II.              TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Motor Induksi

Motor induksi merupakan jenis motor ac yang paling banyak digunakan. Penamaan induksi berasal dari cara kerja dari motor ini yaitu dimana rotor yang berputar akibat induksi dari medan putar yang dihasilkan pada stator. Perbedaan putaran relatif antara stator dan rotor disebut dengan slip. Pertambahan beban akan memperbesar kopel motor sehingga arus yang terinduksi ke rotor akan bertambah besar. Hal tersebut menyebabkan slip antara medan putar pada stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi, ketika beban motor bertambah maka putaran akan cenderung menurun.

                                                                                     (2.1)

Dimana:

Ns= kecepatan medan putar stator

Nr= kecepatan putaran rotor

Khususnya pada dunia industri, motor induksi 3 fasa merupakan alat penggerak yang banyak digunakan dan mulai menggeser motor dc dengan alasan motor induksi memiliki kontruksi yang lebih kokoh dan sederhana, perawatan yang mudah dan harganya yang relatif murah dibanding motor dc. Namun motor induksi memiliki beberapa parameter yang bersifat nonlinier salah satunya

resistansi rotor.

Resistansi rotor pada motor induksi bervariasi pada setiap kondisi yang berbeda. Kelemahan tersebut menyebabkan motor induksi tidak dapat mempertahankan kecepatannya secara konstan bila terjadi perubahan beban. Motor induksi akan mengalami penurunan kecepatan ketika beban bertambah. Untuk memperbaiki masalah tersebut, maka diperlukan suatu pengontrol atau kontroler yang akan bekerja untuk mempertahankan kecepatan secara konstan sehingga menghasilkan performansi yang lebih baik dari sebelumnya.

Berdasarkan kumparannya, rotor motor induksi dibagi menjadi rotor sangkar (squirrel-cage rotor) dan rotor kumparan (wound rotor). Perbedaan mendasar dari rotor sangkar dengan rotor kumparan adalah terdapat pada kontruksi rotor^[1].

1. Rotor Sangkar (Squirrel - Cage Rotor)

Rotor sangkar adalah bagian dari mesin yang berputar bebas dan terletak di bagian dalam. Terbuat dari besi laminasi yang mempunyai slot dengan batang alumunium/ tembaga yang dihubungkan singkat pada ujungnya. Rotor sangkar mempunyai karakteristik:

•      Tahanan rotor tetap.

•      Arus starting tinggi.

•      Torsi starting rendah.

2. Rotor Kumparan

Rotor kumparan merupakan kumparan yang dihubungkan bintang dibagian dalam dan ujung yang lain dihubungkan dengan cincin geser (slipring) ke tahanan luar. Kumparan dapat dikembangkan menjadi pengaturan. Untuk kecepatan putaran motor, pada kerja normal cincin geser hubung singkat secara otomatis, sehingga rotor bekerja seperti rotor sangkar. Rotor kumparan mempunyai karakteristik:

•      Memungkinkan tahanan luar dihubungkan ke tahanan rotor melalui slipring yang terhubung singkat.

•      Arus starting yang rendah.

•      Torsi starting yang tinggi.

•      Power faktor baik.

2.1.1 Konsep Dasar Kopel dan Kontrol Kecepatan Motor Induksi 3 fasa^[2]

 

Gambar 2. 1 Rangkaian Ekuivalen Motor Induksi^[1]

Gambar 2.1 diatas merupakan gambar rangkaian ekuivalen dari motor induksi.

Dari rangkaian ekuivalen pada gambar diatas, maka besarnya arus I₂ adalah:

                                                                        (2.2)

Dimana:

                            = Tegangan Induksi Stator

                             = Arus Rotor

                            =  

                               = Resistansi Rotor

                               = Reaktansi Rotor

                                  = Slip

                                                   (2.3)

Daya input rotor adalah:

                                                                                                                 (2.4)

Dimana:

P = Daya

T= Kopel

 Kecepatan sudut

Dimana besarnya daya input rotor 3 fasa adalah:

                                                                                                    (2.5)

Bila persamaan 2.5 disubstitusikan ke persamaan 2.4 maka didapat kopel motor induksi 3 fasa:

                                                                                           (2.6)

    

Motor pada umumnya berputar dengan kecepatan konstan, mendekati kecepatan sinkronnya. Meskipun demikian pada penggunaan tertentu dikehendaki juga adanya pengaturan putaran. Pengaturan motor induksi memerlukan biaya yang lumayan tinggi. Pengaturan kecepatan putaran motor induksi tiga fasa dapat dilakukan dengan beberapa cara :

1.   Mengubah jumlah kutub motor

2.   Mengubah frekuensi jala jala

3.   Mengatur tegangan jala jala/ sumber

Pada pengontrolan kecepatan motor induksi 3 fasa dengan mengubah besarnya tegangan yang diberikan ke stator maka akan mempengaruhi besarnya nilai torsi pada motor induksi. Bila frekuensi dibuat tetap maka, besarnya nilai torsi yang

dihasilkan yaitu .

