ANALISIS PERBANDINGAN TORSI START DAN ARUS START

ANALISIS PERBANDINGAN TORSI START DAN ARUS
START,DENGAN MENGGUNAKAN METODE PENGASUTAN
AUTOTRAFO, STAR DELTA DAN DOL (DIRECT ON LINE)
PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA
(Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)
Jupiter Arnold Purba, Panusur S.M.L Tobing
Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU)
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
e-mail: [email protected]
Abstrak
Pada beberapa metode pengasutan motor induksi 3 fasa kebanyakan menghasilkan besaran arus start dan torsi
start yg sangat besar dan nilai yang sangat besar tersebut harus dihindari dengan menggunakan beberapa metode
pengasutan yang bisa menghasilkan arus start dan torsi start yang kecil. Besaran arus start dan torsi start pada motor
dapat dibandingkan satu per satu dengan menggunakan beberapa jenis metode pengasutan seperti autotrafo, star
delta dan DOL (Direct On Line). Perbandingan besaran tersebut akan menghasilkan suatu karakteristik dengan
tujuan untuk mengetahui cara dan waktu pengasutan motor yang paling bagus.. Dipercobaan ini pengasutan Direct
On Line (DOL) menghasilkan arus start sebesar 6,7 A dan torsi start sebesar 3,19 Nm. Untuk pengasutan Star –
Delta menghasilkan arus start sebesar 4,3 A dan torsi start sebesar 1,1 Nm. Pengasutan Autotrafo terdapat tiga
pilihan persentase tegangan untuk melakukan pengasutan yaitu 60%, 70% dan 80 % dimana pada persentase
tegangan 60% menghasilkan arus start sebesar 4,46 A dan torsi start sebesar 1,5 Nm, di. Pada persentase tegangan
70% menghasilkan arus start sebesar 4,57 A dan torsi start sebesar 2 Nm d. Pada persentase tegangan 80%
menghasilkan arus start sebesar 4,77 A dan torsi start sebesar 2,25 Nm.
Kata Kunci: Motor Induksi, DOL, Star – Delta, Autotrafo
1. Pendahuluan
Motor induksi merupakan motor arus
bolak-balik yang paling banyak diaplikasikan
dalam dunia industri. Hal ini dikarenakan motor
ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana
serta membutuhkan perawatan yang tidak
banyak. Selain itu motor juga memberikan
efisiensi yang baik dan putaran yang konstan
untuk tiap perubahan beban [1].
Motor – motor pada dasarnya diterapkan
sebagai sumber beban untutk menjalankan alat –
alat tertentu atau membantu manusia dalam
melakukan tugasnya sehari – hari. Dalam
menjalankan motor ini biasanya orang kurang
memperhatikan Torsi (daya yang dihasilkan
motor), kecepatan, dan arus starter dari motor.
Hal ini tidak aneh karena untuk motor – motor
yang kecil seperti motor induksi 1 phasa 0,25
HP dan 0,5 HP, besaran diatas tidak terlalu
menonjol dan biasanya kecil sekali, khususnya
dalam arus starter yang kecil. Tetapi apabila
menggunakan motor induksi 3 phasa maka
besaran diatas akan sangat berpengaruh,
terutama karena arus start yang sangat besar
yang bisa mencapai 5 – 6 kali dari arus nominal
motor [2].
2. Motor Induksi Tiga Phasa
Motor induksi adalah motor listrik arus
bolak-balik (ac) yang putaran rotornya tidak
sama dengan putaran medan stator, dengan kata
lain putaran rotor dengan putaran medan pada
stator terdapat selisih putaran yang disebut slip
[3].
Motor induksi, merupakan motor yang
memiliki konstruksi yang baik, harganya lebih
murah
dan
mudah
dalam pengaturan
kecepatannya, stabil ketika berbeban dan
mempunyai efisiensi tinggi. Mesin induksi
adalah mesin ac yang paling banyak digunakan
dalam industri dengan skala besar maupun kecil,
dan dalam rumah tangga. Alasannya adalah
bahwa karakteristiknya hampir sesusai dengan
kebutuhan dunia industri, pada umumnya dalam
kaitannya dengan harga, kesempurnaan,
pemeliharaan, dan kestabilan kecepatan. Mesin
induksi (asinkron) ini pada umumnya hanya
memiliki satu suplai tenaga yang mengeksitasi
belitan stator. Belitan rotornya tidak terhubung
langsung dengan sumber tenaga listrik,
melainkan belitan ini dieksitasi oleh induksi dari
perubahan medan magnetik yang disebabkan
oleh arus pada belitan stator [1].
