Gambar 3.5 Kurva torsi terhadap slip
Komponen torsi mundur adalah positif motoring dari 1-2S 0 atau S 0,5 dan negative breaking pada S 0,5. Pada permulaan, torsi komponen
mundur akan bergerak motoring. Dan juga untuk S= 0,5, torsi balik adalah 0, karena induksi gaya gerak listrik untuk keadaan ini berada pada frekuensi f1’ =
f11-2S, jika S=0, maka F1’ = 0dan tidak terjadi induksi pada keadaan ini. Torsi balik ini juga disebut dengan Torsi George atau monoksial.
BAB IV PENGEREMAN PADA MOTOR INDUKSI TIGA PHASA
4.1 Umum
Pengereman adalah suatu kondisi untuk mengurangi kecepatan dari keadaan running ke suatu keadaan steady state lainnya yang lebih rendah, dalam
hal ini juga termasuk kondisi berhenti.
Pada pengereman motor induksi tiga phasa harus dipilih cara pengereman yang baik, yaitu Pengereman tidak mengakibatkan kerusakan-kerusakan pada
mesin, Rugi-rugi panas akibat pengereman ditekan sekecil-kecilnya sehingga tidak merusak mesin, Mesin dapat dijalankan dan dihentikan sesuai dengan jadwal
operasi yang diinginkan. Tujuan pengereman tidak terbatas untuk menghentikan perputaran mesin
secara cepat tetapi juga untuk menjaga agar perputaran mesin tidak melebihi putaran yang diizinkan. Sehingga dapat disimpulkan, pengereman merupakan
suatu kerja dari gaya yang menghasilkan perlambatan atau penghentian. Ada beberapa sistem yang digunakan untuk pengereman motor induksi,
diantaranya sistem pengereman mekanis dan sistem pengereman elektrodinamik. Pada sistem pengereman elektrodinamik dapat dibedakan atas beberapa
metode antara lain, Pengereman Regeneratif, Pengereman Dinamik, Pengereman Plugging.
4.2 Sistem Pengereman Mekanis
Pengereman yang dilakukan dengan cara mekanis, yaitu dengan memberikan gesekan pada rotornya dengan rem dinamo. Pengereman ini
menggunakan kopel rem yang bekerja diluar motor atau biasa disebut dengan metode eksternal. Peralatan pengereman pada sistem mekanis menggunakan
sepatu rem atau drum rem yang terpasang pada poros rotor. Pada pengereman ini, energi putar dari rotor dikurangi dengan cara menekan poros rotor menggunakan
sepatu rem. Pengereman secara mekanik menimbulkan rugi-rugi mekanis seperti gesekan yang menimbulkan panas dan menghasilkan debu akibat gesekan.
Dengan demikian proses pengereman ini pada dasarnya dilakukan dengan cara mengubah energi mekanis menjadi energi panas.
4.3 Sistem Pengereman Elektrodinamik
Pada sistem pengereman ini, torsi pengereman timbul dari dalam motor itu sendiri sebagai akibat kerja elektris dari fluksi medan penguat sehingga timbul
arus rotor yang mengakibatkan terjadinya torsi pengereman, hal ini disebut juga sistem pengereman dalam. Pengereman secara elektris lebih halus dibanding
pengereman secara mekanis. Pengereman secara listrik ini digunakan untuk mengatur waktu pengereman, Pengereman secara listrik ini digunakan untuk
mengatur waktu pengereman, perlambatan dan sebagainya. Ada tiga metode untuk melakukan pengereman secara elektrodinamik pada motor induksi tiga phasa,
antara lain: 1. Pengereman Regeneratif, dengan cara mengembalikan energi ke rangkaian
sumberjala-jala 2. Pengereman Plugging, dengan cara membalikkan arah medan motor
tersebut dari arah semula. 3. Pengereman Dinamik.
