Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 1
MOTOR LISTRK
1. PENDAHULUAN............................................................................................1
2. JENIS MOTOR LISTRIK.............................................................................2
3. PENGKAJIAN MOTOR LISTRIK............................................................10
4. PELUANG EFISIENSI ENERGI ...............................................................14
5. DAFAR PERIKSA OPSI .............................................................................22
6. LEMBAR KERJA.........................................................................................23
7. REFERENSI..................................................................................................25
1. PENDAHULUAN
Bagian ini menggambarkan ciri-ciri utama motor listrik.
1.1 Dimana motor digunakan
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik
menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller
pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik
digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik
kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor
menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.
1.2 Bagaimana sebuah motor bekerja
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama (Gambar 1):
􀂃 Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya
􀂃 Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka
kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada
arah yang berlawanan.
􀂃 Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan.
􀂃 Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran
yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik
yang disebut kumparan medan.
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban
motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang
diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004):
􀂃 Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi
dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan
torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
􀂃 Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan
kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan
fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 2
􀂃 Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah
dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan
adalah peralatan-peralatan mesin.
Komponen motor listrik bervariasi untuk berbagai jenis motor, dalam bab 2 dijelaskan untuk
masing-masing motor.
Gambar 1. Prinsip Dasar dari Kerja Motor Listrik (Nave, 2005)
2. JENIS MOTOR LISTRIK
Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: DC dan motor. Dafar para
pemasok motor listrik tersedia di www.directindustry.com/find/electric-motor.html.
Gambar 3 memperlihatkan motor listrik yang paling umum. Motor tersebut dikategorikan
berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut
dibawah ini.
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 3
Gambar 2. Klasifikasi Jenis Utama Motor Listrik
2.1 Motor DC
Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak
langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana
diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan
yang luas.
Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:1
􀂃 Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan
menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang
stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan.
Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis
magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan.
Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet.
Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur
medan.
􀂃 Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet.
Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan
beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang
dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika
hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
􀂃 Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah
untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam
transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
1 Diambil dari Komponen Motor Listrik dengan ijin dari Biro Efisiensi Energi India, 2005.
Motor Listrik
Motor Arus Bolakbalik
(AC)
Motor Arus
Searah (DC)
Sinkron Induksi
Satu Fase Tiga Fase
Self
Excited
Separately
Excited
Seri Campuran Shunt
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 4
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak
mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
􀂃 Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan
􀂃 Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi
untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang
seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah
arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk
penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya.
Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.
Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan
berikut:
Gaya elektromagnetik: E = KΦN
Torque: T = KΦIa
Dimana:
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torque electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan
2.1.1 Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited
Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/
separately excited.
2.1.2 Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt
Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan
gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam
jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.
Gambar 3. Sebuah motor DC
(Direct Industry, 2005)
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 5
Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):
􀂃 Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu
setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 4) dan oleh karena itu cocok untuk
penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
􀂃 Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri
dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan
(kecepatan bertambah).
2.1.3 Motor DC daya sendiri: motor seri
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan
dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5. Oleh karena itu, arus medan sama dengan
arus dinamo. Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997;
L.M. Photonics Ltd, 2002):
􀂃 Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM
􀂃 Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan
mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang
tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 5).
Gambar 4: Karakteristik Motor DC Shunt
(Rodwell International Corporation, 1999)
Gambar 5: Karakteristik Motor Seri DC
(Rodwell International Corporation, 1999)
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 6
2.1.4 Motor DC Kompon/Gabungan
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon,
gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo
(A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor kompon memiliki torque
penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase
penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin
tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh,
penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek,
sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok (myElectrical, 2005).
2.2 Motor AC
Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur
pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan
"rotor" seperti ditunjukkan daalam Gambar 7. Stator merupakan komponen listrik statis.
Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor.
Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih
sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan
penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan
dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena
kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya
setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap
berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).
2.2.1 Motor sinkron
Motor sinkron adalah motor AC, bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu.
Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal
yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban
rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron
mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang
menggunakan banyak listrik.
Gambar 6: Karakteristik Motor Kompon DC
(Rodwell International Corporation, 1999)
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 7
Komponen utama motor sinkron adalah (Gambar 7):2
􀂃 Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor
mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet.
Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki
magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi
tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
􀂃 Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi
yang dipasok.
Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh,
2003):
Ns = 120 f / P
Dimana:
f = frekwensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub
2.2.2 Motor induksi
Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan
industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan
dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.3
a. Komponen
Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 8):4
􀂃 Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
- Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam
petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua
ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.
- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi.
Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian
2 Diambil dari Komponen Motor Listrik dengan ijin dari Biro Efisiensi Energi India, 2005.
3 Untuk informasi lebih rinci pada induksi motor direkomendasikan untuk membaca Dasar-dasar Motor Induksi oleh Parekh
(2003)
4 Diambil dari Komponen Motor Listrik dengan ijin dari Biro Efisiensi Energi India, 2005.
Gambar 7. Motor Sinkron
(Integrated Publishing, 2003)
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 8
dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada
batang as dengan sikat yang menempel padanya.
􀂃 Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan
tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan
diberi spasi geometri sebesar 120 derajat
c.
Klasifikasi motor induksi
Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003):
􀂃 Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi
dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan
sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor
yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti fan angin, mesin
cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
􀂃 Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase
yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki
kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan
penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan
jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder.
Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.
d. Kecepatan motor induksi
Motor induksi bekerja sebagai berikut. Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan
medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus
rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet
stator, yang menyebabkan rotor berputar.
Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron
namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan
tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip
hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin
Gambar 8. Motor Induksi (Automated Buildings)
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 9
geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser/ slip ring motor”.
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran (Parekh,
2003):
% Slip = Ns – Nb x 100
Ns
Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM
e. Hubungan antara beban, kecepatan dan torque
Gambar 9 menunjukan grafik torque-kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang
sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003):
􀂃 Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torque yang rendah
(“pull-up torque”).
􀂃 Mencapai 80% kecepatan penuh, torque berada pada tingkat tertinggi (“pull-out torque”)
dan arus mulai turun.
􀂃 Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torque dan stator turun ke nol.
Gambar 9. Grafik Torque-Kecepatan Motor Induksi AC
3-Fase (Parekh, 2003)
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 10
3. PENGKAJIAN MOTOR LISTRIK
Bagian ini menjelaskan tentang bagaimana mengkaji kinerja motor listrik.5
3.1 Efisiensi motor lisrik
Motor mengubah energi listrik menjadi energi mekanik untuk melayani beban tertentu. Pada
proses ini, kehilangan energi ditunjukkan dalam Gambar 11.
Efisiensi motor ditentukan oleh kehilangan dasar yang dapat dikurangi hanya oleh perubahan
pada rancangan motor dan kondisi operasi. Kehilangan dapat bervariasi dari kurang lebih dua
persen hingga 20 persen. Tabel 1 memperlihatkan jenis kehilangan untuk motor induksi.
Tabel 1. Jenis Kehilangan pada Motor Induksi (BEE India, 2004)
Jenis kehilangan Persentase kehilangan total
(100%)
Kehilangan tetap atau kehilangan inti 25
Kehilangan variabel: kehilangan stator I2R 34
Kehilangan variabel: kehilangan rotor I2R 21
Kehilangan gesekan & penggulungan ulang 15
Kehilangan beban yang menyimpang 5
Efisiensi motor dapat didefinisikan sebagai “perbandingan keluaran daya motor yang
dirgunakan terhadap keluaran daya totalnya.”
Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi adalah:
􀂃 Usia. Motor baru lebih efisien.
􀂃 Kapastas. Sebagaimana pada hampir kebanyakan peralatan, efisiensi motor meningkat
dengan laju kapasitasnya.
􀂃 Kecepatan. Motor dengan kecepatan yang lebih tinggi biasanya lebih efisien.
􀂃 Jenis. Sebagai contoh, motor kandang tupai biasanya lebih efisien daripada motor cincingeser
􀂃 Suhu. Motor yang didinginkan oleh fan dan tertutup total (TEFC) lebih efisien daripada
motor screen protected drip-proof (SPDP)
Gambar 10 . Kehilangan M otor (US D OE)
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 11
􀂃 Penggulungan ulang motor dapat mengakibatkan penurunan efisiensi
􀂃 Beban, seperti yang dijelaskan dibawah
Terdapat hubungan yang jelas antara efisiensi motor dan beban. Pabrik motor membuat
rancangan motor untuk beroperasi pada beban 50-100% dan akan paling efisien pada beban
75%. Tetapi, jika beban turun dibawah 50% efisiensi turun dengan cepat seperti ditunjukkan
pada Gambar 11. Mengoperasikan motor dibawah laju beban 50% memiliki dampak pada
faktor dayanya. Efisiensi motor yang tinggi dan faktor daya yang mendekati 1 sangat
diinginkan untuk operasi yang efisien dan untuk menjaga biaya rendah untuk seluruh pabrik,
tidak hanya untuk motor.