Hampir semua motor ac yang digunakan
adalah motor induksi, terutama motor induksi
tiga fasa yang paling banyak dipakai di
perindustrian. Motor induksi tiga fasa sangat
banyak dipakai sebagai penggerak di
perindustrian
karena
banyak
memiliki
keuntungan, tetapi ada juga kelemahannya.
(a)
(b)
Gambar 1. Konstruksi Motor Induksi 3 Phasa
(a) rotor (b) stator [1]
a. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa
Pada saat terminal tiga fasa stator motor
induksi diberi suplai tegangan tiga fasa
seimbang, maka akan mengalir arus pada
konduktor di tiap belitan fasa stator dan akan
menghasilkan fluksi bolak-balik . Amplitudo
fluksi per fasa yang dihasilkan berubah secara
sinusoidal dan menghasilkan fluks resultan
(medan putar) dengan magnitud yang nilainya
konstan yang berputar dengan kecepatan
sinkron. Medan putar akan terinduksi melalui
celah udara menghasilkan ggl induksi (ggl
lawan) pada belitan fasa stator. Medan putar
tersebut juga akan memotong konduktorkonduktor belitan rotor yang diam. Hal ini
terjadi karena adanya perbedaan relatif antara
kecepatan fluksi yang berputar dengan
konduktor rotor yang diam, yang disebut juga
dengan slip (s). Karena belitan rotor merupakan
rangkaian tertutup, baik melalui cincin ujung
(end ring) ataupun tahanan luar, maka arus akan
mengalir pada konduktor-konduktor rotor.
Karena konduktor-konduktor rotor yang
mengalirkan arus ditempatkan di dalam daerah
medan magnet yang dihasilkan stator, maka
akan terbentuklah gaya mekanik (gaya lorentz)
pada konduktor-konduktor rotor. Hal ini sesuai
dengan hukum gaya lorentz yaitu bila suatu
konduktor yang dialiri arus berada dalam suatu
kawasan medan magnet, maka konduktor
tersebut akan mendapat gaya elektromagnetik
[3].
Prinsip kerja motor induksi tiga fasa dapat
diurutkan sebagai beikut [3]:
1. Apabila sumber tegangan 3 fase dipasang
pada kumparan stator, akan timbul medan
putar dengan kecepatan ns = 120 f/P
2. Medan stator tersebut akan mmemotong
batang konduktor pada motor
3. Akibatnya pada batang konduktor dari rotor
akan timbul GGL induksi
4. Karena batang konduktor merupakan
rangkaian yang tertutup maka GGL akan
menghasilkan arus (I)
5. Adanya arus (I) didalam medan magnet
akan menimbulkan gaya (F) pada rotor
6. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya
(F) pada rotor cukup besar untuk memikul
kopel pada beban, rotor akan berputar
searah dengan medan putar stator
7. GGL induksi timbul karena terpotongnya
batang konduktor (rotor) oleh medan stator.
GGL induksi timbul, karena adanya
perbedaan relatif antara kecepatan medan
putar stator (ns) dengan kecepatan medan
putar rotor (nr).
b. Torsi Start dan Arus Start
Pada saat pengasutan, ketika motor dalam
keadaan diam, besar slip adalah satu, dan daya
mekanis bernilai nol, maka persamaannya
adalah [4] :
(1)
Pada motor induksi tiga phasa rotor
belitan torsi awal perlu diperbesar apabila torsi
beban lebih besar dari torsi awal,maka untuk
menggerakkan beban maka torsi awal perlu
diperbesar.Torsi awal (torsi start) besarnya dapat
diatur (diubah) besarnya dengan menggunakan
tahanan variabel dari luar (R luar) yang
dihubungkan secara seri ke kumparan rotor
melalui sikat ( pada motor induksi tiga fasa rotor
belitan) [4].
(2)
Didalam pengoperasiannya motor akan
mengalami keadaan pengasutan yaitu keadaan
awal motor dari keadaan mula yang diam (stop),
lalu mulai bergerak (on), kemudiaan mencapai
keadaan yang normal (steady state). Dari
keadaan mula yang diam sampai dengan
keadaan normal, motor membutuhkan waktu
nominal untuk melakukannya. [4]
Arus mula dapat dirumuskan sebagai
berikut [4].
(3)
3. Metode – Metode Pengasutan Motor
Induksi Tiga Phasa.
