data penunjang

Upload: pangeran-muh-soddicq

Post on 06-Jul-2015

274 views

Category:

Documents


16 download

TRANSCRIPT

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

PEMILIHAN DAN PENGGUNAAN MOTOR INDUKSI 3 FASA Pada saat kita akan menentukan motor induksi 3 fasa untuk suatu aplikasi tertentu, seringkali kita dihadapkan pada berbagai pilihan motor yang bisa digunakan. Pemilihan tersebut menjadi sedikit lebih mudah karena pabrik pembuat mencantumkan data spesifikasi teknis. Walaupun demikian sangat perlu untuk kita mngenal berbagai jenis konstruksi dan karakteristik motor induksi yang ada di pasaran I. STANDARISASI DAN KLASIFIKASI MOTOR INDUKSI - Motor induksi untuk keperluan di industri dengan kapasitas di bawah 500 hp memiliki dimensi rangka yang standard. - Dengan demikian suatu motor dengan merek tertentu yang punya kapasitas 25 hp bisa diganti dengan merek lain tanpa banyak merubah mounting, tingi shaft dan tipe koplingnya. - Standarisasi tidak hanya dalam hal ukuran fisiknya, tetapi juga mengenai nilai-nilai parameter listrik, mekanik dan termalnya. - Sehingga sebuah motor harus memenuhi syarat minimum seperti torsi start, arus pada saat rotor tertahan, kapasitas overload, dan kenaikan temperatur saat dioperasikan. I.1. KLASIFIKASI MOTOR BERDASARKAN PADA KEADAAN

LINGKUNGAN PEMAKAIANNYA Berdasarkan keadaan lingkungan pemakaian, motor listrik dikelompokkan menjadi beberapa jenis, yaitu : a. Drip Proof Motor - Rangka untuk motor jenis ini dirancang mampu melindungi kumparan dari berbagai cairan dan partikel padat yang jatuh dengan kemiringan 0o s/d 15o dari vertikal.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

1

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

Gambar 1. Contoh Drip Proof Motor, 3 fasa, 220 V/460 V, 1750 rpm, 60 Hz - Sistem pendinginan dilakukan dengan kipas yang dikopel langsung dengan rotor. - Udara yang dihembuskan kipas akan masuk ke rotor melalui lubang ventilasi untuk keperluan pendinginan bagian dalam motor. - Maksimum kenaikan suhu berkisar 60o ; 80o ; 105o atau 125o tergantung pada tipe isolasi kawat kumparannya. - Motor jenis ini paling banyak penggunaannya. b. Splash Proof Motor - Rangka dari motor jenis ini dirancang mampu mencegah masuknya cairan atau partikel padat yang jatuh dengan kemiringan 0o s/d 100o dari vertikal. - Sistem pendinginan yang digunakan adalah sama dengan jenis DripProof Motor. - Maksimum kenaikan suhu juga sama dengan jenis Drip-Proof Motor. - Motor jenis ini banyuak digunakan untuk lingkungan yang basah.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

2

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

Gambar 2. Splash proof motor c. Totally Enclosed (Non-Ventilated Motor) - Motor jenis ini memiliki rangkai yang tertutup rapat, sehingga tidak memungkinkan terjadinya pertukaran udara dari dan ke dalam motor. - Motor jenis ini banyak digunakan untuk lingkungan yang sangat basah. - Pada umumnya motor jenis ini memiliki kapasitas daya < 10 kW, karena untuk motor yang kapasitasnya besar maka pada saat dioperasikan akan menghasilkan panas yang lebih besar pula - Hal ini akan menyebabkan kesulitan pendinginan - Kenaikan temperatur berkisar 65o ; 85o ; 110o atau 130o tergantung pada jenis isolasi kawat kumparan. d. Totally Enclosed (Fan-Cooled Motor) - Untuk motor jenis totally enclosed dengan kapasitas sedang dan besar biasanya dilengkapi dengan sistem pendinginan menggunakan kipas eksternal. - Kipas tersebut dikopel langsung dengan rotor dan akan menghembuskan udara ke sirip yang ada pada rangka motor.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

3

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

Gambar 3. Totally enclosed fan-cooled motor, 350 hp, 1760 rpm, 440 V, 3 fasa, 60 Hz - Kenaikan suhu yang diijinkan umumnya sama dengan motor jenis dripproof motor. e. Explosion Proof Motor - Untuk motor jenis ini banyak digunakan di lingkungan yang mudah terbakar dan juga explisive seperti di daerah pertambangan minyak - Motor jenis ini termasuk totally enclosed akan tetapi tidak kedap udara.