Untuk alasan ini maka dalam mengkaji kinerja motor akan bermanfaat bila menentukan
beban dan efisiensinya. Pada hampir kebanyakan negara, merupakan persyaratan bagi fihak
pembuat untuk menuliskan efisiensi beban penuh pada pelat label motor. Namun demikian,
bila motor beroperasi untuk waktu yang cukup lama, kadang-kadang tidak mungkin untuk
mengetahui efisiensi tersebut sebab pelat label motor kadangkala sudah hilang atau sudah
dicat.
Untuk mengukur efisiensi motor, maka motor harus dilepaskan sambungannya dari beban
dan dibiarkan untuk melalui serangkaian uji. Hasil dari uji tersebut kemudian dibandingkan
dengan grafik kinerja standar yang diberikan oleh pembuatnya.
Jika tidak memungkikan untuk memutuskan sambungan motor dari beban, perkiraan nilai
efisiensi didapat dari tabel khusus untuk nilai efisiesi motor. Lembar fakta dari US DOE
(www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/pdfs/10097517.pdf) memberikan tabel dengan
nilai efisiensi motor untuk motor standar yang dapat digunakan jika pabrik pembuatnya tidak
menyediakan data ini. Nilai efisiensi disediakan untuk:
􀂃 Motor dengan efisiesi standar 900, 1200, 1800 dan 3600 rpm
􀂃 Motor yang berukuran antara 10 hingga 300 HP
􀂃 Dua jenis motor: motor anti menetes terbuka/ open drip-proof (ODP) dan motor yang
didinginkan oleh fan dan tertutup total/ enclosed fan-cooled motor (TEFC)
􀂃 Tingkat beban 25%, 50%, 75% dan 100%.
Gambar 11. Efisiensi Motor Beban Sebagian (sebagai fungsi
dari % efisiensi beban penuh) (US DOE)
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 12
Lembar fakta juga menjelaskan tiga kategori metode yang lebih canggih untuk mengkaji
efisiensi motor: peralatan khusus, metode perangkat lunak, dan metode analisis.
Dengan kata lain, survei terhadap motor dapat dilakukan untuk menentukan beban, yang juga
memberi indikasi kinerja motor. Hal ini diterangkan dalam bagian berikut.
3.2 Beban motor
3.2.1 Mengapa mengkaji beban motor
Karena sulit untuk mengkaji efisiensi motor pada kondisi operasi yang normal, beban motor
dapat diukur sebagai indikator efisiensi motor. Dengan meningkatnya beban, faktor daya dan
efisinsi motor bertambah sampai nilai optimumnya pada sekitar beban penuh.
3.2.2 Bagaimana mengkaji beban motor
Persamaan berikut digunakan untuk menentukan beban:
Beban = Pi x η
HP x 0,7457
Dimana,
η = Efisiensi operasi motor dalam %
HP = Nameplate untuk Hp
Beban = Daya yang keluar sebagai % laju daya
Pi = Daya tiga fase dalam kW
Survei beban motor dilakukan untuk mengukur beban operasi berbagai motor di seluruh
pabrik. Hasilnya digunakan untuk mengidentifikasi motor yang terlalu kecil. (mengakibatkan
motor terbakar) atau terlalu besar (mengakibatkan ketidak efisiensian). US DOE
merekomendasikan untuk melakukan survei beban motor yang beroperasi lebih dari 1000 jam
per tahun.
Terdapat tiga metode untuk menentukan beban motor bagi motor yang beroperasi secara
individu:
􀂃 Pengukuran daya masuk. Metode ini menghitung beban sebagai perbandingan antara
daya masuk (diukur dengan alat analisis daya) dan nilai daya pada pembebanan 100%.
