Studi Starting Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Dengan Autotransformator (Aplikasi Pada Pabrik Kelapa Sawit (PKS) PTPN IV Kebun Adolina)

STUDI STARTING MOTOR INDUKSI TIGA FASA ROTOR

SANGKAR DENGAN AUTOTRANSFORMATOR

(Aplikasi Pada Pabrik Kelapa Sawit (PKS) PTPN IV Kebun Adolina)

O

L

E

H

NIM: 030402047

Muallim Ritonga

Tugas Akhir ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Abstrak

Motor induksi tiga fasa merupakan motor arus bolak-balik yang paling banyak digunakan di perindustrian karena memiliki beberapa keuntungan antara lain motor ini sederhana, murah dan mudah pemeliharaannya. Selain itu motor induksi mempunyai efisiensi yang baik dan putaran konstan untuk setiap perubahan beban.

Starting motor induksi tiga fasa tidak memiliki permasalahan yang cukup

besar seperti pada motor sinkron. Pada dasarnya motor induksi daya kecil dapat distart langsung hanya dengan menghubungkan dengan sumber tegangan. Namun untuk motor induksi yang besar hal ini tidak dapat dilakukan, hal ini terjadi karena arus start yang relatif besar yaitu 5 sampai 7 kali arus nominal.

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, segala puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, dengan judul “Studi Starting Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar

Dengan Autotransformator (Aplikasi Pada Pabrik Kelapa Sawit (PKS) PTPN IV

Kebun Adolina)”. Adapun Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk

memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu kedua orangtuaku tercinta, Ayahku Amalan Ritonga (Alm) dan Ibuku Mawan Rambe yang tidak terhitung cinta dan kasih sayangnya, yang telah menghadirkan penulis ke dunia ini, mendidik, membimbing, mendukung dan selalu mendoakan penulis semenjak lahir hingga sekarang, serta adik-adikku yang merupakan bagian hidup penulis yang selalu menjadi tempat berbagi suka dan duka bersama.

Selama masa kuliah sampai penyelesaian Tugas Akhir ini penulis banyak menerima bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak H.M. Dahlan Siregar, SE dan Ibu Hj. Rosdiana Yasin selaku wali penulis

yang begitu sabar mendidik penulis dari kecil hingga selesainya tugas akhir ini. 2. Bapak Ir.Mustafrind Lubis selaku dosen pembimbing Tugas Akhir penulis yang

3. Bapak Prof.DR.Ir. Usman Baafai dan Bapak Rahmat Fauzi,ST. MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU.

4. Bapak Ir Pernantin Tarigan MSc selaku Dosen Wali penulis yang senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.

5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT USU. 6. A. Jamil Jufni dan Rizlul Khairi yang telah banyak membatu penulis dalam

menyelesaikan , Bayu, Tiatul, Widi, Gusti, Subhan, Brian, Aan, Igo, Handika, Fahmi, Ardi, Wita, Nora, Adit, Pian, Emil, Enno dan lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

7. Kawan-kawan yang selalu bertanya kapan tamat, Kak Asep ( Sukma Permana), Andi, Pian, Marijo, Heni Juliana, Suci, Ahmad, Adji serta kawan-kawan tekim lainnya.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna dan masih banyak kekurangan. Namun penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, November 2009 Penulis,

DAFTAR ISI

ABSTRAK...( ii)

KATA PENGANTAR...( iii)

DAFTAR ISI ...( v)

DAFTAR GAMBAR ...( vii)

DAFTAR TABEL...( ix)

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...1

1.2 Tujuan dan mamfaat Penulisan...2

1.3 Batasan Masalah...2

1.4 Metode Penulisan...2

1.5 Sistematika Penulisan...3

BAB II MOTOR INDUKSI TIGA PHASA 2.1 Umum...5

2.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa...5

2.3 Jenis Motor Induksi Tiga Fasa...7

2.3.1 Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai...7

2.3.2 Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan...8

2.4 Medan Putar ...10

2.4.1 Analisa Medan Putar Secara vektor...10

2.4.2 Analisa Medan Putar Secara Perhitungan...13

2.5 Slip ...15

2.7 Frekuensi Rotor ...21

2.8 Rangkaian Ekivalen...22

2.9 Aliran Daya Pada Motor Induksi...28

2.10 Efisiensi...31

2.11 Torsi Motor Induksi Tiga Fasa...33

2.10 Kelas Motor Induksi Tiga Fasa...36

BAB III METODE STARTING MOTOR INDUKSI TIGA FASA 3.1 Pendahuluan...39

3.2 Starting langsung (direct on-line starting)...41

3.3 Starting Dengan Tahanan Rotor...42

3.4 Starting Why-Delta...43

3.5 Starting Dengan Penambahan Tahanan Stator...45

3.6 Starting Dengan Autotransformer...47

3.6.1 Pendahuluan...47

3.6.2 Autotransformator...48

3.6.3 Anlisa Rangkaian Starting Dengan Autotransformator...49

3.6.3.1 Close-circuit Transition...49

3.6.3.2 Close-circuit Transition...50

3.6.4 Arus Dan Torsi Starting motor induksi...52 BAB IV STUDI STARTING MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN

AUTOTRANSFORMATOR DI PABRIK KELAPA SAWIT (PKS) PTPN IV

4.2 Peralatan Starting Di Pabrik Kelapa Sawit Kebun Adolina...55

4.2.1 Autotransformator...56

4.2.2. Magnetic Contactor………...57

4.2.3. Time Delay Relay (Timer)………..60

4.2.4. Thermal Overload Relay……….60

4.3 Rangkaian Starting...60

4.4 Proses Starting Dengan Autotransformator Pada Pabrik Kelapa Sawit Kebun Adolina...61

4.5 Analisa Starting Dengan Autotransformator……….62

BAB IV KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan………...65

5.2 Saran ...………...……….65

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gambar konstruksi motor induksi……….……..………….6 Gambar 2.2 Komponen Stator motor induksi tiga phasa, (a) Lempengan Inti,

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator dengan

mengabaikan ………..………...28

Gambar 2.15 Aliran Daya Motor Induksi ………..30

Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen motor induksi dengan mengabaikan ...……..…33

Gambar 2.17 Rangkaian Thevenin……….………...33

Gambar 2.18 Rangkaian Thevenin motor induksi ………34

Gambar 2.19 Kurva karakteristik torsi – kecepatan pada mesin asinkron ( daerah motor dengan daerah generator )………...35

Gambar 2.20 Kurva Karakteristik kelas Motor Induksi.……….…………36

Gambar 3.1 Starting langsung………..………...41

Gambar 3.2 Starting dengan tahanan rotor……….…...……….43

Gambar 3.3 Starting why-delta………..……..………...44

Gambar 3.4 Starting dengan penambahan tahanan stator…..………...46

Gambar 3.5 Belitan Autotranformator………..………..………...47

Gambar 3.6 Rangkaian starting close-transition…...………..………49

Gambar 41 Peralatan starting dengan autotransformator ………..……….56

Gambar 4.2 Belitan Autotranformator...………..……….57

Gambar 4.3 Wiring diagram Magnetic Contactor...…………..……… 59

Gambar 4.4 Wiring diagram Thermal Overload Relay.…… .………..….60

DAFTAR TABEL

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Motor induksi tiga fasa merupakan jenis motor yang paling banyak digunakan pada perindustrian. Hal ini dikarenakan motor induksi tiga fasa memiliki konstruksi yang kuat, sederhana , serta mudah pemeliharaannya. Selain itu motor induksi mempunyai efisiensi yang baik dan putaran konstan untuk setiap perubahan beban.

