BAB I
PENDAHULUAN
Latar belakang
Untuk memperoleh torsi mula yang cukup besar kedua jenis motor listrik baik rotor sangkar maupun rotor gelung membutuhkan arus start yang cukup besar mulai dari lima sampai dengan sepuluh kali lipat arus nominal. Peninggkatan arus secara tiba-tiba dapat mengakibatkan tegangan jatuh (voltage dips) pada suatu system tenaga listrik, tegangan jatuh ini dapat berakibat antara lain :
Perubahan torsi poros transien pada motor yang sedang beroperasi dapat
mengakibatkan mekanikal stress yang berlebihan
Jatuh tegangan yang berlebihan dapat mencegah motor listrik beroperasi dalam
kecepatan normal
kesalahan operasi pada peralatan lainnya misalnya contactor maupun peralatan relay
proteksi "under voltage" dan kedip lampu yang mengganggu
Tujuan Praktikum
Tujuan percobaan saklar Wye – Delta adalah :
Mengetahui fungsi saklar wye – delta pada instalasi tenaga listrik.
Mengetahui besarnya arus start,arus konstan dan kecepatan putaran apabila menggunakan saklar Y - .
Mengetahui besar MCB yang harus terpasang
Rumusan Masalah
Bagaimana cara kerja saklar wye-delta
Apa yang membedakan antara arus start dan arus konstan
Bagaimana cara mengetahui besar MCB yang harus terpasang pada rangkaian listrik 3 fase
Bagaimana mengukur arus start dan arus konstan
Bagaimana mengukur arus line dan arus fase
Apa yang membedakan antara arus line dan arus fase
BAB II
DASAR TEORI
II.1 PENGERTIAN
Secara umum motor-motor induksi dapat distart dengan cara menghubungkan motor secara langsung ke rangkaian pencatu daya ataupun dengan menggunakan tegangan yang telah dikurangi ke motor selama periode start. Pengoperasiannya dapat dilakukan secara manual ataupun magnetik
Motor yang distart dengan tegangan penuh akan menghasilkan kopel start yang lebih besar dibandingkan jika motor distart dengan tegangan yang dikurangi. Hal inii dibuktikan bahwa kopel motor induksi berbanding lurus dengan kuadrat tegangan yang digunakan. Jika selama start tegangan dikurangi hingga mencapai 80 % dari harga yang seharusnya, maka kopel start hanya mencapai 64% dari harga yang diperoleh apabila start dengan tegangan penuh. Pengurangan tegangan yang digunakan pada motor selama periode start akan mengurangi arus start dan pada saat yang sama menambah waktu percepatan karena kopel start yang kurang. Jenis beban yang akan distart harus menjadi perhatian dalam menggunakan cara start yang digunakan.
Cara-cara start pada motor induksi
ada berbagai macam, cara-cara tersebut antara lain sebagai berikut :
Penstart tegangan penuh atau penstart pada saluran (across the line starter).
Penstart dengan tegangan yang diturunkan (reduced-voltage starter).
Penstart lilitan bagian (part winding starter).
Penstart Wye-Delta.
dan yang akan kita bicarakan disini adalah cara start dengan rangkaian "bintang – delta".
Sambungan Wye – Delta merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengatur arus start yang mana dengan cara menurunkan arus pada arus start pada motor 3 phase.
Gambar. Hubungan Star dan Delta
II.1 Prinsip kerja
Motor distart pada hubungan Wye untuk kemudian diubah menjadi hubungan Delta pada kecepatan nominalnya. Motor induksi bertipikal seperti ini hanya motor induksi dengan daya diatas 5.5 HP (Horse Power), sedangkan 1 HP adalah bernilai 0.75 KW (kilowatt). Dengan penggunaan arus mula yang lumayan besar ini maka hubungan Wye dipakai karena menghasilkan arus yang lebih rendah sehingga menurunkan tegangan. Setelah motor berputar dan arus sudah mulai turun dengan menggunakan timer arus dipindahkan menjadi segitiga/ delta sehingga tegangan dan arus yang mengalir ke motor penuh.
Gambar. Rangkaian wiring wye-delta
electric-mechanic.blogspot.com
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa wiring star delta menggunakan 3 buah kontaktor utama yang terdiri dari K1 (input utama) K2 (hubung star) dan K3 (hubung delta). Dan semua itu disebut juga Rangkaian Utama.
