BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Motor Induksi Tiga Fasa Pengertian Motor Induksi Tiga Fasa Motor induksi tiga fasa merupakan motor listrik arus bolak-balik yang paling banyak digunakan dalam dunia industri. Dinamakan motor induksi karena arus rotor motor ini bukan diperoleh dari suatu sumber listrik, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar. Dalam kenyataannya, motor induksi dapat diperlakukan sebagai sebuah transformator, yaitu dengan kumparan stator sebagai kumparan primer yang diam, sedangkan kumparan rotor sebagai kumparan sekunder yang berputar. Motor induksi tiga fasa berputar pada kecepatan yang pada dasarnya adalah konstan, mulai dari tidak berbeban sampai mencapai keadaan beban penuh. Kecepatan putaran motor ini dipengaruhi oleh frekuensi, dengan demikian pengaturan kecepatan tidak dapat dengan mudah dilakukan terhadap motor ini. Walaupun demikian, motor induksi tiga fasa memiliki beberapa keuntungan, yaitu sederhana, konstruksinya kokoh, harganya relatif murah, mudah dalam melakukan 8

2 9 perawatan, dan dapat diproduksi dengan karakteristik yang sesuai dengan kebutuhan industri. [12] Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa Sebuah motor induksi tiga fasa memiliki konstruksi yang hampir sama dengan motor listrik jenis lainnya. Motor ini memiliki dua bagian utama, yaitu stator yang merupakan bagian yang diam, dan rotor sebagai bagian yang berputar sebagaimana diperlihatkan pada gambar 2.1. Antara bagian stator dan rotor dipisahkan oleh celah udara yang sempit, dengan jarak berkisar dari 0,4 mm sampai 4 mm. Gambar 2.1. Penampang Stator dan Rotor Motor Induksi Tiga Fasa [12] Stator Stator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk silindris. Alur pada tumpukan laminasi inti diisolasi dengan kertas (Gambar 2.2.(b)). Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lempengan besi (Gambar 2.2.(a)). Tiap lempengan besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap

3 10 kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan fasa dimana untuk motor tiga fasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris (Gambar 2.2.(c)). Berikut ini contoh lempengan laminasi inti, lempengan inti yang telah disatukan, belitan stator yang telah dilekatkan pada cangkang luar untuk motor induksi tiga fasa. (a) (b) (c) Gambar 2.2. Komponen Stator Motor Induksi Tiga Fasa [12] (a) Lempengan Inti (b) Tumpukan Inti dengan Kertas Isolasi pada Beberapa Alurnya (c) Tumpukan Inti dan Kumparan dalam Cangkang Stator Rotor Berdasarkan jenis rotornya, motor induksi tiga fasa dapat dibedakan menjadi dua jenis, yang juga akan menjadi penamaan untuk motor tersebut, yaitu rotor belitan (wound rotor) dan rotor sangkar tupai (squirrel cage rotor). Jenis rotor belitan terdiri dari satu set lengkap belitan tiga fasa yang merupakan bayangan dari belitan pada statornya. Belitan tiga fasa pada rotor belitan biasanya terhubung Y, dan masing-masing ujung dari tiga kawat belitan fasa rotor tersebut dihubungkan pada slip ring yang terdapat pada poros rotor (gambar 2.3(a)). Belitan-belitan rotor ini kemudian dihubung singkatkan melalui

4 11 sikat (brush) yang menempel pada slip ring (perhatikan gambar 2.4), dengan menggunakan sebuah perpanjangan kawat untuk tahanan luar. Gambar 2.3. (a) Tampilan Close-Up Bagian Slip Ring Rotor Belitan [12] (b) Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan [12] Gambar 2.4. Skematik Diagram Motor Induksi Rotor Belitan [12] Dari gambar 2.4. dapat dilihat bahwa keberadaan slip ring dan sikat sematamata hanya sebagai penghubung belitan rotor ke tahanan luar (exsternal resistance).

5 12 Keberadaan tahanan luar disini berfungsi pada saat pengasutan yang berguna untuk membatasi arus mula yang besar. Tahanan luar ini kemudian secara perlahan dikurangi sampai resistansinya nol sebagaimana kecepatan motor bertambah mencapai kecepatan nominalnya. Ketika motor telah mencapai kecepatan nominalnya, maka tiga buah sikat akan terhubung singkat tanpa tahanan luar sehingga rotor belitan akan bekerja seperti halnya rotor sangkar tupai. Rotor sangkar mempunyai kumparan yang terdiri atas beberapa batang konduktor yang disusun sedemikian rupa hingga menyerupai sangkar tupai. Rotor terdiri dari tumpukan lempengan besi tipis yang dilaminasi dan batang konduktor yang mengitarinya (gambar 2.5(a)). Tumpukan besi yang dilaminasi disatukan untuk membentuk inti rotor. Alumunium (sebagai batang konduktor) dimasukan ke dalam slot dari inti rotor untuk membentuk serangkaian konduktor yang mengelilingi inti rotor. Rotor yang terdiri dari sederetan batang konduktor yang terletak pada alur-alur sekitar permukaan rotor, ujung-ujungnya dihubung singkat dengan menggunakan cincin hubung singkat (shorting ring) atau disebut juga dengan end ring. (a) (b) Gambar 2.5. (a) Rotor Sangkar Tupai dan Bagian-bagiannya [12] (b) Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Sangkar Tupai [12]

