Penggunaan dan Pengaturan Motor Listrik

Penggunaan & Pengaturan

Motor Listrik

PENDAHULUAN

Dalam banyak aplikasi, maka perlu untuk memberikan

torsi pengereman bagi peralatan yang digerakkan oleh

motor listrik. Dalam beberapa kasus kerja motor yang

memerlukan perlambatan yang cepat, adalah perlu

untuk melakukan pengereman motor selama periode

operasi.

Jika laju motor berkurang dari



₁

menjadi



₂

pada

sistem yang memiliki inersia

J

, maka daya pengereman

P

_b

untuk waktu pengereman t

_b

diberikan oleh

persamaan,

𝑃

_𝑏

𝑑𝑡 =

1

𝐽 𝜔

₁2

− 𝜔

₂2

PENDAHULUAN

Ada 3 jenis pengereman yang dapat diterapkan pada hampir semua jenis motor listrik, yaitu:

(a) Pengereman regeneratif;

Terjadi bila motor beroperasi sebagai generator pada saat masih terhubung ke power supply sehingga energi mekanik diubah menjadi energi listrik dan dikembalikan ke supply. Kebanyakan mesin listrik dapat melalui perubahan mode dari aksi motor menjadi generator secara lancar jika mengalami overdrive oleh beban.

(b) Pengereman rheostatik atau dinamik;

Pengereman ini melibatkan operasi motor sebagai generator; energi mekanik diubah menjadi energi listrik yang didisipasikan sebagai panas dalam resistansi belitan mesin atau resistansi yang dihubungkan ke mesin sebagai beban listrik. Energi listrik tidak dikembalikan ke supply seperti pada kasus regeneratif.

PENDAHULUAN

(c) Pengereman plugging atau arus balik;

Pengereman ini melibatkan koneksi ulang power supply ke motor sehingga motor cenderung berputar dalam arah yang berlawanan. Jika diinginkan motor untuk berhenti dan tidak terus berputar dalam arah yang berlawanan, maka diperlukan relay untuk

memutus supply pada saat ketika motor berhenti. Plugging

menarik energi dari supply seperti halnya mendisipasikan energi yang dikonversi dari energi mekanik menjadi panas; jadi ini adalah metode pengereman listrik yang tidak efisien.

DIAGRAM EMPAT KUADRAN

Hubungan kelajuan–torsi yang menyatakan aksi dari suatu mesin listrik dapat direpresentasikan dalam diagram empat kuadran sebagai berikut:

(i) Pada saat torsi positif dan kelajuan positif, mesin berada pada mode motor / drive;

(ii) Pada saat torsi negatif dan kelajuan positif, mesin berada pada mode pengereman;

(iii) Pada saat torsi negatif dan kelajuan negatif, mesin berada pada mode motor / drive dalam arah putar yang berlawanan;

(iv) Pada saat torsi positif dan kelajuan negatif, mesin berada pada

PENGEREMAN LISTRIK MOTOR DC

1. Pengereman Motor DC Shunt

(a) Pengereman Rheostatik atau Dinamik

Koneksi motor shunt untuk operasi pengereman dinamik ditunjukkan pada Gambar 3.5. Jangkar diputuskan dari supply dan kemudian dihubungkan melalui resistanse Re. Mesin bekerja sebagai generator yang digerakkan oleh energi kinetik yang tersimpan dan mendisipasikan daya dalam rangkaian jangkar.

PENGEREMAN LISTRIK MOTOR DC

Misalkan arus medan adalah I_f, ggl rotasional E_r pada kelajuan _r = K_f , dimana K_f adalah tetapan. r_a = resistansi jangkar; R_e = resis-tansi eksternal dalam rangkaian jangkar untuk pengereman. Total resistansi rangkaian jangkar R = r_a + R_e.