4.3.1 Pengereman Regeneratif
Pengereman regereratif terjadi pada saat putaran rotor n
r
melebihi kecepatan medan putarnya n
s
sehingga motor akan berfungsi sebagai generator
induksi yang mengirimkan energinya ke jala-jala. Perputaran rotor melebihi kecepatan sinkronnya disebabkan adanya gaya luar yang menyebabkan rotor
bergerak harus lebih cepat dari putaran sinkronnya. Hal ini sering dijumpai pada mesin-mesin pengangkat. Pada waktu menurunkan beban muatan, motor malahan
ditarik oleh beban tersebut sehingga perputaran motor melebihi putaran sinkronnya, Dengan kondisi demikian, slip motor menjadi negatif, yang merubah
fungsi motor menjadi generator yang mengembalikan energi ke jala-jala. Pengereman regeneratif dapat kita jumpai pada motor induksi yang
memiliki dua macam perputaran nominal yang berarti ada dua macam jumlah kutubnya, yaitu pada saat terjadi perubahan dari perputaran nominal tinggi, ke
perputaran nominal rendah.
4.3.2 Pengereman Plugging
Pengereman dengan metode plugging ini dilakukan dengan cara membalik hubungan phasa dari terminal stator ketika motor berputar. Dengan membalik
hubungan phasa, maka akan timbul suatu fluks yang besarnya konstan tetapi arahnya berlawanan. Hal ini kan mengakibatkan arus dan tegangan yang mengalir
pada motor makin lama makin kecil dan terjadi pengereman. Akan tetapi jika pembalikan hubungan phasa terlau lama, akan mengakibatkan terbaliknya putaran
motor.
stator rotor
T
n
r
n
s
-n
r
n
s
stator rotor
T
-n
s
a b
stator rotor T
c
-n
s
-n
r
n
r
-n
s
n
r
-n
s
+n
r
Gambar 4.1 Arah putaran medan putar stator dan putaran rotor pada saat
pengereman plugging: a sebelum pengereman: b selama proses pengereman: c Setelah pengereman bila saat n
r
= 0, pembalikan phasa tidak dilepas dari sumber.
Pada gambar 4.1 a sebelum pengereman, kecepatan medan putar stator n
s
dan putaran rotor n
r
dengan n
s
n
r
harga slip 1, mesin bekerja sebagai motor dengan mengambil daya listrik dari sumber. Setelah pembalikan dua phasa
stator phasa R dan S, yaitu selama proses pengereman berlangsung kecepatan medan putar menjadi – n
s
Harga slip 1 menyebabkan timbulnya torsi rem yang melawan arah torsi semula. Torsi pengereman ini mengakibatkan naiknya arus stator dan rotor, dan
dengan demikian rugi-rugi daya dalam bentuk panas selama proses pengereman besar. Selain itu, akibat kenaikan harga slip dari keadaan sebelum pengereman ke
dan putaran rotor tetap nr gambar 3.1 b. Sekarang slip motor s 1, mesin bekerja sebagai generator yang diparalelkan dengan
sumber.
keadaan selama pengereman menyebabkan naiknya frekuensi rotor f
2
= sf
1
Akibat kerja torsi pengereman, putaran rotor dengan cepat sekali turun sampai nol, sumber harus dilepaskan, kalau tidak dilepaskan torsi pengereman
akan mempercepat putaran rotor dalam arah yang berlawanan gambar 3.1 c. Putaran rotor menjadi - n
. Hal ini mengakibatkan rugi-rugi tembaga dan rugi- rugi besi meningkat.
r
dan harga slip S 1 sehingga mesin akan kembali bekerja sebagai motor, tapi dengan arah putaran yang berlawanan dengan arah
putaran rotor semula.
4.3.3 Pengereman Dinamik
Pengereman dengan metode dinamik ini terdiri atas 2 macam yaitu:
4.3.3.1 Pengereman Dinamik dengan Sumber arus Searah
Sistem pengereman dinamik dengan menggunakan sumber arus searah, diperoleh apabila sumber jala-jala terlepas dan rangkaian stator motor
dihubungkan ke sumber arus searah yang diperoleh dari rangkaian penyearah ataupun sumber tegangan DC lainnya.
+ -
DC supply
Rectifier
R S
T R
S T
S S
R R
a b
Gambar 4.2 Rangkaian Pengereman Dinamik Motor Induksi Tiga Phasa.
a Penguatan berasal dari baterai, b Penguatan berasal dari sumber jala-jala yang disearahkan.
