1

MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI 3 FASA

DENGAN STATIC SCHERBIUS DRIVE PADA

SUSPENTION PREHEATER FAN PLANT 9

Gafur Nugroho, Bambang Winardi

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.

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.

Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Undip

Dosen Jurusan Teknik Elektro Undip

2

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 1200C. 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

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

(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

Ketika tegangan phasa U masuk ke belitan

stator menjadikan kutub S (south = selatan), garis-

garis 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

3

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.

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.

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

Rotor ditempatkan di dalam rongga stator,

sehingga garis medan magnet putar stator akan

memotong belitan rotor. Rotor motor induksi

adalah beberapa batang penghantar yang ujung-

ujungnya 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

4

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,

=

100%

di mana

: efisiensi motor

P1 : daya input motor

P2 : daya output motor

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 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).

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 .

Gambar 7 Static scherbius drive

Dalam sistem ini juga tidak dimungkinkan

untuk bisa berputar balik, dan pengereman

regenerative. Kecepatan motor dikontrol dengan

cara mengatur firing angle atau sudut pemicuan

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.

3, 50 Hz supply

5

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 r 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 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 .

Gambar 8 Kontrol Kecepatan dengan Tacho Feedback

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 ( > 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,

3, 50 Hz supply

6

Persamaan di atas menunjukkan bahwa

besarnya slip dapat dikontrol dengan mengubah

firing angle dari line commutated converter. Oleh

karena itu, besarnya daya slip dan kecepatan motor

juga dapat dikontrol dengan cara mengubah firing

angle . Gambar 5.22 menunjukan karakteristik

torsi dan kecepatan dari motor induksi yang

dikontrol dengan sistem static scherbius drive ini.

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. 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

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

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.

7

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