Secara umum motor induksi tiga fasa dapat distartkan baik secara langsung ke rangkaian ataupun dengan mengenakan tegangan yang telah dikurangi ke motor selama periode starting. Motor yang distart pada tegangan penuh akan menghasilkan kopel start yang lebih besar sehingga arusnyapun besar dibanding jika motor distart pada tegangan yang dikurangi. Tegangan yang dikurangi yang diberikan pada motor selama periode starting akan mengurangi arus starting, dan pada saat yang sama menambah waktu percepatan karena kopel start yang berkurang.

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui tentang cara menstarting motor induksi tiga fasa dengan autotransformator.

Manfaat penelitian ini adalah memberikan masukan kepada mahasiswa tentang penerapan starting motor induksi tiga fasa dengan autotransformator pada Pabrik Kelapa Sawit (PKS) Kebun Adolina.

1.3 Batasan Masalah

Agar tujuan penulisan tugas akhir ini sesuai dengan yang diharapkan serta terfokus pada judul dan bidang yang telah disebutkan di atas, maka penulis membatasi permasalahan yang akan dibahas sebagai berikut :

1. Tidak membahas masalah pengereman. 2. Tidak membahas masalah pembebanan.

3. Autotransformator hanya dibahas secara umum. 4. Tidak membahas pengaturan kecepatan motor induksi.

1.4 Metode Penulisan

Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi diantaranya :

penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain.

2. Studi lapangan yaitu dengan melakukan pengamatan di Pabrik Kelapa Sawit PTPN IV Kebun Adolina.

1.5 Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut.

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metode dan sistematika penulisan.

BAB II. MOTOR INDUKSI TIGA FASA

Bab ini menjelaskan tentang motor induksi tiga fasa secara umum, konstruksi, prinsip keja, jenis – jenis motor induksi tiga fasa, rangkaian ekivalen dari motor induksi tiga fasa, dan prinsip kerja autotransformator.

BAB III. METODE STARTING MOTOR INDUKSI TIGA FASA

BAB IV. STUDI STARTING MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN AUTOTRANSFORMATOR DI PABRIK KELAPA SAWIT (PKS) PTPN IV KEBUN ADOLINA

Bab ini membahas hasil pengamatan mengenai starting motor induksi tiga fasa dengan autotransformator aplikasi pada Pabrik Kelapa Sawit PTPN IV Kebun Adolina.

BAB V. KESIMPULAN

BAB II

MOTOR INDUKSI TIGA FASA

2.1 Umum

Motor induksi adalah motor listrik arus bolak-balik yang putaran rotornya tidak sama dengan putaran medan stator, dengan kata lain putaran rotor dengan putaran medan pada stator terdapat selisih putaran yang disebut slip.

Motor induksi merupakan motor yang memiliki konstruksi yang baik, harganya lebih murah dan mudah dalam pengaturan kecepatannya. Disamping itu motor induksi juga memiliki efisiensi yang tinggi saat berbeban penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang banyak. Akan tetapi jika dibandingkan dengan motor DC, motor induksi masih memiliki kelemahan dalam pengaturan kecepatan. Dimana pada motor induksi pengaturan kecepatan sangat sukar untuk dilakukan, sementara pada motor DC hal ini tidak tidak dijumpai.

2.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa

Rotor

Stator Gambar 2.1 Gambar konstruksi motor induksi

(a) (b) (c)

Gambar 2.2 Komponen Stator motor induksi tiga phasa, (a) Lempengan Inti, (b) Tumpukan Inti dengan Kertas Isolasi pada Beberapa Alurnya, (c) Tumpukan Inti dan

Kumparan Dalam Cangkang Stator.

2.3 Jenis Motor Induksi Tiga Fasa

Ada dua jenis motor induksi tiga fasa berdasarkan rotornya yaitu: 1. motor induksi tiga fasa sangkar tupai ( squirrel-cage motor). 2. motor induksi tiga fasa rotor belitan ( wound-rotor motor ).

2.3.1 Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai ( Squirrel-cage Motor)

Penampang motor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Inti stator pada motor sangkar tupai tiga fasa terbuat dari lapisan – lapisan pelat baja beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau pelat baja yang dipabrikasi. Lilitan – lilitan kumparan stator diletakkan dalam alur stator yang terpisah 120 derajat listrik. Lilitan fasa ini dapat tersambung dalam hubungan delta ( ) ataupun bintang ( ).

yang lebih besar, batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan ke dalam alur rotor dan kemudian dilas dengan kuat ke cincin ujung. Batang rotor motor sangkar tupai tidak selalu ditempatkan paralel terhadap poros motor tetapi kerapkali dimiringkan. Hal ini akan menghasilkan torsi yang lebih seragam dan juga mengurangi derau dengung magnetik sewaktu motor sedang berputar.

Pada ujung cincin penutup dilekatkan sirip yang berfungsi sebagai pendingin. Rotor jenis rotor sangkar standar tidak terisolasi, karena batangan membawa arus yang besar pada tegangan rendah. Motor induksi dengan rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Batang Poros

Kipas

Laminasi Inti Besi

Aluminium

Cincin Aluminium

Batang Poros

Kipas

(a) (b)

Gambar 2.3 rotor sangkar, (a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Bagian-bagian Rotor Sangkar

2.3.2 Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan ( wound-rotor motor )

Sumber tegangan

Belitan Stator

Belitan Rotor

Slip Ring

Tahanan Luar

Gambar 2.4 Skematik diagram motor induk si rotor belitan

Dari Gambar 2.4 dapat dilihat bahwa cincin slip dan sikat semata – mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkaian rotor. Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal yang berfunsi membatasi arus pengasutan dan yang bertanggung jawab terhadap pemanasan rotor.

(a) (b)

Selama pengasutan, penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan menghasilkan torsi pengasutan yang lebih besar dengan arus pengasutan yang lebih kecil dibanding dengan rotor sangkar. Konstruksi motor tiga fasa rotor belitan ditunjukkan pada gambar 2.5.

2.4 Medan Putar

Ada beberapa metode yang dapat dilakukan untuk menganalisa medan putar. Pada kesempatan ini akan dibahas analisa medan putar secara vektor dan secara perhitungan.

