14072-12-608930123244

5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/14072-12-608930123244 1/13

PertemuanKe – 12 Contoh Aplikasi

STUDI PENGEREMAN MOTOR INDUKSI TIGA PHASA SEBAGAI

PENGGERAK ELEVATOR DI MENARA PEMBUTIR UREA PT. PUSRI

PALEMBANG

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Sujono ST, MT. MESIN LISTRIK III 1

5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com


STUDI PENGEREMAN MOTOR INDUKSI TIGA PHASA SEBAGAI PENGGERAK

ELEVATOR DI MENARA PEMBUTIR UREA PT. PUSRI PALEMBANG

Sistem pengereman merupakan hal penting pada suatu motor, pada elevator di

menara pembutir urea PT. PUSRI sistem pengereman yang dipergunakan masih

menggunakan sistem mekanik. Dengan sistem pengereman yang menggunakan

reangkaian elektronika diharapkan akan tercapai pengereman yang lebih soft

dengan pemberian arus DC sebesar 23,2 Ampere yang akan menghasilkan torka

sebesar 8,2087 Nm.


5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com


Teknik Elektro Minggu ke - 12

1. PENDAHULUAN

Penggunaan motor-motor listrik dalam dunia industri banyak pengaruhnya dalam

proses produksi. Dari berbagai jenis motor listrik yang ada, motor induksi adalah

yang paling banyak digunakan. Hal ini dikarenakan motor jenis ini banyak

memiliki keuntungan seperti :

• Konstruksi yang sederhana dan kokoh sehingga hampir tidak dapat dirusak

[1].

• Harganya rendah dan dapat diandalkan serta memiliki effisiensi yang cukup

tinggi [1].

• Perawatannya mudah.

Salah satu penggunaan motor induksi pada industri adalah sebagai penggerak

elevator. Inilah yang merupakan latar belakang mengapa PT. PUSRI Palembang

menggunakan motor induksi sebagai penggerak elevator yang ada pada menara

pembutir urea. Akan tetapi sistem pengereman yang digunakan masih termasuk

yang konvensional, padahal sistem pengereman merupakan salah satu hal

penting yang harus dipenuhi pada suatu elevator .Karena hal ini merupakan

faktor keamanan dan kenyamanan dari elevator tersebut.

2. Motor Induksi Tiga Phasa

Motor induksi tiga phasa merupakan salah satu dari beberapa jenis motor induksi

yang bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik. Sesuai dengan konstruksi

kebanyakan motor pada umumnya, maka motor ini juga terdiri dari dua bagian

yaitu :

a. Stator (bagian yang diam)

b. Rotor (bagian yang berputar) [4]

Sesuai dengan namanya, arus ataupun tegangan pada bagian yang

berputar bukan dihasilkan dari sumber tertentu tetapi merupakan arus yang

terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor

dengan medan putar yang dihasilkan oleh stator.

Bagian yang diam dihubungkan dengan suatu sumber tegangan tiga phasa dan

akan menghasilkan medan magnet yang berputar dengan kecepatan sinkron.

Medan putar tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor yang


5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com



mengakibatkan timbulnya tegangan induksi, karena merupakan rangkaian

tertutup maka di dalam konduktor akan mengalir arus listrik. Adanya arus listrik di

dalam medan magnet mengakibatkan rotor menerima gaya Lorentz [4]. Bila

kopel mula yang dihasilkan pada rotor cukup besar untuk memikul beban, rotor

akan berputar.

Berdasarkan jenis konsruksinya , motor induksi dibedakan menjadi dua jenis

yaitu :

1. Motor induksi rotor belitan

Tipe ini rotornya mempunyai belitan rotor yang sama seperti kumparanstatornya, sedangkan konstruksi stator pada umumnya sama dengan

konstruksi stator motor induksi rotor sangkar.

2. Motor induksi rotor sangkar

Tipe ini bentuk rotor yang terdiri dari batangan-batangan konduktor yang

disusun menyerupai sangkar tupai.

2.1. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa

Jika sumber tegangan tiga phasa dipasang pada kumparan stator maka akantimbul medan putar yang memotong batang konduktor pada rotor sehinggga

mengakibatkan timbulnya tegangan induksi pada kumparan rotor. Karena

kumparan rotor adalah merupakan rangkaian tertutup maka akan timbul gaya

gerak listrik yang menghasilkan arus dan akan menimbulkan gaya pada rotor.

