BAB II PLC DAN MOTOR INDUKSI SATU FASA

BAB II PLC DAN MOTOR INDUKSI SATU FASA

2.1

PROGRAM LOGIC CONTROLLER

2.1.1

Umum Program Logic Controller atau yang sebut dengan PLC merupakan

suatu bentuk khusus pengontrol berbasis-mikroprosesor yang memanfaatkan memori yang dapat di program untuk menyimpan instruksi-instruksi dan mengimplementasikan fungsi-fungsi semisal logika, berurutan (sequencing), pewaktuan (timing), pencacahan dan aritmetika guna mengontrol mesin-mesin dan proses-proses, dan di rancang untuk di operasikan oleh para insinyur yang memiliki

pengetahuan mengenai komputer dan bahasa pemograman. Piranti ini

dirancang sedemikian rupa agar tidak hanya para programmer komputer saja yang dapat membuat dan mengubah program-programnya. Oleh karena itu, para perancang PLC telah menempatkan sebuah program awal di dalam piranti ini (pre-program) yang memungkinkan program-program kontrol dimasukkan dengan menggunakan suatu bentuk bahasa pemograman yang sederhana dan mudah di mengerti. Istikah logika (logic) dipergunakan karena pemograman yang harus dilakukan sebagian besar berkaitan dengan pengimplementasian operasioperasi logika dan penyambungan (switching). PLC memiliki beberapa keunggulan, ini karena sebuah perangkat pengontrol yang sama dapat dipergunakan di dalam beraneka ragam sistem kontrol. Untuk memodifikasi sebuah sistem kontrol dan aturan-aturan pengontrolan yang di jalankannya, yang harus dilakukan oleh seorang operator Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011

hanyalah

memasukkan seperangkat instruksi yang berbeda dari yang digunakan

sebelumnya. Penggantian rangkaian kontrol tidak perlu dilakukan. Hasilnya adalah sebuah

perangkat yang fleksibel dan hemat biaya yang dapat

dipergunakan dalam sistem-sistem kontrol yang sifat dan kompleksitasnya sangat beragam. Beberapa kelebihan PLC jika dibandingkan dengan sistem kontrol proses konvensional, antara lain : (Referensi Nomor 1 dan 4) 1. Dibandingkan dengan sistem kontrol proses konvensional, jumlah kabel yang dibutuhkan bisa berkurang didalam wiring nya. 2. PLC mengkonsumsi daya lebih rendah dibandingkan dengan sistem kontrol proses konvensional (berbasis relay). 3. Fungsi diagnostik pada sebuah kontroler PLC memberikan pendeteksian kesalahan yang mudah dan cepat. 4. Perubahan pada urutan operasional atau proses atau aplikasi dapat dilakukan dengan mudah, hanya dengan melakukan perubahan atau penggantian program, baik melalui terminal konsol maupun komputer PC. 5. Tidak membutuhkan spare part yang banyak, perangkat kontroler

sederhana.

6. Lebih mudah dibandingkan dengan sistem konvensional, khususnya dalam kasus penggunaan instrument I/O yang cukup banyak dan fungsi operasional prosesnya cukup kompleks. 7. Ketahanan PLC jauh lebih baik dibandingkan dengan relay auto-mekanik. 8. Dokumentasi gambar sistem lebih sederhana dan mudah dimengerti. 9. Standarisasi sistem kontrol lebih mudah diterapkan. 10. Pemograman yang ampuh dan disimpan didalam memori

Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011

11. Aplikasi yang universal karena suatu program ditentukan oleh fungsi yang tersedia. 12. Commissioning dan trouble shooting lebih mudah dengan menggunakan fungsi yang tersedia. 13. Programnya dapat menggunakan teks dan grafik. 14. Dapat menerima kondisi lingkungan yang berat. 15. Produksi yang relatif besar Sedangkan kelemahan sistem dengan penggunaan PLC adalah biaya investasi awal lebih mahal dibandingkan dengan sistem kontrol konvensional (penggunaan kontaktor dan saklar). Perangkat PLC pertama dikembangkan pada tahun 1969. Dewasa ini PLC secara luas digunakan dan telah dikembangkan dari unit-unit kecil yang berdiri sendiri (self-contained) yang hanya mampu menangani sekitar 20 inpit/output menjadi sistem-sistem modular yang dapat menangani input/output dalam jumlah besar, menangani input/output analog maupun digital, dan melaksanakan modemode kontrol proporsional-integral-derivatif. Berdasarkan jumlah input/output yang di milikinya, secara umum PLC dapat dibagi tiga kelompok besar, yaitu : (Referensi Nomor 1 dan 4) 

PLC mikro. PLC dapat dikategorikan mikro jika jumlah input/output pada PLC ini kurang dari 32 terminal.



PLC mini. PLC dapat dikategorikan mini jika jumlah input/output pada PLC ini antara 32 sampai 128 terminal.