2.4.1 Analisa Medan Putar secara Vektor

Perputaran motor pada mesin arus bolak – balik ditimbulkan oleh adanya medan putar ( fluks yang berputar ) yang dihasilkan dalam kumparan stator. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak, pada umumnya tiga fasa. Hubungan belitan pada stator dapat berupa hubungan Y atau . untuk mempermudah memahami medan putar , maka dapat dilihat gambar 2.6 berikut yang menggambarkan keadaan pada kumparan yang dialiri oleh arus dari sumber tiga fasa. Misalkan arus yang mengalir pada ketiga kumparan tersebut sebesar:

t I

t

i_aa'( )= Msinω (Ampere)……….(2.1.a)

) 120 sin(

) (

' t =I t− °

i_{bb M} ω (Ampere)………...…….(2.1.b)

) 240 sin(

) (

' t =I t− °

Arus yang ada pada kumparan aa mengalir dari a dan keluar menuju ke ' a . Karena '

arus yang mengalir pada kumparan '

aa ini, maka dihasilkan kerapatan medan magnet

( H ) pada kumparan aa sebesar: '

Gambar -2.6 Vektor Medan Magnet pada Stator

Dan kerapatan medan magnet pada kumparan bb dan ' cc sebesar: '

Telah diketahui bahwa kerapatan fluks ( B ) dapat dihitung dari intensitas medan magnet ( H ), yaitu:

B = µH Tesla (T)………...(2.3) Maka didapat kerapatan fluks pada masing – masing kumparan, yaitu:

° Kerapatan fluks dapat dihitung resultannya dengan menentukan nilai dari waktu (t), sehingga resultan kerapatan fluks ada nilainya, misalnya pada saat tω = 0, maka kerapatan fluks pada masing – masing kumparan stator sebesar:

0

Resultan kerapatan fluks pada stator sebesar:

x magnet yang sama besr amlitudonya, hanya berbeda sudutnya. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.7a dan gambar 2.7b, terlihat jelas bahwa medan magnet yang dihasilkan ini berputar tergantung terhadap waktu ( t ).

2.4.2 Analisa Medan Putar Secara Perhitungan

Pada analisa medan putar secara vektoris, diketahui bahwa pada harga waktu (t) berapapun nilainya maka didapat magnitudo dari resultan medan magnet sebesar

1,5B . Dan ini akan terus konstan dan berputar dengan kecepatan sudut _M ω.

magnetik ( B_net ) maka dijumlahkan kerapatan fluks magnetik yang dihasilkan pada masing – masing kumparan stator secara vektoris.

Resultan fluks magnet pada stator dinyatakan dengan persamaan:

)

Dengan menganggap komponen ril berada pada sumbu x dan komponen khayal pada sumbu y, maka Persamaan sebelumnya dapat dinyatakan dalam komponen a dan x

y

Karena ωt ωt cosωt medan magnet sebesar 1,5BM∠0°. Hasil perhitungan ini menyatakan bahwa fluks medan magnet yang dihasilkan pada kumparan stator motor induksi tiga fasa berputar terhadap waktu ( t ).

2.5 Slip

rotor, dan karenanya tidak akan menghasilkan kopel. Kecepatan rotor sekalipun tanpa beban, harus lebih kecil sedikit dari kecepatan sinkron agar adanya tegangan induksi pada rotor, dan akan menghasilkan arus di rotor, arus induksi ini akan berinteraksi dengan fluks listrik sehingga menghasilkan kopel. Selisih antara kecepatan rotor dengan kecepatan sinkron disebut slip (s). Slip dapat dinyatakan dalam putaran setiap menit, tetapi lebih umum dinyatakan sebagai persen dari kecepatan sinkron.

Slip (s) = − ×100% s

r s

n n n

...……….(2.6)

dimana: n_r = kecepatan rotor

persamaan (2.6) di atas memberikan imformasi yaitu:

1. saat s = 1 dimana n = 0, ini berati rotor masih dalam keadaan diam atau akan _r

berputar.

2. s = 0 menyatakan bahwa n = s n , ini berarti rotor berputar sampai kecepatan r sinkron. Hal ini dapat terjadi jika ada arus dc yang diinjeksikan ke belitan rotor, atau rotor digerakkan secara mekanik.

3. 0 < s < 1, ini berarti kecepatan rotor diantara keadaan diam dengan kecepatan sinkron. Kecepatan rotor dalam keadaan inilah dikatakan kecepatan tidak sinkron.

2.6 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa

Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga fasa, maka pada belitan stator akan mengalir arus tiga fasa, arus ini menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron (n ). Medan magnet ini akan memotong belitan rotor, _s

sehingga pada belitan rotor akan diinduksikan tegangan yang sama seperti tegangan yang diinduksikan dalam lilitan sekunder transformator oleh fluksi yang dihasilkan arus pada belitan primer.

Rangkaian rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui cincin ujung atau tahanan luar. Tegangan induksi pada rotor akan menghasilkan arus yang mengalir pada belitan rotor. Arus yang mengalir pada belitan rotor berada dalam medan magnet yang dihasilkan stator, sehingga pada belitan rotor akan dihasilkan gaya (F). Gaya (F) ini akan menghasilkan torsi (τ ), jika torsi yang dihasilkan lebih besar dari torsi beban, maka rotor akan berputar dengan kecepatan n yang searah r dengan medan putar stator.

X X

X

X X X

X Stator

Rotor

Gerakan medan magnet

Gambar 2.8 menggambarkan penampang stator dan rotor motor induksi, dengan medan magnet diumpamakan berputar searah jarum jam. Untuk arah fluksi dan gerak yang ditunjukkan gambar 2.8, penggunaan aturan tangan kanan fleming bahwa arah arus induksi dalam konduktor rotor menuju pembaca. Pada kondisi seperti itu, dengan konduktor yang mengalirkan arus berada dalam medan magnet seperti yang ditunjukkan, gaya pada konduktor mengarah ke atas karena medan magnet di bawah konduktor lebih kuat dari pada medan di atasnya. Agar sederhana, hanya satu konduktor rotor yang diperlihatkan. Tetapi, konduktor – konduktor rotor yang berdekatan lainnya dalam medan stator juga mengalirkan arus dalam arah seperti pada konduktor yang ditunjukkan, dan juga mempunyai suatu gaya ke arah atas yang dikerahkan pada mereka. Pada setengah siklus berikutnya, arah medan stator akan dibalik, tetapi arus rotor juga akan dibalik, sehingga gaya pada rotor tetap ke atas. Demikian pula konduktor rotor di bawah kutup – kutup medan stator lain akan mempunyai gaya yang semuanya cenderung memutarkan rotor searah jarum jam. Jika kopel yang dihasilkan cukup besar untuk mengatasi kopel beban yang menahan, motor akan melakukan percepatan searah jarum jam atau dalam arah yang sama dengan perputaran medan magnet stator.

Untuk memperjelas prinsip kerja motor induksi tiga fasa, maka dapat dijabarkan dalam langkah – langkah berikut:

2. Arus pada setiap phasa stator akan menghasilkan fluksi yang berubah terhadap waktu.

3. Amplitudo fluksi yang dihasilkan pada phasa stator berubah secara sinusoidal dan arahnya tegak lurus terhadap belitan.

4. Penjumlahan dari ketiga fluksi pada belitan stator disebut medan putar yang berputar dengan kecepatan sinkron (ns), besarnya nilai ns ditentukan oleh jumlah

kutub p dan frekuensi stator f yang dirumuskan dengan

p f

n_s =120× ( rpm )

5. Akibat fluksi yang berputar tersebut maka timbul tegangan induksi pada belitan stator yang besarnya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

e1 =

dt d

N Φ

− 1 ( Volt )

atau

E₁ =4,44fN₁Φ_max ( Volt )

6. Fluksi yang berputar tersebut juga memotong belitan rotor. Akibatnya pada belitan rotor akan dihasilkan tegangan induksi (ggl) sebesar E2 yang besarnya

dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

e = 2

dt d

N Φ

− 2 ( Volt )

E₂ =4,44fN₂Φ_max ( Volt )

dimana :

E2 = Tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (Volt)

7. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka tegangan induksi tersebut akan menghasilkan arus I2.

