APLIKASI MOTOR
INDUKSI
PENERAPAN PADA LIFT / ELEVETOR
2010
Ryanto Sidiki & Fransiscus R. Tewuh
POLYTEKNIK NEGERI MANADO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI LISTRIK D4
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan limpahan rahmatnya sehingga Tugas Hasil kelompok kami dapat terselesaikan.Terutama kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas ini.Secara khusus kami selaku penulis Tugas ini mengucapkan banyak terima kasih kepada Dosen mata kuliah ini atas bimbingan beliau sehingga saya bisa memperoleh informasi-informasi dalam pengembangan diri dan intelektual.
Seperti pepatah yang mengatakan “Tak ada Gading yang tak retar” begitu juga dengan Tugas ini, tentu tidak lepas dari ketidak-sempurnaan. kami selaku penulis sangat mengharapkan kritik dan saran guna pengembangan dalam diri kami. Akhir kata sekali lagi kami mengucapkan banyak terima kasih atas partisipasi anda membaca tulisan ini.Terima kasih.
Manado, 18 April 2010 Penulis,
DAFTAR ISI
Kata Pengatar
Daftar Isi
Bab I. Pendahuluan
Bab II. Teori Dasar
1. Elektro-mekanik
2. Elektro-magnetik
Bab III. Teori Terapan
1. Motor Induksi
Bab IV. Pembahasan
1. Lift / Elevator
Bab V. Kesimpulan
Daftar Pustaka
BAB I. PENDAHULUAN
Setiap hari kita banyak melakukan aktifitas yang begitu banyak. Tahukah anda kalau 90% pekerjaan atau aktifitas kita telah dibantu oleh sebuah motor listrik khususnya motor induksi. Pompa air, DVD Player, Kipas angin, AC, Mesin cuci, Blendder,dan masih banyak lagi, yang merupakan peralatan yang sering kita gunakan. Motor induksi adalah komponen utamanya. Coba kita bayangkan tanpa adanya motor induksi, pasti kita akan sulit untuk melakukan aktifitas. Melalui tulisan ini akan dibahas secara mendalam tentang Motor Induksi khususnya Aplikasinya pada Lift listrik. Mesin-mesin listrik digunakan untukmengubah suatu bentuk energi keenergi yang lain, misalnya mesin yangmengubah energi mekanis ke energy listrik disebut generator, dan sebaliknyaenergi listrik menjadi energy mekanis disebut motor. Masing-masingmesin
mempunyai bagian yang diamdan bagian yang bergerak.Bagian yang bergerak dan diam terdiri dari inti besi, dipisahkan oleh celahudara dan membentuk rangkaian magnetic dimana fluksi dihasilkan oleh aliranarus melalui kumparan/belitan yangterletak didalam kedua bagian tersebut.Pada umumnya mesin-mesin penggerakyang digunakan di Industri mempunyaidaya keluaran lebih besar dari 1HP dan menggunakan motor InduksiTiga Fasa.
Adapun kelebihan dan kekurangan motor induksi bila dibandingkan dengan jenis motor lainnya, adalah :
Kelebihan Motor Induksi
� Mempunyai konstruksi yang sederhana.
� Relatif lebih murah harganya bila dibandingkan dengan jenis motor yang lainnya. � Menghasilkan putaran yang konstan.
� Mudah perawatannya.
� Untuk pengasutan tidak memerlukan motor lain sebagai penggerak mula. � Tidak membutuhkan sikat-sikat, sehingga rugi gesekan bisa dikurangi. Kekurangan Motor Induksi
� Putarannya sulit diatur.
BAB II. TEORI DASAR
1. ELEKTROMEKANIK
DASAR ELEKTROMEKANIK
1.1. Konversi Energi Elektromekanik
Konversi energi baik dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator) berlangsung melalui medium medan magnet. Energi yang akan diubah dari satu system ke system lainnya, sementara akan tersimpan pada medium medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi system lainnya. Dengan demikian, medan magnet di sini selain berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi juga sekaligus sebagai medium untuk mengkopel perubahan energi.
