Perlindungan Overload Termal Motor
Untuk memahami perlindungan overload termal motor pada motor induksi, kita dapat membahas prinsip kerja motor induksi tiga fasa. Ada satu stator berbentuk silinder dan gulungan tiga fasa yang terdistribusi secara simetris di sekeliling dalam stator. Karena distribusi simetris ini, ketika pasokan listrik tiga fasa diterapkan ke gulungan stator, medan magnet berputar akan dihasilkan. Medan ini berputar pada kecepatan sinkron. Rotor dibuat dalam motor induksi terutama oleh bilah tembaga padat yang disingkat di kedua ujungnya sehingga membentuk struktur seperti kandang silinder. Inilah sebabnya motor ini juga disebut motor induksi kandang tupai. Mari kita kembali ke poin dasar motor induksi tiga fasa - yang akan membantu kita memahami dengan jelas tentang perlindungan overload termal motor.
Sebagai medan magnet berputar memotong setiap konduktor bilah rotor, akan ada arus sirkulasi yang dipicu mengalir melalui konduktor bilah. Pada saat mulai, rotor diam dan medan stator berputar pada kecepatan sinkron, gerakan relatif antara medan berputar dan rotor mencapai maksimum. Oleh karena itu, laju pemotongan fluks dengan bilah rotor adalah maksimum, arus yang dipicu juga maksimum pada kondisi ini. Namun, karena penyebab arus yang dipicu adalah kecepatan relatif ini, rotor akan mencoba mengurangi kecepatan relatif tersebut dan akhirnya akan mulai berputar mengikuti arah medan magnet berputar untuk mengejar kecepatan sinkron. Begitu rotor mencapai kecepatan sinkron, kecepatan relatif antara rotor dan medan magnet berputar menjadi nol, sehingga tidak akan ada pemotongan fluks lebih lanjut dan akibatnya tidak akan ada arus yang dipicu di bilah rotor. Karena arus yang dipicu menjadi nol, tidak akan ada kebutuhan lebih lanjut untuk mempertahankan kecepatan relatif nol antara rotor dan medan magnet berputar, sehingga kecepatan rotor turun.
Begitu kecepatan rotor turun, kecepatan relatif antara rotor dan medan magnet berputar kembali mendapatkan nilai non-nol yang menyebabkan arus yang dipicu di bilah rotor, maka rotor akan kembali mencoba mencapai kecepatan sinkron dan ini akan berlanjut hingga motor dimatikan. Akibat fenomena ini, rotor tidak akan pernah mencapai kecepatan sinkron serta tidak akan pernah berhenti beroperasi selama operasi normal. Perbedaan antara kecepatan sinkron dengan kecepatan rotor dalam hal kecepatan sinkron, disebut sebagai slip motor induksi.
Slip pada motor induksi yang beroperasi normal biasanya bervariasi dari 1% hingga 3% tergantung pada kondisi beban motor. Sekarang kita akan mencoba menggambar karakteristik arus-kecepatan motor induksi - mari kita ambil contoh kipas boiler besar.
Dalam karakteristik, sumbu Y diambil sebagai waktu dalam detik, sumbu X diambil sebagai % arus stator. Ketika rotor diam, yaitu pada kondisi awal, slip maksimum sehingga arus yang dipicu di rotor maksimum dan karena aksi transformasi, stator juga akan menarik arus yang sangat besar dari pasokan dan sekitar 600% dari arus stator penuh beban nominal. Seiring percepatan rotor, slip berkurang, akibatnya arus rotor dan arus stator turun menjadi sekitar 500% dari arus penuh beban nominal dalam 12 detik ketika kecepatan rotor mencapai 80% dari kecepatan sinkron. Setelah itu, arus stator turun dengan cepat ke nilai nominal saat rotor mencapai kecepatan normalnya.
Sekarang kita akan membahas tentang overload termal motor listrik atau masalah overheat motor listrik dan kebutuhan perlindungan overload termal motor.
