Dalam merancang pengendalian motor listrik ada beberapa persyaratan yang harus terpenuhi dalam rancangan:
- Proteksi/perlindungan motor dan rangkaian
- Rangkaian starting motor (operator control)
- Pengaturan kecepatan, pembalikan arah dan pengereman (optional)
Perlindungan motor listrik terdiri dari :
- Perlindungan arus hubung singkat yaitu perlindungan motor dan komponen rangkaian motor dari gangguan arus hubung singkat.
- Perlindungan motor terhadap beban lebih. Relay beban lebih membaca arus lebih pada motor dalam waktu yang lama atau relay pembaca panas yang dipasang internal pada motor untuk mendeteksi panas yang tidak normal pada motor.
- Perlindungan tegangan rendah. Jenis perlindungan ini bekerja apabila tegangan supplai turun dibawah nilai yang ditentukan.
- Perlindungan kegagalan fase. Perlindungan ini bekerja jika terjadi kegagalan dari salah satu fase. Tanpa perlindungan ini motor akan terus bekerja jika salah satu fasenya hilang yang menyebabkan arus dan panas berlebihan pada rangkaian stator yang dapat menyebabkan motor terbakar.
- Perlindungan pembalikan fase. Perlindungan ini bekerja berdasarkan arah pembalikan fase pada rangkaian fase banyak. Umumnya perlindungan ini digunakan pada elevator.
- Perlindungan kesalahan pentanahan. Perlindungan ini bekerja jika terjadi kegagalan pentanahan pada rangkaian motor, hubungan short satu fase ke tanah atau jika terjadi arus bocor pada motor karena kegagalan pentanahan.
Perlindungan arus hubung singkat dan perlindungan motor beban lebih adalah dasar perlindungan yang disyaratkan oleh standar IEC.
Dalam merancang sebuah rangkaian pengendali motor harus diperhatikan tujuan penggunaan motor dan spesifikasi motor yang dipakai selanjutnya menentukan rangkaian pengendalian motor yang terdiri dari :
- Draft line diagram rangkaian pengendali
- Pemilihan ukuran dari komponen pengendali seperti:
-Ukuran kabel, dari table jenis penghantar dan kemampuan hantar arus (KHA) yang dipilih berdasarkan arus beban penuh motor atau full load ampere (FLA). Panjang kabel juga ditentukan untuk menghitung voltage drop dimotor yang masih dalam batas toleransi.
-Pemilihan jenis tombol kontrol, seperti control switch, tombol push-button, emergency stop
-Ukuran sakering/pemutus beban (CB) dan settingan arus hubung singkat (isc). Ukuran sakering berdasarkan arus motor beban penuh (FLA) sedangkan setting Isc berdasarkan perhitungan arus hubung singkat dirangkaian dan motor.
- Tipe atau ukuran kontaktor magnetic dan relay beban lebih yang dipasang terpisah.atau menggunakan penghasut motor yaitu kontaktor dan relay beban lebih sudah dalam satu peralatan.
- Pemilihan alat pengendali kecepatan motor seperti: inverter, VSD, FSD
- Ukuran cabinet panel control beserta fan pendingin jika diperlukan. Ukuran cabinet berdasarkan jumlah komponen control yang akan dipasang.
Tabel : Batas kerja kontaktor AC 60Hz standar NEMA
| Ukuran | Kemampuan terbuka 8-jam (A) | Daya (HP) | ||||
| 3 Phase | 1 Phase | |||||
| 200V | 230V | 230/460V | 115V | 230V | ||
| 00 | 9 | 1,5 | 1,5 | 2 | 1/3 | 1 |
| 0 | 18 | 3 | 3 | 5 | 1 | 2 |
| 1 | 27 | 7,5 | 7,5 | 10 | 2 | 3 |
| 2 | 45 | 10 | 15 | 25 | 3 | 7,5 |
| 3 | 90 | 25 | 30 | 50 | – | – |
| 4 | 135 | 40 | 50 | 100 | – | – |
| 5 | 270 | 75 | 100 | 200 | – | – |
| 6 | 540 | 150 | 200 | 400 | – | – |
| 7 | 810 | – | 300 | 600 | – | – |
| 8 | 1215 | – | 450 | 900 | – | – |
| 9 | 225 | – | 800 | 1600 | – | – |
Tabel: Kemampuan Kerja Kontaktor DC standar NEMA
| Ukuran | Kemampuan terbuka 8-jam (A) | Daya (HP) | ||
| 115v | 230V | 550V | ||
| 1 | 25 | 3 | 5 | – |
| 2 | 50 | 5 | 10 | 20 |
| 3 | 100 | 10 | 25 | 50 |
| 4 | 150 | 20 | 40 | 75 |
| 5 | 300 | 40 | 75 | 150 |
| 6 | 600 | 75 | 150 | 300 |
| 7 | 900 | 110 | 225 | 450 |
| 8 | 1350 | 175 | 350 | 700 |
| 9 | 2500 | 300 | 600 | 1200 |
Tabel: Pengukuran NEMA untuk pengontrol magnetis tiga fase;kecepatan tunggal, tegangan penuh untuk tugas cepat.
