Bagian ini menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja motor listrik.
1. Mengganti motor standar dengan motor yang energinya efisien
Motor yang berefisiensi tinggi dirancang khusus untuk meningkatkan efisiensi energi
dibanding dengan motor standar. Perbaikan desain difokuskan pada penurunan kehilangan mendasar dari motor termasuk penggunaan baja silikon dengan tingkat kehilangan yang rendah, inti yang lebih panjang (untuk meningkatkan bahan aktif), kawat yang lebih tebal (untuk menurunkan tahanan), laminasi yang lebih tipis, celah udara antara stator dan rotor yang lebih tipis, batang baja pada rotor sebagai pengganti alumunium, bearing yang lebih bagus dan fan yang lebih kecil, dll.
Motor dengan energi yang efisien mencakup kisaran kecepatan dan beban penuh yang luas. Efisiensinya 3% hingga 7% lebih tinggi dibanding dengan motor standar sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 12. Tabel 2 menggambarkan peluang perbaikan yang sering digunakan pada perancangan motor yang efisien energinya.
Sebagai hasil dari modifikasi untuk meningkatkan kinerja, biaya untuk motor yang energinya efisien lebih besar daripada biaya untuk motor standar. Biaya yang lebih tinggi seringkali akan terbayar kembali dengan cepat melalui penurunan biaya operasi, terutama pada penggunaan baru atau pada penggantian motor yang masa pakainya sudah habis. Akan tetapi untuk penggantian motor yang ada yang belum habis masa pakainya dengan motor yang efisien energinya, tidak selalu layak secara finansial, oleh karena itu direkomedasikan untuk mengganti dengan motor yang efisien energinya hanya jika motor-motor tersebut sudah rusak.
2. Menurunkan pembebanan yang kurang (dan menghindari motor yang
ukurannya berlebih/ terlalu besar)
Sebagaimana dijelaskan dalam bab 3, beban yang kurang akan meningkatkan kehilangan motor dan menurunkan efisiensi motor dan faktor daya. Beban yang kurang mungkin merupakan penyebab yang paling umum ketidakefisiensian dengan alasan-alasan:
· Pembuat peralatan cenderung menggunakan faktor keamanan yang besar bila memilih motor.
· Peralatan kadangkala digunakan dibawah kemampuan yang semestinya. Sebagai contoh, pembuat peralatan mesin memberikan nilai motor untuk kapasitas alat dengan beban penuh. Dalam prakteknya, pengguna sangat jarang membutuhkan kapasitas penuh ini, sehingga mengakibatkan hampir selamanya operasi dilakukan dibawah nilai beban.
· Dipilih motor yang besar agar mampu mencapai keluaran pada tingkat yang dikehendaki, bahkan jika tegangan masuk rendah dalam keadaan tidak normal.
· Dipilih motor yang besar untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi akan tetapi lebih baik bila digunakan motor yang lebih kecil yang dirancang dengan torque tinggi.
Ukuran motor harus dipilih berdasarkan pada evaluasi beban dengan hati-hati. Namun bila mengganti motor yang ukurannya berlebih dengan motor yang lebih kecil, juga penting untuk mempertimbangkan potensi pencapaian efisiensi. Motor yang besar memiliki efisiensi yang lebih tinggi daripada motor yang lebih kecil. Oleh karena itu, penggantian motor yang beroperasi pada kapasitas 60 – 70% atau lebih tinggi biasanya tidak direkomendasikan. Dengan kata lain tidak ada aturan yang ketat yang memerintahkan pemilihan motor dan potensi penghematan perlu dievaluasi dengan dasar kasus per kasus. Contoh, jika motor yang lebih kecil merupakan motor yang efisien energinya sedangkan motor yang ada tidak, maka efisiensi dapat meningkat.
Untuk motor yang beroperasi konstan pada beban dibawah 40% dari nilai kapasitasnya, pengukuran yang murah dan efektif dapat dioperasikan dalam mode bintang. Perubahan dari operasi standar delta ke operasi bintang meliputi penyusunan kembali pemasangan kawat masukan daya tiga fase pada kotak terminal.
Mengoperasikan dalam mode bintang akan menurunkan tegangan dengan faktor ‘√3’. Motor diturunkan ukuran listriknya dengan operasi mode bintang, namun karakteristik kinerjanya sebagai fungsi beban tidak berubah. Jadi, motor dalam mode bintang memiliki efisiensi dan faktor daya yang lebih tinggi bila beroperasi pada beban penuh daripada beroperasi pada beban sebagian dalam mode delta.