Besarnya tegangan yang diinduksikan dalam kumparan dengan N lilitan :

E = ω .N ω maks . Cos ω t ………… (1)

= Emaks . Cos ω t ………… (2)

dimana :

Emaks. = ω . N ω maks

ω = 2 . π . f

maka :

E = 2 . π . f . ω maks ………… (3)


5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com



Dalam perhitungan untuk arus bolak-balik stasioner yang digunakan adalah

harga akar rata-rata kuadrat (rms) dari harga maksimum tegangan dan arus yang

besarnya adalah 1/ 2 harga maksimum. Sehingga harga rata-rata akar

kuadrat tegangan yang terinduksi adalah :

Erms = ( 2π / 2 ) . f . N . ω maks

= 4,44 . f . N . ω maks ………… (4)

Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya pada rotor cukup besar untuk

memikul kopel beban maka rotor akan berputar searah daengan medan putar

stator. Agar terinduksi diperlukan adanya perbedan relatif antara kecepatan

putar medan stator dengan medan putar rotor. Bila kecepatan medan putar

stator sama dengan sama dengan kecepatan medan putar rotor maka tegangan

tidak akan terinduksi dan arus tidakakan mengalir pada kumoaran jangkar

sehingga dengan demikian tidak dihasilkan kopel.

2.2. Slip

Slip merupakan perbedaan relatif kecepatan antara kecepatan putar rotor (nr )

dengan kecepatan putar stator (ns). Sehingga dirumuskan sebagai berikut :

100 x

n

nn

s

s

r s −

= % ………… (5)

Perubahan kecepatan motor induksi mengakibatkan berubahnya harga slip dari

100 % pada saat mula (start) sampai 0 % pada saat diam (ns = nr ).

Hubungan frekuensi dengan slip dapat dillihat sebagai berikut :

P

f n s

1.120= atau 120

.1

sn P f = …………(6)

Sedangkan pada rotor berlaku hubungab sebagai berikut P:

120

)(2

r snn P

f −

= ………… (7)

Dimana f 2 adalah frekuensi arus rotor, atau :


5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com



s

r s s

n

nn x

n P f

)(

120

.2

−

= ………… (8)

dan karena 100 x

n

nn

s

s

r s −

= %

terlihat bahwa pada saat start dan rotor belum berputar, frekuensi pada stator

dan rotor sama. Dalam keadaan rotor berputar, frekuensi arus rotor

dipengaruhi oleh slip. Karena tegangan induksi dan kumparan rotor merupakan

fungsi frekuensi, maka harganya dipengaruhi oleh slip juga. Dengan demikian

dapat dilihat hubungan sebagai berikut [4]:

E2 = 4,44 . f . N . ω maks (tegangan induksi pada saat diam) ………… (9)

E2s = 4,44 . sf . N . ω maks (tegangan induksi pada saat berputar) ….. (10)

E2s = s . E2 ………… (11)

2.3. Torka

Torka yang terjadi pada motor induksi sebanding dengan hasil kali dari

fluks per kutub dengan arus pada stator. Akan tetapi perlu juga diperhatikan

faktor daya dari rotor. Sehingga persamaannya adalah [4] :

T ∝ φ I2 cos φ 2 atau

T = k φ I2 cos φ 2 ………… (12)

Dimana :

I2 = arus rotor pada kondisi diam

φ 2 = sudut antara tegangan induksi rotor dengan arus rotor

k = suatu konstanta

Dari persamaan diatas pada kondisi diam ditunjukkan oleh E2 ∝ φ . Maka

persamaan diatas menjadi :

T ∝ E2 I2 cos φ 2 atau

T = k1 E2 I2 cos φ 2 ………… (13)

Dari pernyataan diatas jelas bahwa φ 2 meningkat (cos φ menurun) maka torka

pun akan menurun begitu pula sebaliknya bila φ 2 menurun maka torka akan

naik. Sedangkan pada kondisi berjalan jumlah torka yang ada sangat tergantung


5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com



tegangan pada rotor, slip yang ada pada motor, tahanan dan reaktansi rotor

serta

)14(...............sXR

RsE

N2

3T

22

22

22

22

SS2

+π

=

kecepatan motor. Maka persamaan torka pada kondisi berjalan adalah :[1]

