Kerusakan dan uji motor: belitan, isolasi, bantalan, dan getaran dasar

Dalam dua bulan, sebuah laundry hotel mengirim tiga motor tiga fasa yang rusak ke bengkel gulung ulang: motor pompa transfer air lunak 4 kW, motor kipas hisap setrika gulung 2,2 kW, dan motor pompa pendorong air panas 3 kW. Bengkel menawarkan menggulung ulang ketiganya dalam seminggu. Pemilik bertanya hal yang lebih sulit: apakah ketiga motor itu memang cacat, atau akan terbakar lagi di tempat yang sama. Teknisi laundry sempat mencatat beberapa angka sebelum motor dilepas, dan bengkel memotret belitannya saat dibongkar; dari keduanya jawaban dapat disusun.

Motor yang mati sering korban, bukan penyebab: pompa macet, satu fasa hilang, atau tegangan tak seimbang merusak motor sehat, dan penggantinya bernasib sama bila penyebabnya dibiarkan. PUIL 2020 Bagian 9, 9.12.2, meminta gejala kerusakan insulasi (istilah PUIL untuk isolasi) dan ketidakwajaran segera dicari penyebabnya, lalu diperbaiki atau diganti. Bab 52 memakai uji isolasi dan arus sebagai bukti komisioning motor baru; bab uji resistansi isolasi menjelaskan metode uji isolasi dan indeks polarisasi. Uraian berikut menerapkan uji-uji itu pada motor yang dicurigai rusak dan membacanya sebagai pola: jejak setiap penyebab, uji pembedanya, dan kapan motor tidak boleh dijalankan.

Batas pembahasan

Pembahasan dibatasi pada motor induksi sangkar tiga fasa tegangan rendah 50 Hz dengan belitan acak dan bantalan gelinding. Motor satu fasa ada di bab motor satu fasa; penggulungan ulang, uji surja (surge test), analisis spektrum arus lanjutan, dan penyeimbangan rotor tidak dibahas; setelan proteksi dibahas pada bab proteksi motor, dan gejala rangkaian kendali pada bab diagnosis kendali motor. Angka contoh adalah ilustrasi. Bab ini bahan belajar, bukan instruksi kerja: uji belitan dan isolasi dilakukan pada motor yang diisolasi, dikunci, dan dibuktikan bebas tegangan, sedangkan uji jalan dan pengukuran arus dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

Tiga sumber sebelum membongkar: suplai, beban, motor

Gejala motor seperti panas, trip, dengung, atau bau hangus dapat berasal dari suplai (tegangan menyimpang, tak seimbang, satu fasa hilang), dari beban (torsi berlebih, mekanisme macet, asut terlalu sering, pendinginan terhalang), atau dari motor itu sendiri (belitan, isolasi, rotor, bantalan). Buku ajar instalasi motor jilid kedua di korpus mendaftar gangguan lingkungan, mekanis termasuk pelumasan bantalan, beban lebih, tegangan turun, dan hubung singkat, termasuk hubung singkat antarlilitan yang membesarkan arus kumparan yang terkena. Daftar itu mencampur sebab dengan akibat; yang dibutuhkan adalah uji yang memisahkan ketiga sumber tadi.

Metode merumuskan hipotesis lalu memilih uji pembeda ada di Bab 3 · Sistem, Diagram & Diagnosis, dan pembuktian akar sebab di Bab 4 · Sistem, Diagram & Diagnosis. Buku ajar kendali elektromekanik di korpus menyarankan urutan yang sejalan: suplai lebih dulu, motor terakhir. Dua uji pembeda murah ada di bab tang ampere: perbandingan persen ketidakseimbangan arus dengan persen ketidakseimbangan tegangan, dan uji rotasi sambungan yang menunjukkan apakah arus tertinggi mengikuti konduktor suplai atau tetap pada terminal motor.

Pola kerusakan belitan dan rotor

Belitan yang terbakar menyimpan jejak penyebabnya. Panduan asosiasi bengkel perbaikan motor membedakan kerusakan termal pada satu fasa, pada semua fasa, dan kerusakan isolasi setempat akibat kontaminasi, abrasi, getaran, atau lonjakan tegangan. Pola satu fasa hilang dapat diturunkan dari rangkaiannya. Pada hubungan bintang, belitan yang tersambung ke saluran putus tidak dialiri arus, sedangkan dua belitan lain seri pada tegangan antarfasa yang tersisa: dua fasa hangus, satu utuh. Pada hubungan segitiga, satu belitan tetap mendapat tegangan antarfasa penuh, sedangkan dua belitan lain seri pada tegangan yang sama, sehingga arus belitan pertama dua kali arus dua belitan lain dan panasnya empat kali: satu fasa hangus parah.

