BAB II

Soft Starter Pada Pengasutan Motor Cooling Tower 4536M01 Peleburan 3 PT. ANTAM (Persero) Tbk. UBP NIKEL SULTRA

PAGE Soft Starter Pada Pengasutan Motor Cooling Tower 4536M01 Peleburan 3

PT. ANTAM (Persero) Tbk. UBP NIKEL SULTRA

BAB IIITEORI DASAR

3.1 COOLING TOWER (MENARA PENDINGIN)

Gambar 3.1 Colling TowerCooling Tower merupakan system heat exchanger fluid to air, dinama umumnya zat yang didinginkan adalah fluida cair.Penggunaan cooling tower telah meluas terutama untuk keperluan pendinginan fluida pendingin yang akan digunakan lagi (pada close circle system) ataupun di buang kelinggkungan sebagai limbah (pada open cyrcle system).1. Berikut merupakan anatomi dasar dari cooling tower

1. Fan

Fan merupakan tipe huge induced fan, baling baling raksasa yang memiliki aliran menyerap udara dari dalam ke luar. Fan ini terletak di bagian atas structure cooling tower building.

2. Lamela Packing

Merupakan lamella-lamela dengan celah2 halis mirip seperti sarang lebah. Lamella ini mempunyai peranan sebagai memecah air menjadi butiran-butiran tetes air dengan maksud untuk memperluas permukaan pendinginan sehingga proses heat transfer dapat dilakukan seefisien mungkin. Lamella umumnya terbuat dari plastic anti panas sehingga panas sepenuhnya ditransfer ke udara bukan ke lamella. Packing lamella umumnya terdiri dari 2 jenis :

a. level packingMerupakan lamella lapisan atas yang mempunyai celah sarang lebah lebih besar dimaksudkan untuk pendinginan tahap pertama. Fluida yang akan didinginkan pertama kali dialirkan ke lamella ini.b. level packing

Merupakan lamella yang lebih lembut untuk second stage pendinginan. Pabrikan package cooling tower umumnya merancang lamella pada stage ini lebih tebal sehigga dapat menampung kapasita fluida yang lebih banyak.

3. Water Pond / Water CollectionBerbentuk seperti kolam yang merupakan tempat penampungan sejumlah fluida yang telah didinginkan untuk kemudian di sirkulasikan lagi ke system dengan circulation pump atau di alirkan ke lingkungan dengan waste pump. Pada pond ini terdapat level transmitter automation yang secara terintegrasi memberikan input ke system automation untuk pengontrolan debit cooling tower.

4. Circulation SystemCirculation system terdiri dari paling sedikit 2 komponen pompa:a. Feed pump to systemYaitu circulation pump yang memompakan fluida ke main heat exchanger yang berhubungan langsung dengan komponen yang akan didinginkan. Misalnya berhubungan dengan condencer untuk mendinginkan fluida berupa demin water.

b. Feed pump to cooling towerCirculation system juga termasuk distribution pump dari system ke cooling tower. Pada line ini membawa fluida panas untuk didinginkan di cooling tower.3.2 MOTOR INDUKSI 3 FASA

Motor induksi merupakan motor arus bolak-balik yang paling banyak dipakai dalam industri dan rumah tangga. Dikatakan motor induksi karena arus rotor motor ini merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan antara putaran rotor dengan medan putar yang dihasilkan arus stator.

Gambar 3.2 Bentuk Fisik Motor Induksi 3 Fasa

Motor ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana, dan handal. Disamping itu motor ini juga memiliki efisiensi yang cukup tinggi saat berbeban penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang banyak.

3.2.1 Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa

Secara umum motor induksi terdiri dari rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak, sedangkan stator bagian yang diam. Diantara stator dan rotor terdapat celah udara yang jaraknya sangat kecil. Rotor

Stator Gambar 3.3 Penampang rotor dan stator motor induksi

Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam dan mengalirkan arus phasa. Stator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk silindris. Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas (Gambar 3.4.(b)). Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi (Gambar 3.4 (a)). Tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan phasa dimana untuk motor tiga phasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120o. Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris (Gambar 3.4.(c)). Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang telah disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga phasa. ( a ) ( b ) (c)Gambar 3.4 komponen stator motor induksi tiga phasa(a) Lempengan inti (b) Tumpukan inti dengan kertas isolasi pada beberapa alurnya (c) Tumpukan inti dan kumparan dalam cangkang stator Untuk rotor akan dibahas pada bagian berikutnya, yaitu jenis jenis motor induksi tiga fasa berdasarka jenis rotornya.

3.2.2 Jenis Motor Induksi Tiga Fasa Ada dua jenis motor induksi tiga fasa berdasarkan rotornya yaitu:

1. motor induksi tiga fasa sangkar tupai ( squirrel-cage motor)

2. motor induksi tiga fasa rotor belitan ( wound-rotor motor )

Kedua motor ini bekerja pada prinsip yang sama dan mempunyai konstruksi stator yang sama tetapi berbeda dalam konstruksi rotor.

a. Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai (Squirrel-Cage Motor)Penampang motor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Inti stator pada motor sangkar tupai tiga fasa terbuat dari lapisan lapisan pelat baja beralur yang didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau pelat baja yang dipabrikasi. Lilitan lilitan kumparan stator diletakkan dalam alur stator yang terpisah 120 derajat listrik. Lilitan fasa ini dapat tersambung dalam hubungan delta () ataupun bintang ().

