Metode Pengasutan Motor Induksi 3 Phasa [PDF]

Citation preview

metode pengasutan motor induksi 3 phasa PENGASUTAN MOTOR INDUKSI 3 FASA



3.1 Umum Pengasutan pada motor induksi tiga fasa adalah penting untuk diperhitungkan atau dipelajari, karena erat hubungannya dengan sistem tenaga listrik tersedia. Dalam pengasutan motor induksi ada dua hal pokok yang harus diperhatikan yaitu: -



Momen / kopel mula apakah mampu untuk memutar rotor (beban rotor)



-



Arus asut apakah tidak terlalu besar.



Telah kita ketahui bahwa pembentukan momen / kopel mula tergantung dari pada slipnya.Pada saat mulai di asut, dimana s = 1 maka kopel mula hanya tergantung dari tahanan rotor R2. Kontruksi motor induksi harus dibuat dengan tahanan rotor sedemikian rupa agar kopel muka memutar rotornya. Bila tahanan rotor kecil, maka kopel mulanya akan kecil, sehingga kemungkinan tidak mampu memutar beban rotornya. Dengan demikian pengasutan akan berlangsung lama dan mengakibatkan pemanasan motor (isolasi motor) dan bahkan akan mengakibatkan gagalnya pengasutannya itu sendiri. Sebaliknya bila rotornya besar, maka kopel mula akan besar dan daya yang akan timbul pada rotor akan menjadi besar. Arus asut dibatasi sampai pembentukan kopel mula yang cukup untuk memutar beban rotor. Kalau arus asut terlalu besar, maka selain mengakibatkan gangguan pada sistem jaringan, juga akan mengakibatkan pemanasan pada isolasi motor, sehingga akhirnya kumparan motor akan terbakar. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan sistem pengusutan yang tepat. Kopel asut yang dihasilkan oleh motor harus lebih besar dari kopel lawan pada poros oleh adanya beban mekanis, sehingga dengan demikian rotor dari suatu motor dapat berputar. Dalam banyak hal, dikehendaki bahwa kopel mula sama lebih besar dari kopel nominalnya. Besarnya arus mula untuk suatu jala-jala tertentu tidak boleh melebihi batas harga arus tertentu yang diizinkan, karena hal ini akan tergantung pada kemampuan daya yang tersedia. Dalam hal ini motor-motor besar yang di hubungkan pada daya yang kecil, maka haruslah harga arus mula motor tersebut diperkecil, sehingga tidak melampaui arus jala-jala yang diizinkan 3.2 Dasar Perhitungan



Pada umumnya yang sangat perlu untuk diketahui dan dipelajari dari pengasutan motor adalah denyut tegangan yang terjadi pada sistem tegangan listrik, dalam industry sebagai akibat langsung dari pengasutan motor induksi yang berkapasitas besar. Akibat momen percepatan yang diperoleh menjadi menurun cukup besar yang akan mempengaruhi dan memperpanjang selang waktu pengasutan, yang mana kadang-kadang akan merugikan penampilan pengasutan motor secara keseluruhan. Selama melakukan pengasutan motor, tingkat tegangan pada terminal motor harus dijaga kira-kira sebesar 80% dari tegangan nominalnya. Beberapa cara untuk mengurangi denyut tegangan yang terjadi pada saat pengasutan motor adalah tergantung pada besarnya penarikan arus inrush dari sistem yang berbanding lurus dengan tegangan pada terminal motor lebih rendah dengan sendirinya akan membutuhkan arus yang lebih kecil, sehingga dapat mengurangi denyut tegangan. Suatu dari studi tentang pengasutan motor adalah untuk menentukan tingkat tegangan yang tepat dan arus inrush yang kecil, sehingga dapat dilayani oleh tegangan sistem yang tersedia selama melakukan pengasutan motor. Untuk menghindari denyut tegangan yang terjadi dapat dilakukan dengan berbagai cara yaitu dengan menentukan sistem pengasutan yang tepat. Untuk suatu beban tertentu/ khusus membutuhkan ketelitian perhitungan momen khusus dalam pengaturan kecepatannya. Pengaturan momen tersebut harus dilakukan dengan teliti sehingga tidak melebihi batas momen tertentu dari peralatan beban. Pengasutan motor sangat erat hubungannya dengan akibat yang akan terjadi terhadap motor itu sendiri dan pengaruhnya terhadap sistem tenaga dan peralatan-peralatan lain yang sedang bekerja, terutama pengasutan pada motor-motor besar secara langsung ke jala-jala yang akan menarik arus inrush yang cukup besar, oleh karena itu perlu dipertimbangkan secara seksama metode pengasutan yang sesuai dengan tipe motor, kapasitas motor, kapasitas sumber tenaga listrik yang tersedia dan jenis beban yang dipikulnya. Pada waktu melakukan pengasutan motor rotor seolah-olah ditahan atau terjadi hubung singkat pada kumparan rotor. Pada saat rotor ditahan secara asumsi arus pengasutan hampir mendekati 6 atau 7 kali arus beban penuh pada tegangan penuh terminal motor sehingga dapat mempengaruhi tegangan sistem. Dari rangkaian ekivalen motor induksi yang telah disederhanakan dapat dihitung besarnya arus asut( I2) secara umum memenuhi persamaan:



I2 =



……………………………………………………………..…( 3.1 )



Dalam hal ini V1a = Vs



= Tegangan sumber



Zt



= Impedansi total



Zt



= (R1 + R2 /s) + j (X1 + X2



Zt



=



Sehingga : …………………………………………(3.2) Dalam hal ini : I2 = Arus rotor gan sumber stator rotor nsi stator



V1a = Tegan R1



= Hambatan R2 = hambatan X1 = Reakta



X2



= Reaktansi rotor



s



= Slip



Sedangkan kopel asut yang ditimbulkan oleh arus asut ini dapat ditentukan dengan persamaan 3.3 dibawah ini. …………………………………………(3.3)



. Dalam hal ini :



T = Kopel asut (N-m) ωs = Sudut radian (2 ) Dalam menghitung tegangan motor saat terjadi pengasutan digunakan persamaan : …………………………………………(3.4) dengan : VS



= tegangan motor saat pengasutan (V)



VI



= tegangan awal saat pengasutan (V)



Zm



= impedans motor yang diasut ()



Rm



= Zm Cos m ()



= Zm Sin m ()



Xm



Cos m =



faktor daya arus yang ditarik oleh motor yang diasut



RS



= resistans total jaringan antara motor dan titik pada sistem ()



XS



= reaktans total jaringan antara motor dan titik pada sistem ()



Persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi: ..…………………………….…………………………(3.5) dengan : VS



= tegangan motor saat pengasutan (V)



VI



= tegangan awal saat pengasutan (V)



Zm



= impedans motor yang diasut ()



XS



= reaktans total jaringan antara motor dan titik pada sistem ()



Karena perhitungan drop tegangan saat pengasutan motor biasanya ditujukan untuk motor-motor yang memiliki kapasitas diatas 100 HP, error yang ada pada persamaan yang disederhanakan dapat diabaikan. Prosentase drop tegangan saat pengasutan dapat diperoleh melalui persamaan :



………………...…………………………………………..…(3.6) dengan : %VS = prosentase tegangan sistem saat starting motor %Zm = prosentase impedans motor %XS = prosentase reaktans total jaringan antara motor dan titik pada sistem Besar impedans motor (ohm) adalah :



…………………………………….………………………...…(3.7)



dengan : Vm = tegangan rating motor



(V)



IS = arus starting pada tegangan rating motor (A) Prosentase impedans motor dihitung dengan persamaan :



………………………………………………………..…(3.8) dengan : ILR = arus locked-rotor



(A)



IFL = arus beban penuh/full-load



(A)



3.3 Cara Starting Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar 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 guncanganguncangan 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 : 3.3.1



Metode Direct on Line(d.o.l)



Pengasutan secara langsung DOL (direct on line) akan menarik arus sangat besar dari jaringan ( 6 - 7 kali arus normal), dan torsi pengasutan 0,5 - 1,5 x torsi nominal. Rangkaian kontrol pengasutan motor secara DOL dapat dilihat pada gambar 2-4. Apabila motor induksi direkomendasikan diasut DOL, waktu pengasutan singkat, tidak lebih dari 10 detik dan kapasitas BHP motor maksimum 5kW. Atau pengasutan DOL dapat direkomendasikan dengan kapasitas motor hingga 0,5 - 1MW apabila waktu asut 5 detik dan persediaan daya pada feeder cukup, dimana waktu t dan besaran kuat arus starting motor tidak melampau triping alat proteksi.Ketika motor dengan kapasitas yang sangat besar distart 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. Keuntungan pengasutan DOL



-



Pengasutannya sederhana



-



Jarang salah menjalankannya



-



Instalasinya ekonomis



-



Efisensi kerjanya tinggi



Kerugian pengasutan DOL -



Tegangan sumber menurun tiba-tiba



-



Arus asut besar mengakibatkan kopel besar



-



Bila pengasutan sering dilakukan akan membangkitkan panas yang tinggi.



