makalah seminar kerja praktek pengaturan kecepatan motor induksi

MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK
PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI 3 FASA
DENGAN STATIC SCHERBIUS DRIVE PADA
SUSPENTION PREHEATER FAN PLANT 9
Gafur Nugroho¹, Bambang Winardi²
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
Jl. Prof. Sudharto, SH Tembalang, Semarang
Abstrak: Pada proses pembuatan semen, terdapat tiga reaksi penting yaitu dehidrasi, kalsinasi, dan
molekulerisasi. Dua di antara proses tersebut berada pada suspention preheter, maka di sini sangatlah
penting peran dari Fan yang ada pada suspention preheater tersebut (SP Fan) yaitu berfungsi untuk
menarik gas panas yang dimanfaatkan untuk proses kalsinasi dan material untuk masuk ke dalam cyclone
pada suspention preheater. Dalam proses penarikan gas panas dan material ini motor yang di gunakan
adalah motor induksi 3 fasa. Laporan Kerja Praktek ini membahas mengenai pengaturan putaran motor
induksi 3 fasa dengan system static scherbius drive.
Kata kunci : Suspention preheater, static scherbius drive, motor induksi 3 fasa
I.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
PT.
Indocement,
Tbk.
merupakan
perusahaan yang bergerak dalam bidang industri
semen. Semen yang dihasilkan di PT. Indocement,
Tbk. merupakan semen PCC, dan PT. Indocement,
Tbk. adalah satu-satunya industry semen yang
memproduksi semen putih di Indonesia.
Pada proses pembuatan semen, terdapat tiga
reaksi penting yaitu dehidrasi, kalsinasi, dan
molekulerisasi. Dua di antara proses tersebut
berada pada suspention preheter, maka di sini
sangatlah penting peran dari Fan yang ada pada
suspention preheater tersebut (SP Fan) yaitu
berfungsi untuk menarik gas panas yang
dimanfaatkan untuk proses kalsinasi dan material
untuk masuk ke dalam cyclone pada suspention
preheater. Dalam proses penarikan gas panas dan
material ini motor yang di gunakan adalah motor
induksi 3 fasa.
Tujuan
Makalah kerja praktek ini bertujuan untuk
mengetahui prinsip pengaturan kecepatan motor
Induksi 3 fasa menggunakan static scherbius drive
secara umum pada suspention preheater di PT.
Indocement, Tbk Plant 9, Cirebon.
Batasan Masalah
Dalam laporan kerja praktek ini membahas
hal-hal yang bersifat umum tentang penggunaan
static scherbius drive untuk pengaturan kecepatan
putaran motor induksi 3fasa pada suspention
preheter fan di palnt 9 PT. Indocement, Tbk.
Cirebon.
¹Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Undip
²Dosen Jurusan Teknik Elektro Undip
II. DASAR TEORI
Langkah-langkah Proses Pembuatan Semen
Secara garis besar proses pembuatan
semen di PT. Indocement Tunggal Prakarsa dibagi
dalam beberapa tahap :
1. Penambangan dan Penyediaan Bahan Baku
(Unit Mining)
Bahan baku utama yang digunakan dalam
proses pembuatan semen adalah batu kapur
(lime stone), sedangkan tanah liat (clay), pasir
silica, pasir besi dan gypsum sebagai bahan
aditif.
2. Pengeringan dan Penggilingan Bahan Baku
(Unit Raw Mill)
Tahapan ini terdiri dari :
a. Pengeringan bahan aditif
Bahan aditif dari masing-masing storage
diambil untuk kemudian diumpankan ke
dalam rotary dryer untuk dikeringkan. Media
pemanasnya adalah gas panas yang berasal
dari Reinforced Suspention Preheater (RSP).
Proses pengeringan berlangsung hingga
didapatkan kondisi material memiliki
kandungan air kurang lebih 1%.
b. Penggilingan bahan baku
High lime, low lime, aditif dan pasir besi
diumpankan ke dalam alat penggiling (raw
mill). Di dalam alat ini, material digiling
dengan menggunakan bola-bola baja dengan
ukuran tertentu sambil diputar. Proses ini
menggunakan gas panas dari stabilizer yang
diambil dari RSP sehingga dalam proses ini
berlangsung pula proses pengeringan.
1
c. Pencampuran bahan baku
Raw meal di homogenisasi dengan proses
aerasi di dalam Homogenizing Silo (HS).
3. Pembakaran Raw Meal dan Pendinginan
Clinker (Unit Burning)
Proses pembakaran raw meal dalam
pembuatan semen merupakan tahap yang
paling penting karena pada tahap inilah
terbentuk mineral-mineral yang diperlukan
dalam semen. Proses pembakaran di preheater
(proses prekalsinasi) dan proses pembakaran
di kiln menjadi klinker.
