57

FORUM TEKNOLOGI Vol. 05 No. 2

I. PENDAHULUAN

Pada motor induksi tiga fasa terdapatberaneka ragam macam bentuk starting.Metode starting tersebut dibagi menjadimetode starting pada motor induksi tigafasa rotor sangkar tupai (squirrel cageinduction motor) dan metode startingpada motor induksi tiga fasa rotor lilit(wound rotor induction motor), tapi yangdibahas disini hanya metode startingpada motor induksi tiga fasa rotor sangkartupai (squirrel cage induction motor).

Pada saat sebuah motor induksi tiga fasadihubungkan secara langsung padasuplai, (direct on-line) sehingga teganganpenuh langsung mengalir, maka motorlistrik akan menarik arus lebih banyak dari

pada arus normal yang dibutuhkannya.Berdasarkan kepada jenis/ukuran motordan kelembaman beban, arus start inibisa dua sampai tujuh kali (atau lebih)dari arus running (arus normal pada saatmotor berjalan).

Arus start ini juga akan mengakibatkandaya torsi start akan lebih besar padasaat start sehingga bisa merusak bebanatau mesin yang menggerakkan motor.Arus start yang besar ini dapatmengakibatkan drop tegangan padasaluran sehingga akan menggangguperalatan lain yang dihubungkan padasaluran yang sama.

Untuk memperkecil arus start, motorinduksi tiga fasa dapat distart dengan

METODE STARTINGMOTOR INDUKSI 3 FASA ROTOR SANGKAR TUPAI

(SQUIRREL-CAGE ROTOR 3 PHASE INDUCTION MOTOR)

Ali Supriyadi *)

AbstrakMotor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai (squirrel cage rotor 3 phase inductionmotor) merupakan motor arus bolak-balik yang paling banyak digunakan diperindustrian karena memiliki beberapa keuntungan antara lain motor ini sederhana,murah dan mudah pemeliharaannya. Selain itu motor induksi mempunyai efisiensiyang baik dan putaran konstan untuk setiap perubahan beban. Starting motor induksitiga fasa tidak memiliki permasalahan yang cukup besar seperti pada motor sinkron.Pada dasarnya motor induksi daya kecil dapat distart langsung hanya denganmenghubungkan dengan sumber tegangan. Namun untuk motor induksi yang besarhal ini tidak dapat dilakukan, karena arus start yang relatif besar yaitu 2 sampai 7 kaliarus nominal. Pada saat motor induksi dalam keadaan start, frekuensi rotor danreaktansinya tinggi yaitu dengan slip 100%, jadi dalam rangkaian rotor yang sangatreaktif, arus rotor tertinggal ggl rotor dengan sudut yang besar, ini akanmenghasilkan arus start yang tinggi pada faktor daya rendah. Pada keadaantertentu, kelebihan arus start ini bisa menyebabkan gangguan pada saluran instalasiyang nantinya bias mempengaruhi operasi kerja motor motor lain. Secara umummotor induksi tinggi tiga fasa rotor sangkar tupai dapat distart dengan caramenghubungkan motor secara langsung ke sumber tegangan, akan tetapi untukmengurangi arus start yang tinggi dapat dilakukan dengan cara mengatur teganganyang masuk ke motor selama periode start. Pengendalian yang digunakan untukmenstart motor pada kedua metode starting di atas dapat dioperasikan baik secaramanual ataupun secara magnetik.

Kata kunci : motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai, metode starting, arus start.

58

FORUM TEKNOLOGI Vol. 05 No. 2

mengatur besarnya tegangan yangmasuk ke motor listrik selama periodestart. Ada beberapa metode start motorinduksi tiga fasa dengan mengaturbesarnya tegangan masukan ke motorlistrik, yaitu :- Starting wye-delta- Starting autotransformator- Starting tahanan primer

II. MOTOR INDUKSI TIGA FASA

2.1 MOTOR INDUKSI 3 ROTORSANGKAR TUPAI (SQUIRREL-CAGE 3 INDUCTION MOTOR)

Penampang motor induksi tiga fasa rotorsangkar tupai memiliki konstruksi yangsederhana. Inti stator pada motor induksitiga fasa rotor sangkar tupai terbuat darilapisan lapisan pelat baja silikon beraluryang dilapisi isolasi didukung dalamrangka stator yang terbuat dari besi tuangatau pelat baja yang dipabrikasi. Lilitan lilitan kumparan stator diletakkan dalamalur stator yang terpisah 120 derajat listrik.Lilitan fasa ini dapat tersambung dalamhubungan delta ( ) ataupun bintang ( ).