Pada gambar, ketika K1 dan K2 aktif atau berubah menjadi NC maka hubungan yang terjadi pada motor menjadi hubung star, dan ketika K2 menjadi NO maka K3 pada saat yang bersamaan menjadi NC. Dan perubahan ini menyebabkan rangkaian pada motor menjadi hubung delta.
II.2 Hubungan Bintang (Y, wye)
Pada hubungan bintang (Y, wye), ujung-ujung tiap fase dihubungkan menjadi satu dan menjadi titik netral atau titik bintang. Tegangan antara dua terminal dari tiga terminal a – b – c mempunyai besar magnitude dan beda fasa yang berbeda dengan tegangan tiap terminal terhadapa titik netral. Tegangan Va, Vb dan Vc disebut tegangan "fase" atau Vf.
Gambar. Hubungan Bintang (Y, wye).
http://kumengerti.blogspot.com/2012/09/hubungan-bintang-delta-pada-motor.html
Dengan adanya saluran / titik netral maka besaran tegangan fase dihitung terhadap saluran / titik netralnya, juga membentuk sistem tegangan 3 fase yang seimbang dengan magnitudenya ( 3 dikali magnitude dari tegangan fase).
Vline = 3 Vfase = 1,73Vfase
Sedangkan untuk arus yang mengalir pada semua fase mempunyai nilai yang sama,
ILine = Ifase
Ia = Ib = Ic
II.3 Hubungan Segitiga
Pada hubungan segitiga (delta, Δ, D) ketiga fase saling dihubungkan sehingga membentuk hubungan segitiga 3 fase.
Gambar 3. Hubungan Segitiga (delta, Δ, D).
http://kumengerti.blogspot.com/2012/09/hubungan-bintang-delta-pada-motor.html
Dengan tidak adanya titik netral, maka besarnya tegangan saluran dihitung antar fase, karena tegangan saluran dan tegangan fasa mempunyai besar magnitude yang sama, maka:
Vline = Vfase
Tetapi arus saluran dan arus fasa tidak sama dan hubungan antara kedua arus tersebut dapat diperoleh dengan menggunakan hukum kirchoff, sehingga:
Iline = akar 3 Ifase = 1,73 Ifase
II.4 Hubungan Wye-Delta.
Dalam hubungan Wye, arus line dan arus fase adalah arus yang sama, tetapi tegangan fase adalah seperakar 3 dari tegangan line. Dalam hubungan delta harga tegangan tidak berubah, tetapi harga arus pada tiap kumparan adalah seperakar 3 dari arus line.
Dengan menstart motor pada hubungan wye, tegangan dan arus start dapat dikurangi. Ketika putaran motor mencapai putaran nominalnya maka secara otomatis hubungan akan diubah menjadi hubungan delta. Arus start pada motor yang distart pada hubungan Wye akan direduksi hingga sepertiga arus start pada hubungan delta. Torsi start pada hubungan Wye adalah sepertiga torsi dari hubungan delta.
II.5 Pengertian arus Start, arus Line, arus Fase, tegangan line dan tegangan Fase
Arus start, adalah arus awal yang digunakan untuk menyalakan alat atau motor pertama kali dan yang diteruskan ke dalam rangkaian.
Arus line, adalah arus yang terdapat dalam rangkaian /arus yang berjalan dalam rangkaian wye delta.
Arus fase, adalah arus yang terdapat pada tiap-tiap resistor pada suatu rangkaian saklar wye-delta
Tegangan line, adalah tegangan yang terdapat dalam rangkaian /arus yang berjalan dalam rangkaian.
Tegangan fase, adalah tegangan yang terdapat pada tiap-tiap posisi/fase pada suatu rangkaian
II.6 Korelasi antara Arus line, arus Fase, tegangan line dan tegangan Fase
Hubungan yang terjadi adalah apabila Arus line kecil maka tegangan yang terjadi juga kecil begitu pula sebaliknya seperti pada rumus berikut :
I = V/R
Begitupula pada arus fase apabila arusnya tinggi maka tegangan fasenyapun juga tinggi dan begitupula sebaliknya. Dalam hubungan wye, arus line dan arus fase adalah arus yang sama tetapi tegangan fase adalah 1 / ( ) dari tegangan line. Dalam hubungan delta harga tegangan tidak berubah, tetapi harga arus pada tiap kumparan adalah 1 / ( ) dari arus line.
