BAB III PENGASUTAN MOTOR INDUKSI
3.1 Umum Masalah pengasutan motor induksi yang umum menjadi perhatian adalah pada motor-motor induksi tiga phasa yang memiliki kapasitas yang besar. Pada waktu mengasut (start) motor induksi kapasitas besar, besar arusnya cenderung melonjak dengan tinggi sekali, walaupun memakan waktu yangcukup 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 pemutusan daya (trip) sehingga menimbulkan kerugian. Untuk itulah dipikirkan cara-cara untuk melakukan pengasutan motor induksi secara aman, adapun macam-macam pengasutan yang umum adalah : 1.
Pengasutan pada motor induksi tiga phasa 1. Langsung ( DOL) 2. Dengan saklar bintang – segitiga ( Start-Delta) 3. Dengan soft starter 4. Dengan auto trafo 5. Dengan Inverter
29
30
3.2 Metode – Metode Starting Motor 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 (DOL) 3.2.2 Pengasutan denagn saklar bintang-segitiga Metode pengasutan ini adalah yang paling umum diterapkan untuk motor-motor induksi tiga phasa yang berkapasitas besar. Pada metode pengasutan ini bertujuan untuk menghindari adanya kejutan arus asut yang besar. Pengasutan menggunakan saklar manual bintang segitiga sebuah motor induksi tiga fasa dihubungkan langsung dengan sumber tegangan tiga fasa menggunakan saklar bintang segitiga. Pada saat start saklar pada posisi bintang dan pada saat motor telah berputar maksimum maka saklar segera dipindahkan ke posisi segitiga
31
Gambar 3.2 Pengasutan dengan saklar bintang-segitiga (Start-Delta)
3.3.3 Soft Starter Soft starter dipergunakan untuk mengatur/ memperhalus start dari elektrik motor. Prisip kerjanya adalah dengan mengatur tegangan yang masuk ke motor. Pertama-tama motor hanya diberikan tegangan yang rendah sehingga arus dan torsipun juga rendah. Pada level ini motor hanya sekedar bergerak perlahan dan tidak menimbulkan kejutan. Selanjutnya tegangan akan dinaikan secara bertahap sampai ke nominal tegangannya dan motor akan berputar dengan dengan kondisi RPM yang nominal. Komponen utama softstarter adalah thyristor dan rangkaian yang mengatur trigger thyristor. Seperti diketahui, output thyristor dapat di atur via pin gate nya. Rangkaian tersebut akan mengontrol level tegangan yang akan dikeluarkan oleh thyristor. Thyristor yang terpasang bisa pada 2 phase atau 3 phase.
32
Selain untuk starting motor, Softstarter juga dilengkapi fitur soft stop. Jadi saat stop, tegangan juga dikurangi secara perlahan atau tidak dilepaskan begitu saja seperti pada starter yang menggunakan contactor
Gambar 3.3 Pengasutan dengan soft starter 3.3.4 Pengasutan dengan oto transformer Berikut ini diagram daya dari pengasutan / starter 3 phasa dengan menggunakan auto trafo :
Gambar 3.4 Pengasutan dengan auto trafo
33
Pada diagram daya terdapat tiga buah kontaktor K1, K2, dan K3. K1 dan K2 operasi dalam proses pengasutan motor 3 phasa menggunakan auto trafo. Sedangkan K3 operasi pada tegangan kerja motor 3 phasa sesuai dengan name platenya. Jadi yang harus operasi pertama dari proses pengasutan motor ini adalah K1 dan K2. K1 merupakan supply tegangan dari auto trafo, sedangkan K2 merupakan hubungan belitan bintang dari auto trafo tersebut. Jika hanya K1 saja yang bekerja tanpa operasi K2 maka auto trafo tersebut tidak bisa menghasilkan output tegangan karena loop trafo terbuka. Ketika K1 dan K2 sudah bekerja, maka supply tegangan ke motor 3 phasa bisa diatur dengan merubah posisi tap trafo secara bertahap. Proses ini sama dengan menaikan tegangan supply motor tiga phasa secara bertahap sehingga arus asut motor tiga phasa bisa di redam / tidak terlalu tinggi. Proses perpindahan dari tap auto ini biasanya dilakukan secara manual oleh operator motor walaupun tidak menutup kemungkinan jika dirancang otomatis mengenai perpindahan tap auto trafo tersebut. Auto trafo biasanya memiliki 3 posisi tap untuk setiap phasanya misalkan 80%, 65% dan 50% sehingga karateristik untuk pengasutan motor tiga phasa bisa dilakukan dengan menyesuaikan dengan kondisi beban. Jika tegangan output auto trafo yang merupakan supply motor sudah bisa membuat putaran motor kisaran 80% sampai 90% maka boleh dilakukan manufer perpindahan supply tegangan menjadi tegangan kerja motor dengan cara membuka kontak dari kontaktor K2. Membukanya kontak dari kontaktor K2 merupakan syarat bisa di operasikannya kontaktor K3 sebagai supply tegangan motor sesuai dengan kerjanya. Dan kerja Kontaktor K3 harus otomatis membuat kontak dari kontaktor K1 menjadi terbuka, sehingga supply tegangan motor tidak dipengaruhi lagi auto trafo.