􀂃 Pengukurann jalur arus. Beban ditentukan dengan membandingkan amper terukur
(diukur dengan alat analisis daya) dengan laju amper. Metode ini digunakan bila faktor
daya tidak dketahui dan hanya nilai amper yang tersedia. Juga direkomendasikan untuk
menggunakan metode ini bila persen pembebanan kurang dari 50%
􀂃 Metode Slip. Beban ditentukan dengan membandingkan slip yang terukur bila motor
beroperasi dengan slip untuk motor dengan beban penuh. Ketelitian metode ini terbatas
namun dapat dilakukan dengan hanya penggunaan tachometer (tidak diperlukan alat
analisis daya).
Ksrena pengukuran daya masuk merupakan metode yang paling umum digunakan, maka
hanya metode ini yang dijelaskan untuk motor tiga fase.
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 13
3.2.3 Pengukuran daya masuk
Beban diukur dalam tiga tahap.
Tahap 1. Menentukan daya masuk dengan menggunakan persamaan berikut:
1000
Pi = V x I x PF x 3
Dimana,
Pi = Daya tiga fase dalam kW
V = RMS (akar kwadrat rata-rata) tegangan, nilai tengah garis ke garis 3 fase
I = RMS arus, nilai tengah 3 fase
PF = Faktor daya dalam desimal
Alat analisis daya dapat mengukur nilai daya secara langsung. Industri yang tidak memiliki
alat analisis daya dapat menggunakan multi-meters atau tong-testers untuk mengukur
tegangan, arus dan faktor daya untuk menghitung daya yang masuk.
Tahap 2. Menentukan nilai daya dengan mengambil nilai pelat nama/nameplate atau dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut:
r
r P hp x
η
= 0.7457
Dimana,
Pr = Daya masuk pada beban penuh dalam kW
HP = Nilai Hp pada nameplate
ηr = Efisiensi pada beban penuh (nilai pada nameplate atau dari tabel efisiensi
motor)
x 100%
P
Beban Pi
r
=
Dimana,
Beban = Daya keluar yang dinyatakan dalam % nilai daya
Pi = Daya tiga fase terukur dalam kW
Pr = Daya masuk pada beban penuh dalam kW
3.2.4 Contoh
Pertanyaan:
Pengamatan terhadap pengukuran daya berikut dilakukan untuk motor induksi tiga fase 45
kW dengan efisiensi beban penuh 88%.
􀂃 V = 418 Volt
􀂃 I = 37 Amp
􀂃 PF = 0.81
Hitung beban.
Jawab:
􀂃 Daya Masuk = (1,732 x 418 x 37 x 0,81)/1000 = 21,70 kW
􀂃 % Pembebanan = [21,70 /(45/0,88)] x 100 = 42,44 %
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 14
4. PELUANG EFISIENSI ENERGI
Bagian ini menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja motor listrik.6
4.1 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
6 Bagian 4 diambil (dengan mengedit)dari Energy Efficiency in Electrical Utilities, 2004, dengan ijin dari Biro Efisiensi
Energi, India
Gambar12. Perbandingan antara motor yang berefisiensi tinggi
dengan motor standar
(Biro Standar Indian)
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 15
mengganti dengan motor yang efisien energinya hanya jika motor-motor tersebut sudah
rusak.
Tabel 2. Area Perbaikan Efisiensi yang digunakan pada Motor yang Efisien Energinya
(BEE India, 2004)
Area Kehilangan Energi Peningkatan Efisiensi
1. Besi 􀂃 Digunakan gauge yang lebih tipis sebab kehilangan inti baja yang
lebih rendah menurunkan kehilangan arus eddy.
􀂃 Inti lebih panjang yang dirancang menggunakan baja akan
mengurangi kehilangan karena masa jenis flux operasi yang lebih
rendah.
2. Stator I2R 􀂃 Menggunakan lebih banyak tembaga dan konduktor yang lebih
besar meningkatkan luas lintang penggulungan stator. Hal ini akan
menurunkan tahanan (R) dari penggulungan dan mengurangi
kehilangan karena aliran arus (I).
3 Rotor I2R 􀂃 Penggunaan batang konduktor rotor yang lebih besar meningkatkan
potongan lintang, dengan demikian merendahkan tahanan
konduktor (R) dan kehilangan yang diakibatkan oleh aliran arus (I)
4 Gesekan & Pegulungan 􀂃 Menggunakan rancangan fan dengan kehilangan yang rendah
menurunkan kehilangan yang diakibatkan oleh pergerakan udara
5. Kehilangan beban yang
menyimpang
􀂃 Menggunakan rancangan yang sudah dioptimalkan dan prosedur
pengendalian kualitas yang ketat akan meminimalkan kehilangan
beban yang menyimpang.
