Docstoc

Pengendali Kecepatan Motor Induksi 3-Phase

Document Sample
Pengendali Kecepatan Motor Induksi 3-Phase Powered By Docstoc
					              Pengendali Kecepatan Motor Induksi 3-Phase
                    pada Aplikasi Industri Plastik
      Sri Hardiati                      Folin Oktafiani                   Joni Pristianto
    Pusat Penelitian                    Pusat Penelitian                  Pusat Penelitian
    Elektronika dan                     Elektronika dan                   Elektronika dan
 Telekomunikasi - LIPI               Telekomunikasi - LIPI             Telekomunikasi - LIPI
 ash_egt@yahoo.com

              Teguh Praludi                                   Yusuf Nur Wijayanto
     Pusat Penelitian Elektronika dan                     Pusat Penelitian Elektronika dan
          Telekomunikasi - LIPI                                Telekomunikasi - LIPI

                                           Abstrak
         Telah dilakukan perancangan dan pembuatan rangkaian pengendali kecepatan motor
induksi tiga phase. Rangkaian pengendali ini menggunakan triac sebagai komponen utamanya
dan didukung oleh diac, dioda, dan komponen elektronika pasif lainnya. Hasil yang diperoleh
berupa prototip rangkaian pengendali kecepatan motor induksi tiga phase. Rangkaian ini
diimplementasikan pada industri plastik (pemintalan benang plastik) agar benang plastik yang
sedang digulung tidak putus, sehingga dapat mengoptimalkan proses produksi dan
meningkatkan hasil produksi yang berkwalitas dan efesien.

Kata kunci: kendali, kecepatan , triac, motor induksi.
                                                   mesin untuk meningkatkan proses dan hasil
1. Pendahuluan                                     produksi.
    Dunia industri berkembang dengan pesat,
                                                  2. Teori dasar
hal ini diikuti dengan perkembangan mesin-
mesin industri serta sistem kendalinya.              Sumber arus yang digunakan adalah
Sistem kendali diperlukan agar mesin dapat        sumber arus AC tiga phase dengan motor
bekerja      secara    otomatis    sehingga       induksi      sebagai   bebannya.       Untuk
meminimalkan kendali dari manusia. Pada           mengendalikan motor induksi ini diperlukan
mesin industri komponen yang sangat               komponen antara lain dioda, diac, triac dan
berperan antara lain motor listrik. Motor         lain-lain.
listrik difungsikan sebagai penggerak alat-          Dioda      adalah   sebuah     komponen
alat berat, converyor, dan lain-lain. Dunia       elektronika yang dapat bekerja sebagai
industri sering menggunakan sumber arus           penyearah yang melewatkan sinyal listrik,
AC tiga phase maka untuk mengendalikan            baik positif maupun negatif tergantung pada
motor listrik diperlukan rangkaian driver         penempatannya. Dioda mempunyai dua
sebagai pengendalinya [3].                        buah terminal, anoda sebagai kutup positif
    Pada penulisan ini dibahas tentang            dan katoda sebagai kutup negatif [2,4].
rangkaian       driver    motor      induksi         Diac merupakan sebuah komponen
menggunakan sumber arus AC tiga phase.            elektronika yang mempunyai arus penahan
Rangkaian ini menggunakan triac sebagai           dalam dua arah. Rangkaian ekivalen pada
komponen utamanya. Alat ini digunakan             sebuah diac berupa sepasang dioda empat
pada alat penggulung benang plastik.              lapis yang terpasang pararel seperti pada
Diharapkan industri yang menggunakan              gambar 1a.
motor induksi dapat mengoptimalkan alat/             Tegangan V mempunyai polaritas seperti
                                                  pada gambar 1a, yang seperti penahan pada


INKOM, Vol. III, No. 1-2, Nop 2009                                                           III-1
                                                                Α2
gambar 1b, maka dioda sebelah kiri akan
menghantarkan listrik bila tegangan V
mendekati tegangan knee dari dioda                                       Q3
                                                   Q1
tersebut. Saat kondisi ini , penahan sebelah
kiri menutup seperti pada gambar 1c.
sebaliknya bila polaritas tegangan V                            G
berlawanan arah dari gambar 1a maka dioda               Q2
                                                                              Q4

sebelah kanan akan menutup saat V
mendekati tegangan knee dari dioda tersebut
                                                                Α1
[2,4].
                                                    Gambar 2: Rangkaian ekivalen Triac