PLC large. PLC dapat dikategorikan large jika jumlah input/output pada PLC ini mempunyai lebih dari 128 terminal.


Gambar 2.1 Pengelompokan PLC Berdasarkan Jumlah I/O Fasilitas, kemampuan, dan fungsi yang tesedia pada setiap kategori tersebut pada umumnya berbeda satu dengan yang lainnya. Semakin sedikit jumlah input/output pada PLC tersebut, maka jenis instruksi yang tersedia juga semakin terbatas. Beberapa PLC bahkan dirancang semata-mata untuk menggantikan kontrol relay saja. Untuk menambah fleksibilitas penggunaannya, terutama untuk mengantisipasi perkembangan dan perluasan sistem kontrol pada aplikasi tertentu, PLC umunya dirancang modular. Artinya, input/output PLC berupa modul-modul yang terpisah dari rack atau unit CPU.

2.1.2 Komponen Penyusun PLC Pada dasarnya PLC sama dengan komputer namun bedanya

adalah

komputer dioptimalkan untuk tugas-tugas penghitungan dan penyajian data, sedangkan PLC pada dasarnya adalah adalah komputer yang didesain untuk keperluan khusus, sehingga memiliki input/output yang jelas dan dioptimalkan untuk tugas-tugas pengontrolan dan pengopersian di dalam lingkungan industri. Persamaan komputer dan PLC dapat dilihat pada kemiripan struktur dasar yang membentuk keduanya. Secara umum PLC terdiri dari 5 komponen penyusun dasar, yaitu : (Referensi Nomor 1 dan 4)


1. Unit Prosesor atau Central Processing Unit Unit ini adalah unit yang berisi Mikroprosesor yang menginterpretasikan sinyal-sinyal input dan melaksanakan tindakan-tindakan pengontrolan, sesuai dengan program yang tersimpan di dalam memori, lalu mengkomunikasikan keputusan-keputusan yang diambilnya sebagai sinyal-sinyal kontrol ke antarmuka output. Mikroprosesor yang digunakan PLC ini dapat di kategorikan berdasarkan panjang atau ukuran jumlah bit dari register-register prosesor tersebut. Ukuran standar bit yang umum adalah 8, 16, 32 bit. Semakin panjang ukuran jumlah bit, semakin cepat proses yang terjadi pada PLC tersebut. 2. Unit Catu Daya Unit catu daya diperlukan untuk mengkonversi tegangan ac sumber menjadi tegangan rendah dc (5 V) yang dibutuhkan oleh prosesor dan rangkaianrangkaian di dalam modul-modul antarmuka input dan output. 3. Perangkat Pemograman Perangkat Pemograman dipergunkan untuk memasukkan program yang dibutukan kedalam memori. Program tersebut dibuat dengan menggunakan perangkat ini dan kemudian di pindahkan kedalam unit memori PLC. 4. Unit Memori Unit memori adalah tempat dimana program yang dipergunakan untuk melaksanakan tindakan-tindakan pengontrolan oleh mikropresesor disimpan. Pengetahuan tentang sistem memori pada PLC akan memabantu dalam memahami cara kerja PLC. Secara Umum memori dapat dibagi dalam dua kategori : volatike, dan nonvolatile. Data pada volatile memori akan hilang jika catu daya PLC mati. Memori ini juga dikenal dengan nama Random Akses


Memori. Dalam kegiatan PLC, RAM masih digunakan untuk menyimpan program pengguna (aplikasi) dengan menggunakan baterai sebagai back up daya jika power supplay mati. Sedangkan pada nonvolatile memori data yang tersimpan di dalamnya tidak akan hilang walaupun catu daya PLC mati. Yang termasuk kedalam nonvolatile memori adalah : (Referensi Nomor 1 dan 4) 

Read Only Memori (ROM) ROM merupakan sistem yang menyediakan fasilitas penyimpanan permanen umtuk sistem operasi dan data yang tetap digunakan oleh CPU. Secara umum PLC jarang sekali menggunakan ROM untuk menyimpan program-program aplikasi pengguna, kecuali untuk apliksai-aplikasi yang program aplikasinya tidak pernah berubah. Penggunaan ROM dalam PLC umumnya digunakan untuk menyimpan bios atau program exeucutif.



Programmable Read-Only Memori (PROM) PROM adalah Salah satu jenis ROM, tetapi dapat diprogram ulang dengan menggunakan alat program khusus. Dalam PLC, memori jenis ini jarang sekali digunakan untuk menyimpan program pengguna. Jika pun digunakan, umumnya hanya untuk back up program saja.



Erasable Programmeble Read Only Memori (EPROM) Memori jenis ini adalah jenis PROM. Dalam EPROM data dapat di program setelah program sebelumnya tersimpan kemudian dihapus dengan menggunakan sinar ultraviolet.