Rotor jenis rotor sangkar ditunjukkan pada gambar 3.4 di bawah ini:

(a)

(b) Gambar 3.5 Rotor sangkar, (a) Tipikal rotor sangkar, (b) Bagian-bagian rotor sangkarBatang rotor dan cincin ujung motor sangkar tupai yang lebih kecil adalah coran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Dalam motor yang lebih besar, batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan ke dalam alur rotor dan kemudian dilas dengan kuat ke cincin ujung. Batang rotor motor sangkar tupai tidak selalu ditempatkan paralel terhadap poros motor tetapi kerapkali dimiringkan. Hal ini akan menghasilkan torsi yang lebih seragam dan juga mengurangi derau dengung magnetik sewaktu motor sedang berputar.Pada ujung cincin penutup dilekatkan sirip yang berfungsi sebagai pendingin. Rotor jenis rotor sangkar standar tidak terisolasi, karena batangan membawa arus yang besar pada tegangan rendah. Motor induksi dengan rotor sangkar ditunjukkan pada gambar 3.6.

(a)

(b) Gambar 3.6 (a) Konstruksi motor induksi rotor sangkar ukuran kecil (b) Konstruksi motor induksi rotor sangkar ukuran besarb. Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan (Wound-Rotor Motor)

Motor rotor belitan (motor cincin slip) berbeda dengan motor sangkar tupai dalam hal konstruksi rotornya. Seperti namanya, rotor dililit dengan lilitan terisolasi serupa dengan lilitan stator. Lilitan fasa rotor dihubungkan secara dan masing masing fasa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor. Secara skematik dapat dilihat pada gambar 2.5. Dari gambar ini dapat dilihat bahwa cincin slip dan sikat semata-mata merupakan penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkaian rotor.Sumber tegangan

BelitanStator

Slip

BelitanRing

Rotor

Tahanan

Luar

Gambar 3.6 Cincin Slip

Pada motor ini, cincin slip yang terhubung ke sebuah tahanan variabel eksternal yang berfunsi membatasi arus pengasutan dan yang bertanggung jawab terhadap pemanasan rotor. Selama pengasutan, penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan menghasilkan torsi pengasutan yang lebih besar dengan arus pengasutan yang lebih kecil dibanding dengan rotor sangkar. Konstruksi motor tiga fasa rotor belitan ditunjukkan pada gambar di bawah ini. (a)

(a)

(b)

Gambar 3.7 (a) Rotor belitan (b) Konstruksi motor induksi tiga phasa dengan rotor belitan3.2.3 Prinsip Medan Putar

Perputaran motor pada mesin arus bolak-balik ditimbulkan oleh adanya medan putar (fluks yang berputar) yang dihasilkan dalam kumparan statornya. Medan putar ini terjadi apabila kumparan stator dihubungkan dalam fasa banyak, umumnya fasa 3. Hubungan dapat berupa hubungan bintang atau delta. Misalkan kumparan a a; b b; c c dihubungkan 3 fasa, dengan beda fasa masing-masing 1200 (gambar 3.8a) dan dialiri arus sinusoid. Distribusi arus ia, ib, ic sebagai fungsi waktu adalah seperti gambar 3.8b. Pada keadaan t1, t2, t3, dan t4, fluks resultan yang ditimbulkan oleh kumparan tersebut masing-masing adalah seperti gambar 3.8c, d, e, dan f. Pada t1 fluks resultan mempunyai arah sama dengan arah fluks yang dihasilkan oleh kumparan a a; sedangkan pada t2, fluks resultannya mempunyai arah sama dengan arah fluks yang dihasilakan oleh kumparan c c; dan untuk t3 fluks resultan mempunyai arah sama dengan fluks yang dihasilkan oleh kumparan b b. Untuk t4, fluks resultannya berlawanan arah dengan fluks resultan yang dihasilkan pada saat t1 keterangan ini akan lebih jelas pada analisa vektor.

Gambar 3.8 (a) Diagram phasor fluksi tiga phasa

(b) Arus tiga phasa setimbang

Berikut gambar d bawah ini,bentuk gelombang sinusoidal da proses timbulnya medan putar pada motor induksi:

Gambar 3.9 Medan putar pada motor induksi tiga phasa Saat sudut 00. Arus I1 bernilai positip dan arus I2 dan arus I3 bernilai negatip dalam hal ini belitan V2, U1 dan W2 bertanda silang (arus meninggalkan pembaca), dan belitan V1, U2 dan W1 bertanda titik (arus listrik menuju pembaca). terbentuk fluk magnet pada garis horizontal sudut 00. kutub S (south=selatan) dan kutub N (north=utara).

Saat sudut 1200. Arus I2 bernilai positip sedangkan arus I1 dan arus I3 bernilai negatip, dalam hal ini belitan W2, V1 dan U2 bertanda silang (arus meninggalkan pembaca), dan kawat W1, V2 dan U1 bertanda titik (arus menuju pembaca). Garis fluk magnit kutub S dan N bergeser 1200 dari posisi awal.

Saat sudut 2400. Arus I3 bernilai positip dan I1 dan I2 bernilai negatip, belitan U2, W1 dan V2 bertanda silang (arus meninggalkan pembaca), dan kawat U1, W2 dan V1 bertanda titik (arus menuju pembaca). Garis fluk magnit kutub S dan N bergeser 1200 dari posisi kedua.

