cara pengasutan / starting

advertisement
TUGAS
TEKNIK TENAGA LISTRIK
Disusun oleh:
Dwi Ayu Putri
(03091002077)
JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
INDRALAYA
2011
CARA PENGASUTAN / STARTING
Semua mesin listrik dengan daya lebih besar dari 370 W/0.37 Kw harus
disuplai melalui sebuah pengasut motor yang tepat. Hal ini disebabkan oleh pada
motor-motor AC dengan daya besar atau diatas 500 W pada saat starting awal
akan menarik arus yang cukup besar untuk membangkitkan torsi, (daya putar)
awal pada motor, untuk itu diperlukan sebuah sistem pengasutan yang tepat untuk
tujuan proteksi.
Beberapa jenis pengasut motor yang umum digunakan adalah:
1) Pengasut Langsung (Direct On Line)
Rangkaian untuk pengasut langsung (DOL Direct On Line) akan memutus
atau menghubungkan suplai utama ke motor secara langsung. Karena arus
pengasutan motor dapat mencapai tujuh / delapan kali lebih besar dari arus
kondisi normal, maka pengasut langsung ini hanya digunakan untuk motor-motor
kecil dengan daya kurang dari 5 Kw.
Gambar 1. Direct On Line Starter
Rangkaian pengasut langsung ini ditunjukkan oleh gambar. Jika tombol
mulai (Start) ditekan maka arus akan mengalir dari fasa merah (R) melalui
rangkaian kendali dan kumparan kontaktor ke fasa biru. Arus ini akan
mengkatifkan kumparan kontraktor sehingga kontaktor akan menutup untuk
menghubungkan suplai 3 fasa ke motor. Jika tombol mulai dilepaskan rangkaian
kendali akan tetap dipertahankan seperti semula melalui sebuah kontak penahan.
Jika selanjutnya tombol berhenti (stop) ditekan atau jika kumparan-kumparan
beban lebih bekerja maka rangkaian kendali akan terputus dan kontaktor akan
membuka untuk memutuskan suplai listrik 3 fasa ke motor. Penghubungan
kembali suplai ke motor hanya dapat dilakukan dengan menekan kembali tombol
mulai, jadi rangkaian ini juga dapat memberi proteksi terhadap kehilangan
tegangan suplai.
Untuk aplikasi-aplikasi industri dimana digunakan motor-motor dengan
kapasitas daya yang besar, rangkaian pengasutan harus dirancang agar dapat
mengurangi kelebihn arus asut. Salah satu metode yang digunakan ialah
pengasutan bintang delta.
2) Pengasutan Bintang Delta
Untuk 3 buah beban, misalnya belitan-belitan dari otor 3 fasa, dihubungkan
dalam hubungan bintang, maka arus saluran akan bernilai sepertiga dari nilai yang
dimiliki jika beban yang sama dihubungkan dalam hubungan delta, sebuah
pengasut yang mula-mula dapat menghubungkan belitan-belitan motor dalam
hubungan bintang & kemudian mengubahnya dalam hubungan delta akan dapat
mengurangi arus lebih pengasutan. Susunan rangkaian untuk pengasutan bintang
delta (star delta) ini diperlihatkan pada gambar. Untuk kondisi pengasutan,
belitan-belitan motor dihubungkan dalam hubungan bintang pada titik a-b-c dari
ujung-ujung belitan melalui sebuah kontaktor pembentuk hubungan bintang. Hal
ini akan dapat mengurangi besarnya tegangan fasa sebesar 58 % dari tegangan
kerja motor dalam kondisi berputar normal serta mengurangi arus & besarnya
torsi motor. Jika motor telah berputar maka sebuah saklar ganda akan mengubah
hubungan belitan motor dari hubungan bintang ke hubungan delta sehingga dapat
diperoleh arus asut minimum dan torsi motor dalam kondisi berputar yang
maksimum. Pengasut motor ini harus juga dengan perlatan proteksi beban lebih
serta proteksi terhadap terjadinya kehilangan tegangan, walaupun pada gambar
peralatan proteksi tidak ditunjukkan.