Gambar. 7 Pengasutan secara Direct On Line



3.3.2



Metode Autotransformer



pengasutan tipe ini mempunyai keuntungan utama yaitu diperoleh harga momen per-unit yang besar dari arus pengusutannya. Besar arus motor berkurang sebanding dengan tegangan terminal motor. Sedangkan arus jala-jala berkurang sebanding dengan arus kuadrat dari tegangan terminal motor, karena pengaruh dari autotrafo. Tetapi biaya pengasutan dengan metode ini umumnya lebih tinggi dibandingkan dengan metode pengasutan lainnya. Autotrafo umumnya dilengkapi dengan dua atau tiga tap, misalnya 80 %, 60 % dan 50 % tap tegangan. Pengasutan dengan autotrafo mengakibatkan ketidakseimbangan tegangan antara fasa. Kumparan trafo hanya digunakan pada saat pengasutan dan setelah itu dapat dilepaskan dari rangkaian. Pelepasan kumparan trafo ini dapat dilakukan secara automatis dengan menggunakan kontak-kontak rele induksi dan dilengkapi dengan rele waktu. Dibawah ini ditunjukkan gambar pengasutan dengan autotrafo yang menggunakan dua kumparan trafo. Prinsip kerja Autotrafo Seluruh lilitan ac membentuk lilitan primer dan bagian ab membentuk lilitan sekunder. Bagian ab merupakan bagian bersama antara primer dan sekunder. Perbandingan dari transformasi tegangan sama dengan perbandingan dari lilitan primer dan sekunder. Jika kerugian dan arus penguat diabaikan dan jika beban yang bukan induktif dihubungkan pada lilitan ab, mengalir arus Ix. Titik a menunjukkan bahwa Ix = IH Maka arus dari b ke a serupa halnya arus dari b ke c. Keuntungan pengasutan auto trafo: -



Reaktansi bocor yang lebih rendah



-



Arus yang dihasilkan lebih kecil



-



Rugi-rugi yang lebih rendah



Kerugian pengasutan auto trafo -



Langsungnya hubungan listrik antara sisi bertegangan tinggi dan rendah.



Gambar . 8 pengasutan secara auto transformator 3.3.3



Metode Star-Delta



Pengasutan dengan metode ini digunakan terutama untuk motor induksi rotor sangkar yang direncanakan bekerja/berputar pada hubungan delta. Ujung-ujung kumparan fasanya harus dikeluarkan ke terminal motor, yaitu untuk melakukan hubungan Wye dan hubungan Delta. Pada tipe ini mula-mula kumparan dihubungkan secara Wye, dimana tegangan fasanya adalah sebesar 0.577 dari tegangan kumparan pada saat dihubungkan delta, sedangkan impedensi kumparan tersebut bila dihubungkan delta. Dengan demikian, arus pengasutan pada hubungan bintang adalah lebih kecil bila dihubungkan dengan delta. Demikian juga momen pengasutannya adalah sebanding dengan besarnya arus pengasutan yang timbul. Umumnya alat pengasutan ini dilengkapi dengan kontaktor-kontaktor yang dimiliki oleh masing-masing hubungan tersebut. Perpindahan hubungan Wye ke Delta didalam sistem pengasutan ini diatur oleh suatu rele pengatur waktu (Time Delai Relay). Pada saat perpindahan hubungan Wye ke Delta terjadi pemutusan arus sesaat dari arus jala-jala. Namun hal ini dapat diatasi dengan menggunakan sistem peralihan tertutup dengan hubungan sebuah tahanan ke dalam rangkaian selama perpindahan berlangsung.



Gambar. 9 pengasutan secara Y-∆



Gambar. 10 belitan motor hubungan bintang (Y)



