Starter Motor Dijelaskan: Jenis, Fungsi, dan Teknik Pengirian

Jenis-jenis Starter Motor dan Teknik Pengirian Motor

Apa itu Starter Motor?

Starter motor adalah perangkat listrik yang digunakan untuk memulai & menghentikan motor dengan aman. Mirip dengan relai, starter motor mengalihkan daya ON/OFF & tidak seperti relai, ia juga menyediakan perlindungan tegangan rendah & arus berlebih.

Fungsi utama starter motor adalah;

• Untuk memulai motor dengan aman
• Untuk menghentikan motor dengan aman
• Untuk membalik arah motor
• Untuk melindungi motor dari tegangan rendah & arus berlebih.

Starter motor terdiri dari dua komponen utama yang bekerja sama untuk mengontrol & melindungi motor;

• Kontaktor Listrik: Tujuan kontaktor adalah untuk mengalihkan suplidan daya ke motor ON/OFF dengan membuat atau memutus terminal kontak.
• Sirkuit perlindungan beban berlebih: Tujuan sirkuit ini adalah untuk melindungi motor dari potensi kerusakan karena kondisi beban berlebih. Arus besar melalui rotor dapat merusak gulungan serta peralatan lain yang terhubung ke suplidan. Ia merasakan arus & memutus suplidan daya.

Mengapa Kita Membutuhkan Starter dengan Motor?

Starter motor sangat penting untuk memulai motor induksi. Ini karena impedansi rotor yang rendah. Impedansi rotor tergantung pada geser motor induksi yang merupakan kecepatan relatif antara rotor & stator. Impedansi bervariasikan terbalik dengan geser.

Geser motor induksi berada pada maksimum, yaitu 1 pada posisi diam (posisi istirahat), sehingga impedansi berada pada minimum & ia menarik sejumlah besar arus yang disebut arus inrush. Arus inrush tinggi memagnetisasi celah udara antara rotor & stator yang menginduksi EMF di gulungan rotor. EMF ini menghasilkan arus listrik di gulungan rotor yang menciptakan medan magnet untuk menghasilkan torsi di rotor. Seiring meningkatnya kecepatan rotor, geser motor menurun & arus yang ditarik motor berkurang.

 

Arus inrush tinggi adalah 5-8 kali arus beban penuh rating normal. Jadi jumlah arus besar dapat merusak atau membakar gulungan motor yang akan membuat mesin menjadi tidak berguna & dapat menyebabkan penurunan tegangan yang besar di garis suplidan yang dapat merusak peralatan lain yang terhubung ke garis yang sama.

Untuk melindungi motor dari sejumlah arus besar ini, kita menggunakan starter yang membatasi arus awal untuk durasi singkat saat startup & setelah motor mencapai kecepatan tertentu, suplidan daya normal ke motor dilanjutkan. Mereka juga menyediakan perlindungan terhadap kondisi gangguan seperti tegangan rendah & arus berlebih selama operasi normal.

Meskipun motor kecil dengan rating di bawah 1 horsepower memiliki impedansi tinggi dan dapat menahan arus awal sehingga mereka tidak memerlukan starter motor seperti itu, namun mereka memerlukan sistem perlindungan arus berlebih yang disediakan oleh starter DOL (Direct On-Line). Penjelasan di atas menunjukkan mengapa kita memerlukan starter untuk dipasang dengan motor?

Bagaimana Cara Kerja Starter Motor?

Starter adalah perangkat kontrol yang digunakan untuk mengalihkan motor secara manual atau otomatis. Ia digunakan untuk kontrol ON/OFF yang aman dari motor listrik dengan membuat atau memutus kontaknya.

Starter manual digunakan untuk motor yang lebih kecil di mana tuas yang dioperasikan tangan secara manual (memindahkan posisi kontak) ke posisi ON atau OFF. Kekurangan dari jenis starter ini adalah mereka perlu dihidupkan kembali setelah kegagalan daya. Dengan kata lain, mereka memerlukan kontrol manual untuk setiap operasi (ON atau OFF). Kadang-kadang, operasi ini dapat menyebabkan arus tinggi mengalir di gulungan motor yang dapat membakar motor. Itulah sebabnya ini tidak direkomendasikan dalam sebagian besar kasus di mana starter motor alternatif dengan perlindungan digunakan seperti starter otomatis.