Klinker yang keluar dari kiln dan masuk ke
dalam cooler sudah terbentuk padatan dan
bersuhu kurang lebih 1000 – 1200C.
Klinker yang masih panas ini perlu
didinginkan karena :
a. klinker yang panas sulit diangkut
b. klinker panas mempunyai pengaruh
negatif pada proses penggilingan
c. udara panas hasil pendinginan klinker
dapat dimanfaatkan, sehingga dapat
menurunkan biaya produksi
d. pendinginan
yang
tepat
akan
meningkatkan kualitas semen
(packing) dengan menggunakan air sliding
Conveyor dan Bucket Elevator. Dari bucket
elevator, semen dilewatkan ke vibrating
screen untuk memisahkan material asing yang
terdapat didalam semen. Lalu semen
dimasukkan ke dalam feed bin dan dikeluarkan
melalui mesin pengepakan.
Dari mesin pengepakan, semen yang sudah
dikemas diangkut dengan belt conveyor
menuju ke dua buah bag loader untuk dimuat
ke atas truk dan siap untuk dipasarkan.
Motor Induksi 3 Fasa
Prinsip Kerja
Motor induksi adalah alat listrik yang
mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Listrik yang diubah adalah listrik 3 phasa. Motor
induksi sering juga disebut motor tidak serempak
atau motor asinkron. Prinsip kerja motor induksi
lihat Gambar 2
Gambar 2 Prinsip kerja motor induksi
Gambar 1 Alur produksi
4. Penggilingan Akhir (Unit finish Mill)
Proses penggilingan klinker bertujuan
untuk mencampur dan menggiling klinker
dengan gypsum sampai tingkat kehalusan
tertentu sehingga terbentuk produk semen.
Material digiling di dalam cement mill.
Material yang keluar dari cement mill
dibawa oleh ATC (Air Truck Conveyor)
kemudian dipusingkan kedalam Air Separator.
Dalam air separator terjadi dua gaya yaitu gaya
sentrifugal dan gravitasi sehingga produk yang
halus masuk ke siklon dan produk yang masih
kasar masuk kembali ke cement mill sebagai
tailing.
5. Pengantongan Semen (Unit Packing)
Semen disimpan dalam cement silo. Semen
dari silo dibawa ke bagian pengepakan
Ketika tegangan phasa U masuk ke belitan
stator menjadikan kutub S (south = selatan), garisgaris gaya magnet mengalir melalui stator,
sedangkan dua kutub lainnya adalah N (north =
utara) untuk phasa V dan phasa W. Kompas akan
saling tarik-menarik dengan kutub S.
Berikutnya kutub S pindah ke phasa V,
kompas berputar 120°, dilanjutkan kutub S pindah
ke phasa W, sehingga pada belitan stator timbul
medan magnet putar. Buktinya kompas akan
memutar lagi menjadi 240°. Kejadian berlangsung
silih berganti membentuk medan magnet putar
sehingga kompas berputar dalam satu putaran
penuh, proses ini berlangsung terus menerus.
Dalam motor induksi kompas digantikan oleh rotor
sangkar yang akan berputar pada porosnya. Karena
ada perbedaan putaran antara medan putar stator
dengan putaran rotor, maka disebut motor induksi
tidak serempak atau motor asinkron.
Konstruksi
Konstruksi motor induksi secara detail
terdiri atas dua bagian, yaitu: bagian stator dan
2
bagian rotor (Gambar 3). Stator adalah bagian
motor yang diam terdiri: badan motor, inti stator,
belitan stator, bearing, dan terminal box. Bagian
rotor adalah bagian motor yang berputar, terdiri
atas rotor sangkar, dan poros rotor. Konstruksi
motor induksi tidak ada bagian rotor yang
bersentuhan dengan bagian stator, karena dalam
motor induksi tidak ada komutator dan sikat arang.
4. Saat sudut 360°. posisi ini sama dengan saat
sudut 0°, di mana kutub S dan N kembali
keposisi awal sekali.
Dari keempat kondisi di atas saat sudut 0°,
120°, 240°, dan 360°, dapat dijelaskan terbentuknya
medan putar pada stator, medan magnet putar stator
akan memotong belitan rotor. Kecepatan medan
putar stator ini sering disebut kecepatan sinkron,
tidak dapat diamati dengan alat ukur tetapi dapat
dihitung secara teoritis besarnya,
di mana,
ns : kecepatan sinkron (sator)
f : frekuensi
p : jumlah kutub
Gambar 3 Konstruksi Motor Induksi
Kecepatan dan Slip Motor Induksi 3 Fasa
Tampak stator dengan dua kutub, dapat
diterangkan dengan empat kondisi.