6 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Pada saat terminal tiga fasa stator motor induksi diberi suplai tegangan tiga fasa, maka akan mengalir arus pada konduktor di tiap belitan fasa stator dan akan menghasilkan fluksi bolak-balik. Amplitudo fluksi per fasa yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan menghasilkan fluks resultan (medan putar) dengan magnitud yang nilainya konstan yang berputar dengan kecepatan sinkron : ns = 120. f / P... (2.1) dimana, ns = kecepatan sinkron/medan putar (rpm) f = frekuensi sumber daya (Hz) P = jumlah kutub motor induksi Medan putar akan terinduksi melalui celah udara menghasilkan ggl induksi (ggl lawan) pada belitan fasa stator sebesar : e1 = - N 1 dø...(2.2) dt e1 = - N 1 d (Ø m sinωt) dt = -ωn 1 Ø m cos ωt karena (ω = 2π f ) Jadi : = -2π f N 1 Ø m cos ωt = 2π f N 1 Ø m sin (ωt 90 0 ) untuk nilai maksimum sin = 1 Em1 = 2π f N 1 Ø m E1 = Em1 2 = 2π f N 1 Ø m 2 E1 = 4,44 f 1 N 1 Ø m... (2.3)

7 14 dimana, e1 = ggl induksi sesaat stator/fasa (Volt) Em1 = ggl induksi maksimum stator/fasa (Volt) E1 = ggl induksi efektif stator/fasa (Volt) f1 = frekuensi saluran (Hz) N1 = jumlah lilitan kumparan stator/fasa Ø m = fluks magnetik maksimum (Weber) Medan putar tersebut juga akan memotong konduktor-konduktor belitan rotor yang diam (perhatikan gambar 2.6). Hal ini terjadi karena adanya perbedaan relatif antara kecepatan fluksi yang berputar dengan konduktor rotor yang diam, yang disebut juga dengan slip (s). s = ns nr.... (2.4) ns Akibat adanya slip, maka ggl (gaya gerak listrik) akan terinduksi pada konduktorkonduktor rotor sebesar : e2=-n 2 dø...(2.5) dt atau E2 = 4,44 f 2 N 1 Ø m... (2.6) dimana : e2 = ggl induksi sesaat pada saat rotor diam/fasa (Volt) E2 = ggl induksi efektif pada saat rotor diam/fasa (Volt) f2 = frekuensi arus rotor (Hz)

8 15 N2 = jumlah lilitan pada kumparan rotor/fasa Ø m = fluks magnetik maksimum (Weber) Gambar 2.6 Proses Induksi Medan Putar Stator pada Kumparan Rotor [12] Karena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui cincin ujung (end ring) ataupun tahanan luar, maka arus akan mengalir pada konduktorkonduktor rotor. Karena konduktor-konduktor rotor yang mengalirkan arus ditempatkan di dalam daerah medan magnet yang dihasilkan stator, maka akan terbentuklah gaya mekanik (gaya lorentz) pada konduktor-konduktor rotor. Hal ini sesuai dengan hukum gaya lorentz yaitu bila suatu konduktor yang dialiri arus berada dalam suatu kawasan medan magnet, maka konduktor tersebut akan mendapat gaya elektromagnetik (gaya lorentz) sebesar : F = B.i.l.sin θ... (2.7) dimana, F = gaya yang bekerja pada konduktor (Newton)