Bila  dianggap kecil sehingga E₁ dianggap sama dengan V₁ dan

persamaan 2.2 dan 2.3 disubstitusikan ke persamaan 2.6, maka besarnya kopel motor induksi 3 fasa yaitu:

                                                                       (2.7)

Persamaan kopel motor induksi diatas menerangkan bahwa kopel motor induksi 3 fasa sebanding dengan nilai tegangan yang diberikan dikuadratkan. Ketika merubah nilai tegangan sumber pada beban tertentu dengan mengabaikan besarnya tahanan rotor, reaktansi rotor yang konstan, serta nilai slip maka akan terjadi perubahan kecepatan. Pengaturan kecepatan motor induksi dengan mengubah nilai tegangan sumber ini memiliki jangkauan kerja yang lebih luas.

 

Gambar 2. 2 Karakteristik pengaturan tegangan terhadap torsi^[2]

2.1.2 Pengereman Motor Induksi^[1]

Sebuah motor akan berhenti bergerak bila diputus hubungkan dari suplai daya.

Namun motor tersebut masih memiliki momen inersia dimana motor tersebut cenderung masih berputar beberapa saat. Waktu yang dibutuhkan oleh motor tersebut untuk benar benar berhenti tergantung pada kelembaman motor, beban dan friksi motor itu sendiri. Pada pengereman secara elektrik torsi pengereman dihasilkan berdasarkan nilai arus injeksi yang diberikan pada belitan stator. Energi putaran rotor diubah menjadi energi elektrik yang kemudian dikembalikan ke suplai daya, atau dengan memberikan suatu medan magnet stasioner pada stator sehingga putaran rotor akan berkurang dengan sendirinya.pengereman secara elektrik memiliki keunggulan yaitu lebih halus dan tidak ada hentakan yang terjadi. Pengereman secara elektrik tidak dapat menghasilkan torsi untuk menahan beban dalam keadaan sudah berhenti dan membutuhkan sumber energi listrik untuk mengoperasikannya.

Menghentikan motor dilakukan dengan cara menghilangkan tegangan sumber hingga diperoleh kecepatan putaran sama dengan nol. Terdapat beberapa metode sistem pengereman yaitu:

1.      Dengan memakai perangkat friksi mekanik untuk memberhentikan dan menahan beban (mekanis).

2.      Dengan menginjeksikan arus DC terhadap lilitan motor pada saat suplai AC diputuskan (dinamik).

3.      Mengandalkan energi yang dihasilkan motor pada saat motor tersebut digerakkan beban (regeneratif).

4.      Dengan membalikkan arah gerak motor (plugging).

Pada penelitian ini akan membahas sistem pengereman motor induksi 3 fasa dengan metode pengereman plugging.

2.1.3 Pengereman Plugging^[6]

Pada umumnya pabrik industri dengan skala besar membutuhkan beberapa pengaturan yang mensyaratkan motor harus dapat berhenti dalam durasi waktu yang cepat untuk keperluan perlindungan. Pengereman plugging merupakan pengereman yang mampu menghentikan motor dengan durasi waktu yang cepat. Karakteristik torsi kecepatan motor induksi dapat dilihat pada gambar dibawah

ini.

 

Gambar 2. 3 Kurva Torsi - Kecepatan Motor Induksi[6]

Pengereman plugging pada motor induksi dilakukan dengan membalik urutan fasa pada motor, yaitu dengan merubah koneksi dari kedua fasa yang berasal dari sumber menuju ke stator (gambar2.4). Ketika kontaktor F tertutup, motor akan beroperasi pada kurva torsi kecepatan F, dan ketika kontaktor R tertutup, motor akan beroperasi dengan kurva R. Dari rata rata kurva R, diekspektasikan torsi pengereman relatif mendekati 110% untuk mencapai kondisi steady state^[6].

 

Gambar 2. 4 Induction Motor Plugging Wiring

Gambar 2.5 dan 2.6 menjelaskan hubungan antara torsi motor dengan waktu yang ditempuh motor untuk berbalik arah (plugging) dalam kondisi tidak berbeban dan beban penuh. Dari gambar menununjukkan bahwa waktu yang dibutuhkan motor untuk dapat berhenti/ pengereman yaitu sekitar 1,78s pada keadaan tanpa beban dan 1,28s dalam keadaan berbeban. Namun torsi pengereman yang dihasilkan pada pengereman plugging ini memiliki kekurangan yaitu torsi pengereman yang dihasilkan transient sehingga dapat mengurangi umur pemakaian motor tersebut.