8. Arus I2 ini berada pada medan magnet yang dihasilkan oleh stator, sehingga pada

belitan rotor akan dihasilkan gaya ( F ).

9. Gaya (F) ini akan akan menghasilkan torsi (τ ), jika torsi yang dihasilkan ini lebih besar dari torsi beban, maka rotor akan berputar dengan kecepatan n yang _r

searah dengan medan putar stator.

10.Ada Perbedaan kecepatan medan putar pada stator (ns) dengan kecepatan putaran

rotor (n ), perbedaan ini disebut slip (s) yang dapat dinyatakan dengan _r

persamaan berikut.

100% s

r s − ×

=

n n n s

11.Setelah rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang diinduksikan pada belitan rotor akan dipengaruhi atau tergantung terhadap slip (s). Tegangan induksi pada rotor dalam keadaan ini dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

E_2s =4,44sfN₂Φ_max ( Volt ) E_2s =sE₂ ( Volt ) dimana

E2s = tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar (Volt)

12.Akibat adanya slip (s), maka nilai frekuensi pada rotor ( f ) dan reaktansi rotor ₂

(x ) akan dipengaruhi oleh slip, yang dapat dinyatakan dengan s2' f dan sx . 2' 13.Jika kecepatan putaran rotor (n ) sama dengan kecepatan medan putar stator _r

(n ), maka slip bernilai nol, tidak ada fluks yang memotong belitan rotor _s

sehingga pada belitan rotor tidak diinduksikan tegangan, maka tidak ada arus yang mengalir pada belitan rotor, sehingga rotor tidak berputar, karena tidak ada gaya yang terjadi pada rotor.

2.7 Frekuensi Rotor

Ketika rotor masih dalam keadaan diam, dimana frekuensi arus pada rotor sama seperti frekuensi masukan ( sumber ). Tetapi ketika rotor akan berputar, maka frekuensi rotor akan bergantung kepada kecepatan relatif atau bergantung terhadap besarnya slip. Untuk besar slip tertentu, maka frekuensi rotor sebesar '

f yaitu:

Dengan membagikan dengan salah satu, maka didapatkan

s

Telah diketahui bahwa arus rotor bergantung terhadap frekuensi rotor f = ' sf dan ketika arus ini mengalir pada masing – masing phasa di belitan rotor, akan

menghasilkan medan magnet yang berputar yang besarnya bergantung atau relatif terhadap putaran rotor sebesarsn . _s

Pada keadaan tertentu, arus rotor dan arus stator menghasilkan distribusi medan magnet yang sinusoidal dimana medan magnet ini memiliki magnetudo yang konstan dan kecepatan medan putar n yang konstan. Kedua Hal ini merupakan _s

medan magnetik yang berputar secara sinkron. Kenyataannya tidak seperti ini karena pada stator akan ada arus magnetisasi pada kumparannya.

2.8 Rangkaian Ekivalen

Untuk menetukan rangkaian ekivalen dari motor induksi tiga fasa, pertama – tama perhatikan keadaan pada stator. Gelombang fluks pada celah udara yang berputar serempak membangkitkan ggl lawan tiga fasa yang seimbang di dalam fasa – fasa stator. Besarnya tegangan terminal stator berbeda dengan ggl lawan sebesar jatuh tegangan pada impedansi stator, sehingga dapat dinyatakan dengan persamaan:

V₁= E₁ + I₁( R₁+ jX₁ ) Volt ………...…………..………….(2.8) Di mana: V₁ = tegangan terminal stator (Volt)

E₁ = ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah udara resultan(Volt) I₁ = arus stator (Ampere)

R = resistansi efektif stator (Ohm) ₁

1

Arus pada stator terbagi menjadi dua bagian, yaitu I₂ dan I . Arus 0 I ini 0 terbagi lagi menjadi dua komponen, yaitu komponen pemagnetan I dan komponen m beban I . Arus c I akan menghasilkan medan magnet atau fluksi pada celah udara, m sedangkan arus I akan menghasilkan rugi – rugi inti. Arus c I ini sefasa dengan c E 1 sedangkan arus pemagnetan I ketinggalan terhadap m E sebesar 1 90°. Sehingga dapat dibuat rangkaian ekivalen pada stator, seperti gambar 2.9 di berikut ini:

1

V

1

R

1

X

1

I

c

R X_m

0

I

c

I Im

2

I

1

E

Gambar 2.9 Rangkaian Ekivalen pada Stator

Pada rotor belitan, jika belilitan yang dililit sama banyaknya dengan jumlah kutub dan fasa stator. Jumlah lilitan efektif tiap fasa pada lilitan stator banyaknya a kali jumlah lilitan rotor. Bandingkan efek magnetis rotor ini dengan yang terdapat pada rotor ekivalen magnetik yang mempunyai jumlah lilitan yang sama seperti stator. Untuk kecepatan dan fluks yang sama, hubungan antara tegangan Erotor yang diimbaskan pada rotor yang sebenarnya dan tegangan E2s yang diimbaskan pada rotor ekivalen adalah

s

Bila rotor – rotor akan diganti secara magnetis, lilitan – ampere masing – masing harus sama, dan hubungan antara arus rotor sebenarnya Irotor dan arus I2s pada rotor ekivalen haruslah

s

I2 =

a Irotor

………...………..…….(2.10)

Akibatnya hubungan antara impedansi bocor frekuensi slip Z2_S dari rotor ekivalen dan impedansi bocor frekuensi slip Z_rotor dari rotor yang sebenarnya haruslah sebagai berikut:

S

Karena rotor terhubung singkat, hubungan fasor antara ggl frekuensi slip E2s yang dibangkitkan pada fasa patokan dari rotor patokan dan arus I2s pada fasa tersebut adalah:

Reaktansi yang didapat pada persamaan (2.12) dinyatakan dalam cara yang demikian karena sebanding dengan frekuensi rotor dan slip. Jadi X didefinisikan ₂

Pada stator ada gelombang fluks yang berputar pada kecepatan sinkron. Gelombang fluks ini akan mengimbaskan tegangan pada rotor dengan frekuensi slip sebesar E2s. Karena kecepatan relatif gelombang fluks terhadap rotor adalah s kali kecepatan terhadap stator, hubungan antara ggl efektif rotor adalah

s

E2 = sE2 ……….………..(2.13) Dan

s

I2 = I ...(2.14) 2

Dengan membagi persamaan (2.13) dengan persamaan (2.14) didapatkan

=

Didapat hubungan antara persamaan (2.14) dengan persamaan (2.15), yaitu

=

Dengan membagi persamaan (2.16) dengan s, maka didapat

2

Dari persamaan (2.12) , (2.13) dan (2.17) maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen pada rotor seperti Gambar 2.10a.

s

s

Pada saat rotor akan berputar, tegangan yang diinduksikan pada belitan rotor sebesar 2

E ( tegangan induksi pada rotor sebelum dipengaruhi oleh slip (s) ). Sehingga

rangkaian ekivalen pada rotor dapat digambarkan seperti Gambar 2.10b.

2

Gambar 2.10(b) Rangkaian ekivalen pada sisi rotor saat akan berputar

Dari penjelasan mengenai rangkaian ekivalen pada stator dan rotor sebelumnya, maka dapat dibuat rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa pada masing – masing fasanya. Perhatikan Gambar 2.11 berikut ini.

