Alasan motor AC dapat berputar terus-menerus terletak pada pemanfaatan prinsip induksi elektromagnetik dan efek medan magnet berputar, serta desain struktural spesifik yang secara stabil mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Struktur utama dan prinsip kerjanya dapat dianalisis dari dua aspek berikut:
1. Struktur Utama: “Fondasi Perangkat Keras” yang Mendukung Rotasi
Motor AC terutama terdiri dari dua bagian utama: stator dan rotor. Kerja sama kedua bagian ini merupakan prasyarat untuk mewujudkan rotasi.
- Stator: Sebagai bagian tetap dari motor, komponen inti stator adalah inti stator dan belitan stator. Inti stator biasanya dibentuk dengan melapisi lembaran baja silikon, yang secara efektif dapat mengurangi rugi-rugi arus eddy. Sisi dalam inti didistribusikan secara merata dengan slot-slot untuk menanamkan belitan stator. Belitan stator umumnya terbuat dari kawat tembaga berenamel dan dihubungkan ke belitan tiga fasa sesuai aturan tertentu (kebanyakan motor AC industri adalah motor tiga fasa), yang terhubung ke catu daya AC tiga fasa. Ketika arus dialirkan melalui belitan, stator menghasilkan medan magnet berputar, yang berfungsi sebagai "sumber daya" yang menggerakkan motor untuk berputar.
- RotorRotor adalah bagian motor yang berputar dan umumnya dibagi menjadi dua jenis: rotor sangkar-tupai dan rotor lilitan. Rotor sangkar-tupai memiliki struktur sederhana, terdiri dari inti rotor, lilitan rotor (batang tembaga atau batang aluminium), dan cincin ujung. Lilitan rotor tertanam di slot inti seperti "sangkar" dan dihubung singkat di kedua ujungnya melalui cincin ujung. Rotor lilitan, di sisi lain, memiliki lilitan dengan lapisan isolasi yang tertanam di slot inti. Kedua ujung lilitan diarahkan keluar melalui cincin selip dan sikat, dan resistor eksternal dapat dihubungkan untuk menyesuaikan kinerja motor. Fungsi inti rotor adalah untuk menghasilkan arus induksi di bawah aksi medan magnet putar stator, dan kemudian didorong untuk berputar oleh gaya elektromagnetik.
2. Prinsip Kerja: “Logika Rotasi” yang Didorong oleh Gaya Elektromagnet
Rotasi motor AC bergantung pada proses lengkap "pembangkitan medan magnet putar - pembentukan arus induksi - rotasi yang digerakkan oleh gaya elektromagnetik". Sebagai contoh, motor AC asinkron tiga fase (jenis yang paling banyak digunakan):
- Pembangkitan Medan Magnet BerputarKetika lilitan tiga fasa stator dihubungkan ke catu daya AC tiga fasa simetris, setiap fasa lilitan akan menghasilkan arus bolak-balik yang berubah secara sinusoidal terhadap waktu. Karena perbedaan fasa 120° antara arus tiga fasa, medan magnet gabungan yang dibangkitkan olehnya di inti stator tidak diam, melainkan berputar mengelilingi sumbu motor dengan kecepatan stabil (dikenal sebagai kecepatan sinkron), membentuk "medan magnet putar". Besarnya kecepatan sinkron ditentukan oleh frekuensi catu daya dan jumlah pasangan kutub lilitan stator motor, mengikuti rumus: n₀ = 60f/p (dengan n₀ adalah kecepatan sinkron, dalam r/menit; f adalah frekuensi catu daya, dalam Hz; p adalah jumlah pasangan kutub).
- Arus Induksi Rotor dan Gaya ElektromagnetikGaris-garis medan magnet dari medan magnet yang berputar akan memotong lilitan rotor (atau batang rotor). Menurut hukum induksi elektromagnetik, gaya gerak listrik induksi dihasilkan pada lilitan rotor. Karena lilitan rotor membentuk sirkuit tertutup melalui cincin ujung (atau sirkuit eksternal), gaya gerak listrik induksi mendorong arus mengalir pada lilitan rotor, menghasilkan "arus induksi rotor". Pada titik ini, konduktor rotor dengan arus induksi berada dalam medan magnet berputar stator. Menurut Kaidah Tangan Kiri Fleming, konduktor rotor dikenai gaya elektromagnetik. Torsi total yang dihasilkan oleh gaya elektromagnetik ini pada sumbu rotor motor disebut "torsi elektromagnetik".
- Rotasi Kontinu dan Karakteristik “Asynchronous”Didorong oleh torsi elektromagnetik, rotor motor mulai berputar searah medan magnet putar dan berakselerasi secara bertahap. Namun, perlu dicatat bahwa kecepatan rotor (disebut kecepatan rotor n) tidak akan pernah mencapai kecepatan sinkron n₀ dari medan magnet putar stator. Hal ini karena jika kecepatan rotor sama dengan kecepatan sinkron, tidak akan ada gerakan relatif antara konduktor rotor dan medan magnet putar, dan garis-garis medan magnet tidak dapat memotong konduktor rotor. Akibatnya, arus induksi rotor dan torsi elektromagnetik akan hilang, dan rotor akan melambat karena adanya resistansi. Oleh karena itu, kecepatan rotor selalu lebih rendah daripada kecepatan sinkron. "Perbedaan kecepatan" ini merupakan kondisi yang diperlukan untuk mempertahankan arus induksi rotor dan torsi elektromagnetik, dan juga merupakan asal mula nama "motor asinkron" (rasio perbedaan kecepatan terhadap kecepatan sinkron disebut laju slip s, di mana s = (n₀ – n)/n₀, dan s biasanya berkisar antara 0,01 dan 0,05 selama operasi normal). Melalui mekanisme "medan magnet berputar yang menggerakkan rotor dan perbedaan kecepatan yang mempertahankan daya" inilah motor AC mencapai putaran yang kontinu dan stabil, sehingga menggerakkan berbagai peralatan mekanis untuk beroperasi.