• Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
647
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0

Actions

Shares
Downloads
20
Comments
0
Likes
0

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. 1 Makalah Mata Kuliah Mesin Listrik II METODE STARTING PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA SANGKAR TUPAI (SQUIRREL-CAGE 3 PHASE INDUCTION MOTOR) Oktarico Susilatama PP (21060110141053) oktaricopradana@yahoo.co.id Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia Abstrak - Motor induksi tiga fasa merupakan motor arus bolak-balik yang paling banyak digunakan di perindustrian karena memiliki beberapa keuntungan antara lain motor ini sederhana, murah dan mudah pemeliharaannya. Selain itu motor induksi mempunyai efisiensi yang baik dan putaran konstan untuk setiap perubahan beban. Starting motor induksi tiga fasa tidak memiliki permasalahan yang cukup besar seperti pada motor sinkron. Pada dasarnya motor induksi daya kecil dapat distart langsung hanya dengan menghubungkan dengan sumber tegangan. Namun untuk motor induksi yang besar hal ini tidak dapat dilakukan, hal ini terjadi karena arus start yang relatif besar yaitu 5 sampai 7 kali arus nominal. Pada saat motor induksi dalam keadaan start, frekuensi rotor dan reaktansinya tinggi yaitu dengan slip 100%. Jadi dalam rangkaian rotor yang sangat reaktif, arus rotor tertinggal ggl rotor dengan sudut yang besar. Hal ini berarti bahwa aliran arus maksimum terjadi dalam konduktor rotor pada suatu waktu setelah kerapatan fluks maksimum stator melewati konduktor. Hal ini menghasilkan arus start yang tinggi pada faktor daya rendah yang menghasilkan kopel start yang rendah. Jika rotor melakukan percepatan berarti reaktansi rotor berkurang sehingga menyebabkan kopel naik sampai ke harga maksimumnya. Jika motor mempercepat lebih lanjut, maka kopel turun sampai ke harga yang diperlukan untuk memutar beban pada motor pada kecepatan konstan. Secara umum motor induksi dapat distartkan baik dengan menghubungkan motor secara langsung ke rangkaian pencatu ataupun dengan menggunakan tegangan yang telah dikurangi ke motor selama periode start. Pengendali yang digunakan untuk menstart motor pada kedua metode di atas dapat dioperasikan baik secara manual ataupun secara magnetik. Beban yang terdapat di dalam sistem selama motor dalam keadaan start berpengaruh pada tegangan di sistem. Salah satu cara untuk mengurangi arus start yang besar pada motor induksi adalah dengan menggunakan autotransformator pada saat start. Dengan demikian arus start dapat dikurangi menjadi 1,7 sampai 4 kali arus nominal Kata kunci : autotransformer starting, squirrel- cage induction motor I PENDAHULUAN Pada motor induksi terdapat beraneka ragam macam bentuk starting. Metode starting tersebut dibagi menjadi metode starting pada squirrel cage motor dan metode starting pada wound motor, tapi yang dibahas disini hanya metode starting pada squirrel cage motor. Motor induksi secara umum dapat distarting dengan menghubungkan motor secara langsung ke jala-jala ataupun dengan mengatur tegangan input pada motor tersebut. Bila motor induksi saat dihidupkan secara langsung akan menarik arus yang cukup besar. Arus mula yang besar ini dapat mengakibatkan drop tegangan pada saluran sehingga akan mengganggu peralatan lain yang dihubungkan pada saluran yang sama Salah satu cara untuk mengurangi arus start yang besar pada motor induksi adalah dengan menggunakan autotransformator pada saat start. Dengan demikian arus start dapat dikurangi menjadi 1,7 sampai 4 kali arus nominal