Gambar 4 Bentuk gelombang sinusoida dan timbulnya
medan putar pada stator motor induksi
1. Saat sudut 0o, arus I1 bernilai positif sedangkan
arus I2 dan arus I3 bernilai negatif, dalam hal ini
belitan V2, U1 dan W2 bertanda silang (arus
masuk), dan belitan V1, U2 dan W1 bertanda
titik (arus keluar). Terbentuk fluks magnet pada
garis horizontal sudut 0o kutub S (South =
selatan) dan kutub N (North = utara).
2. Saat sudut 120o, arus I2 bernilai positif,
sedangkan arus I1 dan arus I3 bernilai negatif,
dalam hal ini belitan W2, V1, dan U2 bertanda
silang (arus masuk), dan belitan W1, V2, dan
U1 bertanda titik (arus keluar). Garis fluks
magnet kutub S dan N bergeser 120o dari posisi
awal.
3. Saat sudut 240o, arus I3 bernilai positif,
sedangkan arus I1 dan arus I2 bernilai negatif,
dalam hal ini belitan U2, W1 dan V2 bertanda
silang (arus masuk), dan belitan U1, W2 dan V1
bertanda titik (arus keluar). Garis fluks magnet
kutub S dan N bergeser 120o dari posisi kedua.
Rotor ditempatkan di dalam rongga stator,
sehingga garis medan magnet putar stator akan
memotong belitan rotor. Rotor motor induksi
adalah beberapa batang penghantar yang ujungujungnya dihubungsingkatkan menyerupai sangkar
tupai, maka sering disebut rotor sangkar, kejadian
ini mengakibatkan pada rotor timbul induksi
elektromagnetis. Medan magnet putar dari stator
saling berinteraksi dengan medan magnet rotor,
terjadilah torsi putar yang berakibat rotor berputar.
Besarnya slip yang terjadi pada motor
induksi adalah,
di mana,
s : slip
ns : kecepatan stator
nr : kecepatan rotor
Rugi-Rugi Motor Induksi
Motor induksi memiliki rugi-rugi yang
terjadi karena dalam motor induksi terdapat
komponen tahanan tembaga dari belitan stator dan
komponen induktor belitan stator. Pada motor
induksi terdapat rugirugi tembaga, rugi inti, dan
rugi karena gesekan dan hambatan angin.
Gambar 5 Rugi-rugi daya motor induksi
3
Besarnya rugi tembaga sebanding dengan
kuadrat arus dan hambatannya, semakin makin
besar arus beban maka rugi tembaga makin besar
juga. Atau jika dituliskan dalam persamaan adalah
sebagai berikut:
Daya input motor sebesar P1, daya yang
diubah menjadi daya output sebesar P2. Maka
besarnya rugi-rugi motor adalah P1-P2. Untuk
menghitung efisiensi dari motor, menggunakan
persamaan berikut,
Ƞ = 100%
di mana
Ƞ : efisiensi motor
P1 : daya input motor
P2 : daya output motor
Static Scherbius Drive
Dalam static scherbius drive seperti yang
ditunjukkan pada gambar 7, daya slip pada
rangkaian rotor di searahkan menjadi DC
menggunakan penyearah dioda atau penyearah tak
terkontrol dan kemudian diubah kembali menjadi
AC dengan menggunakan inverter. Daya yang telah
di ubah menjadi AC dengan frekuensi 50 Hz ini,
kemudian dikembalikan ke jala-jala melalui
transformator terlebih dahulu. Mesin atau motor
selalu bekerja dengan kecepatan subsynchronous
dengan sisa fluks airgap yang konstan. Ini berarti
kecepatan motor dapat dikontrol pada kecepatan
, tapi motor tidak dapat beroperasi dengan
kecepatan melebihi
.
3ⱷ, 50 Hz supply
III.
Static Scherbius Drive
Starting Motor
Pada system pengaturan kecepatan motor
SP (Suspension Preheater) Fan dengan satic
scherbius drive di PT. Indocement, Tbk. ini, untuk
starting
atau
pengasutannya
menggunkan
pengasutan tipe resistor luar atau tahanan luar, yang
dihubungkan dengan rotor melalui slip ring.
Resistor pada stator di pasang secara bertingkat.