Inti rotor diberi alur-alur untuk tempatbatangan-batangan tembaga ataualuminium yang ujung-ujungnya dihubungsingkat dengan cincin kedua sisinya,sehingga berbentuk sangkar. Konstruksidan bahan batangan-batangan sangkarini menentukan karakteristik motor.Batang rotor motor sangkar tupai tidakselalu ditempatkan paralel terhadap porosmotor tetapi kerapkali dimiringkan. Hal iniakan menghasilkan torsi yang lebihseragam dan juga mengurangi deraudengung magnetik sewaktu motor sedangberputar. Pada ujung cincin penutupdilekatkan sirip yang berfungsi sebagaipendingin. Rotor jenis rotor sangkarstandar tidak terisolasi, karena batangan

membawa arus yang besar padategangan rendah.

Gambar 1 Konstruksi Motor Induksi 3 FasaRotor Sangkar

Gambar 2 Bagian-bagian rotor sangkar

2.2 MOTOR INDUKSI 3 ROTOR LILIT(WOUND-ROTOR 3 INDUCTIONMOTOR )

Motor induksi rotor lilit berbeda denganmotor induksi rotor sangkar tupai dalamhal konstruksi rotornya. Seperti namanya,rotor dililit dengan lilitan terisolasi serupadengan lilitan stator. Lilitan fasa rotordihubungkan secara dan masing masing fasa ujung terbuka yangdikeluarkan ke cincin slip ring yangterpasang pada poros rotor.

Pada motor ini, cincin slip ring yangterhubung ke sebuah tahanan variabeleksternal yang berfungsi membatasi aruspengasutan dan yang bertanggung jawabterhadap pemanasan rotor. Motor ini

59

FORUM TEKNOLOGI Vol. 05 No. 2

putarannya dapat diatur dan biasanyadigunakan sebagai penggerak beban-beban yang memerlukan torsi start besardan bebannya berfluktuasi.

Dibandingkan dengan motor rotor sangkarmotor ini eftsiensinya lebih rendah, danmengeluarkan percikan bunga api.

Gambar 3 Bagian-bagian rotor belitan

III. METODE STARTING MOTORINDUKSI TIGA FASA

Motor induksi tiga fasa tidak mengalamimasalah starting seperti pada motorsinkron. Motor induksi dapat distartinglangsung hanya dengan menghubungkandengan sumber tegangan. Namunkadang-kadang untuk pertimbangan yanglebih baik hal ini tidak dilakukan. Sebagaicontoh arus start yang dihasilkan dapatmenyebabkan tegangan dip pada sistemtenaga.

Untuk motor induksi tiga fasa rotor lilit ,starting dapat dilakukan denganmenambahkan tahanan pada belitan rotormelalui cincin slip ring. Penambahantahanan ini tidak hanya menyebabkantorsi start meningkat tetapi jugamemperkecil arus start.

Untuk motor induksi tipe rotor sangkar,starting motor induksi dapat dilakukandengan banyak cara tergantung padadaya nominal motor dan tahanan efektifrotor saat motor distart.

Untuk menentukan arus rotor pada saatstarting, semua rotor sangkar saat inimempunyai code letter (agar tidak bingungdengan desgn class motor) padanameplatenya. Code letter menentukanjumlah arus pada saat start. Batas inidinyatakan sebagai fungsi daya kuda (hp).Tabel 1 adalah suatu tabel yang berisikVA/hp untuk setiap code letter.