Saat sudut 3600. posisi ini sama dengan saat sudut 00. dimana kutub S dan N kembali keposisi awal sekali.

Dari keempat kondisi diatas saat sudut 00,1200; 2400;3600, dapat dijelaskan terbentuknya medan putar pada stator, medan magnet putar stator akanmemotong belitan rotor. Kecepatan medan putar stator ini sering disebutkecepatan sinkron, tidak dapat diamati dengan alat ukur tetapi dapat dihitungsecara teoritis besarnya ns = putaran per menit. Rotor ditempatkan didalam rongga stator, sehingga garis medan magnet putar stator akan memotong belitan rotor. Rotor motor induksi adalah beberapa batang penghantar yang ujung-ujungnya dihubung singkatkan menyerupai sangkar tupai, maka sering disebut rotor sangkar tupai gambar di bawah. Gambar 3.10 Rotor sangkarKejadian ini mengakibatkan pada rotor timbul induksi elektromagnetis. Medan mahnet putar dari stator saling berinteraksi dengan medan magnet rotor, terjadilah torsi putar yang berakibat rotor berputar.

ns = (rpm).....(3.1)ns= kecepatan rotasi sinkron,

P = jumlah kutub.

f = frekuensi (Hz)

Analisis secara vektor didapatkan atas dasar:

1. Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir dalam suatu lingkar sesuai dengan perputaran sekrup ( gambar 3.10 ). Gambar 3.11 Arah fluks yang ditimbulkan oleh arus yang mengalir dalam suatu lingkar2. Kebesaran fluks yang ditimbulkan ini sebanding dengan arus yang mengalir.Notasi yang dipakai untuk menyatakan positif atau negatifnya arus yang mengalir pada kumparan a a, b b, dan c c pada gambar 3.6a yaitu: harga positif, apabila tanda silang (x) terletak pada pangkal konduktor tersebut ( titik a, b, c ), sedangkan negatif apabila tanda titik ( . ) terletak pada pangkal konduktor tersebut (gambar 3.11). Maka diagram vektor untuk fluks total pada keadaan t1, t2, t3, t4, dapat dilihat pada gambar 3.11.

Gambar 3.12 Diagram vektor untuk fluks total pada keadaan t1, t2, t3, t4

Dari semua diagram vektor di atas dapat pula dilihat bahwa fluks resultan berjalan (berputar).

3.2.4 Prinsip kerja Motor Induksi 3 Fasa

Pada saat belitan stator diberi tegangan tiga fasa, maka pada stator akan dihasilkan arus tiga fasa, arus ini kemudian akan menghasilkan medan magnet 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 konduktor-konduktor 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). Akibatnya adanya slip maka ggl (gaya gerak listrik) akan terinduksi pada konduktor-konduktor rotor.

Gambar 3.13 Proses induksi medan putar stator pada kumparan rotor

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 (perhatikan gambar 3.10) yaitu bila suatu konduktor yang dialiri arus berada dalam suatu kawasan medan magnet, maka konduktor tersebut akan mendapat gaya elektromagnetik (gaya lorentz) sebesar F= B.i.l.sin .

Arah dari gaya elektromagnetik tersebut dapat dijelaskan oleh kaidah tangan kanan (right-hand rule). Kaidah tangan kanan menyatakan, jika jari telunjuk menyatakan arah dari vektor arus i dan jari tengah menyatakan arah dari vektor kerapatan fluks B, maka ibu jari akan menyatakan arah gaya F yang bekerja pada konduktor tersebut. Gaya F yang dihasilkan pada konduktor konduktor rotor tersebut akan menghasilkan torsi (). Bila torsi mula yang dihasilkan pada rotor lebih besar daripada torsi beban (0 > b), maka rotor akan berputar searah dengan putaran medan putar stator.

Gambar 3.13 Konduktor berarus dalam ruang medan magnetUntuk mempelajari prinsip kerja motor induksi tiga fasa, maka dapat dijabarkan dalam beberapa langkah berikut:

1. Apabila belitan stator dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa yang setimbang maka akan mengalir arus pada tiap belitan fasa. 2. Arus yang mengalir pada tiap fasa menghasilkan fluks yang berubah-ubah untuk setiap waktu. 3. Resultan dari ketiga fluksi bolak-balik tersebut menghasilkan medan putar yang bergerak dengan kecepatan sinkron ns yang besarnya ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi stator f yang dirumuskan:

nS = (rpm)............(3.2)4. Akibat fluksi yang berputar akan menimbukanl ggl pada stator yang besarnya adalah:

e1 = -N1 (volt)......(3.3)

E1 = 4,44f N1 m (volt)...(3.4)

dimana :

e1 = ggl induksi sesaat stator/fasa (volt) E1 = ggl induksi efektif stator/fasa (volt) F = frekuensi saluran (Hz) N1 = jumlah lilitan kumparan stator/fasa m = fluks magnetik maksimum (weber)

5. Fluksi yang berputar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi sebesar E2 yang besarnya : E2 = 4,44f N2 m (volt)...................................................................... (3.5)Dimana : E2 = tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam

N2 = jumlah lilitan rotor

m = fluksi maksimum6. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian tertutup, maka akan mengalir arus (I2). 7. Adanya arus (I2) di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya (F) pada rotor. 8. Gaya (F) akan menghasilkan torsi (). Apabila torsi mula yang dihasilkan lebih besar torsi beban, maka rotor akan berputar dengan kecepatan (nr) yang searah dengan medan putar stator. 9. Pada saat berputar,maka ada perbedaan kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan rotor (nr) disebut dengan slip (s) dan dinyatakan dengan:

s =x 100 %..............................................................................(3.6)10. Pada rotor dalam keadaan berputar, besarnya tegangan yang terinduksi pada kumparan rotor akan bervariasi tergantung besarnya slip. Tegangan induksi ini dinyatakan dengan E2S yang besarnya : E2S = 4,44 sf N2 m (volt)..(3.7)Dimana :

E2S = tegangan induksi rotor dalam keadaan berputar (volt)

sf = frekuensi rotor ( frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar )

m = fluksi maksimum

11. Apabila ns = nr, maka slip akan bernilai nol. Hal ini akan menyebabkan tidak adanya ggl induksi pada rotor tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan rotor, sehingga tidak akan dihasilkan torsi.

3.2.5 Slip (selisih antara kecepatan rotor dengan kecepatan sinkron)Motor induksi tidak dapat berputar pada kecepatan sinkron. Seandainya hal ini terjadi, maka rotor akan tetap diam relatif terhadap fluksi yang berputar. Maka tidak akan ada ggl yang diinduksikan dalam rotor, tidak ada arus yang mengalir pada rotor, dan karenanya tidak akan menghasilkan kopel. Kecepatan rotor sekalipun tanpa beban, harus lebih kecil sedikit dari kecepatan sinkron agar adanya tegangan induksi pada rotor, dan akan menghasilkan arus di rotor, arus induksi ini akan berinteraksi dengan fluks listrik sehingga menghasilkan kopel. Selisih antara kecepatan rotor dengan kecepatan sinkron disebut slip (s). Slip dapat dinyatakan dalam putaran setiap menit, tetapi lebih umum dinyatakan sebagai persen dari kecepatan sinkron.

Slip (s) = x 100

Ns= kecepatan sinkron medan stator (rpm) nr= kecepatan poros rotor (rpm)

Slip= selisih kecepatan stator dan rotorPersamaan (3.6) di atas memberikan imformasi yaitu:

1. saat s = 1 dimana nr = 0, ini berati rotor masih dalam keadaan diam atau akan berputar.

2. s = 0 menyatakan bahwa ns = nr, ini berarti rotor berputar sampai kecepatansinkron. Hal ini dapat terjadi jika ada arus dc yang diinjeksikan ke belitan rotor, atau rotor digerakkan secara mekanik. 3. 0 < s < 1, ini berarti kecepatan rotor diantara keadaan diam dengan kecepatan sinkron. Kecepatan rotor dalam keadaan inilah dikatakan kecepatan tidak sinkron. Biasanya slip untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi pada saat beban penuh adalah 0,04.3.2.6 Frekuensi RotorKetika rotor masih dalam keadaan diam, dimana frekuensi arus pada rotor sama seperti frekuensi masukan (sumber). Tetapi ketika rotor akan berputar, maka frekuensi rotor akan bergantung kepada kecepatan relatif atau bergantung terhadap besarnya slip. Untuk besar slip tertentu, maka frekuensi rotor sebesar f ' yaitu,

ns nr = , diketahui bahwaDengan membagikan dengan salah satu, maka didapatkan Maka, f ' = sf (Hz)...(3.8)Telah diketahui bahwa arus rotor bergantung terhadap frekuensi rotor f ' = sf dan ketika arus ini mengalir pada masing-masing phasa di belitan rotor, akan memberikan reaksi medan magnet. Biasanya medan magnet pada rotor akan menghasilkan medan magnet yang berputar yang besarnya bergantung atau relatif terhadap putaran rotor sebesar sns.Pada keadaan tertentu, arus rotor dan arus stator menghasilkan distribusi medan magnet yang sinusoidal dimana medan magnet ini memiliki magnetudo yang konstan dan kecepatan medan putar ns yang konstan. Kedua Hal ini merupakan medan magnetik yang berputar secara sinkron. kenyataannya tidak seperti ini karena pada stator akan ada arus magnetisasi pada kumparannya.3.2.7 Aliran Daya Motor Induksi Tiga FasaPada motor induksi, tidak ada sumber listrik yang langsung terhubung ke rotor, sehingga daya yang melewati celah udara sama dengan daya yang diinputkan ke rotor. Daya total yang dimasukkan pada kumparan stator (Pin) dirumuskan dengan Pin = 3V1 I1 cos (Watt) .................................................(3.9)dimana :V1 = tegangan sumber (Volt) I1 = arus masukan (Ampere) = perbedaan sudut phasa antara arus masukan dengan tegangan sumber.3.2.8 Rugi Rugi dan Efesiensi pada Motor

Motor induksi (gambar 3.14) 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 rugi-rugi tembaga, rugi inti dan rugi karena gesekan dan hambatan angin. Gambar 3.14 Torsi motor pada rotor dan torsi pada poros

Besarnya rugi tembaga sebanding dengan I2.R, makin besar arus beban maka rugi tembaga makin besar juga. Daya input motor sebesar P1, maka daya yang diubah menjadi daya output sebesar P2. Persamaan menghitung rugi-rugi motor induksi yaitu: Rugi-rugi motor = P1 P2

