MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK PENGGUNAAN MOTOR DC SHUNT PENGUAT TERPISAH PADA MESIN PUSHER FURNACE 1 PADA PABRIK HOT STRIP MILL PT KRAKATAU STEEL (PERSERO) Tbk. Heriawan Kukuh1, Tejo Sukmadi2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia ABSTRAK Pada divisi Hot Strip Mill (HSM), terdapat lima proses penting dalam pembuatan baja lembaran panas yaitu reheating furnace, sizing press, roughing mill, finishing mill, dan down coiler. Reheating furnace merupakan proses awal yang sangat penting dalam proses produksi. Pada tahap ini bahan baku pembuatan plat baja yaitu baja slab mulai diproses untuk dipanaskan. Terdapat mesin pendorong slab yang digerakkan oleh motor DC yang disebut pusher. Kerja motor DC tidak lepas dari peranan kontrol arus pada armature dan field. Laporan kerja praktek ini membahas secara umum penggunaan motor DC pada mesin pusher furnace serta sistem pengontrolan yang digunakan oleh motor tersebut di Dinas Perawatan Lisrik Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill) PT. Krakatau Steel Cilegon. Kata kunci : reheating furnace, motor dc, pusher, .
1. 1.1
PENDAHULUAN Latar Belakang
PT. Krakatau Steel merupakan perusahaan yang bergerak dalam bidang industri manufaktur yang bergerak dalam bidang pengecoran baja. PT. Krakatau Steel sudah banyak menghasilkan produk seperti: kawat baja, baja profil, plat baja maupun baja beton. Pada Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill) terdiri dari beberapa proses produksi salah satunya adalah proses pemanasan slab sebagai bahan baku pembuatan plat baja. Proses tersebut membutuhkan peralatan motor DC sebagai pendorong slab masuk kedalam furnace atau tungku pembakaran untuk diproses lebih lanjut sehingga peran motor DC sebagai pendorong sangatlah besar. 1.2
Tujuan Makalah kerja praktek ini bertujuan untuk mempelajari secara umum penggunaan motor DC sebagai pusher furnace 1 pada Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill) PT. Krakatau Steel Cilegon. 1.3
Pembatasan Masalah Dalam makalah kerja praktek ini membahas hal secara umum tentang penggunaan 1. Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP 2. Dosen Jurusan Teknik Elektro UNDIP
motor DC pada pusher furnace 1 serta peralatan-perlatan pendukung motor DC tersebut di Divisi Hot Strip Mill (HSM) PT. Krakatau Steel Cilegon. 2 2.1.
DASAR TEORI Unit Produksi PT Krakatau Steel PT Krakatau Steel, Cilegon sebagai pabrik baja terpadu memiliki unit-unit produksi yang saling mendukung dan terintegrasi. proses produksi baja pada unit-unit tersebut saling berkaitan antara divisi / pabrik yang satu dengan yang lainnya. Pembagian divisi / pabrik pada PT Krakatau Steel, meliputi : 1 Pabrik Besi Spons (Direct Reduction Plant / DRP) 2 Pabrik Billet Baja (Billet Steel Plant / BSP) 3 Pabrik Baja Slab (Slab Steel Plant / SSP) 4 Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill / HSM) 5 Pabrik Baja Batang Kawat ( Wire Rod Mill / WRM ) 6 Pabrik Baja Lembaran Dingin (Cold Rolling Mill / CRM)
strip. Setelah strip mencapai temperatur yang sesuai maka proses selanjutnya adalah menggulung strip menjadi coil di down coiler. 2.3
Gambar 1. Diagram Proses Produksi PT Krakatau Steel
2.2
Hot Strip Mill (HSM) Pada Divisi HSM, untuk menghasilkan produk-produknya digunkana bahan baku berupa baja slab dengan ukuran penampang tebal 180-230 mm, lebar 600-2080 mm dan panjang maksimal 12000 mm. Serta berat maksimal hingga 30 ton. Proses utama produksi slab menjadi baja lembaran panas diantaranya :
1. Tahap Reheating Furnace (pemanasan) Pada tahap ini, slab dipanaskan dalam furnace dengan suhu mencapai 1200oC - 1300oC. Dengan kapasitas masing-masing furnace yaitu 300 ton/jam. 2. Sizing Press Setelah dipanaskan, slab yang keluar dari proses furnace, disemprot oleh air bertekanan tinggi untuk menghilangkan kerak. Kemudian slab panas yang telah dibersihkan dikurangi ukuran lebarnya dengan melakukan pressing pada kedua sisi slab. 3. Roughing Mill Pada roughing mill, slab akkan dikurangi ketebalannya dengan proses pengerolan. Bagian ini menggunakan stand dengan metode pengerolan bolak balik. Slab akan di roll beberapa kali tergantung dari ketebalan yang diinginkan. 4. Finishing Mill Pada finishing mill, slab akan di roll untuk memperoleh ketebalan strip yang sesuai dengan pesanan. 5. Down Coiler Sebelum strip (hasil dari finishing mill) mask ke down coiler, slab akan melewati laminar cooling yang berfungsi untuk mendinginkan
