Ismujianto

Bagaimana memperkirakan Arus start pada motor induksi ?

(Oleh Ismujianto)

Politeknik Negeri Jakarta

Motor induksi merupakan motor listrik yang paling banyak digunakan pada penggerak dari mesin pada sistem kerja perangkat di industri, tetapi pernahkah anda berpikir bagai mana sebenarnya metoda yang tepat untuk menentukan besar arus sarting motor ini ?

Kadang kala keterbatasan pengetahuan kita tentang tentang motor induksi ini ini cukup menggangu aktifitas kinerja kita. Di sini akan kita lihat bagai mana jawaban dari pertanyaan diatas.

Pada dasarnya anda sudah tahu cara yang umum digunakan seorang electrical engenier untuk menentukan besar arus start motor induksi ini , tetapi apa yang bendasari prediksi penentuan besar arus start ini kadang kurang kita mengerti.

Apa arus start itu?

Arus start merupakan arus listrik yang diperlukan oleh motor untuk pertamakali menjalankan aktifitasnya dari kondisi awal yang berhenti.

Latar Belakang Masalah

Pada saat awal menjalankan motor ,biasanya akan timbul beberapa masalah, diantaranya;

1. Memungkinkan terjadinya penurunan tegangan yang berakibat pada terjadinya gangguan pada beban lain dalam satu system.

2. Besarnya arus starting yang berakibat pada kerusakan motor.

3. Kerusakan pada sambungan beban yang diakibatkan oleh terlalu cepatnya perubahan percepatan,

Untuk menghindari ( menanggulangi )masalah diatas perlu adanya pemasangan pengaman dan pengendali motor seperti:

• Over current protection, yang difungsikan untuk mematikan atau memutuskan hubungan motor dengan supply.

• No voltage relay yang difungsikan untuk memutuskan hubungan motor bila tegangan mengalami penurunan.

• Inferter & sofstater.

Hal hal ini menuntut kita lebih memahami perilaku karakter motor induksi yang akan kita gunakan sehingga mempermudah perancangan sistem pengamanan yang diperlukan , pemahaman ini bisa dipelajari berdasar data mame pate yang tertera pada motor ( terutama motor yang belum pernah di rewwinding ) tetapi untuk motor yang telah mengalami rewwinding perlu adanya metoda pengujian bloking rotor.

Penentuan Arus starting Motor Induksi

A. Penentuan arus start motor induksi untuk motor yang belum pernah mengalami rewwinding dapat dihitung berdasar data yang tertera pada nameplate yang tertera pada motor , hal ini dapat dilihat pada code letter yang tertera. Seperti pada salah satu contoh namepate berikut.

Berdasar Code letter yang ter tera pada name pate ini , kita gunakan tabel sandar dari NEMA

Nominal Code Letter	Locked rotor KVA/hp	Nominal Code Letter	Locked rotor KVA/hp
A	0-3.15	L	9.00-10.00
B	3.15-3.55	M	10.00-11.20
C	3.55-4.00	N	11.20-12.50
D	4.00-4.50	P	12.50-14.00
E	4.50-5.00	R	14.00-16.00
F	5.00-5.60	S	16.00-18.00
G	5.60-6.30	T	18.00-20.00
H	6.30-7.10	U	20.00-22.40
J	7.10-8.00	V	22.40and up
K	8.00-9.00

Untuk penghitungan arus ini didasari dari daya semu (apparent power )motor.

Sstart = (rated horse power) X (code letter)

Sedang untuk menentukan besar arus start

Is = Sstart / 3 Vphasa

Contoh

Motor induksi 3 phasa 3 HP seperti pada name pate diatas bila dihubung secara bintang dan dipasang pada tegangang 380V maka beasar arus start yang bisa terjadi

Menurut NEMA (terlampir), code letter K adalah 8,00 –9,00 kVA/HP

Sstart = 3 X 9,00 = 27 kVA

Besar arus start

40,8 A

Sedang bila motor bekerja dengan beban nominal dengan power faktor 0,8 maka besar arus nominal =4,23A sehingga terlihat bahwa arus start 9 kali lebih besar dari arus nominal.

B. Penentuan arus start motor induksi untuk motor yang telah mengalami rewwinding

Untuk motor dengan kondisi ini besar arus start yang mungkin terjadi dapat diketahui dengan mengunakan metoda ektrapolasi .

Cara yang dilakukan pada metoda ini , perlu dilakukan pengambilan data berdasar pengamatan besar arus motor dengan pengaturan tegangan dibawah tegangan kerja nomimal dengan kondisi rotor di blok ( di rem ).

Mengingat motor induksi mempunyai rangkaian pengganti semacam tranformator yang kumparan sekundair yang dihubung singkat , maka perhitungan arus starting pada tegangan nominal dapat dihitung berdasar data impedansi yang didapat pada tegangan dibawah tegangan nominal.

dengan cara mengatur ( memvariasikan )tegangan input ke stator motor dan melakulan bloking pada rotor maka didapatkan arus yang bervariasi. Impedansi motor dapat ditentukan berdasar data pengukuran tegangan dan arus saat rotor di blok.