2.4. Pengereman Motor

Pengereman yang ada pada motor dapat digolongkan menjadi dua yaitu :[5]

1. Pengereman mekanik

2. Pengereman elektris

Untuk lebih jelasnya akan dibahas satu persatu yaitu :

1. Pengereman mekanik

Pengereman mekanik sering disebut juga dengan pengereman

elektromagnetik yaitu pada saat terhubungnya motor dengan jala-jala atau

motor diputus dari tegangan jala-jala, kumparan solenoid akan kehilangan

sifat magnetnya yang mengakibatkan terjadinya pengereman karena adanya

massa pemberat yang dipasang pada ujung tangkai rem yang bekerja

menarik ban rem. Penggerak rem ini bermacam-macam salah satunya

adalah secara hidrolik yang menggunakan tekanan minyak yang dipompa.

Cara ini merupakan prinsip kerja dari rem yang sering dipakai oleh pesawat

pengangkut dan alat-alat berat.

2. Pengereman elektris

Pengereman elektris ini ada beberapa macam yaitu :

a. Pengereman regenerative

Motor dikatakan regenerative bila motor tersebut berubah kerja sebagai

gererative dan mengembalikan tenaganya pada jala-jala. Keadaan ini

dapat terjadi bila :

• Tegangan jala-jala menjadi turun

• Motor mengalami eksitasi lebih


5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com



• Putaran motor lebih tinggi dari kecepatan kondisi tanpa

beban

Dalam ketiga kondisi diatas arus phasa kumparan jangkar akan terbalik

hingga menghasilkan momen pengereman motor dimana sampai tercapai

suatu harga yang sama dari ggl lawannya dan tegangan jala-jala.

Pengereman regeneratif tidak akan menghentikan putaran motor dan

hanya efektif untuk menahan putaran motor akibat beban.

b. Pengereman dengan pembalikan phasaDengan membalik dua terminal phasa motor dan menukar satu sama lain

dan diperoleh pembalikan momen putar motor yang akan memperlambat

putaran motor. Akan tetapi harus diperhatikan bahwa untuk maksud

pengereman, maka pada saat arah putaran medan magnetik motor

mendadak terbalik, motor diputus dari jala-jala sebelum motor dapat mulai

bekerja pada arah yang lain.

c. Pengereman dinamis

Pengereman ini dilakukan dengan cara memutuskan dua buah terminal

phasa motor dari jala-jala dan lalu dihubungkan dengan sumber DC

tegangan rendah. Biasanya sumber DC diperoleh dari suatu semi

konduktor rectifier yang terhubung dengan jala-jala melalui suatu

transformator. Arus DC yang dihubungkan pada kumparan stator akan

menghasilkan suatu medan statis. Maka dalam rotor akan diinduksikan

suatu gaya gerak listrik E, arus induksi I yang berbanding lurus dengan

putaran n. Torka yang dihasilkan sebanding dengan arus I dan fluks φ .

T ≈ Iφ ≈ n maka T≈ n

3. Analisa Pengereman

Sebelum memulai analisa pengereman yang ada pada penggerak elevator

tersebut ada baiknya ditinjau dulu data dan perhitungan dari motor induksi yang

dipergunakan.

3.1. Data Motor


5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com



Kecepatan : 920/175 rpm

Frekuensi : 50 Hz

Kutub : 6/24

Arus full load : 11,6 Ampere

Tegangan : 440 volt

Daya keluaran : 5,5 KW

Tahanan (R2) : 0,06 ohm

Reaktansi (X2) : 0,26 ohm

3.2. Perhitungan Slip

Untuk kecepatan perlu dicari pada 6 dan 24 kutub yaitu :[1]

rpmn P

f n

s

s

10006

50.120

.120

==

=

Sedangkan untuk 24 kutub :

rpmn

P

f n

s

s

25024

50.120

.120

==

=

Dengan demikian dapat dicari slip motor pada 6 kutub yaitu :

08,0%1001000

9201000

%100

=

−

=

=

−

x s

x

n

nn

s

s

r s

Sedangkan untuk 24 kutub yaitu :


5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com



3,0%100250

175250

%100

=

−

=

=

−

x s

x

n

nn

s

s

r s

Dari hasil perhitungan slip tersebut terlihat bahwa semakin banyak kutub yang

berarti kecepatan makin rendah maka slip yang dihasilkan akan semakin besar.