Gambar 2. Pengasutan Bintang Delta
3) Pengasutan dengan Autotransformator
Sebuah pengasutan motor dengan Autotransformator merupakan salah satu
metode lain yang dapat digunakan untuk mengurangi besarnya arus pengasutan
motor dengan jalan mengurangi besarnya tegangan selama proses-proses awal
pengasutan karena pengurangan tegangan akan berakibat pada berkurangnya torsi
asut maka tegangan akan direduksi secukupnya saja untuk mengurangi arus
pengasut, dengan cara memilih tingkat tegangan tertentu di kenal sebagai tapping
tegangan. Rangkaian pengasutan dengan autotrafo ditunjukkan pada gambar
dengan memposisikan saklar pada posisi mulai (Start) maka akan diperoleh
hubungan seri antara belitan-belitan auto trafo, dengan belitan pengasut motor
yang terhubung delta. Ketika kecepatan puataran motor telah cukup tinggi, maka
saklar dipindahkan ke posisi jalan (Run) yang akan menghubungkan belitanbelitan motor secara langsung ke suplai tegangan 3 fasa. Keuntungan dari metode
pengasutan ini ialah hanya memerlukan 3 buah kawat penghantar penghubung
antara rangkaian pengasut motor dan rangkaian motor walaupun tidak terlihat di
dalam
gambar.
Pengasut
motor
ini
juga
dilengkapi
juga
dengan peralatan proteksi beban lebih serta proteksi terhadap terjadinya
kehilangan tegangan.
Gambar 3. Pengasutan dengan Autotrafo
4) Pengasutan Dengan Tahanan Rotor
Untuk melakukan pengasutan motor dalam kondisi berbeban umumnya
digunakan motor induksi dengan jenis rotor belitan karena memberi kemungkinan
untuk melakukan penyambungan rangkaian rotor dengan tahanan luar melalui
cincin slip dan sikat untuk meningkatkan torsi asut motor. Pada saat awal
pengasutan motor, resistansi rotor luar adalah bernilai maksimum, kemudian
seiring dengan meningkatnya putaran motor, resistansi rotor luar ini dikurangi
secara bertahap hingga pada saat kecepatn penuh motor tercapai nilai
resistansinya adalah nol dan motor bekerja normal sepertin halnya rotor motor
sangkar. Rangkaian pengasut motor ini dilengkapi juga dengan peralatan proteksi
beban lebih, proteksi terhadap terjadinya kehilangan tegangan serta system
interlocking untuk mencegah terjadinya pengasutan motor dalam kondisi
pengasutan motor dalam kondisi resistansi rotor tak terhubungkan. Rangkaian
seperti pada gambar, tetapi rangkaian proteksinya tidak ditunjukkan.
Pengaturan Putaran motor Induksi
Motor induksi pada umumnya berputar dengan kecepatan konstan, mendekati
kecepatan sinkronnya. Meskipun demikian pada penggunaan tertentu dikehendaki
juga adanyã pengaturan putaran. Pengaturan putarari motor induksi memerlukan
biaya yang aqak tinggi.
Biasanya pengaturan mi dapat dilakukan dengan beberapa cara:
1. Mengubah jumlah kutub motor
Karena ns = 120.f / p maka perubahan jumlah kutub (p) atau frekwensi (f) akan
mempengaruhi putaran. Jumlah kutub dapat diubah dengan merencanakan
kumparan stator sedemikian rupa sehinqga dapat menerima tegangan masuk pada
posisi kumparan yang berbeda-beda. Biasanya diperoleh dua perubahan kecepatan
sinkron dengan mengubah jumlah kutub dari 2 menjadi 4, seperti terlihat pada
gambar berikut:
2 kutub menjadi 4 kutub
2. Mengubah frekwensi jala—jala.
Pengaturan putararn motor induksi dapat dilakukan derigan mengubah-ubah harga
frekwensi jala. Hanya saja untuk menjaga keseimbangan kerapatan fluks,
perubahan tegangan harus dilakukan bersamaan dengan perubahan frekwensi.
Persoalannya sekarang adalah bagaimana mengatur frekwensi dengan cara yang
efektip dan ekonornis. Cara pengaturan frekwensi dapat dilakukan dengan
menggunakarn solid state frequency converter
3. Mengatur tegangan jala-jala
Dari persamaan kopel motor iriduksi di atas diketahui bahwa kopel sebanding
dengan pangkat dua tegangan yang diberikan. Untuk karakteristik beban seperti
terlihat pada gambar dibawah ini, kecepatan akan berubah dan n1 ke 2 untuk
tegangan masuk setengah tegangan semula. Cara ini hanya rnenghasilkan
pengaturan putaran yang terbatas (daerah pengaturan sempit).
4. Pengaturan tahanan luar
Tahanan luar motor induksi rotor belitan dapat diatur, dengan demikian dihasilkan
karakteristik kopel kecepatan yang berbeda-beda. Putaran akan berubah dan n1 ke
n2 ke n3 dengan bertambahnya tahanan luar yang dihubungkan ke rotor.
