OPERASIONAL MOTOR INDUKSI 3 FASA
A. Motor Induksi Tiga Fasa
Motor
induksi tiga fasa merupakan suatu alat atau pesawat yang dapat mengubah energi
listrik AC tiga fasa menjadi energi mekanik.
Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan
diperoleh dari sumber
tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi akibat adanya fluks magnet yang
terinduksi ke batang rotor sangkar maka timbul GGL induksi sebagai akibat
adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar yang
dihasilkan arus stator.
Motor
induksi tiga fasa sangat banyak digunakan dalam industri atau dalam penggunaannya. Hampir 80% konversi energi
yang ada didunia ini dilakukan oleh motor induksi tiga fasa.
Ada beberapa keuntungan
dan kerungian dalam pemakaian motor induksi tiga
fasa rotor sangkar yaitu:
1.
Keuntungan pada motor induksi yaitu:
·
Sruktur sederhana dan memiliki konstruksi yang
kokoh.
·
Pengaturan start yang sederhana.
·
Mudah dioperasikan.
·
Perawatanya sederhana.
·
Mudah diperbaiki.
2.
Kerugian pada motor induksi yaitu:
·
Memiliki torsi
yang rendah.
|
·
Kecepatan yang menurun seiring bertambah beban.
·
Dibutuhkan peralatan tambahan untuk mengatur
kecepatan motor yang harganya mungkin lebih mahal dari motor itu sendiri,
misalnya gear box.
Prinsip kerja
motor induksi yaitu:
- Apabila sumber tegangan tiga fasa dipasang pada kumparan stator, maka akan timbul medan putar dengan kecepatan ns = 120f/p.
- Medan putar stator tersebut akan melalui batang konduktor pada rotor. Akibatnya pada batang konduktor akan timbul GGL induksi.
- Karena batang penghantar rotor merupakan rangkaian tertutup maka GGL akan menghasilkan arus (I).
- Adanya arus (I) didalam medan magnet akan menimbulkan gaya (f) pada rotor.
- Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya (f) pada rotor cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.
- GGL induksi timbul karena terpotongnya batang konduktor (rotor) oleh medan putar stator, artinya agar GGL induksi itu timbul, diperlukan adanya perbedaan relative antara kecepatan medan putar (ns) dengan kecepatan berputar rotor (nr).
- Perbedaan kecepatan itu dikatakan dengan slip (S) dan dinyatakan dengan:
S =(ns - nr)/ns x 100%
8.
Bila nr = ns, GGL induksi tidak akan timbul dan arus
tidak mengalir pada batang konduktor (rotor), dengan demikian tidak dihasilkan
kopel.
9.
Dilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga
motor tak serempak atau asinkron.
B. Motor
Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar
1. Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa Rotor
Sangkar
1.1. Stator
Stator merupakan bagian yang tidak berputar dari motor.
Pada prinsipnya stator pada motor
induksi sama dengan stator pada generator, stator dibuat sedemikian rupa yang
mempunyai alur-alur sebagai tempat kawat-kawat kumparan. Gulungan stator adalah
gulungan tiga fasa dan dengan mengatur gulungan ini dapat menentukan jumlah
kutub, dan menentukan kecepatan sinkron seperti pada gambar 2.1 berikut.

Gambar.
2.1 Stator
1.1.1. Belitan Stator
Motor induksi tiga fasa merupakan motor yang paling
banyak digunakan pada industri. Motor induksi tiga fasa mempunyai tiga belitan
pada statornya sehingga ujung-ujung belitannya pada terminal ada enam. Pada gambar 2.2 berikut digambarkan belitan stator.

Gambar 2.2 Notasi Belitan Stator
Untuk menjalankan motor tiga fasa belitan stator motor
dapat dihubungkan secara bintang (Y) atau segitiga (Δ). Untuk motor dengan daya
yang kecil biasanya hanya dihubungkan bintang, sedangkan motor yang besar(>
5 Pk) dihubungkan bintang segitiga (hubungan Y untuk start dan hubungan
segitiga untuk running dengan alasan untuk memperkecil arus start). Selain itu
dengan rangkaian ini motor dapat dibalik arah putaran rotornya dengan hanya
menukar salah satu fasa saja. Hubungan Y dan Δ dari belitan stator motor dapat
dilihat seperti gambar 2.3 dibawah.