Di sisi lain, starter otomatis yang terdiri dari relai elektromekanis dan kontaktor digunakan untuk mengalihkan operasi ON/OFF motor. Ketika arus melewati kuas kontaktor, ia terenergikan dan menghasilkan medan elektromagnet yang menarik atau mendorong kontak untuk membuat koneksi gulungan motor ke suplidan daya.

Tombol tekan mulai dan berhenti yang terhubung ke motor dan starter dapat digunakan untuk operasi ON dan OFF motor. Kuas kontaktor dapat di-energikan kembali dengan menekan tombol berhenti yang mengarah pada de-energize kuas. Dengan cara ini, kontak kontaktor kembali karena pengaturan spring ke posisi normalnya yang mengarah pada mematikan motor. Dalam hal kegagalan daya atau operasi mematikan secara manual, motor tidak akan mulai otomatis sampai kita memulai motor secara manual dengan menekan “tombol tekan mulai”. Diagram berikut menunjukkan cara operasi starter motor DOL untuk operasi ON/OFF.

Jenis Starter Motor Berdasarkan Metode & Teknik Pengirian

Di industri, berbagai teknik pengirian digunakan untuk memulai motor induksi. Sebelum membahas jenis motor, berikut adalah beberapa teknik yang digunakan dalam starter motor.

• Starter Tegangan Penuh atau Across The Line

Starter seperti ini langsung menghubungkan motor dengan garis daya yang menyediakan tegangan penuh. Motor yang terhubung melalui starter seperti ini memiliki rating daya rendah sehingga mereka tidak menciptakan penurunan tegangan besar di garis daya. Mereka digunakan dalam aplikasi di mana motor memiliki rating rendah & perlu berjalan dalam satu arah.

• Starter Tegangan Penuh Reversing

Arah motor induksi tiga fasa dapat dibalik dengan menukar dua fasa apa pun. Starter seperti ini menggabungkan dua kontaktor magnet yang secara mekanis terinterlock dengan fasa yang ditukar untuk arah maju & mundur. Ia digunakan dalam aplikasi di mana motor perlu berjalan di kedua arah & kontaktor digunakan untuk mengontrolnya.

• Starter Multispeed

Untuk mengubah kecepatan motor AC, Anda perlu mengubah frekuensi suplidan AC atau mengubah jumlah kutub (dengan menghubungkan kembali gulungan dalam beberapa) motor. Jenis starter seperti ini menjalankan motor pada beberapa kecepatan yang telah dipilih sebelumnya untuk memenuhi aplikasinya.

• Starter Tegangan Terendah

Jenis teknik pengirian yang paling umum adalah dengan mengurangi tegangan pada saat pengirian motor untuk mengurangi arus inrush yang dapat merusak gulungan motor & juga menyebabkan penurunan tegangan yang besar. Starter seperti ini digunakan untuk motor dengan rating tinggi.

Berdasarkan teknik yang dijelaskan di atas, jenis-jenis starter motor berikut digunakan di industri.

Jenis Starter Motor:

Kita akan membahas jenis-jenis motor berikut dan metode pengiriannya berdasarkan metode pengirian motor di atas dengan kelebihan dan kekurangannya.

1. Direct Online Starter (DOL)
2. Stator Resistance starter
3. Rotor Resistance or Slip Ring Motor Starter
4. Autotransformer Starter
5. Star Delta Starter
6. Soft Starter
7. Variable frequency drive (VFD)

Starter motor memiliki banyak jenis tetapi terutama mereka diklasifikasikan menjadi dua jenis.

• Manual Starter

Jenis starter ini beroperasi secara manual dan tidak memerlukan pengalaman apa pun. Tombol tekan digunakan untuk mematikan & menghidupkan motor yang terhubung dengannya. Mekanisme di balik tombol termasuk saklar mekanis yang memutus atau membuat rangkaian untuk menghentikan atau memulai motor.

