Dasar Sistem dan Operasi Perlindungan Motor 3 Phase
Karena konstruksi yang kuat dan kemudahan kontrol, motor asinkron 3 phase lebih disukai daripada banyak motor lain untuk aplikasi yang digerakkan motor AC. Motor 3 phase ini bertanggung jawab untuk operasi beban yang lebih besar di beberapa aplikasi seperti pengangkat barang dan kerekan, konveyor, kompresor, pompa, sistem ventilasi, pengontrol kipas industri, dll.
Dengan penemuan drive kecepatan yang dapat disetel dan beberapa jenis motor starter lainnya, motor 3 phase telah menjadi drive yang menguntungkan untuk aplikasi kecepatan variabel. Karena motor ini penting dalam penggerak muatan, penting juga untuk memastikan keselamatan & perlindungannya terhadap arus lonjakan arus masuk, beban berlebih, 1 phase, pemanasan berlebih, dan kondisi rusak lainnya.
Sebelum masuk ke perincian motor-motor ini dan sistem perlindungannya, mari kita lihat dasar-dasar motor 3 phase.
Motor 3 phase atau poli-fasa terutama terdiri dari dua jenis: motor induksi atau motor asinkron dan motor sinkron. Motor sinkron adalah jenis motor khusus yang digunakan dalam aplikasi kecepatan konstan, sedangkan sebagian besar motor yang digunakan dalam aplikasi industri adalah tipe induksi. Artikel ini hanya berkonsentrasi pada motor induksi 3 phase dan perlindungannya.
Motor ini adalah motor induksi tipe tupai (squirrel) dan slip-ring. Motor induksi 3 phase terdiri dari stator dan rotor, dan tidak ada hubungan listrik antara keduanya. Stator dan rotor ini terbuat dari bahan inti magnetik tinggi dengan lebih sedikit histerisis dan kerugian arus eddy. Stator terdiri dari belitan 3 phase yang tumpang tindih satu sama lain pada pergeseran phase 120 derajat. Gulungan ini bersemangat dengan supply utama 3 phase.
Motor rotor AC 3 phase ini berbeda untuk slip ring dan motor induksi sangkar tupai. Dalam motor sangkar-tupai, rotor terdiri dari batang aluminium atau tembaga berat yang disingkat pada kedua ujung rotor silinder.
Pada motor induksi tipe slip-ring, rotor terdiri dari belitan 3 phase yang dibintangi secara internal di salah satu ujungnya, dan ujung lainnya dibawa keluar dan dihubungkan ke cincin selip yang dipasang pada poros rotor, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Dengan bantuan sikat karbon, Rheostat terhubung ke belitan ini untuk mengembangkan torsi awal yang tinggi.
Menurut hukum Lenz, arus induksi ini menentang penyebab untuk hasilnya, yaitu, medan magnet yang berputar. Akibatnya, rotor mulai berputar ke arah yang sama dengan medan magnet yang berputar.
Namun, kecepatan rotor harus kurang dari kecepatan stator - jika tidak ada arus yang diinduksi dalam rotor karena kecepatan relatif medan magnet rotor dan stator adalah alasan untuk gerakan rotor. Perbedaan antara stator dan bidang rotor disebut slip. Karena perbedaan kecepatan relatif antara stator dan rotor, motor 3 phase ini disebut mesin asinkron.
Tekanan mekanis menyebabkan panas berlebih yang menyebabkan keausan bantalan rotor, sedangkan beban mekanis yang berlebihan menyebabkan arus yang besar untuk menarik, dan dengan demikian menghasilkan peningkatan suhu.
Kegagalan listrik disebabkan oleh berbagai gangguan seperti gangguan phase-ke-phase dan phase-ke-ground, 1 phase, tegangan berlebih dan di bawah, tegangan dan ketidakseimbangan arus, di bawah frekuensi, dll.