Untuk mempermudah perhitungan, maka rangkaian ekivalen pada Gambar 2.11 dapat dilihat dari sisi stator, rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa akan dapat digambarkan seperti Gambar 2.12.

1

Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen perphasa motor induksi yang delihat dari sisi stator

Atau seperti Gambar-2.13 berikut.

1

Gambar 2.13 Bentuk lain rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator Dimana:

2 '

X = a2X₂

Dalam teori transformator-statika, analisa rangkaian ekivalen sering disederhanakan dengan mengabaikan seluruh cabang penalaran atau melakukan pendekatan dengan memindahkan langsung ke terminal primer. Pendekatan demikian tidak dibenarkan dalam motor induksi yang bekerja dalam keadaan normal, karena adanya celah udara yang menjadikan perlunya suatu arus pemagnetan yang sangat besar dan karena reaktansi bocor juga perlu lebih tinggi. Untuk itu dalam rangkaian ekivalen R dapat dihilangkan (diabaikan). Rangkaian ekivalennya ditunjukkan pada _c

Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator dengan mengabaikan R _c

2.9 Aliran Daya Pada Motor Induksi

ke rotor. Daya total yang dimasukkan pada kumparan stator (Pin) dirumuskan

dengan:

P_in =3V₁I₁cosθ ( Watt )...(2.19)

Dimana :

V1 = tegangan sumber (Volt)

I1 = arus masukan(Ampere)

= perbedaan sudut phasa antara arus masukan dengan tegangan sumber.

Sebelum daya ditransfer melalui celah udara, motor induksi mengalami rugi-rugi berupa rugi-rugi-rugi-rugi tembaga stator (PSCL) dan rugi-rugi inti stator (PC). Daya yang

ditransfer melalui celah udara (PAG) sama dengan penjumlahan rugi-rugi tembaga

rotor (PRCL) dan daya yang dikonversi (Pconv). Daya yang melalui celah udara ini

sering juga disebut sebagai daya input rotor.

P_AG = P_RCL + P_conv (Watt)...(2.20)

( )

' '

( )

' '

2 2 2 2

2

2 3

3 I R

s R

I =

= +

( )

s s R

I' ' (1− )

3 ₂ 2 ₂ ………...(2.21)

r

Gambar 2.15Aliran Daya Motor Induksi.

Dimana :

- P_SCL= rugi – rugi tembaga pada kumparan stator (Watt)

- PC = rugi – rugi inti pada stator (Watt)

- P_AG= daya yang ditranfer melalui celah udara (Watt)

- P_RCL= rugi – rugi tembaga pada kumparan rotor (Watt)

- P_F+W= rugi – rugi gesek + angin (Watt)

- P_SLL = stray losses (Watt)

- P_CONV= daya mekanis keluaran (output) (Watt)

Hubungan antara rugi-rugi tembaga rotor dan daya mekanis dengan daya masukan rotor dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

Dari Gmbar 2.15 dapat dilihat bahwa motor induksi juga mengalami rugi-rugi gesek + angin (PF&W), sehingga daya mekanis keluaran sama dengan daya yang

dikonversi (Pconv) dikurangi rugi-rugi gesek + angin.

Pout = Pconv – PF&W

Secara umum, perbandingan komponen daya pada motor induksi dapat dijabarkan dalam bentuk slip yaitu :

PAG : PRCL : Pconv = 1 : s : 1 – s

2.10 Efisiensi

Efisiensi motor induksi adalah ukuran keefektifan motor induksi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanis yang dinyatakan sebagai perbandingan antara masukan dan keluaran atau dalam bentuk energi listrik berupa perbandingan watt keluaran dan watt masukan. Defenisi NEMA terhadap efisiensi energi adalah bahwa efisiensi merupakan perbandingan atau rasio dari daya keluaran yang berguna terhadap daya input total dan biasanya dinyatakan dalam persen Juga sering dinyatakan dengan perbandingan antara keluaran dengan keluaran ditambah rugi-rugi, yang dirumuskan dalam persamaan (2.24)

Pada motor induksi pengukuran efisiensi motor induksi ini sering dilakukan dengan beberapa cara seperti:

- Mengukur langsung daya elektris masukan dan daya mekanis keluaran - Mengukur langsung seluruh rugi-rugi dan daya masukan

- Mengukur setiap komponen rugi-rugi dan daya masukan,

dimana pengukuran daya masukan tetap dibutuhkan pada ketiga cara di atas. Umumnya, daya elektris dapat diukur dengan sangat tepat, keberadaan daya mekanis yang lebih sulit untuk diukur. Saat ini sudah dimungkinkan untuk mengukur torsi dan kecepatan dengan cukup akurat yang bertujuan untuk mengetahui harga efisiensi yang tepat. Pengukuran pada keseluruhan rugi-rugi ada yang berdasarkan teknik kalorimetri. Walaupun pengukuran dengan metode ini relatif sulit dilakukan, keakuratan yang dihasilkan dapat dibandingkan dengan hasil yang didapat dengan pengukuran langsung pada daya keluarannya.

2.11 Torsi Motor Induksi Tiga Fasa

Suatu persamaan torsi pada motor induksi dapat dihasilkan dengan bantuan teori rangakaian thevenin. Dalam bentuk umumnya, teorema thevenin mengijinkan penggantian sembarang jaringan yang terdiri atas unsur – unsur rangkaian linier dan sumber tegangan fasor tetap. Rangkaian rotor direfrensikan terhadap stator. Misalkan

1

V tegangan input motor, dengan melihat dari sisi terminal a-b, dapat dicari tegangan

theveninnya. Perhatikan Gambar 2.16 berikut ini.

1

Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen motor induksi dengan mengabaikan R_c

Untuk mendapatkan nilai tegangan thevenin maka terminal a-b pada rangkaian ekivalen pada Gambar 2.16 di atas harus dibuka. Perhatikan gambar 2.17 berikut.

1

Dari Gambar 2.17 dapat dihitung tegangan thevenin ( V ) dan impedansi _Th

Rangkaian ekivalen pada Gambar 2.17 berubah menjadi seperti pada Gambar 2.18 berikut.

Th

Gambar 2.18 Rangkaian Thevenin motor induksi

Dengan demikian I dapat dihitung dengan persamaan: '2

2

subsitusikan persamaan (2.27) di atas ke persamaan (2.28), maka didapat

pada keadaan motor bekerja normal, rotor berputar pada arah putaran medan magnetik yang dihasilkan oleh arus stator, kecepatannya diantara nol sampai kecepatan serempak, dan slipnya diantara nol dengan satu. Lihat gambar 2.19 berikut.

Daerah motor Daerah generator

Torsi

Keceptan dalam persen kecepatan

srempak

Untuk mendapatkan mesin induksi yang bekerja sebagai generator, maka terminal stator dihubungkan pada suatu sumber tegangan dengan frekuensi tetap dan rotornya digerakkan diatas kecepatan serempak dengan suatu penggerak mula, seperti pada gambar diatas. Sumber tersebut menjaga supaya kecepatan serempak tetap dan mencatu masukan daya reaktif yang diperlukan untuk meneral medan magnet celah udara.

2.12 Kelas Motor Induksi Tiga Fasa

Standart NEMA pada dasarnya mengkategorikan motor induksi ke dalam empat kelas yakni disain A, B, C, dan D. Karakteristik torsi – kecepatannya dapat dilihat pada Gambar 2.20.