Electrically Erasable Programmable Read Only Memori Pada umumnya, PLC menggunakan jenis memori ini untuk menyimpan program pengguna. Alasanya karena kemudahan dalam mengubah


program dalam memori tersebut, yaitu hanya dengan menggunakan perangkat pemograman PLC itu sendiri, misalnya komputer ataupun unit miniprogrammer. Memori jenis memiliki kerugian yaitu keterbatsan dalam hapus-tulisanya, yaitu 10.000 kali. Di dalam CPU PLC memori yang sering digunakan adalah PROM, EPROM, EEPROM, lihat table di bawah ini : Tabel, 2.1 Memori yang Digunakan Pada CPU PLC Jenis

Aplication

Eraseable by

RAM

User Program

No

ROM

Fix Operational Memori

No

PROM

User Program

No

EPROM

User Program

UV.Light

EEPROM

User Program

Electrical Sinyal

5. Input/Output Bagian input/output adalah masukan dan keluaran di

dalam PLC. Hal

ini memungkinkan dibuatnya sambungan-sambungan antara perangkat input dengan perangkat output. Sinyal input yang mungkin tersedia pada sebuah PLC berskala besar adalah sinyal digital/diskrit 5 V, 24 V, 110 V, 240 V. Bagian ouput sering kali digolongkan ke dalam tipe relay, tipe transistor, dan tipe triac. a. Output Relay Dengan output relay, sinyal dari output PLC digunakan untuk mengoperasikan sebuah relay dan oleh karenanya mampu menyambungkan arus dengan

bilangan

beberapa

ampere

kerangkaian

eksternal.

Relay

tidak


memungkinkan juga

suatu arus kecil mensklarkan arus yang relative besar, namun

mengisolasi PLC dari rangkian eksternal. Akan tetapi, relay relative lambat

untuk dioperasikan. Output relay cocok digunakan untuk pensaklaran AC dan DC. Piranti ini mampu bertahan terhadap lecutan dan tegangan transient yang cukup tinggi. PLC

Output

Relay

Gambar 2.2 Output Relay b. Output Transistor Output tipe ini menggunaka sebuah transistor untuk menyambungkan arus kerangkain eksternal. Hal ini memungkinkan proses pensaklaran yang jauh lebih cepat. Akan tetapi, piranti ini hanya hanya mampu menangani pensaklaran DC dan akan rusak oleh arus lebih maupun tegangan yang cukup tinggi. Sebagai pelindung dipergunakan sebuah sekring.

Gambar 2.3 Output Transistor


c. Ouput Triac output tipe ini menggunakan isolator optik sebagai isolasinya, dapat digunakan untuk mengontrol beban-beban eksternal yang disambungkan kecatu daya AC. Output tipe ini hanya dapat digunakan untuk operasi-operasi AC dan sangat mudah rusak akibat arus lebih. Sekring selalu digunakan untuk melindungi output tipe ini. Output dari input/output adalah sinyal digital dengan level 5 V, tetapi setelah pengkondisian sinyal dengan menggunakan relay, transistor, atau triac, maka output dapat berubah sebuah sinyal 24 V, 10 mA, sinyal DC 110 V, 1 A atau mungkin sinyal AC 240 V, 1 A, atau 240 V, 2 A.

2.1.3 Prinsip Kerja Dasar PLC Prinsip kerja PLC secara singkat dapat ditunjukkan seperti pada gambar berikut :

Gambar 2.4 Diagram Blok Prinsip Kerja PLC PLC dapat menerima data berupa sinyal analog dan digital dari komponen input device. Sinyal dari sinyal input device dapat berupa saklar-saklar, tomboltombol tekan, peralatan pengindera dan peralatan sejenisnya. PLC juga dapat menerima sinyal analog dari input device yang berupa potensiometer, putaran Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011

motor dan peralatan sejenisnya. Sinyal analog ini oleh modul masukan dirubah menjadi sinyal digital. Central Processing Unit (CPU) mengolah sinyal digital yang masuk sesuai dengan program yang telah dimasukkan. Selanjutnya CPU mengambil keputusan – keputusan yang berupa sinyal dengan logika High (1) dan Low (0). Selama proses operasinya CPU sebuah PLC melakukan tiga proses utama, yaitu : 

Membaca data masukan melalui modul input.



Mengeksekusi program control yang telah dirancang dan tersimpan pada memori PLC.



Memperbaharui data-data pada modul output PLC.

Ketiga proses diatas dinamakan proses scanning. Dan kemudian Sinyal keluaran dapat langsung dihubungkan ke peralatan yang akan dikontrol atau dengan bantuan kontaktor untuk mengaktifkan peralatan yang akan dikontrol.

