DAVID H. SIRAIT NIM :

(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

DAVID H. SIRAIT

NIM : 040422027

(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

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2008

(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 tersebut adalah dengan pengasutan star-delta.

(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 Universitas Sumatera Utara.

(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

BAB III PENGASUTAN MOTOR INDUKSI III.1 Umum ... 36

(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 motor pada saat keadaan diam maupun pada saat full load.

(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 penulisan.

(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 pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas (Gambar 2.2.(b)). Tiap elemen

(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 dipabrikasi. Lilitan – lilitan kumparan stator diletakkan dalam alur stator yang terpisah

(15)

120 derajat listrik. Lilitan fasa ini dapat tersambung dalam hubungan delta ( Δ ) ataupun bintang ( Υ ).

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 Υ 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 berfunsi membatasi arus pengasutan dan yang bertanggung jawab terhadap pemanasan

(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 kesempatan ini akan dibahas analisa medan putar secara vektor dan secara perhitungan.

(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 Δ.

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 I t i_aa'( )= _M sinω (Ampere)………….(2.1.a) ) 120 sin( ) ( ' t = I t− ° i_bb _M ω (Ampere)………….(2.1.b) ) 240 sin( ) ( ' t = I t− ° i_cc _M ω (Ampere)………….(2.1.c)

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}'

° ∠ = sin 0 ) ( ' t H t H_aa _M ω (Amp turns/m)…….(2.2.a)

(20)

Gambar -2.7 Vektor Medan Magnet pada Stator

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

° ∠ ° − = sin( 120 ) 120 ) ( ' t H t H_bb M ω Amp.turns/m…………(2.2.b) ° ∠ ° − = sin( 240 ) 240 ) ( ' t H t H_cc M ω Amp.turns/m…………(2.2.c)

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

° ∠ = sin 0 ) ( ' t B t B_aa _M ω Tesla………..(2.4.a)

(21)

David H. Sirait : Analisis Starting Motor Induksi Tiga Phasa Pada PT. Berlian Unggas Sakti Tj. Morawa, 2008. USU Repository © 2009 ° ∠ ° − = sin( 120 ) 120 ) ( ' t B t B_bb M ω Tesla………..(2.4.b) ° ∠ ° − = sin( 240 ) 240 ) ( ' t B t B_cc M ω Tesla……….(2.4.c)

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 ' = aa B ° ∠ ° − = sin( 120 ) 120 ' M bb B B ° ∠ − = sin( 240) 240 ' M cc B B

Resultan kerapatan fluks pada stator sebesar

' ' ' _bb _cc aa net B B B B = + + = + − ∠ °+ )∠240° 2 3 ( 120 ) 2 3 ( 0 BM BM = 1,5B_M∠ 90− ° Tesla

(22)

Gambar -2.8 Vektor Medan Magnet Pada Stator Saat ωt =

net B ° 0 Jika ωt= 90° , maka: ° ∠ = 0 ' _M aa B B ° ∠ − = 0,5 120 ' M bb B B ° ∠ − = 0,5 240 ' M cc B B ' ' ' _bb _cc aa net B B B B = + + ° ∠ − + ° ∠ − + ° ∠ = _M 0 ( 0,5 _M) 120 ( 0,5 _M) 240 net B B B B = 1,5BM∠0° Tesla

(23)

Gambar -2.9 Vektor Medan Magnet Pada Stator Saat ωt = 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:

) ( ) ( ) ( ) (t B ' t B ' t B ' t Bnet = aa + bb + cc ( Tesla )

= B_Msinωt∠0°+B_M sin(ωt−120°)∠120°+B_M sin(ωt−240°)∠240° = B_Msinωt(cos0+ jsin0)+B_M sin(ωt−120)(cos120+ jsin120)+ B_M sin(ωt−240)(cos240+ jsin240)

= + − − + )+ 2 3 5 , 0 )( 120 sin( ) 1 ( sin t B t j BM ω M ω ) 2 3 5 , 0 )( 240 sin( t j B_M ω − − −

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.

= ) (t

Bnet B_M sinωt ax −[0,5B_M sin(ωt−120°)]a + x B_M t ay

     ° −120 ) sin( 2 3 _ω x M t a B sin( 240 )] 5 , 0 [ − ° − ω B_M t ay      ° − − sin( 240 ) 2 3 _ω ( Tesla )

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

[

_M _M _M

]

x

net B t B t B t a

B = sinω −0,5 sin(ω −120°)−0,5 sin(ω −240°)

+ B_M t B_M t ay      ° − − ° − sin( 240 ) 2 3 ) 120 sin( 2 3 _ω _ω

(25)