9 16 B = kerapatan fluks magnetik (Wb/m2) i = besar arus pada konduktor (A) l = panjang konduktor (m) θ = sudut antara konduktor dan vektor kerapatan fluks magnetik Gaya F ini adalah hal yang sangat penting karena merupakan dasar dari bekerjanya suatu motor listrik. Arah dari gaya elektromagnetik tersebut dapat dijelaskan oleh kaidah tangan kanan (right-hand rule). Kaidah tangan kanan menyatakan, jika jari telunjuk menyatakan arah dari vektor arus i dan jari tengah menyatakan arah dari vektor kerapatan fluks B, maka ibu jari akan menyatakan arah gaya F yang bekerja pada konduktor tersebut. Gaya F yang dihasilkan pada konduktor-konduktor rotor tersebut akan menghasilkan torsi (τ). Bila torsi mula yang dihasilkan pada rotor lebih besar daripada torsi beban (τ0 > τb), maka rotor akan berputar searah dengan putaran medan putar stator. Seperti yang telah disebutkan di atas, motor akan tetap berputar bila kecepatan medan putar lebih besar dari pada kecepatan putaran rotor (ns > nr). Apabila ns = nr, maka tidak ada perbedaan relatif antara kecepatan medan putar (ns) dengan putaran rotor (nr), atau dengan kata lain slip (s) adalah nol. Hal ini menyebabkan tidak adanya ggl terinduksi pada kumparan rotor sehingga tidak ada arus yang mengalir, dengan demikian tidak akan dihasilkan gaya yang dapat menghasilkan kopel untuk memutar rotor.

10 Frekuensi Rotor Frekuensi rotor tidak persis sama seperti frekensi stator. Jika rotor motor terkunci sehingga tidak dapat bergerak nr = 0 rpm, maka rotor akan mempunyai frekuensi yang sama seperti stator f2 = f1, dimana pada kondisi ini slip s = 1. Akan tetapi, jika rotor berputar pada kecepatan (mendekati) sinkron nr ns, maka frekuensi rotor akan menjadi (mendekati) nol f2 0, dimana pada kondisi ini slip s 0. [12] Dari pernyataan di atas, maka dapat dibuat hubungan persamaan frekuensi rotor f2 terhadap frekuensi stator f1 sebagai berikut, f2 = sf (2.8) Dengan mensubstitusikan persamaan (2.4) ke dalam persamaan (2.8), maka didapat, f2 = (ns nr) f1... (2.9) ns Dari persamaan (2.1) diketahui bahwa ns = 120f1/P, maka f2 = (ns nr)p f1 120 f1 f2=(ns nr)p...(2.10) Rangkaian ekivalen Kerja motor induksi seperti juga kerja transformator adalah berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Oleh karena itu motor induksi dapat dianggap sebagai transformator dengan rangkaian sekunder yang berputar [11].

11 18 Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi [11] Karakteristik motor induksi Dari kurva dapat diperoleh informasi tentang operasi dari motor induksi yaitu momen starting pada motor sedikit lebih besar daripada saat momen dengan beban penuh, jadi motor ini akan mulai membawa beban yang ada hal itu dapat terjadi dengan memberikan sumber pada tenaga penuh. [2] Gambar 2.8 Kurva Karakteristik Arus Motor Induksi [10] Dari kurva I 2 sebagai fungsi dari n diatas didapat bahwa I nom (arus beban penuh) terjadi pada n nom. Pada perputaran-perputaran yang rendah arus dapat mencapai beberapa kali I nom besarnya [10] Metode starting Bila suatu motor induksi diasut, arus asut mengalir sebesar kira-kira 700% dari arus beban penuh. Karena itu gangguan berikut dapat terjadi [11] :

12 19 Tegangan sumber menurun tiba-tiba, akibatnya mempengaruhi motor lainnya, lampu dan macam-macam alat atau peralatan yang dihubungkan pada sumber daya yang sama. 1. Arus asut besar membangkitkan kopel besar, dan akibatnya dapat merusak mesin beban dan motor. 2. Bila pengasutan sering dilakukan, akan dibangkitkan panas yang tinggi dalam kumparan dan dapat membuatnya terbakar. Ada dua metode yang digunakan untuk starting motor induksi 3 fasa, yaitu: 1. Metode starting tegangan penuh (full-voltage) 2. Metode starting pengurangan tegangan (reduced-voltage) Metode starting tegangan penuh (full-voltage) Motor yang start dengan hubungan langsung ke jala-jala yang diizinkan untuk menerima arus starting yang besar dengan kapasitas kurang dari 2,25 kw [11]. Gambar 2.9 Wiring Diagram Starter Otomatis dengan Hubungan Langsung ke Motor Induksi 3 Fasa [11]

13 Metode starting pengurangan tegangan (reduced-voltage) Metode starting pengurangan tegangan (reduced-voltage) dengan kompensator. Motor start dengan posisi perubahan dari tap-tap pada transformator untuk kompensasi yang kemudian pada keadaan selanjutnya berjalan normal sehingga tidak terjadi perubahan lagi [8]. Gambar 2.10 Wiring Diagram yang Memperlihatkan Kompensator, Menggunakan Hubungan Buka-Delta untuk Starter Motor Induksi 3 Fasa [8]. Metode starting pengurangan tegangan (reduced-voltage) dengan resistansi. Penambahan resistan ke jalur pengawatan untuk start motor induksi yang ekivalen dengan prosedur dari starting dc motor [9]. Gambar 2.11 Wiring Diagram yang Memperlihatkan Metode Jalur-Resistans untuk Starter Motor Induksi Bintang-Delta [9]