Motor DC 2.1 Prinsip Kerja
Pada motor DC terdapat dua elemen utama yaitu rotor dan stator. Tegangan DC dialirkan ke kumparan jangkar melalui sikat karbon yang menempel pada komutator. Pada saat tegangan dialirkan ke kumparan medan di stator dengan kutub utara dan selatan buatan (elektromagnet) akan dihasilkan meda magnet statis. Adapun susunan komponen utama motor DC dapat dilihat pada gambar 2 dibawah ini
Gambar 2 Komponen utama motor DC
Motor DC berputar sebagai akibat adanya gaya Lorentz. Adapun arah gaya dipengaruhi oleh arah medan magnet dan arah arus pergerakan elektron seperti terlihat pada gambar 3 berikut ini.
Gambar 3 Kaidah tangan kanan Lorentz
2.2 Konstruksi Motor DC terdiri dari beberapa komponen diantaranya armatur, stator, commutator, brushesh, shaft, bearing, fan, end bracket, dan frame yang tersusun seperti gambar 4 berikut
Gambar 4 Konstruksi motor DC
2.3 Operasi 4 Kuadran pada Sistem Drive
Jika tegangan motor diturunkan secara tiba-tiba maka akan timbul torsi negative yang disebabkan oleh inersia yang terhubung ke beban. Motor bekerja seperti halnya generator yang mengubah energy gerak rotor menjadi energy listrik yang dikembalikan ke drive. Hal ini sama seperti mengemudikan sebuah mobil downhill, dimana mesin mobil akan bekerja sebagai rem. Pengereman terjadi pada kuadran II dan IV.
Gambar 5 Operasi 4 kuadran
Kuadran I Torsi dan kecepatan keduanya positif, motor berputar dengan kecepatan (n) yang searah dengan torsinya. Daya motor dihasilkan oleh kecepatan dan torsi, dimana P=T. sehingga daya motor bernilai positif. Energi dikonversi dari bentuk listrik menjadi bentuk mekanik yang digunakan untuk memutar motor. Mode operasi ini dikenal dengan forward motoring. Kuadran II Kecepatan dalam arah maju tetapi torsi motor berlawanan arah atau bernilai
3.
negative. Torsi yang dihasilkan oleh motor digunakan untuk pengereman putaran motor. Energi mekanik selama pengereman diubah menjadi energi listrik, ini berarti terjadi perubahan energi dari sistem mekanik menjadi sistem elektrik. Produk dari torsi dan kecepatan adalah negative sehingga motor beroperasi pada mode pengereman. Mode operasi ini disebut dengan forward breaking. Kuadran III Kecepatan dan torsi motor berarah sama tetapi keduanya negatif. Pengembalian torsi elektrik digunakan untuk memutar motor dalam arah yang berkebalikan. Daya yang merupakan hasil dari torsi dan kecepatan bernilai positif dan ini berarti motor beroperasi pada mode motoring. Energi dikonversi dari bentuk elektrik menjadi bentuk mekanik yang digunakan untuk memutar motor. Mode operasi ini dikenal dengan reverse motoring. Kuadran IV Kecepatan berada pada arah yang berlawanan, tetapi torsinya bernilai positif. Torsi motor ini digunakan untuk mengerem putaran motor yang berlawanan. Energi mekanik diperkuat selama pengereman yang dikonversi menjadi bentuk elektrik, ini berarti terjadi perubahan energi dari sistem mekanik menjadi sistem elektrik. Produk dari torsi dan kecepatan adalah negative sehingga motor beroperasi pada mode pengereman. Mode operasi ini disebut dengan reverse breaking. ANALISA DAN PEMBAHASAN 3.1. Reheating Furnace Proses yang terjadi pada reheating furnace ialah pemanasan kembali bahan baku pembuatan baja lembaran panas yaitu slab. Proses pemanasan ini memerlukan temperatur yang sangat tinggi yaitu antara 1200oC hingga 1300oC dengan selang waktu 2,5
menit. Kapasitas reheating furnace sebanyak 300 ton/jam. Setelah proses pemanasan selesai maka slab akan diproses lebih lanjut. 3.2. Mesin Pusher Reheating Furnace 1
3.2.1 Motor DC Motor DC digunakan sebagai motor penggerak utama pusher atau pendorong slab pada reheating furnace. Motor DC yang digunakan ialah motor DC tipe shunt penguat terpisah.
