BAB 3

KONTROLER MOTOR ROTOR BELITAN

1. KONTROL KECEPATAN MANUAL

Motor induksi rotor belitan atau slip ring merupakan motor AC pertama yang dengan

sukses menyediakan karakteristik – karakteristik kontrol kecepatan. Jenis motor ini

merupakan faktor yang penting dalam menerapkan arus bolak – balik dalam aplikasi daya

industrial. Motor rotor belitan memiliki fitur tambahan seperti torsi starting yang tinggi

dan arus starting yang rendah.

Kata belitan rotor sebenarnya menjelaskan konstruksi dari rotor tersebut, yaitu, dibelit

dengan kawat. Ketika terpasang pada suatu motor, tiga buah ujung ditarik keluar dari

lilitan rotor menuju slip ring. Sikat – sikat karbon terhubung pada cincin ini dan

membawa rangkaian lilitan rotor keluar dari motor menuju ke kontroler. Kontroler ini

mengvariasikan tahanan pada rangkaian rotor untuk mengontrol percepatan dan

kecepatan rotor pada saat ia bekerja.

Kontrol untuk sebuah motor rotor belitan terdiri dari 2 elemen terpisah. Pertama – tama,

terdapat sarana untuk menghubungkan lilitan primer atau stator ke jala – jala, dan

kemudian juga terdapat suatu mekanisme untuk mengontrol tahanan pada rangkaian

sekunder atau rotor. Untuk alasan inilah, kontroler – kontroler motor rotor belitan biasa

disebut pengasut tahanan sekunder.

Regulator dan pengasut tahanan sekunder memiliki sebuah desain kontak bergeser. Pada

regulator jenis ini, kontak – kontak stasioner terhubung ke rangkaian tahanan. Kontak

yang dapat digerakkan tersebut bergeser pada kontak stasioner tadi, dari kiri ke kanan,

dan memotong urutan tahap dari tahanan, yang mana menghasilkan peningkatan

kecepatan motor.

Regulator dan pengasut motor rotor belitan yang memiliki kontak geser tidak memiliki

sebuak kontaktor magnetik primer; mereka hanya mengontrol rangkaian sekunder dari

motor saja. Suatu kontaktor magnetik terpisah, pengasut otomatis, atau pemutus

rangkaian diperlukan untuk rangkaian primer. Jika suatu kontaktor magnetik primer

digunakan, interlok elektrik pada lengan kontak yang bisa bergerak akan mengontrol

kerja dari kontaktor tersebut.

Ketika mengasut motor rotor belitan, tuas kerja (operating lever) digerakkan ke posisi

running yang pertama untuk memasukkan harga tahanan yang penuh pada rangkaian

sekunder, gambar 3.1. Hal ini juga mengoperasikan kontak elektrik dan menghubungkan

rangkaian ke kontaktor magnetik primer. Kontaktor ini menghubungkan rangkaian primer

ke jala – jala melalui kontak normally open (kontrol dua-kawat). Seiring tuas kian ke

kanan, makin banyak tahanan yang terpotong dari rangkaian hingga, pada posisi tuas

yang paling ujung kanan, motor bekerja pada kecepatan penuh. Interlock elektrik dan

mekanis mengontrol saklar magnetik primer dan memastikan bahwa tahanan yang

mencukupi digunakan pada rangkaian rotor pada saat mengasut.

Gambar 3.1 Pengatur kecepatan manual yang ter-interlock dengan

Pengasut magnetis untuk kontrol motor slip ring

Penggunaan kontrol dua-kawat untuk mengasut menyediakan keluaran tegangan yang

rendah. Hal ini berarti daya yang menuju ke motor dapat diganggu jika tegangan jala –

jala ke harga yang rendah atau gagal sama sekali., motor kemudian diasut ulang secara

otomatis.