Kesirnpulan:
Pengaturan putaran motor induksi umumnya mahal, sedangkan daerah pengaturan
yang diperoleh tidak begitu lebar, kecuali cara pengaturan 2, yaitu pengaturan
frekwensi jala.
MOTOR ARUS SEARAH
Motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga
listrik arus searah ( Listrik DC ) menjadi tenaga gerak atau mekanik, dimana
tenaga gerak tersebut berupa putaran dari pada motor.
Dalam kehidupan kita sehari – hari motor DC dapat kita lihat pada motor
starter mobil, pada tape recorder, pada mainan anak–anak dan pada pabrik–
pabrik motor DC digunakan untuk traksi, elevator, conveyor, dan sebagainya.
dimana tidak ada perbedaan konstruksi antara motor DC dan generator DC.
Bahan penting yang digunakan pada mesin – mesin arus searah adalah
bahan ferogmagnetik. Garis–garis gaya magnet cenderung untuk melewati bahan
– bahan yang termaksud jenis ini ( bahan yang permeabilitasnya jauh lebih besar
dari 1 ) .
Kutub-kutub magnet yang digunakan untuk mesin arus searah biasanya
menggunakan magnet buatan yang dibuat dengan prinsip elektromagnetisme,
yang pembuatanya adalah dengan melilitkan kawat email pada bahan
feromagnetik yang kemudian di aliri arus searah.
Prinsip dasar dari pembuatan kutub magnet buatan tersebut ialah hasil
percoban oersted, yang menyatakan jarum kompas akan menyimpang apabila
berada didekat kawat berarus. Jarum kompas akan menyimpang bila disekitarnya
terdapaat medan magnet. Dari percobaan oersted dapat disimpulkan bahwa
disekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet.
Arah medan magnet yang terbentuk disekitar kawat yang berarus listrik
diperoleh berdasarkan percobaan Maxwell. Bila arus listrik yang mengalir
didalam kawat arahnya menjauhi pengamat ( maju ), maka medan yang terbentuk
disekitar kawaat berarus arahnya searah dengan putaran arah jarum jam.
Sebaliknya bilamana arus listrik yang mengalir didalam kawat arahnya mendekati
kita ( mundur ) maka medan medan magnet yang berbentuk disekitar kawat
arahnya berlawanan dengan arah jarum jam.
Prinsip dasar dari motor arus searah adalah: apabila sebuah kawat berarus
diletakan antara kutub magnet ( U – S ), maka pada kawat itu akan bekerja suatu
gaya yang menggerakan kawat itu. Arah gerak kawat itu dapat ditentukan dengan
“ KAIDAH TANGAN KIRI ” yang berbunyi sebagai berikut :
Apabila tangan kiri terbuka diletakan antara kutub U dan S, sehingga
garis-garis gaya yang keluar dari kutub utara menembus telapak tangan kiri dan
arus didalam kawat mengalir searah dengan keempat jari, maka kawat itu akan
mendapat gaya yang arahnya sesuai dengan arah ibu jari. Lihat gambar berikut :
Gaya
pada
kawat
berarus
yang berada dalam medan magnet ini disebut gaya lorentz ,yang besarnya adalah :
F = B L I Sin teta Newton
Dimana :
B
adalah kerapatan fluk magnet dalam satuan weber
L
adalah pajang penghantar dalam satuan meter
I
adalah arus listrik yang mengalir dalam satuan ampere
teta
adalah sudut yang terbentuk antara arah medan magnet dengan arah arus
yang mengalir pada kawat dalam satuan derajat (°)
Kalau sebatang kawat terdapat diantara kutub U – S dengan garis garis
gaya yang homogen ,sedangkan didalam kawat ini mengalir arus listrik yang
arahnya menjauhi kita (+ ) , maka disebelah kanan kawat garis gaya kutub magnet
dan garis gaya arus listrik sama arahnya dan disebelah kiri kawat arahnya
berlawanan ,sehingga bentuk medan magnet akan berubah
Dilihat dari sudut kegunaan utamanya,motor arus searah dapat dibagi
dalam dua kelompok utama yaitu: motor Listrik dan Generator atau sering disebut
dinamo.
Suatu motor listrik pada intiya dapat dianggap terdiri dari bagian-bagian
yang diam yang dinamakan stator (rangka atau ganbar) dan suatu bagian yang
berputar dinamakan rotor, pada mesin arus searah lazim disebut jangkar.