4.2 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.
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 16
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.
4.3 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).
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 17
4.4 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.
Tabel 7. Pengaruh Ketidakseimbangan Tegangan dalam Motor Induksi (BEE India,
2004)
Contoh 1 Contoh 2 Contoh 3
Persentase ketidakseimbangan dalam tegangan* 0,30 2,30 5,40
Ketidakseimbangan arus (%) 0,4 17,7 40,0
Kenaikan suhu (oC) 0 30 40
* Persen ketidakseimbangan tegangan = (penyimpangan maksimum dari tegangan tengah/ tegangan
tengah) x 100
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
4.5 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
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 18
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.
4.6 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.
Informasi lebih jauh mengenai faktor daya dan kapasitor diberikan dalam bab Listrik.
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 19
4.7 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 10oC diatas
suhu puncak yang direkomendasikan, waktu pegulungan ulang akan lebih cepat,
diperkirakan separuhnya.
4.8 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
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 20
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.
4.8.1 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.
4.8.2 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).
4.8.3 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. Pengendalian kecepatan dicapai
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 21
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.
4.8.4 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.
Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 22
5. DAFAR PERIKSA OPSI
Bagian ini memberikan daftar dari opsi-opsi efisiensi energi yang sangat penting untuk motor
listrik.
􀂃 Mempertahankan tingkat pasokan tegangan dengan penyimpangan maksimum 5% dari
nilai yang tertera dalam pelat nama/ nameplate.
􀂃 Meminimalkan ketidakseimbangan pada 1% untuk menghindari penurunan kekuatan
motor.
􀂃 Mempertahankan faktor daya tinggi dengan memasang kapasitor sedekat mungkin ke
motor
􀂃 Memilih ukuran motor yang benar untuk menghindari ketidakefisienan faktor daya yang
buruk
􀂃 Menjamin bahwa motor dibebani lebih dari 60%
􀂃 Melakukan strategi perawatan yang benar untuk motor
􀂃 Menggunakan penggerak variabel kecepatan (VSD) atau sistim dua kecepatan
􀂃 Mengganti motor yang ukurannya berlebih, ukurannya kurang dan yang gagal dengan
motor yang efisien energinya.
􀂃 Penggulungan ulang motor yang terbakar oleh akhlinya.
􀂃 Mengptimalkan efisensi transmisi dengan pemasangan dan perawatan poros, belt, rantai,
dan gir yang benar.
􀂃 Mengendalikan suhu ambien untuk memaksimalkan umur isolasi dan kehandalan motor,
misalnya dengan menghindarkan kontak langsung dengan sinar matahari, menempatkan
pada area yang berventilasi baik, dan menjaganya tetap bersih.
􀂃 Memberi pelumas pada motor sesuai dengan spesifikasi pabrik pembuatnya dan
menggunakan gemuk atau minyak berkualitas tinggi untuk mencegah pencemaran oleh
kotoran atau air.
Electrical Energy Equipment: Electric Motors
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 23
6. LEMBAR KERJA
Bagian ini meliputi lembar kerja berikut:
􀂃 Pengumpulan Data Motor
􀂃 Analisis Beban Motor
Lembar Kerja 1. PENGUMPULAN DATA MOTOR
No. Referensi Motor
No.
Tanda
Pengenal
Motor
HT/LT kW Tegangan FLA (Amp) Faktor
daya
Kecepatan
(RPM)
Golongan
isolasi
Faktor
Layanan
Ukuran
Rangka
Pabrik
Pembuat
Electrical Energy Equipment: Electric Motors
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 24
Lembar Kerja 2. ANALISIS BEBAN MOTOR
Nilai Pengukuran yang aktual
No. Referensi Motor
Tanda
Pengenal
Motor
Daya (KW) Efisiensi
Tegangan
(KV) Arus (Amp) Faktor daya Daya Masuk
(KW)
% Beban
Motor
Electrical Energy Equipment: Electric Motors
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 25
7. REFERENSI
Automated Buildings. www.automatedbuildings.com/news/jul01/art/abbd/abbf2.gif
Bureau of Energy Efficiency (BEE), Ministry of Power, India. Components of an Electric
Motor. 2005.
www.energymanagertraining.com/equipment_all/electric_motors/eqp_comp_motors.htm
Bureau of Energy Efficiency, Ministry of Power, India. Energy Efficiency in Electrical
Utilities. Book 3. 2004
Bureau of Indian Standards. Indian Standard Code for Motors – IS1231.