2. PEMILIHAN KECEPATAN TOMBOL-TEKAN

Kontroler magnetik umumnya terdiri dari suatu pengasut magnetik yang menghubungkan

rangkaian primer ke jala – jala, dan satu atau lebih kontaktor pemercepat untuk memutus

secara bertahap tahanan pada rangkaian sekunder. Jumlah kontaktor pemercepat sekunder

tergantung dari rating motor itu sendiri. Kontaktor yang memadai jumlahnya digunakan

untuk memastikan percepatan yang halus dan untuk menjaga arus inrush dalam batasan

yang wajar. Kontaktor pemercepat dapat dikawatkan (wired) dengan pemilihan kecepatan

tombol-tekan (pushbutton speed selection), seperti pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 Pemilihan kecepatan tombol-tekan untuk suatu motor rotor belitan

Ketika tombol kecepatan-rendah ditekan, stator di-energized-kan oleh koil M melalui

kontak daya M. Motor mengasut perlahan dengan tahanan penuh pada rangkaian

sekunder rotor. Ketika kontaktor S ter-enenrgized oleh rtombol tombol tekan kecepatan

menengah, kontak – kontak S akan melepas bagian dari tahanan total pada rangkaian

rotor, dengan hasil bahwa kecepatan rotor meningkat. Kecepatan ini akan terus

meningkat jika tombol kecepatan tinggi ditekan, karena kontaktor H energized, kontak –

kontak H tertutup, dan semua tahanan pada rangkaian sekunder dari motor dihilangkan.

Jika diinginkan untuk beralih ke kecepatan menengah dari posisi kecepatan tinggi,maka

tombol kecepatan menengah ditekan. Hal ini menyebabkan kontaktor H deenergized,

yang kemudian menyisipkan sebagian dari tahanan total ke rangkaian rotor, dan dengan

demikian menurunkan kecepatan rotor. Suatu peralihan ke kecepatan rendah dapat

dilakukan dengan cara yang sama dengan hanya menekan tombol kecepatan rendah.

Metode ini relatif mudah dan murah. Tahanan tersebut harus mempunyai kapasitas untuk

beroperasi pada tiap kecepatan. Kekurangannya adalah bahwa motor dan mesin yang

dikendalikan dapat mengalami percepatan tanpa membiarkan waktu yang memadai

antara tahapannya bagi rotor untuk mencapai kecepatan maksimumnya untuk tiap

langkah percepatan. Waktu tunda yang diinginkan dapat ditambahkan dengan

menambahkan rangkaian dengan suatu relay paksa (compelling relay) untuk mencegah

terlalu cepatnya sebuah percepatan terjadi.

3. PERCEPATAN OTOMATIS

Pengasut standar yang digunakan untuk percepatan otomatis motor rotor belitan terdiri

dari sebuah pengasut jala – jala yang digunakan untuk rangkaian primer ke jala – jala,

dan satu atau lebih kontaktor pemercepat untuk melepas tahanan di rangkaian sekunder

seiring kecepatan rotor bertambah. Pengkawatan dari pengasut pemercepat dan desain

dari bagian tahanan ditujukan hanya untuk tugas mengasut saja. Kontroler jenis ini tak

dapat digunakan untuk regulasi kecepatan. Inrush arus (current inrush) pada pengasut

dengan dua langkah percepatan dibatasi oleh tahanan sekunder hingga suatu harga kira –

kira sebesar 250 % pada awal percepatan. Tahanan pada pengasut dengan tiga atau lebih

langkah percepatan membatasi Inrush arus hingga 150 % pada awal percepatannya.

Tahanan yang digunakan untuk percepatan umumnya dirancang untuk menahan satu

periode percepatan sebesar 10 detik pada tiap 80 detik dari waktu yang ada untuk sebuah

durasi sebesar 1 jam tanpa mengalami kerusakan.

Kerja dari kontaktor pemercepat dikontrol oleh suatu alat pewaktu yang menyediakan

percepatan yang berwaktu. Waktu dari tahap – tahap percepatan dikontrol oleh relay

percepatan pneumatik yang dapat diatur – atur. Ketika relay – relay ini diatur dengan

sedemikian rupa, semua periode pengasutan adalah sama tanpa memandang variasi dari

beban pengasutan. Fitur pewaktuan otomatis ini menghilangkan bahaya ari suatu

prosedur pengasutan yang tidak sesuai oleh seorang operator yang tidak berpengalaman.