Bagaimanapun, operasi motor pada mode bintang memungkinkan hanya untuk penggunaan dimana permintaan torque ke kecepatannya lebih rendah pada beban yang berkurang. Disamping itu, perubahan ke mode bintang harus dihindarkan jika motor disambungkan ke fasilitas produksi dengan keluaran yang berhubungan dengan kecepatan motor (karena kecepatan motor berkurang pada mode bintang). Untuk penggunaan untuk kebutuhan torque awal yang tinggi dan torque yang berjalan rendah, tersedia starter Delta-Bintang yang dapat membantu mengatasi torque awal yang tinggi.
3. Ukuran motor untuk beban yang bervariasi
Motor industri seringkali beroperasi pada kondisi beban yang bervariasi karena permintaan proses. Praktek yang umum dilakukan dalam situasi seperti ini adalah memilih motor berdasarkan beban antisipasi tertinggi. Namun hal ini membuat motor lebih mahal padahal motor hanya akan beroperasi pada kapasitas penuh untuk jangka waktu yang pendek, dan beresiko motor bekerja pada beban rendah.
Alternatfnya adalah memilih motor berdasarkan kurva lama waktu pembebanan untuk penggunaan khusus. Hal ini berarti bahwa nilai motor yang dipilih sedikit lebih rendah daripada beban antisipasi tertinggi dan sekali-kali terjadi beban berlebih untuk jangka waktu yang pendek. Hal ini memungkinkan, karena motor memang dirancang dengan faktor layanan (biasanya 15% diatas nilai beban) untuk menjamin bahwa motor yang bekerja diatas nilai beban sekali-sekali tidak akan menyebabkan kerusakan yang berarti.
Resiko terbesar adalah pemanasan berlebih pada motor, yang berpengaruh merugikan pada umur motor dan efisiensi dan meningkatkan biaya operasi. Kriteria dalam memilih motor adalah bahwa kenaikan suhu rata-rata diatas siklus operasi aktual harus tidak lebih besar dari kenaikan suhu pada operasi beban penuh yang berkesinambungan (100%). Pemanasan berlebih dapat terjadi dengan:
· Perubahan beban yang ekstrim, seperti seringnya jalan/berhenti, atau tingginya beban awal.
· Beban berlebih yang sering dan/atau dalam jangka waktu yang lama
· Terbatasnya kemampuan motor dalam mendinginkan, contoh pada lokasi yang tinggi, dalam lingkungan yang panas atau jika motor tertutupi atau kotor.
Jika beban bervariasi terhadap waktu, metode pengendalian kecepatan dapat diterapkan sebagai tambahan terhadap ukuran motor yang tepat (lihat bagian 4.8).
4. Memperbaiki kualitas daya
Kinerja motor dipengaruhi oleh kualitas daya yang masuk, yang ditentukan oleh tegangan dan frekuensi aktual dibandingkan dengan nilai dasar. Fluktuasi dalam tegangan dan frekuensi yang lebih besar daripada nilai yang diterima memiliki dampak yang merugikan pada kinerja motor. Tabel 6 menampilkan pengaruh umum dari variasi tegangan dan frekuensi pada kinerja motor.
Ketidakseimbangan tegangan bahkan dapat lebih merugikan terhadap kinerja motor dan terjadi apabila tegangan tiga fase dari motor tiga fase tidak sama. Hal ini biasanya disebabkan oleh perbedaan pasokan tegangan untuk setiap fase pada tiga fase. Dapat juga diakibatkan dari penggunaan kabel dengan ukuran yang berbeda pada sistim distribusinya. Contoh dari pengaruh ketidakseimbangan tegangan pada kinerja motor ditunjukkan dalam Tabel 7.
· Tegangan masing-masing fase pada sistim tiga fase besarannya harus sama, simetris, dan dipisahkan oleh sudut 120°. Keseimbangan fase harus 1% untuk menghindarkan penurunan daya motor dan gagalnya garansi pabrik pembuatnya. Beberapa faktor dapat mempengaruhi kesetimbangan tegangan: beban fase tunggal pada setiap satu fase, ukuran kabel yang berbeda, atau kegagalan pada sirkuit. Ketidakseimbangan sistim meningkatkan kehilangan pada sistim distribusi dan menurunkan efisiensi motor.