14 21 Metode starting pengurangan tegangan (reduced-voltage) dengan Y-Δ. Pada metode ini belitan stator pada saat start akan terhubung Y dan pada saat operasi normal akan terhubung Δ [8]. Gambar 2.12 Wiring Diagram yang Memperlihatkan Metode Y-Δ untuk Starter Motor Induksi Bintang-Delta [9]. 2.2 Peralatan Elektromekanis Relay Teori dasar Dalam dunia elektronika, relay dikenal sebagai komponen yang dapat mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 1970an, relay merupakan otak dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan posisi relay. Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut : Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar.

15 22 Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik. Di bawah ini contoh relay yang beredar di pasaran. Gambar 2.13 Relay yang tersedia di pasaran [4]. Secara umum, relay digunakan untuk memenuhi fungsi fungsi berikut : Remote control : dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jauh Penguatan daya : menguatkan arus atau tegangan Contoh : starting relay pada mesin mobil Pengatur logika kontrol suatu sistem Prinsip Kerja dan Simbol Relay terdiri dari coil dan contact. Perhatikan gambar 2.14, coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close).

16 23 Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay : ketika coil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup. Gambar 2.14 Skema relay elektromekanik [6] Selain berfungsi sebagai komponen elektronik, relay juga mempunyai fungsi sebagai pengendali sistem. Sehingga relay mempunyai 2 macam simbol yang digunakan pada : Rangkaian listrik (hardware) Program (software) Berikut ini simbol yang digunakan : Gambar 2.15 Rangkaian dan simbol logika relay [6].

17 24 Simbol selalu mewakili kondisi relay tidak dienergized. Dalam data sheet, penjelasan untuk coil dan contact terpisah. Hal ini menyebabkan masing masing mempunyai spesifikasi yang berbeda beda juga. Perhatikan tabel berikut. Tabel 2.1 Contoh datasheet relay G2RS Omron [4] Jenis jenis Relay Seperti saklar, relay juga dibedakan berdasar pole dan throw yang dimilikinya. Berikut adalah definisi pole dan throw :

18 25 Pole : banyaknya contact yang dimiliki oleh relay Throw : banyaknya kondisi (state) yang mungkin dimiliki contact Berikut ini penggolongan relay berdasar jumlah pole dan throw : SPST (Single Pole Single Throw) DPST (Double Pole Single Throw) SPDT (Single Pole Double Throw) DPDT (Double Pole Double Throw) 3PDT (Three Pole Double Throw) 4PDT (Four Pole Double Throw) Kontaktor Teori dasar Kontaktor juga disebut saklar elektromagnetik, yaitu saklar atau kontak yang sistem operasinya dengan cara kerja medan elektromagnetik yang dibangkitkan oleh kumparan magnet buatan dan merupakan suatu alat yang aman untuk penyambungan dan pemutusan secara terus menerus. Kontaktor memiliki beberapa merek dan tipe yang dapat disesuaikan dengan fungsi serta kegunaannya. Adapun beberapa merek yang umum digunakan adalah sebagai berikut : Telemecanique, Schneider, Mitsubishi, Omron, Fuji Electric, Siemens Bagian-bagian kontaktor Pada umumnya kontaktor memiliki beberapa bagian, yaitu :

19 26 Coil Merupakan komponen utama dalam kontaktor, berfungsi sebagai penggerak kontak kontak yang ada. Coil ini berupa besi yang terlilit oleh kumparan dari tembaga dan bekerja seperti sistem pada elektromagnetik, apabila kumparan tersebut dialiri arus maka besi carrent akan menghasilkan magnit dan dapat menarik kontak kontak tersebut. Kontak utama ( Main Contact ) Merupakan kontak kontak yang ada pada kontaktor yang memiliki bentuk lebih besar dari kontak kontak lainnya. Umumnya digunakan untuk penghubungan langsung ke beban. Kontak kontak utama menjadi satu tempat dengan coilnya. Kontak bantu ( Auxiliary Contact) Merupakan kontak tambahan yang disediakan oleh kontaktor. Kontak kontak bantu ini juga dapat ditambahi sendiri oleh pemakainya. Gambar 2.16 Bagian-bagian kontaktor [6]