(a) (b)
Gambar 2.3
(a) Hubungan bintang (Y) (b)
Hubungan Segitiga (Δ)
1.2. Rotor
Rotor bagian yang berputar dari motor. Pada motor
terdapat kawat tembaga atau aluminium. Hampir 90 % kumparan rotor dari motor
induksi menggunakan jenis rotor sangkar, karena rotor sangkar bentuk
kumparannya sederhana dan tahan terhadap goncangan. Rotor pada motor induksi
terdiri dari dua jenis yaitu:
1.2.1.Rotor sangkar
Rotor jenis ini mempunyai rotor dengan batang penghantar yang
terdiri dari beberapa konduktor yang dipasang sedemikian rupa sehingga harganya
murah. Rotor sangkar ini terdiri dari inti rotor berbentuk silinder terlaminasi
dengan slot-slot dalam inti secara berlapis-lapis. Dan sebagai tempat konduktor
merupakan batagan aluminium. Dan jenis rotor yang digunakan pada mesin mixer
adalah rotor sangkar yang dijaskan
pada gambar 2.4 berikut.



Gambar
2.4 Rotor Sangkar dan Rangkaian Motor rotor
sangkar
1.2.2.Rotor Belitan
Rotor jenis ini tersedia untuk tiga fasa, dimana
belitan pada rotor sama seperti kumparan pada stator. Jumlah kutub pada
kumparan rotor sama dengan jumlah kutub pada kumparan stator seperti pada gambar 2.5 dibawah.

Gambar
2.5. Rotor Lilit
C. Sistem Pengontrolan
1. Thermal Overload Relay (TOR)
TOR
merupakan relay untuk mengamankan rangkaian motor terhadap gangguan beban
lebih. Alat ini biasanya digandeng dengan kontaktor. Beban lebih atau arus
lebih yang mengalir ke motor dapat menyebabkan motor menjadi panas, bahkan
motor akan terbakar. Beban lebih dapat diakibatkan diantaranya karena:
·
Terlalu besar beban mekanik dari kemampuan
motor.
·
Arus start yang terlalu besar atau motor
berhenti secara mendadak.
·
Terjadinya hubung singkat pada lilitan motor.
·
Terputusnya salah satu phase darimotor tiga
fase.
TOR dihubungkan dengan kontaktor pada kontak 2, 4, 6
sebelum ke beban (motor). Gunanya untuk mengamankan motor atau memberi
perlindungan kepada motor dari kerusakan yang diakibatkan oleh beban lebih.
Relay ini mempunyai kontak-kontak bantu NO (Normally
Open) dan NC (Normally Close). Kontak Bantu NC digunakan sebagai pengontrol
operasi kontaktor, dan kotak bantu NC digunakan untuk mengoperasikan lampu
indicator yang menandakan gangguan pada motor.

Gambar
2.6
Thermis Overload Relay
1. Prinsip Kerja TOR
Pada TOR terdapat bimetal, yaitu dua logam yang mempunyai
titik muai yang berbeda. Prinsip kerja TOR berdasarkan panas (termal) yang
ditimbulkan oleh arus yang mengalir melalui elemen-elemen pemanas bimetal. Jika
arus yang mengalir ke motor melebihi harga nominalnya maka bimetal akan panas
dan melengkung sehingga akan menggerakkan saklar/titik kontak/pengungkit yang
ada pada TOR itu sendiri yang menyebabkan rangkaian terputus. TOR dapat direset
secara manual setelah bimetal dingin kembali.
Pada saat motor mengalami gangguan bebanlebih, maka kontak
bantu NC pengaman ini akan memutuskan supplai daya ke kontaktor yang
mengoperasikan motor tersebut, sehingga motor akan bekerja dan terhindar dari
kerusakan akibat gangguan tersebut.
2. Struktur dan Symbol TOR
TOR
mempunyai tiga buah plat bimetal yang dililit oleh kawat pemanas yang
dihubungkan sesuai dengan phasa R, S, T. Struktur dengan simbol dari TOR dapat
dilihat pada gambar 2.7 dibawah.