Gambar 8 Tacho generator
External fan Kipas eksternal atau external fan dipasang pada motor DC penggerak pusher yang fungsinya sebagai pendingin atau untuk menjaga temperature pada motor agar motor tidak overheat karena motor digunakan secara terus menerus.
Gambar 6 Motor DC
Motor yang digunakan berjumlah dua motor yang saling di-couple. Untuk spesifikasi motor DC yang digunakan dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 9 External Fan
Selain itu tipe motor yang digunakan juga tipe motor dengan separate cooling atau berpendingin terpisah.
Gambar 7 Nameplate motor DC
Selain motor DC terdapat peralatan penunjang kerja dari motor DC tersebut, diataranya adalah : Tacho generator Tacho generator merupakan pengukur kecepatan motor DC yang berputar.
Couple Couple pada pusher berfungsi untuk menghubungkan atau mengkopel dua buah motor DC sehingga kecepatan putaran antar keduanya sama. Pada couple juga dilengkapi dengan proximity switch yang berfungsi untuk melepaskan coupling. Pelepasan coupling dilakukan apabila posisi dari arm pendorong slab memiliki perbedaan posisi sehingga harus dilepas untuk memperbaiki posisi dari arm
Arm pada pusher berjumlah 2 buah dengan jarak antar arm sebesar 6 meter sehingga untuk slab dengan kelas terkecil tetap dapat didorong oleh kedua arm tersebut. Gambar 10 Couple
Gearbox Gearbox digunakan pada motor untuk mendapatkan kecepatan yang berbeda. Dalam pusher, gearbox disambungkan pada motor untuk membuat torsi yang dihasilkan semakin besar sedangkan kecepatannya lebih rendah.
Encoder Pada arm atau lengan pendorong slab pada pusher furnace 1 terdapat encoder yang terpasang pada arm.
Gambar 13 Encoder
Gambar 11 Gearbox
Pada gearbox juga terdapat rotary switch yang berisi rangkaian untuk membuat pusher mendorong dengan pelan (forward slow), berhenti (forward stop), mundur dengan pelan (backward slow), dan berhenti (backward stop) Arm (lengan) Arm pada pusher merupakan bagian yang berguna untuk mendorong slab masuk ke furnace. Arm ini digerakkan untuk maju dan mundur oleh motor. Arm terhubung dengan gearbox yang digerakkan oleh motor.
Gambar 12 Arm
Encoder digunakan sebagai media untuk mengetahui seberapa jauh arm harus mendorong maju slab. 3.2.2 Sistem Pengontrolan Motor DC Untuk mengontrol kerja motor DC pada mesin pusher furnace 1 digunakan modul PAC C dan SIMOREG DC MASTER. Modul PAC C Digunakan sebagai pengontrol besarnya arus armature yang masuk pada motor DC. Sedangkan SIMOREG DC MASTER digunakan sebagai pengontrol besarnya arus medan yang digunakan pada motor DC tersebut Modul PAC C Modul PAC (Programmable Automation Controller) adalah sebuah modul pengontrol terpogram yang bekerja close loop yang terdiri enam buah modul dengan fungsi yang berbeda dan saling berhubungan.
Pada modul PAC C digunakan untuk mengontrol kecepatan motor dengan mengatur besarnya arus armature. Selain sebagai pengontrol kecepatan, modul PAC C juga memiliki sistem proteksi bagi motor. Indikator LED akan memberi isyarat adanya kerusakan atau gangguan pada motor. Selain itu pada panel juga terdapat circuit breaker sebagai pengaman motor.
3.2.3 Supply Tegangan Motor
Gambar 16 Single line diagram
Gambar 14 Modul PAC C
SIMOREG DC MASTER Pada field, driver yang digunakan untuk pengontrollan ialah SIMOREG. Pengontrolan pada field digunakan untuk mengatur arus field yang masuk sehingga dihasilkan medan magnet yang dapat memutar motor. Pada panel SIMOREG terdapat trafo yang digunakan untuk menurunkan tegangan sebagai supply field. Selain itu juga terdapat thyristor yang digunakan untuk menyearahkan dari tegangan AC ke tegangan DC.
