Analisis Starting Motor Induksi Tiga Phasa Pada PT. Berlian Unggas Sakti Tj. Morawa

(1)

ANALISIS STARTING MOTOR INDUKSI TIGA PHASA PADA PT. BERLIAN UNGGAS SAKTI

TJ. MORAWA

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana Ekstensi pada

Departemen Teknik Elektro

Disusun Oleh :

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION DPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2008

(2)

ANALISIS STARTING MOTOR INDUKSI TIGA PHASA PADA PT BERLIAN UNGGAS SAKTI

TANJUNG MORAWA

Oleh :

David H Sirait

NIM : 040422027

Disetujui Oleh :

Pembimbing

Ir. Nasrul Abdi, MT Ir. Satria Ginting

NIP. 131 836 676

Diketahui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU

NIP. 131 459 554

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

(3)

ABSTRAK

Penggunaan motor induksi didalam suatu sistem kelistrikan pembangkit listrik

sangat dibutuhkan dimana kegunaan dari motor induksi adalah sebagai penggerak.

Kendala dari penggunaan motor induksi adalah pada saat starting. Hal tersebut

dikarenakan arus starting yang terjadi pada motor induksi sangat besar.

Untuk mengatasinya diperlukan starter agar nantinya tidak merusak peralatan dan

mengganggu sistem kelistrikannya. Motor yang akan dianalisa adalah motor Hammer

Mill dengan kapasitas 95 KW/ 125 HP. Metode starting yang digunakan pada motor

(4)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah

melimpahkan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis mampu menyusun dan

menyelesaikan Tugas Akhir ini. Adapun judul tugas akhir ini adalah “ANALISIS

STARTING MOTOR INDUKSI TIGA PHASA PADA PT. BERLIAN UNGGAS

SAKTI TANJUNG MORAWA.”.

Penyusunan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan

studi dan memperoleh gelar Sarjan Teknik pada Departemen Teknik Elektro Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan

bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan penuh ketulusan hati, penulis

mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Satria Ginting, selaku Dosen Pembimbing penulis yang memberi waktu

membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Ir. Rachman Hasibuan, selaku Dosen Wali

5. Seluruh Staf Dosen pengajar Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

(5)

6. Rekan-rekan stambuk 2004 Program Pendidikan Sarjana Ekstension Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara M. Idris, Senovandi, Ramadhani, Comex,

Taufik dan lain-lain.

7. Teman-teman asisten Lab. Konversi Ai, Eko, Ronald, Made dll.

8. Seluruh teman-teman seperjuangan dalam penyusunan tugas akhir.

Akhirnya dengan segala kerendahan hati, penulis berharap semoga tugas akhir ini

dapat bermanfaat bagi kita semua yang memerlukannya.

Medan Desember 2008

Penulis,

David H Sirait

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI... iii

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Penulisan ... 1

I.2 Tujuan Penulisan ... 2

I.3 Batasan Masalah ... 2

I.4 Metode Penulisan ... 2

I.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II MOTOR INDUKSI TIGA FASA II.1 Umum ... 4

II.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa ... 5

II.3 Jenis Motor Induksi Tiga Fasa dari segi rotor ... 5

II.3.1 Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai... 7

II.3.2 Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan ... 10

II.4. Medan Putar……… ... 12

II.5. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa ... 18

II.6. Slip……… ... 22

II.7. Frekuensi Rotor……… ... 23

II.8. Rangkaian Ekivalen ... 24

II.9. Aliran Daya Pada Motor Induksi……… ... 30

II.10. Efisiensi……… ... 32

II.11. Torsi Motor Induksi ... 33

(7)

III.2 Metoda-Metoda Start ... 37

III.2.1 Pengasutan Langsung ... 38

III.2.2 Pengasutan Saklar Bintang Segitiga ... 38

III.2.3 Pengasutan Kumparan Hambat Stator ... 42

III.2.4 Pengasutan Ototransformator ... 43

III.2.5 Pengasutan Dengan Kumparan Hambat Rotor ... 44

III.3 Peralatan Kontrol ... 45

III.3.1 Kontaktor ... 45

III.3.2 Relay ... 46

III.3.3 Timer ... 47

III.3.4 Lampu Tanda ... 48

III.4 Peralatan Pengaman ... 48

III.4.1 Fuse ... 49

III.4.2 Thermal Overload Relay ... 50

III.4.3 MCB ... 50

BAB IV ANALISIS DATA IV.1 Umum ... 52

IV.2 Spesifikasi Peralatan ... 52

IV.3 Wiring Kontrol dan Rangkaian Daya ... 54

IV.4 Menghitung jumlah kutub dan slip nominal ... 55

IV.5 Menghitung besar arus pada beban penuh dan beban nol ... 57

IV.6 Menghitung Besar Rating Pengaman ... 61

IV.6.1 MCB ... 62

IV.6.2 Over Load Relay ... 63

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan ... 64

(8)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Penulisan.

Penggunaan motor induksi di dalam suatu sistem kelistrikan pembangkit listrik

sangat dibutuhkan dimana kegunaan dari motor induksi ini sendiri adalah sebagai

penggerak. Secara umum motor induksi dapat dioperasikan baik dengan menghubungkan

motor secara langsung ke rangkaian pencatu maupun dengan menggunakan tegangan

yang sudah dikurangi ke motor selama periode start. Kendala dari penggunaan motor

induksi adalah pada saat starting, dimana motor membutuhkan arus lebih tinggi sekitar 5

sampai 7 kali dari arus nominal sehingga menyebabkan tegangan pada sistem turun yang

dapat menggangu peralatan lain.