  • 2. 2 II. MOTOR INDUKSI TIGA FASA 2.1 MOTOR INDUKSI 3ϕ SANGKAR TUPAI (SQUIRREL-CAGE 3ϕ INDUCTION MOTOR) Penampang motor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Inti stator pada motor sangkar tupai tiga fasa terbuat dari lapisan – lapisan pelat baja beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau pelat baja yang dipabrikasi. Lilitan – lilitan kumparan stator diletakkan dalam alur stator yang terpisah 120 derajat listrik. Lilitan fasa ini dapat tersambung dalam hubungan delta ( Δ ) ataupun bintang ( Υ ). 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 menghasilkan torsi yang lebih seragam dan juga mengurangi derau dengung magnetik sewaktu motor sedang berputar. Pada ujung cincin penutup dilekatkan sirip yang berfungsi sebagai pendingin. Rotor jenis rotor sangkar standar tidak terisolasi, karena batangan membawa arus yang besar pada tegangan rendah. Gambar 1 Bagian-bagian rotor sangkar 2.2 MOTOR INDUKSI 3ϕ ROTOR BELITAN (WOUND-ROTOR 3ϕ INDUCTION 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. Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal yang berfungsi membatasi arus pengasutan dan yang bertanggung jawab terhadap pemanasan rotor. Gambar 2 Bagian-bagian rotor belitan III. METODE STARTING MOTOR INDUKSI TIGA FASA Motor induksi tiga fasa tidak mengalami masalah starting seperti pada motor sinkron. Motor induksi dapat distarting langsung hanya dengan menghubungkan dengan sumber tegangan. Namun kadang-kadang untuk pertimbangan yang lebih baik hal ini tidak dilakukan. Sebagai contoh arus start yang dihasilkan dapat menyebabkan tegangan „dip‟ pada sistem tenaga. Untuk motor induksi rotor belitan, starting dapat dilakukan dengan menambahkan tahanan pada belitan rotor melalui cincin slip. Penambahan tahanan ini tidak hanya menyebabkan torsi start meningkat tetapi juga memperkecil arus start. Untuk motor induksi tipe rotor sangkar, starting motor induksi dapat dilakukan dengan banyak cara tergantung pada daya nominal motor dan tahanan efektif rotor saat motor
  • 3. 3 distart. Untuk menentukan arus rotor pada saat starting, semua rotor sangkar saat ini mempunyai code letter (agar tidak bingung dengan desgn class motor) pada nameplatenya. Code letter menentukan jumlah arus pada saat start. Batas ini dinyatakan sebagai fungsi daya kuda (hp). Tabel 1 adalah suatu tabel yang berisi kVA/hp untuk setiap code letter. Untuk menentukan arus start suatu motor induksi, baca tegangan nominal daya motor (hp) dan code letter dari nameplate. Kemudian daya semu motor saat start dinyatakan sebagai Sstart =(daya kuda nominal)(faktor code letter) Dan arus start dapat ditentukan dengan rumus Tabel 1 Tabel NEMA, kVA/hp untuk setiap code letter Ada bebrapa metode starting motor induksi tiga fasa antara lain: 1. Starting langsung (direct on-line starting). 2. Starting Wye-Delta. 3. Starting dengan tahan rotor 4. Starting dengan penambahan tahanan stator. 5. Starting dengan Autotransformator 3.1 STARTING LANGSUNG (DIRECT ON-LINE STARTING) Ini adalah cara paling sederhana, dimana stator di hubungkan langsung dengan sumber tegangan. Start motor memiliki karakteristik sendiri. Gambar 3 Skema metode starting langsung Ketika dinyalakan, motor bertindak seperti suatu transfomator dengan sekundernya berupa rotor belitan dengan tahanan yang kecil dihubung singkat. Ada arus induksi tinggi yang mengalir pada rotor yang menyebabkan suatu arus puncak pada sumber tegangan yaitu: Arus start = 5 sampai 8 arus nominal. Torsi start rata-rata adalah: Torsi start = 0,5 sampai 1,5 torsi nominal. Kendati keuntungannya (peralatan yang sederhana, torsi start tinggi, kecepatan tinggi, biaya rendah), start langsung hanya boleh digunakan jika: 1. Motor dengan daya kecil 2. Mesin tidak harus mempercepat secara perlahan-lahan atau memiliki suatu alat yang membatasi guncangan saat start. 3. Torsi start tinggi tidak mempengaruhi kerja mesin atau beban yang dikendalikan
  • 4. 4 3.2 STARTING DENGAN TAHANAN ROTOR Metode Starting ini hanya dapat digunakan pada motor dengan belitan rotor dapat dihubungkan dengan tahanan luar melalui cincin slip. Tipe motor tersebut tidak bisa distart secara langsung (direct on-line) karena arus puncak pada saat starting sangat besar. Oleh karena itu motor distart dengan sebuah tahanan variabel yang dihubungkan seri dengan belitan rotor. Metode tersebut didisain sedemikian rupa agar pada saat starting terdapat tahanan maksimum pada rangkaian rotor. Kemudian secara bertahap nilai tahanan dikurangi sampai rangkaian rotor terhubung singkat. Torsi start dengan metode ini adalah sebanding dengan arus motor. Sehingga torsi startnya adalah 1,5 kali torsi nominal dan arus start adalah 6 kali arus beban penuh. Starting dengan tahanan rotor ini, ideal untuk