34
3.3.5 Inverter Inverter atau sering disebut juga VSD (Variable Speed Drive) terdiri dari dua bagian utama yaitu penyarah tegangan AC (50 Hz atau 60 Hz ) ke DC dan bagian kedua adalah membalikan dari DC ke tegangan AC dengan frequensi yang diinginkan. VSD memanfaatkan sifat motor sesuai dengan rumus sebagai berikut ………………………………………………..… ( Persamaan 3.1)
RPM =
Dimana :
RPM = Kecepatan putaran motor f = frekuensi p = jumlah kutub motor
Dengan demikian jika frekuensi motor ditingkatkan maka akan meningkatkan kecepatan motor, sebaliknya dengan memperkecil frekuensi akan memperlambat kecepatan motor.
Gambar 3.5 Pengendali frekuensi motor dengan rangkaian inverter
35
Prinsip kerja inverter yang sederhana adalah :
Tegangan yang masuk dari jala-jala 50 Hz di alirkan ke board rectifier / penyearah DC, dan di tamping di capasitor bank. Jadi dari AC di jadikan DC.
Tegangan DC kemudian di alirkan ke board inverter untuk dijadikan AC kembali dengan frekuensi sesuai kebutuhan. Jadi dari DC ke AC komponen utamanya adalah semiconductor aktif seperti IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor ). Dengan menggunakan frekuensi carrier ( bisa sampai 20 kHz ), tegangan DC di cacah dan dimodulasi sehingga keluar tegangan dan frekuensi yang diinginkan.
3.3 Peralatan Kontrol 3.3.1 Kontaktor Kontaktor juga disebut saklar elektromagnetik, yaitu : “ Saklar yang system operasinya dengan cara kerja sistem elektromagnetik dan merupakan suatu alat yang aman untuk penyambungan dan pemutusan secara terus menerus / Continue “. Fungsi Kontaktor digunakan untuk mengerjakan atau mengoperasikan dengan seperangkat alat control beban, seperti :
Penerangan
Pemanas
Pengontrolan Motor – motor Listrik
Pengaman Motor – motor Listrik
36
Pada pengaman motor – motor listrik beban lebih dilakukan secara terpisah. Kontaktor akan bekerja dengan normal bila diberikan tegangan 85 % sampai 110 % dari tegangan permukaannya. Sedangkan bila lebih kecil dari 85 % kontaktor akan bergetar atau bunyi. Jika lebih besar dari 110 % kontaktor akan panas dan terbakar. Kontaktor mempunyai kontak – kontak UTAMA dan kontak – kontak BANTU yang terdiri dari
NORMALLY OPEN ( NO )
NORMALLY CLOSE ( NC )
Gambar 3.6 Kontaktor 3.3.2 Rellay Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan
37
50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.
Gambar 3.7 Struktur sederhana relay Berdasarkan gambar diatas, sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya Elektromagnet yang kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana Armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali lagi ke posisi Awal (NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik Contact Poin ke Posisi Close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil.
