang diam (stator).

2. Magnet permanen, digunakan untuk membangkitkan garis gaya magnet di sekitar kawat kumparan sehingga kawat kumparan dapat membangkitkan gaya gerak listrik (arus dan tegangan listrik).

3. Plat besi berbentuk bulat dengan tebal 3 s/d 5 mm dan deamater 10 inchi, digunakan sebagai dudukan magnet permanen yang meupakan bagian dari generator (alternator) yang berputar (rotor) yang digerakkan oleh kincir angin atau kincir air.

4. Resin katalis dan kain fiberglass, digunakan untuk mengecor kumparan kawat agar lebih padat dan permanen (kondisi kumparan tidak mudah lecet dan berubah).

5. Diode jembatan (bridge rectifier) 35 A, digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik (AC) 3 fasa agar berubah menjadi arus searah (DC).

6. Poros (as) besi, digunakan untuk memegang lempengan plat magnet dan menghubungkan ke roda kincir angin atau kincir air sebagai penggeraknya.

7. Kerangka atau tabung silinder, digunakan untuk memegang dan menempatkan susunan antara lempengan kumparan dan lempengan plat magnet agar lempengan plat megnet dapat berputar dengan baik.

B.  Langkah Pembuatan

          Adapun langkah-langkah pembuatan generator (alternator) 3 fasa sederhana ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. Buatlah sketsa gambar gulungan kawat (kumparan) 3 phasa dan lakukan penggulungan kumparan tersebut dengan menggunakan kawat email tembaga berdeameter 1 s/d 1,4 mm dengan jumlah lilitan sebanyak 60 s/d 70 lilit. Jumlah seluruh kumparan untuk generator (alternator) 3 fasa ini sebanyak 9 buah kumparan, sehingga jumlah kelompok kumparan tiap fasa sebanyak 3 buah kumparan, dimana tiap kumparan dalam kelompok kumparan tersebut disambung secara serie. Selanjutnya masing-masing kelompok kumparan tersebut disambung secara bintang atau star (Y) dan disusun seperti ditunjukkan pada gambar 1 berikut ini.

Gambar 1. Susunan dan sambungan kumparan generator (alternator) 3 fasa

2. Setelah kumparan disusun dan disambung seperti skema pada gambar 1 di atas, kemudian susunlah kumparan tersebut bebentuk bulat dengan diameter 10 inchi, selanjutnya dicor dengan menggunakan resin dan fiberglass agar kumparan tersebut menjadi padat dan keras sehingga tahan terhadap gesekan ataupun benturan dengan cara seperti ditunjukkan pada gambar 2 dan 3 berikut ini.

Gambar 2. Mengecor kumparan dengan resin dan fiberglass

Gambar 3. Kumparan generator (alternator) 3 fasa yang telah jadi

3. Langkah selanjutnya buatlah plat magnet sebanyak 2 buah. Plat magnet ini adalah bagian yang akan diputar oleh kincir angin pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin atau kincir air pada Pembangkit Listrik Mikro Hidro. Yang perlu disediakan adalah plat besi bulat dengan tebal sekitar 3 s/d 5 mm berdiameter 10  inchi dan batangan magnet neodyum sebanyak 8 buah. Magnet neodyium adalah magnet kuat yang paling baik untuk membuat kutub magnet generator (alternator). Jika tidak ada, dapat menggunakan magnet lain yang terbuat dari keramik yang biasa digunakan untuk speaker. Susunlah magnet permanen pada lempengan plat besi bulat dengan diameter sama dengan diameter gulungan kawat (kumparan) yang telah dicor, dengan susunan seperti ditunjukkan pada gaambar 4 dan 5 berikut ini.

Gambar 4. Skema susunan magnet permanen pada plat besi

Gambar 5. Plat besi dengan magnet permanen jenis Neodyum

4. Susunlah lempengan kumparan yang telah dicor tersebut di antara dua lempengan plat magnet seperti susunan yang ditunjukkan pada gambar 6 di bawah ini, dengan menggunakan poros (as) besi sebagai pemegang 2 buah lempengan plat magnet yang akan berputar dan dimasukkan kedalam kerangka atau tabung silinder sebagai pemegang lempengan kumparan yang diam. Dalam membuat kerangka generator (alternator) harus diperhatikan rancang bangun kerangka yang baik sehingga ketika generator (alternator) bekerja tidak mengalami getaran atau ketidak stabilan pada kerangka yang dapat menyebabkan bunyi gesekan rangka dengan lantai dan menggangu kinerja generator (alternator)  tersebut.