                                                    Triac dan SCR merupakan keluarga dari
   V
                                                thyristor yang memiiki prinsip kerja yang
                                                sama, yang membedakan keduanya adalah
                                                efesiensi pemakaian. SCR merupakan
                                                pengontrol setengah gelombang atau kontrol
          a           b         c        d      satu arah. Hal ini dapat diartikan bahwa SCR
                                                hanya mampu mengontrol tegangan AC
                 Gambar 1:                      pada periode positif saja sedangkan pada
a) Susunan ekivalen diac dengan dioda;          periode negative tidak dikontrol. Bahkan
                                                pada beberapa pemakaian, SCR digunakan
b) Rangkaian ekivalen diac;                     sebagai pengendali pulsa, baik pengendali
c) Penahan yang sebelah kiri tertutup;          phase 900 maupun phase 1800. Sedangkan
                                                triac merupakan kontrol dua arah atau
d) Lambang skematik diac.
                                                gelombang penuh. ini sangat efektif untuk
                                                keperluan kontrol beban AC [4].
    Bila diac sedang menutup maka untuk             Prinsip kerja triac terlihat dari simbol dan
membukanya dengan cara memperkecil arus         strukturnya. Selain mempunyai terminal satu
sampai dibawah arus penahan khas dari           (T1) dan terminal dua (T2), juga mempunyai
komponen tersebut. Fungsi diac adalah           satu teminal gerbang atau gate. Gerbang
membangkitkan pulsa trigger pada gate triac.    inilah yang mengijinkan pengendalian atas
    Triac       merupakan         komponen      aksi penyearah dua arah (T1 dan T2). Piranti
semikonduktor yang berperan sebagai             ini dapat dipicu agar memiliki kondisi
penghubung daya yang berkecepatan tinggi.       hantaran maju dan resistansi rendah dengan
Pada umumnya triac dioperasikan pada            memberikan pulsa singkat yang memiliki
tegangan lebih dari 100V dan dapat              daya relatif kecil pada teminal gerbang.
membawa arus lebih dari 100A. sehingga          Secara umum prinsip kerja triac adalah pada
triac sering digunakan dalam sistem kontrol     periode positif dan terminal dua (T2) lebih
daya AC, seperti dimmer lamp (peredup           positif dari terminal satu (T1), maka
lampu), kontrol pemanas, kontrol kecepatan      transistor Q3 dan Q4 akan konduksi. Pada
motor, dan lainnya. Prinsip kerja triac dapat   keadaan ini T2 sebagai anoda dan T1
diketahui dari struktur semikonduktor dan       sebagai katoda. Pada kondisi terminal
rangkaian ekivalennya (gambar 2) [1,2]..        gerbang G juga lebih positif dari T1. Dan
    Dari rangkaian ekivalen triac terlihat      transistor Q3 dan Q4 tidak konduksi, dengan
bahwa triac merupakan gabungan dari dua         pengertian bahwa kedua transistor Q3 dan
buah SCR yang dihubungkan pararel               Q4 mendapat bias mundur, sehingga hanya
terbalik dengan terminal gerbang sekutu         arus bocor kecil yang mengalir. Pada
(digabung menjadi satu).                        periode negative dan terminal satu (T1) lebih