Tugas akhir ini disusun untuk mengetahui besar arus masukan yang terjadi pada

saat motor induksi mulai dari sebuah motor di start dan motor dalam keadaan berbeban

penuh (running).

1.2 Tujuan Penulisan.

Tujuan penulis untuk menganalisis starting motor induksi tiga fasa adalah untuk

menganalisa besar arus masukan pada motor induksi tiga fasa pada keadaan tidak

berbeban maupun dalam keadaan beban penuh.

1.3 Batasan Masalah.

Tugas Akhir ini hanya mempelajari sistem kerja dari motor induksi yang

berkaitan dengan proses produksi di PT Berlian Unggas Sakti pada arus masukan pada

(9)

1.4 Metode Penulisan.

Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis mencari dan mengumpulkan data yang

diperlukan dengan metode :

1. Studi Literatur.

Dalam hal ini, penulis mengumpulkan bahan tulisan dari berbagai sumber pustaka

yang relevan dan mendukung Tugas Akhir ini.

2. Studi Bimbingan.

Dalam hal ini, penulis berdiskusi dan berkonsultasi dengan dosen pembimbing, staf

pengajar pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU, serta rekan-rekan

mahasiswa Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU.

3. Mengumpulkan data-data yang diperlukan dalam penulisan Tugas Akhir ini dari

PT. Berlian Unggas Sakti tempat penulis mengambil data.

1.5. Sistematika Penulisan.

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis

menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan gambaran menyeluruh tentang apa yang diuraikan

dalam tugas akhir ini, yaitu pembahasan tentang latar belakang, maksud

dan tujuan, batasan masalah, metodologi penulisan dan sistematika

(10)

BAB II : DASAR TEORI

Berisi tentang dasar-dasar teori dari motor induksi tiga fasa.

BAB III : STARTING MOTOR INDUKSI

Berisi tentang dasar-dasar teori dari starting motor induksi, maupun

metoda metoda pengasutan.

BAB IV : PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA

Bab ini berisikan semua data yang diperoleh untuk kemudian dihitung

dan dibandingkan dengan data karakteristik yang ada

BAB V : KESIMPULAN

BAB II

MOTOR INDUKSI TIGA FASA

(11)

Motor induksi adalah motor listrik arus bolak-balik (ac) yang putaran rotornya

tidak sama dengan putaran medan putar pada 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, stabil ketika berbeban dan

mempunyai efisiensi tinggi. Mesin induksi adalah mesin ac yang paling banyak

digunakan dalam industri dengan skala besar maupun kecil, dan dalam rumah tangga.

Alasannya adalah bahwa karakteristiknya hampir sesusai dengan kebutuhan dunia

industri, pada umumnya dalam kaitannya dengan harga, kesempurnaan, pemeliharaan,

dan kestabilan kecepatan. Mesin induksi (asinkron) ini pada umumnya hanya memiliki

satu suplai tenaga yang mengeksitasi belitan stator. Belitan rotornya tidak terhubung

langsung dengan sumber tenaga listrik, melainkan belitan ini dieksitasi oleh induksi dari

perubahan medan magnetik yang disebabkan oleh arus pada belitan stator.

Hampir semua motor ac yang digunakan adalah motor induksi, terutama motor

induksi tiga fasa yang paling banyak dipakai di perindustrian. Motor induksi tiga fasa

sangat banyak dipakai sebagai penggerak di perindustrian karena banyak memiliki

keuntungan, tetapi ada juga kelemahannya.

- Keuntungan motor induksi tiga fasa:

1. motor induksi tiga fasa sangat sederhana dan kuat.

2. biayanya murah dan dapat diandalkan.

(12)

4. perawatanya mudah.

- Kerugianya:

1. kecepatannya tidak bisa bervariasi tanpa merubah efisiensi.

2. kecepatannya tergantung beban.

3. pada torsi start memiliki kekurangan.

2.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa

Motor induksi adalah motor ac yang paling banyak dipergunakan, karena

konstruksinya yang kuat dan karakteristik kerjanya yang baik. Secara umum motor

induksi terdiri dari rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak, sedangkan

stator bagian yang diam. Diantara stator dengan rotor ada celah udara yang jaraknya

sangat kecil. Konstruksi motor induksi dapat diperlihatkan pada gambar-1.

Rotor

Stator

Gambar – 2.1 Gambar konstruksi motor induksi

Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang

diam dan mengalirkan arus phasa. Stator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang

memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk silindris. Alur

(13)

laminasi inti dibentuk dari lembaran besi (Gambar 2.2 (a)). Tiap lembaran besi tersebut

memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap

kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan phasa dimana untuk motor tiga phasa,

belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120o. Kawat kumparan yang digunakan

terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan

belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris (Gambar 2.2.(c)). Berikut ini contoh

lempengan laminasi inti, lempengan inti yang telah disatukan, belitan stator yang telah

dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga phasa.

(a)

(14)

Gambar – 2.2

Gambar 2.2 menggambarkan 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 Dari Segi Rotor

Ada dua jenis motor induksi tiga fasa berdasarkan rotornya yaitu:

1. motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai ( squirrel-cage motor)

2. motor induksi tiga fasa rotor belitan ( wound-rotor motor )

kedua motor ini bekerja pada prinsip yang sama dan mempunyai konstruksi stator yang

sama tetapi berbeda dalam konstruksi rotor.

2.3.1 Motor Induksi Tiga Fasa Rotor 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

(15)

120 derajat listrik. Lilitan fasa ini dapat tersambung dalam hubungan delta ( )

ataupun bintang ( ).