Dengan mengingat hukum kekekalan energi, proses konversi energi elektromekanik dapat dinyatakan sebagai berikut (untuk motor):
(Energi Listrik sebagai input) = (Energi Mekanik sebagai output + Energi panas) + (Energi pada medan magnet dan rugi-rugi magnetic)
atau dalam persamaan differensial, konversi energi dari elektris ke mekanis adalah sebagai berikut:
dWE = dWM + dWF
Ini hanya berlaku ketika proses konversi energi sedang berlangsung pada keadaan dinamis yang transient. Untuk keadaan tunak, dimana fluks merupakan harga yang konstan, maka
dWF = 0
dWE = dWM
1.2. Gaya Gerak Listrik
Apabila sebuah konduktor digerakkan tegak lurus sejauh ds memotong suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B, maka perubahan fluks pada konduktor dengan panjang efektif l adalah:
d = B l ds
Dari Hukum Faraday diketahui bahwa gaya gerak listrik (ggl) E = d/dt
Maka e = B l ds/dt; dimana ds/dt = v = kecepatan
Jadi, e = B l v
1.3. Kopel
Arus listrik I yang dihasilkan di dalam suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B akan menghasilkan suatu gaya F sebesar:
F = B I l
Jika jari-jari rotor adalah r, maka kopel yang dibangkitkan adalah T = F r
Perlu diingat bahwa saat gaya F dibangkitkan, konduktor bergerak di dalam medan magnet da seperti diketahui akan menimbulkan gaya gerak listrik yang merupakan reaksi (lawan) terhadap tegangan penyebabnya. Agar proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik (motor) dapat berlangsung, tegangan sumber harus lebih besar daripada gaya gerak listrik lawan.
Begitu pula, suatu gerak konduktor di dalam medan magnet akan membangkitkan tegangan e = B l V dan bila dihubungkan dengan beban, akan mengalir arus listrik I atau energi mekanik berubah menjadi energi listrik (generator). Arus listrik yang mengalir pada konduktor tadi merupakan medan magnet pula dan akan berinteraksi dengan medan magnet yang telah ada (B). Interaksi medan magnet merupakan gaya reaksi (lawan) terhadap gerak mekanik yang diberikan. Agar konversi energi mekanik ke energi listrik dapat berlangsung, energi mekanik yang diberikan haruslah lebih besar dari gaya reaksi tadi.
1.4. Mesin Dinamik Elementer
Pada umumnya mesin dinamik terdiri atas bagian yang berputar disebut rotor dan bagian yang diam disebut stator. Di antara rotor dan stator terdapat celah udara. Stator merupakan kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu dan rotor merupakan kumparan jangkar dengan belitan konduktor yang saling dihubungkan ujungnya (lihat gambar) untuk mendapatkan tegangan induksi (ggl).
Jika kumparan rotor diputar dengan arah berlawanan dari arah jarum jam, tegangan akan dibangkitkan dengan arah yang berlawanan pada kedua ujung rotor yang tidak dihubungkan.
Simulasi mesin dinamis (generator) dapat dilihat pada situs ini.
http://www.sciencejoywagon.com/physicszone/lesson/otherpub/wfendt/generatorengl. htm
1.5. Interaksi Medan Magnet
Kerja suatu mesin dinamis dapat juga dilihat dari segi adanya interaksi antar medan magnet stator dan rotor, yaitu:
F = B I l
Seperti diketahui, arus listrik (I) pada persamaan di atas akan menimbulkan fluks juga di sekitar konduktor yang dilalui. Bila kerapatan fluks akibat arus listrik dinyatakan
dengan Bs (pada stator), sedang kerapatan fluks akibat kumparan medan adalah
Br (pada rotor), maka dapat dituliskan:
T = K Br Bs sin
Dimana
adalah sudut antara kedua sumbu medan magnet Br dan Bs
K adalah konstanta l x r
Sudut dikenal sebagai sudut kopel atau sudut daya dengan harga maksimum = 90o. Dengan menganggap Br dan Bs sebagai fungsi arus rotor dan arus stator,
persamaan kopel menjadi:
T = K Ir Is sin
Dengan demikian, kopel terjadi sebagai interaksi antara dua medan magnet atau dua arus.