Mereka juga menyediakan perlindungan beban berlebih. Namun, starter ini tidak memiliki LVP (low voltage protection) yaitu ia tidak memutus rangkaian saat kegagalan daya. Ini dapat berbahaya untuk beberapa aplikasi karena motor mulai ulang ketika daya dipulihkan. Oleh karena itu, mereka digunakan untuk motor daya rendah. Direct On-Line (DOL) starter adalah starter manual yang menyediakan perlindungan beban berlebih.

• Magnetic Starter

Starter magnetik adalah jenis starter yang paling umum & mereka sebagian besar digunakan untuk motor AC daya tinggi. Starter ini beroperasi elektromagnetik seperti relai yang memutus atau membuat kontak menggunakan magnetisme.

Ia menyediakan tegangan yang lebih rendah & lebih aman untuk pengirian & juga menyediakan perlindungan terhadap tegangan rendah & arus berlebih. Saat kegagalan daya, starter magnetik secara otomatis memutus rangkaian. Tidak seperti starter manual, ia mencakup operasi otomatis & jarak jauh yang mengecualikan operator.

Starter magnetik terdiri dari dua sirkuit;

• Sirkuit daya; sirkuit ini bertanggung jawab untuk menyuplidan daya ke motor. Ia terdiri dari kontak listrik yang menyalakan/mematikan suplidan daya dari garis suplidan ke motor melalui relai beban berlebih.
• Sirkuit kontrol; sirkuit ini mengontrol kontak sirkuit daya untuk membuat atau memutus suplidan daya ke motor. Kuas elektromagnet terenergikan atau di-de-energize untuk menarik atau mendorong kontak listrik. Dengan demikian menyediakan kontrol jarak jauh untuk starter magnetik.

Direct Online (DOL) Starter

DOL aka Direct Online Starter adalah bentuk paling sederhana dari starter motor yang menghubungkan motor langsung ke suplidan daya. Ia terdiri dari kontaktor magnet yang menghubungkan motor dengan garis suplidan & relai beban berlebih untuk perlindungan terhadap arus berlebih. Tidak ada pengurangan tegangan untuk pengirian motor yang aman. Oleh karena itu, motor yang digunakan dengan starter seperti ini memiliki rating di bawah 5 hp. Ia memiliki dua tombol tekan sederhana yang memulai & menghentikan motor.

Menekan tombol mulai mengenergikan kuas yang menarik kontak bersama untuk menutup rangkaian. Dan menekan tombol berhenti di-de-energize kuas kontaktor & mendorong kontaknya terpisah sehingga memutus rangkaian. Saklar yang digunakan untuk menyalakan/mematikan suplidan daya dapat berjenis apa pun seperti rotary, level, float, dll.

Meskipun, starter ini tidak menyediakan tegangan pengirian yang aman relai beban berlebih menyediakan perlindungan terhadap panas berlebih & arus berlebih. Relai beban berlebih memiliki kontak normally closed yang mengenergikan kuas kontaktor. Ketika relai terpancut, kuas kontaktor di-de-energize dan memutus rangkaian.

Kelebihan Starter Motor DOL

• ia memiliki desain yang sangat sederhana & hemat biaya.
• Ia sangat mudah dipahami & dioperasikan.
• ia memberikan torsi awal yang tinggi karena arus awal yang tinggi.

Kekurangan Starter Motor DOL

• Arus inrush tinggi dapat merusak gulungan
• Arus inrush tinggi menyebabkan penurunan tegangan di garis daya.
• Ia tidak cocok untuk motor berat
• Ia dapat mengurangi umur motor

Stator Resistance starter

Stator resistance starter menggunakan teknik RVS (reduced voltage starter) untuk memulai motor. Resistensi eksternal ditambahkan secara seri dengan setiap fasa dari stator motor induksi tiga fasa. Tugas resistor adalah untuk mengurangi tegangan garis (selanjutnya mengurangi arus awal) yang diterapkan ke stator.