Rotor jenis rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.3 di bawah ini.

Batang Poros

Kipas

Laminasi Inti Besi

Aluminium

Cincin Aluminium

Batang Poros

Kipas

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

Batang rotor dan cincin ujung motor sangkar tupai yang lebih kecil adalah coran

tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Dalam motor 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 (a)

(16)

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.

Motor induksi dengan rotor sangkar ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.4 (a) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Kecil,

(b) Konstruksi Motor Induksi Rotor Sangkar Ukuran Besar (a)

(17)

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

Motor rotor belitan ( motor cincin slip ) berbeda dengan motor sangkar tupai

dalam hal konstruksi rotornya. Seperti namanya, rotor dililit dengan lilitan terisolasi

serupa dengan lilitan stator. Lilitan fasa rotor dihubungkan secara dan masing – masing

fasa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor.

Secara skematik dapat dilihat pada gambar-2.5. Dari gambar ini dapat dilihat bahwa

cincin slip dan sikat semata – mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel luar

ke dalam rangkaian rotor.

Sumber tegangan

Belitan Stator

Belitan Rotor

Slip Ring

Tahanan Luar

Gambar-2.5 Skematik diagram motor induksi rotor belitan

Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal yang

(18)

rotor. 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 di bawah ini.

(a)

(b)

Gambar 2.6 (a) Rotor Belitan, (b) Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa dengan Rotor Belitan

2.4 Medan Putar

Ada beberapa metode yang dapat dilakukan untuk menganalisa medan putar. Pada

(19)

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 ( 2.7 ) berikut

yang menggambarkan keadaan pada kumparan yang dialiri oleh arus dari sumber tiga

fasa. Misalkan arus yang mengalir pada ketiga kumparan tersebut sebesar:

t

arus yang mengalir pada kumparan aa ini, maka dihasilkan kerapatan medan magnet ( H '

(20)

x

Gambar -2.7 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

(21)

°

Pada persamaan kerapatan fluks diatas , dimana B_M =µH_M . 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

(22)

x

(23)

x y

' bb

B

'

cc B

'

a

'

b

'

c

a

b c

net

B

Gambar -2.9 Vektor Medan Magnet Pada Stator Saat t = 90°

Dari perhitungan saat tω = 0 dan saat ωt =90° dihasilkan resultan medan magnet yang

sama besr amlitudonya, hanya berbeda sudutnya. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar

2.8 dan gambar 2.9, terlihat jelas bahwa medan magnet yang dihasilkan ini berputar

tergantung terhadap waktu ( t ).

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 . _M

Dan ini akan terus konstan dan berputar dengan kecepatan sudut ω.

Dari gambar 2.7 sebelumnya diperlihatkan sistem koordinat , dimana garis

horizontal positif disimbolkan dengan x dan garis vertikal keatas disimbolkan dengan y.

x

a disimbolkan sebagai vektor satuan dari garis horizontal dan ay sebagai vektor satuan

(24)

net

B ) 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 diatas dapat dinyatakan dalam komponen a dan x ay.

=

Komponen – komponen vektor x dan y dapat disatukan menjadi sebagai berikut.

(25)

Karena ωt ωt cosωt

Dari persamaan (2.5) diatas, jika dimasukkan nilai ωt= 0° maka dihasilkan fluks medan

magnet sebesar 1,5B_M∠90° dan jika ωt= 90° didapat fluks medan magnet sebesar

° ∠0 5 ,

1 BM . Hasil perhitungan ini menyatakan bahwa fluks medan magnet yang

(26)

2.5 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa

Motor induksi adalah peralatan pengubah energi listrik ke bentuk energi

mekanik. Pengubahan energi ini bergantung pada keberadaan phenomena alami

magnetik, medan listrik, gaya mekanis dan gerak.

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, sehingga pada _s

belitan rotor akan diinduksikan tegangan seperti halnya 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 ini akan menghasilkan

torsi (τ ) dan jika torsi yang dihasilkan lebih besar dari torsi beban, maka rotor akan

berputar dengan kecepatan n yang searah dengan medan putar stator. _r

Gambar – 2.10 di bawah ini menggambarkan penampang stator dan rotor motor

(27)

X X

X

X X X

X

Stator

Rotor

Gerakan medan magnet

Gambar – 2.10 Penampang rotor dan stator yang memperlihatkan medan magnet dalam celah udara

Untuk arah fluksi dan gerak yang ditunjukkan gambar di atas, 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

(28)

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:

1. Ketika tegangan tiga phasa yang seimbang diberikan pada belitan stator, maka

belitan stator akan menghasilkan arus yang mengalir pada tiap – tiap phasanya.

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

ns =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

(29)

2

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

N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor

max = Fluksi maksimum(Wb)

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 searah _r

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 persamaan _r

berikut.

11.Setelah rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang diinduksikan pada

belitan rotor akan dipengaruhi atau tergantung terhadap slip (s). Tegangan induksi

(30)

E₂_s =sE₂ ( Volt )

dimana

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

f2 = s.f = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam keadaan

berputar)

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

akan dipengaruhi oleh slip, yang dapat dinyatakan dengan s f dan sx . ₂'

13.Jika kecepatan putaran rotor (n ) sama dengan kecepatan medan putar stator (_r n ), _s

maka slip bernilai nol, tidak ada fluks yang memotong belitan rotor 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.

2.6 Slip

Motor induksi tidak dapat berputar pada kecepatan sinkron. Seandainya hal ini

terjadi, maka rotor akan tetap diam relatif terhadap fluksi yang berputar. Maka tidak

akan ada ggl yang diinduksikan dalam rotor, tidak ada arus yang mengalir pada 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

(31)

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.