Gambar 6. Susunan lempeng kumparan diantara 2 buah lempeng plat magnet

5. Perlu diketahui bahwa arus yang keluar dari kumparan jika dipengaruhi oleh magnet permanen yang berputar adalah arus bolak-balik (AC). Agar dapat mengisi baterai accumulator arus bolak-balik (AC) tersebut harus dirubah menjadi arus searah (DC) dengan menggunakan dioda jembatan atau dapat menggunakan bridge rectifier 35 Amper berpendingin sirip aluminium sebanyak 3 buah untuk mengantisipasi beban lebih yang mengakibatkan panas pada rectifier/dioda, seperti yang ditunjukkan pada gambar 7 di bawah ini. Dan susunlah ketiga bridge rectifier tersebut pada output kumparan generator (alternator) dengan susunan seperti pada rangkaian gambar 8 di bawah ini.

Gambar 7. Bridge rectifier 35 A dengan pendingin sirip aluminium

Gambar 8. Skema susunan bridge rectifier pada output kumparan

generator (alternator) 3 fasa

Instalasi Kontrol Motor Induksi 3 Fasa Sebagai Penggerak Pompa Air

          Pompa air untuk keperluan rumah tangga atau industri yang berskala besar biasanya motor penggeraknya menggunakan motor induksi 3 fasa berdaya besar. Untuk mengendalikan motor tersebut dapat dilakukan secara elektromagnetik dengan memasang peralatan kontrol seperti kontaktor magnet, motor protective switch, thermal overload relay, pressure switch, level switch, dan sebagainya. Berikut ini merupakan gambar-gambar instalasi motor listrik 3 fasa sebagai penggerak pompa air dengan berbagai macam pengendalian antara lain yaitu :

A. Instalasi motor pompa air menggunakan 1 buah motor induksi 3 fasa dengan kendali 1 buah pressure switch.

Gambar 1. Instalasi motor pompa air dengan kendali 1 buah pressure switch

Keterangan gambar :

F1 : Fuse

F7 : Pressure switch 3 kutub

Q1 : Motor protective switch dan thermal overload relay

M1 : Motor penggerak pompa

1.      Tangki air bertekanan

2.      Valve pompa

3.      Pipa bertekanan

4.      Pompa centrifugal

5.      Pipa hisap dengan filter

6.      Sumur

B. Instalasi motor pompa air menggunakan 1 buah motor induksi 3 fasa dengan kendali 1 buah level switch

Gambar 2. Instalasi motor pompa air dengan kendali 1 buah level switch

Keterangan gambar :

F1 : Fuse

F7 : Pressure switch 3 kutub

Q1 : Motor protective switch dan thermal overload relay

M1 : Motor penggerak pompa

HW : Level atas

LW : Level bawah

1.      Tali pengikat pelampung, beban penyeimbang, klem dan pulley

2.      Tangki penimbun

3.      Pipa bertekanan

4.      Pompa centrifugal

5.      Saluran keluaran (Output)

6.      Pipa hisap dengan filter

7.      Sumur

C. Instalasi motor pompa air menggunakan 1 buah motor induksi 3 fase dengan kendali 2 buah level switch

Gambar 3. Instalasi motor pompa air dengan kendali 2 buah level switch

Keterangan gambar :

F1 : Fuse

F2 : Thermal Overload Relay (Reset)

F8 dan F9 : Level switch 1 kutub

Q11 : Kontaktor magnet (Star-Delta)

S1 : Switch (Manual-Off-Auto)

M1 : Motor penggerak pompa

1.      Tali pengikat pelampung, beban penyeimbang, klem dan pulley

2.      Tangki penimbun

3.      Pipa bertekanan

4.      Pompa centrifugal

5.      Saluran keluaran (Output)

6.      Pipa hisap dengan filter

7.      Monitor level air sumur

8.      Sumur

D. Instalasi motor pompa air menggunakan 2 buah motor induksi 3 fase dengan kendali 2 buah level switch

Gambar 4. Instalasi 2 motor pompa air dengan kendali 2 level switch

Keterangan gambar :

Q1 : Motor protective switch

Q11 : Kontak level switch-1

Q12 : kontak level switch-2

F7 : Level switch-1

F8 : Level switch-2

F11 dan F21 : Fuse

F12 dan F22 : Thermal Overload Relay

M1 : Motor penggerak pompa-1

M2 : Motor penggerak pompa-2

1.      Tali terikat pelampung, beban penyeimbang, klem dan pulley

2.      Tangki penimbun

3.      Saluran pemasukan (Input)

4.      Pipa bertekanan

5.      Saluran keluaran (Output)

6.      Pompa centrifugal-1

7.      Pompa centrifugal-2

8.      Kopling (pulley dan belt) antara poros pompa dan motor penggerak

9.      Pipa hisap dengan filter

10.  Sumur

P1 Auto : Pompa-1 diprioritaskan yang bekerja, pompa-2 bekerja saat beban puncak

P2 Auto : Pompa-2 diprioritaskan yang bekerja, pompa-1 bekerja saat beban puncak

P1 + P2 : Pompa-1 atau Pompa-2 bekerja dengan kendali switch pelampung (level switch)