Ketika kita berpikir tentang overheat motor, hal pertama yang muncul di benak kita adalah overload. Karena overload mekanis, motor menarik arus yang lebih tinggi dari pasokan yang menyebabkan overheat berlebihan pada motor. Motor juga dapat overheat berlebihan jika rotor terkunci secara mekanis, yaitu menjadi diam karena gaya mekanis eksternal. Dalam situasi ini, motor akan menarik arus yang sangat tinggi dari pasokan yang juga menyebabkan overload termal motor listrik atau masalah overheat berlebihan. Penyebab lain overheat adalah tegangan pasokan rendah. Karena daya yang ditarik oleh motor dari pasokan bergantung pada kondisi beban motor, untuk tegangan pasokan rendah, motor akan menarik arus yang lebih tinggi dari utama untuk mempertahankan torsi yang diperlukan. Single phasing juga menyebabkan overload termal motor. Ketika salah satu fase pasokan tidak berfungsi, dua fase tersisa menarik arus yang lebih tinggi untuk mempertahankan torsi beban yang diperlukan dan ini menyebabkan overheat pada motor. Kondisi tidak seimbang antara tiga fase pasokan juga menyebabkan overheat pada gulungan motor, karena sistem tidak seimbang menghasilkan arus urutan negatif di gulungan stator. Selain itu, hilangnya tiba-tiba dan reestablishment tegangan pasokan dapat menyebabkan overheat berlebihan pada motor. Karena hilangnya tiba-tiba tegangan pasokan, motor dideakselerasi dan karena reestablishment tiba-tiba tegangan, motor dipercepat untuk mencapai kecepatan nominalnya dan karenanya motor menarik arus yang lebih tinggi dari pasokan.
Karena overload termal atau overheat motor dapat menyebabkan kegagalan isolasi dan kerusakan gulungan, maka untuk perlindungan overload termal motor yang tepat, motor harus dilindungi terhadap kondisi-kondisi berikut
Overload mekanis,
Stalling poros motor,
Tegangan pasokan rendah,
Single phasing pasokan utama,
Keseimbangan pasokan utama,
Hilang dan reestablishment tiba-tiba tegangan pasokan.
Skema perlindungan dasar motor adalah perlindungan overload termal yang secara utama mencakup perlindungan dari semua kondisi yang disebutkan di atas. Untuk memahami prinsip dasar perlindungan overload termal, mari kita periksa diagram skematik skema kontrol motor dasar.
Dalam gambar di atas, ketika tombol START ditutup, coil starter diberi energi melalui trafo. Saat coil starter diberi energi, kontak biasa terbuka (NO) 5 tertutup sehingga motor mendapatkan tegangan pasokan di terminalnya dan mulai berputar. Coil start ini juga menutup kontak 4 yang membuat coil starter tetap diberi energi bahkan setelah tombol START dilepaskan dari posisi tertutup. Untuk menghentikan motor, ada beberapa kontak biasa tertutup (NC) seri dengan coil starter seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Salah satunya adalah kontak tombol STOP. Jika tombol STOP ditekan, kontak ini terbuka dan memutus kelanjutan sirkuit coil starter sehingga membuat coil starter tidak diberi energi. Oleh karena itu, kontak 5 dan 4 kembali ke posisi biasa terbuka. Kemudian, tanpa adanya tegangan di terminal motor, motor akan berhenti beroperasi. Demikian pula, jika salah satu dari NC kontak lain (1, 2, dan 3) yang terhubung seri dengan coil starter terbuka, motor juga akan berhenti. Kontak NC ini dikopel secara elektrik dengan berbagai relay perlindungan untuk menghentikan operasi motor dalam kondisi abnormal yang berbeda.
Mari kita lihat relay overload termal dan fungsinya dalam perlindungan overload termal motor.
Sekunder CT yang terhubung seri dengan sirkuit pasokan motor, terhubung dengan strip bimetalik dari relay overload termal (49). Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah, ketika arus melalui sekunder salah satu CT, melewati nilainya yang telah ditentukan untuk waktu tertentu, strip bimetalik akan overheat dan deformasi yang akhirnya menyebabkan relay 49 beroperasi. Begitu relay 49 beroperasi, kontak NC 1 dan 2 terbuka yang memutus energi coil starter dan akhirnya menghentikan motor.
Hal lain yang harus diingat selama memberikan perlindungan overload termal motor. Sebenarnya setiap motor memiliki toleransi overload tertentu. Ini berarti setiap motor dapat beroperasi di luar beban nominalnya untuk periode tertentu yang diperbolehkan tergantung pada kondisi beban. Berapa lama motor dapat beroperasi dengan aman untuk beban tertentu ditentukan oleh produsen. Hubungan antara beban yang berbeda pada motor dan periode yang diperbolehkan untuk menjalankannya dalam kondisi aman disebut kurva batas termal motor. Mari kita lihat kurva motor tertentu, yang ditunjukkan di bawah ini.