2.1.4 Perangkat Input/output. Bagian input/ouput terdiri dari modul input dan output. System I/O membentuk interface dengan piranti medan yang dihubungkan pada pengontrol. Tujuan dari interface ini adalah menjaga kondisi berbagai sinyal yang diterima atau dikirimkan ke piranti medan eksternal. Beberapa contoh piranti input pada PLC adalah : 1. Saklar Mekanis sebuah saklar mekanis menghasilkan sinyal hidup atau mati sebagai akibat dari tertutup atau terbukanya saklar oleh input mekanis. Saklar semacam ini dapat digunakan untuk mengindikasi keberadaan suatu benda pada sebuah meja kerja,


karena benda kerja tersebut menekan saklar hingga tertutup. Ketiadaan benda pada meja kerja di indikasi oleh saklar yang terbuka, sedangkan keberadaannya oleh saklar yang tertutup. Tegangan sumber

Tegangan sumber PLC

PLC

Kanal input

Kanal input

Gambar 2.5 Sensor-sensor Saklar Sebutan saklar limit (limit switch) diperuntukkan bagi saklar yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan atau pergerakan sebuah komponen mesin yang bergerak. Saklar ini dapat diaktuasikan (diaktifkan) oleh roda mesin. Roda mesin dapat diputar pada kecepatan tetap untuk menutup dan membuka saklar pada suatu interval waktu tertentu.

T u as te rtekan ke b aw ah o le h ben da kerja

R olle r terte kan ke ba w ah oleh b end a kerja

T om bo l un tu k m eng ope rasika n sa kla r (a )

T om b ol u ntu k m eng ope rasikan sa klar (b)

Gambar 2.6 Saklar limit switch yang diaktuasikan oleh : (a) tuas, (b) roller 2. Sakalr Pembatas Saklar-saklar ini digunakan untuk mengetahui keberadaan suatu benda tanpa bersentuhan dengan benda tersebut. Terdapat sejumlah bentuk untuk saklar


jenis ini, dan beberapa diantaranya hanya cocok bagi objek-objek yang terbuat dari logam. 3. Sensor dan Saklar Fotoelektris Piranti saklar foto-elektris dapat beroperasi sebagai tipe transmitif, dimana objek yang didektesi memotong melewati seberkas cahaya, yang umumnya adalah radiasi tipe inframerah, dan berhenti ketika mencapai detektor, atau tipe reflektif, dimana objek yang dideteksi memantulkan berkas sinar cahaya menuju detektor. Pada kedua jenis saklar ini, piranti yang digunakan untuk memancarkan radiasi umumnya dioda pemancar cahaya (light-emitting diode-LED). Detektor radiasi yang digunakan dapat berupa sebuah fototransistor, seringkali merupakan sepasang transistor yang dikenal dengan sebutan pasangan Darlington. Pasangan darlington meningkatkan sensitivitas. Bergantung pada rangkaian yang outputnya akan berubah menjadi level tinggi atau rendah ketika cahaya mengenai transistor.

Dioda pemancar cahaya

Detektor cahaya

Dioda pemancar dioda

Detektor cahaya

Objek

Gambar 2.7 Sensor-sensor foto-elektris 4. Enkoder Istilah enkoder di gunakan untuk menamakan sebuah perangkat yang menghasilkan output digital sebagai tanggapan atas perpindahan sudut

atau

linear. Sebuah enkoder pertambahan bertahap dapat mengetahui perpindahan sudut dan linear dari suatu posisi yang telah diketahui sebelumnya, sedangkan


sebuah enkoder mutlak menginformasikan posisi sudut atau linear yang sebenarnya.

LED

Sensor cahaya

LED

Sensor sensor cahaya

(a)

(b)

Gambar 2.8 (a) Enkoder bertahap, (b) Enkoder mutlak 3-bit Sedangkan piranti outputnya seperti : 1. Kontaktor Solenoida merupakan basis bagi sejumlah aktuator kontrol output. Ketika arus mengalir melalui selonoida, sebuah medan magnet dibangkitkan dan medan ini menarik komponen-komponen yang terbuat dari bahan besi yang ada didekatnya. Salah satu contoh aktuator seperti ini adalah kontaktor. Ketika output sebuah PLC (artinya, memberikan sinyal hidup), medan magnetic selonoida bangkit dan menarik kontak-kontak sehingga menutup saklar atau saklar-saklar. Akibatnya, suatu arus lain yang jauh lebih besar dapat disambungkan. Maka , kontaktor dapat digunakan untuk menyambungkan arus ke sebuah motor.