2.7 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.

(32)

r

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 memberikan

reaksi medan magnet. Biasanya medan magnet pada 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 medan magnetik yang _s

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

(33)

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

1

V = E₁ + I₁( R₁ + jX₁ ) Volt ………….(2.8)

Di mana: V₁ = tegangan terminal stator (Volt)

1

E = ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah udara resultan(Volt)

1

I = arus stator (Ampere)

1

R = resistansi efektif stator (Ohm)

1

X = reaktansi bocor stator (Ohm)

Arus pada stator (I ) terbagi menjadi dua bagian, yaitu 1 I'2 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

(34)

1

Gambar – 2.11 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 E yang diimbaskan pada rotor yang 2

sebenarnya dan tegangan 2 '

E yang diimbaskan pada rotor ekivalen adalah

2 '

E = aE ………..(2.9) 2

Bila rotor – rotor akan diganti secara magnetis, lilitan – ampere masing – masing

harus sama, dan hubungan antara arus rotor sebenarnya I dan arus 2 2 '

I pada rotor

ekivalen haruslah

2

Akibatnya hubungan antara impedansi bocor Z dari rotor ekivalen dan '2

(35)

Z = '2 =

Karena rotor terhubung singkat, hubungan fasor antara ggl frekuensi slip 2 '

E

yang dibangkitkan pada fasa patokan dari rotor patokan dan arus 2 '

Z = impedansi bocor rotor frekuensi slip tiap fasa berpatokan pada stator (Ohm)

2

R = tahanan rotor (Ohm)

2

sX = reaktansi bocor patokan pada frekuensi slip (Ohm)

Reaktansi yang didapat pada persamaan (2.12a) dinyatakan dalam cara yang demikian

karena sebanding dengan frekuensi rotor dan slip. Jadi X didefinisikan sebagai harga ₂

yang akan dimiliki oleh reaktansi bocor pada rotor dengan patokan pada frekuensi stator.

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

(36)

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 sebagai berikut.

s

Gambar – 2.12a Rangkaian ekivalen pada sisi rotor dalam keadaan berputar

(37)

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

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

ekivalen pada rotor dapat digambarkan sebagai berikut.

2

Gambar – 2.12(b) Rangkaian ekivalen pada sisi rotor saat akan berputar

Dari penjelasan mengenai rangkaian ekivalen pada stator dan rotor di atas, maka

dapat dibuat rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa pada masing – masing fasanya.

Perhatikan gambar di bawah ini.

1

Gambar – 2.13 Rangkaian ekivalen motor induksi setelah berputar 2

Untuk mempermudah perhitungan, maka rangkaian ekivalen pada gambar–

2.13 di atas dapat dilihat dari sisi stator, rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa akan

(38)

1

Gambar – 2.14 Rangkaian ekivalen perphasa motor induksi yang delihat dari sisi stator

s R₂'

Atau seperti gambar berikut.

1

Gambar – 2.15 Bentuk lain rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator

Dimana:

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

c

(39)

1

Gambar – 2.16 Rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator dengan mengabaikan R_c

2.9 Aliran Daya Pada Motor Induksi

Pada motor induk si, tidak ada sumber listrik yang langsung terhubung ke rotor,

sehingga daya yang melewati celah udara sama dengan daya yang diinputkan 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 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

(40)

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

Diagram aliran daya motor induksi dapat dilihat pada Gambar 2.17 di bawah ini.

r

Gambar 2.17 Aliran Daya Motor Induksi.

Dimana :

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

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

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

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

- PF+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

(41)

P_RCL =3

( )

I'₂ 2R₂' =sP_AG ( Watt )...(2.22)

( )

AG

' 2 2

' 2

conv (1 )

) 1 (

3 R s P

s s I

P = − = − ( Watt )...(2.23)

Dari gambar 2.17 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

(42)

Dari persamaan terlihat bahwa efisiensi motor bergantung pada besar rugi-ruginya.

Rugi-rugi pada persamaan tersebut adalah penjumlahan keseluruhan komponen Rugi-rugi-Rugi-rugi yang

dibahas pada sub bab sebelumnya.

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.

Kebanyakan pabrikan lebih memilih melakukan pengukuran komponen rugi-rugi

secara individual, karena dalam teorinya metode ini tidak memerlukan pembebanan pada

motor, dan ini adalah suatu keuntungan bagi pabrikan. Keuntungan lainnya yang sering

(43)

individual tidak begitu mempengaruhi keseluruhan efisiensi. Keuntungannya terutama

adalah fakta bahwa ada kemungkinan koreksi untuk temperatur lingkungan yang berbeda.

Biasanya data efisiensi yang disediakan oleh pembuat diukur atau dihitung berdasarkan

standar tertentu.

BAB III

PENGASUTAN MOTOR INDUKSI

3.1. Umum.

Masalah pengasutan motor induksi yang umum menjadi perhatian adalah pada

motor-motor induksi tiga fasa yang memiliki kapasitas yang besar. Pada waktu mengasut

(start) motor induksi kapasitas besar, besar arus listriknya cenderung melonjak dengan

tinggi sekali, walaupun memakan waktu yang cukup singkat namun kejadian tersebut

akan menimbulkan guncangan-guncangan tegangan pada jaringan listrik.

Guncangan-guncangan tersebut sangat mengganggu stabilitas jaringan listrik secara keseluruhan,

atau dapat pula menyebabkan pemutus daya terlepas (trip).