Supply armature motor DC diperoleh dari sumber 3 fasa 380 V yang disearahkan terlebih dahulu baru dari hasil penyearah tersebut di supply ke motor. Sedangkan pada field di supply dari sumber 3 fasa 380 V yang terlebih dahulu diturunkan nilai tegangannya melalui trafo sehingga hasilnya menjadi tegangan AC 220 V. Tegangan AC 220 V ini selanjutnya di searahkan menggunakan diode untuk selanjutnya digunakan untuk men-supply field. 3.2.4 Armature Rectifier Pada driver ini digunakan penyearah 3 fasa gelombang penuh terkontrol yang mengunakan 12 thyristor seperti terlihat pada gambar berikut :
Gambar 15 Driver SIMOREG Gambar 17 Armature rectifier
Pada penyearah armature digunakan 2 grup thyristor yang bekerja secara bergantian. Grup I berfungsi untuk penyearah mode Motoring Bridge dimana motor akan berputar sesuai dengan set point. Sedangkan
pada thyristor grup II berfungsi sebagai Regen Bridge yaitu fungsi regenerative untuk memutar motor pada arah sebaliknya. Regen bridge juga berfungsi sebagai mode pengereman motor DC. 3.2.5 Penyearah medan Field Rectifier atau penyearah medan digunakan untuk menghasilkan medan magnet sehingga motor dapar berputar. Untuk penyearah medan, digunakan penyearah tak terkontrol menggunakan empat buah dioda sebagai berikut :
Gambar 18 Penyearah 1 fasa gelombang penuh tak terkontrol
Pada field rectifier hanya digunakan 1 fasa dari tegangan jala-jala. Hal ini dimaksudkan untuk lebih menghemat penggunaan komponen elektronika rangkaian kontrol. Penyearah ini tak terkontrol, karena pengontrolan dilakukan pada penyearah armature agar respon pengontrolan dapat lebih cepat. 3.2.6
Gambar 19 Kondisi driving bridge bekerja
Supply dialirkan melalui thyristor jembatan motoring yang berguna untuk memutar motor dalam kondisi motoring. Regen Regen ialah mode yang digunakan untuk membalik arah putaran motor. Pada mode ini thyristor yang digunakan ialah thyristor jembatan regen. Selain untuk membalik putaran motor, regen juga dapat digunakan sebagai mode pengereman motor. Untuk mengendalikan motor beroperasi pada empat kuadran berarti harus sesuai dengan energy listrik yang kembali ke motor.
Mode Operasi Motor
Penyearah yang digunakan pada motor DC pusher ialah jembatan thyristor yang berjumlah 12 thyristor. Thyristor dibagi menjadi 2 grup yaitu thyristor yang bekerja untuk menjalankan motor (motoring) dan thyristor sebagai pembalik putaran arah dan pengereman Motoring Motoring ialah kondisi dimana motor menerima supply tegangan dari sumber untuk bekerja. Dalam hal ini bekerja dengan putaran maju. Motor menerima daya dari sumber. Pada gambar berikut saat motor dioperasikan saat kecepatan penuh 500 Vdc.
Gambar 20 Rangkaian motoring dan regen bridge
Untuk membalik arah putaran dari motor DC dapat dengan cara membalik polaritas tegangan armature. Ini dapat dicapai dengan menggunakan jembatan regen pada motor. Jembatan ini digunakan untuk membuat arah motor maju menjadi berbalik dengan adanya jembatan regen.
Gambar 21 Membalik arah putaran motor Gambar 22 Perbandingan dynamic braking dengan
3.2.7 Perbandingan pengereman regen
regen
dan dynamic braking Rangkaian jembatan regen juga dapat berfungsi sebagai rangkaian pengereman. Biasanya pengereman yang sering digunakan ialah pengereman secara dinamik akan tetapi pada pusher pengereman yang digunakan ialah menggunakan jembatan regen. Regen dan pengereman dinamis memberikan jumlah tenaga pengereman yang sama untuk membuat motor melambat dari kecepatan maksimum pada pelemahan medan menuju kecepatan dasar. Ini karena kekuatan field bertambah hingga motor mencapai kecepatan dasar. Akan tetapi, dari kecepatan base ke stop, regen mampu memperlambat motor dengan lebih cepat. Dengan tambahan, regen dapat membuat torsi saat zero speed untuk menjadikan motor berhenti sepenuhnya. Keuntungan lain dari regen ialah pengereman secara regen tidak terbatas pada duty cycle dan periode pendinginan. Aplikasi yang membutuhkan pengereman yang sering sebaiknya mempertimbangkan operasi empat kuadran dengan pengereman secara regen.