INKOM, Vol. III, No. 1-2, Nop 2009                                                        III-2
positif dari terminal dua (T2), maka                   menurunkan tegangan anoda-katoda ke titik
transistor Q3 dan Q4 akan konduksi,                    nol.
sedangkan terminal gerbang G lebih positif                 Dengan prinsip kerja yang demikian, triac
dari T2. Triac akan tetap menghantarkan                dapat sebagai kontrol sumber tegangan AC
arus dan tegangan jika pada gerbang dipicu             yang diberikan ke terminal satu (T1) dan
dengan tegangan bias maju DC.                          terminal dua (T2). Sehingga pada saat
                                                       periode positif dikontrol oleh Q3 dan Q4,
                 I
                           B
                                                       sedangkan saat periode negatif dikontrol
                                                       transistor Q1 dan Q2.
                                                           Dari kontruksi kedua pasangan transistor
                                                       itu, masing-masing pasangan terhubung
                 IH    A
      -VBO                        VA2A1                sebagai pasangan umpan balik positif maka
                               +VBO                    diantara gerbang Q1 dan Q2 atau Q3 dan Q4
                      IH
                 C                                     terdapat penguatan arus yang besar.
                                                       Diperlukan tegangan 1V untuk memicu
                                                       gerbang G agar triac on. Dengan demikian
             D                                         dapat diketahui bahwa besarnya daya yang
                                                       dibutuhkan gerbang untuk mengaktifkan
                                                       triac relative kecil (dalam orde mW). Grafik
        Gambar 3: Karakteristik Triac
                                                       karakteristik triac terlihat pada gambar 3
                                                       [1,4].
   Keterangan :                                            Dengan      pencatuan     tegangan   dan
   A dan C adalah arus holding minimum                 pembebanan maka terlihat suatu gelombang
   A-B     adalah daerah Triac on.                     keluaran dari triac seperti pada gambar 4,
   C-D     adalah daerah Triac on                      dengan menghubungkan A1 dan A2 ke
                                                       osiloskop.

    Gambar 3 merupakan karakteristik triac                 V+
yang terdiri dari dua buah SCR. Pada
gambar tersebut tertera tegangan breakover                                        2π
                                                                              π
+ Vbo, dimana jika tegangan forward
mencapai titik ini, maka SCR / triac akan                          π/2                      ωt
ON. Dan pada gambar juga ditunjukkan arus                  V-
Ih yaitu arus holding yang mempertahankan
SCR tetap ON. Jadi agar komponen tetap                    Gambar 4: Gelombang keluaran Triac
ON maka arus forward dari anoda menuju
katoda harus berada di sepanjang parameter                Motor yang digunakan umumnya dapat
yang tersebut di dalam gambar .(pada                   dikelompokan dua jenis yaitu motor DC dan
kondisi A–B, C-D). Sejauh ini yang                     AC. Dalam pembahasan ini motor yang
dikemukakan adalah bagaimana membuat                   digunakan termasuk motor AC, sedangkan
triac menjadi ON. Pada kenyataanya ,                   motor AC sendiri dibagi menjadi motor
apabila sekali SCR / triac mencapai keadaan            induksi asinkron (tak serempak) dan motor
ON maka selamanya akan ON, walaupun                    sinkron (serempak).
tegangan gate dilepas atau di short ke                    Motor induksi pada dasarnya mempunyai
katoda. Satu-satunya cara untuk membuat                dua bagian penting, yaitu rotor dan stator.
SCR OFF adalah dengan membuat arus                     Rotor mempunyai bagian yang berputar dan
anoda-katoda turun dibawah arus Ih(holding             mempunyai belitan atau batang rotor. Stator
current). Cara membuat SCR menjadi OFF                 merupakan bagian yang diam dan
tersebut adalah sama saja dengan                       mempunyai lilitan stator [1]. Untuk motor
                                                       induksi tiga phase tidak memerlukan alat