1. Kelas A

Motor induksi yang didisain dengan kelas A merupakan motor dengan disain standart, dengan torsi start (awal) yang normal, arus start yang normal, dan slip yang kecil. Motor ini memiliki slip beban penuh yang lebih kecil dari 5 persen. Torsi maksimum yang dihasilkan oleh motor kelas A biasanya 200 sampai 300 persen dari torsi beban penuh dan terjadi pada slip yang kecil ( dibawah 20 persen ). Torsi start pada kelas ini lebih besar sedikit dari rating torsi, untuk motor yang besar, dan untuk motor yang kecil biasanya 200 persen atau lebih dari rating torsi. Masalah yang ada

pada kelas ini adalah nilai inrush current yang sangat ekstrim pada saat start. Arus yang dihasilkan pada saat start biasanya 5 sampai 8 kali arus nominal

motor.

2. Kelas B

Motor induksi yang didisain dengan kelas B memiliki torsi start yang nominal, arus start yang kecil, dan slip yang kecil. Torsi maksimum ( pullout torque ) motor pada kelas ini lebih besar atau biasanya 2 kali rating torsi beban, tetapi lebih kecil dari kelas A karena adanya kenaikan reaktansi rotor. Slip rotor selalu realatif kecil biasanya dibawah 5 persen saat beban penuh. Motor dengan disain kelas B lebih banyak digunakan karena arus yang dihasilkan pada saat start kecil.

3. Kelas C

persen leibh besar dari torsi beban penuh. Motor kelas ini biasanya dibuat dengan rotor yang memiliki sangkar ganda, sehingga harganya jauh lebih mahal dari motor dengan kelas yang lain.

4. Kelas D

Motor induksi yang dibuat dengan kelas ini memiliki torsi start yang sangat besar ( biasanya dibuat 275 persen atau lebih dari rating torsi ) dan arus startnya kecil, tetapi pada saat beban penuh slipnya sangat besar. Motor dengan kelas ini biasanya digunakan pada beberapa aplikasi yang memerlukan akselerasi torsi dari beban yang tinggi, spesial pada penggunaan roda gaya dengan pukulan atau tekanan yang besar.

BAB III

METODE STARTING MOTOR INDUKSI TIGA FASA

3.1 Pendahuluan

Motor induksi tiga fasa tidak mengalami masalah starting seperti pada motor sinkron. Motor induksi dapat distarting langsung hanya dengan menghubungkan dengan sumber tegangan. Namun kadang-kadang untuk pertimbangan yang lebih baik hal ini tidak dilakukan. Sebagai contoh arus start yang dihasilkan dapat menyebabkan tegangan ‘dip’ pada sistem tenaga.

Untuk motor induksi rotor belitan, starting dapat dilakukan dengan menambahkan tahanan pada belitan rotor melalui cincin slip. Penambahan tahanan ini tidak hanya menyebabkan torsi start meningkat tetapi juga memperkecil arus

start.

Untuk motor induksi tipe rotor sangkar, starting motor induksi dapat dilakukan dengan banyak cara tergantung pada daya nominal motor dan tahanan

efektiv rotor saat motor distart. Untuk menentukan arus rotor pada saat starting,

semua rotor sangkar saat ini mempunyai code letter (agar tidak bingung dengan

desgn class motor) pada nameplatenya. Code letter menentukan jumlah arus pada

saat start.

Batas ini dinyatakan sebagai fungsi daya kuda (hp). Tabel 3.1 adalah suatu tabel yang berisi kVA/hp untuk setiap code letter. Untuk menentukan arus start suatu motor induksi, baca tegangan nominal daya motor (hp) dan code letter dari

Sstart = (daya kuda nominal)(faktor code letter)……….….(3.1)

Dan arus start dapat ditentukan dengan rumus

T start L

V S I

3

= (Ampere)... ...(3.2)

Tabel 3.1 Tabel NEMA, kVA/hp untuk setiap code letter Nominal

code letter

Locked rotor, kVA/hp

Nominal

code letter

Locked rotor, kVA/hp

A 0-3,15 L 9,00-10,00

B 3,15-3,55 M 10.00-11,00

C 3,55-4,00 N 11,20-12,50

D 4,00-4,50 P 12,50-14,00

E 4,50-5,00 R 14,00-16,00

F 5,00-5,60 S 16,00-18,00

G 5,60-6,30 T 18,00-20,00

H 6,30-7,10 U 20,00-22,40

J 7,10-8,00 V 22,40<

K 8,00-9,00

Ada bebrapa metode starting motor induksi tiga fasa antara lain: 1. Starting langsung (direct on-line starting).

4. Starting dengan penambahan tahanan stator. 5. Starting dengan Autotransformator

3.2 Starting langsung (direct on-line starting)

Ini adalah cara paling sederhana, dimana stator di hubungkan langsung dengan sumber tegangan (lihat Gambar 3.1). Start motor memiliki karakteristik sendiri.

Gambar 3.1 Starting langsung

Arus start = 5 sampai 8 arus nominal. Torsi start rata-rata adalah:

Torsi start = 0,5 sampai 1,5 torsi nominal.

Kendati keuntungannya (peralatan yang sederhana, torsi start tinggi, kecepatan tinggi, biaya rendah), start langsung hanya boleh digunakan jika:

1. Motor dengan daya kecil

2. Mesin tidak harus mempercepat secara perlahan-lahan atau memiliki suatu alat yang membatasi guncangan saat start.

3. Torsi start tinggi tidak mempengaruhi kerja mesin atau beban yang dikendalikan.

3.3 Starting Dengan Tahanan Rotor

Metode Starting ini (Gambar 3.2) hanya dapat digunakan pada motor dengan belitan rotor dapat dihubungkan dengan tahanan luar melalui cincin slip. Tipe motor tersebut tidak bisa distart secara langsung (direct on-line) karena arus puncak pada saat starting sangat besar. Oleh karena itu motor distart dengan sebuah tahanan variabel yang dihubungkan seri dengan belitan rotor.

Metode tersebut didisain sedemikian rupa agar pada saat starting terdapat tahanan maksimum pada rangkaian rotor. Kemudian secara bertahap nilai tahanan dikurangi sampai rangkaian rotor terhubung singkat.

Starting dengan tahanan rotor ini, ideal untuk beban dengan kelembaman tinggi

yang distart pada saat berbeban dimana arus puncak dari sumber daya listrik dibatasi. Selanjutnya nilai tahanan dan jumlah tahap dapat ditentukan sesuai dengan karakteristik motor tersebut.

Gambar 3.2 Starting dengan tahanan rotor

3.4 Starting Why-Delta

Prinsipnya untuk start motor belitan dihubungkan why pada sumber tegangan, yang membagi tegangan jala-jala pada motor dengan 3 (contoh sebelumnya tegangan jala-jala pada 380V =660V/ 3).

Arus puncak start (SC)adalah dibagi 3: SC = 1,5 sampai 2,6 RC (Rated Current).

Gambar 3.3 Starting why-delta

Suatu motor 380V/660V hubungan why pada tegangan nominal 660V menarik arus 3 kali dari hubungan delta pada 380V. Dengn hubungan why pada tegangan 380V, arus dibagi 3 lagi, sehingga totalnya adalah 3.