Aliran arus searah yang mengalir pada belitan stator, akan membentuk medan magnet stationer dengan distribusi berbentuk gelombang sinus. Bila
belitan-belitan pada rotor memotong medan ini, maka akan dihasilkan tegangan imbas pada arus bolak-balik yang juga akan menghasilkan medan magnet diam
terhadap stator. Interaksi medan magnet resultan dengan arus imbas rotor akan menghasilkan momen pengereman yang besarnya tergantung pada besar medan
magnet yang dihasilkan medan stator, resistansi rangkaian rotor untuk motor induksi rotor belitan, dan kecepatan perputaran rotor.
4.3.3.2 Pengereman Dinamik dengan Kapasitor A.
Prinsip Kerja
Sistem pengereman dengan menggunakan kapasitor sebagai rangkaian penguat dimana arus yang ditimbulkan oleh penguatan sendiri mengalir dalam
mesin tanpa adanya sumber daya dari luar, melainkan dari energi yang tersisa dari rotor yang diubah menjadi energi listrik.
Prinsip kerja pengereman ini dimulai dengan melepaskan motor dari jala- jala dan menghubungkan stator secara paralel dengan kapasitor yang dirangkai
secara delta ataupun secara bintang.
C C
C C
C C
R S
T
Gambar 4.3 Hubungan Kapasitor Sebagai Penguatan yang Dapat Dihubungkan
Delta atau Bintang.
Akibat adanya fluksi remanensi setelah sumber dilepas maka motor induksi akan beroperasi sebagai generator induksi, dan arus penguat mengalir
melalui rangkaian kapasitor. Timbulnya arus penguatan disebabkan karena rotor
masih dalam keadaan berputar, atau dengan kata lain rotor memiliki energi kinetis yang tersisa. Dengan adanya energi kinetis maka stator akan terinduksi.
Besarnya arus penguatan sebanding dengan besarnya tegangan pada stator, tegangan stator akan bertambah dikarenakan terjadinya penambahan arus penguat
antara reaktansi kapasitif dengan reaktansi mesin. Reaktansi yang paling berpengaruh dalam pengereman ini adalah reaktansi magnet mesin
Akibat adanya arus penguatan, maka timbul kopel lawan yang memperlambat putaran rotor. Energi yang dihasilkan selama pengereman ini
hilang dalam bentuk panas pada belitan rotor dan stator. Setelah proses penguatan sendiri berakhir, tegangan dan arus penguatan
akan turun dengan cepat karena pengaruh resistansi dan pengaruh tegangan induksi yang relatif semakin kecil. Turunnya tegangan stator ini diakibatkan oleh
sisa energi kinetis yang masih dimiliki rotor tidak mampu lagi menginduksikan tegangan kesisi stator.
Hal yang harus diperhatikan ialah pengereman dengan penguatan yang dibangkitkan sendiri tidak dapat merem motor sampai berhenti. Setelah proses
penguatan sendiri berakhir, proses pengereman akibat penguatan sendiri juga berakhir. Motor akhirnya berhenti akibat gesekan. Agar motor dapat dihentikan
dengan cepat, hendaklah proses pembangkitan penguatan sendiri tidak boleh berhenti, atau dengan kata lain proses penguatan sendiri harus berulang terus.
B. Timbulnya Penguatan Sendiri dan Rangkaian Ekivalen
Sesaat sumber dilepaskan dari belitan stator, kapasitor penguat akan masuk, dengan demikian medan putar yang tadinya ditimbulkan jala-jala tiga
phasa akan hilang, walaupun demikian rotor masih berputar akibat kerja energi
kinetis yang masih tetap dimiliki rotor. Pada awalnya ada fluksi remanensi setelah sumber dilepas yang akan membentuk tegangan imbas yang kecil di
rotor. Pada sisi stator tempat kapasitor, akan dibangkitkan tegangan bolak-balik yang merupakan penjumlahan tegangan stator yang mula-mula sebesar tegangan
jala-jala, dengan tegangan yang diinduksikan dari sisi rotor. Tegangan bolak-balik ini akan membangkitkan arus penguat untuk mengisi kapasitor hingga diperoleh
keseimbangan antara reaktansi kapasitif dengan reaktansi magnet mesin X
M
=X
C
.
V
T
I
M
Capacitor bank voltage Vc
Ic Small C
Medium C Large C
a b
Gambar 4.4 a kurva magnetisasi mesin induksi Xm. b Kurva
Karakteristik arus-tegangan Capacitor bank , semakin besar
nilai kapasitor C maka arus yang ditimbulkan semakin besar
Berikut akan digambarkan timbulnya proses penguatan sendiri yang mengalirkan arus penguat untuk membangkitkan kopel rem.