Gambar 2.9 Kontaktor


2. Motor Listrik Sebuah motor memiliki kumparan-kumparan kawat yang dipancangkan dalam slot-slot pada sebuah silinder terbuat dari bahan feromagnetik. Silinder ini diberi nama armature. Armature dipasang pada suatu bentuk dudukan (bearing) dan bebas putar. Dudukan armature adalah sebuah medan magnetic yang dihasilkan oleh magnet-magnet permanen atau arus yang dialirkan melalui kumparan-kumparan kawat yang dinamakan kumparan medan. Kedua bentuk magnet ini, magnet permanen maupun electromagnet, disebut stator. Ketika arus mengalir melalui kumparan armatur, karena sebuah konduktor berarus yang berada tegak lurus terhadap sebuah medan magnet akan mengalami gaya, gaya-gaya akan bekerja pada kumparan tersebut dan akan mengakibat perputaran. Beberapa buah sikat dan komutator digunakan untuk membalikkan arah aliran arus didalam kumparan pada tiap-tiap setengah putaran, guna mempertahankan putaran kumparan. Banyak proses industri yang memanfaatkan PLC untuk menghidupkan dan mematikan sebuah motor. Hal dapat dilakukan dengan menggunakan sebuah kontaktor. Terkadang, sebuah PLC juga dibutuhkan untuk membalikkan arah putaran motor. Hal ini dilakukan dengan menggunakan relay-relay atau kontaktor yang membalikkan arah aliran arus yang di berikan ke kumparan armatur.

Gambar 2.10 Motor Listrik


2.2

MOTOR INDUKSI SATU FASA

2.2.1 Umum Pada umumnya rumah-rumah dan daerah terpencil biasanya terhubung pada sumber satu fasa, itulah sebabnya banyak mesin-mesin rumah tangga digerakkan oleh motor satu fasa. Motor satu fasa ini menggerakkan mesin cuci, lemari pendingin, kompresor pengkondisi udara, pengering padi, kipas angin, pompa air, mesin jahit, penghisap debu, jam, pemutar piringan hitam, perkakas pertukangan, dan lain lainnya. Tegangan satu fasa sebagai sumber untuk motor menimbulkan kesukaran, karena medan magnet yang ditimbulkan bukan medan putar. Medan magnet itu hanya bergetar, artinya tempatnya tetap, walaupun besar dan arahnya berubah dari saat ke saat. Rotor suatu mesin induksi yang ditempatkan dalam medan sperti ini hanya akan bertindak seolah-olah sebagai belitan sekunder dari transformator dalam keadaan hubung singkat, statornya merupakan belitan primer. Ada berbagai cara dipakai untuk mengatasi kesukaran itu. Masing-masing menghasilkan motor dengan sifat keluaran yang berbedabeda, dan disesuaikan dengan kegunaannya.

2.2.2 Konstruksi Motor Induksi Satu Fasa Pada umumnya konstruksi motor induksi baik yang tiga fasa maupun satu fasa terdiri dari stator dan rotor. 

Stator merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya



Rotor merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparan stator yang di induksikan kekumparan rotor.


 Stator Inti besi stator dan rotor terbuat dari lapisan (lamel) baja silicon tebal 0,35-1,0 mm, tersusun rapi, masing-masing terisolasi secara electric dan diikat pada ujung-ujungnya(di klem). Antara stator dan rotor terdapat celah

udara. Celah udara stator dan rotor pada motor yang kecil adalah

0,25-0,75 mm, pada motor yang besar sampai 10 mm. celah udara ini disediakan bagi kemungkinan tejadinya pelengkungan pada sumbu sebagai akibat dari pembebanan transversal pada sumbu atau sambungannya. Tarikan pada blet atau bahan-bahan yang tergantung akan menyebabkan sumbu motor melengkung.

Gambar 2.11 Stator  Rotor Pada motor induksi terdapat dua jenis rotor, yaitu rotor jenis sangkar dan rotor jenis belitan. Rotor Sangakar: Belitan rotor terdiri dari atas batang penghantar masih di ditempatkan di dalam alur rotor. Ujung-ujung batang penghantar dihubung singakat oleh cincin penghubung singkat sehingga berbentuk seperti sangkar burung/sangkar tupai.


Gambar 2.12 Rotor sangakar Rotor Belitan : terdiri atas belitan fasa banyak, belitan ini dimasukkan kedalam alur-alur inti besi rotor. Belitan ini sama dengan belitan stator biasanya ujung belitan ditarik ke cincin gesek penghubung singkat yang dipasang di sumbu rotor. Pada keadaan normal sikat karbon yang berhubungan dengan cincin gesek tadi dihubung singkat.

Gambar 2.13 Rotor Belitan

2.2.3 Dasar Kerja Motor Induksi Bila belitan stator disambungkan kesumber tegangan, maka didalam belitan itu akan mengalir arus. Arus ini selanjutnya akan menimbulkan medan putar dicelah udara yang akan memotong penghantar pada rotor (dalam hal ini rotor masih diam). Berdasarkan hukum faraday tentang imbas magnet, maka medan putar yang secara relative merupakan magnet yang bergerak terhadap


pengahantar rotor akan akan mengimbaskan gaya gerak listrik( ggl atau emf) frekuensi ggl imbas sama dengan frekuensi jala-jala.