Arus pengereman dalam jangkar = 𝐸𝑟

𝑅 = 𝐾𝑓𝜔𝑟

dan daya pengereman P_b = 𝐸𝑟2

𝑅 =

𝐾_𝑓𝜔_𝑟 2 𝑅

Waktu untuk mengurangi kelajuan dari ₁ menjadi _2:

𝑡_𝑏 = 𝐽𝑅 𝐾2_𝑓𝑙𝑛

𝜔₁ 𝜔₂

PENGEREMAN LISTRIK MOTOR DC

Jika waktu pengereman t_b diberikan dan ₁ diketahui, laju motor ₂ dapat ditentukan dari

𝑙𝑛𝜔1 𝜔₂ =

𝑡_𝑏𝐾2_𝑓 𝐽𝑅

Rugi inti, rugi mekanik dan torsi beban direpresentasikan (pendekatan) oleh rugi-rugi dalam resistansi semu R_m yang paralel dengan R_e.

(b) Pengereman Plugging atau Arus Balik

Jika tegangan terminal jangkar dari motor dc dibalik, tegangan supply dan ggl motor saling menjumlahkan. Untuk menghindari arus yang berlebih, resistansi rangkaian jangkar harus bernilai sekitar dua kali resistansi pengasutan (start). Gambar 3.7 menunjukkan koneksi motor shunt untuk pengereman arus balik atau plugging.

PENGEREMAN LISTRIK MOTOR DC

Gambar 3.5 Plugging motor dc shunt

Dengan eksitasi tetap, torsi pengereman = K_fI_a. Untuk beban inersia murni, K_fI_a = Jp_r. Operasi plugging dapat

direpresentasikan dengan

penerapan tegangan jangkar

terbalik –V_a sebagai

tegangan step pada laju operasi.

Arus awal = –(V_a + e_r)/R

Jangkar harus dalam kondisi sirkulasi terbuka pada saat kelajuan nol; bila tidak motor akan berputar dalam arah sebaliknya.

PENGEREMAN LISTRIK MOTOR DC

(c) Pengereman Regeneratif

Pengereman regeneratif memungkinkan untuk motor dengan penguatan shunt dan penguatan terpisah. Metode ini hanya mungkin dilakukan bila ggl rotasional melebihi tegangan yang diterapkan ke jangkar. Hal ini bisa terjadi dengan memperkuat medan atau dengan mengubah tegangan jangkar. Regeneratif tidak memerlukan modifikasi atau pun tambahan terhadap peralatan yang ada. Akan tetapi, kelajuannya dibatasi sampai nilai kelajuan saat motor berputar pada kondisi medan penuh.

Perbandingan dengan Metode Pengereman yang Lain

Dalam kasus plugging, switch dan resistor pembalik sekitar dua kali nilai ratingnya, dengan kenaikan rating waktu, harus dibandingkan dengan resistansi pengasutan. Pengereman rheostatik memerlukan switchgear tambahan dan meningkatkan rating waktu.

PENGEREMAN LISTRIK MOTOR DC

Torsi pada semua kasus dibatasi sampai nilai yang berhubungan dengan arus maksimum yang diperbolehkan dan eksitasi penuh. Dalam sistem Ward Leonard, pengereman regeneratif pada torsi di atas kondisi maksimum seperti di atas dapat dilakukan pada seluruh kelajuan dalam kedua arah putaran.

Untuk mesin penguatan terpisah yang direm secara rheostatik, arus jangkar maksimum dapat dijaga hingga eksitasi penuh dan resistansi eksternal nol pada rangkaian jangkar dicapai. Setelah kondisi ini, torsi akan jatuh dalam hubungan linier dengan kelajuan sampai mencapai nilai nol saat standstill. Dalam kasus mesin shunt dengan pengereman rheostatik, arus dan torsi maksimum dapat diatur di bawah nilai kelajuan kritis.