Untuk itulah telah dipikirkan cara-cara untuk melakukan pengasutan motor

induksi secara aman, adapun macam pengasutan yang umum adalah :

1. Pengasutan Stator :

1) Langsung.

2) Dengan Saklar bintang – segitiga.

(44)

4) Dengan Transformator.

2. Pengasutan rotor :

Dengan kumparan/ tahanan hambat.

3.2. Metoda-Metoda Start. 3.2.1. Pengasutan Langsung.

Pengasutan langsung ini biasanya dilakukan untuk motor induksi dengan

kapasitas kecil, ataupun dengan pertimbangan besar arus asut yang tinggi dan kejutan

mekanisnya tidak akan mengganggu terhadap jaringan listrik dan mesin itu sendiri.

Gambar 3.1. Pengasutan dengan Direct On Line

(45)

Metoda pengasutan ini adalah yang paling umum diterapkan untuk motor-motor

induksi tiga fasa yang berkapasitas besar. Pada metoda pengasutan ini bertujuan untuk

menghindari adanya kejutan arus asut yang besar. Untuk lebih jelasnya

Dalam praktiknya saklar bintang segitiga ini umumnya dirangkai menjadi

rangkaian listrik yang otomatis. Berikut ini sket rangkaian motor induksi dengan

pengasutan dengan saklar bintang segitiga.

Gambar 3.2. Pengasutan dengan saklar bintang - segitiga

3.3. Pengasutan Dengan Kumparan Hambat Stator.

Pengasutan cara ini adalah dengan menggunakan kumparan hambat yang

dihubungkan dengan kumparan stator, kumparan hambat ini cukup untuk satu tahap

(46)

Gambar 3.3. Pengasutan dengan kumparan hambat stator.

Terminal R, S, dan T dihubungkan dengan sumber daya dan terminal U, V, dan W

dihubungkan dengan terminal stator. Adapun proses kerjanya : pertama kali anak kontak

rele/ kontaktor K1 menutup (terhubung) dan motor mendapat pasokan daya jaringan

listrik. Apabila kumparan stator telah mendapat tegangan penuh, maka anak kontak K2

menutup dan anak kontak K1 lepas (membuka).

3.4. Pengasutan Dengan Oto – Transformator

Adapun rangkaian pengasutannya adalah sebagai berikut :

(47)

Pada saat pengasutan anak kontak K1 dan K2 dihubungkan, selesai pengasutan

anak kontak K3 dibuka lebih dulu, lalu K2 dihubungkan. Dengan cara ini pengasutan

dapat dilakukan tanpa pemutusan aliran pasokan daya listrik. Sedangkan transformator

asut, biasanya digunakan oto-transformator yang memiliki beberapa tipe peubah sadap

(tap changer).

3.5. Pengasutan Dengan Kumparan/ Tahanan Hambat Rotor.

Untuk metode/ cara ini tipe motor induksi yang ada haruslah dengan tipe rotor

belitan, dimana kumparan rotor ini merupakan kumparan tiga fasa yang memiliki jumlah

kutub yang sama dengan kutub pada kumparan stator. Adapun kumparan hambat ini

merupakan komponen pengasutan eksternal yang dihubungkan dengan kumparan rotor

seperti terlihat pada gambar berikut.

Gambar 3.5. Pengasutan dengan kumparan/ tahanan hambat rotor.

(48)

3.3.1. Kontaktor.

Kontaktor adalah salah satu jenis peralatan listrik yang digunakan untuk

menghubungkan atau memutus rangkaian listrik (umumnya adalah motor listrik) yang

bekerja berdasarkan prinsip elektromagnet. Kontaktor mempunyai belitan dan jika dialiri

arus listrik akan menimbulkan gaya magnetic, sehingga gaya magnetic ini akan

mengoperasikan kontak-kontak dari kontaktor yang terdiri dari kontak utama yaitu

kontak yang digunakan untuk menghubungkan rangkaian daya dan kontak bantunya

digunakan pada rangkaian kontrol.

Gambar 3.6 Simbol Kontaktor

Keterangan :

1, 3, 5 = Nomor terminal yang digunakan ke supply (rangkaian daya)

2, 4, 6 = Nomor terminal yang digunakan ke beban

13, 14, 23, 24 = Kontak Bantu Normally Open (NO)

31, 32 = Kontak Bantu Normally Close

a, b = Nomor terminal koil kontaktor

Prinsip kerja kontaktor adalah berdasarkan gaya elektromagnetik. Kontak-kontak

(49)

maka jika diberi tegangan kontak-kontak NO akan menutup dan NC akan membuka. Jika

tegangan dilepas, akan kembali ke posisi semula. Kumparan dari kontaktor umumnya

disupply dengan tegangan 220 V.

Relay.

Relay adalah suatu alat yang digunakan dalam suatu rangkaian control untuk

melengkapi system pengontrolan yang otomatis. Relay berfungsi untuk memonitor

besaran-besaran ukuran sesuai dengan batas-batas yang dikehendaki. Relay bekerja pada

tegangan dan arus yang kecil jadi berbeda dengan kontaktor.

Timer.

Timer adalah suatu relay waktu dimana pengoperasiannya dapat diatur berapa

lama on maupun offnya dengan setting waktu. Timer mempunyai kumparan dengan

nomor terminal a dan b atau 2 dan 10, dimana kedua terminal ini dihubungkan ke sumber

tegangan. Menurut pengoperasiannya timer dibagi dua jenis yaitu :

a. On Delay.