Di sini sumbu Y atau sumbu vertikal mewakili waktu yang diperbolehkan dalam detik dan sumbu X atau sumbu horizontal mewakili persentase overload. Dari kurva ini jelas bahwa, motor dapat beroperasi dengan aman tanpa kerusakan akibat overheat untuk periode yang lama pada 100% beban nominal. Motor dapat beroperasi dengan aman 1000 detik pada 200% beban normal. Motor dapat beroperasi dengan aman 100 detik pada 300% beban normal. Motor dapat beroperasi dengan aman 15 detik pada 600% beban normal. Bagian atas kurva mewakili kondisi beroperasi normal rotor dan bagian paling bawah mewakili kondisi rotor terkunci secara mekanis.
Sekarang kurva waktu operasi vs arus aktuator relay overload termal yang dipilih harus berada di bawah kurva batas termal motor untuk operasi yang memuaskan dan aman. Mari kita diskusikan lebih lanjut-
Ingatlah karakteristik arus start motor - Selama start up motor induksi, arus stator melebihi 600% arus nominal normal tetapi hanya bertahan hingga 10 hingga 12 detik setelah itu arus stator tiba-tiba turun ke nilai nominal. Jadi, jika relay overload termal beroperasi sebelum 10 hingga 12 detik tersebut untuk arus 600% arus nominal, motor tidak dapat dimulai. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa kurva waktu operasi vs arus aktuator relay overload termal yang dipilih harus berada di bawah kurva batas termal motor tetapi di atas kurva karakteristik arus start motor. Posisi probabel karakteristik relay arus termal dibatasi oleh kedua kurva tersebut seperti yang ditunjukkan dalam grafik oleh area yang ditebalkan.
Hal lain yang harus diingat selama pemilihan relay overload termal. Relay ini bukan relay instan. Memiliki penundaan minimum dalam operasi karena strip bimetalik memerlukan waktu minimum untuk dipanaskan dan deformasi untuk nilai arus operasi maksimum. Dari grafik ditemukan bahwa relay termal akan beroperasi setelah 25 hingga 30 detik jika rotor tiba-tiba terkunci secara mekanis atau motor gagal start. Dalam situasi ini, motor akan menarik arus yang sangat besar dari pasokan. Jika motor tidak dipisahkan lebih cepat, kerusakan serius mungkin terjadi.
Masalah ini diatasi dengan menyediakan relay overcurrent dengan pickup tinggi. Karakteristik arus waktu dari relay overcurrent ini dipilih sedemikian rupa sehingga untuk nilai overload yang lebih rendah, relay tidak akan beroperasi karena relay overload termal akan beroperasi sebelumnya. Tetapi untuk nilai overload yang lebih tinggi dan kondisi rotor terkunci, relay overcurrent akan beroperasi alih-alih relay termal karena yang pertama akan beroperasi jauh sebelum yang kedua.
Oleh karena itu, baik relay overload bimetalik maupun relay overcurrent waktu disediakan untuk perlindungan overload termal motor yang lengkap.
Terdapat satu kelemahan utama dari relay overload termal bimetalik, karena laju pemanasan dan pendinginan bimetal dipengaruhi oleh suhu lingkungan, kinerja relay mungkin berbeda untuk suhu lingkungan yang berbeda. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan RTD atau detektor suhu resistif. Motor yang lebih besar dan canggih dilindungi terhadap overload termal dengan lebih akurat menggunakan RTD. Di slot stator, RTD diletakkan bersama dengan gulungan stator. Resistensi RTD berubah dengan perubahan suhu dan nilai resistif yang berubah ini dideteksi oleh rangkaian Wheatstone bridge.
Skema perlindungan overload termal motor ini sangat sederhana. RTD stator digunakan sebagai salah satu lengan dari bridge Wheatstone yang seimbang. Jumlah arus melalui relay 49 tergantung pada derajat ketidakseimbangan bridge. Seiring meningkatnya suhu gulungan stator, resistansi listrik detektor meningkat yang mengganggu kondisi seimbang bridge. Akibatnya, arus mulai mengalir melalui relay 49 dan relay akan beroperasi setelah nilai unbalanced arus tertentu dan akhirnya kontak starter akan terbuka untuk menghentikan pasokan ke motor.
Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang bagus layak dibagikan, jika ada pelanggaran silakan hubungi untuk menghapus.