beban dengan kelembaman tinggi yang distart pada saat berbeban dimana arus puncak dari sumber daya listrik dibatasi. Selanjutnya nilai tahanan dan jumlah tahap dapat ditentukan sesuai dengan karakteristik motor tersebut. Gambar 4 Starting dengan tahanan rotor 3.3 STARTING WYE-DELTA Sistem start ini hanya dapat digunakan pada motor yang kedua ujung tiga belitan statornya terhubung pada terminal. Belitan harus dibuat sedemikian sehingga hubungan delta memenuhi tegangan jala-jala: misalnya tegangan tiga fasa 380 V mensuplay motor dengan 380V delta dan 660V belitan wye. Prinsipnya start motor belitan dihubungkan wye pada sumber tegangan, yang membagi tegangan jala-jala pada motor dengan (contoh sebelumnya tegangan jala-jala pada 380V =660V / ). Arus puncak start (SC) adalah dibagi : SC = 1,5 sampai 2,6 RC (Rated Current). Gambar 5 Starting wye-delta Suatu motor 380V/660V hubungan wye pada tegangan nominal 660V menarik arus kali dari hubungan delta pada 380V. Dengn hubungan wye pada tegangan 380V, arus dibagi lagi, sehingga totalnya adalah 3. Torsi Start (ST) adalah sebanding dengan tegangan jala-jala, ini juga dibagi oleh 3: ST = 0,2 sampai 0,5 RT (rated current). Kecepatan motor stabil ketika motor dan tahanan torsi beban seimbang, umumnya pada 75-85% dari kecepatan nominal. Kemudian belitannya adalah hubungan delta dan motor memulihkan karakteristiknya. Perubahan dari hubungan wye ke hubungan delta diatur oleh pengatur waktu (timer). Kontak delta menutup pada 30 sampai 50 millidetik setelah kontak wye membuka, untuk mencegah terjadinya hubung singkat antar fasa kedua kontak tidak boleh menutup secara bersamaan. Arus akan terputus ketika kontak wye membuka dan memulihkan ketika kontak delta menutup. Ada suatu arus transien yang besar namun singkat saat perpindahan ke delta, dalam kaitannya dengan EMF dari motor. Starting wye-delta sesuai untuk motor dengan torsi beban kecil atau tanpa beban saat start (misalnya mesin pemotong kayu)
  • 5. 5 3.4 STARTING DENGAN PENAMBAHAN TAHANAN STATOR Dengan sistem ini, motor distart dengan menurunkan tegangan karena penambahan tahanan secara seri terhadap belitan. Ketika kecepatan stabil tahanan dilepas dan motor dihubungkan langsung dengan jala-jala. Proses ini biasanya diatur oleh suatu pengatur waktu (timer). Metode starting ini tidak mengubah belitan rotor, jadi kedua ujung masing-masing belitan tidak memerlukan keluaran pada terminal Gambar 6 Starting dengan penambahan tahanan stator Nilai arus starting dan torsi starting ditentukan oleh nilai tahanan yang digunakan. Secara teknis, nilai arus starting adalah sekitar 4,5 kali arus nominal, dan torsi starting mencapai 0,75 kali torsi nominal. Starting dengan penambahan tahanan stator terutama lebih tepat digunakan untuk aplikasi, seperti kipas angin, dimana torsi beban meningkat sesuai dengan kecepatan. Satu kerugian yang mungkin adalah arus yang sangat besar pada saat starting, namun hal ini dapat dikurangi dengan cara memperbesar nilai tahanan. IV. AUTOTRANSFORMATOR 4.1 DEFINISI AUTOTRANSFORMATOR Autotransformator adalah suatu transformator dimana lilitan primer dan sekundernya dihubungkan secara listrik. Gambar 6 menunjukkan diagram hubungan autotransformator. Jika transformator ini digunakan sebagai penurun tegangan, seluruh lilitan BC membentuk lilitan primer dan bagian EC membentuk lilitan sekunder. Dengan kata lain, bagian AC merupakan bagian bersama antara primer dan sekunder. Gambar 7 Skema Autotranformator Untuk beberapa aplikasi yang memerlukan banyak catu tegangan, digunakan autotransformator yang lilitannya ditap pada beberapa titik. Hubungan dari beberapa tap dikeluarkan keterminal atau ke alat saklar yang sesuai sehingga dapat dipilih beberapa tegangan. Salah satu aplikasi autotransformator adalah untuk starting motor induksi tiga fasa yang mana tegangan yang dikenakan ke motor dikurangi selama periode starting. Starting dengan autotransformator mempunyai dua atau tiga autotransformator untuk mengurangi tegangan start. Jika digunakan dua autotransformator, autotransformator dihubungkan dengan hubungan open delta, sementara tiga autotransformer akan menghubungkan wye (bintang).