Timer jenis on delay ini bekerja atas dasar penundaan waktu. Apabila koil timer

sudah diberi tegangan, namun lengan-lengan kontaknya masih belum bekerja,

dikarenakan setting waktu kerja yang sudah diatur. Setelah beberapa saat barulah

pegas dari timer on delay ini bekerja untuk menarik lengan-lengan kontak timer

(50)

b. Off Delay.

Untuk kerja dari timer off delay merupakan kebalikan dari kerja on delay, dimana

waktu kerjanya dibatasi sampai waktu yang telah diatur. Pada saat koil timer

diberi tegangan, pegas dari timer juga langsung bekerja untuk menarik

lengan-lengan kontak timer.

Lampu Tanda.

Lampu tanda dipasang secara pararel dengan peralatan control sehingga kita dapat

mengetahui peralatan mana saja yang sedang bekerja dan tidak bekerja.

Peralatan Pengaman.

Tujuan tindakan pengamanan pada instalasi listrik adalah untuk melindungi

manusia atau peralatan yang tersambung dengan instalasi itu jika terjadi arus gangguan

akibat dari keadaan yang tidak normal. Untuk itu perlu dipakai pengaman seperti

sekering, MCB dll.

Yang menjadi dasar pertimbangan pengaturan pengaman adalah arus dan waktu

kerja suatu pengaman pada instalasi listrik. Karena itu besarnya arus hubung singkat baik

nilai maksimum maupun minimum harus dihitung untuk menentukan arus pengaturan.

Disamping itu waktu yang diperlukan oleh pengaman menanggapi gangguan juga

(51)

3.4.1 Fuse.

Fuse atau pengaman lebur digunakan sebagai pengaman rangkaian listrik terhadap

arus hubung singkat yang terjadi karena kesalahan fasa dengan fasa, fasa dengan netral,

atau antara fasa dengan body pearalatan yang dihubungkan dengan penghantar

pentanahan. Fuse putus jika arus yang mengalir melaluinya melebihi kemampuannya.

Untuk mendapatkan pemutusan yang efektif hendaknya ukuran fuse lebih kecil

dibandingkan dengan arus yang melaluinya. Arus nominal adalah arus yang mengalir

secara terus menerus pada kondisi normal tanpa terjadi gangguan arus pada fuse tersebut.

Faktor fuse merupakan perbandingan arus maksimum yang tidak merusak fuse

pada waktu tertentu dengan arus kerjanya

Arus yang menyebabkan putus Faktor fuse (ff) =

Arus kerja nominal

Faktor fuse yang digunakan Amerika, Jepang dan lain sebagainya digolongkan

atas 4 kelas untuk tegangan menengah dan tegangan rendah, yaitu :

Kelas P untuk factor fuse sampai dengan 2,5

Kelas Q1 untuk factor fuse sampai dengan 1,5

Kelas Q2 untuk factor fuse sampai dengan 1,75

Kelas K untuk factor fuse sampai dengan 1,75

Untuk mengetahui pemutusan fuse dan hubungannya dengan waktu dapat kita lihat

(52)

Gambar 3.7 Karateristik Fuse

Untuk memudahkan pengenalan fuse dapat kita kenal dengan kode-kode warna yang ada

pada fuse yaitu :

2 A Merah Muda

4 A Coklat

6 A Hijau

10 A Merah

16 A Kelabu

20 A Biru

25 A Kuning

35 A Hitam

50 A Putih

60 A Warna Tembaga

Fuse yang beredar di pasaran mempunyai dua tipe yaitu tipe pemutusan lambat

dan tipe pemutusan cepat. Kedua tipe ini berbeda dalam hal sensitivitasnyaterhadap arus

gangguan. Untuk tipe pemutusan lambat, sensitivitasnya terhadap gangguan sangat kecil,

sedangkan untuk tipe pemutusan cepat lebih sensitivitas terhadap arus gangguan.

Berdasarkan kesensitivitasnya tersebut maka dalam menentukan rating fuse yang

digunakan mempunyai factor pemutusan yang berbeda.

(53)

I_F = 2 x I (untuk pemutusan lambat)

3.4.2. Thermal Over Load.

Thermal overload merupakan peralatan pengaman motor listrik terhadap arus

beban lebih. Pengaman ini bekerja secara thermis yaitu karena panas yang ditimbulkan

oleh adanya arus listrik yang melewati arus nominalnya. Suhu yang tinggi pada motor

disebabkan oleh perubahan energi listrik menjadi energi panas. Energi panas ini dirubah

menjadi energi mekanis oleh logam bimetal untuk melepaskan kontaknya. Dengan

membukanya kontak-kontak ini maka rangkaian akan menjadi terbuka sehingga motor

aman dari bahaya beban lebih tersebut.

Pengaman ini juga mempunyai kontak-kontak Bantu NO (Normally Open) dan

kontak NC (Normally Close). Kontak NC dipergunakan sebagai pengontrol operasi dari

kontaktor dan kontak NO biasanya digunakan untuk mengoperasikan lampu tanda yang

menandakan adanya gangguan beban lebih (over load) pada motor.

(54)

Pada saat motor mengalami beban lebih maka kontak Bantu NC dari pengaman

ini akan memutuskan suplai daya ke kontaktor yang mengoperasikan motor tersebut

sehingga motor akan berhenti bekerja dan terhindar dari kerusakan akibat gangguan

tersebut.

Thermal ini dapat distel berdasarkan nilai arus oleh pabrik pembuatnya. Proteksi

ini dirancang sedemikian rupa sehingga arus jatuhnya kira-kira 10 % lebih tinggi dari

nilai stelnya. Jika arus nominal motor 20 A maka arus setting dari thermal adalah sebesar

22 A.

3.4.3. Miniatur Circuit Breaker (MCB).

MCB merupakan peralatan switching dan pemutus arus yang berfungsi untuk

memutuskan tenaga listrik baik pada saat operasi normal maupun dalam keadaan tidak

normal. MCB biasanya dilengkapi dengan pengaman thermis untuk beban lebih dan

pengaman relay untuk hubung singkat.