Efisiensi motor induksi adalah ukuran keefektifan motor induksi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik yang dinyatakan sebagai perbandingan antara masukan dan keluaran atau dalam bentuk energi listrik berupa perbandingan watt keluaran dan watt masukan.Persamaan menghitung efisiensi motor induksi : Dimana:

P1 = Daya input (Watt)

P2 = Daya output (Watt)

Menghitung momen torsi yang dihasilkan motor induksi pada gambar 3.14

M = F r (Nm)

P2 = M (Watt)

= 2 ndimana:M =Torsi (Nm)

F = Gaya (Newton)

P2 = Daya output (Watt)

= Kecepatan sudut putar

n = Kecepatan motor (Putaran/detik)

3.2.9 Power Flow dan Torsi pada Motor InduksiPengertian torsi adalah gaya putar yang dihasilkan oleh motor untuk memutar suatu beban. Besarnya torsi minimal sama dengan daya nominal motor (watt)/kecepatan nominal motor (rad/det). Secara konvensional jika daya motor makin besar dan torsinya makin kuat, maka motor akan semakin kuat untuk menggerakkan beban. Hal ini akan menyebabkan timbulnya torsi lebih (Over Torque) yaitu keadaan di mana torsi beban lebih besar dari torsi nominal. Pada 80% aplikasi torsi lebih terjadi pada kecepatan rendah atau saat start motor.Sebaliknya jika torsi rendah maka akan akan mengakibatkan:

Dinamika gerakan rendah (gerakan beban kompleks tidak mungkin)

Motor sering overload (motor rusak atau overload relay sering trip)

Hentakan mekanis (mesin atau beban rusak, perawatan intensif)

Lonjakan arus (motor rusak, breaker trip)

Presisi hilang (proses terancam)

Motor harus lebih besar (investasi besar)

Pada motor induksi energi listrik diubah menjadi energi mekanik, ini berarti bahwa daya listrik (energi listrik) dibagian input diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk torsi (T) dibagian output. Proses perubahan energi diatas juga diikuti dengan adanya rugi-rugi yang menyebabkan tidak semua energi listrik itu diubah menjadi energi mekanik, tetapi terdapat beberapa energi yang hilang akibat rugi-rugi yang ada yang terlihat pada gambar 3.15.

Daya input yang masuk ke motor induksi adalah 3 fasa (Pin = 3 Vp Il cos ), kerugian yang pertama (I2R) di stator adalah stator copper loss (Pscl). Selanjutnya ada kerugian karena histeris dan arus eddy di stator yang dinamakan core loss (Pcore).

Gambar 3.15 Diagram Aliran Daya Pada Motor Induksi

Daya yang tersisa di stator ini ditransferkan ke rotor melalui airgap (celah udara) antara stator dan rotor. Daya ini dinamakan air gap power (Pag),daya ini juga biasanya disebut daya rotor input. Kemudian daya ini ditransferkan ke rotor maka terdapat kerugian (I2R) di rotor yang dinamakan rotor copper loss(Prcl). Daya yang diterima tersisa selanjutnya dirubah ke bentuk energi mekanik dan dinamakan converted daya (Pconv). Kerugian yang terakhir adalah friction, windage, dan stray loss. Daya yang tersisa disebut daya output (Pout). Daya inilah yang membuat rotor berputar. Kerugian dinotasikan dengan Pmisc. Harga dari friction, windage, dan stray loss didapat pada saat motor pada kondisi no load. Gelombang fluks mengimbaskan tegangan rotor, frekuensi slip Er dan tegangan lawan stator Es. Bila bukan karena efek kecepatan, tegangan rotor patokan akan sama dengan tegangan stator karena lilitan rotor patokan identik dengan lilitan stator. Gelombang agm (arus gerak motor) atau mmf (manetomotive force ) rotor dilawan oleh agm komponen beban I2 dari arus stator.3.3 KOMPONEN-KOMPONEN KONTROL STARTER MOTOR3.3.1 Kontaktor Magnet Kontaktor magnet atau sakelar magnet adalah sakelar yang bekerja berdasarkan kemagnetan. Artinya sakelar ini bekerja bila ada gaya kemagnetan. Magnet berfungsi sebagai penarik dan pelepas kontak-kontak. Sebuah kontaktor harus mampu mengalirkan arus dan memutuskan arus dalam keadaan kerja normal. Arus kerja normal ialah arus yang mengalir selama pemutusan tidak terjadi. Sebuah kontaktor kumparan magnetnya (coil) dapat dirancang untuk arus searah (arus DC) atau arus bolak-balik (arus AC). Kontaktor arus AC ini pada inti magnetnya dipasang cincin hubung singkat, gunanya adalah untuk menjaga arus kemagnetan agar kontinu sehingga kontaktor tersebut dapat bekerja normal. Sedangkan pada kumparan magnet yang dirancang untuk arus DC tidak dipasang cincin hubung singkat.