2.2.4 Slip Pada keadan sebenarnya rotor tidak pernah dapat mengejar medan putar, karena bila rotor berputar sama cepatnya dengan stator, tidak timbul perbedaan kecepatan/tidak ada perubahan fluxsi sehingga tidak ada ggl imbas di dalam rotor, tidak arus dan tidak ada momen yang mendorong rotor. Itulah sebabnya rotor selalu berputar pada kecepatan sedikit dibawah kecepatan medan putar stator. Perbedaan kecepatan tergantung pada besarya beban motor. Perbedaan kecepatan antatara kecepatan rotor ( ) dengan keecepatan sinkron ( ) di sebut slip.

Dengan

us jala-jala yang mengalir pada stator

Slip merupakan perbandinga slip mutalk terhadap Ns, ditunjukkan perunit atau persen oleh hubungan ;


2.2.5 Rangkaian Ekivalent Motor Induksi Satu Fasa Dalam menentukan variable-variabel motor induksi baik yang tiga atau satu fasa, dasar yang selalu di ambil adalah satu fasa. Gambar dibawah ini merupakan

rangkain

ekivalen motor induksi satu fasa, namun didalam

menghitung variable motor induksi tiga fasa rangkain ekivalen ini juga dapat dipakai.

Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Satu Fasa Keterangan Gambar : X2

: Reaktansi kumparan rotor dalam ohm

Rc

: Tahanan inti besi

Xm

: Reaktansi rangkaian penguat dalam ohm : Arus yang mengalir pada kumparan stator bila motor tidak berbeban

: Arus rotor

E1

: Tegangan induksi pada kumparan stator dalam Volt

2.2.6 Prinsip Kerja Motor Induksi Satu Fasa.


Prinsip kerja motor induksi satu fasa, sama dengan cara kerja mesin dua fasa. Mesin induksi satu mempunyai dua belitan di dalam alur stator, kedua belitan berbeda sebesar

elektrik. Kedua belitan dialiri arus dari sumber yang

masing-masing sama besar tapi berbeda fasa

. Cara seperti ini menghasilkan

medan putar dengan amplitudo kuat medan (lilitan ampere) yang sama. Prinsip kerja motor induksi satu phasa: 1. Tegangan satu phasa dipasang pada kumparan medan (stator) maka akan timbul medan putar dengan kecepatan : ns =120.f/p Keterangan: ns = Kecepatan medan putar stator (rpm) P = Jumlah Kutup f = frekuensi 2. Medan putar stator akan memotong batang-batang konduktor pada rotor Akibatnya pada kumparan jangkar (rotor) timbul tegangan induksi (GGL) yang besarnya L 4. Karena kumparan jangkar merupakan rangkaian yang tertutup ggl (E) akan menghasilkan arus (I). 5. Adanya arus (I) didalam medan magnet menimbulkan gaya (F) pada rotor. 6. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya (F) pada rotor cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator. 7. Tegangan induksi timbul karena terpotongnya batang konduktor (rotor) oleh medan-medan putar stator, artinya agar tegangan terinduksi maka diperlukan Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011

adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator ( ) dengan

kecepatan medan putar rotor ( ).

8. Perbedaan antar nr dan ns disebut slip (S) dinyatakan dengan persamaan .

9. Bila nr = ns berarti tidak ada gerak relatif antara medan putar stator dan medan putar rotor, sehingga tegangan tidak akan mengalir pada kumparan jangkar, sehingga tidak menghasilkan kopel. 2.2.7 Jenis-Jenis Motor Induksi Satu Fasa Motor induksi satu fasa memiliki beberapa jenis, yaitu : 1. Motor Spilt Fasa Kumparan stator pada motor ini terdiri dari kumparan tembaga atau kawat tembaga atau kawat tembaga yang dimasukkan dalam alur-alur stator yang dikenal dengan kumparan utama (main winding) dan kumparan kawat tembaga lain yang disebut dengan kumparan bantu (Auxiliary Winding). Kumparan utama selalu dirancang mempunyai nilai resistansi rendah dan nilai reaktansi tinggi dibanding dengan kumparan Bantu yang selalu mempunyai nilai reaktansi rendah dan resistansi tinggi. Kedua kumparan ini dihubungkan kesumber jala-jala. Dengan kondisis nilai resistansi dan reaktansi kumparan masing-masing tidak sama nilainya, maka sudut fase arus yang mengalir melalui kumparan utama. Akibat adanya beda fasa antara arus kumparan utama dan arus kumparan bantu maka pada stator akan terjadi medan magnet ini akan diinduksikan pada kumparan rotor dan akhirnya akan berputar. Adapun arah putaran rotor ditentukan oleh arah Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011

arus yang melalui kumparan utama dan kumparan Bantu. Akibat dari arus jala-jala yang terurai menjadi dua bagian dimana yang satu menuju kumparan utama sedangkan yang lain menuju kumparan bantu, maka motor ini disebut motor Spilt fasa. Untuk mendapatkan beda fasa yang terbaik antara flux yang dibangkitkan oleh kumparan utama dan kumparan bantu sehingga motor berputar optimal, maka pada motor spilt fasa mempunyai empat kutub, penempatan awal ujung kumparan utama dan ujung kumparan bantu adalah sebesar 90o listrik. Sedangkan Untuk memutuskan arus, kumparan bantu dilengkapi dengan saklar pemutus yang dihubung seri terhadap kumparan bantu. Biasanya yang dipakai adalah saklar sentrifugal. Saklar sentrifugal model biasa terdiri dari dua bagian pokok yaitu bagian tetap dan bagian berputar. Apabila motor dalam keadaan diam maka kontak yang ada pada bagian tetap, dalam keadaan tertutup karena adanya tekanan dari bagian berputar. Pada kecepatan kira-kira 75% dari kecepatan penuh bagian yang berputar akan melepaskan tekanannya pada kontak tetap dan menyebabkan kontak terbuka.