Rumusan :
DELTA ke WYE WYE ke DELTA
R1 = R12 =
R2 = R23 =
R1 = R31 =
Gambar. Rangkaian Saklar Wye-Delta
keterangan :
Rangkaian Y : A,B,C terhubung
Rangkaian : A dan E terhubung
B dan F terhubung
C dan G terhubung
Saklar ini menghubungkan motor 3 phase dan sumber tegangan
(electrical science handbook volume 3)
II.7 SKEMA WYE DELTA
Cam switch
Cam switch
Gambar. Skema wye delta
Arus AC dari sumber tegangan masuk ke MCB lalu sesudahnya rangkaian dihubungkan secara Wye-Delta sehinga bisa menggerakkan motor induksi. Rangakaian diatas bekerja menggunakan rangkaian wye pada saat menstart motor. Penggunaan rangkaian wye ini diaksudkan untuk mengurangi konsumsi arus listrik pada saat start. Apabila putaran motor telah stabil maka secara otomatis rangkaian wye akan diganti dengan rangkaian delata. MCB (Miniatur Circuit Breaker)-rate saat ini tidak lebih dari 100 A yang merupakan pemutus hubungan listrik secara otomatis bilamana daya/tegangan melampaui standar yang ditentukan. Gunanya untuk mencegah terjadinya korsleting/hubungan pendek ataupun kerusakan peralatan listrik akibat melonjaknya tegangan listrik.
II.8 Jenis-jenis starter
Auto Transformator
Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa.
Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder. Untuk perubahan tegangan pada auto trafo digunakan OLTC (On Load Tap Changer) dimana OLTC ini akan mengganti tegangan dengan cara pergantian jumlah lilitan. Tegangan yang dihasilkan akan bervariasi sesuai dengan spesifikasi yang terdapat pada trafo tersebut.
Gambar : Autotransformator
http://hasrulbakri.wordpress.com/2010/03/21/transformator/
Direct Online
Starting motor induksi dapat dihubungkan secara langsung (DOL). Ketika motor dengan kapasitas yang sangat besar di-start dengan direct-on-line, tegangan sistem akan terganggu (terjadi voltage dip pada jaringan suplai) karena adanya arus starting yang besar. Gangguan tegangan ini dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan elektronis yang lain yang terhubung dengan sumber.
Rangkaian untuk pengasut langsung (DOL Direct On Line) akan memutus atau menghubungkan suplai utama ke motor secara langsung. Karena arus pengasutan motor dapat mencapai tujuh / delapan kali lebih besar dari arus kondisi normal, maka pengasut langsung ini hanya digunakan untuk motor-motor kecil dengan daya kurang dari 5 Kw.
Gambar: Direct Online Starter
Soft Starter
Sangat berbeda dari yang lainnya, alat ini menggunakan thyristor sebagai komponen utamanya. Softstarter adalah perlengkapan yang digunakan untuk mengasut (starter) motor induksi secara elektronik. Softstarter digunakan untuk start dan stop secara halus. Softstarte bekerja dengan menaikan tegangan tahap dem tahap waktu start dan penurunan tegangan tahap demi tahap waktu stop. Dengan menggunakan softstarter tegangan motor akan rendah saat start, begitu pula arus start dan torsi start juga rendah. Secara bertahap, tegangan dan torsi naik sehingga motor dapat mengakselerasi putaran generator menuju kecepatan nominal tanpa terjadi kenaikan torsi dan arus puncak.
Gambar .Soft Starter
II.9 Aplikasi :
Starter Generator
Gambar Emergency diesel generator
http://img.nauticexpo.com/images_ne/photo-g/emergency-diesel-generator-set-ships-21504-464101.jpg
Satrter motor pompa
Gambar Motor pompa
http://awieservis.wordpress.com/page/4/
Starter motor windlass
Gambar motor windlass
http://wel1998.en.ec21.com/I.H.I._Hydraulic_Motor_HVL_for--4515266_4515267.html
BAB III
DATA PRAKTIKUM
III.1 Peralatan dan Fungsi
No
Nama
Gambar
Fungsi
1
Tangmeter
Alat pengukur arus, yanga mengalir .
2
Tachometer
Mengukur kecepatan putar motor
3
Cam switch
Menyalakan dan memutus aliran listrik.