Ketidakseimbangan tegangan dapat diminimalisir dengan:
· Menyeimbangkan setiap beban fase tunggal diantara seluruh tiga fase
· Memisahkan setiap beban fase tunggal yang mengganggu keseimbangan beban dn umpankan dari jalur/trafo terpisah .
5. Penggulungan Ulang
Penggulungan ulang untuk motor yang terbakar sudah umum dilakukan oleh industri. Jumlah motor yang sudah digulung ulang di beberapa industri lebih dari 50% dari jumlah total motor. Pegulungan ulang motor yang dilakukan dengan hati-hati kadangkala dapat menghasilkan motor dengan efisiensi yang sama dengan sebelumnya. Pegulungan ulang dapat mempengaruhi sejumlah faktor yang berkontribusi terhadap memburuknya efisiensi motor : desain slot dan gulungan, bahan gulungan, kinerja pengisolasi, dan suhu operasi. Sebagai contoh, bila panas diterapkan pada pita gulungan lama maka pengisolasi diantara laminasinya
dapat rusak, sehingga meningkatkan kehilangan arus eddy. Perubahan dalam celah udara dapat mempengaruhi faktor daya dan keluaran torque.
Walau begitu, jika dilakukan dengan benar, efisiensi motor dapat terjaga setelah dilakukan pegulungan ulang, dan dalam beberapa kasus, efisiensi bahkan dapat ditingkatkan dengan cara mengubah desain pegulungan. Dengan menggunakan kawat yang memiliki penampang lintang yang lebih besar, ukuran slot yang diperbolehkan, akan mengurangi kehilangan stator sehingga akan meningkatkan efisiensi. Walau demikian, direkomendasikan untuk menjaga desain motor orisinil selama pegulungan ulang, kecuali jika ada alasan yang berhubungan dengan beban spesifik untuk mendesain ulang.
Dampak dari pegulungan ulang pada efisiensi motor dan faktor daya dapat dikaji dengan mudah jika kehilangan motor tanpa beban diketahui pada sebelum dan sesudah pegulungan ulang. Informasi kehilangan tanpa beban dan kecepatan tanpa beban dapat ditemukan pada dokumentasi motor yang diperoleh pada saat pembelian. Indikator keberhasilan pegulungan ulang adalah perbandingan arus dan tahanan stator tanpa beban per fase motor yang digulung ulang dengan arus dan tahanan stator orisinil tanpa beban pada tegangan yang sama.
Paad saat menggulung ulang motor perlu mempertimbangkan hal-hal berikut:
· Gunakan perusahaan yang bersertifikasi ISO 9000 atau anggota dari Assosasi Layanan Peralatan Listrik.
· Ukuran motor kurang dari 40 HP dan usianya lebih dari 15 tahun (terutama motor yang sebelumnya sudah digulung ulang) sering memiliki efisiensi yang lebih rendah daripada model yang tersedia saat ini yang efisien energinya. Biasanya yang terbaik adalah menggantinya. Hampir selalu terbaik mengganti motor biasa dengan beban dibawah 15 HP.
· Jika biaya pegulungan ulang melebihi 50% hingga 65% dari harga motor baru yang efisien energinya, lebih baik membeli motor yang baru, karena meningkatnya kehandalan dan efisiensi akan dengan cepat menutupi pembayaran harga motor.
6. Koreksi faktor daya dengan memasang kapasitor
Sebagaimana sudah dikenal sebelumnya, karakteristik motor induksi adalah faktor dayanya yang kurang dari satu, menyebabkan efisiensi keseluruhan yang lebih rendah (dan biaya operasi keseluruhan yang lebih tinggi) untuk seluruh sistim listrik pabrik.
Kapasitor yang disambung secara paralel (shunt) dengan motor kadangkala digunakan untuk memperbaiki faktor daya. Kapasitor tidak akan memperbaiki faktor daya motor itu sendiri akan tetapi terminal starternya dimana tenaga dibangkitkan atau didistribusikan. Manfaat dari koreksi faktor daya meliputi penurunan kebutuhan kVA (jadi mengurangi biaya kebutuhan utilitas), penurunan kehilangan I²R pada kabel di bagian hulu kapasitor (jadi mengurangi biaya energi), berkurangnya penurunan tegangan pada kabel (mengakibatkan pengaturan tegangan meningkat), dan kenaikan dalam efisiesi keseluruhan sistim listrik pabrik.
