Sedikit Sejarah Tentang Motor-Motor Listrik

Introducing

Motor listrik adalah sebuah mesin yang menggunakan energi listrik untuk menghasilkan energi mekanik, melalui interaksi antara medan magnetik dengan konduktor-konduktor pembawa arus. Proses sebaliknya, generator atau dynamo mengkonversi energy mekanik menjadi energy listrik. Motor traksi yang digunakan pada kendaraan-kendaraan dapat berfungsi sebagai motor ataupun sebagai generator. Motor listrik dapat dijalankan sebagai generator dan sebaliknya, akan tetapi hal ini jarang dilakukan dalam praktek. Motor listrik ada dimana mana, dapat ditemukan dalam berbagai fungsi di industry ataupun di rumah tangga seperti kipas angin, blower dan pompa, mesin perkakas, alat-alat rumah tangga, dan disc drive. Motor listrik tersebut dapat digerakkan oleh energi listrik arus searah (sebagai contoh motor yang menggunakan tenaga baterai), atau oleh arus bolak-balik dari pusat jaringan distribusi tenaga listrik. Motor yang paling kecil dapat ditemukan di dalam sebuah arloji. Motor listrik ukuran sedang lebih banyak ditermukan dalam sebuah industry dengan dimensi dan karakteristik yang memiliki stardardisasi yang lebih tinggi, motor-motor tersebut disesuaikan dengan fungsi dan intensitas penggunaannya oleh industry yang bersangkutan. Motor listrik paling besar digunakan untuk menggerakkan kapal-kapal besar (kapal laut) sebagai sarana transportasi laut, dan dengan tujuan sama juga motor listrik terdapat pada sebuah kompresor yang fungsinya untuk menghisap dan menekan cairan, dengan rating daya yang sampai jutaan watt.

Prinsip dasar untuk menghasilkan gaya mekanik akibat adanya interaksi antara arus listrik dengan medan magnetik telah diketahui pada awal tahun 1821. Sepanjang abad ke-19, para peneliti mulai membuat motor listrik yang memiliki efisiensi yang lebih baik, akan tetapi eksploitasi komersial secara besar-besaran dari motor listrik memerlukan pembangkit-pembangkit listrik dan jaringan distribusi listrik.

The Principle

Konversi energi listrik ke dalam energi mekanik berdasarkan prinsip kerja medan elektromagnetik yang pertama kali diperkenalkan oleh seorang ilmuan asal Inggris, Michael Faraday, pada tahun 1821. Eksperimen yang dilakukan Faraday yaitu sepotong kawat menggantung (free-hanging wire) dicelupkan kedalam sebuah wadah mercury dimana pada wadah mercury tersebut diletakkan pula sebuah magnet permanen. Ketika kawat dialiri arus listrik, kawat tersebut berputar di sekitar magnet, hal ini menunjukkan bahwa arus listrik menimbulkan medan magnet putar di sekitar kawat. Motor Faraday ini sering didemonstrasikan di sekolah-sekolah kelas fisika, hanya saja air garam digunakan sebagai pengganti mercury (air raksa) yang beracun. Eksperimen Faraday ini merupakan wujud motor yang paling sederhana dan dikenal dengan nama motor homopolar yakni motor yang mempunyai kutub yang sama. Penelitian lebih lanjut dilakukan oleh Barlow yang merupakan perbaikan dari eksperimen yang dilakukan oleh Faraday dan dikenal dengan Barlow’s Wheel. Sama halnya dengan yang dilakukan oleh Faraday, eksperiemen Barlow hanya sebatas demonstrasi saja, tidak sesuai dengan aplikasi praktis di lapangan dikarenakan konstruksinya masih kuno atau primitif.

Pada tahun 1827, seorang ilmuan kebangsaan Hungaria, Ányos Jedlik, mulai melakukan eksperimen rotasi elektromagnetik pada peralatan yang ia sebut lightning-magnet self-rotor. Hasil eksperimen ini ia gunakan untuk tujuan instruktif di Universitas-universitas, dan pada tahun 1928 untuk pertama kalinya di perkenalkan tiga komponen utama motor arus searah praktis yaitu stator, rotor dan komutator. Stator merupakan bagian yang diam sedangkan rotor merupakan bagian yang berputar, keduanya bahan yang bersifat elektromagnetik. Masalahpun muncul, masalah elektromagnetik belum juga terpecahkan dengan baik karena motor Jedlik ini masih menggunakan medan magnet permanen pada stator dan rotor, dan lagi-lagi, motor Jedlik ini tidak mendapat ruang dalam aplikasi praktis.