Untuk menentukan besar arus strating motor pada kondisi nominal dilakukan dengan cara membagi tegangan nominal motor dengan besar impedansi yang didapat berdasar hasil pengukuran ( Exrtapolasi )

Ringkasan

Penentuan besar arus starting motor induksi dapat dilakukan dengan mengenali code letter yang ada pada nameplate motor dan juga dapat dilakukan melalui metoda Extrapolasi.

Daftar Acuan

1. Anthony J Pansini ; Basics of Electric Motor; Prentice-Hall,inc 1989

2. Alan W.Yeadon ; Handbook of small electric motors;McGraw-Hill2001

3. Bill Drury; The Control Technicques Drives and Controls Handbook;IEE 2001

4. Laporan Penelitian Ismujianto; arus starting motor induksi metoda Extrapolasi; Politeknik Negeri Jakarta 2002.

5. Ismujianto,Isdawimah;Buku ajar Mesim Listrik 1&2;Politeknik Negeri Jakarta 2007.

Tinjauan mata kuliah

Motor Induksi 3 phase

Motor induksi merupakan motor yang paling banyak digunakan pada mesin penggerak di industri hal ini dikarenakan perawatan yang diperlukan maupun perubahan kecepatan yang terjadi pada kondisi tanpa beban dengan kondisi beban penuh cukup kecil, untuk membentuk medan penguat medan pada stator motor induksi ini hanya diperlukan satu input tegangan sedang medan penguat pada rotor dihasilkan berdasar induksi tegangan dari stator. Sebagai akibatnya motor induksi ini mempunyai faktor kerja ( cos ) kurang dari 1.

Untuk mengoperasikan motor induksi tidak diperlukan biaya yang besar, tetapi untuk pengaturan maupun pengendalian putaran secara terus menerus ( variable ) perlu digunakan inverter.

Konstruksi motor induksi

Secara konstruksi motor induksi mempunyai dua bagian yaitu stator dan rotor.

Stator

Stator pada motor induksi 3 phase mempunyai kontruksi yang sama dengan stator pada mesin sinkrun yaitu berupa tiga buah lilitan penghantar yang masing-masing lilitan berbeda 120 listrik seperti pada gambar 1.Jika pada masing masing lilitan pada stator ini diberikan tegangan AC 3 phasa maka pada stator ini akan terbentuk medan maknit yang besarnya sangat dipengaruhi perubahan tegangan AC tersebut

Gambar 1

Gambar konstruksi belitan stator motor induksi 3 phasa

Rotor

Sesuai dengan namanya rotor pada motor induksi bersifat semacam secundair dari tranformator sedang stator merupakan primair, putaran medan maknit pada stator menyebabkan perpotogan medan magnit oleh penghantar pada rotor sehingga menghasilkan arus pada rotor yang akan mengakibatkan timbulnya medan maknit seperti yang terjadi pada stator.

.

Gambar 2 Konstruksi Rotor Sangkar

Rotor pada motor induksi ada dua macam yaitu motor sangkar dan rotor lilit pada rotor sangkar penghantar yang dipasang pada slot dihubung singkat pada ujung dari rotor seperti pada gambar 2 sedang pada rotor lilit penghantar yang dipasang mempunyai kontruksi yang sama seperti penghatar pada stator sedang ujung masing-masing penghatar dihubung-singkatkan melalui resistor yang dipasang diluar motor .

Gambar 2b Konstruksi Rotor Lilit.

TERBANGKITNYA MEDAN PUTAR

Pada gambar 3 dimisalkan masing-masing phasa digambarkan dengan sebuah lilitan dan masing-masing lilitan (A, B dan C) berbeda phasa 120.

Gambar 3

Medan putar dan diagram fektor dari phase

Rangkaian Eqivalent motor induksi rotor sangkar

Rangkaian Eqivalent motor induksi rotor sangkar digambarkan semacam tranformator yang dihubung singkat pada sisi secundairnya sedang untuk motor induksi rotor lilit hubung sikat pada sisi secundair dilakukan setelah melalui resistor yang dipasang disisi luar motor.

gambar 4 Rangkaian Eqivalent motor induksi rotor sangkar

Konstanta Pada Rotor

Stator pada rotor ini dapat disamakan dengan primair pada transformator, hal ini dikarenakan konstruksi dari stator mempunyai fungsi selain membangkitkan medan putar juga berfungsi menginduksikan medan listrik pada rotor, sedang rotor diidentikkan dengan sekunder dari trafo yang dihubung-singkatkan.