Ada beberapa jenis metode pengasutan
motor induksi tiga phasa [1], antara lain :
a. Autotrafo starter
Gambar 2. Diagram starter dengan
autotrafo starting
Pada prinsipnya starting dengan autotrafo
hampir sama dengan Star Delta Starter yaitu
dengan mengurangi arus dan torsi saat start dan
mengurangi tegangan mesin yang digerakkan.
Metode pengasutan ini ialah dengan cara
memasang autotrafo yang ditempatkan pada
rangkaian primer (stator). Starting ini digunakan
untuk menjalankan motor induksi tiga phasa
dengan menghubungkan pada tap tegangan
skunder autotrafo terendah.
Setelah beberapa saat motor dipercepat tap
autotrafo diputuskan dari rangkaian dan motor
terhubung langsung pada tegangan penuh,
berarti arus yang diambil motor pun pada saat
start kecil, kopel motor lebih kecil dibandingkan
bila motor dihubungkan langsung ke jala – jala.
Gambar 3. Diagram daya star – delta
starting
Gambar 4. Rangkaian kontrol star – delta
starting
pada pengasutan star – delta tegangan pada
statornya yaitu :
𝑉line
Vstator = Vphasa= √3
(4)
c. Direct On Line Starter
Pengasutan Direct On Line atau yang
dikenal dengan istilah pengasutan hubungan
langsung. Gambar rangkaian daya dan gambar
rangkaian kontrolnya dapat dilihat pada Gambar
5 dan Gambar 6.
b. Star – Delta Starter
Start dengan metode star – delta ini
memanfaatkan penurunan tegangan yang dicatu
ke motor saat stator motor terhubung dalam
rangkaian bintang (star). Pada waktu start, yakni
pada saat stator berada pada rangkaian bintang,
arus motor hanya mengambil sepertiga dari arus
motor seandainya motor di start dengan metode
DOL. Berhubung torsi motor berbanding lurus
dengan kuadratis dari tegangan, maka dengan
demikian torsi motor pada rangkaian bintang
juga hanya sepertiga dari torsi pada rangkaian
delta.
Gambar 5. Rangkaian daya Direct On
Line starting
4.1. Analisa Arus Start dan Torsi Start Pada
Pengasutan Autotrafo
Data hasil percobaan dapat dilihat pada
Tabel 1.
Tabel 1. Data hasil percobaan pengasutan
menggunakan autotransformator
Gambar 6. Rangkaian kontrol Direct On
Line starting
Pada pengasutan mula Direct On Line,
motor induksi akan menarik arus yang besarnya
sampai 6 kali arus nominalnya. Secara berangsur
– angsur ketika kecepatan motor mendekati
nominalnya maka arus akan berada pada kondisi
nominalnya.
Karakteristik
arus
fungsi
pengaturan putaran pada pengasutan DOL
Analisa perhitungan :
Untuk tap tegangan 60% :
Untuk menghitung torsi start :
dapat dilihat pada Gambar 7 [2].
Untuk menghitung arus start :
Gambar 7. Karakteristik arus fungsi
putaran pada pengasutan
DOL
4. Analisa dan Perhitungan
Untuk
dapat
melakukan
analisa
perbandingan torsi start dan arus start
menggunakan metode pengasutan autotrafo, star
delta dan Direct On Line (DOL) pada motor
induksi 3 fasa, maka perlu melakukan beberapa
percobaan pada Laboratorium Konversi Energi
Listrik FT USU untuk mendapatkan data – data
yang akan dianalisis tersebut.
Percobaan tersebut meliputi pengasutan
terhadap metode – metode pangasutan yang
digunakan seperti pengasutan autotrafo, star
delta dan Direct On Line (DOL), hasil dari
pengasutan ini menghasilkan data – data yang
diperlukan untuk menganalisa perbandingan
torsi start dan arus start dari masing – masing
metode tersebut. Analisa dan Pembahasan Torsi
Start dan Arus Start Pada Pengasutan Autorafo.
Untuk tap tegangan 70% dan 80%
digunakan rumus seperti diatas untuk
mendapatkan arus stat maupun torsi startnya,
dimana untuk tap tegangan 70% menghasilkan
arus start sebesar 8,03 A dan torsi start sebesar
4,382 Nm dan untuk tap tegangan 80%
menghasilkan aus start sebesar 9,17 A dan torsi
start sebesar 5,72 Nm.
4.2. Analisa dan Pembahasan Torsi Start dan
Arus Start Pada Pengasutan Star – Delta.
Data hasil percobaan dapat dilihat pada
Tabel 2.