Torka juga dipengaruhi oleh tegangan yang masuk pada rotor (E2) sehingga

perlu dicari juga berapa tegangan tersebut :

Untuk 6 kutub yaitu :

E2S = s . E2

= 0,08 . 440

= 35,2 volt

sedangkan untuk 24 kutub :

E2S = s. E2

= 0,3 . 440

= 132 volt

semuanya dengan asumsi E1 = E2.

Tahanan pada 6 kutub :

R2S = s . R2

= 0,08 . 0,06 = 0,0048 ohm

Reaktansinya adalah :

X2S = s . X2

= 0,08 . 0,26 = 0,0208 ohm

Pada kutub 24 kutub :

R2S = s . R2

= 0,3 . 0,06 = 0,018 ohm


5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com



Reaktansinya adalah :

X2S = s . X2

= 0,3 . 0,26 = 0,078 ohm

Dari hasil perhitungan di atas maka dapat dihitung persamaan torka pada kondisi

berjalan dengan persamaan 13

Torka untuk 6 kutub yaitu

Nm487,0

)0208,0()06,0(

)06,0()2,35(

10002

3

sXR

RsE

N2

3T

22

22

2

2

2

2

22

22

S

S2

=

+π

=

+π

=

Sedangkan untuk 24 kutub :

Nm313,12

)078,0()06,0(

)06,0()132(

2502

3

sXR

RsE

N2

3T

22

22

22

22

22

22

SS2

=

+π

=

+π

=

3.3. Analisa Pengereman

Sistem pengereman yang dipergunakan adalah sistem pengereman mekanik

dengan magnetik. Sistem ini tidak soft (lembut) sehingga dirasakan guncangan

oleh penumpang. Hal ini dapat dilihat dari harga torka pada saat kondisi jalan

seperti perhitungan di atas.

Pengereman ini memiliki kelemahan :

• Terjadi hentakan dan tidak lembut

• Sepatu rem yang digunakan mudah aus

• Perawatannya lebih intensif.

•

Adapun kelebihannya adalah :

• Daya cengkeramnya dapat diandalkan sehingga cukup aman


5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com



• Tidak perlu menghilangkan energi panas pada motor selama waktu

pengereman

Pengereman yang baik memiliki diagram sebagai berikut :

Sehingga untuk mencapai diagram pengereman di atas diperlukan suatu alat

bantu yang memperbaiki dari sistem pengereman yang dipergunakan. Sistem

pengereman yang disarankan adalah dengan injeksi arus searah atau DC ke

stator.

Pengereman ini memiliki banyak keuntungan diantaranya adalah:

• Tidak adanya gesekan

• Tidak diperlukan perawatan yang berlebihan

• Dapat diatur penghentiannya

• Pengeremannya lebih lembut (soft)

Namun demikian masih ada kekurangan yang dirasakan yaitu :

• Tidak dapat bekerja dalam kondisi kekurangan daya

• Terjadi penambahan panas yang harus dihilangkan pada motor

• Tidak dapat berfungsi sebagai pencengkeram.

Berapa besarnya arus DC yang harus diinjeksikan adalah dua sampai tiga kali

dari arus beban penuh (full load) dari motor [3]. Sedangkan torka yang terjadi

yaitu : 2/3 dari torka motor.[3] Sehingga arus yang diinjeksikan yaitu :


NS

T0

T1

T2Waktu

(detik)Gambar 2. Diagrampengereman [3]

5/12/2018 14072-12-608930123244 - slidepdf.com



IDC = 2 x IFL

= 2 x 11,6 = 23,2 Ampere

Torka yang perlu dihitung yaitu pada kondisi 24 kutub yaitu :

TPengereman = 2/3 x TP24

= 2/3 x 12,313 Nm

= 8,2087 Nm.

Dari hasil pembahasan tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa bentuk

pengereman alternatif lain yaitu pengereman dinamis dengan injeksi arus DCyang akan membentuk torka untuk melawan torka yang ada pada motor. Untuk

membantu pengereman pada motor penggerak elevator di menara pembutir urea

arus yang diinjeksikan adalah sebesar 23,2 Ampere sehingga torka yang

terbentuk yaitu sebesar 8,2087 Nm.


14072-12-608930123244

Documents