20 Prinsip kerja kontaktor Kontaktor pada dasarnya merupakan sebuah saklar atau kontak kontak yang memiliki beberapa jumlah dalam satu bentuk fisik sering juga disebut dengan saklar elektromagnetik. Kontaktor yang terdiri dari coil, kontak utama dan kontak bantu. Cara kerjanya adalah apabila ada arus / tegangan yang mengaliri coil, maka coil tersebut akan menghasilkan magnit pada yang dililitinya, dan akan menarik kontak-kontak yang terhubung dengannya, sehingga kontak kontak tersebut akan bekerja secara sempurna Fungsi kontaktor Adapun beberapa fungsi kontaktor digunakan untuk mengerjakan atau mengoperasikan dengan seperangkat alat control beban, seperti : Penerangan Pemanas Pengontrolan Motor motor Listrik Pengaman Motor motor Listrik Sedangkan pada pengaman motor motor listrik beban lebih dilakukan secara terpisah. Kontaktor akan bekerja dengan normal bila diberikan tegangan 85 % sampai 110 % dari tegangan permukaannya. Sedangkan bila lebih kecil dari 85 % kontaktor akan bergetar atau bunyi. Jika lebih besar dari 110 % kontaktor akan panas dan terbakar. Adapun bentuk kontaktor sebagai berikut :

21 28 Gambar 2.17 Kontaktor dan kontak bantunya [3] Time Delay Relay (Timer) Pengertian Timer Time Delay Relay ini juga disebut sebagai relay penunda waktu yang sering disebut juga dengan TIMER. Adapun prinsip kerja dari Time Delay Relay ini adalah sebagai pewaktu atau memperlambat kerja (menunda) yang diperlukan untuk kontak kontak NO atau NC agar beroperasi secara normal. Sehingga dapat disimpulkan apabila coil sudah diberikan sumber tegangan maka setelah tertunda beberapa detik/menit,/jam (waktu yang ditentukan) kemudian aktif kontak kontak NO atau NC secara normal. Adapun bentuk dari timer adalah sebagai berikut :

22 29 Gambar 2.18 Timer [4] Jenis-jenis timer On Delay On Delay adalah suatu Timer yang harus dihubungkan secara langsung ke kontaktor (menjadi satu dengan Kontaktor) dan memiliki prinsip kerja yang akan berfungsi jika coil kontaktor bekerja ( ON ) maka Timer juga bekerja ( ON ). Off Delay Off Delay adalah suatu Timer yang harus dihubungkan secara langsung ke kontaktor (menjadi satu dengan Kontaktor) dan memiliki prinsip kerja yang berfungsi jika coil kontaktor bekerja (ON) maka Timer belum bekerja (OFF), ketika coil kontaktor tidak bekerja (OFF), maka Off Delay akan bekerja (ON) Push Button Push Botton merupakan suatu bentuk saklar yang sering digunakan dalam suatu rangkaian kontrol dan mempunyai fungsi sama dengan saklar saklar lainnya pada

23 30 umumnya, tetapi memiliki perbedaan dalam sistem penguncian yang digunakannya. Push botton (tombol tekan) ini hampir selalu digunakan dalam setiap pembuatan panel kontrol, baik secara konvensional maupun secara modern. Dari jenis warna push botton (tombol tekan) yang sering digunakan adalah yang berwarna hijau sebagai push untuk posisi ON, dan yang berwarna merah sebagai push untuk posisi OFF. Sedangkan ada warna warna lain yang penggunaannya dapat disesuaikan dengan kebutuhan yang diinginkan. Gambar 2.19 Push Button [3] Push Button NO (Normally Open) Push botton NO berfungsi jika ditekan (ditombol), maka kontaknya akan menghubungkan atau bekerja (ON), dan jika dilepaskan tombol (tidak ditombol) pada posisi semula, maka aliran arus akan terputus atau tidak bekerja (OFF) Push Button NC (Normally Close) Push botton NC berfungsi jika ditekan, maka kontaknya akan memutuskan atau tidak bekerja (OFF), dan jika dilepaskan tombol (tidak ditombol) pada posisi semula, maka aliran arus akan mengalir terus atau pada posisi bekerja (ON).

24 Mini Circuit Breaker (MCB) MCB merupakan salah satu pengaman pada suatu rangkaian control. Pada sebuah MCB memiliki fungsi sebagai pengaman beban/daya lebih dari daya yang dipakainya, sehingga apabila daya yang digunakan pada system tersebut melebihinya (P = V.I Cos Φ) maka akan terjadi menurunnya tuas pada MCB yang posisi semula pada angka 1 menuju ke angka 0, atau dari posisi naik menjadi turun, sehingga sering disebut dengan istilah trip pada MCB. MCB juga berfungsi sebagai pengaman kesalahan rangkaian, sehingga apabila terjadi short circuit (hubung singkat) atau konsleting maka MCB juga akan menjadi trip. Hubungan singkat tersebut terjadi apabila antara penghantar/kabel fasa/line terhubung langsung dengan penghantar/kabel netral/nol dan atau juga dengan ground/pentanahan. Dalam melakukan pendesainan control selalu dibutuhkan adanya pengaman rangkaian control dengan menggunakan MCB jenis 1 fasa. Tetapi pengaman untuk beban yang digerakkan oleh rangkaian control tersebut dapat menggunakan MCB jenis 3 fasa, sehingga dalam suatu panel yang digunakan untuk mengontrol suatu system minimal terdapat 2 MCB yaitu 1 buah MCB jenis 1 fasa sebagai pengaman rangkaian kontrol dan 1 buah MCB 3 fasa atau 1 fasa sebagai pengaman rangkaian beban (motor). Gambar 2.20 Mini Circuit Breaker [3].