Ukuran kapasitor tergantung pada kVA reaktif tanpa beban (kVAR) yang ditarik oleh motor. Ukuran ini tidak boleh melebihi 90% dari kVAR motor tanpa beban, sebab kapasitor yang lebih tinggi dapat mengakibatkan terlalu tingginya tegangan dan motor akan terbakar. kVAR motor hanya dapat ditentukan oleh pengujian motor tanpa beban. Alternatifnya adalah menggunakan faktor daya motor standar untuk menentukan ukuran kapasitor.
7. Meningkatkan perawatan
Hampir semua inti motor dibuat dari baja silikon atau baja gulung dingin yang dihilangkan karbonnya, sifat-sifat listriknya tidak berubah dengan usia. Walau begitu, perawatan yang buruk dapat memperburuk efisiensi motor karena umur motor dan operasi yang tidak handal. Sebagai contoh, pelumasan yang tidak benar dapat menyebabkan meningkatnya gesekan pada motor dan penggerak transmisi peralatan. Kehilangan resistansi pada motor, yang meningkat dengan kenaikan suhu.
Kondisi ambien dapat juga memiliki pengaruh yang merusak pada kinerja motor. Sebagai contoh, suhu ekstrim, kadar debu yang tinggi, atmosfir yang korosif, dan kelembaban dapat merusak sifat-sifat bahan isolasi; tekanan mekanis karena siklus pembebanan dapat mengakibatkan kesalahan penggabungan.
Perawatan yang tepat diperlukan untuk menjaga kinerja motor. Sebuah daftar periksa praktek perawatan yang baik akan meliputi:
· Pemeriksaan motor secara teratur untuk pemakaian bearings dan rumahnya (untuk mengurangi kehilangan karena gesekan) dan untuk kotoran/debu pada saluran ventilasi motor (untuk menjamin pendinginan motor)
· Pemeriksaan kondisi beban untuk meyakinkan bahwa motor tidak kelebihan atau kekurangan beban. Perubahan pada beban motor dari pengujian terakhir mengindikasikan suatu perubahan pada beban yang digerakkan, penyebabnya yang harus diketahui.
· Pemberian pelumas secara teratur. Fihak pembuat biasanya memberi rekomendasi untuk cara dan waktu pelumasan motor. Pelumasan yang tidak cukup dapat menimbulkan masalah, seperti yang telah diterangkan diatas. Pelumasan yang berlebihan dapat juga menimbulkan masalah, misalnya minyak atau gemuk yang berlebihan dari bearing motor dapat masuk ke motor dan menjenuhkan bahan isolasi motor, menyebabkan kegagalan dini atau mengakibatkan resiko kebakaran.
· Pemeriksaan secara berkala untuk sambungan motor yang benar dan peralatan yang digerakkan. Sambungan yang tidak benar dapat mengakibatkan sumbu as dan bearings lebih cepat aus, mengakibatkan kerusakan terhadap motor dan peralatan yang digerakkan.
· Dipastikan bahwa kawat pemasok dan ukuran kotak terminal dan pemasangannya benar. Sambungan-sambungan pada motor dan starter harus diperiksa untuk meyakinkan kebersihan dan kekencangnya.
· Penyediaan ventilasi yang cukup dan menjaga agar saluran pendingin motor bersih untuk membantu penghilangan panas untuk mengurangi kehilangan yang berlebihan. Umur isolasi pada motor akan lebih lama: untuk setiap kenaikan suhu operasi motor 10°C diatas suhu puncak yang direkomendasikan, waktu pegulungan ulang akan lebih cepat, diperkirakan separuhnya.
8. Pengendalian kecepatan motor induksi
Secara tradisional, motor DC digunakan bila kemampuan dikehendaki variasi kecepatan. Namun karena keterbatasan motor DC (sebagaimana dijelaskan dalam bagian 2), motor AC terus menjadi fokus bagi penggunaan variasi kecepatan. Baik motor AC sinkron dan induksi keduanya cocok untuk penggunaan control variasi kecepatan.
Karena motor induksi adalah motor yang tidak sinkron, perubahan pasokan frekuensi dapat memvariasikan kecepatan. Strategi pengendalian untuk motor khusus akan tergantung pada sejumlah faktor termasuk biaya investasi, ketahanan beban dan beberapa persyaratan pengendalian khusus. Hal ini memerlukan suatu tinjauan rinci mengenai karakteristik beban, data historis pada aliran proses, ciri-ciri sistim pengendalian kecepatan yang diperlukan, biaya listrik dan biaya investasi.