1.6. Derajat Listrik
Pada setiap satu kali putaran mesin, tegangan induksi yang ditimbulkan sudah
menyelesaikan p/2 kali putaran. Maka untuk mesin 4 kutub, satu kali putaran mekanik mesin (360o) berarti sama dengan dua kali putaran listrik (720o). Persamaan umumnya adalah sebagai berikut:
e = (p/2) m
p = jumlah kutub mesin e = sudut listrik
m = sudut mekanik
1.7. Frekuensi
Dari persamaan di atas, diketahui bahwa untuk setiap satu siklus tegangan listrik yang dihasilkan, mesin telah menyelesaikan p/2 kali putaran. Karena itu frekuensi
gelombang tegangan adalah:
f = (p/2) (n/60)
n = rotasi per menit n/60 = rotasi perdetik
Kecepatan sinkron untuk mesin arus bolak-balik lazim dinyatakan dengan ns = 120 (f/p)
Jadi misalnya untuk generator sinkron yang bekerja dengan frekuensi 50 putaran per detik dan mempunyai jumlah kutub p=2, maka kecepatan berputar mesin tersebut adalah:
ns = (120 x 50)/2 = 3000 rpm.
2. Elektromagnetik
Menurut fisika: Elektromagnet adalah fenomena fisika yang berupa interaksi antara medan listrik dan medan magnet. Cahaya adalah satu diantara fenomena gelombang elektromagnet yang memiliki sifat ambigu, di satu pihak bersifat gelombang elektromagnet, di lain pihak merupakan gerakan partikel yang disebut foton.Menurut Teori Minimalis cahaya merupakan symetrical trans wave yang mengakibatkan timbulnya foton pada saat terjadi keseimbangan prima antar medan magnet dan medan listrik.
Magnet listrik atau elektromagnet adalah inti (biasanya besi lunak) yang menjadi bersifat magnet karena ter induksi oleh arus listrik yang mengalir dalam suatu konduktor yang dililitkan mengelilingi inti besi lunak itu. Magnet jenis ini sifatnya tak tetap. Jika inti besi lunak diganti dengan baja maka yang terjadi adalah magnet tetap. Besi lunak akan kehilangan sifat magnet nya jika arus listrik diputus, sedangkan baja masih bersifat magnet jika listrik searahnya diputus.Magnet listrik jika yang mengalir arus searah atau direct current (DC) maka yang terjadi adalah magnet berkutub utara dan selatan, jika yang mengalir arus listrik bolak balik atau alternating current (AC) maka akan terjadi magnet yang kutubnya berubah-ubah (Vibrator).
Dalam eksperimen Oersted, Biot-Savart dan Ampere menyatakan bahwa adanya gaya dan medan magnet disekitar kawat berarus. Kemudian timbul pertanyaan “Apakah medan magnet dapat menghasilkan arus listrik?”. Awal tahunn 1830, dua orang ilmuwan yaitu Michael Faraday(Inggris) dan Joseph Henry(Amerika) menemukan bahwa perubahan medan magnet dapat menghasilkan tegangan dan arus yang disebut sebagai ggl induksi dan arus induksi. Proses terjadi ggl induksi dan arus induksi dikenal sebagai induksi magnetik
BAB III. TEORI TERAPAN
BAB IV. PEMBAHASAN
Elevator/Lift
salah satu jenis pesawat pengangkat yang berfungsi untuk membawa barang maupun penumpang dari suatu tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi ataupun
sebaliknya. Adapun jenis mesin lift dibagi menjadi dua yaitu mesin lift penumpang dan lift barang. Gerak kerja dari mesin lift ini adalah dengan cara menaik
turunkansangkar pada sebuah lorong lift dimana gerakannya berasal dari putaran motor listrik.
Konstuksi umum mesin lift/elevator berupa sebuah sangkar yang dinaik turunkan oleh mesin pengangkat, dimana yang akan direncanakan disini adalah dua sangkar tanpa penyeimbang(Counter Weight) yang mana apabila salah satu sangkar naik maka sangkar yang satu lagi harus turun begitu pula untuk sebaliknya. Sangkar tersebut dijalankan pada rel-rel dengan
menggunakan alat penuntun sangkar yang terpasang tetap, hal ini dimaksudkan agar lift tersebut tidak bergoyang pada saat berjalan.