25 Teori dasar pengereman Pengereman secara Mekanis Pada pengereman motor induksi dengan cara mekanis adalah menggunakan pirodo ( kanvas ) yang terpasang pada shaft ( poros ) motornya dan dilengkapi juga dengan solenoid ( kumparan ) untuk menggerakan kanvas tersebut. Pada saat motor berputar solenoid bekerja dan menarik kanvas dari shaft motor sehingga motor dengan mudah berputar atau keadaan ini disebut dengan brake release, tetapi bila motor di berhentikan solenoid tidak bekerja sehingga kanvas menekan pada bagin poros motor yang mengakibatkan motor akan langsung behenti berputar tidak ada sisa putaran yang terjadi pada motor. Gambar 2.21 Pengereman Mekanis [11]. Pengereman secara Elektris Pada sistem pengereman motor induksi secara elektris adalah sistem pengereman yang tidak menggunakan peralatan mekanis, jadi motor tersebut seperti tidak menggunakan pengereman, tetapi pada saat motor di stop maka motor akan berhenti tanpa ada sisa putaran karena motor tersebut telah dilengkapi dengan sistem pengereman secara elektris. Pada pengereman secara elektris menggunakan kontaktor yang berfungsi

26 33 untuk menjalankan motor dengan putaran berlawanan dengan putaran motor saat beroperasi normal tetapi kontaktor tersebut bekerja dengan waktu sangat singkat, dalam hal ini harus dilengkapi dengan timer dari jenis off delay. Gambar 2.22 Pengereman Elektris [11]. Pengereman secara Elektronik Pada sistem pengereman motor induksi secara elektronik adalah sistem pengereman dengan memanfaatkan komponen elektronik yaitu dioda sebagai komponen untuk pengereman. Dengan dioda sebagai penyearah dimana tegangan arus searah tersebut mengalir pada bagian stator motor pada saat motor berhenti berputar. Pada pengereman elektronik ini sama seperti pengereman secara elektris tidak terdapat peralatan mekanik yang di pasang pada motor dan sistem pengereman ini secara umum disebut pengereman dinamis ( dynamic braking ). Cara kerjanya adalah pada saat motor berhenti atau setelah kontaktor motor padam maka stator motor tersebut dialiri tegangan searah dengan waktu singkat.

27 34 Gambar 2.23 Pengereman Elektronik [3] Programmable Logic Control Sejarah PLC Konsep Programmable Logic Control pertama kali dikembangkan oleh Bedford Associates bekerja sama dengan General Motor pada tahun Dimana menentukan kriteria-kriteria rancangan dari suatu PLC yang akan menggantikan relay-relay mekanik. Kriteria-kriteria yang diinginkan tersebut adalah: Mudah pemogramannya atau diprogram kembali, dengan waktu penghentian sistem (dari operasi normal) yang minimal. Mudah perawatannya (misalnya: bersifat modul, atau pengecekan kerusakan secara otomatis). Tahan beroperasi pada kondisi ekstrim industri. Hemat pemakaian energi listrik, serta memakan tempat atau ruang yang sedikit dibandingkan penggunaan relay-relay mekanik.

28 35 Mempunyai memori yang bisa ditambah lagi kemudian hari. Dapat berkomunikasi dengan sistem pengambilan data, dan dapat beroperasi pada tegangan listrik 220 VAC, 120 VAC, dan 24 VDC. Tabel 2.2 Perkembangan PLC [1]. Tahun Perkembangan 1968 Pengembangan konsep dasar PLC Peningkatan kemampuan hardware CPU. Penambahan intruksi 1969 logika, kemampuan memori mencapai 1 Kb dan penggunaan 128 buah I/O. Penggunaan beberapa prosessor dalam sebuah PLC, penambahan 1974 intruksi timer, counter, operasi aritmatika, kemampuan memori mencapai 12 Kb dan penggunaan 1024 buah I/O Pengenalan sistem kendali berjarak (remote) input/output Pengenalan PLC yang berbasis mikroprosessor. Pengembangan model I/O yang fleksibel. Penambahan fasilitas 1980 komunikasi. Penambahan feature software seperti untuk dokumentasi. Penggunaan mikrokomputer personal sebagai alat pemograman Pengenalan PLC dengan bentuk yang lebih kecil dan harga yang lebih murah. Pengembangan jaringan (Network) antara semua tingkatan PLC, 1985 komputer, dan mesin-mesin dibawah spesifikasi standard. Pendistribusian, urutan kontrol peralatan/mesin-mesin industri Pengertian PLC Pengertian PLC adalah Suatu peralatan elektronik yang bekerja secara digital dan memiliki memori yang dapat diprogram menyimpan perintah-perintah untuk melakukan perintah-perintah khusus seperti logic, diskrit, counter, timing, aritmatik, agar mampu mengontrol berbagai jenis operasi atau proses. [1] Fungsi dan Kegunaan PLC Fungsi dan kegunaan dari PLC dapat dikatakan hampir tidak terbatas. Tetapi dalam prakteknya dapat dibagi secara umum dan secara khusus. Secara umum fungsi dari PLC sebagai berikut:

29 36 1. Kontrol Urutan Industrial PLC memproses input sinyal biner menjadi output yang digunakan untuk keperluan pemprosesan teknik secara berurutan (sekuensial), disini PLC menjaga agar step dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat. 2. Monitor Instalasi PLC secara terus menerus memonitor status suatu sistem (misalnya temperatur, tekanan, tingkat ketinggian) dan mengambil tindakan yang diperlukan sehubungan dengan proses yang dikontrol (misalnya nilai sudah melebihi batas) atau menampilkan pesan tersebut pada operator. Sedangkan fungsi PLC secara khusus adalah dapat memberikan masukan ke CNC (Computerized Numerical Control) Arsitektur PLC Programming Device Program yang telah ditulis PLC programmer diterjemahkan ke dalam bahasa mesin, kemudian bahasa mesin tersebut ditransfer ke dalam program memori untuk selanjutnya dikerjakan. Dewasa ini programmer adalah berupa komputer PC yang berisi sistem pemrograman atau peralatan khusus semacam itu yang lebih kecil ukurannya (hand-held programming).

30 37 Programming Device Power Supply CPU Memory I / O Module Input Device - Terminating - Indicating - Conditioning - Isolation Output Device - Terminating - Indicating - Conditioning - Isolation Gambar 2.24 Bagan Arsitektur PLC secara Umum [1]. Central Processing Unit (CPU) CPU terdiri dari tiga unsur pokok yaitu processor, sistem memori dan catu daya. Arsitektur CPU dapat berbeda-beda untuk setiap merek, akan tetapi sebagian besar mengikuti blok diagram pada gambar diatas. Sekalipun catu daya terlihat berada di dalam CPU, pada kenyataanya mampu berada di luar processor dan memori tergantung bentuk produknya. Processor akan selalu berkomunikasi dengan memori untuk menginterpretasikan sekaligus mengeksekusi program aplikasi yang terdapat di memori untuk mengontrol mesin atau proses. Catu daya berfungsi menyediakan tegangan yang diperlukan untuk processor. [1]. Processor Tugas pokok µp ada dua yaitu memberi komando dan mengatur aktifitas seluruh sistem.

31 38 Scan Proses pembacaan seluruh input, eksekusi program dan memperbaharui output disebut Scan. CPU Diagnostic Processor bertanggung jawab mendeteksi kesalahan dalam komunikasi data maupun kesalahan-kesalahan lain yang mungkin timbul selama beroperasi. Untuk mencapai sasaran ini processor melakukan error check kemudian mengirimkan status informasi ke indikator yang dipasang di bagian depan CPU [1]. Status informasi berupa: Memory OK Processor OK Battery OK Power Supply OK Selain disambungkan dengan indikator terdapat beberapa kontak relai yang akan mengaktifkan alarm bila salah satu atau lebih dari kondisi di atas tidak terpenuhi. Memory Dapat diadakan perbedaan antara dua kelompok penting dari jenis-jenis memori. Memori baca-tulis/read-write (RAMs-Random Access Memory) dan memori baca saja (ROMs-Read Only Memory). Sistem memori dibagi menjadi dua kategori yaitu volatile dan non-volatile. Memori volatile akan kehilangan datanya jika terjadi gangguan pada catu daya. Sedangkan, memori non-volatile mampu mempertahankan datanya jika ada gangguan pada catu daya.