Tabel ini peta hipotesis, bukan vonis. Beban lebih ringan berbulan-bulan dan rotor terkunci puluhan detik sama-sama meninggalkan pola merata; pembedanya bukti di luar motor. Pola satu fasa hilang menunjuk saluran tertentu, sehingga pencarian langsung diarahkan ke sekering, kontak, atau terminal saluran itu. PUIL 2020 5100.5.4.1 menyebut maksud proteksi beban lebih: melindungi motor dari pemanasan akibat beban lebih dan akibat motor tidak dapat diasut. Motor yang terbakar merata berarti proteksi itu tidak bekerja sebagaimana mestinya.

Rotor sangkar juga dapat rusak: batang retak atau lepas dari cincin hubung singkat, biasanya setelah banyak asut berat. Torsinya berdenyut, sehingga arus stator pada beban tetap berayun dengan frekuensi $2sf_1$ dan spektrum arusnya memuat pita samping pada $(1 \pm 2s)f_1$; pada slip 3 % dan 50 Hz, pita itu di 47 dan 53 Hz. Batang retak tidak terlihat oleh uji resistansi belitan stator maupun uji isolasi, sehingga analisis arus atau pemeriksaan rotor di bengkel yang memastikannya.

Uji resistansi belitan

Resistansi belitan adalah resistansi searah tembaga setiap fasa: beberapa ohm pada motor kecil dan jauh di bawah satu ohm pada motor puluhan kilowatt. Uji ini menemukan lilitan terhubung pendek (resistansi turun), sambungan belitan yang retak (resistansi naik atau berubah bila digoyang), dan belitan putus. Bab multimeter digital menunjukkan bahwa ohmmeter dua kawat beresolusi 0,1 Ω tidak dapat membedakan selisih kecil pada belitan beberapa ohm karena kabel uji dan kontak probe ikut terukur. Karena itu dipakai ohmmeter resistansi rendah empat kawat (metode Kelvin): dua kabel mengalirkan arus uji searah, dua kabel lain mengukur tegangan langsung di terminal belitan, sehingga resistansi kabel dan kontak tidak masuk hasil.

Belitan adalah induktor: arus uji perlu waktu untuk naik, dan memutusnya mendadak menimbulkan tegangan induksi, sehingga pembacaan diambil setelah stabil dan penjepit tidak dilepas sebelum alat selesai meluahkan. Idealnya keenam ujung terpisah dan jembatan dilepas, sehingga setiap fasa diukur sendiri. Motor bintang dengan tiga ujung keluar hanya dapat diukur antarterminal, dan setiap pengukuran memuat dua fasa seri:

$$R_\text{U} = \frac{R_\text{UV} + R_\text{WU} - R_\text{VW}}{2}$$

dan dua lainnya dengan memutar indeks. Pada motor segitiga yang seimbang, pengukuran antarterminal memberi satu fasa paralel dengan dua fasa seri, yaitu $\tfrac{2}{3}R_\text{fasa}$.

Koreksi suhu

Resistansi tembaga naik bersama suhu. Buku teks dasar teknik elektro di korpus memberi dua bentuk: bentuk koefisien suhu $R_2 = R_1[1 + \alpha(t_2 - t_1)]$ dan bentuk yang lebih mudah dipakai untuk rentang kira-kira −50 °C sampai 200 °C, dengan konstanta 234,5 untuk tembaga dan 228 untuk aluminium. Untuk menormalkan resistansi ke suhu acuan:

$$R_\text{ref} = R_t \,\frac{K + \theta_\text{ref}}{K + \theta_t}$$

dengan $R_t$ resistansi terukur (Ω) pada suhu belitan $\theta_t$ (°C), $R_\text{ref}$ resistansi pada suhu acuan $\theta_\text{ref}$, lazimnya 20 °C, dan $K = 234{,}5$ untuk tembaga. IEC 60034-1 memakai 235 untuk tembaga dan 225 untuk aluminium dalam metode resistansi (menurut ringkasan sekunder); selisih 234,5 dan 235 mengubah hasil kurang dari 0,2 %. Bentuk ini tidak memerlukan koefisien $\alpha$, yang bergantung pada suhu acuannya: untuk tembaga $1/(234{,}5 + 20) = 0{,}003\,93$ per kelvin pada acuan 20 °C.

Asumsinya suhu belitan diketahui. Motor yang diam berjam-jam mendekati suhu ruang, sedangkan motor yang baru berhenti lebih panas di dalam daripada di permukaan rumahnya. Galat suhu 1 K memberi galat resistansi sekitar 0,4 %, jadi galat 5 K sekitar 2 %. Rumus yang sama dipakai terbalik untuk menaksir suhu rata-rata belitan, yaitu metode resistansi pada bab data motor lanjutan.