1. Control System 2. Geared Machine
3. Primary Velocity Tranducer 4. Governor
6. Roller Guide/ Guide Shoe 7. Secondary Possition Tranducer 8. Door Operator
9. Entrance Protection System 10. Load Weighing Tranducers 11. Car Safety Device
12. Traveling Cable 13. Elevator Rail 14. Counterweight 15. Compesation Ropes 16. Governor Tension Sheave 17. Counterweight Buffer 18. Car Buffer
bagian-bagian diatas belum termasuk system control pada rangkaian eleckto penggatur arus listrik pada elevator. bagian-bagian lain dapat dilihat dibawah ini.
Bagian-bagian Lift 1. Motor Penggerak
Mesin penggerak ini menggunakan motor listrik tiga phase yang putarannya diteruskan dengan transmisi roda gigi cacing.Motor penggerak ini dilengkapi dengan rem magnet ( magnetic brake ) yang berfungsi menahan motor ketika kereta elevator telah sampai pada lantai yang dituju, pergerakan cepat atau lambatnya elevator diatur oleh PLC (Programable Logic Control) .Motor penggerak dalam menarik dan menurunkan elevator menggunakan tali baja ( rope ) yang melingkar pada puli mesin ( sheave ).
2. Pulley
Sistem puli dalam konstruksi mesin lift terdiri atas sistem tunggal dan majemuk. 3. Tali Baja
Tali baja berfungsi untuk meneruskan gerakan dari putaran puli ke gerakan naik turun sangkar pertama dan sangkar kedua. Jumlah dan diameter tali baja ditentukan dari besarnya beban yang akan diangkat.
4. Sangkar / Kereta
Sangkar adalah suatu tempat yang digunakan untuk mengangkut penumpang maupun barang. sangkar elevator beroperasi pada ruang luncur dan menapak pada rail di kedua sisinya, pada sisi kanan dan kiri terdapat pemandu rail ( sliding guide ) yang berfungsi memandu atau menapaki rail.
Selain pemandu rail ( sliding guide ) juga terdapat karet peredam ( silencer rubber ) yang berfungsi untuk mengurangi kejutan ketika elevator berhenti maupun mulai start, selain itu pula terdapat pendeteksi beban ( switch overload ) yang terdapat dibawah kereta elevator. Pada pintu kereta elevator juga terdapat sensor gerak ( safety ray ) dan sensor sentuh ( safety shoe ) yang terpasang pada pintu kereta dan berfungsi supaya untuk penumpang elevator tidak terjepit pintu elevator, didalam kereta elevator juga terdapat tombol-tombol pemesanan lantai ( floor button ) yang akan dituju oleh pengguna elevator.
Kereta elevator memiliki pintu otomatis yang digerakkan oleh motor stepper yang bekerja berdasarkan sinyal digital yang asalnya dari sensor kedekatan ( proximity ) yang berfungsi menentukan level atau tidaknya lantai, setelah lantai dinyatakan level atau rata maka motor stepper akan membuka pintu secara otomatis
Selain yang disebutkan diatas, ada beberapa komponen pendukung kerja elevator antara lain seperti dibawah ini :
1. Saklar pintu ( door contact )
Saklar pintu ( door contact ) ini termasuk dalam komponen pengaman elevator. 1. Kunci pintu ( door lock )
Berfungsi untuk mengunci pintu agar pintu tidak dapat dibuka dari luar 1. Saklar batas atas ( final up ) dan bawah ( final down )
Saklar batas atas dan bawah berfungsi untuk mengamankan kereta elevator terhadap kemungkinan terjadinya kelebihan kecepatan.
Penjelasan mengenai komponen pengaman elevator akan dibahas pada bahasan keamanan pada elevator.