Gambar 4. Explosion proof motor I.2. KLASIFIKASI MOTOR BERDASARKAN SPESIFIKASI ELEKTRIK DAN MEKANIK a. Motor dengan standar torsi dengan rotor tertahan (NEMA design B) - Kebanyakan motor merupakan jenis ini

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

4

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

- Torsi rotor tertahan tergantung pada ukuran motor dan berkisar antara 130 % s/d 70 % dari torsi beban penuh - Kapasitas motor berkisar 15 kW s/d 150 kW - Nilai arus rotoe tertahan tidak lebih dari 6,4 kali dari arus beban penuh - Contoh penggunaan motor jenis ini adalah drive fans, centrifugal pumps, machine tools dsb. b. Motor dengan torsi awal tinggi (NEMA design B) - Motor ini digunakan untuk aplikasi khusus dimana kondisi starting sulit dilakukan dikarenakan motor diharuskan starting dalam keadaan berbeban. - Sebagai contoh adalah pada pompa air dan piston. - Pada motor jenis ini memiliki kapasitas antara 20 hp s/d 200 hp. - Torsi rotor tertahan bisa sampai 200 % dari torsi beban penuh dan arus rotor tertahan tidak melebihi 6,4 kali lipat dari arus beban penuh. c. Motor dengan slip tinggi (NEMA design D) - Kecepatan nominal dari motor jenis ini adalah berkisar 85 % s/d 95 % dari kecepatan sinkron. - Motor ini digunakan untuk beban yang memiliki inersia tinggi yang memerlukan waktu lama untuk mencapai kecepatan nominalnya pada saat starting. II. PILIHAN KECEPATAN MOTOR - Jenis pilihan kecepatan motor induksi sangat terbats karena kecepatan motor induksi tergantung pada frekuensi dan jumlah kutub dari motor. - Contoh : motor induksi dengan frekuensi f = 60 Hz, Jika jml kutub = p = 2 ns = Jika jml kutub = p = 4 ns =1 0 .f 2 120 .60 = =3600 rpm p 2

120 .60 = 1800 rpm 4

- Untuk mendapatkan kecepatan tertentu (misalkan nr = 2000 rpm) akan membutuhkan 2 kutub dan dioperasikan dengan kecepatan nr = 2000 rpm, sehingga slip yang terjadi :

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

5

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

S=

ns nr 3600 2000 = = 44,4 % ns 3600

- Hal ini berarti 44,4 % power akan didisipasikan dalam bentuk panas. - Agar hal tersebut tidak terjadi maka untuk keperluan kecepatan rendah dapat dilakukan dengan menggunakan gearbox.

Gambar 5. Motor dengan gearbox - Ada beberapa kelebihan penggunaan gearbox tinggi : a. Untuk mendapatkan daya yang sama, maka motor dengan kecepatan tinggi memiliki ukuran lebih kecil, harga yang lebih ekonomis/murah, efisiensi lebih tinggi, power faktor juga lebih tinggi dari pada motor yang berkecepatan rendah b. Torsi tertahan pada motor kecepatan tinggi selalu lebih besar dari motor berkecepatan rendah - Tabel berikut ini menunjukkan perbandingan antara motor induksi 3 fasa untuk daya yang sama. Power faktor % 89 82 Torsi rotor terkunci % 150 125 pada motor kecepatan