Hardiati, et. al.: Pengendali Kecepatan Motor Induksi 3-Phase pada Aplikasi
          Industri Plastik                                                                       III-3
bantu karena motor ini memiliki medan            Gambar 5: Konstruksi motor induksi tiga
stator. Medan stator ini dihasilkan oleh                        phase
bagian stator dari motor. Motor induksi tiga
phase ini diaplikasikan pada penggulung
                                                  Pm = Tg .2π .N                      (2)
benang plastik.
   Prinsip kerja dari motor induksi tiga          Dengan:
phase adalah saat sumber tegangan tiga                Pm        : daya motor induksi
phase diberikan pada belitan stator maka              N         : kecepatan putaran motor
akan timbul medan putar dengan kecepatan              Tg        : torsi bruto
(Ns), seperti persamaan 1 [3].
                                                  Selama motor ini berputar timbul adanya
                                         (1)   daya motor dan torsi. Torsi terjadi karena
          120 f
   Ns =                                        adanya rugi gesekan angin pada poros,
            p                                  sehingga      secara      tidak    langsung
   Dengan:                                     mempengaruhi daya motor induksi. Daya ini
       Ns         : Kecepatan medan putar      merupakan output dari rotor dan kemudian
       f          : frekuensi sumber /supply   output ini dikonversi dalam energi mekanik.
       p          : jumlah katup               Antara input dan output rotor terjadi
                                               perbedaan akan besarnya daya karena
    Pada motor induksi tiga phase yang         adanya rugi tembaga yang besarnya, seperti
dipakai memiliki spesifikasi antara lain       pada persamaan 3.
tegangan 220VAC, frekuensi 50Hz, putaran
750RPM dan torka 8 dengan data tersebut           Pm = Tg .2π .( Ns − N )              (3)
dapat diperoleh jumlah katup dari motor           Keterangan :
sesuai dengan persamaan 1 [3].                    N : Kecepatan putaran motor
    Medan putar yang dihasilkan oleh stator       Ns: Kecepatan medan putar.
akan memotong belitan atau batang rotor
sehingga pada belitan akan timbul gaya            Dalam persamaan 3 menunjukkan, pada
gerak listrik induksi. Belitan rotor           saat daya besar maka putaran motor akan
merupakan rangkaian tertutup sehingga akan     besar, dimana triac akan mengatur besar
timbul arus induksi yang besarnya              kecilnya daya yang diberikan ke motor,
tergantung dari besar dan jumlah lilitan.      tergantung dari harga resistansi reostat yang
Arus induksi didalam belitan kawat tersebut    dipasang pada rangkaian kontrol.
akan terpotong oleh medan putar stator
sehingga pada rotor akan timbul gaya gerak     3. Perancangan Rangkaian
(gaya Lorentz). Agar gerak rotor tetap ada,
maka harus ada perbedaan putaran rotor            Pada proses produksi di bagian winder
terhadap medan stator. Dengan demikian         terdapat motor induksi tiga phase yang
terjadi perpotangan fluksi. Secara umum        kecepatannya dikontrol oleh suatu rangkaian
konstruksi motor induksi tiga phase seperti    dengan kontrol triac. Motor induksi tiga
pada gambar 5. Besar daya motor induksi        phase yang dipakai memiliki spesifikasi
dapat diperoleh dengan persamaan 2 [3].        tegangan sumber 220V, 50Hz; Arus 0,6A;
                                               RPM 750RPM; dan torka 8. Jumlah katup
                                               dari motor diperoleh sebesar 8, nilai ini
    R S      T
                                               diperoleh menggunakan persamaan 1.
                       Stator                     Kecepatan motor tiga phase ini dikontrol
                       Belitan Rotor           oleh rangkaian triac Rangkaian kontrol ini
                       Rotor                   merupakan kendali beban AC penuh. ini
                                               ditunjukkan dengan digunakannya salah satu
                                               komponen dari keluarga thyristor (triac).



INKOM, Vol. III, No. 1-2, Nop 2009                                                     III-4
            Tegangan
            220V (AC)
            R S T



                             D1      D2                      C1
                                                                                             R4
                                                  D3                    Diac




                                                                                Triac
                                                  D4         R3
    M                         R1     R2                                   VR1                C2