Awalnya, resistor variabel dipertahankan pada posisi maksimum menawarkan resistensi maksimum. Oleh karena itu, tegangan di seluruh motor adalah minimum (di tingkat aman) karena penurunan tegangan di seluruh resistor. Tegangan stator rendah membatasi arus inrush awal yang dapat merusak gulungan motor. Seiring motor meningkat kecepatan, resistensi dikurangi & fasa stator langsung terhubung ke garis daya.

Karena arus secara proporsional dengan tegangan & torsi bervariasikan dengan kuadrat arus, penurunan tegangan 2 kali mengurangi torsi 4 kali. Oleh karena itu, torsi awal menggunakan starter seperti ini sangat rendah & perlu dipertahankan.

Kelebihan starter motor resistansi stator

• Ia memberikan fleksibilitas dalam karakteristik pengirian.
• Suplidan tegangan variabel memungkinkan percepatan yang halus
• Ia dapat terhubung ke motor yang terhubung bintang atau segitiga.

Kekurangan starter motor resistansi stator

• Resistor melepas daya
• Torsi awal sangat rendah karena pengurangan tegangan
• Resistor cukup mahal untuk motor besar.

Rotor Resistance or Slip Ring Motor Starter

Jenis starter motor ini bekerja pada teknik pengirian motor tegangan penuh. Ia hanya bekerja pada motor induksi slip ring itulah sebabnya juga dikenal sebagai starter motor slip ring.

Resistensi eksternal dihubungkan dengan rotor dalam kombinasi bintang melalui slip ring. Resistor ini membatasi arus rotor & meningkatkan torsi. Ini, berbalik, mengurangi arus stator awal. Ia juga membantu dalam meningkatkan faktor daya

Resistor hanya digunakan selama pengirian motor & ia dihapus setelah motor mencapai kecepatan ratingnya.

Kelebihan Starter Motor Resistansi Rotor

• Ia memberikan arus awal yang rendah menggunakan tegangan penuh.
• Karena torsi awal yang tinggi, motor dapat dimulai di bawah beban
• Metode ini meningkatkan faktor daya.
• Ia memberikan rentang kontrol kecepatan yang luas

Kekurangan Starter Motor Resistansi Rotor

• Ia hanya bekerja pada motor induksi slip ring
• Rotor mahal & lebih berat.

Autotransformer Starter

Jenis starter motor seperti ini menggunakan autotransformator sebagai transformator step-down untuk mengurangi tegangan yang diterapkan ke stator selama tahap pengirian. Ia dapat terhubung ke motor yang terhubung bintang maupun segitiga.

Sekunder autotransformator dihubungkan dengan setiap fasa motor. Beberapa titik kaut dari autotransformator menyediakan pecahan dari tegangan rating. Saat pengirian, relai berada di posisi mulai yaitu titik kaut yang menyediakan tegangan terendah untuk startup. Relai beralih antara titik kaut untuk meningkatkan tegangan dengan kecepatan motor. Terakhir, ia menghubungkannya dengan tegangan rating penuh.

Dibandingkan dengan teknik pengurangan tegangan lainnya, ia menawarkan tegangan yang lebih tinggi untuk arus pengirian tertentu. Ia membantu dalam memberikan torsi awal yang lebih baik.

Kelebihan Starter Autotransformer

• Ia memberikan torsi awal yang lebih baik.
• Ia digunakan untuk memulai motor besar dengan beban yang signifikan.
• Ia juga menawarkan kontrol kecepatan manual.
• Ia juga menawarkan fleksibilitas dalam karakteristik pengirian.

Kekurangan Starter Autotransformer

• Karena ukuran autotransformator yang besar, starter seperti ini terlalu banyak mengambil ruang.
• Sirkuitnya kompleks & relatif lebih mahal daripada starter lainnya.

Star Delta Starter

Ini adalah metode pengirian umum lainnya yang digunakan di industri untuk motor besar. Gulungan motor induksi tiga fasa dialihkan antara koneksi bintang dan segitiga untuk memulai motor.