Gambar
2.7 Kerja dari TOR
- Kontaktor
Kontaktor adalah saklar yang bekerja berdasarkan
kemangnetan. Artinya saklar ini bekerja jika ada gaya kemagnetan. Magnet listrik berfungsi
sebagai penarik kontak-kontak hubung pada saat kumparan dialiri atau tidak
dialiri arus listrik. Sebuah kontaktor harus tahan dan mampu mengalirkan dan
memutuskan arus dalam keadaan kerja normal. Arus kerja normal adalah arus yang
mengaklir selama pemutusan tidak terjadi.
Magnetik
Kontaktor adalah switch magnetik yang serupa dengan relay magnet dalam prinsip
kerjanya dan biasanya digunakan untuk rangkaian control yang menggunakan
tegangan dan arus yang cukup besar dibandingkan relay. NEMA mendefinisikan
magnetic kontaktor sebagai saklar yang digerakkan secara magnetis untuk
menyambung atau membuka berulang-ulang rangkaian daya listrik (F. Petruzella
2001: 405).
Sebuah kontaktor, kumparan magnetnya
(coil) dapat dirancang untuk arus
searah (DC) atau untuk arus bolak-balik (AC). Kontaktor arus AC ini pada
inti magnetnya dapat dipasang cincin hubung singkat, gunanya adalah untuk
menjanga arus kemagnetan agar kontiniu sehingga kontaktor tersebut dapat
bekerja normal. Sedangkan pada kumparan magnet yang dirancang untuk arus DC
tidak dipasang cincin magnet. Bila kontaktor untuk arus searah (DC) digunakan untuk
arus bolak-balik (AC) maka kemagnetannya akan hilang dan timbul setiap saat
mengikuti bentuk gelombang arus AC. Jika frekuensi arus AC 50 Hertz berarti
dalam satu detik akan timbul 50 gelombang. Dan satu periode akan memakan waktu 1/50 = 0.02 detik yang
menempuh dua kali titik nol. Dengan demikian dalam 1 detik terjadi 100 kali
titik nol atau dalam 1 detik kumparan magnet kehilangan magnetnya 100 kali.
Karena itu untuk mengisi kehilangan arus maka belitan hubung
singkat yang berfungsi sebagai pembangkit induksi magnet ketika arus magnet
pada kumparan magnet hilang. Dengan demikian maka arus magnet pada kontaktor akan
dapat diperthankan secara terus menerus. Bila kontaktor yang dirancang untuk
arus AC digunakan pada arus DC maka pada kunparan itu tidak timbul induksi
listrik sehingga kumparan menjadi panas. Sebaliknya bila kontaktor magnet untuk
arus AC maka kontaktor itu akan bergetar yang disebakan oleh kemagnetan pada
kumparan magnetnya timbul dan hilang setiap detik 100 kali. Kontaktor akan
bekerja normal apabila tegangannya mencapai 85% dari tegangan kerja, bila
tegangannya turun maka kontaktor akan bergetar.
Tegangan yang digunakan oleh magnet kontaktor adalah tegangan
satu phasa (220 V) dan tegangan tiga phasa (380 V). Konstruksinya dapat dilihat
pada gambar 2.8 dibawah.

Gambar 2.8 Magnetik Kontaktor
Ukuran dari kontaktor ditentukan
oleh batas kemampuan arusnya. Biasanya pada kontaktor terdapat beberapa kontak,
yaitu kontak normal membuka (Normalli Open =NO) dan kontak normally menutup (Normalli Closed = NC). Kontak NO berarti saat
kontaktor magnet belum bekerja kedudukannya membuka dan bila kontaktor bekerja
kontak itu menutup/menghubung. Sedangkan kontak NC berarti pada saat kontaktor
belum bekerja kedudukan kontaknya menutup dan bila kontaktor bekerja
kedudukannya akan membuka. Jadi fungsi kontaktor NO dan NC Berlawanan, kontak
NO dan NC bekerja dan membuka sesaat lebih cepat sebelum kontak NO menutup.
Fungsi dari kontak-kontak dibuat
untuk kontak utama dan kontak bantu. Kontak utama terdiri dari kontak NO dan
kontak Bantu terdiri dari kontak NO dan NC. Kontak utama digunakan untuk
mengalirkan arus utama, yaitu arus yang diperlukan untuk pesawat pemakai
listrik, misalnya motor listrik. Sedangkan kontak bantu digunakan untuk
mengalirkan arus bantu, yaitu arus yang diperlukan untuk kumparan magnet.
a. Struktur dan prinsip kerja kontaktor
Struktur
kontaktor magnet seperti terlihat pada gambar dibawah. Hal yang berbeda dari
rele magnet adalah bagian kontak utama (main contact) dan kontak tambahan
(auxiliary contact) adalah untuk kapasitas arus yang besar yang dapat
men-switch rangkaian utama supaya berdiri sendiri seperti pada gambar 2.9 dibawah.