Dalam konversi energi, baik dari energi listrik ke energi mekanik (motor
listrik) atau dari energi mekanik ke energi listrik (Generator) selalu melalui suatu
medium medan magnit. Dalam hal ini ada 3 parameter yang selalu berinteraksi
yaitu:
1. Fluksi magnit
2. Konduktor berarus
3. Gerak (force)
Ketiga parameter tersebut dipenuhi dengan adanya:
1. Kumparan medan
2. Kumparan jangkar
3. Sistim poros dan bantalan
Motor arus searah terdiri dari lima bagian utama yaitu:
1. Poros yang terbuat dari baja
2. Inti rotor terbuat dari plat dinamo
3. Kumparan Rotor
4. Kumparan medan
5. Komutator dilengkapi dengan lamel-lamel sebagai terminal kumparan jangkar
motor
Gambar 2.1 Bagian uatama mesin listrtik arus searah
A. Stator/Rangka gandar
Pada motor arus searah, gandar berfungsi sebagai bagian dari rangkaian
magnetik yang biasanya di buat dari besi tuang. Pada gandar terdapat seperangkat
kutub-kutub medan yang dibuat dari inti laminasi baja pelat dan kumparan medan
dipasngkan pada kutub-kutub medan tersebut, seperti ditunjukkan pada gambar
2.2.
Gambar 2.2 Stator dan rangka gandar
Sepatu kutub dibuat dari besi lapis yang cukup tipis (plat dinamo) yang
dijadikan satu, dimasukkan kedalam kumparan magnitnya yang telah di bungkus
isolasi yang memadai. Sepatu kutub ini dipasangkan pada rangka (yoke) yang
sekaligus jadi badan mesin dengan dua buah baut
Bagian dalam badan motor arus searah (yoke) dibubut agar sepatu
kutubnya mempunyai celah udara serapat mungkin (minimum) dan lingkaran
dalam betul-betul bulat. Dalam rangka ini ditempatkan sejumlah pasang sepatu
kutub.
Pasangan kutub U dan S selalu berurutan seperti letak sepatu kutubnya dan
ujung-ujung kawat kumparannya dihubungkan satu pada yang lain sehingga
keluar hanya 2 ujung dan dipasang pada kotak klem dengan tanda huruf simbol F1
dan F2; pada kotak/plat klem itu juga ditempatkan klem untuk kabel peralatan
sikat yang berhubungan dengan jangkar (armature) atau rotor dan diberi huruf
simbol A1 dan A2
B. Kumparan Medan
Kumparan medan juga dikenal dengan kumparam penguat untuk
menghasilkan medan magnit pada kutub uama ( main pole ) .gambar 2.3
menunjukkan penepatan kumparan medan pada inti kutub.
Gambar 2.3 penempatan kumparan medan
C. Rotor atau Jangkar
Rotor motor arus searah dilengkapi dengan komutator dengan lamel-lamel
sebagai terminal kumparan jangkar motor dan dipasangkan pada poros.
Rotor atau jangkar
dibuat dari plat-plat tipis baja campuran dalam
bentuk tertentu. Alur-alur pada jangkar dibuat untuk meletakkan lilitan jangkar ,
lihat gambar 2.4.
Gambar 2.4 Rotor/jangkar
D. Bantalan (Bearing)
Bantalan pada motor/dinamo berfungsi sebagai:
1. Memperlancar gerak putar poros
2. Mengurangi gesekan putaran dan perlu diberi pelumas
3. Penstabil poros terhadap gaya horizontal dan gaya vertikal poros motor.
Menurut tipe bantalan (bearing) dapat dibedakan antara lain:
1. Bantalan peluru
2. Bantalan roller
3. Bantalan bos.
E. Tutup (End Plate)
Tutup rangka mesin
Gambar 2.5 Bagian tutup
Pada setiap motor listrik atau generator mempunyai 2 (dua) buah tutup,
masing masing ditempatkan pada dua sisi rangka di ikat dengan baut.
Kedua tutup tersebut befungsi sebagai:
1. Dudukan bantalan poros motor/dinamo
2. Titik senter antara rotor/poros dengan rumah stator
3. Pelindung bagian dalam motor/dinamo
F.
Bagian Mekanik Sikat Arang
Sikat karbon ditempatkan diatas perputaran komutator berfungsi sebagai
jaringan untuk memindahkan arus antara jangkar dan kumparan medan. Peralatan
sikat, terdiri dari pemegang sikat (A) yaitu tempat dudukan sikat yang diikatkan
pada rangka mesin, (B) Sikat arang , (C) Komutator dan (D) Pegas. Dengan
tekanan pegas sikat arang akan selalu menekan pada komutator tanpa
mengganggu kelancaran putaran rotor. Setiap sikat terpasang pada dudukan sikat ,
yang disatukan dengan pegas untuk mempertahankan tekanan sikat yang konstan
pada komutator.