Gambar 2.15 Rangakain Ekivalen Motor Spilt Fasa Motor phasa belah ini banyak dipakai dipakai pada beban dengan momen awal yang rendah. Contohnya, kipas angin.


2. Motor Shaded Pole Motor shaded pole atau motor Fasa terbelah termasuk motor satu fasa daya kecil, dan banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga sebagai motor penggerak kipas angin, blender. Konstruksinya sangat sederhana, pada kedua ujung stator ada dua kawat yang terpasang dan dihubung singkatkan fungsinya sebagai pembelah fasa. Belitan stator dibelitkan di sekeliling inti membentuk seperti belitan transformator. Rotornya berbentuk sangkar tupai dan porosnya ditempatkan pada rumah stator ditopang dua buah bearing.

Gambar 2.16 Motor Shaded Pole Irisan penampang motor shaded pole memperlihatkan dua bagian, yaitu bagian stator dengan belitan stator dan dua kawat shaded pole. Bagian

rotor

sangkar ditempatkan di tengah-tengah stator, lihat gambar 2.1


Gambar 2.17 Rangakain Motor Shaded Pole Torsi putar dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa oleh kawat shaded pole. Konstruksi yang sederhana, daya yang kecil, handal, mudah dioperasikan, bebas perawatan dan cukup di suplai dengan Tegangan AC 220 V, jenis motor shaded pole banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga kecil. Contohnya, kipas angin, pemutar piringan hitam, mengasut motor sinkro

3. Motor Universal Salah satu solusi yang paling menonjol adalah, dengan merancang mesin arus searah yang dapat bekerja dengan sumber arus bolak-balik satu fasa. Motor arus searah akan menimbulkan momen yang arahnya tergantung pada arah arus yang mengalir dalam jangkar dan polaritas medan magnet. Bila mesin arus searah dapat dirancang sehingga bila arus berbalik arah, arah medan magnetpun membalik, dan rugi-rugi fluksi bolak balik dibuat kecil. Cara memenuhi cara yang pertama adalah dengan menghubungkan medan penguat, seri dengan jangkar. Syarat kedua dapat dipenuhi dengan membuat inti terdiri dari lamel-lamel tipis.

Mesin shunt tidak dapat bekerja dengan baik karena induktansi belitan penguat lebih besar induktansi jangkar. Demikian sehingga stengah perioda berikut arah momen berlawanan, sehingga momen rata-rata dan efisiensi menjadi rendah. Motor seri yang bekerja pada sumber satu fasa di sebut motor universal karena dapat bekerja dengan baik untuk frekwensi berapa saja, dari arus searah sampai

Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011 Armature Series field

frekwensi yang dirancang. Frekwensi paling tinggi yang pernah dirancang adalah 60 Hz.

Gambar 2.18 Rangakain Motor universal Bentuk stator dari motor universal terdiri dari dua kutub stator. Belitan rotor memiliki dua belas alur belitan dan dilengkapi komutator dan sikat arang yang menghubungkan secara seri antara belitan stator dengan belitan rotornya. Motor universal memiliki kecepatan tinggi sekitar 3000 rpm. Motor universal dipakai pada beban dengan momen asut yang tinggi. Contohnya, bor tagan, mesin gerenda, penghisap debu, perkakas dapur.

4. Motor Kapasitor Motor kapasitor satu fasa banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci, motor lemari es, motor air conditioning. Konstruksinya sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220 V, oleh karena itu menjadikan motor kapasitor ini banyak dipakai pada peralatan rumah tangga.

