BAB 2

KOMPONEN-KOMPONEN INSTALASI MOTOR LISTRIK TEGANGAN RENDAH

Tujuan Instruksional Umum

Mahasiswa mampu membuat rancangan instalasi mesin yang digerakkan oleh tenaga listrik tegangan rendah yang dapat bekerja secara operasi manual dan secara operasi otomatis dengan mempergunakan peralatan pengendali relay dan timer dan dengan mempergunakan peralatan pengendali programmable logic controller.

Tujuan Instruksional Khusus

1. Mahasiswa dapat menyebutkan komponen-komponen yang diperlukan pada suatu instalasi motor listrik tegangan rendah

2. Mahasiswa dapat menggambarkan simbol masing-masing komponen

3. Mahasiswa dapat menjelaskan konstruksi dan cara kerja komponen-komponen instalasi motor listrik tegangan rendah.

4. Mahasiswa dapat menyebutkan spesifikasi komponen-komponen instalasi motor listrik tegangan rendah.

2.1. Kontak NO dan Kontak NC

Kontak NO (normally-open) dan kontak NC (normally-close) merupakan elemen dari suatu rangkaian listrik. Kontak NO adalah kontak yang dalam keadaan normal yang terbuka, sedangkan kontak NC adalah kontak dalam keadaan normal tertutup. yang dimaksud dengan “keadaan normal” adalah bahwa tidak dilakukan suatu usaha terhadap kontak tersebut misalnya dengan menekan kontak secara langsung maupun secara tidak langsung. Simbol kontak NO dan kontak NC diperlihatkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Simbol kontak NO (kiri) dan kontak NC (kanan)

Terdapat 4 jenis susunan kontak yang dikenal pada instalasi mesin listrik yaitu,

a). Single-pole single-throw (SPST)

b). Single-pole double-throw (SPDT) atau Single-pole changeover (SPCO)

c). Double-pole single-throw (DPST)

d). Double-pole double-throw (DPDT) atau Double-pole changeover (DPCO)

(a) (b) (c) (d)

Gambar 2.2. Susunan kontak, (a). SPST; (b). SPDT; (c). DPST; (d). DPDT

Komponen-komponen diskrit seperti saklar pushbutton, relay dan timer, mempunyai kontak NO atau kontak NC atau keduanya sekaligus. Pada saklar, pengubahan posisi kontak (dari posisi normal buka ke posisi tutup atau dari posisi normal tutup ke posisi buka) dilakukan secara langsung yakni dengan cara menekan kontak tersebut menggunakan tangan atau alat bantunya. Pada relay dan timer, pengubahan posisi kontak dilakukan secara tidak langsung yakni menggunakan prinsip konversi elektromekanik.

2.1. Saklar Tombol Tekan (Pushbutton Switch)

Secara umum saklar berfungsi untuk menyambung atau memutus arus listrik. Pada instalasi mesin listrik, saklar berfungsi sebagai unit yang memberi perintah (command) pada rangkaian kendali mesin listrik. Contohnya saklar tombol START untuk menjalankan motor, saklar tombol STOP untuk mematikan motor, saklar tombol AUTO untuk operasi otomatis, dan lain-lain.

Gambar 2.3. Konstruksi saklar pushbutton dan simbolnya

Pada saklar pushbutton, pengubahan posisi kontak dilakukan secara langsung yakni dengan menekan kontak secara langsung menggunakan tangan. Kontak akan kembali ke posisi normalnya apabila tekanan dari tangan dihilangkan. Pada saklar pushbutton yang mempunyai kontak NO, jika saklar tersebut ditekan maka kontak NO tersebut akan menutup dan akan kembali terbuka bila mana tekanan dari tangan dihilangkan. Sebaliknya pada saklar pushbutton yang mempunyai kontak NC, jika saklar tersebut ditekan maka kontak kontak NC tersebut akan membuka dan akan kembali tertutup

1

2

1 2

3

1

2

3

4

1 2

5

3 4

6

bilamana tekanan tangan dihilangkan. Ada juga saklar pushbutton yang dilengkapi dengan kontak NO dan NC sekaligus seperti pada Gambar 2.3 (a). Simbol saklar pushbutton dengan 1 kontak NO dan 1 kontak NC diperlihatkan pada Gambar 2.3 (b).

Pemilihan saklar harus memperhatikan spesifikasinya. Diantara spesifikasi saklar adalah sebagai berikut,

Tegangan kerja Jumlah kontak (NO + NC) dan susunan kontak (SPST, SPDT) KHA kontak (dinyatakan dalam arus pada kondisi beban resistif) Umur mekanis (100000 operasi, 1 juta operasi, 10 juta operasi)

2.2. Rele Elektromagnet (electromagnet relay)

Rele elektromagnet (atau rele saja) secara terkendali bekerja menyambung dan memutus arus listrik. Rele pada prinsipnya terdiri atas 2 bagian yaitu,

- koil atau kumparan- kontak-kontak yang digerakkan oleh koil.