Untuk menentukan arus start suatu motorinduksi, baca tegangan nominal dayamotor (hp) dan code letter dari nameplate.Kemudian daya semu motor saat startdinyatakan sebagai

Sstart = (daya kuda nominal)(faktor codeletter)

Dan arus start dapat ditentukan denganrumus

Tabel 1. Tabel NEMA, kVA/hp untuk setiapcode letter

NEMA CodeLetter Locked-Rotor kVA per hp

A 0 3.15B 3.15 3.55C 3.55 4.00D 4.00 4.50E 4.50 5.00F 5.00 5.60G 5.60 6.30H 6.30 7.10J 7.10 8.00K 8.00 9.00L 9.00 -10.0M 10.0 11.2N 11.2 12.5P 12.5 -14.0R 14.0 16.0S 16.0 -18.0T 18.0 20.0U 20.0 22.4V 22.4 and up

60

FORUM TEKNOLOGI Vol. 05 No. 2

Ada bebrapa metode starting motorinduksi tiga fasa antara lain:1. Starting langsung (direct on-line

starting).2. Starting Wye-Delta.3. Starting dengan Autotransformator4. Starting dengan penambahan tahanan

stator.

3.1 STARTING LANGSUNG(DIRECT ON-LINE STARTING)

Metode ini biasa juga disebut full-voltagestarter karena tegangan yang dimasukkanpada motor adalah tegangan yang sesuaidengan tegangan nominal dari motor.

Metode starting DOL ini digunakan bilapower supply yang tersedia cukup besardan pengaruh torsi awal tidakmembahayakan beban yang digerakkan

Motor dilengkapi dengan pengamanbeban lebih (OL), dimana kontak-kontaknya dihubungkan seri dengancoilnya kontaktor.

Rangkain Kontrol ini bisa dikembangkandengan pengontrolan dari beberapatempat, atau motor diberi pengaman yanglebih banyak, dengan memasang serikontak-kontaknya dalam rangkaiankontrol.

M

M

OLStop Start

M

M

M

I.M.OL3

OL1

OL2

Gambar 4. Rangkaian starting DOL

Gambar 5. Hubungan antaraArus/Torsi/Kecepatan starting DOL

Kegunaan

Metode starting DOL merupakan pilihanyang sederhana, yang memerlukanperawatan ringan dan memiliki torsi startyang tinggi. Metode starting ini digunakanbila torsi tinggi yang tinggi tidak akanmenyebabkan kerusakan pada beban danbila sistem daya keseluruhan tidakterpengaruh oleh tuntutan yang tinggi darimotor yaitu, arus starting sampai tujuhkali lipat arus beben penuh.Kelebihan dari metode starting DOL Efektifitas biaya awal Rangkaian dan cara kerja yang

sederhanaKelemahan dari metode starting DOL Hanya bisa dipakai bagi motor yang

berukuran lebih kecil bila ukuran suplaimembutuhkan pemakaiannya

Arus dan torsi maksimum pada saatpengasutan (bisa juga dimasukkankedalam faktor kelebihan)

3.2 STARTING WYE-DELTA

Metode starting wye-delta digunakanuntuk mengurangi arus asut dan torsiasut. Sebuah kumparan motor insuksipertama-tama dihubungkan dalam bentukrangkain wye dan selanjutnyadihubungkan pada delta. Untukmelakukan hal ini, motor harus memiliki

61

FORUM TEKNOLOGI Vol. 05 No. 2

enam ujung kumparan stator yang dibawamenuju terminal-terminal motor.

Gambar 6. Perbandingan wye dan delta

a. Bila motor diatas kumparan phasedirancang untuk tegangan EL.Kumparan stator dihubungkan deltadan diberi tegangan jala-jala sebesarEL. Kalau arus tiap phase besarnya If,maka arus line sebesar IL = 3 If.

b. Bila motor yang sama dihubungkanwye dan tetap diberi tegangan jala-jalasebesar EL, maka tegangan tegangantiap phase menjadi EL/ 3 , sehinggaarus tiap phase diperkecil menjadiIf/ 3 . Karena IL= If, maka IL= If/ 3 .

Kalau a dan b kita bandingkandidapatkan IL hubungan delta : ILhubungan wye = 3 : 1.

Starting wye-delta, hanya dilakukan untukmotor-motor induksi 3 phase yangmempunyai hubungan kumparan deltapada kondisi operasi normalnya.