4. KESIMPULAN
1. Reheating furnace merupakan bagian yang sangat penting dari sistem produksi dalam pabrik baja lembaran panas atau hot strip mill. Pada reheating furnace, slab mengalami proses pemanasan di dalam tungku yang dikendalikan listrik untuk dapat diproses lebih lanjut. Pusher merupakan peralatan yang digunakan untuk mendorong slab masuk ke reheating furnace. Pusher mendorong seluruh slab dari masuk hingga keluar furnace. 2. Motor DC yang digunakan pada pusher ialah motor DC tipe shunt dengan penguatan terpisah atau self excitation. Motor DC yang digunakan pada pusher berjumlah dua dan dicoupling satu sama lain. Peralatan pada penggerak pusher diantaranya ialah motor DC, gearbox, dan arm. 3. Tacho generator digunakan sebagai pengukur kecepatan putar motor yang akan dibaca oleh driver sehingga driver dapat mengatur kecepatan motor. 4. Dalam pengaturan kecepatan motor dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu mengatur besarnya arus jangkar dan mengatur besarnya arus medan. Peralatan yang digunakan dalam pengaturan kecepatan motor DC
pada pusher yaitu modul PAC C dan Simoreg. Modul PAC digunakan untuk mengatur besarnya arus armature sedangkan simoreg digunakan untuk mengatur besarnya arus medan / field. 5. Penyearah menggunakan jembatan berjumlah 12 thyristor yang dibagi menjadi 2 grup. Satu grup thyristor berfungsi sebagai motoring dan satu grup lain berfungsi sebagai regen. 6. Pengereman motor DC menggunakan sistem regenerative memanfaatkan fungsi dari jembatan regen. Pengereman secara regen lebih cepat membuat motor untuk berhenti disbanding pengereman secara dinamis. Selain itu saat motor bertindak sebagai generator maka energy yang dihasilkan oleh generator akan dikembalikan ke jala-jala.
5.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Iryanto, Irwan. 2009.Pengaturan Motor DC Menggunakan Modul PAC C Pada Roller Table Roughing Mill – Finishing Mill. Cilegon. [2] K. De Nisit and K. Sen Prasanta. Electric Drive. Prentice Hall. India. 2002 [3] Wildi, Theodore. 2006. Electrical Machines, Drives,and Power Systems. Prentice Hall. 1989 [4] Hage (2009).Motor listrik, from http://dunialistrik.blogspot.com/2008/12/motorlistrik.html, 10 November 2013 [5] Agus Purnama (2012). Teori Motor DC dan Jenis-jenis Motor DC, from http://elektronika-dasar.web.id/teorielektronika/teori-motor-dc-dan-jenis-jenismotor-dc/, 10 November 2013 [6] Isna Rasyid (2012).Motor DC, from http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211021isn arasyadhanief/2013/04/27/motor-dc/, 15 November 2013 [7] Nadiya Andar (2013).Prinsip dDasar Cara Kerja Motor Listrik DC, from http://biondiocta.wordpress.com/2012/10/16 /prinsip-dasar-cara-kerja-motor-listrik-dc/, 20 November 2013 [8] C.R. Nave, Departmen of Phisics and Astronomy, Georgia State University. How
does on electric motor work? In: Hyperphysics, Electricity and Magnetism.2005 http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/hframe.html [9] Pusher & Walking Beam furnace hot strip mill PT. KS “88” [10] Simoreg 6RA70 DC MASTER Electronics [11] Basic of DC Drives [12] Basic of Electricity [13] Basic of Electrical Products [14] IBAanalizer Process Data Acquisition BIODATA
Heriawan
Kukuh
(21060110120017). Lahir di Semarang, 25 November 1991. Telah menempuh pendidikan di SDN Petompon 01 Semarang, SMPN 5 Semarang dan SMAN 3 Semarang. Dan saat ini tercatat sebagai mahasiswa Teknik Elektro Universitas Diponegoro, angkatan 2010, konsentrasi Teknik Energi Listrik.
Menyetujui Dosen Pembimbing
Ir. Tejo Sukmadi, MT NIP 196111171988031001