5. Bobot Penyeimbang (Counter Weight)
Penyeimbang (Counter Weight) dimaksudkan untuk mengimbangi dari berat sangkar sehingga mesin tidak menahan beban yang tinggi. Pada umumnya berat penyeimbang sama dengan berat maksimum sangkar ditambah 40% -
sebagai contoh, konstruksi lift atau elevator dengan kapasitas angkat maksimal Q= 1300 kg, dengan berat kosong angkat 2600kg diperoleh berat bobot penyeimbang?
jawab
Beban penyeimbang dihitung menggunakan power pada saat naik beban penuh = power pada saat turun kosong
Dimana :
Untuk mendapatkan hasil berat penyeimbang dengan ketentuan beban naik penuh sama dengan beban turun kosong, maka persamaan diatas dapat disubtitusikan sebagai berikut :
(Sp – X) v.g = 0 (X – Sk) v.g =0 + 2X = Sp + Sk 2X = 2600 + 1300 X = 1950 kg
Maka berat penyeimbang adalah 1950 kg
biasanya penyeimbang direncanakan menggunakan besi cor GG 45 hasil diatas sama hal nya :
Qt = 40%-50% x Q1 + Q 1950 kg = 50 % (1300) +1300 1950 kg = 650 kg + 1300 kg
6. Rem
Mesin lift dilengkapi dengan rel elektromagnetik tertutup. Yang paling umum adalah rem lift terdiri dari perakitan kompresi pegas , sepatu rem dengan lapisan, dan perakitan sebuah solenoida . Bila solenoida tidak berenergi, kekuatan pegas sepatu rem untuk mencengkeram drum rem yang menimbulkan torsiatau tekanan pengereman. Magnet dapat mengerahkan gaya horizontal untuk menahan rem terbuka dan kembali menutup saat tidak digunakan. Hal ini dapat dilakukan secara
langsung di salah satu lengan operasi atau melalui sistem linkage. Dalam kedua kasus, hasilnya adalah sama. Saat diaktifkan pegas sepatu rem ditarik magnet menjauh dari poros drum rem bersamaan dengan putaran mesin elevator tersebut.
Dalam rangka meningkatkan kemampuan menghentikan putaran sebuah bahan dengan koefisien gesekan tinggi digunakan keandalan saat gesekan dalam pengereman, seperti seng asbes terikat berserat. Sebuah bahan yang terlalu tinggi koefisien gesekan dapat menyebabkan gerakan hentakan dalam sangkar. Bahan pengereman ini harus dipilih dengan hati-hati.
Biasanya efisiensi dari mesin dirancang adalah 60 persen untuk motor dan perakitan kotak perlengkapan gigi traksi. Efisiensi ini diperkirakan untuk beban sekitar 1135 kg, yang cocok dengan ukuran ideal ruangan lift, yang didorong dengan kecepatan di 1.75 m / s.
Diagram benda bebas di bawah ini menunjukkan bagaimana kekuatan ini didistribusikan. Gaya yang diberikan oleh pegas adalah jauh lebih dekat dengan pin sambungan lengan penarik dan oleh karena itu, dengan mudah dikalahkan oleh kekuatan lengan tarik magnetik (jarak jauh dari titik rotasi).
Gambar 4. Diagram benda bebas dari sistem pengereman 7. Governor
Governor ini dihubungkan ke kereta dengan menggunakan tali baja pengaman. Tali pengaman ini meneruskan gerakan dari kereta ke governer dan memutar roda governor. Apabila kecepatan kereta melebihi kecepaan aman yang diijinkan, maka governor akan bekerja dengan cara sebagai berikut :
a. Memutus jalur kontrol melalui saklar pembatas kecepatan. b. Menjepit tali governor dan membuat rem pengaman bekerja.
Perawatan Elevator
Perawatan terhadap elevator yang sehari-hari terus beropearasi perlu dilakukan dengan baik dan benar. Hal ini agar elevator dalam operasinya tidak mendapat gangguan atau kemacetan dan agar umur pemakaian elevator tersebut dapat memenuhi harapan yang wajar.