Kontak-kontak pada rele digerakkan secara tidak langsung menggunakan prinsip konversi elektromekanik yakni dengan cara mengalirkan arus listrik pada bagian koilnya. Apabila bagian koil dialiri arus listrik (energizing), maka kontak-kontak NO akan menutup dan kontak-kontak NC akan membuka. Apabila arus listrik tersebut diputus (de-energizing), kontak-kontak NO kembali terbuka dan kontak-kontak NC kembali tertutup. Konstruksi mekanik rele dan simbolnya diperlihatkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Konstruksi rele dan simbolnya

Pada instalasi mesin listrik, rele berfungsi sebagai unit yang mengendalikan operasi mesin listrik.

Spesifikasi rele yang perlu diperhatikan sewaktu akan menggunakannya adalah sebagai berikut,

Tegangan kerja kumparan, 110 Vac; 220 Vac; 380 Vac; 12 Vdc; 24 Vdc; 48 Vdc; Frekuensi kerja kumparan (50 Hz atau 60 Hz) Jumlah kontak (NO + NC) dan susunan kontak (SPDT, DPDT)

KHA kontak (dinyatakan dalam arus pada kondisi beban resistif) Umur mekanis (100000 operasi, 10 juta operasi, 30 juta operasi)

2.3. Pewaktu (timer)

Pewaktu secara terkendali bekerja menyambung dan memutus arus listrik dengan tundaan waktu. Bagian-bagian utama pewaktu adalah,

- Penggerak dengan setelan tundaan waktu- Kontak-kontak yang digerakkan oleh penggerak

Pewaktu pada prinsipnya adalah sebuah rele dengan waktu tunda, jika bagian koil dari sebuah rele diberi tegangan maka posisi kontaknya akan berubah dengan seketika, kontak NO akan menutup dengan seketika dan kontak NC akan membuka dengan seketika. Berbeda dengan rele, pada pewaktu, perubahan posisi kontak tidak terjadi dengan seketika, ada penundaan (delay) dalam perubahan posisi kontak. Lama perubahan tersebut biasanya dalam orde detik, menit atau jam. Lama penundaan dapat diatur menurut kebutuhan. Pewaktu dan simbol pewaktu dengan kontak SPDT (single-pole-double-throw) diperlihatkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Pewaktu (kiri) dan simbol pewaktu dengan kontak SPDT (kanan).

Misalkan timer disetel dengan tundaan 10 detik. Jika terminal A1 dan terminal A2 terhubung ke sumber tegangan (energizing), maka setelah 10 detik terminal 18 dan terminal 15 akan terhubung/tersambung, sedangkan terminal 16 dan terminal 15 akan terbuka. Apabila arus ke terminal A1 dan terminal A2 diputus dengan seketika, maka terminal 18 dan terminal 15 akan kembali terbuka dengan seketika (tanpa tundaan waktu) dan terminal 16 dan terminal 15 akan kembali tersambung dengan seketika.

Pada instalasi mesin listrik, timer bersama dengan rele berfungsi sebagai unit yang mengendalikan operasi mesin listrik.

Spesifikasi timer :

Tegangan kerja penggerak, 110 Vac; 220 Vac; 380 Vac; 24 Vdc; 48 Vdc; Frekuensi kerja penggerak (50 Hz atau 60 Hz) Jumlah kontak (NO + NC) dan susunan kontak (SPDT, DPDT) KHA kontak (dinyatakan dalam arus pada kondisi beban resistif) Jangkauan tundaan waktu

Umur mekanis (100000 operasi, 10 juta operasi, 30 juta operasi)

2.4. Kontaktor

Pada dasarnya kontaktor mempunyai 2 bagian utama yaitu kontak-kontak dan koil. Prinsip kerja kontaktor tidak berbeda dengan prinsip kerja rele elektromagnet. Apabila bagian koil di-energize, maka kontak-kontak NO kontaktor akan menutup dan kontak-kontak NC-nya akan membuka. Apabila arus tersebut diputus (deenergizing), maka kontak-kontak NO akan kembali terbuka dengan seketika dan juga kontak-kontak NC akan kembali tertutup dengan seketika. Kontak-kontak kontaktor dapat dikelompokkan atas 2 yaitu kontak utama dan kontak bantu. Gambar 2.6 memperlihatkan konstruksi kontaktor dan Gambar 2.7 memperlihatkan simbol kontaktor dengan 3 kontak utama dan 2 kontak bantu NO dan 2 kontak bantu NC.