Gambar 7 Static scherbius drive
Gambar 6 pengasutan motor induksi tipe resistor
bertingkat
Resistor pada rotor dipasang secara
bertingkat, dimana resistor yang terhubung bernilai
maksimum pada awal starting dijalankan, yang
kemudian berkurang sedikit demi sedikit dan
akhirnya semua resistor terlepas dari rotor.
Pengasutan dengan cara menambahkan
resistor atau tahanan luar pada rotor motor induksi
ini hanya dapat dilakukan pada motor induksi
dengan rotor belitan (wound rotor induction
motor).
Dalam sistem ini juga tidak dimungkinkan
untuk bisa berputar balik, dan pengereman
regenerative. Kecepatan motor dikontrol dengan
cara mengatur firing angle atau sudut pemicuan α
dari inverter. Besarnya torsi motor proporsional
atau berbanding lurus dengan arus yang melewati
DC link Id. Jika kecepatan menurun dari kecepatan
sinkronnya, tegangan DC link Vd akan meningkat,
tapi pada saat steady state besar Vd sama dengan
V1. Oleh karena itu, jika V1 meningkat dengan cara
menurunkan firing angle dari inverter, kecepatan
motor akan meningkat pula. Oleh karena semakin
besar firing angle inverter akan mengurangi faktor
daya saluran, maka digunakan transformator step
up atau trafo penaik tegangan. Transformator
penaik tegangan ini dapat memperbaiki faktor daya
saluran dengan cara membatasi range pengaturan
firing angle. Selain untuk memperbaiki faktor daya,
transformator penaik tegangan ini juga berfungsi
untuk mengurangi power ratings dari converter.
4
Pada sistem static scherbius drive ini,
selain memiliki faktor daya saluran yang rendah,
juga menimbulkan arus harmonisa. Harmonisa ini
di pantulkan ke rotor oleh transformator. Arus
harmonisa juga di hasilkan dari inverter. Akibatnya,
rugi-rugi akan meningkat dan akan menghasilkan
harmonic torque (torsi harmonisa).
Sistem close loop satu kuadran dari
pengaturan kecepatan motor induksi dengan static
scherbius drive ditunjukkan oleh gambar 6.
Sebagian rangkaian static scherbius drive ini
mempunyai karakteristik seperti rangkaian penguat
DC, oleh karena itu system pengontrolannya juga
sama seperti pengontrolan penyearah satu fasa dari
DC driver. Dengan fluks airgap yang konstan,
besarnya torsi proporsional atau berbanding lurus
dengan arus yang melalui DC link Id. Arus Id
dikontrol di dalam loop menjadi feedback seperti
ditunjukkan pada gambar 8 sama halnya seperti
arus Id, kecepatan motor ωr juga dikontrol dalam
loop yang ditunjukkan pada gambar 8.
Kontrol Kecepatan dengan Tacho Feedback
Tachometer digunakan agar pengukuran
putaran lebih akurat bila dibandingkan dengan
EMF. Pengukuran kecepatan aktual yang tejadi
kemudian dibandingkan kecepatan referensi
sebagai input speed controller. Speed kontroller
akan mengatur penambahan atau pengurangan
tegangan rotor dengan cara menurunkan atau
menaikan firing angle α untuk mempertahankan
kecepatan konstan dengan variasi pembebanan.
Sebagai contoh: beban tiba-tiba meningkat dan
motor melambat, mengurangi feedback kecepatan.
Speed controller akan menghasilkan sinyal lebih
tinggi ke current controller yang akan
meningkatkan tegangan rotor sehingga memberikan
tambahan torka ke motor dan akan mengimbangi
kenaikan beban. Kecepatan motor akan meningkat
sampai setara dengan kecepatan referensi setpoint.
Saat motor berputar lebih cepat dari yang
diinginkan, tegangan rotor akan dikurangi dengan
cara menaikkan firing angle α.
3ⱷ, 50 Hz supply
Karakteristik Kontrol Kecepatan dengan Static
Scherbius Drive
Gambar 9 static scherbius drive
Tegangan output penyearah tak terkontrol
Vr(dc) diperoleh dengan persamaan,
di mana Vr adalah tegangan rotor. Hubungan antara
tegangan rotor, tegangan suplai Vs dan slip
ditunjukkan oleh persamaan berikut,
dari persamaan (1) dan (2) diperoleh persamaan
berikut,
Pada gambar 9 terlihat bahwa suplai 3 fasa
dihubungkan dengan saluran commutated inverter,
sehingga diperoleh persamaan output,
Vs di sini adalah tegangan suplai rms satu fasa,
ketika line commutated converter berfungsi sebagai
inverter (α > 90o), maka kemudian outputnya akan
sama dengan dan opposite dari tegangan output
penyearah,
dari persamaan (5), maka akan diperoleh hubungan
antara persamaan (3) dan (4), yang menghasilkan
persamaan berikut,
Gambar 8 Kontrol Kecepatan dengan Tacho Feedback
5
Persamaan di atas menunjukkan bahwa
besarnya slip dapat dikontrol dengan mengubah
firing angle α dari line commutated converter. Oleh
karena itu, besarnya daya slip dan kecepatan motor
juga dapat dikontrol dengan cara mengubah firing
angle α. Gambar 5.22 menunjukan karakteristik
torsi dan kecepatan dari motor induksi yang
dikontrol dengan sistem static scherbius drive ini.