Perlengkapan (Rigging Brush) digunakan untuk dukungan pemegang sikat
terdiri dari sepatu dan gagang sikat.
Bagian-bagian
mekanik
sikat
arang
dapat
dilihat
pada
gambar
2.5.
Sekalipun sudah dibentuk, nyatanya kita tidak dapat membuat sikat arang
berbentuk lengkungan seperti lengkungan komutatornya terutama ujung-ujung
sikat arangnya. Bersihkan selalu serbuk arang dan abrasip lainnya dengan
memakai
sikat
halus
atau
alat
pengisap
debu.
CARA KERJA MOTOR ARUS SEARAH
Motor arus searah merupakan salah satu mesin listrik yang mengubah
energi listrik searah menjadi energi gerak. Motor arus searah banyak sekali
dipakai, motor-motor kecil untuk aplikasi elektronik menggunakan motor arus
searah seperti: pemutar kaset, pemutar piringan magnetik di harddisk komputer,
kipas pendingin komputer, dan tentu saja mainan legendaris ‘tamiya’
menggunakan motor arus searah. Tentu saja untuk keperluan-keperluan yang
berdaya besar, motor arus searah masih dipakai pada aplikasi tertentu.
Gerak atau putaran yang dihasilkan oleh motor arus searah diperoleh dari
interaksi dua buah medan yang dihasilkan oleh bagian ‘jangkar‘ (armature) dan
bagian ‘medan‘ (field) dari motor arus searah. Pada gambar ilustrasi diatas, bagian
medan berbentuk suatu kumparan yang terhubung ke sumber arus searah.
Sedangkan bagian jangkar ditunjukkan sebagai magnet permanen (U-S), bagian
jangkar ini tidak harus berbentuk magnet permanen, bisa juga berbentuk belitan
yang akan menjadi elektro-magnet apabila mendapatkan sumber arus searah.
Sehingga apabila motor arus searah kita berjenis jangkar belitan, maka kita harus
menyediakan dua sumber arus searah, satu untuk bagian jangkarnya, satu lagi
untuk bagian medannya. Bagian lain yang tidak kalah penting pada motor arus
searah adalah adanya ‘komutator’ (comutator). Komutator merupakan suatu
konverter mekanik yang membuat arus dari sumber mengalir pada arah yang tetap
walaupun belitan medan berputar. Komutator berpasangan dengan ‘cincin belah‘
(slip-rings) untuk menjalankan tugas yang saya sebut baru saja. Pada gambar
ilustrasi diatas, gambar lingkaran yang dibagi menjadi dua buah dan terhubung ke
bagian belitan medan merupakan cincin belah yang saya maksud. Bagian yang
digambarkan berbentuk kotak menempel pada cincin belah tersebut yang
dinamakan komutator. Tentu saja pada aplikasi yang sebenarnya, jumlah cincin
belah tidak hanya dua dan terhubung ke sejumlah banyak belitan medan.
Sekarang bagaimana putaran dapat dihasilkan??
Untuk menjawab ini, tentu saja kita harus ingat aturan tangan kanan bahwa
gaya, medan magnet, dan arus membentuk suatu sumbu tiga dimensi seperti
ditunjukkan di gambar sebelumnya. Semua setuju bahwa medan magnet berarah
dari kutub Utara (N) ke kutub Selatan (S), sehingga di gambar yang atas
seharusnya ada medan magnet yang berarah dari N ke S. Interaksi adanya arus
dan medan magnet dengan menggunakan aturan tangan kanan mengakibatkan
munculnya gaya. Pada gambar yang atas, dapat dicoba sendiri, di konduktor yang
dekat dengan kutub S akan muncul gaya ke arah atas, sebaliknya pada konduktor
yang dekat dengan kutub N akan muncuk gaya ke arah bawah. Akibatnya bagian
medan akan berputar karena adanya dua gaya yang berlawanan arahnya. Setelah
satu putaran maka konduktor yang tadinya dekat dengan kutub S akan berpindah
dekat ke kutub N, dan juga sebaliknya. Akibat adanya pasangan cincin belahkomutator, arus akan mengalir dengan arah yang tetap, walaupun konduktornya
berganti, sehingga gaya pada titik tersebut akan selalu tetap arahnya. Begitu
seterusnya sehingga motor arus searah akan berputar pada arah yang tetap. Secara
sederhana, apabila sumber arus searahnya kita balik arahnya maka putaran yang
dihasilkan akan berlawanan arah.
Download