  • 6. 6 4.2 METODE STARTING DENGAN AUTOTRANSFORMATOR Metoda starting dengan autotransformator adalah salah satu metode yang digunakan untuk mengurangi tegangan pada stator saat start, yang akan membatasi arus start . Metode starting dengan autotransformator dapat dijalankan dengan cara open- atau close- transition. Starting dengan Autotransformator disebut demikian karena autotransformator digunakan dalam rangkaian tenaga untuk mengurangi tegangan pada saat start. Dengan mengurangi tegangan pada saat start , arus start akan lebih rendah dari arus beban penuh jika motor distart pada tegangan penuh. Setelah waktu tunda (time delay) ditetapkan, autotransformator akan dilepas dari rangkaian, dan motor rotor sangkar sangkar akan dijalankan pada tegangan penuh. Autotransformator dilengkapi dengan tap agar dapat dilakukan pemilihan 50%, 65%, atau 80% dari tegangan saluran sebagai tegangan start dengan pengurangan arus saluran pencatu yang sesuai. Karena kopel start bervariasi menurut kuadrat tegangan yang di kenakan, maka kopel yang dihasilkan bila menggunakan tap-tap ini berturut-turut menjadi 25%, 42%, dan 64% dari harga tegangan penuhnya. Oleh sebab itu tap dapat dipilih agar sesuai dengan kopel start yang diperlukan oleh motor yang diberikan dan beban yang dikemudikan. Pada gambar 8 menunjukan starter menggunakan dua autotransformer yang dihubungkan pada open delta. Penyederhanaan diagram rangkaian pada starter tersebut diberikan pada gambar 9. Dia memiliki dua kontaktor A dan B. Kontaktor A memiliki lima NO (Normally Open) kontak A dan satu No kecil ontak Ax. Kontaktor ini hanya beroperasi selama perode yang jelas ketika motor di mulai (strating up). Gambar 8 Autotranformator starter pengurang tegangan 100 hp, 575 V, 60 Hz Gambar 9 Diagram sederhana autotranformator starter Kontaktor B memiliki 3 kontak NO (Normally Open). Kontaktor B melayani ketika motor sedang bekerja. Autotransformer ditetapkan pada tap 65 persen. Relay time-delay RT memiliki tiga kontak RT1,RT2,RT3. Kontak RT1 dihubung paralel dengan start button yang menutup segera setelah koil RT dienergized. Dua kontak lainnya RT2, RT3 beroperasi setelah delay yang tergantung pada pengaturan relay RT. Kontaktor A dan B secara mekanik di interlocked untuk mencegah dari penutupan secara serentak. Kontaktor A menutup segera setelah start button ditekan kembali. Hal ini mengeksitasi autotransformer dan mengurangi tegangan yang timbul diterminal motor. Beberapa detik kemudian, kontak RT2 yang dihubung seri dengan kumparan A terbuka, menyebabkan
  • 7. 7 kontaktor A untuk membuka. Pada waktu yang sama, kontak RT3 menyebabkan kontaktor B menutup. Sehingga, kontaktor A keluar, diikuti hampir seketika dengan penutupan kontaktor B. Aksi ini menerapkan tegangan penuh pada motor dan memutuskan secara serentak autotransformer dari saluran. Dalam pemindahan dari kontaktor A ke kontaktor B, motor diputuskan dari saluran untuk sedikit waktu. Ini menghasilkan permasalahan karena ketika kontaktor B menutup, arus transien yang besar ditarik dari saluran. Surja transien ini berpengaruh besar pada kontak dan juga menghasilkan kejut mekanik. Untuk alasan ini, terkadang menerapkan rangkaian yang terperinci dimana motor tidak pernah terputus sama sekali dari saluran. Gambar 10 dan 11 membandingkan torsi dan arus saluran ketika autotransformer starting (3) dan resistansi strating (2) digunakan. Tegangan locked-rotor pada tiap kasus ialah 0.65 pu. Perlu dicatat bahwa torsi locked-rotor ialah identik, tapi arus saluran locked-rotor ialah jauh lebih rendah menggunakan autotransformer (2.7 terhadap 4.2 pu). Namun, ketika rotor mencapai sekitar 90 persen dari kecepatan sinkron, starting resistansi menghasilkan torsi yang lebih tinggi karena tegangan terminal ialah sedikit lebih tinggi daripada nilai 65 