38
3.3.3 Time Dellay Time dellay adalah kontaktor yang digunakan sebagai relay penunda waktu yang fungsinya untuk memindahkan kerja dari rangkaian pengontrol kerangkaian tertentu yang bekerja secara otomatis. Misal dari star ke delta secara otomatis. Prinsipnya sama saja dengan kontaktor, hanya saja memiliki waktu tunda operasi. Kontaktor timer ini memiliki kontak NO dan juga kontak NC, seperti pada magnetik kontaktor, hanya bekerjanya berdasarkan delay waktu yang telah ditentukan. Biasanya kontaktor timer ini disebut timer/TDR.
Gambar 3.8 Time delay relay On dellay Timer ini bekerja dari normalnya dengan tunda waktu sesuai dengan setting yang diberikan. Untuk NO, setelah koil dari kontaktor diberi daya, kontak NO masih tetap terbuka hingga beberapa waktu tertentu, misalnya 5 detik. Setelah 5 detik, kontak akan otomatis berubah status dari terbuka (off) menjadi tertutup (on) dan akan tetap tertutup selama kontaktor mendapat catu daya. Jika catu daya diputus, maka kontaktor akan
39
kembali terbuka. Untuk NC, setelah koil dari relay diberi catu, kontak NC masih tetap tertutup hingga beberapa waktu tertentu, misalnya 5 detik. Setelah 5 detik, kontak akan otomatis berubah status dari tertutup (off) menjadi terbuka (on) dan akan tetap terbuka selama relay mendapat catu daya. Jika catu daya diputus, maka relay akan kembali tertutup. Off Dellay Timer ini bekerjanya berkebalikan dengan timer On Delay, saat kontaktor magnit mendapat tegangan dan aktif, maka kontak akan langsung aktif juga, namun setelah tegangan hilang dan kontaktor magnit tidak aktif, maka kontak yang aktif tadi akan menjadi tidak aktif setelah waktu yang ditentukan. Untuk NO, setelah koil dari relay diberi catu, kontak NO akan berubah status menjadi tertutup dan akan tetap tertutup selama koil diberi catu. Saat catu daya diputus, kontak akan tetap tertutup hingga beberapa waktu tertentu, misalnya 5 detik. Setelah 5 detik, kontak akan otomatis berubah status dari tertutup menjadi terbuka. Untuk NC, setelah koil dari relay diberi catu, kontak NC akan berubah status menjadi terbuka dan akan tetap terbuka selama koil diberi catu. Saat catu daya diputus, kontak akan tetap terbuka hingga beberapa waktu tertentu, misalnya 5 detik. Setelah 5 detik, kontak akan otomatis berubah status dari terbuka menjadi tertutup. 3.3.4 Lampu Tanda Lampu tanda di pasang secara parallel dengan peralatan control sehingga kita dapat menghetahui peralatan mana saja yang bekerja dan tidak bekerja.
40
3.4 Peralatan Pengaman Tujuan peralatan pengaman pada instalasi listrik adalah untuk melindungi manusia atau peralatan yang tersambung dengan instalasi jika terjadi arus gangguan akibat dari keadaan yang tidak normal. 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 arus dihitung untuk menentukan arus pengaturan. Disamping itu juga waktu yang diperlukan oleh pengaman menanggapi gangguan juga menentukan. 3.4.1 Fuse Fuse adalah alat pengaman listrik yang paling familiar dan sering kita jumpai. Fuse terpasang dalam rangkaiaan listrik tersusun secara seri,sehingga jika terlewati arus yang melebihi kapasitas kerja dari fuse tersebut, maka fuse akan terbakar dan memutus arus yang ada dalam rangkaian tersebut. Element penghantar yang terdapat dalam fuse tersebut akan meleleh, dan memutus rangkaian listrik tersebut sebagai pengaman terhadap komponen-komponen lain dalam rangkaian listrik tersebut dari bahaya arus besar. Jikakita dapati fuse yang telah terbakar atau putus elementnya kita harus menggantinya dengan yang baru, tetapi yang perlu diingat adalah penggantian dengan kapasitas arus yang sama. Jika menggantinya dengan kapasitas arus yang lebih besar maka akan berakibat kerusakan pada rangkaian listrik tersebut, karena jika ada arus lebih dalam rangkaian tersebut, fuse tidak akan putus atau terbakar.