Gambar 2.9 Struktur dari Magnetik kontaktor
Cara
kerja kontaktor magnet adalah dengan gaya
magnetisasi dari kontak diam/fixed core (rangsangan kumparan magnet kontaktor)
bila arus input dialirkan kedalam coil (arus dialirkan dengan adanya tegangan
listrik).
Selanjutnya
kontak gerak pada gambar 2.10 bergerak bersama dengan inti gerak (mobile core)
yang mengakibatkan kontak diam (fixed contact) menjadi ON. Bila arus yang
mengalir ke coil di putus, gaya
magnet akan hilang dan mengakibatkan inti gerak dan kontak gerak kembali ke
posisi semula akibat pengaruh dorongan pegas dan akibatnya kontak diam (fixed
contact) menjadi OFF kembali.
Struktur dari magnetik kontaktor digambarkan pada gambar 2.10 dibawah.

Gambar 2.10 Struktur dari magnetic kontaktor
b. Simbol dan cara kerja magnetic kontaktor
Gambar
simbol suatu kontaktor magnet juga dinyatakan secara terpisah ke dalam kumparan
dan kontaknya. Gambar simbol kumparan sama dengan pada rele magnet, tetapi kontak
bantu diberikan berlainan dengan kontak utamanya (kontak utama untuk kapasitas
besar, kontak bantu untuk rangkaian control). Berikut gambar 2.11 dibawah ini memperlihatkan kondisi
kerja kontak dan coilnya.

Gambar 2.11 Simbol dan kerja magnetic Kontaktor
Keuntungan penggunaan magnetik
kontaktor sebagai pengganti peralatan control yang dioperasikan secara manual
meliputi:
1.
Pada penanganan arus besar atau tegangan tinggi, sulit
untuk membangun alat manual yang cocok. Lebih dari itu alat itu besar dan sulit
mengoperasikannya. Sebaliknya bila dengan kontaktor yang akan menangani arus
yang besar atau tegangan tinggi, dan alat manual yang harus mengontrol hanya
kumparan dari kontaktor.
2.
Kontaktor memungkinkan operasi majemuk dilaksanakan
dari satu operator dan interlocked untuk mencegah kesalahan dan bahaya operasi.
3.
Pengoperasian yang berulang-ulang dalam satu jam dapat
digunakan kontaktor untuk menghemat usaha.
4.
Kontaktor dapat dikontrol secara otomatis dengan ala
pilot yang sangat peka,
5.
Tegangan yang tinggi dapat diatasi dengan kontaktor dan
menjauhkan seluruhnya dari operator, sehingga meningkatkan keselamatan/keamanan
instalasi.
6.
Dengan kontaktor peralatan control dapat dipasang pada
tempat yang jauh.
Dengan
kontaktor, control otomatis dan semiotomatis mungkin dilakukan dengan peralatan
seperti control logika yang dapat diprogram seperti PLC.
- Miniatur Circuit Breaker (MCB)