Pada operasi normal, MCB dipergunakan untuk membuka suatu rangkaian listrik,

misalnya untuk keperluan perawatan. Pada keadaan operasi tidak normal, misalnya pada

saat terjadi gangguan arus lebih maka pada keadaan ini MCB akan membuka kontaknya

secara otomatis sehingga rangkaian yang terganggu akan segera dilokalisasi. Berdasarkan

pemakaian dan tingkat kepekaan, dapat diklasifikasikan atas :

a. MCB dengan karateristik G.

MCB ini ada dua macam :

1. MCB tipe G yang dirancang dengan kondisi tripping magnetiknya baru akan

(55)

kenaikan arus 7 kali arus nominal, MCB akan trip pada waktu diatas 0,5 detik dan

untuk kenaikan 10 kali arus nominalnya MCB trip dibawah 0,5 detik.

2. MCB tipe G dengan kondisi tripping untuk kenaikan arus 6 kali arus nominalnya.

b. MCB karateristik L.

Pada umumnya kondisi tripping magnetiknya baru dapat bekerja apabila terjadi

kenaikan arus 3 – 5 kali arus nominalnya. MCB tipe L ini merupakan tingkat

pengaman yang lebih sensitif dibanding MCB tipe G. Biasanya MCB tipe L

digunakan pada instalasi rumah tangga, gedung-gedung perkantoran atau bersifat

komersil, dimana pada umumnya tempat-tempat tersebut menggunakan beban yang

bersifat resistif atau induktif ringan.

c. MCB Karateristik K.

Kondisi tripping magnetiknya baru dapat bekerja apabila kenaikan arus 8 – 12 kali

arus nominalnya. Biasanya digunakan untuk mengamankan kabel-kabel instalasi dan

beban induktif berat atau motor-motor penggerak mesin-mesin induksi yang langsung

distart dengan tegangan penuh. Operasi MCB dapat dilakukan dengan dua cara :

1. Operasi thermal yaitu operasi pemutusan oleh MCB karena gangguan beban lebih

pada kondisi normal. Pada saat terjadi gangguan lebih pada suatu rangkaian maka

otomatis bimetal akan memutuskan rangkaian karena terjadi perbedaan

(56)

Gambar 3.10 Pandangan struktur dari operasi MCB secara thermis.

2. Operasi magnetic yaitu operasi pemutusan oleh MCB karena terjadi gangguan

hubung singkat, maka relay elektromagnetik akan terenergis dan berubah menjadi

magnet yang akan menarik kontak-kontaknya sehingga akan memutuskan

rangkaian.

(57)

BAB IV

DATA DAN ANALISIS DATA

4.1. Umum.

Proses produksi adalah teknik atau metode untuk membuat atau merubah suatu

barang atau jasa agar bertambah nilainya dengan menggunakan bantuan mesin induksi 3

phase sebagai penolong. Penggunaan mesin induksi sebagai motor listrik memiliki

banyak keuntungan diantaranya dikarenakan bentuknya yang sederhana dan

konstruksinya yang cukup kuat, harga relatif murah dan dapat diandalkan, effisiensi

tinggi dimana dalam keadaan normal tidak memerlukan sikat (seperti motor arus searah)

sehingga rugi-rugi dapat dikurangi, perawatan minimum. Analisa starting motor induksi

pada bab ini akan dimulai dari perhitungan jumlah kutub dan besarnya slip yang

dihasilkan sebuah motor induksi.

4.2. Spesifikasi Peralatan.

(58)

Motor Hammer Mill

Tipe rotor : Belitan

Merk :TECO

HP : 125 HP

V : 380 Volt

Ampere : 168 A

F : 50 Hz

Rpm : 2900 ppm pada keadaan tanpa beban

2860 ppm pada keadaan beban penuh.

R1 = 0,32 Ω X1 = 1,12 Ω

R2’ = 0,32 Ω X2’ = 1,12 Ω

Rc = 131 Ω Xm = 15,32 Ω

4.3. Wiring Konrol dan Rangkaian Daya.

Di PT Berlian Unggas Sakti sistem rangkaian wiring yang dipakai untuk menjalankan

motor seperti yang terlihat pada gambar berikut :

220VAC

ON

OFF

OLR

220VAC 95 96

8 5

8 6

NO

K1

K2

K3 NC

NC

“Y”

“ ”

(59)

Cara Kerja :

Apabila salar ON ditekan, maka coil kontaktor K1 bekerja. Bekerjanya coil

kontaktor K1 diikuti dengan bekerjanya juga coil kontaktor K2 dan coil timer TR. Karena

coil Kontaktor K1 bekerja membuat lengan-lengan kontak bantunya ikut bekerja. Pada

kondisi pertama ini motor terhubung dalam kondisi star/Y. Dan dalam waktu beberapa

saat kemudian (sesuai setting sebelum motor berputar 100 % atau ± 70 % putarannya)

timer merubah lengan kontaknya secara otomatis dari NC menjadi NO, sehingga

kontaktor-kontaktor yang bekerja adalah K1 dan K3. Pada kondisi ini motor sudah

terhubung delta.

Adanya lengan kontak bantu NC K2 berfungsi untuk memproteksi agar

benar-benar kontaktor K3 dalam posisi OFF. Begitu juga adanya NC K3 adalah untuk

mencegah agar kontak K2 benar-benar OFF.