Power kW 7,5 7,5

ns r.p.m 3600 900

efisiensi % 87 83

masa kg 50 115

harga $ 500 1400

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

6

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

III. STARTING MOTOR INDUKSI - Beban dengan inersia yang tinggi/besar akan menyebabkan waktu starting motor menjadi lama untuk mencapai kecepatan nominalnya. - Selama periode starting tersebut, maka pada stator dan rotor akan mengalir arus yang besar sehingga bisa terjadi pemanasan berlebih (overheating) pada motor. - Lebih buruk lagi bisa menyebabkan gangguan pada sistem jala-jala sumber listriknya sehingga akaun menurunkan tegangannya. Hal ini akan mengganggu beban listrik yang lainnya. - Untuk menghindari hal tersebut, suatu motor induksi seringkali di-start dengan level tegangan yang lebih rendah dari tegangan nominalnya. - Pengurangan tegangan starting tersebut akan membatasi daya yang diberikan ke motor, namun demikian disisi lain pengurangan tegangan ini akan berdampak memperpanjang waktu/periode starting (waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kecepatan nominalnya). - Catatan 1 : Panas yang didisipasikan dalam rotor motor selama periode starting (dari diam sampai dengan kecepatan nominal) adalah sama dengan energi kinetik akhir yang tersimpan pada semua bagian motor - Contoh : Jika motor digunakan untuk menggerakkan flywheel yang memiliki energi kinetik 5000 Joule, maka selama periode starting rotor akan mendisikasikan panas sebesar 5000 Joule juga. Tergantung pada ukuran dan sistem pendinginan pada motor tersebut, maka energi (5000 Joule) tersebut bisa dengan mudah akan menyebabkan overheating pada motor. III.1. STARTING MOTOR (ROTOR LILIT) - Untuk starting motor rotor litit (motor slip ring), digunakan tahanan luar yang dapat diatur (RL ). Tahanan luar tersebut dihubungkan ke rotor melalui cincin seret (slip ring) dan sikat-sikat.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

7

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

Gambar 6. Tahanan luar ( RL ) pada motor rotor lilit. - Motor rotor lilit mempunyai lilitan stator dan lilitan rotor. Lilitan rotor (jangkar) dan lilitan stator mempunyai jumlah kutub sama. Lilitan stator sama seperti pada lilitan stator motor rotor sangkar. Lilitan rotor dapat disambung bintang maupun segitiga, tetapi biasanya dalam hubungan bintang. - Sebelum motor distart, semua tahanan dalam posisi maximum selama menjalankan hingga terjadi putaran yang dikehendaki tahanan RL sedikit demi sedikit dikurangi dan akhirnya pengaturan sampai pada sikap akhir. Pada sikap ini, rotor telah dihubung singkat. Tahanan-tahanan itu sendiri sekarang tidak mempunyai peranan lagi. Oleh karena itu setelah pengatur berada pada sikap akhir supaya cincin-cincin dan sikat-sikat tidak cepat aus, sikat-sikat itu diangkat setelah rotor dihubung singkat. - Tahanan luar (RL) yang dapat diatur tersebut diperlukan untuk membatasi arus mula yang besar pada saat start. Disamping itu, dengan mengubah-ubah tahanan luar kecepatan motor dapat diatur. - Motor rotor lilit sering disebut sebagai motor slip ring (slip ring motor) atau motor dengan rotor dililit (wound rotor motor). III.2. STARTING MOTOR ROTOR SANGKAR TUPAI

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

8

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

- Cara yang paling sederhana untuk menjalankan motor rotor sangkar tupai ini, ialah dengan menghubungkan langsung dengan sumber dengan menggunakan saklar tiga phase. Cara ini hanya diizinkan pada motor-motor sangkar tupai dengan daya di bawah 3 HP (sekitar 2 kW ). - Motor-motor dengan daya lebih besar dari 3 HP tidak boleh langsung dihubungkan dengan sumber. Untuk motor-motor dengan daya 2 sampai 4 kW ( 3 sampai 5,5 HP ) kita memakai saklar bintang segitiga. Untuk itu kumparan stator mula-mula dihubungkan bintang dan sesudah itu dihubungkan segitiga.