32 39 Tabel 2.3 Jenis-jenis Memori [1]. Jenis memori Penghapusan Pengisian program Bila catu daya diputus maka isinya: RAM Random Access Memory Dengan listrik Dengan listrik Volatile ROM PROM Read Only Memory Programmable ROM Tidak mungkin Dengan mask, selama proses manufaktur EPROM RPROM EEROM EAROM Erasable ROM Reprogrammable ROM Electrically Erasable ROM Electrically Alterable ROM Dengan sinar ultraviolet Dengan listrik Dengan listrik Non-volatile I/O Module Sinyal masuk ke PLC melalui sensor. Sensor ini kemudian dikonversi ke sinyal I/O didalam modul masukan dan sampai pada unit kontrol pusat. Demikian juga, sinyal disampaikan kepada aktuator oleh modul keluaran. Dari I/O Module kita dapat menentukan jenis suatu PLC dari hubungan unit kontrol pusat dengan modul input dan modul output yaitu compact PLC dan modular PLC. Compact PLC adalah bila input modul, unit kontrol pusat dan output modul dikemas dalam satu tempat. Modular PLC bila modul input, modul output, dan unit kontrol pusat dikemas secara terpisah. Input Device Fungsi dari bagian ini adalah: Terminal-terminal untuk disambungkan dari alat sensor yang di mesin (Termination)

33 40 Terdiri dari LED sebagai indikator untuk mengetahui kondisi terminal input (Indication). Input module menerima sinyal listrik dari mesin kemudian diubah tegangan levelnya agar dapat digunakan pada sirkuit programmable controller. (Conditioning) Membantu melindungi rangkaian programmable controller dari tegangan level yang tidak diketahui dan membahayakan (Isolation). Output Device Fungsi dari bagian ini adalah: Terminal-terminal yang dihubungkan dengan peralatan mesin. (Termination) Beberapa LED sebagai indikator untuk membantu pemakai agar dapat mengetahui setiap keadaan pada terminal output (Indication). Programmable controller output module mempunyai sinyal listrik yang dapat digunakan untuk peralatan yang disambungkan dengan output module. (Conditioning) Melindungi dari tegangan level yang tidak diketahui dan membahayakan yang terjadi pada mesin atau peralatan lainnya (Isolation) Komponen PLC Solusi masalah kontrol yang diwujudkan secara teknis dengan penerapan PLC dapat berubah-ubah sesuai kerumitannya. Bagaimanapun, komponen dasar berikut ini selalu diperlukan:

34 41 Perangkat keras Dengan perangkat keras, kami maksudkan modul elektronik, yang melaluinya semua fungsi instalasi atau mesin yang akan dikontrol diberi alamat dan digerakkan dalam urutan logika. Perangkat lunak Dengan perangkat lunak kami maksudkan program dimana pengoperasian logika dan pemicu komponen terkait pada instalasi atau mesin tersebut dispesifikasikan dengan tepat. Perangkat lunak disimpan dalam suatu memori perangkat keras khusus dan dapat dimodifikasikan bilamana diperlukan. Rangkaian kontrol berubah bersama program yang baru tersebut. Tidak diperlukan untuk mengubah perangkat kerasnya. Sensorik (sensor-sensor) Dengan memasangkan komponen-komponen ini langsung pada mesin atau instalasi yang akan dikontrol, informasi berkenaan dengan status saat ini dari alatalat tersebut dapat diteruskan kepada PLC. Sensor misalnya: saklar batas atau saklar proximiti. Aktorik (Penggerak, dll) Ini adalah komponen-komponen yang dipasangkan langsung pada mesin atau instalasi yang akan dikontrol, yang dapat diubah statusnya melalui PLC. Contoh penggerak adalah aparat dengung (buzzers) dan katup solenoida. Pemrogram (Programmer) Pemrogram (Programmer) digunakan untuk menciptakan perangkat lunak tersebut (menulis atau membetulkan program) dan untuk mentransfernya ke memori PLC.

35 42 Gambar Komponen PLC [1] Pemrograman PLC Perangkat lunak Mitsubishi (GX Developer) baru dapat dijalankan apabila sistem operasi windows telah diaktifkan. Langkah-langkah membuat program sebagai berikut : 1. Aktifkan komputer terlebih dahulu 2. Klik tombol Start yang ada pada batang taskbar 3. Muncul sejumlah menu, pilih Program > GX Developer

36 43 Gambar Tampilan Pembuatan Program Langkah ke-3 [5] Tunggu hingga tampil layar Mitsubishi yang masih kosong maka program siap dibuat. Gambar 2.27 Tampilan Pembuatan Program Langkah ke-4 [5] 4. Pada menu pilih Project > New

37 44 Gambar Tampilan Pembuatan Program Langkah ke-5 [5] 5. Mengisi form yang dibutuhkan sesuai dengan proyek yang akan dibuat. Gambar Tampilan Form New Project [5] 6. Mulai membuat ladder diagram sampai selesai sesuai dengan rancangan

38 45 Gambar Tampilan untuk mulai membuat ladder diagram [5] 7. Ladder diagram selesai sesuai dengan rancangan. Gambar Tampilan pembuatan ladder diagram [5]