41
Gambar 3.9 Fuse Jikakita dapati fuse yang telah terbakar atau putus elementnya kita harus menggantinya dengan yang baru, tetapi yang perlu diingat adalah penggantian dengan kapasitas arus yang sama. Jika menggantinya dengan kapasitas arus yang lebih besar maka akan berakibat kerusakan pada rangkaian listrik tersebut, karena jika ada arus lebih dalam rangkaian tersebut, fuse tidak akan putus atau terbakar. 3.4.2 Thermal Overload Thermal overload adalah alat pengaman rangkaian dari arus lebih yang diakibatkan beban yang terlalu besar dengan jalan memutuskan rangkaian ketika arus yang melebihi setting melewatinya. Thermal overload berfungsi untuk memproteksi rangkaian listrik dan komponen listrik dari kerusakan karena terjadinya beban lebih.
Gambar 3.10 Thermal overload
42
Thermal overload memproteksi rangkaian pada ketiga fasanya (untuk rangkaian tiga fasa) baik yang menggunakan sistem bimetal maupun yang menggunakan sistem elektronik tanpa suplai terpisah (maksudnya thermal overload elektronik ini tidak membutuhkan sumber daya listrik secara khusus) dan mempunyai sensitifitas terhadap hilangnya fasa yang bekerja dengan sistem diferensial (tidak langsung trip pada kasus terjadinya hilang satu fasa), namun apabila dibutuhkan rangkaian untuk trip segera saat kehilangan satu fasa, maka perlu diperlukan tambahan alat proteksi lain. Thermal overload ini bisa dipasangkan langsung dengan kontaktornya maupun terpisah sehingga sangat fleksibel untuk pemasangannya di dalam panel. Pemilihan jenis thermal overload ditentukan oleh rating/setting arus sesuai dengan arus nominal rangkaian pada beban penuh dan kelas trip-nya. Untuk pemakaian standar digunakan kelas trip 10 yaitu thermal overload akan trip pada 7,2 Ir dalam waktu 4 detik. 3.4.3 MCB ( Miniature Circuit Breaker ) Miniatur Circuit Breaker (MCB) memiliki fungsi ganda sebagai pengaman dimana ia dapat mengamankan peralatan dan instalasi listrik terhadap arus lebih dengan bimetal dan juga terhadap hubung singkat dengan elektromagnetnya. MCB di desain dengan fungsi utama untuk :
Mengamankan beban terhadap arus hubung singkat dan beban lebih
Membuka dan menutup rangkaian listrik
Pengaman terhadap kerusakan isolator
43
Gambar 3.11 Bagian – bagian MCB Keterangan gambar : 1. Batang Bimetal 2. Batang Penekan 3. Tuas Pemutus Kontak 4. Lengan Kontak yang bergerak 5. Pegas Penarik Kontak 6. Trip Koil 7. Batang Pendorong 8. Batang Penarik Kontak 9. Kontak Tetap 10. Kisi Pemadam Busur Api 11. Plat Penahan dan Penyalur Busur Api MCB dapat dioperasikan atau beroperasi untuk memutuskan rangkaian listrik pada saat rangkaian tersebut berbeban maupun tidak berbeban. MCB memiliki media
44
peredam bunga api yang timbul pada saat pemutusan rangkaian, terdapat dua jenis pemutusan rangkaian pada MCB yaitu : a. Pemutusan Secara Thermal Pemutusan ini terjadi pada saat terjadi gangguan arus lebih pada rangkaian secara terus – menerus. Blade (1) akan melengkung akibat pemanasan oleh arus lebih secara continue pada element bimetal ini. Bengkokan ini akan menggerakan Trip Lever (2) sampai Release Pawl (3) berubah posisi sehingga Moving Contact Arm (4) membuka memutuskan rangkaian dengan bantuan Release Spring (5). b. Pemutusan Secara Elektromagnetik Ketika hubung singkat terjadi , maka akan mengakibatkan lonjakan arus secara tiba – tiba yang akan menghidupkan solenoid menarik Plunger (6). Pergerakan itu menyebabkan mekanisme MCB membuka secara tiba- tiba. Push Road (7) bekerja mendorong Trip Lever (2) , Plunger Knob (8) menarik Moving Contact Arm (4) sehingga terlepas dari Fixed Contact (11).