| Ukuran kontroller | CCR dalam Ampere | Daya (HP) | |||
| 60 Hz | 50 Hz | 60 Hz | |||
| 200V | 230V | 380 V | 460/575V | ||
| 00 | 9 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 2 |
| 0 | 18 | 3 | 3 | 5 | 5 |
| 1 | 27 | 7,5 | 7,5 | 10 | 10 |
| 2 | 45 | 10 | 15 | 25 | 25 |
| 3 | 90 | 25 | 30 | 50 | 50 |
| 4 | 135 | 40 | 50 | 75 | 100 |
| 5 | 270 | 75 | 100 | 150 | 200 |
| 6 | 540 | 150 | 200 | 300 | 400 |
| 7 | 810 | – | 300 | – | 600 |
| 8 | 1215 | – | 450 | – | 900 |
| 9 | 2550 | – | 800 | – | 1600 |
Contoh:
Sebuah motor 3 phase (20hp 380V In: 27A rpm: 1200) digunakan untuk pompa fluida dimana kecepatan tidak perlu dikendalikan dan kecepatan yang dapat diatur. Diperlukan cabinet panel control operator untuk ON dan OFF kan pompa dan tambahan switch emergency stop untuk alasan keaman.
Rangkaian untuk pengendalian motor untuk aplikasi diatas adalah sebagai berikut:
- Sket line diagram rangkaian pengendali motor masih dalam bentuk draft (tanpa ukuran komponen pengendali):
- Jenis penghantar/konduktor supply dari line dan ke motor, didapat dari table jenis penghantar berdasarkan tipe perlindungan kawat dan kemampuan antar arus (KHA) kabel yang dipilih sesuai dengan arus nominal dan tegangan motor. dari table didapatkan tipe konduktor motor: NY 3 Sedangan jenis penghantar rangkaian control hanya memiliki arus kecil maka ukuran kabel untuk rangkaian control juga kecil. Type kabel:
Panjang kabel juga harus ditentukan untuk menghitung voltage drop dimotor.
Perhitungan voltage drop:V drop = 3V, masih ditolerir oleh peralatan
- Menentukan ukuran dan setting sakering atau pemutus beban (MCB)
Ukuran MCB didapat dari arus nominal motor (In=27) , dengan catatan besarnya arus starting motor (5-6x in) maka ukuran arus CB dan setting I sc dipilih agar dapat mentolerir arus starting ini sehingga sakering tidak trip.Ukuran MCB dapat dipilih antara 30-40 A Settingan arus hubung pendek ditentukan dari perhitungan arus hubung singkat dari motor, yaitu Isc = 20 kA.
- Pemilihan kontaktor dan relay beban lebih
Jika kontaktor magnetis digunakan maka harus ditambahkan control beban lebih. Atau dapat menggunakan penghasut motor dimana sudah memiliki kontaktor dan relay beban lebih pada satu alat.Dari table didapatkan : Type 0
Pemilihan ukuran kontaktor berdasarkan ukuran full load ampere motor (FLA)
- Rangkaian hubungan starting motor. Untuk mengurangi arus starting yang tinggi maka motor dihubungkan dengan start-delta. Hubungan rangkaian motor dapat dilihat pada name plate motor.
Pada hal ini motor 3 phase langsung disambung dengan hubungan bintang, dimana terminal 1 motor diambil dari masing-masing line (u1,v1,w1) dan terminal 2 dishort (u2,v2,w2).
- Untuk mengatur kecepatan motor digunakan inverter, FSD, VSD Sebagian inverter sudah termasuk komponen untuk pengendali beban lebih. Pemilihan ukuran inverter berdasarkan ukuran daya dan arus kerja motor.
Final diagram dari rangkaian pengendali motor untuk aplikasi pompa yansudah dilengkapi dengan tipe dan ukuran komponen control adalah sebagai berikut.