Pada motor induksi belitan rotor dan stator dapat diquivalenkan seperti pada rangkaian berikut (Howard E Jordan, 1983:59, S langdrof Alexander, 1981:258)

Gambar 5. Rangkaian equivalen rotor motor induksi

e.m.f. pada rotor per phasa = Er = s E2 (Symonds Aland, 1980:158, Person Mc,1981:295)

Er = n s E1

Sedang besar reaktansi pada rotor

X2 = 2  f L

Dengan demikian besar impedansi rotor per phasa

Sehingga besar arus pada rotor

I2 = E2 / Z2 (S Langdrof Alexander, 1981 : 259)

= n E1 / Z2

Dengan dapat diketahui besar arus yang mungkin terjadi paa motor maka dapat diperhitungkan besar arus yang diperlukan dari sumber.

Frekwensi rotor

Pada motor induksi kecepatan putar rotor selalu tertinggal terhadap putaran medan maknit yang terjadi pada stator, selisih kecepatan putar ini yang mengakibatkan terinduksinya tegangan pada rotor, tegangan induksi pada rotor ini mempunyai frekwensi yang besarnya dihitung berdasar rumusan berikut:

Impedansi pada rotor

Dengan berubahnya frekwensi pada rotor mengakibatkan perubahan reaktansi induktif pada rotor yang juga mengakibatkan perubahan impedansi pada rotor, dan besar impedansi ini dapat dihitung deangan rumusan sebagai berikut:

Saat awal motor jalan	Saat motor jalan

Arus Rotor

Perubahan impedansi pada rotor membawa pengaruh pada besar arus yang timbul pada rotor, besar arus pada rotor ini dapat dihitung berdasar pembagian antara tegangan induksi yang terjadi pada rotor dibagi inpedansi rotor

A

rus rotor saat motor start

Arus motor saat motor jalan ( rotor berputar )

Rugi rugi tembaga pada rotor

Dimana

S
ehingga

A
tau

Daya dan torsi pada motor induksi

Daya pada motor induksi merupakan besaran tegangan dan arus yang digunakan bila motor tersebut motor induksi 3 phasa maka besar daya input dapat dituliskan dengan rumusan

Rugi yang terjadi pada stator merupakan rugi yang terjadi akibat resistansi tembaga pada stator dan besarnya sangat dipengaruhi oleh besar arus pada stator.

Rugi daya pada inti () dalam mesin induksi adakalanya tidak besar terutama bila motor bekerja pada putaran mendekati putaran sinkrun, rugi inti ini lebih kecil bila dibandingkan dengan rugi tembaga pada rotor.

Daya input pada celah udara merupakan daya input electric yang telah mengalami penurunan akibat rugi tembaga pada stator dan juga rugi daya pada inti jadi dapat dituliskan rumusan sebagai berikut:

Rugi terjadi pada resistansi tembaga rotor disebut rugi tembaga pada rotor () dan besarnya sangat dipengaruhi oleh besar arus pada rotor .

Dengan adanya rugi daya pada rotor maka besar daya mekanik yang dihasilkan motor juga mengalami penurunan sedang rugi yang laian yaitu rugi daya akibat gesekan () atau rugi penyebaran () akan bertambah besar bila putaran motor tinggi ( semakin tinggi putaran motor maka rugi gesekan maupun rugi penyebaran ikut mengalami kenaikan )

Contoh Soal

Motor Induksi 3 Phasa dengan tegangan kerja 220V/380V daya out put 10 HP, dengan frekwensi kerja 50 Hz, bila rugi daya pada stator 1,5 KW,rugidaya pada rotor 700W, rugi inti 800 W sedang rugi gesekan dan rugi penyebaran diabaikan, tentukan

• Daya pada celah udara.

• Daya komfersi

• Daya input.

• Tentukan pula arus yang digunakan motor bila

Efisiensi Pada motor Induksi

Contoh soal

Motor Induksi 3 Phasa dengan tegangan kerja 220V/380V daya out put 10 HP, dengan frekwensi kerja 50 Hz, bila rugi daya pada stator 1,5 KW,rugidaya pada rotor 700W, rugi inti 800 W sedang rugi gesekan dan rugi penyebaran diabaikan, tentukan

• Efisiensi motor

Persamaan torsi

Pada motor induksi besar torsi sangat dipengaruhi resistansi maupun impedansi pada rotor , hal ini dapat dilihat dari persamaan berikut

Dimana

I_r =

jadi

Torsi maksimum

Torsi akan maksimum apabila penyebut sama dengan nol

0 =



Contoh Soal

Motor induksi 3 phasa 4 kutup dihubungkan secara bintang dengan tegangan kerja 380V, saat dibebani dengan beban penuh menghasilkan putaran 1425 rpm, jika resistansi rotor 0,4 dan reaktansi induktif dari rotor 4, sedang perbandingan lilitan rotor dengan stator 0,8 : 1, hitung torsi pada saat beban penuh, daya out put jika rugi mekanis 480 watt, dan hitung pula torsi maximum yang dapat dihasilkan motor.

P
enyelesaian

Jadi besar torsi yang dibangkitkan

Daya output elektrik sebelum terjadi rugi gesekan

Jika rugi mekanis 480 watt maka besaar daya output mekanis

Torsi maksimum terjadi saat Xs=Rs=0,4 sehingga torsi maksimum terjadi saat slip