C.R. Nave, Department of Physics and Astronomy, Georgia State University. How does an
electric motor work? In: Hyperphysics, Electricity and Magnetism. 2005
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html
DirectIndustry. Virtual Industry Exhibition. 2005. www.directindustry.com
Electricians Toolbox Etc (E.T.E.). Motor Characteristics. 1997. www.electoolbox.
com/motorchar.htm
Integrated Publishing. Synchronised Motors, In: Neets, Module 01, Introduction to Matter,
Energy, and Direct Current, Chapter 4, Alternating Current Motors. 2003
www.tpub.com/content/neets/14177/css/14177_92.htm
L.M. Photonics Ltd. DC Motor Control. 2002. www.lmphotonics.com/vsd/vsd_02.htm
myElectrical. DC Machine Construction. 2005.
www.myelectrical.com/book/Machines/DC%20Machine%20Construction%20(Field%20Win
ding).aspx?%09%09%09ID=P040507102940
Parekh, R., Microchip Technology Inc. AC Induction Motors Fundamentals, AN887. 2003.
www.microchip.com, ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00887a.pdf
Rodwell International Corporation. Basic Motor Theory. On: Reliance Electric Motor
Technical Reference home page, 1999. www.reliance.com/mtr/mtrthr.htm
US Department of Energy (US DOE). Fact Sheet:Determining Motor Load and Efficiency.
Developed as part of: Motor Challenge, a program of US DOE
www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/pdfs/10097517.pdf
Copyright:
Copyright © United Nations Environment Programme (year 2006)
This publication may be reproduced in whole or in part and in any form for educational or non-profit purposes without
special permission from the copyright holder, provided acknowledgement of the source is made. UNEP would appreciate
receiving a copy of any publication that uses this publication as a source. No use of this publication may be made for resale
or any other commercial purpose whatsoever without prior permission from the United Nations Environment Programme.
Hak Cipta:
Hak cipta © United Nations Environment Programme (year 2006)
Publikasi ini boleh digandakan secara keseluruhan atau sebagian dalam segala bentuk untuk pendidikan atau keperluan
non-profit tanpa ijin khusus dari pemegang hak cipta, harus mencantumkan sumber yang membuat. UNEP akan menghargai
pengiriman salinan dari setiap publikasi yang menggunaan publikasi ini sebagai sumber. Tidak diijinkan untuk
menggunakan publikasi ini untuk dijual belikan atau untuk keperluan komersial lainnya tanpa ijin khusus dari United
Nations Environment Programme.
Disclaimer:
This energy equipment module was prepared as part of the project “Greenhouse Gas Emission Reduction from Industry in
Asia and the Pacific” (GERIAP) by the National Productivity Council, India. While reasonable efforts have been made to
Electrical Energy Equipment: Electric Motors
Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP 26
ensure that the contents of this publication are factually correct and properly referenced, UNEP does not accept
responsibility for the accuracy or completeness of the contents, and shall not be liable for any loss or damage that may be
occasioned directly or indirectly through the use of, or reliance on, the contents of this publication, including the translation
into other languages from English. This document is a translation of the chapter in English and does not constitute an
official United Nations publication.
Disclaimer:
Modul peralatan energi ini dibuat sebagai bagian dari proyek “Penurunan Emisi Gas Rumah Kaca dari Industri di Asia
dan Pasifik/ Greenhouse Gas Emission Reduction from Industry in Asia and the Pacific” (GERIAP) oleh Badan
Produktivitas Nasional, India. Sementara upaya-upaya masih dilakukan untuk menjamin bahwa isi dari publikasi ini
didasarkan fakta-fakta yang benar, UNEP tidak bertanggung-jawab terhadap ketepatan atau kelengkapan dari materi, dan
tidak dapat dikenakan sangsi terhadap setiap kehilangan atau kerusakan baik langsung maupun tidak langsung terhadap
penggunaan atau kepercayaan pada isi publikasi ini.