Kecepatan motor stabil ketika motor dan tahanan torsi beban seimbang, umumnya pada 75-85% dari kecepatan nominal. Kemudian belitannya adalah hubungan delta dan motor memulihkan karakteristiknya. Perubahan dari hubungan why ke hubungan delta diatur oleh pengatur waktu (timer). Kontak delta menutup pada 30 sampai 50 millidetik setelah kontak why membuka, untuk mencegah terjadinya hubung singkat antar fasa kedua kontak tidak boleh menutup secara bersamaan. Arus akan terputus ketika kontak why membuka dan memulihkan ketika kontak delta menutup. Ada suatu arus transien yang besar namun singkat saat perpindahan ke delta, dalam kaitannya dengan EMF dari motor.

Starting why-delta sesuai untuk motor dengan torsi beban kecil atau tanpa

beban saat start (misalnya mesin pemotong kayu).

3.5 Starting Dengan Penambahan Tahanan Stator

Gambar 3.4 Starting dengan penambahan tahanan stator

Nilai arus starting dan torsi starting ditentukan oleh nilai tahanan yang digunakan. Secara teknis, nilai arus starting adalah sekitar 4,5 kali arus nominal, dan torsi starting mencapai 0,75 kali torsi nominal.

Starting dengan penambahan tahanan stator terutama lebih tepat digunakan untuk aplikasi, seperti kipas angin, dimana torsi beban meningkat sesuai dengan kecepatan. Satu kerugian yang mungkin adalah arus yang sangat besar pada saat

starting, namun hal ini dapat dikurangi dengan cara memperbesar nilai tahanan.

3.6 Starting Dengan Autotransformator

3.6.1 Pendahuluan

Metoda starting dengan autotransformator adalah salah satu metode yang digunakan untuk mengurangi tegangan pada stator saat start, yang akan membatasi arus start . Metode starting dengan autotransformator dapat dijalankan dengan cara open- atau close- transition.

Starting dengan Autotransformator disebut demikian karena autotransformator digunakan dalam rangkaian tenaga untuk mengurangi tegangan pada saat start. Dengan mengurangi tegangan pada saat start , arus start akan lebih rendah dari arus beban penuh jika motor distart pada tegangan penuh. Setelah waktu tunda (time delay) ditetapkan, autotransformator akan dilepas dari rangkaian, dan motor rotor sangkar sangkar akan dijalankan pada tegangan penuh.

3.6.2 Autotransformator

Autotransformator adalah suatu transformator dimana lilitan primer dan sekundernya dihubungkan secara listrik. Gambar 3.5 menunjukkan diagram hubungan autotransformator. Jika transformator ini digunakan sebagai penurun tegangan, seluruh lilitan BC membentuk lilitan primer dan bagian EC membentuk lilitan sekunder. Dengan kata lain, bagian AC merupakan bagian bersama antara primer dan sekunder.

Gambar 3.5 Belitan Autotranformator

Untuk beberapa aplikasi yang memerlukan banyak catu tegangan, digunakan autotransformator yang lilitannya ditap pada beberapa titik. Hubungan dari beberapa tap dikeluarkan keterminal atau ke alat saklar yang sesuai sehingga dapat dipilih beberapa tegangan.

3.6.3 Anlisa Rangkaian Starting Dengan Autotransformator

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa starting dengan autotransformator dapat dilakukan dengan dua cara yaitu:

1. Close-circuit transition 2. Open-circuit transition

3.6.3.1Close-circuit Transition

Dari gambar 3.6, jika tombol start ditekan, rele 1S akan berenergi menyebabkan kontak 1S (NO) menutup dan kontak 1S (NC) membuka sehingga autotransformator akan terhubung wye dan rele 2S akan berenergi. Rele 2S berenergi akan menutup kontak 2S (NO) dan membuka kontak 2S (NC) sehingga motor akan disuplay melalui autotransformator yang terhubung wye. Pada saat rele 2S berenergi kontak TS-2S (TO) kan membuka sesuai dengan waktu yang telah ditentukan dan kontak TS-2S (TC) akan menutup.

Ketika kontak TS-2S (TO) membuka rele 1S akan kehilangan energi, kontak 1S (NO) akan membuka kembali. Pada kondisi ini motor akan disuplay melalui belitan autotransformator. Dalam waktu yang sangat singkat rele R akan berenergi, menyebabkan kontak R (NO) menutup, sehingga motor akan disuplay langsung oleh sumber tegangan tanpa melalui autotransformator. Pada saat perpindahan dari autotransformator, motor tidak mengalami kehilangan daya, maka starting ini disebut close-circuit transition (rangkain transisi tertutup).

3.6.3.2 Close-circuit Transition

Jika tombol start ditekan pada Gambar 3.7, rele S akan berenergi dan semua kontak S (NO) akan menutup. Ketika rele S menutup, motor akan disuplay melalui autotransformator yang tehubung open-delta dan rele TR akan berenergi. Rele TR akan berenergi sesuai waktu yang telah ditentukan.

akan berenergi. Dengan berenerginya rele R, kontak R akan menutup dan motor akan disuplay langsung tanpa melalui autotransformator. Secara bersaman kontak S akan membuka, sehingga untuk sesaat motor akan terputus dari sumber tegangan. Karena pada saat start motor kehilangan daya selama perpindahan dari autotransformator, maka start ini disebut open-circuit transition ( rangkaian transisi terbuka).

3.6.4 Arus Dan Torsi Starting motor induksi

Arus starting dengan autotransformer dapat ditentukan dari persamaan :

Ist = K Isc (Ampere)...(3.3)

dimana: K= tapping transformator Isc= arus start langsung

Untuk menentukan torsi start dapat dinyatakan dengan persamaan :

fl

dimana: Tf = torsi beban penuh Sfl= slip beban penuh

60 / 2 N

P

T in

fl

π

=

N P

T in

fl =9,554. (N-m) ...(3.5)

dan

= − ×100%

s r s fl

n n n

BAB IV

STUDI STARTING MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN

AUTOTRANSFORMATOR DI PABRIK KELAPA SAWIT (PKS) PTPN IV

KEBUN ADOLINA

4.1. Pendahuluan

Secara umum motor induksi dapat distarting baik dengan menghubungkan motor secara langsung ke sumber tegangan maupun dengan menggunakan tegangan yang telah dikurangi ke motor selama peride start. Demikian halnya pada Pabrik Kelapa Sawit (PKS) Kebun Adolina. Ada beberapa metode starting yang digunakan, salah satunya adalah starting dengan Autotransformator.

Adapun motor induksi yang dipakai adalah motor induksi tiga fasa rotor sangkar, dimana motor ini digunakan untuk memutar kipas blower pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) di PKS Kebun Adolina. Motor induksi memiliki spesifikasi sebagai berikut:

1. Merk : RRT

9. Ins. Cls : B 10. cos : 0,87 11. Code letter : F 12. Effisiensi : 0.91 13. Disain kelas : B

Adapun penggunaan motor induksi tiga fasa dapat dilihat pada tabel, lampiran A. sedangkan karakteristik standar motor tipe tahan percikan, tipe rotor sangkar dapat dilihat pada tabel lampiran B dan C.