Untuk memulai motor induksi, ia terhubung dalam bintang menggunakan relai tiga kutub double throw. Tegangan fasa dalam koneksi bintang dikurangi dengan faktor 1/√3 & itu mengurangi arus awal serta torsi awal menjadi 1/3 dari nilai rating normal.

Saat motor mempercepat, relai timer mengalihkan koneksi bintang gulungan stator menjadi koneksi segitiga, memungkinkan tegangan penuh di seluruh gulungan. Motor berjalan pada kecepatan rating.

Kelebihan Starter Star Delta

• Desainnya sederhana & murah
• Ia tidak memerlukan pemeliharaan
• Memberikan arus lonjakan rendah.
• Ia digunakan untuk memulai motor induksi besar.
• Ia terbaik untuk waktu percepatan yang lama.

Kekurangan Starter Star Delta

• Ia bekerja pada motor yang terhubung segitiga
• Ada lebih banyak koneksi kabel.
• Ia menawarkan torsi awal rendah yang tidak dapat dipertahankan.
• Ada fleksibilitas yang sangat terbatas dalam karakteristik pengirian.
• Ada gerakan mekanis saat beralih dari bintang ke segitiga.

Soft Starter

Starter lembut juga menggunakan teknik pengurangan tegangan. Ia menggunakan saklar semikonduktor seperti TRIAC untuk mengontrol tegangan serta arus awal yang disuplidan ke motor induksi.

TRIAC terkontrol fasa digunakan untuk menyediakan tegangan variabel. Tegangan diubah dengan mengubah sudah konduksi atau sudah pemicu TRIAC. Sudah konduksi dipertahankan pada minimum untuk menyediakan tegangan terendah. Tegangan meningkat secara bertahap dengan meningkatkan sudah konduksi. Pada sudah konduksi maksimum, tegangan garis penuh diterapkan ke motor induksi & ia berjalan pada kecepatan rating.

Ia memberikan peningkatan yang bertahap & halus dalam tegangan awal, arus serta torsi. Dengan demikian, tidak ada gerakan mekanis & memberikan operasi yang halus yang meningkatkan umur mesin.

Kelebihan Starter Lembut

• Ia memberikan kontrol yang lebih baik atas arus & tegangan awal
• Ia menawarkan percepatan yang halus, sehingga tidak ada jeritan.
• Ia mengurangi lonjakan daya dalam sistem.
• Memperpanjang umur sistem
• Memberikan efisiensi yang lebih baik & tidak memerlukan pemeliharaan
• Ukurannya kecil

Kekurangan Starter Lembut

• Ia relatif mahal
• Ada dissipasi energi dalam bentuk panas

Variable Frequency Drive (VFD)

Sama seperti starter lembut, Variable frequency drive (VFD) dapat mengubah tegangan serta frekuensi arus suplidan. Ia terutama digunakan untuk mengontrol kecepatan motor induksi karena ia bergantung pada frekuensi suplidan.

AC dari garis suplidan diubah menjadi DC menggunakan rectifier. DC murni diubah menjadi AC dengan frekuensi & tegangan yang dapat disesuaikan menggunakan teknik pulse width modulation melalui transistor daya seperti IGBTs.

Ia memberikan kontrol penuh atas kecepatan motor dari 0 hingga kecepatan rating. Opsi penyesuaian kecepatan dengan tegangan variabel memberikan arus awal & percepatan yang lebih baik.

Kelebihan Variable Frequency Drive

• Ia memberikan percepatan yang lebih baik dan halus untuk motor besar
• Ia menawarkan kontrol kecepatan penuh dengan percepatan & pelambatan yang halus.
• Ia meningkatkan umur karena tidak ada stres listrik & mekanis
• Ia menawarkan operasi maju & mundur motor

Kekurangan Variable Frequency Drive

• Ia relatif mahal kecuali kontrol kecepatan diperlukan
• Ada dissipasi panas
• VFD menciptakan harmoni dalam garis listrik yang dapat mempengaruhi peralatan elektronik & faktor daya.