4
MCB (Main Circuit Breaker)
Switch pembatas arus akibat dari kenaikan daya / tegangan yang melibihi batas
6
Kabel
Menghubungkan komponen pada rangkaian
7
Stop Kontak dan Sumber tegangan
Memberikan tegangan pada mesin AC 3 Phase
8
Saklar Wye – Delta
Menurunkan arus
9
Motor Asinkron 3 Phase
Motor pemutar yang digerakkan oleh listrik sehingga diukur arus start dan konstan-nya
TIpe : UK 67.60-4
MAEN 9G 4535
Tegangan : 220/380 V
Arus : 5 A
P output : 2.2 KW atau 3 pk
Rpm : 1420
Cos : 0.8
Frekwensi : 30 Hz
III.2 Langkah Percobaan
Merangkai seluruh peralatan pada gambar skema.
Cam Switch
Cam Switch
Mengatur pengeset waktu otomatis dari Wye (Y)-Delta () .
Melakukan pendorongan tuas pada cam switch
Menekan on-off button pada panel.
Menghidupkan motor 3 phase dengan cara menekan saklar S pada posisi on
Mencatat besarnya arus pada ampermeter ketika motor distart dan ketika putaran konstan baik pada waktu saklar Y maupun saklar
Mencatat besarnya putaran motor ketika terhubung Wye (Y) maupun Delta ( )
Mengulang percobaan sampai 5 kali
BAB IV
ANALISA DATA
IV.1 DATA HASIL PERCOBAAN
Dari percobaan diperoleh data, sebagai berikut :
No
Rangkaian
Arus start
Arus konstan
Rpm
1
Y (Bintang)
2,21
0,68
1500
(Delta)
1,73
1,81
1504
2
Y (Bintang)
1,98
0,68
1499
(Delta)
1,64
1,82
1502
3
Y (Bintang)
1,86
0,7
1499
(Delta)
1,88
1,89
1504
4
Y (Bintang)
2,4
0,69
1504
(Delta)
1,71
1,86
1508
5
Y (Bintang)
2,65
0,69
1506
(Delta)
1,74
1,87
1508
IV.2 PERHITUNGAN
Sesuai dengan data percobaan maka untuk menghitung rata-rata arus start maupun arus konstan dapat diketahui dengan cara menjumlahkan semua nilai arus pada saat start maupun konstan. Lalu total arus dari masing-masing rangkaian tersebut dibagi dengan jumlah kali dari percobaannya. Sehingga didapatkan perhitungan seperti dibawah ini.
Dari hasil pengamatan diperoleh:
Arus start rata-rata untuk rangkaian wye adalah
=2,21+1,98+1,86+2,4+2,655= 2,22 A
Arus konstan rata-rata untuk rangkaian wye adalah
=1,68+0,68+0,7+0,69+0,695=0,688 A
Putaran rata – rata untuk rangkaian wye adalah
=1500+1499+1499+1504+15065=1501,6 Rpm
Sedangkan
Arus start rata-rata untuk rangkaian delta adalah
=1,73+1,64+1,88+1,71+1,745=1,74 A
Arus konstan rata-rata untuk rangkaian delta adalah
=1,81+1,82+1,89+1,86+1,875=1,85 A
Putaran rata – rata untuk rangkaian delta adalah
=1504+1502+1504+1508+15085= 1505,2 Rpm
Secara teori pada saat arus start ,bahwa pada saat kondisi wye arusnya lebih besar daripada kondisi delta, untuk mengukur arus nominalnya maka dilakukan perhitungan seperti di bawah ini:
Arus start pada rangkaian wye = Arus start pada rangkaian Delta.
= 1,74
= 3,017 A
Arus start pada rangkaian Delta = 1/ Arus start pada rangkaian wye
= 1/ 2,22
= 1,280 A
Prosentase error arus start saat kondisi wye =2,22-3,0172,22 = 0,359 atau 35,9 %
Prosentase error saat arus start saat kondisi delta =1,280-1,741,280 = 57,4 atau 35,9 %
Nilai dari arus start tanpa menggunakan saklar wye delta dapat diukur di ampere meter yang terletak di atas MCB. Dari percobaan yang telah dilakukan, saat start pertama kali terlihat di ampere meter terbaca 10 Amper dengan kondisi konstan sampai dengan sepuluh kali percobaannya, sehingga rata rata nya sama dengan 10 Amper. Apabila dibuat perbandingan maka perbandingannya adalah:
Perbandingan arus start dengan arus start saat kondisi wye dengan tanpa saklar wye delta
5,22 : 10 atau 1 : 1,9
Perbandingan arus start dengan arus start saat kondisi delta dengan tanpa saklar wye delta
1,015 : 10 atau 1: 9,85
Besarnya MCB yang harus dipasang adalah
= 12,5 Ampere
Maka MCB yang dipasang pada rangkaian setidaknya lebih dari 12,5 A, misal dipasang yang ukuran 16 A
IV.3 Grafik
Perbandingan antara arus start dan arus konstan pada rangkaian Wye.