David H. Sirait : Analisis Starting Motor Induksi Tiga Phasa Pada PT. Berlian Unggas Sakti Tj. Morawa, 2008. USU Repository © 2009 Karena ωt ωt cosωt 2 3 sin 5 , 0 ) 120 sin( − ° =− − ωt ωt cosωt 2 3 sin 5 , 0 ) 240 sin( − ° =− + Maka didapat x M M M net B t B t t B t t a B _      + − − − − − = ω ω ω ω cosω 2 3 sin 5 , 0 ( 5 , 0 ) cos 2 3 sin 5 , 0 ( 5 , 0 sin + B_M t t B_M t t ay      + − − − − cos ) 2 3 sin 5 , 0 ( 2 3 ) cos 2 3 sin 5 , 0 ( 2 3 _ω _ω _ω _ω x M M M M M net B t B t B t B t B t a B _      − + + + = ω ω ω ω cosω 4 3 sin 4 1 cos 4 3 sin 4 1 sin + B_M t B_M t B_M t B_M tay      − + − − ω ω ω cosω 4 3 sin 4 3 cos 4 3 sin 4 3 y M x M net B t a B t a

B =(1,5 sinω ) −(1,5 cosω ) ( Tesla )……….( 2.5 )

Dari persamaan (2.5) diatas, jika dimasukkan nilai ω = t 0° maka dihasilkan fluks medan magnet sebesar 1,5B_M∠90° dan jika ω = t 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 induksi, dengan medan magnet diumpamakan berputar searah jarum jam.

(27)

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 kopel yang dihasilkan cukup besar untuk mengatasi kopel beban yang menahan, motor

(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)

E2 = Tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (Volt) N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor

Фmax = 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. 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.

max 2 s

2 =4,44sfN Φ

(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 sehingga menghasilkan kopel. Selisih antara kecepatan rotor dengan kecepatan sinkron

(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. Untuk besar slip tertentu, maka frekuensi rotor sebesar '

(32)

Dengan membagikan dengan salah satu, maka didapatkan

s n n n f f s r s − = = ' Maka ' f = sf ( Hz )……….(2.7)

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 perhatikan keadaan pada stator. Gelombang fluks pada celah udara yang berputar

(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)

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 ' I = a I2 ……….(2.10)

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

(35)

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

E

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

I pada fasa tersebut adalah 2 Z = = 2 2 I E 2 R + jsX ………….(2.12a) ₂ Z ='2 = 2 ' 2 ' I E 2 ' R + jsX ………..(2.12b) '2 Dimana 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 = S S I E 2 2 2 2 I E s ………(2.15)

Didapat hubungan antara persamaan (2.14) dengan persamaan (2.15), yaitu = S S I E 2 2 2 2 I E s = R + ₂ jsX ….(2.16) ₂

Dengan membagi persamaan (2.16) dengan s, maka didapat

2 2 I E = s R2 + jX ………..(2.17) ₂

Dari persamaan (2.12) , (2.13) dan (2.17) maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen pada rotor sebagai berikut.

s E₂ 2 E 2 R 2 sX 2 X s R2 2 R ) 1 1 ( 2 − s R 2 I I2 2 X 2 I

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

2 E s R2 = s R2 + R - ₂ R ₂ s R2 = R + ₂ ₂(1−1) s R ……….(2.18)

(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 E 2 R 2 X 2 I

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 V 1 R 1 X 1 I c R Xm 0 I c I Im 2 ' I 1 E

Gambar – 2.13 Rangkaian ekivalen motor induksi setelah berputar

2 sX 2 I 2 R 2 E s Celah udara

Untuk mempermudah perhitungan, maka rangkaian ekivalen pada gambar– 2.13 di atas dapat dilihat dari sisi stator, rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa akan dapat digambarkan sebagai berikut.

(38)

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

s R₂'

Atau seperti gambar berikut.

1 V 1 R X₁ c R m X 2 ' R ' 2 X ) 1 1 ( ' 2 − s R 1 E 1 I I0 c I m I 2 ' I

Gambar – 2.15 Bentuk lain rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator Dimana: 2 ' X = 2 2 X a R = '2 a2R₂

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)

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)

θ = 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)

( )

' ' ' ' 2 2 2 2 2 2 3 3 I R s R I = = +

( )

s s R I' ' (1− ) 3 ₂ 2 ₂ ...(2.21)

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

r oad out τl ϖ P = θ cos . _L _L in 3V I P =

Daya celah udara

AG P P_conv SCL P C P RCL P W & F P SLL P

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 rotor dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

(41)

( )

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 dalam persamaan (2.2.4)

(42)

David H. Sirait : Analisis Starting Motor Induksi Tiga Phasa Pada PT. Berlian Unggas Sakti Tj. Morawa, 2008. USU Repository © 2009 Loss out out in loss in in out P P P P P P P P + = − = = η ×100% ...(2.24)

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 disebut-sebut adalah bahwa memang benar error pada komponen rugi-rugi secara

(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. 3) Dengan kumparan hambat.

(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 pengasutan. Adapun rangkaian dapat dilihat pada gambar.

(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 yang dikopel pada angker (inti gerak) pada posisi awalnya kontak NO dan kontak NC,

(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 untuk mensuplai arus ke rangkaian lain.

(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 menentukan.

(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 seperti pada gambar 3.7.

(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 bekerja apabila terjadi kenaikan arus sebesar 7 – 10 kali arus nominalnya. Untuk

(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 temperature yang disebabkan oleh arus yang mengalir melebihi batas nominalnya.

(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 Δ Δ 8 5 8 6 NO K1 K1 K2 K3 NC NC TR “Y” “Δ” 0 V

(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)