Rangkaian primer (stator) pada gambar 3.3 ter-energized oleh tombol START. Motor

diasut dengan nilai tahanan yang penuh dari rangkaian sekunder. Koil P mengaktuasi

kontak delay-in-closing N.O. P. Setelah suatu periode waktu tertentu, kontak P menutup,

meng-energize kontak S1, dan mempertahankan dirinya sendiri melalui kontak

maintaining (mantaining contact). Ketika kontak S1 yang berada pada rangkaian tahanan

sekunder menutup, motor terus – menerus berakselerasi. Setelah kontak delay-in-opening

N.O. S1 tidak berfungsi lagi, kontaktor S2 energized dan menutup kontak rangkaian

tahanan. Motor kemudian berakselerasi ke kecepatan maksimum. Interlock N.C. S2

membuka rangkaian kontaktor S1. Penutupan S2 dipastikan oleh peng-overlap-an kontak

kontrol S2.

Gambar 3.3 Diagram elementer untuk pengasut motor rotor belitan

dengan tiga titik percepatan secara umum

PERCEPATAN OTOMATIS DENGAN KONTROL PEMBALIK

Percepatan otomatis mungkin untuk dilakukan pada kedua arah putaran dengan

penambahan tombol tekan dan kontaktor pembalik. Pengkawatan dari peralatan –

peralatan ini ditunjukkan pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Diagram elementer untuk suatu pengasut dua titik percepatan untuk

suatu motor rotor belitan pembalik

Motor dapat diasut pada kedua arah putaran pada kecepatan rendah dengan terpasang

penuhnya tahanan sekunder pada rangkaian. Baik untuk kedua arah putaran, relay

pewaktuan ter-energized oleh kontak – kontak bantu F atau R yang N.O. Koil TR

kemudian mengaktifkan kontak delay-in-closing TR. Koil S ter-energized ketika kontak

TR tidak berfungsi lagi dan menghilangkan semua tahanan dari rangkaian untuk

memperoleh kecepatan motor yang maksimum. Kontaktor – kontaktor primer berada

dalam keadaan interlocked dengan tombol – tombol tekan, kontak N.C. , dan peralatan

mekanis. Jika suatu saklar batas digunakan, hubungan yang ditunjukkan oleh garis putus

– putus pada gambar 3.4, motor akan berhenti apabila saklar batas aktif dan membuka.

Dalam keadaan ini, adalah perlu untuk untuk mengasut ulang motor dalam arah yang

berlawanan dengan tombol tekan. Hasilnya, fasa 1 dan 3 pada sisi primer akan saling

tertukar (interchanged).

PERCEPATAN OTOMATIS DENGAN MENGUNAKAN RELAY FREKUENSI

Pewaktu baku (definite timers) dan pewaktu pengganti dapat digunakan untuk

mengontrol percepatan dari motor rotor belitan. Pewaktu baku yang biasanya terdiri dari

relay pneumatik umumnya diset untuk arus beban tertinggi dan tetap berada pada setting

yang sama tanpa memandang berubahnya beban. Operasi dari suatu pewaktu pengganti

didasarkan pada beban yang ada; yaitu, bahwa motor akan berakselerasi lebih cepat untuk

beban ringan dan lebih lambat untuk beban berat. Relay frekuensi merupakan salah satu

jenis pewaktu pengganti dan menggunakan prinsip resonansi listrik dalam operasinya.

Ketika sebuah motor rotor belitan 60 Hz AC mengalami akselerasi, frekuensi yang

diinduksikan pada rangkaian sekunder berkurang dari 60 Hz pada kecepatan nol hingga 2

atau 3 Hz pada kecepatan penuh. Tegangan antara fasa – fasa bagian sekunder menurun

dengan cara yang sama, dari kecepatan nol sampai ke operasi kecepatan penuh. Pada

kecepatan nol, tegangan yang diinduksikan ke rotor ditentukan oleh perbandingan antara

belitan stator dan rotor. Frekuensinya, bagaimanapun juga, adalah sama dengan jala –

jala. Seiring berakselerasinya rotor, maka medan magnetik yang yang terinduksi di rotor

akan hampir menyamai medan putar dari stator. Hasilnya, jumlah garis gaya yang

dipotong oleh rotor menurun yang mengakibatkan berkurangnya frekuensi dan tegangan

rotor. Rotor sendiri takkan pernah benar – benar sinkron dengan medan putar karena

adanya keharusan slip untuk memperoleh gerak relatif yang diperlukan untuk induksi dan

operasi dari rotor. Persentase slip sendiri menentukan harga dari frekuensi dan tegangan

sekunder.