X
C
X
m
V V
b
V
a
V
1
I
b
I
a
I
c
I
d
A
Gambar 4.5 Karakteristik Hubungan Antara Arus Penguatan Dengan
Tegangan Pada gambar 4.5, tegangan mula-mula pada sisi stator sama dengan
tegangan jala -jala V
1
, dimana tegangan V
1
ini membangkitkan arus sebesar I
a
yang besarnya I ,
a
, adalah:
Arus I
a
kemudian akan menaikkan tegangan dari V
1
menjadi V
a
. Tegangan V
a
akan menaikkan arus I
a
menjadi I
b
sesuai dengan rumus:
Proses ini akan berlangsung terus-menerus sampai dicapai suatu keseimbangan. Pada keadaan yang seimbang, motor akan bekerja pada operating point titik A
dalam gambar 4.5. Garis X
C
dalam gambar 3.5 tersebut mempunyai kemiringan yang diberikan oleh rumus:
Bila harga kapasitor C diubah-ubah, maka kemiringan dari garis X
C
akan berubah-ubah pula sehingga diperoleh operating point yang berbeda-beda. Untuk
lebih jelasnya dapat dilihat gambar 4.6 . Makin besar harga C, sudut α makin besar
dan pada suatu harga C yang tertentu yang disebut titik C kritis, maka garis X
C
akan menyinggung kurva X
m
α
Titik C kritis
I
1
I
2
V
1
V
1
X
C1
X
C2
X
C3
. Pada titik C inilah pengereman terjadi dalam waktu yang tecepat.
Gambar 4.6 Kurva Nilai Kapasitansi Terhadap Pembangkitan Tegangan.
Makin kecil harga C, maka garis X
C
tidak lagi memotong kurva X
m
. Dalam hal ini, penguatan tidak dapat dicapai sehingga pengereman tidak dapat
terjadi. Oleh sebab itu untuk penentuan rating kapasitor yang akan dipergunakan dalam pengereman, sebaiknya harga kapasitor yang diambil lebih besar dari harga
perhitungan yang sesungguhnya.
-jXc R
1
jX
1
I’
2
jX’
2
I
m
jX
m
R’
2
S
Gambar 4.7 Rangkaian Ekivalen Pengereman Dinamik dengan kapasitor
Dimana: R
1
R = Tahanan stator per-phasa
2
X = Tahanan rotor per-phasa
1
X’ = Reaktansi bocor stator
2
X = Reaktansi bocor rotor
m
X = Reaktansi magnetisasi
C
E = Tegangan yang dibangkitkan per-phasa = Reaktansi kapasitif
S = Slip I
1
I = Arus stator
2
I = Arus rotor
C
I = Arus yang dihasilkan kapasitor
m
Proses terbangkitnya tegangan bila jumlah loop reaktansi tertutup pada rangkaian ekivalen diatas sama dengan nol, yang dirumuskan sebagai berikut:
= Arus magnetisasi
jX
1
+ jX
m
– jX
C
maka = 0 ……………………...………….4.1
X
m
=X
C
– X
1
Arus yang mengalir pada kapasitor …………………………...……………4.2
I
C
Torsi pengereman dinamik yang dibangkitkan dirumuskan dengan …………………………………4.3
Sementara itu harga I
2
dan I
1
dirumuskan oleh: …………………………4.4
Oleh karena itu: …………………4.5
C. Kapasitor
Kapasitor adalah suatu peralatan listrik yang mempunyai dua konduktor yang dipisahkan oleh isolator dan media dielektrik. Kapasitansi kapasitor adalah
sifat dari kapasitor yang ditandai dengan kemampuan untuk menyimpan muatan
listrik.
ΔQ = V.I …………………………………………………………4.6
......…………………………………………………………4.7 ……………………………………………………...4.8
…………………………………………………………4.9 Dan besar kapasitor per phasa adalah:
…………………………………..……4.10
Maka untuk kebutuhan kapasitor minimum agar pada saat pengereman terbangkit tegangan di stator adalah:
X
m
= X
C
- X X
1 C
= X
m
+ X Dimana:
1
maka;
4.4 Aplikasi Pengereman Pada Motor Induksi