(60)

(61)

Untuk proses grinding (penggilingan) bahan baku di PT. Berlian Unggas Sakti

dipakai alat yang disebut Hammer Mill. Adapun spesifikasi dari motor induksi yang

digunakan sebagai berikut :

Motor induksi 3 phasa merk TECO, 50 Hz, 125 HP dengan putaran 2900 ppm pada

keadaan tanpa beban dan 2860 ppm pada keadaan beban penuh.

Dari data di atas maka dapat di analisa beberapa hal sebagai berikut :

Pada keadaan beban nol s sehingga Ns≈ Nbn, maka :

Jumlah kutub pada motor hammer mill adalah sebanyak 2 buah (sepasang).

3000ppm Nr 2860ppm

Persentase harga slip dari motor adalah sebesar 4,67 %. Harga slip dari sebuah motor

induksi bervariabel tergantung dari perubahan kecepatan putarannya.

Kondisi putaran rotor (Nr) dan putaran stator (Ns) yang merupakan penentu besarnya slip

dijelaskan sebagai berikut :

Pada saat start, putaran rotor (Nr) = 0 ppm, sehingga didapat :

(62)

100% 0%

Keluaran rotor = 125 hp

(63)

= 0,87

= Pin Pout

x 100 %

=

780 . 97

250 . 93

x 100 %

= 95,3 %

4.5. Menghitung Besarnya Arus pada Beban Penuh Maupun Beban Nol (diam).

Analisa kemudian dilanjutkan untuk mencari besarnya arus yang terjadi pada saat start

pada keadaan beban penuh maupun keadaan beban nol (diam), dari data-data yang ada

diperoleh analisa sebagai berikut :

Motor induksi bekerja pada tegangan 380 Volt, terhubung segitiga dengan slip pada

beban penuh adalah 4,67 % dengan besaran karakteristik sebagai berikut :

R1 = 0,32 Ω X1 = 1,12 Ω

R2’ = 0,32 Ω X2’ = 1,12 Ω

Rc = 131 Ω Xm = 15,32 Ω

(64)

Maka untuk mengetahui besarnya arus dalam keadaan beban penuh dapat dihitung

sebagai berikut :

(65)

Maka IL = 3 x 62,16 ∠−40,090

= 107,7 ∠−40,090Ampere

Sedangkan untuk mencari nilai arus pada keadaan diam dapat dilakukan analisa sebagai

berikut :

(Pada keadaan diam slip bernilai 100 % =1), sehingga :

(66)

= 162,4 ∠−72,870

= 162,4 – j 72,87

I1 = I0 + I2’

= 2,9 – j 24,8 + 162,4 – j 72,87

= 165,3 – j 97,6

= 191,96 0

5 , 30

− ∠

Maka IL = 3 x 191,96 ∠−30,50

= 332,5 ∠−30,50Ampere

4.6.1. Menghitung Besarnya Rating Pengaman.

Menurut PUIL 2000 untuk sirkit akhir yang menyuplai beberapa motor, nilai

pengenal atau setelan gawai proteksi hubungan pendek tidak boleh melebihi nilai terbesar

dihitung menurut table untuk masing-masing motor ditambah dengan jumlah arus beban

penuh motor lain dalam sirkit akhir motor tersebut.

Tabel 4.1 Persentase arus beban penuh

JENIS MOTOR

PERSENTASE ARUS BEBAN PENUH

PEMUTUS SIRKIT

%

PENGAMAN LEBUR

%

Motor sangkar atau serempak, dengan

pengasutan bintang segitiga, langsung

(67)

resistor dan motor fase tunggal

Motor sangkar atau serempak dengan

pengasutan autotransformator atau

motor sangkar reaktans tinggi

Motor rotor lilit atau arus searah

200

150

400

4.6.1. MCCB.

Dalam hal ini MCB fungsinya sebagai pengaman terhadap gangguan arus hubung

singkat walaupun pada prakteknya dapat juga berfungsi sebagai pengaman beban lebih.

Sesuai dengan PUIL bahwa rating pengaman pemutus daya motor belitan adalah

150 % dari arus nominal motor

Maka rating MCCB = 150 % x 168 A

= 252 A

4.6.2. Over Load Relay.

Untuk setting dari Thermal Over Load tersebut biasanya arus nominal motor dikalikan

dengan sebuah konstanta sebesar 110 %.

Maka setting TOL untuk motor = 110 % x 168

(68)

BAB V KESIMPULAN

1. Dari analisa yang dilakukan arus pada keadaan beban penuh arus yang masuk

sebesar 167,14 Ampere sedangkan pada slip = 1 sebesar 309,8 Ampere sedangkan

setelah adanya penambahan tahanan luar maka arus yang masuk sebesar 271,93

Ampere

2. Untuk pemakaian pengaman pada motor hammer mill sudah sesuai dengan standar

(69)

DAFTAR PUSTAKA

1. Wijaya, Mochtar Ir, Dasar-Dasar Mesin Listrik, Jakarta, Djambatan, 2001.

2. B.L. Theraja, Electrical Technologi, Ram Nagar, New Delhi, 1987.

3. Chapman,Stephen J “ Electric Machineriy Fundamentals” Third Edition,

McGraw-Hill , New York,1999.

4. Fitzgerald, A.E, Charles Kingsley, Jr., Stephen D. Umans, “Mesin – Mesin

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

5. Eugene C Lister “Mesin dan Rangkaian Listrik”, Edisi Keenam, Erlangga,

(70)

(71)