Gambar 3.16 Magnet KontaktorKontaktor magnet adalah sebuah komponen yang berfungsi sebagai penghubung/ kontak dengan kapasitas yang besar dengan menggunakan daya minimal. dapat dibayangkan MC adalah relay dengan kapasitas yang besat. umumnya MC terdiri dari 3 pole kontak utama dan kontak bantu (aux. Conta ct). Untuk menghubungkan kontak utama hanya dengan cara memberikan tegangan pada koil mc sesuai spesifikasinya. Kontaktor magnet merupakan jenis saklar yang bekerja secara magnetic yaitu kontak ( NO & NC ) bekerja apabila kumparan di aliri arus / tegangan, penggunaan kontaktor magnet jauh lebih baik dari pada saklar biasa. sebuah kontaktor magnet terdiri dari :1. Kumparan / koil.

Kumparan / koil adalah lilitan yang apabila di aliri arus / tegangan maka akan tejadi magnetisasi yang akan menarik kontak - kontaknya sehingga input & output pada kontak no akan terhubung & sebaliknya untuk kontak nc akan terputus / tidak terhubung.Kontaktor akan bekerja normal bila tegangannya mencapai 85 % dari tegangan kerja, bila tegangan turun kontaktor akan bergetar.apabila pada kumparan kontaktor diberi tegangan terlalu tinggi / tidak sesuai dengan spesifikasi maka akan menyebabkan berkurangnya umur / merusak kumparan kontaktor. tetapi bila tegangan yang diberikan terlalu rendah maka akan menimbulkan tekanan antara kontak-kontak dari kontaktor menjadi berkurang yang nantinya dapat menimbulkan bunga api pada permukaannya serta dapat merusak kontak-kontaknya.

2.Beberapa kontak NO

( Normally Open =bila coilcontactor atau relay dalam keadaan tak terhubung arus listrik, kontak internalnya dalam kondisi terbuka atau tak terhubung).

3. Beberapa Kontak NC

( Normally Close = sebaliknya dengan normally open)

Kontak pada kontaktor magnet terdiri dari :

1. Kontak utama ( digunakan untuk rangkaian daya )

2. Kontak bantu ( digunakan untuk rangkaian pengontrol / pengunci ) agar penggunaan kontaktor dapat disesuaikan dengan beban yang akan dikontrol, maka pada setiap kontaktor selalu dilengkapi dengan plat nama yang berisikan data-data mengenai :

Perusahaan pembuat kontaktor. nomor seri pembuatan. tegangan nominal beban. tegangan kerja kontaktor. kemampuan arus yang dapat dialirkan. kelas operasi.

3.3.2 Push Button

Gambar 3.17 Push ButtonTombol ini banyak digunakan pada panael kendali, tombol ini digunakan sebagai kontak ON dan OFF, tombol ini memiliki 2 kontak , yaitu kontak pertama NC (normaly Close) dan kontak kedua NO (normaly Open) . Pada saat tombol belum di tekan kontak pertama dalam kondisi NC (normaly Close) dan kontak kedua dalam kondisi NO (normaly Open) dan pada saat di tekan kondisi kontak pertama NO (normaly Open) dan kontak kedua NC (normaly Close).3.3.3Thermal Overload RelayFungsi dari Over load relay adalah untuk proteksi motor listrik dari beban lebih. Seperti halnya sekring (fuse) pengaman beban lebih ada yang bekerja cepat dan ada yang lambat. Sebab waktu motor start arus dapat mencapai 6 kali nominal, sehingga apabila digunakan pengaman yang bekerja cepat, maka pengamannya akan putus setiap motor dijalankan.

Overload relay yang berdasarkan pemutus bimetal akan bekerja sesuai dengan arus yang mengalir, semakin tinggi kenaikan temperatur yang menyebabkan terjadinya pembengkokan , maka akan terjadi pemutusan arus, sehingga motor akan berhenti. Jenis pemutus bimetal ada jenis satu phasa dan ada jenis tiga phasa, tiap phasa terdiri atas bimetal yang terpisah tetapi saling terhubung, berguna untuk memutuskan semua phasa apabila terjadi kelebihan beban. Pemutus bimetal satu phasa biasa digunakan untuk pengaman beban lebih pada motor berdaya kecil.

Kontruksi Overload relay apabila resistance wire dilewati arus lebih besar dari nominalnya, maka bimetal trip, bagian bawah akan melengkung ke kiri dan membawa slide ke kiri, gesekan ini akan membawa lengan kontak pada bagian bawah tertarik ke kiri dan kontak akan lepas. Selama bimetal trip itu masih panas, maka dibagian bawah akan tetap terbawa ke kiri, sehingga kontak kontaknya belum dapat dikembalikan ke kondisi semula walaupun reset buttonnya ditekan, apabila bimetal sudah dingin barulah kontaknya dapat kembali lurus dan kontaknya baru dapat di hubungkan kembali dengan menekan reset button.

Gambar 3.18 Thermal Overload RelayBentuk fisik dan symbol TOR pada dasarnya relay arus lebih adalah suatu alat yang dapat mendeteksi besaran arus yang melalui suatu jaringan dengan bantuan trafo arus. Harga atau besaran yang boleh melewatinya disebut dengan setting.

Gambar 3.19 Bentuk Fisik Dan Symbol TOR

3.3.4 Kontaktor Timer (Time Delay Relay)Kontaktor timer adalah kontaktor yang digunakan sebagai relai penunda waktu yang fungsinya untuk memindahkan kerja dari rangkaian pengontrol ke rangkaian tertentu yang bekerja secara otomatis. Misal dari star ke delta secara otomatis. Prinsipnya sama saja dengan kontaktor, hanya saja memiliki waktu tunda operasi. Kontaktor timer ini memiliki kontak NO dan juga kontak NC, seperti pada magnetik kontaktor, hanya bekerjanya berdasarkan delay waktu yang telah ditentukan.