Ada beberapa perawatan dan pemeliharaan lift, sebagai berikut :
1. Pemeliharaan ringan
Yaitu pekerjaan pemeliharaan yang hanya meliputi service rutin dan penggantian bahan/alat pakai seperti :
1. Penggantian oli
2. Penggantian bola lampu 3. Penggantian sepatu pintu 4. Pelumasan
2. Pemeliharaan keseluruhan
Yaitu pekerjaan pemeliharaan yang meliputi service rutin dan penggantian spare part seperti : 1. Penggantian tali baja
3. Penggantian traveling cable 4. Readjustment.
DOMINAN FISIKA:
Ada perhitungan pengalihan kekuatan daya listrik seluruh sistem lift. Listrik dimasukkan ke
dalam motor sama dengan: (untuk AC motor)
Di mana V adalah tegangan dan I / akar 2 adalah sumber arus AC. Hasil perhitungan Power konsumsi ini kemudian ditransfer melalui output dari poros motor,
Dimana T adalah torsi dan w adalah Kecepatan rotasi. Setelah daya ditransfer melalui gigi (pengurang kecepatan) output akan berkurang dan torsi akan lebih besar. Daya secara
keseluruhan akan sedikit lebih rendah karena sistem tidak 100% efisien. Tegangan pada tali baja dari katrol lift adalah sama dengan berat dari lift, W e. The tension on the rope from the counter weight is W c . Tegangan pada tali baja dari pemberat adalah W c.
Gambar 1. Benda bebas dari sistem katrol
Analisis berikut telah dilakukan untuk kondisi mapan (tanpa percepatan) operasi. Tekanan gaya pada katrol pengemudi sama dengan perbedaan dari kedua ketegangan yang diberikan di setiap sisi. Di satu sisi, gaya ini sama dengan W e dan di sisi lain, itu adalah W c. Oleh karena itu, gaya total yang diberikan pada katrol 1 (drive katrol) adalah:
kecepatan rotasi poros drive (melekat pada katrol 1) atau kecepatan lift harus diketahui. Daya keluaran (asumsinya 100% efisiensi),
di mana r adalah radius katrol (katrol 1).
Gambar 2. Power mengalir melalui lift biasa
PERHITUNGAN BEBAN SIRKULASI VERTIKAL (LIFT)
Pemilihan kapasitas-kapasitas lift akan menetukan jumlah lift yang mempengaruhi pula kualitas pelayanan gedung, terutama proyek-proyek komersil.
Instalasi lift yang ideal ialah yang menghasilkan waktu menunggu disetiap lantai yang minimal, percepatan yang komfortavel, angkutan vertical yang cepat, pemuatan dan penurunan yang cepat di setiap lantai.
BAB V. KESIMPULAN
salah satu jenis pesawat pengangkat yang berfungsi untuk membawa barang maupun penumpang dari suatu tempat yang rendah ketempat yang lebih tinggi ataupun sebaliknya. Adapun jenis mesin lift dibagi menjadi dua yaitu mesin lift penumpang dan lift barang.
Untuk satu buah lift dengan kapasitas 3500 lb=1587,6 Kg dengan kecepatan 3 m/detik dengan perkraan 1 orang beat 75 Kg eerlukan daya sebesar 48 HP.
Pemilihan kapasitas-kapasitas lift akan menetukan jumlah lift yang mempengaruhi pula kualitas pelayanan gedung, terutama proyek-proyek komersil.
Instalasi lift yang ideal ialah yang menghasilkan waktu menunggu disetiap lantai yang minimal, percepatan yang komfortavel, angkutan vertical yang cepat, pemuatan dan penurunan yang cepat di setiap lantai.
rem lift terdiri dari perakitan kompresi pegas , sepatu rem dengan lapisan, dan perakitan sebuah solenoida . Bila solenoida tidak berenergi, kekuatan pegas sepatu rem untuk
mencengkeram drum rem yang menimbulkan torsiatau tekanan pengereman. Magnet dapat mengerahkan gaya horizontal untuk menahan rem terbuka dan kembali menutup saat tidak digunakan. Hal ini dapat dilakukan secara langsung di salah satu lengan operasi atau melalui sistem linkage. Dalam kedua kasus, hasilnya adalah sama. Saat diaktifkan pegas sepatu rem ditarik magnet menjauh dari poros drum rem bersamaan dengan putaran mesin elevator tersebut. . Apabila kecepatan kereta melebihi kecepaan aman yang diijinkan, maka governor akan bekerja dengan cara sebagai berikut :
a. Memutus jalur kontrol melalui saklar pembatas kecepatan. b. Menjepit tali governor dan membuat rem pengaman bekerja.