Gambar. 11 belitan motor hubungan (∆) 3.3.4



Metode Pengasutan Tahanan Primer



Pengasutan ini menggunakan tahanan-tahanan seri pada setiap fasa dari rangkaian primer motor. Harga tahanan dibuat sedemikian rupa, sehingga memperoleh arus inrush yang diperlukan pada tegangan yang dipergunakan oleh motor. Tegangan pada terminal motor bertambah secara automatis selama percepatan berlangsung, sedangkan arus jala-jala berkurang. Besarnya arus pengasutan merupakan masalah pokok di dalam setiap metode pengasutan motor induksi. Arus pengasutan ini tetap besarnya pada harga yang memadai selama waktu percepatan berlangsung. Waktu percepatan adalah waktu dari motor mulai dijalankan sampai motor mencapai harga nominalnya. Jika waktu percepatannya berlangsung cepat, maka tidak diperoleh pengurangan arus inrush maksimum yang besar. Pada banyak kasus, faktor yang menentukan adalah besarnya arus yang diizinkan sesuai dengan kebutuhannya untuk motor tersebut dalam percepatan dirinya dengan tidak menimbulkan pemanasan pada motor. Hal ini merupakan fungsi alat pengasut untuk bekerja dengan baik dengan mempersingkat waktu percepatannya sebelum ada kerusakan yang terjadi pada motor



Gambar.12 Pengasutan secara Tahanan Primer (Primary Resistance).



Keuntungan dari pada pengasutan tahanan primer - Arus asut mengecil - Rangkaiannya ekonomis Kerugian dari pada tahanan primer - Tidak dapat dipakai pada rotor sangkar



3.3.5



Metode Pengasutan Inverter



Inverter merupakan alat untuk mengatur kecepatan putaran motor dengan cara mengubah frekuensi listrik sesuai dengan kecepatan motor yang diinginkan. Secara sederhana prinsip dasar dari Inverter (Variabel Frequency Drive) adalah mengubah input motor(Listrik AC) menjadi DC dan kemudian dijadikan AC lagi dengan frekuensi yang dikehendaki sehingga motor dapat dikontrol sesuai dengan kecepatan yang diinginkan.



Gambar .13 Bagian Utama Dari Inverter Berikut rumus dasar pengaturan RPM yang tergantung dari frekuensi dan jumlah kutub (pole) :



Ns= 120 f/p Keterangan: n : Kecepatan Motor ( rpm ) f : Frekuensi Listrik ( Hz ) P : Jumlah Kutub Motor Keuntungan menggunakan inverter: 1. Tersedia untuk berbagai ukuran daya 2. Mampu menangani kebutuhan yang luas untuk torsi dan kecepatan. 3. Adaptabel untuk segala kondisi operasi. 4. Electric drive dapat dioperasikan secara cepat. 5. Efisiensi tinggi 6. Mudah dikontrol 7. Dapat dioperasikan pada empat kuadran 8. Meminimalisir konsumsi energi dan untuk mengurangi arus starting. Pertimbangan pemilihan Inverter harus sesuai dengan spesifikasi dari motor yang bakal kita pakai. Berikut hal-hal yang harus diperhatikan dalam pemilihan Inverter: 1. Beban/Load motor condition (% dari I maksimum) 2. Motor Capacity (Kw motor) 3. Current Max (I maksimum motor) 4. Frequency motor (frekuensi motor) 5. Motor class Operasi (Class 200 / 400 VDC). 6. Membutuhkan Feed back (Current,RPM) atau tidak



Gambar. 14 macam-macam inverter Terdapat banyak produk Inverter (VSD atau VFD) dari berbagai vendor diantara lain : Toshiba, Altivar (Schneider), Hitachi, LG, Omron, Yaskawa, Simoreg (Siemen), Mitsubishi, Fuji, ABB, Uni Drive dan lain-lain. Lalu sering ada pertanyaan bahwa, apa bedanya soft starter dengan inverter ? Jawabannya Soft Starter hanya untuk soft starting alias mengurangi lonjakan arus awal pada motor-motor besar tapi soft starter tidak bisa mengendalikan kecepatan Motor seperti yang dilakukan Inverter. Signal-signal dari Inverter yang ditarik secara Hardwired ke PLC untuk signal digital seperti Start(Forward,Reverse), Stop, Ready, Run, Overload/Fault, dan untuk signal analog seperti set point RPM dan ampere motor . Tapi Kebanyakan Inverter sudah support untuk hubungan komunikasi modbus, sehingga lebih memudahkan kita dalam pengontrolan dan memonitoringnya. Tabel 1 cara pengasutan berdasarkan daya nominal motor



Daya nominal motor



Cara pengasutan



Kurang dari 1,5 - 2,25 Kw



Dihubungkan langsung dengan Jaringan



Sampai 4 - 6 kW



Dengan saklar bintang segitiga



Sampai 8 - 12 kW



Dengan saklar bintang segitiga yang diperlengkapi dengan tahanan-tahanan



Lebih dari 8 - 12 kW



Dengan transformator asut,atau motor angker gelang seret dengan tahanan asut rotor dan inverter