Gambar 2.6. Konstruksi kontaktor

Gambar 2.7. Simbol kontaktor dengan 3 kontak utama dan 4 kontak bantu (2 NO + 2 NC)

Perbedaan kontaktor dan rele terletak pada KHA kontak kontaktor lebih besar daripada KHA kontak rele, sehingga pada instalasi mesin listrik, kontaktor digunakan sebagai unit penggerak (aktuator).

Spesifikasi kontaktor :

Tegangan kerja kumparan, 110 Vac; 220 Vac; 380 Vac; 24 Vdc; 48 Vdc; 110 Vdc; Frekuensi kerja kumparan (50 Hz atau 60 Hz) Jumlah kutub (jumlah kontak utama) dan jumlah kontak bantu (NO + NC) KHA kontak utama (dinyatakan dalam arus pada kondisi beban resistif) Umur mekanis (100000 operasi, 10 juta operasi, 30 juta operasi)

2.5. Unit Alarm dan Indikator

Indikator dan Alarm berfungsi sebagai umpan balik bagi operator untuk mengetahui kondisi operasional instalasi mesin listrik. Penggunaan unit alarm dan indikator harus memperhatikan tegangan kerja komponen-komponen tersebut. Bentuk-bentuk lampu indikator dan unit alarm diperlihatkan pada Gambar 2.8 dan Gambar 2.9.

Gambar 2.8. Lampu indikator

Gambar 2.9. Unit alarm

2.6. Limit Switch dan Proximity Switch

1

14

21

22

A1

A2 2

3 5

4 6

13 31

32

43

44

Kontak utama Kontak bantu

Baik limit switch maupun proximity switch, keduanya digunakan sebagai elemen sensor pada instalasi mesin listrik. Dengan keberadaan komponen-komponen tersebut, operasi mesin listrik dapat dibuat bekerja secara otomatis atau tanpa campur tangan manusia.

2.6.1. Limit switch

Limit switch digunakan bila objek yang akan dideteksi dapat disentuh. Limit switch dilengkapi dengan kontak NO atau NC atau keduanya sekaligus. Perhatikan Gambar 2.10. Apabila bagian plunger head dari limit switch disentuh/ditekan oleh objek yang akan dideteksi, maka terjadi perubahan posisi kontak, kontak NO akan menutup dan kontak NC akan membuka.

Gambar 2.10. Limit switch (kiri) dan simbol limit switch dengan 1 kontak NO dan 1 kontak NC (kanan)

Spesifikasi limit switch adalah sebagai berikut,

Jenis kontak (NO, NC) dan susunan kontak (SPST, SPDT) KHA kontak Umur mekanis

2.6.2. Proximity switch

Proximity switch digunakan bila objek yang akan dideteksi tidak dapat disentuh. Proximity switch pada dasarnya terdiri dari 2 bagian yaitu,

- proximity sensor,- rele dengan kontak NO atau kontak NC.

Sensor dan rele tersebut adakalanya dibuat menjadi satu dalam satu badan, atau adakalanya keduanya dibuat terpisah. Proximity sensor mempunyai jarak operasi tertentu yang diistilahkan dengan jarak-kerja (working distance). Besar jarak kerja (Sa) adalah 0≤Sa≤0,81Sn, dengan Sn adalah jarak-operasi-nominal (nominal operating distance). Perhatikan Gambar 2.11(a). Jika objek yang dideteksi berada pada kisaran jarak-kerja, maka proximity sensor akan memberi respon dengan menggerakkan rele, sehingga kontak NO akan menutup dan kontak NC akan membuka. Simbol proximity switch diperlihatkan pada Gambar 2.11(b).

Gambar 2.11. (a). Konstruksi proximity sensor; (b). Simbol proximity switch dengan 1 kontak NO dan 1 kontak NC

Ada beberapa jenis proximity sensor yang dikenal, yaitu,

- inductive proximity sensor- capacitive proximity sensor- photoelectric proximity sensor

Jarak-operasi-nominal dari inductive proximity sensor dan capacitive proximity sensor dapat mencapai 6 cm, sedangkan photoelectric proximity sensor dapat mencapai 50 m.

Inductive proximity sensor

Inductive proximity sensor bekerja berdasarkan perubahan induktansi akibat ada atau tidaknya objek di jarak-kerjanya. Inductive proximity sensor memberi respon terhadap objek dari bahan logam seperti baja, aluminium, tembaga, perunggu dan nikel. Jika bahan-bahan logam tersebut berada dalam kisaran jarak-kerjanya inductive proximity sensor, maka rele akan digerakkan sehingga terjadi perubahan posisi kontaknya, kontak NO akan menutup dan kontak NC akan membuka.

Inductive proximity sensor tidak memberi respon terhadap objek non-logam seperti plastik, kertas, kaca dan kain.