4.2. Peralatan Starting Di Pabrik Kelapa Sawit Kebun Adolina

Peralatan starting yang digunakan pada PKS Kebun Adolina antara lain: 1. Autotransformator

2. Magnetic Contactor 3. Time Delay Relay (Timer) 4. Push-button Swich

5. Thermal Overload Relay

Gambar 41 Peralatan starting dengan autotransformator

4.2.1. Autotransformator

Autotransformator adalah suatu transformator dimana lilitan primer dan sekundernya dihubungkan secara listrik. Gambar 4.2 menunjukkan diagram hubungan autotransformator. Jika transformator ini digunakan sebagai penurun tegangan, seluruh lilitan BC membentuk lilitan primer dan bagian EC membentuk lilitan sekunder. Dengan kata lain, bagian AC merupakan bagian bersama antara primer dan sekunder.

Salah satu aplikasi autotransformator adalah untuk starting motor induksi tiga fasa yang mana tegangan yang dikenakan ke motor dikurangi selama periode starting.

Gambar 4.2 Belitan Autotranformator

Autotransformator yang digunakan pada pada pabrik kelapa sawit Kebun Adolina memiliki spesifikasi sebagai berikut;

Merk : KCEE

Serial No. : 56914

Daya : 134 kw

Tegangan/frekuensi : 380 V/50 Hz Tapping : 50%, 60%, 75%

4.2.5. Magnetic Contactor

Magnetic contactor dapat digunakan pada rangkaian:

• Starting

• Pengereman

Magnetic contactor mempunyai kemampuan untuk pensaklaran arus lebih seperti arus start motor, tetapi tidak mempunyai kemampuan untuk memutus arus abnormal seperti dalam hal hubung singkat motor. Gambar 4.3 menunjukkan wiring diagram magnetic contactor.

Keuntungan penggunaan magnetic contactor antara lain;

• Memungkinkan beberapa operasi motor listrik atau peralatan listrik lainnya dilaksanakan dari satu atau lebih tempat.

• Peralatan kontrol dapat diinterlock untuk mencegah kesalahan dan bahaya operasi.

• Peralatan kontrol dapat dipasang pada tempat yang jauh.

• Kontrol otomatis dan semi otomatis dapat dilakukan.

Untuk memberikan informasi yang berhubungan dengan penggunaan magnetic contactor yang sesuai untuk berbagai macam dan jenis pekerjaan untuk beban resistif maupun motor listrik dapat diketahui dari Utilization category yang terdapat pada katalog yang diterbitkan oleh pabrik pembuat magnetic contactor tersebut. Utilization category yang dimaksud adalah:

• AC 1 : Non induktive loads (resistif load)

• AC 2 : Starting, plugging (slip ring motor)

• AC 3 : Starting, stopping (squirrel cage motor)

. Gambar 4.3 Wiring diagram Magnetic Contactor.

Utilization category AC 3 merupakan kategori yang digunakan pada peralatan

starting pada pabrik kelapa sawit kebun Adolina dengan spesifikasi dapat dilihat

pada Tabel 4.1 berikut:

Tabel 4.1 Spesifikasi magnetic contactor

Type H200 C H150 C H125 C H100 C

Utilization category

Rated voltage

Motor rated based on squirrel cage motor 50 Hz

AC 3 kw kw kw kw

Power rating of three-phase

Pn 3~ 220 V 45 45 30 25

Pn 3~ 240 V 90 75 60 50

Pn 3~ 550 V 90 55 45 45

Rated operating current

4.2.6. Time Delay Relay (Timer)

Prinsip kerja dan kegunaan dari time delay relay miripdengan rele kontrol, bedanya kontak-kontak time delay relay tidak langsung bekerja ketika kumparannya diberi tegangan melainkan tertunda kerjanya sesuai dengan setingan waktunya. Pada pabrik kelapa sawit kebun adolina time delay relay diseting masing-masing selama 5 detik, 3 detik,dan 1 detik.

4.2.7. Thermal Overload Relay

Thermal Overload Relay digunakan untuk mengamankan motor listrik terhadap beban lebih. Rele ini bekerja berdasarkan efek thermal dari arus listrik. Jika arus yang mengalir dalam Thermal Overload Relay ini melebihi nilai setingan, akan terjadi pemutusan yang waktunya tergantung pada besarnya arus. Semakin besar arus ini makin singkat waktu pemutusannya. Wiring diagram thermal Overload relay ditunjukkan pada Gambar 4.4 berikut.

Gambar 4.4 Wiring diagram Thermal Overload Relay 4.3 Rangkaian Starting

Gambar 4.5 Rangkaian starting dengan autotransformator

4.4 Proses Starting Dengan Autotransformator Pada Pabrik Kelapa Sawit

Kebun Adolina

Proses starting dilakukan pada saat pabrik akan mengoperasikan PLTU. Sebelum motor distarting terlebih dahulu melakukan pemeriksaan terhadap peralatan starting serta motor yang akan distart. Setelah pemeriksaan dan motor layak untuk distart, kemudian starting dapat dilakukan.

kontak MC3 akan menutup dan kontak MC4 akan membuka. Pada saat ini motor disuply tegangan oleh autotransformator sebesar 60% selama 3 detik. Setelah 3 detik kontak MC2 akan menutup dan MC3 akan membuka. Pada saat ini motor menerima tegangan sebesar 75% selama 1 detik. Selanjutnya kontak MC1 akan menutup, secara bersamaan kontak MC2 dan MC5 akan membuka. Pada saat ini motor telah beroperasi penuh dan autotransformator terputus dari motor.

4.5 Analisa Starting Dengan Autotransformator

a. Menghitung Arus Starting

Arus start langsung dapat dihitung dari persamaan 3.2 yaitu:

T start L

V S I

3

=

Dimana Sstart diperoleh dari persamaan 3.1 dan table 3.1 untuk code letter F, yaitu:

Sstart = (daya kuda nominal)(faktor code letter)

Sstart= (100)(5,00)

Sstart= 500 KVA

Sstart= 500000 VA

Maka,

) 400 ( 3 500000

= = sc

L I

I

IL = 721,7 Ampere

Ist =360,9 Ampere

Dengan demikian arus start dengan autotransformator adalah 360,9 Ampere.

b. Menghitung Torsi Start

Torsi start dapat dihitung dari persamaan 3.4, yaitu:

_fl

Dengan Tfl diperoleh dari persamaan 3.5, yaitu:

Sehingga,

( )

0,03

136 7 , 721 5

, 0

2 2

×    

  =

fl st

T T

=0,21 fl

st

T T

T_st =0,21T_fl N-m T_st =0,21×529,2 N-m Tst =111,13 N-m

BAB V

KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

1. Di Pabrik Kelapa Sawit (PKS) Kebun Adolina metode starting dengan autotransformator dilakukan dengan 50% tegangan.

2. Arus start dengan autotransformator adalah 360,9 Ampere atau 2,65 kali arus beban penuh.

3. Torsi start dengan autotransformator adalah 111,13 N-m atau 0,21 kali torsi beban penuh.

5.2 Saran

DAFTAR PUSTAKA

1. Chapman Stephen J, “Elektric Machinery Fundamentals” Fourth Edition Mc Graw Hill Companies, New York,2005.

2. Fitzgerald, A.E, Charles Kingsley, Jr., Stephen D. Umans, “Mesin-Mesin

Listrik”, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta,1984.

3. Lister “Mesin dan Rangkaian Listrik”, Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta, 1988 4. McPherson, George “An Introduction To Electrical Mechines And

Transformers”, Jhon Wiley & sons, Inc, Canada, 1981.

5. Theraja, B.L, ”A Text-Book Of Electrical Technology”, Nurja Construction & Development, New Delhi, 1989.