Gambar 3.20 Kontaktor Timer TDR dengan Waktu Tunda Hidup (On Delay)Timer ini bekerja dari normalnya dengan tunda waktu sesuai dengan setting yang diberikan. Untuk NO, setelah koil dari kontaktor diberi daya, kontak NO masih tetap terbuka hingga beberapa waktu tertentu, misalnya 5 detik. Setelah 5 detik, kontak akan otomatis berubah status dari terbuka (off) menjadi tertutup (on) dan akan tetap tertutup selama kontaktor mendapat catu daya. Jika catu daya diputus, maka kontaktor akan kembali terbuka.Untuk NC, setelah koil dari relay diberi catu, kontak NC masih tetap tertutup hingga beberapa waktu tertentu, misalnya 5 detik. Setelah 5 detik, kontak akan otomatis berubah status dari tertutup (off) menjadi terbuka (on) dan akan tetap terbuka selama relay mendapat catu daya. Jika catu daya diputus, maka relay akan kembali tertutup. TDR dengan Waktu Tunda Mati (Off Delay)Timer ini bekerjanya berkebalikan dengan timer On Delay, saat kontaktor magnit mendapat tegangan dan aktif, maka kontak akan langsung aktif juga, namun setelah tegangan hilang dan kontaktor magnit tidak aktif, maka kontak yang aktif tadi akan menjadi tidak aktif setelah waktu yang ditentukan. Untuk NO, setelah koil dari relay diberi catu, kontak NO akan berubah status menjadi tertutup dan akan tetap tertutup selama koil diberi catu. Saat catu daya diputus, kontak akan tetap tertutup hingga beberapa waktu tertentu, misalnya 5 detik. Setelah 5 detik, kontak akan otomatis berubah status dari tertutup menjadi terbuka. Untuk NC, setelah koil dari relay diberi catu, kontak NC akan berubah status menjadi terbuka dan akan tetap terbuka selama koil diberi catu. Saat catu daya diputus, kontak akan tetap terbuka hingga beberapa waktu tertentu, misalnya 5 detik. Setelah 5 detik, kontak akan otomatis berubah status dari terbuka menjadi tertutup.

3.4 THYRISTOR

3.4.1 Konstruksi dan Karakteristik ThyristorThyristor merupakan piranti semikonduktor empat lapis pnpn, yang mempunyai tiga terminal, yaitu Anoda,Katoda dan Gate seperti ditunjukkan pada Gambar 3.21.

Gambar 3.21 Simbol dan konstruksi thyristorJika tegangan anoda dibuat positif terhadap katoda maka sambungan J1 dan J3 mendapat bias maju sebaliknya J2 mendapat bias mundur sehingga ada arus bocor kecil yang mengalir dari katoda ke anoda. Dalam keadaan seperti ini, thyristor dalam keadaan off (terhalang) dan arus bocor keadaan off. Jika tegangan anoda-katoda, VAK dinaikkan terus sampai suatu harga tertentu sehingga mampu menjebol J2, thyristor dikatakan dalam keadaan breakdown bias maju. Tegangan yang menyebabkan breakdown ini disebut VBO. Karena J1 dan J3 dalam keadaan bias maju maka akan mengalir arus yang sangat besar dari anoda ke katoda dan thyristor dikatakan dalam keadaan konduksi atau On. Jatuh tegangan maju merupakan jatuh tegangan akibat resistansi dari keempat-lapisan, yang besarnya, tipikal 1 Dalam keadaan On ini arus anoda dibatasi oleh beban luar.Arus anoda harus lebih besar dari arus latchingnya, IL agar piranti ini tetap dalam keadaan On. IL merupakan arus anoda minimum yang diperlukan agar thyristor tetap dalam keadaan On, bila tidak, piranti ini akan kembali pada keadaan Off bila tegangan anoda ke katodanya diturunkan. Karakteristik v-i tipikal thyristor ditunjukkan pada Gambar 3.22. Gambar 3.22 Karakteristik ThyristorSekali thyristor konduksi maka sifatnya sama seperti dioda dalam keadaan konduksi dan tidak dapat dikontrol. Namun, apabila arus diturunkan sampai dengan arus holdingnya, IH thyristor akan kembali pada keadaan off. Arus holding ini dalam ukuran miliampere dan lebih rendah dari arus latchingnya. Jadi arus holding IH adalah arus anoda minimum yang menjaga agar thyristor dalam keadaan on.Apabila tegangan katoda lebih tinggi terhadap anoda, sambungan J2 mengalami bias maju sementara J1 dan J3 mengalami bias mundur. Thyristor akan menjadi dalam keadaan off dan akan ada arus kecil yang mengalir yang disebut arus bocor bias mundur, IR. Namun bila tegangan katoda-anoda dinaikkan terus sampai mencapai tegangan dadalnya, maka akan ada arus yang tinggi mengalir dari arah katoda ke anoda yang mengakibatkan rusaknya thyristor.Dalam operasi normalnya, tegangan VAKselalu ada di bawah VBO, dan VKA selalu di bawah VBD. Dengan VAK yang lebih rendah dari VBO, untuk membuat thyristor menjadi on dilakukan dengan memberikan tegangan positif pada terminal gate-nya terhadap katoda. Dengan memberikan tegangan positif pada gate sama halnya dengan memberikan arus gate, IG membuat thyristor dari off menjadi on. Semakin besar IG maka tegangan arah maju untuk membuat thyristor konduksi semakin rendah . Sekali arus trigger diberikan akan membuat thyristor on dan selama arus anodanya tidak kurang dari arus holdingnya maka thyristor akan tetap on walaupun arus triggernya dihilangkan.3.4.2 Rangkaian TriggerAda tiga hal yang penting dalam kaitannya dengan rangkaian penyalaan (trigger) suatu thyristor, yaitu:

1. Pemilihan rangkaian yang cocok guna mencatu sinyal penyalaan.

2. Penentuan tegangan dan arus trigger maksimum agar rating gatenya tidak dilampaui.3. Penentuan tegangan dan arus gate minimum untuk memastikan bahwa bila sinyal penyalaan diberikan thyristor akan konduksi (on).

Banyak model rangkaian yang bisa dipilih sebagai rangkaian trigger untuk menyalakan thyristor. Sebelum rangkaian dirancang untuk mentrigger suatu thyristor, spesifikasi gate harus diperhatikan.Spesifikasi gate untuk dapat dilihat dari data sheet pabrik pembuatnya.3.4.3 Proteksi ThyristorSetiap thyristor akan mengalami pemanasan akibat arus yang mengalir di dalamnya. Pemanasan ini harus dibatasi untuk mencegah dari panas lebih yang bisa mengakibatkan rusaknya komponen. Untuk menghindari dari pemanasan lebih, setiap thyristor atau satu kelompok thyristor selalu dipasang dengan alat pendinginnya sesuai dengan kapasitasnya.

Selain itu komponen ini juga harus diamankan dari: (a) arus beban lebih, (b) di/dt dan c) dv/dt).

3.4.4 Proteksi Arus Beban LebihUntuk mengatasi dari arus beban lebih, thyristor diamankan dengan sekering (pengaman lebur). Pemasang-an pengaman ini bisa dilakukan melalui pengamanan fasa atau pengamanan cabang seperti ditunjukkan pada Gambar di bawah ini :

Gambar 3.23 Pengaman fasa dan Pengaman cabangProteksi dari arus beban lebih: Proteksi fasa dan proteksi cabang di/dt adalah tingkat perubahan arus yang mengalir melalui thyristor ketika terjadi perubahan kondisi dari off ke on. Ketika terjadi perubahan keadaan dari off ke on, maka akan terjadi tingkat perubahan arus di/dt ini. Tingkat peru- bahan arus ini harus dibatasi untuk menghindari pemanasan lebih pada daerah sambungan (junction) yang bisa mengakibatkan rusaknya komponen. Oleh karena itu, di/dt harus di bawah.1. Proteksi di/dt

di/dt adalah tingkat perubahan arus yang mengalir melalui thyristor ketika terjadi perubahan kondisi dari off ke on. Ketika terjadi perubahan keadaan dari off ke on, maka akan terjadi tingkat perubahan arus di/dt ini. Tingkat peru- bahan arus ini harus dibatasi untuk menghindari pemanasan lebih pada daerah sambungan (junction) yang bisa mengakibatkan rusaknya komponen. Oleh karena itu, di/dt harus di bawah.

Spesifikasi di/dt maksimum komponen. Hal ini dapat dilakukan dengan mema- sang induktor L secara seri dengan komponen.hal ini dapat dilakukan dengan memasang induktor L secara seri dengan Komponen.Secara pendekatan, di/dt maksimum dapat dihitung melalui persamaan:

di/dtmaks = Vm/L [A/s], .(3.10)di mana:

Vm = tegangan masukan maksimum (V)

L = induktansi (L) induktor yang dipasang seri.2. Proteksi dv/dtProteksi terhadap tegangan lebih dilakukan dengan memasang rangkaian RC secara paralel dengan thyristor seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.24.

Gambar 3.24 Proteksi terhadap tegangan lebihSetiap thyristor mempunyai spesifikasi dv/dt maksimumnya. Ketika thyristor berubah dari keadaan off ke on, maka akan terjadi tingkat perubahan tegangan yang sangat cepat yang disebut dengan dv/dt. Tingkat perubahan tegangan ini tidak boleh melebihi dv/dt maksimum- nya. Bila ini terjadi, maka thyristor akan on dengan sendirinya sehingga tidak bisa dikendalikan lagi. Hal ini harus di- cegah, yaitu dengan memasang RC ini paralel dengan thyristor. Rangkaian RC ini dikenal dengan rangkaian Snubber.Secara pendekatan dv/dt dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: dan R Jadi, dengan pemilihan L, C, dan R pada rangkaian, dv/dt pada thyristor dapat dibatasi pada harga yang aman.Tipikal, C = 0,1F, R = 100 1 k . Dari uraian yang telah dijelaskan di atas dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut:

Thyristor akan On pada dua kondisi: (1) VAK = VBO; (2) 0 < VAK < BO dan IG > 0; dan dv/dt melebihi spesifikasi dv/dt (data sheet) komponen.

Thyristor dalam keadaan Off pada kondisi: (1) VAK < VBO dan IG = 0; (2) VAK > 0, IG > 0; (3) VAK 0 atau IG