persen yang terdapat pada saat start up. Disisi lain, arus saluran pada semua kecepatan ialah lebih kecil ketika menggunakan autotransformer. Karena autotransformer beroperasi untuk tiap periode singkat, mereka dapat di belitkan dengan kawat yang jauh lebih sedikit. Hal ini dapat mengurangi secara drastis ukuran,berat dan biaya dari komponen tersebut Gambar 10 Kurva torsi-kecepatan dengan pengurangan tegangan (0.65 pu) dari motor induksi 3 fasa sangkar tupai : (2) starting resistansi; (3) starting autotransformer Gambar 11 Kurva arus-kecepatan dengan pengurangan tegangan (0.65 pu) dari motor induksi 3 fasa sangkar tupai : (2) starting resistansi; (3) starting autotransformer Tabel 2 Perbandingan metode starting motor
  • 8. 8 VI. KESIMPULAN Berdasarkan materi pada makalah ini, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Metode starting wye-delta memberikan permasalahan kualitas daya yang lebih kecil daripada metode starting langsung (direct on-line) dan starting autotransformer untuk daya motor yang rendah kurang dari 3 hp atau 2,2 kW 2. Untuk perbandingan daya keluaran pada motor perbandingan metode langsung (direct on-line), autotransformer dan wye-delta tidak selalu sesuai berdasarkan penelitian yang telah dilakukan. 3. Salah satu cara untuk mengurangi tegangan terminal ke motor adalah dengan menurunkannya dengan menggunakan trafo. Kemudian, ketika motor telah mencapai percepatan yang mendekati kecepatan maksimum, tegangan yang telah diturunkan akan dikembalikan lagi ke normal. Kondisi starting motor bergantung pada posisi tapping pada belitan trafo. 4. Starting motor induksi dapat dihubungkan secara langsung (d.o.l.). Ketika motor dengan kapasitas yang sangat besar di-start dengan direct-on- line, tegangan sistem akan terganggu (terjadi voltage dip pada jaringan suplai) karena adanya arus starting yang besar. Gangguan tegangan ini dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan elektronis yang lain yang terhubung dengan sumber 5. Pada metode starting wye-delta saat posisi start, belitan terhubung bintang/star, sedangkan pada posisi running belitan terhubung delta. Tegangan yang melewati masing- masing fase belitan pada posisi start bintang adalah 58 % atau 1/ dari tegangan hubungan delta, dengan konsekuensi arus yang mengalir berkurang saat starting. 6. Pada metode starting resistor seri. Dapat dikatakan bahwa untuk membatasi arus yang dibangkitkan, resistor menambah impedans pada rangkaian AC yang sebanding dengan nilai induktans dan frekuensi yang digunakan. Jatuh tegangan pada saluran mungkin bisa lebih kecil karena pengasutan dengan resistor mempunyai faktor daya yang lebih baik.
  • 9. 9 DAFTAR PUSTAKA 1. Chapman Stephen J, “Elektric Machinery Fundamentals” Fourth Edition Mc Graw Hill Companies, New York,2005. 2. Fitzgerald, A.E, Charles Kingsley, Jr., Stephen D. Umans, “Mesin-Mesin Listrik”, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta,1984. 3. Frank, D. Petruzella. Industrial Electronics. New York: McGraw-Hill Book Company,1984. p. 246 4. McPherson, George “An Introduction To Electrical Mechines And Transformers”, Jhon Wiley & sons, Inc, Canada, 1981. 5. Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists 2009 Vol II IMECS 2009, March 18 - 20, 2009, Hong Kong 6. Smeaton, Robert, W. Motor Application and Maintenance Handbook.New York: McGraw-Hill Book Company, 1984. p. 265 7. Theodore Wildi, Electrical Machines, Drives andPower Systems 3rd,Prentice Hall Inc, New Jersey,1997. 8. Theraja, B.L, ”A Text-Book Of Electrical Technology”, Nurja Construction & Development, New Delhi, 1989. BIOGRAFI Oktarico Susilatama P, NIM 21060110141053, lahir di kendal, 22 Oktober 1992, menempuh pendidikan di SMPN 1 Semarang, SMAN 3 Semarang. Dan sekarang sedang menempuh S1 di Teknik Elektro Universitas Diponegoro.