                        Gambar 7: Gambar rangkaian kontrol kecepatan motor
    Rangkaian control kecepatan motor                  menggunakan triac dan diac sebagai
induksi tiga phase dengan komponen aktif               komponen utamanya. Tegangan yang
triac yang ditunjukkan pada gambar 7 terdiri           dihasilkan rangkaian merupakan tegangan
dari 4 empat bagian utama yaitu penyearah              sinusoidal yang terpatah-patah dengan
(D1-D4), bagian pemicu gerbang (VR, R3,                frekuensi yang tinggi. Tegangan yang
C1) dan Triac. Prinsip kerja rangkaian                 terpatah-patah ini digunakan sebagai sistem
secara       garis besar berfungsi seperti             kendalinya. Sistem ini diimplementasikan
mengurangi tegangan 220V yang akan                     pada sumber tegangan tiga phase.
masuk ke motor, dengan demikian bila
tegangan yang masuk ke motor berkurang                      V+
maka otomatis besarnya putaran motor juga
akan berkurang. Terjadinya putaran motor
tersendat-sendat seiring dengan sudut                                    π              2π        ωt
pemicuan dalam triac, karena frekuensinya                   V-
sangat cepat maka hal itu tidak
                                                            V+
terlihat/dirasakan.

4. Hasil dan Analisa                                                     π              2π        ωt
     Hasil pengukuran rangkaian pengendali                  V-
kecepatan motor induksi tiga phase terlihat
seperti pada gambar 8, merupakan bentuk                Gambar 8: Bentuk tegangan input dan output
gelombang tegangan input dan tegangan                                 rangkaian
output dari rangkaian. Dari gambar terlihat                Kecepatan yang diinginkan           dari
bentuk tegangan input yang berbentuk                   pengendali kecepatan motor induksi 3 phase
sinusoidal murni dengan sudut penyalaan                ini , tidak ditentukan dengan suatu nilai
diac tertentu akan menghasilkan tegangan               kecepatan tertentu, karena pengendalian ini
yang dikendalikan triac akan menjadi cacat             bersifat adaptive, jadi kalau gulungan masih
(patah-patah), sehingga tegangan yang                  berada di awal , maka diameter kecil ,
masuk ke dalam motor akan berkurang dan                sehingga putaran akan cepat. Putaran
selanjutnya akan berpengaruh terhadap                  kemudian akan melambat dengan fungsi
besarnya putaran motor.                                waktu, karena gulungan akan semakin tebal,
   Rangkaian yang ditunjukkan pada                     sehingga diameter menjadi besar.
gambar 7 bekerja sebagai pengendali
kecepatan     motor     induksi    dengan

Hardiati, et. al.: Pengendali Kecepatan Motor Induksi 3-Phase pada Aplikasi
          Industri Plastik                                                                             III-5
5. Kesimpulan                                    7. Daftar pustaka
    Dari hasil analisa, dapat diambil beberapa   [1] Malcolm P, Stuart J, ”Pengantar Ilmu
kesimpulan antara lain triac cukup efektif           Teknik Intrumentasi”, PT. Media Elex
sebagai kendali beban motor induksi tiga             Komputindo, Jakarta, 1983.
phase, karena hanya membutuhkan tegangan         [2] Hayt W.H, Jr dan Neudeck G.W,
picu gerbang yang kecil untuk membuat                “Electronic Circuit Analysis and
triac aktif dan menyalurkan tegangan dan             Design”, Houghton Mifflin Company
arus besar yang dibutuhkan ke beban.                 Boston, 1976.
Pengoperasian rangkaian pengendali motor         [3] Loveday G, ”Inti Sari Elektronika”, PT.
induksi ini, dikontrol dengan sebuah diac            Elex Media Komputindo.
untuk memberikan tegangan trigger pada           [4] Malvino A,“Prinsip-prinsip
triac sehingga triac akan bekerja. Kerusakan         Elektronika”, Penerbit Erlangga, 1985.
komponen yang sering terjadi yaitu pada
komponen pemicu berupa diac sehingga
berpengaruh pada sudut picu triac untuk
aktif.
6. Ucapan terima kasih
    Penulis mengucapkan terima kasih
kepada Pusat Penelitian Elektronika dan
Telekomunikasi      LIPI    yang     telah
memberikan fasilitas untuk pengukuran dan
P.T. Gharpha Sakti Mandiri yang telah
memberikan         kesempatan       untuk
implementasi alat serta semua pihak yang
telah membantu dalam implementasi dan
penulisan ini.




INKOM, Vol. III, No. 1-2, Nop 2009                                                     III-6

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Tags:
Stats:
views:1122
posted:5/1/2012
language:
pages:6