Gambar 7. a). Misalkan kumparan phase direncanakan untuk tegangan EL Kumparan stator dihubungkan segitiga dan diberi tegangan sumber sebesar EL. Kalau arus pada tiap phase besarnya If maka arus line IL =3 . If

b). Kalau kumparan stator dihubungkan bintang dan tetap diberi tegangan sumber sebesar EL maka tegangan tiap phase menjadi If 3

EL , sehingga 3

arus tiap phase diperkecil menjadi I L =

Kalau a dan b kita bandingkan IL (segitiga) : IL (bintang) = 3 : I. Pengasutan dengan cara, hubungan bintang-segitiga, hanya dilakukan untuk motor-motor induksi 3 phase yang mempunyai hubungan kumparan segitiga pada kondisi operasi normalnya.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

9

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

CONTOH SOAL : Suatu motor 3 phase, masing-masing lilitan phase mempunyai tahanan murni 50 ohm dan induktansi (L) 0,3 Henry, sumbernya adalah 415 V, 50 cps. Hitunglah daya total motor dalam keadaan tanpa beban jika motor dalam sambungan bintang dan segitiga. PENYELESAIAN : Zphase = Ohm. Pada hubungan bintang : EL Eph IL Iph = Eph =3R 2 +( 2. f .L )2 .

j=

50

2

+( 2. 5 .0 ,3 ) 2 . 0

=

1 3 3 ,6 17 4

= 106,6

EL 45 1 = = 240 Volt 1, 3 72 3E ph I ph R ph Z ph

= Iph = =415 = 2,25 A IL = 2,25 A 106 ,6 50 = 0,47 lagging 106 ,63 EL IL Cos 3 . 415 . 2,25 . 0,47

Cos =

=

Daya total (P) = =

= 762 Watt Cara lain untuk mencari P ialah : P = 3 Eph Iph Cos = 3 . 240 . 2,25 . 0,47 = 762 Watt. Pada hubungan segitiga : EL = Ephase = 415 Volt. Iph IL =E ph Z ph

=

415 = 3,9 Amper 106 ,63 = 6,75 A.

= Iph

3 = 3,9 .

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

10

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

Cos =

R ph Z ph

=

50 = 0,47 lagging 106 ,63 EL IL Cos 3 . 415 . 6,75 . 0,47

Daya total (P) = =

= 2280 Watt Cara lain untuk mencari P ialah : P = 3 Eph Iph Cos = 3 . 415 . 3,9 . 0,47 = 2280 Watt. Dari perhitungan-perhitungan di atas jelas bahwa : IL hubungan segitiga : IL hubungan bintang = 3 : 1 P hubungan segitiga : P hubungan bintang = 3: I Saklar Y/ memerlukan 6 terminal, yaitu untuk hubung bintang pada pengasutan dan untuk hubungan segitiga pada kondisi operasi normal. Gambar 8 berikut ini menggambarkan prinsip saklar bintang - segitiga.

Gambar 8. Prinsip saklar bintang - segitiga. IV. PLUGGING - Dalam aplikasi motor listrik sebagai penggerak, kadang kala sebuah motor dan bebannya harus segera dihentikan perputarannya karena suatu hal yang bersifat emergensi. - Hal ini bisa dilakukan dengan cara mempertukarkan sambungan 2 terminal dari 3 terminal yang ada (lihat gambar dibawah ini).

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

11

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

a. kerja normal

b. Plugging Gambar 9. Hubungan Sumber Tegangan dengan Motor 3 fasa Saat Plugging - Dengan demikian akan terjadi pembalikan arah putar dari medan putar pada stator motor. - Cara ini lebih dikenal dengan istilah PLUGGING dan motor akan mengalami pengereman. - Energi kinetik beban akan dilawan dan menyebabkan kecepatan akan menurun secara drastis. - Motor seharusnya tidak terlalu sering dilakukan plugging karena akan merusak secara mekanik maupun elektrik - Catatan 2 : Panas yang dihasilkan pada rotor selama periode plugging (dari kecepatan nominal s/d berhenti) adalah sebesar 3 kali lipat dari energi kinetik yang tersimpan pada semua bagian motor. - Contoh : Motor 100 kW, 60 Hz, 1175 rpm dikopel dengan flywheel. Saat beroperasi, energi kinetik pada motor dan beban adalah sebesar