Persen ketidakseimbangan resistansi

Ketidakseimbangan dihitung dengan cara yang sama seperti tegangan dan arus pada bab beban tak seimbang:

$$K_R = \frac{\max\left|R_k - \bar{R}\right|}{\bar{R}} \times 100\ \%, \qquad \bar{R} = \frac{R_\text{U} + R_\text{V} + R_\text{W}}{3}$$

Ketiga fasa diukur pada suhu yang sama, sehingga koreksi suhu saling menghapus dalam $K_R$; koreksi baru diperlukan ketika hasil dibandingkan dengan lembar data, catatan komisioning, atau hasil tahun lalu. Satu panduan pelatihan pengujian motor yang dicek editor memberi tanda bahaya bila ketidakseimbangan di terminal motor melebihi 1 %, dan tanda waspada di atas 3 % bila kabel ikut terukur. Angka itu bukan batas standar, sehingga tren dan pembanding motor sejenis tetap lebih bermakna.

Isolasi sebagai pola kerusakan

Metode, indeks polarisasi (PI), koreksi suhu ke 40 °C, dan status IEEE 43, yang edisi 2013-nya tidak aktif lagi dan revisinya masih disusun, ada di bab uji resistansi isolasi. Bila keenam ujung terpisah, setiap fasa diuji terhadap rangka dengan dua fasa lain dihubungkan ke rangka. Isolasi rendah pada ketiga fasa dengan PI mendekati 1 menunjuk kerusakan merata: basah, kotor, atau hangus karena panas. Isolasi rendah pada satu atau dua fasa saja menunjuk kerusakan terbatas, misalnya pola satu fasa hilang.

Hubung pendek antarlilitan terjadi di dalam satu fasa tanpa melibatkan rangka, sehingga resistansi isolasi dan PI dapat tetap sangat baik ketika belitan sudah rusak. Sebaliknya, uji resistansi belitan tidak melihat isolasi ke rangka yang menurun. Kedua uji saling melengkapi, tidak saling menggantikan.

Uji tanpa beban

Uji tanpa beban menjalankan motor pada tegangan pengenal dengan poros lepas dari beban, setelah resistansi belitan dan isolasi memenuhi, motor terbaut kokoh, pasak poros dilepas atau diikat, dan bagian berputar terlindung. Yang diamati adalah arus ketiga fasa, keseimbangannya, kecepatan, bunyi, getaran, dan suhu bantalan. Arus tanpa beban hampir seluruhnya arus magnetisasi, yang besarnya bergantung pada rancangan motor, sehingga pembandingnya lembar data, catatan komisioning, atau motor sejenis, bukan satu persentase umum.

Arus yang naik seragam pada ketiga fasa dapat berasal dari tegangan suplai yang tinggi, karena inti mendekati jenuh, atau dari belitan gulung ulang dengan lilitan yang kurang. Arus yang naik pada satu fasa saja, dengan suplai seimbang dan arus tertinggi tetap pada terminal yang sama setelah uji rotasi sambungan, menunjuk ke motor. Dengung magnetis hilang seketika saat suplai diputus, bunyi bantalan dan gesekan tidak.

Bantalan

Buku ajar kendali elektromekanik di korpus menaruh kerusakan bantalan, baut kendur, sabuk atau kopling kendur, kipas pendingin, dan poros tidak lurus sebagai penyebab motor bising. Kebanyakan kerusakan bantalan motor kecil bersumber dari pelumasan dan pemasangan: gemuk kurang membuat logam bergesekan, gemuk berlebih teraduk sehingga bantalan panas, gemuk bercampur air atau debu mempercepat aus, dan sabuk terlalu kencang atau kelurusan buruk membebani bantalan. Jenis dan interval gemuk diambil dari pelat atau manual motor.

ISO 15243:2017 mengelompokkan kerusakan bantalan gelinding antara lain menjadi kelelahan, keausan, korosi, erosi listrik, deformasi plastis, dan retak. Dua jenis relevan untuk laundry. Motor yang lama diam di dekat mesin peras yang bergetar dapat mengalami keausan saat diam (false brinelling): bekas cekung berjarak sama dengan jarak antarbola di zona beban. Motor yang dicatu VFD dapat mengalami erosi listrik: tegangan mode bersama keluaran PWM (modulasi lebar pulsa) menimbulkan tegangan poros yang meluah menembus lapisan gemuk. Ulasan ilmiah tentang arus bantalan menyebut kerusakan berupa permukaan kusam (frosting), lubang kecil, jejak percikan, dan pola bergaris melintang (fluting), dan menyebut arus luahan jenis EDM (electrical discharge machining) cenderung dominan pada motor berdaya kecil.