PENGEREMAN LISTRIK MOTOR DC

2. Pengereman Motor DC Seri

(a) Pengereman Rheostatik atau Dinamik

Merupakan hal yang jarang untuk mengeksitasi belitan medan seri oleh sumber supply yang terpisah. Balik koneksi jangkar atau medan untuk memastikan bahwa jangkar akan membentuk ggl. Resistansi pengereman harus dibuat sedemikan hingga (Re + ra + rse) lebih kecil dari resistansi kritis untuk kelajuan saat pengereman dilakukan. Torsi pengereman akan hilang setelah kelajuan kritis dicapai.

(b) Pengereman Regeneratif

Pengereman regeneratif untuk motor seri di industri adalah hal yang tidak biasa; tetapi pada sistem traksi dc dimana saat lokomotif listrik menarik kereta yang berat menuruni bukit, kebutuhan energi listrik berkurang danmemiliki dampak ekonomi dengan penggunaan peralatan regeneratif; juga mengurangi pemakaian pengereman mekanik.

PENGEREMAN LISTRIK MOTOR INDUKSI

(a) Pengereman Dinamik

Dalam operasi normal, motor induksi dieksitasi dari sistem supply. Dalam pengereman dinamik motor induksi, belitan stator motor tiba-tiba dicatu dengan supply dc. Jadi dalam pengereman dinamik, belitan stator digunakan sebagai belitan medan dc dan belitan rotor sebagai belitan

jangkar. Dalam kasus motor squirrel cage, belitan rotor itu sendiri

membentuk beban pada motor selama pengereman. Dalam kasus motor induksi slip ring atau rotor belitan, resistansi eksternal dapat ditambahkan ke rangkaian rotor untuk membentuk beban. Eksitasi dc dapat diberikan ke stator melalui rectifier atau supply dc.

Ada sejumlah cara dimana belitan stator dapat dihubungkan sebagai belitan medan dc. Salah satu cara yang paling umum adalah menghubungkan dua dari fase stator yang terhubung bintang secara seri dan mengeluarkan ujung (lead)-nya; fase ketiga dijaga agar terisolir dan kemudian berikan supply dc pada kedua lead tadi.

Dengan koneksi ini, arus ac ekivalen pada stator sehubungan dengan eksitasi dc untuk menghasilkan fluks yang sama adalah

= 2 3 𝐼𝑑𝑐

PENGEREMAN LISTRIK MOTOR INDUKSI

Metode lain untuk menghubungkan belitan stator, kedua terminal saluran dihubungkan bersama, jadi dua fasa terhubung paralel. DC disupply ke lead bersama ini dan lead dibawa keluar dari fase ketiga; jadi fase ketiga terhubung seri dengan kombinasi kedua pase yang paralel. Selama pengereman dinamik, mesin induksi beroperasi sebagai generator sinkron kutub non-salient yang dibebani resistor tiga fase.

PENGEREMAN LISTRIK MOTOR INDUKSI

(b) Pengereman Plugging atau Arus Balik

Dalam kasus motor induksi fase banyak seimbang, pengereman dilakukan secara sederhana dengan membalik urutan fase dari supply motor; yakni, jika koneksi awal memiliki urutan fase R, Y, B yang terhubung ke fase A, B, C maka untuk plugging, R, Y, B dihubungkan ke A, C, B. Jadi arus akan berbalik. Sekarang, slip motor memiliki referensi baru terhadap ggl stator. Slip menjadi lebih besar dari satu dan berada di antara 1 dan 2. Kurva kelajuan-torsi dari motor pada kondisi plugging ditunjukkan pada Gambar 3.12.

PENGEREMAN LISTRIK MOTOR INDUKSI

Gambar 3.12 Kurva kelajuan-torsi pada kondisi pengereman plugging

PENGEREMAN LISTRIK MOTOR INDUKSI

(b) Pengereman Regeneratif

Gambar 3.13 menunjukkan karakteristik motor induksi yang beroperasi (i) sebagai motor; (ii) pada kondisi pengereman; (iii) sebagai generator