RST

M3~

U

V

W

Z

X

Y

C D Y

OffOn

Y

R

YC

D

C

Y

RD

R S

Gambar 7. Rangkaian starting wye-delta

Gambar 8. Hubungan antaraArus/Torsi/Kecepatan starting Wye-Delta

Kegunaan

Metode startting wye-delta digunakan bilaadanya kebutuhan terhadap waktuakselerasi yang panjang dan start yangberkeseringan. Aplikasi praktis khusustersebut mencakup beban kelembamanyang tinggi seperti pada unit airconditioning centrifugal.

Kelebihan Metode starting yang lebih murah

dibandingkan metode StartingAutotransformer

Karakteristik kecepatan/arus/torsi yangbaik

Cocok untuk berbagai jenis motor Mudah dipasang dalam berbagai

situasi

Kelemahan Motor harus memiliki enam ujung koil,

dalam hal ini, enam terminal Pada jenis transisi terbuka,

menghasilkan arus transient

3.3 STARTING DENGANAUTOTRANSFORMATOR

Autotransformator digunakan untukmengurangi tegangan yang dimasukkanke stator dari motor induksi dengan jalanmengatur tap dari autotransformatortersebut.

62

FORUM TEKNOLOGI Vol. 05 No. 2

Metode starting ini cukup mahal tetapijuga efektif untuk mengurangi arus start.Selama proses start tegangan terminaldari motor berkurang sesuai proporsionaldengan perbandingan kumparan daritransformator. Torsi start dan torsimaksimum berkurang sesuai dengankuadrat dari perbandingan kumparan daritransformator.

Arus start sebanding denganperbandingan dari kumparantransformator bila dilihat pada kumparanstator dari motor, sedangkan bila dilihatdari sistem arus start sebanding dengankuadrat dari ratio transformator.

Gambar 9. Rangkaian metode startingdengan autotransformator

Gambar 10. Hubungan antaraArus/Torsi/Kecepatan untuk starting

autotransformator

Kegunaan

Metode starting autotransformer secarakhusus cocok untuk motor-motor berdayatinggi. Metode ini menyediakan torsi startyang tinggi dengan puncak arus yanglebih rendah. Aplikasi praktis mencakupunit-unit refrigasi berjenis lebih besar dankompresor-kompresor udara dimanamotor harus distart berlawanan dengantekanan utama substansi yang berat.

Kelebihan Pengatur (tap) transformer dapat

dilakukan untuk batasan beban yangluas

Karakteristik torsi terhadap arus alirmerupakan suatu nilai yang optimal

Motor tidak diputus-hubungkan darisuplai selama perubahan akibatpengaturan (tap), dengan demikianbisa mengurangi transient.

Kelemahan Mahal Sangat berat dan besar dibandingkan

jenis-jenis pengasut lain.

3.4 STARTING DENGANPENAMBAHAN TAHANANSTATOR (RESISTANSI PRIMER)

Metode starting dengan penambahantahanan stator (resistansi primer) bekerjaberdasarkan prinsip penyambunganresistor-resistor dalam rangkaian lilitanmotor selama periode starting.

Teganga jatuh sepanjang reistor-resistormenurunkan tegangan pada terminalmotor yang selanjutnya membatasi arusstart. Torsi dengan begitu juga mengalamipengurangan. Torsi tersebut dibatasidengan perbandingan yang sama denganarus.

Pada saat motor telah mencapaikecepatan yang memadai, kira-kira 75%dari kecepatan beban penuh, resistor-

63

FORUM TEKNOLOGI Vol. 05 No. 2

resistor tersebut dipisahkan dan motordihubungkan secara langsung ke suplai.Resistor-resistor tadi terpisah dalam satuatau dua tahap.

Motor secara permanen dihubungkandalam delta. Pengasut resistansi primermerupakan jenis pengasut transisitertutup. Bila sebuah kontaktor menutupdan memisahkan resistor-resistor, motortetap terhubung suplai.

Jenis-jenis Starting Resistansi Primer

1. Starting resistor metalik

Resistor yang dipakai pada pengasutresistor primer metalik terbuat dari bahantahanan yang mampu melakukan disipasiterhadap daya (rugian I2R). Resistortersebut besar secara fisik danmerupakan buangan daya selamaperiode pengasutan.