Tabel 2. Data hasil percobaan pengasutan
menggunakan autotransformator
Analisa perhitungan :
Untuk menghitung torsi start pada Star - Delta :
4.4. Perbandingan Arus Start dan Torsi Start
Untuk Pengasutan Autotrafo, Star – Delta
dan Direct On Line
Perbandingan arus start dan torsi start
antara pengasutan autotrafo, star – delta dan
direct on line dapat dilihat pada gambar 10 dan
gambar 11
Untuk menghitung arus start pada Star – Delta :
4.3. Analisa dan Pembahasan Torsi Start dan
Arus Start Pada Pengasutan Direct On Line.
Data hasil percobaan dapat dilihat pada
Tabel 3.
Gambar 10. Grafik Perbandingan Arus Start
vs Tegangan pada Pengasutan
DOL, Star Delta dan Autotrafo
Tabel 3. Data hasil percobaan pengasutan
menggunakan autotransformator
Analisa perhitungan :
Untuk menghitung torsi start pada DOL :
Untuk menghitung arus start pada DOL adalah :
Gambar 11.Grafik Perbandingan Torsi Start
vs Tegangan pada Pengasutan
DOL, Star Delta dan Autotrafo
Pembahasan :
Analisa perbandingan Torsi start dan Arus
start pada pengasutan Direct On Line, Star Delta
dan Autotrafo yaitu:
Direct On Line merupakan sistem
pengasutan secara langsung. Jadi tegangan yang
masuk adalah tegangan yang benar – benar
100% dari sumber yaitu PLN, sehingga torsi
start maupun arus start yang dihasilkan lebih
besar perbedaannya dibandingkan dengan kedua
pengasutan lainnya. Hal ini dapat dilihat pada
hasil percobaan diatas.
Pada pengasutan Star Delta tegangan stator
itu dipengaruhi oleh rangkaian kontrol yang
berfungsi untuk merubah posisi hubungan motor
dari bentuk star ke delta dimana metode
pengasutan ini memanfaatkan penurunan
tegangan yang di catu ke motor saat stator
terhubung dalam rangkaian bintang. Jadi hasil
dari arus start dan torsi start yang dihasilkan
lebih kecil dari pengasutan DOL.
Pada pengasutan autotrafo terdapat
presentase / tap tegangan yang mempengaruhi
besar dari tegangan stator. Sehingga tegangan
sumbernya itu tidak sepenuhnya masuk karena
presentase tegangan tersebut sehingga lonjakan
arus start dan torsi start dari pengasutan ini tidak
besar seperti DOL ataupun Star Delta.
5. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisa dan percobaan
yang telah dilakukan, maka dapat diambil
kesimpulan :
1. Semakin besar tegangan sumber yang
diberikan maka arus start dan torsi start
akan semakin besar.
2. Dari ketiga pengasutan diatas maka
pengasutan Direct On Line yang
menghasilkan arus start dan torsi start yang
paling besar dan metode pengasutan ini
harus dihindari, karena bila terus
menggunakan pengasutan tersebut maka
motor akan cepat rusak.
3. Tegangan sumber yang masuk ke Autotrafo
dapat diatur, sehingga arus start dan torsi
start yang akan dihasilkan dapat di kurangi
besarannya.
4. Pengasutan dengan metode Autotrafo
menghasilkan arus start dan torsi start
sebesar : untuk persentase tegangan 60% :
Istart = 4,46 A dan Tstart = 1,5 Nm; presentase
tegangan 70% : Istart = 4,57 A dan Tstart = 2
Nm; presentase tegangan 80% : Istart = 4,77
A dan Tstart = 2,25 Nm. Untuk metode
pengasutan Star Delta menghasilkan Istart
sebesar 4,3 A dan Tstart sebesar 1,1 Nm serta
metode pengasutan DOL menghasilkan Istart
sebesar 6,7 A dan Tstart sebesar 3,19 Nm
6. Daftar Pustaka
[1] Wijaya, Mochtar,”Dasar-Dasar Mesin
Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta ,
2001.
[2] Siswoyo, ”Teknik Listrik Industri”, Jilid
Kedua, Direktorat Pembinaan Sekolah
Menengah Kejuruan, Jakarta, 2008.
[3] Zuhal, “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan
Elektronika Daya”, Edisi ke-5, Penerbit
Gramedia, Jakarta, 1995.
[4] Chapman, Stephen J, “Electric Machinery
Fundamentals”,Third Edition, McGraw
Hill Companies, New York, 1999.