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

12

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

300 kJoule. Tiba-tibna motor di-plugging sehingga berhenti dan akhirnya berputar pada kecepatan 1175 rpm paad arah sebaliknya. Hitung energi yang didisipasikan pada rotor ? Penyelesaian : Energi periode plugging Energi periode starting : 3 x 300 kJoule : 1 x 300 kJoule = 900 kJoule = 300 kJoule + = 1200 kJoule

Total energi didisipasikan : V. PE-REMAN (BRAKING)

- Suatu motor induksi 3 fasa juga dapat dihentikan dengan cepat dengan cara mengalirkan arus DC pada kumparan statornya. - Sumber tegangan DC dihubungkan pada 2 terminal dari 3 terminal yang ada sehingga akan mengalir arus DC yang akan menghasilkan kutub magnet stasioner pada statornya. - Ketika rotor berputardalam medan magnet stasioner daristator tersebut, maka pada rotor akan terinduksi dan akan terjadi GGL induksi pada rotor tersebut. - GGL induksi tersebut akan menyebabkan terjadinya aliran arus pada rotor dan terjadi disipasi daya listrik sebesar I2.R. Pada keadaan ini akan terjadi peluruhan energi kinetik pada rotor sehingga akan menurun kecepatan putarnya hingga akhirnya berhenti. - Kelebihan pengereman dengan menggunakan arus dc ini adalah dalam hal efek pemanasan yang terjadi lebih kecil daripada cara plugging. - Energi yang didisipasikan hanya 1 kali lipat dari energi kinetik yang terjadi pada motor, sedangkan cara plugging adalah 3 kali lipat. - Periode pengereman sangat tergantung pada besarnya arus dc yang diberikan pada kumparan stator, dimana semakin besar arus dc yang dialirkan akan mempersingkat periode pengereman, demikian pula sebaliknya. - Arus yang diberikan bisa sampai dengan 3 kali lipat dari arus rata-rata kerja normal dari motor. - Contoh :

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

13

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

Motor induksi 3 fasa, 50 hp kW, 60 Hz, 440 Volt, 1760 rpm digunakan sebagai penggerak beban dengan inersia J=25 kg.m2. Tahanan dc antara dua terminal statornya adalah 0,32 ohm. Arus rata-rata motor adalah 62 Ampere. Pengereman dilakukan dengan menghubungkan sunber dc 24 volt pada terminal motor. Hitunglah : a. arus dc pada stator b. energi yang didisipasikan pada rotor c. rata-rata torsi pengereman jika waktu pengereman yang dibutuhkan adalah 4 menit. Penyelesaian : a. Arus dc pada stator : I =

Estator 24 = = 75 Amper nilai Rstator 0 ,32

arusnya melebihi dari arus rata-rata dan tidak jadi masalah karena masih dibawah arus maksimal yang diijinkan (3.Irata-rata). b. Energi yang didisipasikan adalah sama dengan energi kinetik yang terjadi saat dilakukan pengereman. Ek = 5,48 . 10-3 . J . n2 dimana : Ek = energi kinetik saat dilakukan pengereman J n = momen inersia beban = kecepatan putar rotor (Joule) (kg.m2) (rpm)2 1800

5,48 . 10-3 = konstanta yang sebanding dengan

Dalam contoh ini nilai parameter yang ada adalah : J= 25 kg.m2 dan n = 1760 rpm, sehingga energi kinetik (Ek) adalah : Ek = 5,48 . 10-3 . J . n2 = 5,48 . 10-3 . 25 . 17602 = 424 kJoule c. Torsi rata-rata selama periode pengereman (T) :n = 9 ,55 T .t J

dimana : n= perubahan kecepatan (rpm)

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

14

Teknik Elektro

Minggu ke - 5

T J

= torsi = momen inersia30

(N.m) (detik) (kg.m2)

t = selang waktu

9,55 = konstanta yang sebanding dengan

Dalam contoh soal ini, nilai parameternya adalah : n= 1760 0 = 1760 rpm t = 4 menit = 240 detik J = 25 kg.m2

Sehingga jika dimasukkan ke persamaan akan didapatkan :

n = 9 ,55

T . t J

T

= =

1 .J n x 9 ,55 t 1 1760 . 25 x 9 ,55 240

= 19,2 N.m

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK

15