2. Starting resistor cairan (liquid)

Pengasut resistansi primer liquidmemakai semacam cairan (electrolyte) didalam kontainer tidak seperti resistormetalik solid. Resistansi electrolyte lebihrendah karena pada saat arus mengalirelectrolyte memanas.

Electroda secara permanen dimasukkandi dalam kontainer untuk menahanelectrolyte, yang mana sering bersifatnon-corrosive (tidak berkarat), dankontainer tersebut ditutup. Masing-masinglilitan motor memiliki kontainer danrangkaian elektroda terpisah.

Gambar 11. Rangkaian daya Startingresistansi primer

Gambar 12. Hubungan antaraArus/Torsi/Kecepatan untuk starting resistansi

primer

Kegunaan

Metode starting resistansi primer terbatasuntuk motor-motor yang menggerakkanbeban dengan torsi asut (start) yangrendah. Aplikasi jenis ini ditemui pada fan,blower, dan pompa air.

Kelebihan Daya dan rangkaian kontrol yang

sederhana Tidak ada pemutusan pada suplai

pada saat motor mengalamipeningkatan kecepatan

64

FORUM TEKNOLOGI Vol. 05 No. 2

Lebih murah dibandingkan metodestarting autotransformer

Karakteristik arus dan torsi dikontroldengan resistansi yang memilikipenahapan yang berkurang

Kelemahan Resistor berukuran besar secara fisik Buangan daya selama periode starting Karakteristik arus dan torsi jelek arus

alir relatif tinggi sedangkan torsirendah

IV. KESIMPULAN1. Metode starting direct on line (DOL),

merupakan metode starting yang palingsederhana, memerlukan perawatanringan dan memiliki ciri torsi start tinggi.Metode starting ini digunakan bila torsitinggi yang tinggi tidak akanmenyebabkan kerusakan pada bebandan bila sistem daya keseluruhan tidakterpengaruh oleh tuntutan yang tinggidari motor yaitu, arus starting sampaitujuh kali lipat arus beben penuh.

2. Metode starting wye-delta digunakanbila adanya kebutuhan terhadap waktuakselerasi yang panjang dan start yang

berkeseringan. Metode starting inisangat efektif menurunkan arus startsampai 1/3 arus start metode startingDOL. Metode ini cocok untuk berbagaijenis motor dengan karakteristikkecepatan/arus /torsi yang baik.

3. Metode starting autotransformer secarakhusus cocok untuk motor-motorberdaya tinggi. Metode ini menyediakantorsi start yang tinggi dengan puncakarus yang lebih rendah, dimanabesarnya arus start sebangding dengankuadrat dari ratio transformator.

4. Metode starting dengan penambahantahanan stator (resistansi primer)bekerja berdasarkan prinsippenyambungan resistor-resistor dalamrangkaian lilitan motor selama periodestarting. Metode starting ini terbatasuntuk motor-motor yang menggerakkanbeban dengan torsi start yang rendah

DAFTAR PUSTAKA

1. Chapman Stephen J, Elektric Machinery Fundamentals Fourth Edition Mc Graw HillCompanies, New York,2005.

2. Fitzgerald, A.E, Charles Kingsley, Jr., Stephen D. Umans, Mesin-Mesin Listrik, EdisiKeempat, Erlangga, Jakarta,1984.

3. Frank, D. Petruzella. Industrial Electronics. New York: McGraw-Hill Book Company,1984.4. McPherson, George An Introduction To Electrical Mechines And Transformers, Jhon

Wiley & sons, Inc, Canada, 1981.5. Smeaton, Robert, W. Motor Application and Maintenance Handbook.New York: McGraw-

Hill Book Company, 1984.6. Theodore Wildi, Electrical Machines, Drives andPower Systems 3rd,Prentice Hall Inc,

New Jersey,1997.7. Theraja, B.L, A Text-Book Of Electrical Technology, Nurja Construction & Development,

New Delhi,1989.

*) Ali Supriyadi adalah pejabat fungsional Widyaiswara