Gambar
2.12 Konstruksi Mini Circuit Breaker (MCB)
Keterangan
gambar.
1.Batang bimetal 2.
Batang penekan
3.
Tuas pemutus kontak 4.
Lengan kontak yang bergerak
5. Pegas (per) penarik kontak 6. Trip koil
7. Batang pendorong 8. Batang penarik
kontak
9. Kontak tetap 10. Kisi penahan busur
11.
Plat penahan dan busur api
Prinsip kerja dari MCB dibuat
sedemikian rupa agar dapat bekerja untuk memutuskan gangguan yang terjadi pada
instalasi listrik dengan kemampuan tinggi secara otomatis. MCB bekerja saat terjadi gangguan arus
lebih dengan dua cara, yaitu:
1. Operasi thermal
Operasi
pemutus oleh MCB karena gangguan beban lebih. Operasi thermal ini bekerja
karena adanya efek panas yang terjadi pada batang bimetal (1) akibat arus beban
yang melebihi rating arus nominal MCB yang terjadi pada rangkaian instalasi
maupun peralatan listrik. Panas yang timbul ini akan mengakaibatkan batang
bimetal melengkung dan akan mendorong batang penekan (2) untuk menekan tuas
pemutus kontak (3) sehingga mekanisme pengunci kontak akan mengendor dan
bersamaan dengan itu (5) pegas penarik kontak akan menarik lengan kontak yang
bergerak (4) menjahui kontap tetap (9) dengan demikiangangguan arus lebih
tersebut dapat diatasi.
2. Operasi Magnetik
Operasi
pemutusan oleh MCB karena gangguan
arus hubung singkat. Jika pada suatu rangkaian instalasi listrik terjadi hubung
singkat maka pada rangkaian akan mengalir arus yang cukup besar yang
menimbulkan fluksi yang cukup besar pada trip koil (6) sehingga batang inti
dari koil tersebut akan bergerak ke depan atau batang pendorong (7) akan
mendorong batang penekan (2) dan bersaman dengan itu batang inti bagian
belakang atau batang penarik kontak (8) akan menarik lengan konytak yang
bergerk agar segara menjahui kontak tetap (9) dan dalam waktu yang sama pula batang
penekan akan menekan (3) tuas pemutus
kontak. Untuk selanjutnya sama dengan operasional thermal, hanya disini saat
kontak membuka akan timbul semburan busur api yang cukup besar, dimana semburan
api tersebut langsung dimatikan ke sisi pemadam (11), karena kisi-kisi tersebut
diatur sedemikian rupa sehingga busur api yang menyembur tersebut langsung
dipisah-pisahkan menjadi bagian kecil pada masing-masing kisi, sehingga
pemadaman dapat dilakukan dengan cepat, dengan cara itu rangkaian instalai yang
terhubung singkat dapat diamankan.
D. Metode Starting (pengasutan) Motor
Pada
saat start motor induksi tiga fasa membutuhkan arus awal sebesar 5 sampai 7 kali dari arus kerja atau
jalannya. Untuk motor berdaya kecil tidak menjadi masalah namun sebaliknya sangat
bermasalah dengan motor berkapasitas besar. Oleh karena itu digunakan suatu
metode agar pada saat start, motor menggunakan arus awal yang kecil. Ada beberapa metode
starting yaitu:
1. Direct On Line (DOL)
Yaitu dengan menghubungkan secara langsung lilitan fasa stator motor
dengan tegangan sumber. Dengan metode ini tidak ada pengurangan arus start
(mula), metode ini hanya digunakan untuk motor-motor kecil yang berdaya kurang dari 5 KW dan
digunakan oleh motor induksi dengan rotor sangkar digambarkan pada gambar 2.13.


Gambar
2.13. Pengasutan Motor tiga fasa dengan DOL
2. Stator Resistance Starter
Prinsip kerja dari metode ini yaitu dengan memberikan tahanan yang dapat
diatur pada stator, sehingga dapat menurunkan tegangan yang masuk pada stator,
dengan berkurangnya tegangan masuk maka arus start juga akan berkurang. Setelah
motor bekerja normal maka tahanan akan diperkecil / dihilangkan. Metode ini
hanya digunakan pada motor induksi rotor sangkar seperti pada gambar 2.14 berikut.

Gambar
2.14 Pengasutan motor tiga fasa dengan stator
resistance starter
3. Star delta starter
Aplikasi-aplikasi industri umumnya banyak digunakan metode ini yaitu
pengasutan motor dengan hubungan bintang dan segi tiga. Umumnya motor
menggunakan hubungan segi tiga dalam kerja normal karena kemampuan dalam
menangani beban-beban yang lebih dibandingan hubungan bintang, namun hubungan
bintang memiliki arus sepertiga dari nilai yang dimiliki jika dihubungkan
kebeban yang sama dengan hubungan segi tiga. Oleh karena itu untuk start
digunakan hubungan bintang dan saat normal dihubungkan segi tiga. Metode ini
dapat digunakan motor induksi baik dengan rotor sangkar maupun rotor lilit digambarkan pada gambar 2.15 berikut.

Gambar
2.15 Pengasutan motor tiga fasa dengan star delta