Ada inductive proximity sensor disuplai oleh tegangan searah dan ada pula oleh tegangan bolak-balik. Berdasarkan jumlah lead wire-nya, inductive proximity sensor dibagi atas,

- inductive proximity sensor dengan 2 kabel

- inductive proximity sensor dengan 3 kabel- inductive proximity sensor dengan 4 kabel

Capacitive proximity sensor

Sesuai dengan namanya, capacitive proximity sensor bekerja berdasarkan perubahan kapasitansi akibat ada atau tidaknya objek di jarak-jaraknya. Capacitive proximity sensor memberi respon terhadap objek dari bahan konduktif listrik, baik dalam bentuk padat maupun cair (fluida), seperti aluminium, tembaga, larutan garam dan kayu lembab/basah.

Ada juga jenis capacitive proximity sensor lainnya yang memberi respon terhadap objek dari bahan-bahan dielektrik seperti gelas, karet dan minyak.

Seperti halnya capacitive proximity sensor, ada capacitive proximity swicth disuplai oleh tegangan searah dan ada pula oleh tegangan bolak-balik. Berdasarkan jumlah lead wire-nya, ada capacitive proximity swicth dengan 2 kabel, 3 kabel dan 4 kabel.

Photoelectric proximity sensor

Photoelectric proximity sensor pada prinsipnya terdiri atas 2 bagian yaitu,

- bagian pemancar cahaya (light source atau emitter)- bagaian penerima cahaya (photoreceiver atau receiver saja).

Cahaya yang dipancarkan pada umumnya adalah cahaya inframerah. Photoelectric proximity sensor bekerja berdasarkan ada atau tidaknya cahaya yang diterima oleh bagian receiver-nya. Jika photoelectric proximity sensor memberi respon dengan tidak adanya cahaya yang diterima oleh bagian receiver-nya, maka photoelectric proximity sensor yang demikian diistilahkan bekerja secara dark on (DO). Photoelectric proximity sensor yang bekerja secara light on (LO) memberi respon bila ada cahaya diterima oleh bagian receiver-nya.

Secara umum ada 2 jenis photoelectric proximity sensor berdasarkan cara receiver menerima cahaya dari emitter, yaitu,

- Jenis thru (direct)-scan

Cahaya yang dipancarkan oleh emitter diterima secara langsung oleh receiver. Emitter dan receiver berada pada badan yang berbeda, perhatikan Gambar 2.12.

Gambar 2.12. Photoelectric proximity sensor jenis direct scan

- Jenis reflective-scan

Cahaya yang dipancarkan oleh emitter diterima secara tidak langsung oleh receiver, yakni melalui efek pemantulan. Biasanya emitter dan receiver terdapat pada badan yang sama. Macam-macam photoelectric sensor jenis reflective scan diperhatikan pada Gambar 2.13 dan Gambar 2.14.

Gambar 2.13. Photoelectric sensor jenis retroreflective. Objek yang dideteksi menyebabkan cahaya tidak diterima oleh receiver

Gambar 2.14. Photoelectric sensor jenis diffuse. Objek yang dideteksi memantulkan cahaya emitter dan pantulan cahaya tersebut diterima oleh receiver.

2.7. Rangkuman

Kontak NO (normally-open) dan kontak NC (normally-close) merupakan elemen dari suatu rangkaian listrik. Kontak NO adalah kontak yang dalam keadaan normal yang terbuka, sedangkan kontak NC adalah kontak dalam keadaan normal tertutup. yang dimaksud dengan “keadaan normal” adalah bahwa tidak dilakukan suatu usaha terhadap kontak tersebut misalnya dengan menekan kontak secara langsung maupun secara tidak langsung.

Pada instalasi mesin listrik, saklar berfungsi sebagai unit yang memberi perintah, rele dan pewaktu merupakan elemen yang berfungsi sebagai pengendali, kontaktor berfungsi sebagai elemen aktuator dan limit switch dan proximity switch sebagai elemen sensor untuk membuat instalasi mesin listrik bekerja pada kondisi operasi otomatis. Adakalanya indikator dan unit alarm dipasangkan pada instalasi mesin listrik sehingga operator dapat mengetahui kondisi operasional mesin tanpa harus ke lapangan.

Pemilihan komponen-komponen instalasi mesin listrik harus mempertimbangkan spesifikasi komponen-komponen tersebut, sehingga instalasi motor listrik dapat beroperasi dengan benar dan berumur panjang.

Baik limit switch maupun proximity switch, keduanya digunakan sebagai elemen sensor pada instalasi mesin listrik. Limit switch digunakan untuk objek yang dapat disentuh sedangkan proximity switch digunakan untuk objek yang tidak dapat disentuh.