Selain sistem pelindung motor untuk gangguan yang disebutkan di atas, perlu juga menggunakan starter motor 3 phase untuk membatasi arus menatap motor induksi. Seperti yang kita tahu - di setiap mesin listrik, ketika supply disediakan, ada perlawanan terhadap supply ini dengan GGL yang diinduksi - yang disebut GGL balik.
Ini membatasi arus gambar oleh mesin, tetapi pada awalnya, GGL adalah nol karena berbanding lurus dengan kecepatan motor. Dan karena itu, arus besar GGL balik nol akan ditarik oleh motor di awal, dan ini akan menjadi 8-12 kali arus beban penuh seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Untuk melindungi motor dari arus yang memandang tinggi, ada berbagai metode menatap yang tersedia seperti pengurangan tegangan, resistansi rotor, DOL, starter star-delta, auto transformator, soft starter, dll.
Dan, untuk melindungi motor dari kesalahan yang dibahas di atas; berbagai peralatan perlindungan seperti relai, pemutus rangkaian (circuit breaker), kontraktor dan berbagai drive diimplementasikan.
Ini adalah beberapa sistem perlindungan untuk motor induksi 3 phase terhadap arus lonjakan arus awal, gangguan panas berlebih, dan 1 phase dengan penggunaan mikrokontroler untuk aplikasi tingkat rendah untuk pemahaman yang lebih baik.
Motor starter 3 phase ini terdiri dari dua unit utama: satu adalah unit daya dan unit kontrol lainnya. Unit daya terdiri dari SCR back to back untuk setiap phase, dan ini dikendalikan oleh logika yang diterapkan dalam rangkaian kontrol. Unit kontrol ini terdiri dari rangkaian penyeberangan tegangan nol dengan kapasitor untuk menghasilkan waktu tunda.
Dalam diagram blok di atas, ketika supply 3 phase diberikan ke sistem, rangkaian kontrol memperbaiki setiap supply phase, mengaturnya dan membandingkan untuk tegangan persimpangan nol dengan penguat operasional (Op-amp). Output Op-Amp ini menggerakkan Transistor, yang bertanggung jawab untuk menghasilkan waktu tunda dengan penggunaan kapasitor.
Pelepasan kapasitor ini memungkinkan output Op-Amp lain untuk waktu tertentu sehingga Optocoupler atau Opto-isolator digerakkan untuk waktu yang telah berlalu ini. Selama waktu ini, output Optocoupler memicu SCR back-to-back; dan, output yang diterapkan ke motor berkurang selama waktu ini.
Setelah waktu mulai ini, tegangan penuh diterapkan ke motor induksi, dan karenanya, motor berjalan dengan kecepatan penuh. Dengan cara ini, pemicu tegangan nol untuk periode waktu tertentu pada awal motor induksi dengan sengaja mengurangi arus masuk awal motor induksi.
Ke 3 phase diperbaiki, disaring dan diatur dan diberikan ke Op-amp di mana tegangan supply ini dibandingkan dengan tegangan tertentu. Jika ada phase yang terlewatkan, maka ia memberikan tegangan nol pada input Op-amp, dan oleh karena itu, ia memberikan logika rendah pada transistor yang selanjutnya menghilangkan energi relai. Oleh karena itu, relai utama dimatikan dan daya ke motor terganggu.
Demikian pula, ketika suhu motor melebihi batas tertentu, output Op-amp (penguat operasional) menghilangkan energi dari relai yang sesuai; itupun relai utama dimatikan. Dengan cara ini, kesalahan pentahapan tunggal dan kondisi suhu berlebih dapat diatasi di motor induksi.
Dengan penemuan drive kecepatan yang dapat disetel dan beberapa jenis motor starter lainnya, motor 3 phase telah menjadi drive yang menguntungkan untuk aplikasi kecepatan variabel. Karena motor ini penting dalam penggerak muatan, penting juga untuk memastikan keselamatan & perlindungannya terhadap arus lonjakan arus masuk, beban berlebih, 1 phase, pemanasan berlebih, dan kondisi rusak lainnya.