Gamabar 2.19 Motor Kapasitor


Motor kapasitor dengan daya diatas 1 KW di lengkapi dengan dua buah kondensator dan satu buah saklar sentrifugal. Belitan utama U1-U2 dihubungkan dengan jala-jala L1 dan Netral N. Belitan bantu Z1-Z2 disambungkan seri dengan kondensator kerja CB, dan sebuah kondensator starting CA diseri dengan kontak normally close (NC) dari saklar sentrifugal,

Gamabar 2.20 Pengawatan Motor kapasitor dengan Dua kapasitor Awalnya belitan utama dan belitan bantu mendapatkan tegangan dari jalajala L1 dan Netral. Kemudian dua buah kondensator CB dan CA, keduanya membentuk loop tertutup sehingga rotor mulai berputar, dan ketika putaran mendekati 70% putaran nominalnya, saklar sentrifugal akan membuka dan kontak normally close memutuskan kondensator bantu CA. Fungsi dari dua kondensator yang disambungkan parallel, CA+CB, adalah untuk meningkatkan nilai torsi awal untuk mengangkat beban. Setelah putaran motor mencapai 70% putaran, saklar


sentrifugal terputus sehingga hanya kondensator kerja CB saja yang tetap bekerja. Jika kedua kondensator rusak maka torsi motor akan menurun drastis

5. Motor Repulsi Motor repulsi ini sangat istimewa karakteristiknya, demikian pula harganya mahal. Ada kumutator jadi pemeliharannya lebih sulit. Motor repulsi mempunyai dua buah kumparan yaitu kumparan medan stator dan kumparan rotor. Diantara kedua kumparan tersebut adalah tidak mempunyai hubungan galvanis antara satu sama lainnya. Konstruksi rotornya hampir sama dengan rotor motor arus searah/DC. Motor repulsi mempunyai sebuah belitan stator yang diatur untuk hubungan ke sumber tegangan dan sebuah belitan rotor yang dihubungkan ke sebuah komutator. Secara prinsip motor listrik ini mempunyai belitan stator sama seperti jenis-jenis motor satu fasa, tetapi mempunyai rotor seperti rotor motor arus searah,dengan sikat-sikat yang berlawanan pada jangkar yang dihubung singkatkan. Sikat (brush) dihubungsingkatkan secara permanent. Kumparan stator dihubungkan dengan sumber arus bolak balik, sehingga mengalir arus pada stator, maka pada rotor timbul tegangan induksi. Arus induksi pada rotor menimbulkan magnit. Resultan dari kedua kutub medan dan kutub jangkar akan menyebabkan terjadinya medan putar. Medan putar ini terjadi pada kedudukan sikat digeser dari garis netral. Garis netral adalah letak garis sumbu sikat segaris dengan sumbu kumparan stator, yaitu garis medan magnit rotor sama dengan statornya. Kecepatan motor listrik dapat diatur dengan cara menggeser letak sikat ke kiri atau ke kanan dari garis netral. Semakin besar sudut pergeseran semakin besar perubahan kecepatan motor listrik demikian pula terhadap momen kopel dari motor. Rizal Pinem : Pengaturan Motor Induksi Satu Fasa Berbasis PLC, Aplikasi Pada pada Laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro USU, 2011

Pada dasarnya Motor repulsi dapat dibedakan menjadi tiga kelompok yaitu:

1) Motor repulsi start (induction run motor)

2) Motor repulsi

3)

Motor Repulsi Induction Full

Prinsip kerja dari ketiga motor listrik tersebut adalah sama hanya bedanya terletak pada sifat dan pemakaiannya. Untuk lebih jelasnya sirkuit diagram dapat dilihat pada gambar di bawah ini

.

Gambar 2.21. Sirkuit diagram motor repulsi

1)

Motor repulsion start induction run motor, Dimana gerak mulanya seperti

motor

repulsion,

bila

tercapai

kecepatan

penuh,

kumparan

rotor

dihubungsingkatkan dengan menggunakan sakelar sentrifugal, maka motor akan berubah menjadi motor rotor sangkar dengan kecepatan tetap.


2)

Motor repulsi,

Motor dengan kumparan rotor lewat komutator dimana

sikat-sikatnya dihubungsingkatkan.

3)

Motor repulsion induction full motor listrik ini menggunakan rotor sangkar

pada bagian bawah dari alur kumparan rotor (rotor mempunyai dua tingkat alur, yaitu alur sangkar dan alur kumparan), motor tipe ini tidak dilengkapi dengan sakelar sentrifugal. Prinsip gerak mulanya sama dengan tipe Motor repulsion start induction run motor

Kopel mula motor repulsi sama dengan motor kapasitor start yang berkisar antara 300%-350% dari kopel beban penuh. Sedangkan arus start pada motor repulse ini jauh lebih mudah 30% - 40% dibandingkan dengan jenis motor satu fasa lainnya. Variasi kecepatan waktu beban penuh terjadi slip antara 2,5 % – 5 %.

Motor repulsi dibuat dalam ukuran ¼-5 HP pada kecepatan 1800 rpm dengan kopel awal 350 % dari kopel beban penuh. Karakteristik ini sangat baik. Motor listrik beroperasi dengan kecepatan yang berubah ubah, disamping motor mempunyai gerak mula yang besar, sehingga dapat digunakan untuk beban yang berat. Motor repulsi, dipakai pada beban dengan momen asut tinggi. Contohnya, pengangkat gandum, perkakas pertanian


BAB II PLC DAN MOTOR INDUKSI SATU FASA

Recommend Documents