The First Electric Motor

Komutator pertama untuk motor arus searah yang dapat diterapkan pada motor ditemukan oleh seorang ilmuwan asal Inggris, William Sturgeon pada tahun 1832. Kerja keras Sturgeon membuahkan hasil, komutator untuk motor arus searah ini dibuat dengan tujuan komersial. Dua orang Amerika yaitu Emily dan Thomas Davenport memproduksi temuan Sturgeon dan mendapatkan hak paten pada tahun 1837. Motor ini dapat berputar dengan kecepatan 600 rotasi per menit. Karena mahalnya elektroda Zinc yang diperlukan untuk tenaga listrik pada baterai, motor-motor inipun secara komersial gagal dan Davenports mengalami kebangkrutan. Beberapa peneliti lainnya mengikuti jejak Sturgeon mengembangkan motor-motor DC tetapi semuanya menemukan masalah yang sama yaitu tinggi biaya untuk pembuatan baterai sebagai suplai utama motor. Karena jaringan distribusi listrik pada saat itu belum ada, motor Sturgeon tidak mendapat tempat di pasar komersial.

Tahun 1855 Jedlik membuat alat dengan prinsip-prinsip yang serupa yaitu electromagnetic self-rotors dan penemuan ini ternyata sangat bermanfaat. Ia membuat model motor yang berfungsi sebagai sarana angkutan, seperti mendorong dan memindah benda yang lebih berat. Tidak ada bukti atau keterangan yang lebih jelas bahwa eksperimen Jedlik ini dipublikasikan secara lebih luas dalam dunia ilmiah pada waktu itu, ataupun bahwa eksperimen Jedlik mempengaruhi perkembangan motor-motor listrik untuk dekade berikutnya.

Motor DC modern ditemukan secara kebetulan pada tahun 1873, ketika Zénobe Gramme menghubungkan dinamo yang telah ia temukan dengan dynamo lainnya kemudian menjalankannya sebagai motor. Mesin Gramme adalah motor listrik yang pertama yang sukses dalam industry.

Pada tahun 1886, Frank Julian Sprague pertama kali menemukan motor DC praktis, dengan kecepatan yang konstan tanpa menimbulkan percikan listrik meskipun motor diberikan beban yang variabel. Penemuan-penemuan Sprague yang lain tentang listrik sangat bermanfaat terhadap perbaikan jaringan distribusi listrik kita sekarang ini (yang lebih dahulu dilakukan oleh Edison), yang memungkinkan daya dari motor listrik dapat dikembalikan ke dalam jaringan listrik, tersedianya distribusi listrik yang bisa dipindah-pindahkan bak sebuah trolley serta sistem kontrol yang mulai memadai untuk pengoperasiannya. Selanjutnya Sprague menemukan pembangkit listrik dengan sistem trolley yang pertama pada rentang tahun 1887-1888 di Richmond VA, elevator listrik dan sistem kendali tahun 1892, dan kereta listrik bawah tanah yang pertama kali dibangun pada tahun 1892 di Chicago oleh South Side Elevated Railway dimana sangat popular dengan sebutan "L". Motor Sprague dan penemuannya membuat semacam gebrakan dasyat di bidang industry dalam hal penggunaan motor listrik, dan dalam waktu yang hampir bersamaan peneliti-peneliti lain juga sedangkan mengembangkan hal yang sama dimana akan menjadi pesaingnya, dengan demikian penggunaan motor listrik akan menjamah wilayah yang lebih luas lagi.

Nikola Tesla pada 1888 menemukan motor AC yang pertama yang dapat dipraktekkan dengan sistem transmisi daya multi fasa. Selama bertahun-tahun Tesla terus mengembangkan motor AC di bawah perusahaan Westinghouse.

Perkembangan motor listrik dengan efisiensi yang diharapkan sempat tertunda selama beberapa dekade oleh karena kegagalan untuk mengenali betapa pentingnya celah udara yang relatif kecil antara rotor dan stator. Awalnya motor-motor mempunyai celah udara sangat besar yang menghasilkan relukstansi yang sangat tinggi dari sebuah rangkaian magnetik. Motor-motor listrik seperti ini menghasilkan torka (momen puntir) yang sangat rendah dan sangat tidak efisien tentunya. Penyebab ketidakpahaman ini sepertinya disebabkan karena pada awal desain motor tersebut terlalu banyak focus pada interaksi medan elektromagnetik.

Penerapan motor listrik telah merevolusi industri. Proses-proses dalam industri tidak lagi dibatasi oleh transmisi daya menggunakan batang, belt, udara mampat atau tekanan hidraulik. Malahan setiap mesin dilengkapi dengan motor listriknya sendiri, menyediakan sistem kendali yang mudah digunakan, dan efisiensi transmisi daya yang lebih baik. Motor listrik juga banyak digunakan dalam bidang pertanian menggantikan tenaga manusia dan tenaga binatang untuk berbagai macam pekerjaan seperti menggiling padi atau memompa air. Untuk penggunaan rumah tangga, motor listrik mengurangi buruh kasar di dalam rumah-rumah dan membuat standar hidup yang lebih tinggi, nyaman dan aman tentunya. Dewasa ini, motor listrik mengkonsumsi lebih dari separuh dari total energi listrik yang dihasilkan.

IMROEE | Sedikit Sejarah Tentang Motor-Motor Listrik