Sebelum masuk ke perincian motor-motor ini dan sistem perlindungannya, mari kita lihat dasar-dasar motor 3 phase.
Motor AC 3 Phase
Motor 3 phase atau poli-fasa terutama terdiri dari dua jenis: motor induksi atau motor asinkron dan motor sinkron. Motor sinkron adalah jenis motor khusus yang digunakan dalam aplikasi kecepatan konstan, sedangkan sebagian besar motor yang digunakan dalam aplikasi industri adalah tipe induksi. Artikel ini hanya berkonsentrasi pada motor induksi 3 phase dan perlindungannya.
Motor ini adalah motor induksi tipe tupai (squirrel) dan slip-ring. Motor induksi 3 phase terdiri dari stator dan rotor, dan tidak ada hubungan listrik antara keduanya. Stator dan rotor ini terbuat dari bahan inti magnetik tinggi dengan lebih sedikit histerisis dan kerugian arus eddy. Stator terdiri dari belitan 3 phase yang tumpang tindih satu sama lain pada pergeseran phase 120 derajat. Gulungan ini bersemangat dengan supply utama 3 phase.
Motor rotor AC 3 phase ini berbeda untuk slip ring dan motor induksi sangkar tupai. Dalam motor sangkar-tupai, rotor terdiri dari batang aluminium atau tembaga berat yang disingkat pada kedua ujung rotor silinder.
Pada motor induksi tipe slip-ring, rotor terdiri dari belitan 3 phase yang dibintangi secara internal di salah satu ujungnya, dan ujung lainnya dibawa keluar dan dihubungkan ke cincin selip yang dipasang pada poros rotor, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Dengan bantuan sikat karbon, Rheostat terhubung ke belitan ini untuk mengembangkan torsi awal yang tinggi.
Prinsip Operasi
Setiap kali supply 3 phase diberikan ke belitan stator 3 phase, medan magnet yang berputar dengan 120 perpindahan pada besaran konstan dan berputar pada kecepatan sinkron dihasilkan di dalamnya. Medan magnet yang berubah ini berpindah ke konduktor rotor yang menyebabkan arus pada konduktor rotor menurut hukum faraday induksi elektromagnetik. Ketika konduktor rotor dipersingkat, arus mulai mengalir melalui konduktor ini.Menurut hukum Lenz, arus induksi ini menentang penyebab untuk hasilnya, yaitu, medan magnet yang berputar. Akibatnya, rotor mulai berputar ke arah yang sama dengan medan magnet yang berputar.
Namun, kecepatan rotor harus kurang dari kecepatan stator - jika tidak ada arus yang diinduksi dalam rotor karena kecepatan relatif medan magnet rotor dan stator adalah alasan untuk gerakan rotor. Perbedaan antara stator dan bidang rotor disebut slip. Karena perbedaan kecepatan relatif antara stator dan rotor, motor 3 phase ini disebut mesin asinkron.
Jenis Perlindungan Yang Dibutuhkan untuk Motor Induksi
Motor induksi 3 phase bertanggung jawab atas 85 persen dari kapasitas terpasang sistem penggerak industri. Karena itu, perlindungan motor ini diperlukan untuk operasi beban yang andal. Kegagalan motor terutama dibagi menjadi tiga kelompok: listrik, mekanik dan lingkungan.Tekanan mekanis menyebabkan panas berlebih yang menyebabkan keausan bantalan rotor, sedangkan beban mekanis yang berlebihan menyebabkan arus yang besar untuk menarik, dan dengan demikian menghasilkan peningkatan suhu.
Kegagalan listrik disebabkan oleh berbagai gangguan seperti gangguan phase-ke-phase dan phase-ke-ground, 1 phase, tegangan berlebih dan di bawah, tegangan dan ketidakseimbangan arus, di bawah frekuensi, dll.
Selain sistem pelindung motor untuk gangguan yang disebutkan di atas, perlu juga menggunakan starter motor 3 phase untuk membatasi arus menatap motor induksi. Seperti yang kita tahu - di setiap mesin listrik, ketika supply disediakan, ada perlawanan terhadap supply ini dengan GGL yang diinduksi - yang disebut GGL balik.