Gambar 3.5 Percepatan otomatis dari motor rotor belitan yang

menggunakan sistem relay frekuensi sederhana

Gambar 3.5 menggambarkan suatu pengasutan sistem relay frekuensi sederhana yang

dioperasikan dengan tombol tekan. Sistem ini memiliki 2 koil kontaktor yang terhubung

paralel (A dan B) dan sebuah kapasitor yang terhubung seri dengan koil B. Hasilnya

adalah percepatan otomatis tiga-langkah. Ketika motor mengasut, tegangan penuh

dihasilkan pada koil A dan B, mengakibatkan kontak A dan B yang N.C. membuka.

Tahanan penuh kemudian terhubung pada bagian sekunder dari motor. Seiring motor

berakselerasi, frekuensi sekunder menurun, yang mengakibatkan koil B tidak aktif lagi

dan kontak – kontak B menutup untuk mengurangi tahanan pada rangkaian rotor.

Kapasitornya sendiri bergantung pada frekuensi dari arus bolak – balik. Seiring motor

kian berakselerasi, koil A mati dan menutup kontak – kontak A. Karena digunakannya

kontak – kontak normally closed, maka bagian sekunder dari motor tak dapat sepenuhnya

dipisahkan. Jika sekunder dapat dipisahkan sepenuhnya dari rangkaian, aliran elektron

akan mengambil jalur yang memiliki tahanan paling sedikit, yang mengakibatkan tidak

adanya energi yang dikirim ke koil A dan B pada saat diasut.

4. KONTROL KECEPATAN OTOMATIS

Kontrol kecepatan otomatis suatu motor rotor belitan dapat diperoleh dengan

menggunakan peralatan pemandu (pilot devices). Diagram garis darri suatu kontroler

yang menggunakan peralatan pemandu untuk menyediakan kontrol kecepatan otomatis

ditunjukkan pada gambar 3.6.

Jika dimisalkan bahwa motor rotor belitan pada gambar 3.6 dikopel dengan suatu pompa

pada suatu sistem pengontrol cairan, maka operasinya dari sistem itu adalah sebagai

berikut. Untuk menjaga tingkat ketinggian cairan secara otomatis, maka saklar pemilih

diatur untuk berada posisi otomatis. Seiring naiknya cairan, saklar apung utama menutup

rangkaian ke saklar kontrol. Seiring dengan terus naiknya cairan, saklar apung FS1 meng-

energize relay kontrol CR1. CR1 menutup kontak pengasut utama M yang mana akan

mengasut motor pada kecepatan rendah dan meng-energize relay pewaktuan T1. Jika

kecepatan motor terlalu rendah untuk mengijinkan pengiriman cairan yang sesuai, maka

perubahan tingkat cairan pada tangki dengan sendirinya menutup saklar apung ketiga

FS2. Hasilnya, CR2 ter-energize melalui kontak T1 yang kini tertutup, untuk

mengoperasikan kontaktor pemercepat pertama 1A, kelompok tahana pertama

dihilangkan dari rangkaian, dan relay penunda-waktu kedua T2 ter-energize. Proses ini

berlanjut hingga suatu kecepatan motor dicapai untuk mempertahankan cairan pada suatu

level yang konstan dalam tangki. Jika saklar pemilih kontrol diletakkan secara manual,

maka motor harus diasut dengan seluruh tahanan dimasukkan pada rangkaian sekunder.

Sebagai tambahan, motor harus mengikuti urutan pewaktuan tertentu hingga semua

tahana dihilangkan untuk memperoleh kinerja maksimum dari pompa.

Gambar 3.6 Diagram garis kontroler motor rotor belitan yang menggunakan peralatan

pemandu untuk memperoleh kontrol kecepatan otomatis, kontrol percepatan dan

perlambatan serta dipertahankannya kecepatan yang dipilih.