sehingga sistem ini memiliki efisiensi yang
tinggi.
4. Sistem static scherbius drive memiliki
faktor daya yang rendah dikarenakan daya
reaktif masukanya merupakan hasil
penjumlahan dari daya reaktif motor dan
daya reaktif inverter.
5. Untuk mengatasi masalah rendahnya faktor
daya dari static scherbius drive dapat
dilakukan dengan memperkecil range
pengubahan firing angle dari inverter, dan
juga dengan menghubungkan kapasitor.
Saran
Gambar 10 karakteristik torsi-kecepatan sistem static
scherbius drive
Keuntungan dan Kerugian
Keuntungan
 Efisiensi dari keseluruhan sistem tinggi,
karena dayanya akan menjadi feed back atau
dikembalikan ke jala-jala.
 Pengontrolan kecepatan yang sederhana, hanya
dengan mengatur besarnya firing angle dari
line commutated converter.
Kerugian
 Memiliki faktor daya yang rendah dikarenakan
daya reaktif dari motor dan inverter.
 Menimbulkan arus harmonisa.
 Range pengaturan kecepatan yang tidak terlalu
besar atau terbatas.
IV.
Beberapa hal yang dapat diperhatikan
diantaranya adalah :
1. Perlu adanya pemahaman yang mendasar
baik teori maupun praktek dalam
melakukan perawatan dan perbaikanpada
suspension preheater fan, hal ini
dimaksudkan
untuk
mempermudah
pelacakan kesalahan atau kerusakan yang
ada.
2. Penguasaan teknik perangkat keras
(hardware) dan perangkat lunak (software)
mutlak diperlukan dan tidak bisa
dipisahkan satu sama lain.
3. Perlu adanya tenaga khusus yang
mempunyai tugas sebagai pembimbing
kerja praktek.
PENUTUP
Kesimpulan
Dari pembahasan di atas dapat disimpulkan
bahwa :
1. Bahan yangdigunakan untuk pembuatan
semen adalah limestone, clay, pasir sillika,
pasir besi, dan gypsum dengan komposisi
tertentu. Bahan-bahan ini harus memenuhi
standar yang ditetapkan oleh unit
laboratorium.
2. Suspension Preheater adalah salah satu
peralatan dalam proses pembuatan semen,
dan termasuk dalam proses kalsinasi.
3. Pada pengontrolan kecepatan motor dengan
menggunakan static scherbius drive, daya
slip akan dikembalikan ke jala-jala
6
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Duda, W. H., 1985, “Cement Data Book”,
International Process Engineering in The
Cement Industry, 3th edition, Bauverlag GmBH,
Wiesbaden and Berun.
[2] Bose, Bimal K., 2006, “Power Electronics and
Motor Drives”, Academic Press is an imprint of
Elsevier, USA.
[3] Boldea, Ion and Syed A. Nasar, 2002, “The
Induction Machine Handbook”, CRC Press LLC
Boca Raton, London, New York, Washington
D.C.
[4] Wildi, Theodore ,1989, “Electrical Machenes
Drives and Power System”. Prentice Hall.
[5] Sumardjati, P.,Sofian Yahya, dan Ali Mashar,
2008, “Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik”,
jilid 3, Direktorat Pembinaan Sekolah
Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal
Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah ,
Departemen Pendidikan Nasional .
BIOGRAFI
Gafur Nugroho (L2F006042)
Dilahirkan di Cirebon, 16 Juni
1988, menempuh pendidikan di
SDN Pegagan 1, SLTPN 1
Palimanan,
SMAN
1
Palimanan, dan saat ini sedang
melanjutkan studi S1 di jurusan
Teknik
Elektro
Fakultas
Teknik Universitas Diponegoro
Semarang angkatan 2006 dengan konsentrasi
Teknik Energi Listrik.
Mengetahui dan Mengesahkan,
Pembimbing
Ir. Bambang Winardi
NIP. 196106161993031002
Tanggal : April 2010
7