Ini membatasi arus gambar oleh mesin, tetapi pada awalnya, GGL adalah nol karena berbanding lurus dengan kecepatan motor. Dan karena itu, arus besar GGL balik nol akan ditarik oleh motor di awal, dan ini akan menjadi 8-12 kali arus beban penuh seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Untuk melindungi motor dari arus yang memandang tinggi, ada berbagai metode menatap yang tersedia seperti pengurangan tegangan, resistansi rotor, DOL, starter star-delta, auto transformator, soft starter, dll.
Dan, untuk melindungi motor dari kesalahan yang dibahas di atas; berbagai peralatan perlindungan seperti relai, pemutus rangkaian (circuit breaker), kontraktor dan berbagai drive diimplementasikan.
Ini adalah beberapa sistem perlindungan untuk motor induksi 3 phase terhadap arus lonjakan arus awal, gangguan panas berlebih, dan 1 phase dengan penggunaan mikrokontroler untuk aplikasi tingkat rendah untuk pemahaman yang lebih baik.
Soft Start Elektronik untuk Motor Induksi 3 Phase
Soft start motor induksi ini merupakan metode awal yang modern yang mengurangi tekanan mekanik dan listrik yang disebabkan oleh starter DOL dan star delta. Ini membatasi arus awal ke motor induksi dengan menggunakan thyristor (SCR).Motor starter 3 phase ini terdiri dari dua unit utama: satu adalah unit daya dan unit kontrol lainnya. Unit daya terdiri dari SCR back to back untuk setiap phase, dan ini dikendalikan oleh logika yang diterapkan dalam rangkaian kontrol. Unit kontrol ini terdiri dari rangkaian penyeberangan tegangan nol dengan kapasitor untuk menghasilkan waktu tunda.
Dalam diagram blok di atas, ketika supply 3 phase diberikan ke sistem, rangkaian kontrol memperbaiki setiap supply phase, mengaturnya dan membandingkan untuk tegangan persimpangan nol dengan penguat operasional (Op-amp). Output Op-Amp ini menggerakkan Transistor, yang bertanggung jawab untuk menghasilkan waktu tunda dengan penggunaan kapasitor.
Pelepasan kapasitor ini memungkinkan output Op-Amp lain untuk waktu tertentu sehingga Optocoupler atau Opto-isolator digerakkan untuk waktu yang telah berlalu ini. Selama waktu ini, output Optocoupler memicu SCR back-to-back; dan, output yang diterapkan ke motor berkurang selama waktu ini.
Setelah waktu mulai ini, tegangan penuh diterapkan ke motor induksi, dan karenanya, motor berjalan dengan kecepatan penuh. Dengan cara ini, pemicu tegangan nol untuk periode waktu tertentu pada awal motor induksi dengan sengaja mengurangi arus masuk awal motor induksi.
Sistem Proteksi Motor Induksi
Sistem ini melindungi motor AC 3 phase dari 1 phase dan panas berlebih. Ketika salah satu phase out, maka sistem ini mengenalinya dan segera mematikan motor, yang ditenagai oleh listrik.Ke 3 phase diperbaiki, disaring dan diatur dan diberikan ke Op-amp di mana tegangan supply ini dibandingkan dengan tegangan tertentu. Jika ada phase yang terlewatkan, maka ia memberikan tegangan nol pada input Op-amp, dan oleh karena itu, ia memberikan logika rendah pada transistor yang selanjutnya menghilangkan energi relai. Oleh karena itu, relai utama dimatikan dan daya ke motor terganggu.
Demikian pula, ketika suhu motor melebihi batas tertentu, output Op-amp (penguat operasional) menghilangkan energi dari relai yang sesuai; itupun relai utama dimatikan. Dengan cara ini, kesalahan pentahapan tunggal dan kondisi suhu berlebih dapat diatasi di motor induksi.