Gambar diatas membandingkan antara arus konstan wye dan arus start wye, menunjukkan bahwa nilai arus konstan pada rangkaian wye lebih stabil.
Perbandingan antara arus start dan arus konstan pada rangkaian Delta.
Gambar diatas membandingkan antara arus konstan delta dan arus start delta. Menujukkan bahwa arus konstan delta lebih stabil
Perbandingan antara arus start pada rangkaian Wye dan Delta.
Grafik diatas membandingkan antara arus start wye dan arus start delta, menunjukkan bahwa pada arus start wye nilainya lebih besar dibandingkan dengan nilai arus start delta
Perbandingan antara arus konstan pada rangkaian Wye dan Delta.
Gambar diatas membandingkan antara arus konstan wye dan arus konstan delta, menunjukkan bahwa nilai kedua grafik tersebut stabil namun nilai arus konstan delta lebih besar dibandingkan dengan nilai arus konstan Wye.
Perbandingan antara rpm pada rangkaian Wye dan Delta
Gambar diatas membandingkan antara rpm wye dan rpm delta.menunjukkan bahwa nilai rpm wye mempunyai rpm yang lebih rendah daripada rpm delta dengan fluktuasi yang hampir sama di setiap percobaan.
IV.4 PEMBAHASAN
Dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa pada start awal arus pada rangkaian Wye lebih besar dari rangkaia Delta. Sehingga dapat dikatakan bahwa saklar Wye berfungsi untuk menurunkan arus.
Arus start yang mengalir pada hubungan wye lebih besar dibanding hubungan delta akan tetapi pada saat konstan Arus pada hubungan delta lebih besar dibanding hubungan wye.
Fungsi dari rangkain wye delta adalah untuk menurunkan arus start hal itu terdapat pada hasil percobaan yang menujukkan bahwa besarnya arus start cenderung tidak stabil dan bernilai jauh lebih besar daipada arus konstan
Dari perhitungan terhadap pengukuran baik pada hubungan wye maupun delta didapat bahwa angka-angka tersebut mendekati dari angka hasil percobaan, sehingga dapat dikatakan bahwa hasil percobaan tersebut sesuai dengan teori.
BAB V
KESIMPULAN
Saklar wye delta dapat digunakan untuk menurunkan arus start pada motor asinkron 3 phase.
Tidak dihubungkan langsung dengan rangkaian delta sebab berkaitan dengan pada saat pengkopelan pertama pada motor, dan juga untuk melindungi kumparan motor dari kerusakan.
Jika tahanan pada rangkaian Y besar maka arus kecil sehingga dapat menurunkan arus start.
pada rangkaian hubungan delta timbul arus konstan yang dalam hal ini digunakan motor untuk bekerja.
Besarnya arus yang timbul pada hubungan delta diakibatkan oleh besarnya tegangan line yang timbul pada masing-masing kumparan
Saklar harus mempunyai waktu pemutusan atau pengubahan dari Y ke Delta secara tepat.
Didapatkan hasil rata-rata untuk rangkaian wye
Arus start rata-rata untuk rangkaian wye adalah 2.4 A
Arus konstan rata-rata untuk rangkaian wye adalah 0.3 A
RPM rata-rata Wye = 1499,2
Didapatkan hasil rata-rata untuk rangkaian delta
Arus start rata-rata untuk rangkaian delta adalah 1.32 A
Arus konstan rata-rata untuk rangkaian delta adalah 1.4 A
RPM rata-rata = 1500,6 rpm
Perlunya mengubah ranglkaian dari Wye ke Delta dapat menghasilkan arus nominal yang lebih besar sehingga daya yang dihasilkan lebih besar pula.
Daftar Pustaka
Zuhal, Teknik Tenaga Listrik, 1991, ITB Bandung
Schaum Series Outline, Teknik Dasar Digital, 1995, Jakarta
Fitzgerald, AE ;Kingsley, Charles Jr ; D Umas,Stephen.ELECTRIC MACHINERY,Eirlangga, Jakarta, 1997