Karakteristik beban (dijelaskan di bagian 1) terutama penting dalam memutuskan apakah pengendalian kecepatan merupakan suatu opsi. Potensi terbesar untuk penghematan listrik dengan penggerak variabel kecepatan (variable speed drive) pada umumnya ada pada penggunaan variasi torque, contohnya adalah pompa sentrifugal dan fan, dimana kebutuhan dayanya berubah sebesar kubik kecepatan. Beban torque yang konstan juga cocok untuk penggunaan VSD.
1.Motor dengan beberapa kecepatan
Motor dapat digulung menjadi dua kecepatan, dan perbandingan 2:1, dapat dicapai. Motor juga dapat digulung dengan dua gulungan terpisah, masing-masing memberi dua kecepatan operasi dan dengan begitu totalnya menjadi empat kecepatan. Motor dengan beberapa kecepatan dapat dirancang untuk penggunaan yang melibatkan torque konstan, torque bervariasi, atau untuk keluaran daya yang konstan. Motor dengan beberapa kecepatan cocok untuk penggunaan yang memerlukan pengendalian kecepatan yang terbatas (dua atau empat kecepatan, bukan kecepatan yang terus menerus bervariasi). Motor-motor tersebut cenderung sangat ekonomis dan efisiensinya lebih rendah dibanding dengan motor yang berkecepatan tunggal.
2.Penggerak kecepatan variable/ Variable Speed Drives (VSDs)
Penggerak kecepatan variable (VSDs) juga dikenal dengan inverters dan dapat mengubah kecepatan motor, yang tersedia dalam dari mulai beberapa kW hingga 750 kW. VSD dirancang untuk mengoperasikan motor induksi standar dan oleh karena itu dapat dengan mudah dipasang pada sistim yang ada. Inverter kadang dijual secara terpisah sebab motor sudah beroperasi ditempat, tetapi dapat juga dibeli bersamaan dengan motornya.
Bila beban bervariasi, VSD atau motor dengan dua kecepatan kadangkala dapat menurunkan pemakaian energi listrik pada pompa sentrifugal dan fan sebesar 50% atau lebih. Penggerak dasarnya terdiri dari inverter itu sendiri yang merubah daya masuk 50 Hz menjadi frekuensi dan tegangan yang bervariasi. Frekuensi yang bervariasi akan mengendalikan kecepatan motor.
Terdapat tiga jenis utama desain inverter yan tersedia saat ini. Ketiganya dikenal dengan Inverter Sumber Arus (CSI), Inverter Tegangan Bervariasi (VVI), dan Inverter dengan Pengatur Lebar Pulsa/ Pulse Width Modulated (PWM).
3. Penggerak arus searah (DC)
Teknologi penggerak DC merupakan bentuk tertua pengendali kecepatan listrik. Sistim penggerak terdiri dari sebuah motor DC dan sebuah pengendali.
Motor terdiri dari dinamo dan gulungan medan. Penggulungan medan memerlukan pembanmgkitan daya DC untuk operasi motor, biasanya dengan tegangan yang tetap dari pengendali. Sambungan dinamo dibuat melalui perakitan sikat dan commutator. Kecepatan motor berbanding lurus dengan tegangan yang dipergunakan.
Pengendali merupakan penyambungan rektifikasi fase control dengan sirkuit logic untuk mengendalikan tegangan DC yang dikirim ke dinamo motor. Pengendaliankecepatan dicapai Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
dengan mengatur tegangan ke motor. Kadangkala sebuah tacho-generator dilibatkan untuk mencapai pengaturan kecepatan yang baik. Tacho-generator dapat digantungkan pada motor untuk menghasilkan sinyal umpan balik kecepatan yang digunakan dibagian dalam pengendali.
4. Penggerak motor AC dengan gulungan rotor (motor induksi cincin geser)
Penggerak motor dengan rotor penggulung menggunakan motor yang berkonstruksi khusus untuk menyempurnakan pengendalian kecepatan. Rotor motor dibuat dengan penggulungan yang diangkat keluar motor melalui cincin geser pada sumbu motor. Gulungan tersebut disambungkan ke pengendali, yang menempatkan resistor variabel secara seri dengan gulungan. Kinerja torque motor dapat dikendalikan dengan menggunakan resistor variabel tersebut. Motor dengan gulungan rotor sangat umum digunakan untuk motor 300 HP atau lebih.