Pola bergaris arus bantalan berupa garis rapat di sepanjang jalur gelinding, dengan jarak jauh lebih kecil dari jarak antarbola, berbeda dari bekas keausan saat diam. Bedanya menentukan tindakan: bantalan yang diganti tanpa menghilangkan arus bantalan akan rusak lagi. Penanganannya, misalnya kabel motor simetris berpelindung dengan pembumian keliling di kedua ujung, cincin pembumian poros, bantalan berisolasi, dan filter keluaran, dibahas pada bab VFD: instalasi, EMC, harmonisa, dan arus bocor.

Getaran dan kelurusan secara dasar

Getaran motor diukur pada rumah bantalan sebagai kecepatan getaran efektif (mm/s). ISO 20816-1:2016 memberi pedoman umum pengukuran dan evaluasi getaran mesin, dengan kriteria besaran dan kriteria perubahan; revisinya dalam pemungutan suara FDIS sejak Agustus 2026. ISO 20816-3:2022 berlaku untuk mesin industri di atas 15 kW dengan kecepatan 120 sampai 30.000 rpm, termasuk motor listrik berkopling fleksibel. Menurut ringkasan sekunder, batas zona B/C untuk kelompok 15–300 kW adalah 2,8 mm/s pada tumpuan kaku dan 4,5 mm/s pada tumpuan fleksibel.

Kebanyakan motor laundry di bawah 15 kW, sehingga zona itu tidak berlaku formal. IEC 60034-14:2018 mengatur getaran motor tanpa kopling di bangku uji untuk tinggi poros 56 mm ke atas; menurut pratinjau yang dibaca editor, batas tingkat A untuk tinggi poros 56–132 mm pada suspensi bebas adalah 2,8 mm/s. Angka itu kriteria penerimaan motor baru atau hasil perbaikan; di lokasi, kenaikan tajam dari pembacaan awal saat motor sehat lebih bermakna.

Frekuensi getaran memberi petunjuk sumber. Komponen dominan pada frekuensi putar (1×) cocok dengan ketidakseimbangan rotor, puli, atau kipas; komponen 2× dan getaran aksial tinggi cocok dengan kelurusan buruk; frekuensi bukan kelipatan bulat putaran cocok dengan cacat bantalan; komponen pada dua kali frekuensi suplai (100 Hz pada suplai 50 Hz) berasal dari gaya magnetis, misalnya celah udara tidak rata. Uji pembeda sederhana adalah memutus suplai sambil mengamati: komponen magnetis hilang seketika, komponen mekanis turun perlahan bersama putaran. Kelurusan mencakup pergeseran sejajar dan sudut antarporos, kaki dudukan tidak rata (soft foot), serta kelurusan puli dan tegangan sabuk; dasar transmisinya ada di Bab 1 · Mekanikal & Mekatronika.

Contoh kerja 1: menyimpulkan penyebab dari tiga motor laundry

Data (ilustrasi). Semua motor 400 V, 50 Hz, 4 kutub, belitan tembaga kelas F, diukur setelah diisolasi, dikunci, dan dibuktikan bebas tegangan: resistansi dengan ohmmeter empat kawat per fasa, isolasi pada 500 V DC tiap fasa terhadap rangka.

Motor C sebelumnya masih berjalan, panas, dan berdengung. Isolasinya baik dan multimeter dua kawat di lokasi memperlihatkan selisih sekitar 0,2 Ω yang dianggap galat kabel uji, sehingga teknisi mengujinya tanpa beban; resistansi empat kawat pada tabel baru diukur di bengkel, dan dengan data itu kondisi berhenti butir 4 sudah terpenuhi sehingga uji jalan tersebut tidak perlu dilakukan. Tegangannya 401, 399, dan 400 V, arusnya 3,1; 3,7; dan 4,4 A, sedangkan catatan komisioning 3,0; 3,0; dan 3,1 A, dan setelah uji rotasi sambungan arus tertinggi tetap pada W1. Pembongkaran memperlihatkan motor A menghitam merata, motor B hangus pada fasa U dan V dengan W utuh, dan motor C hangus setempat pada satu kumparan fasa W.

Langkah 1: koreksi resistansi ke 20 °C. Alasan: nilai acuan dinyatakan pada 20 °C, dan motor diukur pada suhu yang berbeda. Faktornya $254{,}5/264{,}5 = 0{,}962$ untuk motor A, $254{,}5/261{,}5 = 0{,}973$ untuk motor B, dan $254{,}5/259{,}5 = 0{,}981$ untuk motor C.

Langkah 2: persen ketidakseimbangan. Alasan: ketidakseimbangan membandingkan fasa satu sama lain pada suhu yang sama, sehingga dihitung dari angka terukur.

$$K_{R,\text{A}} = \frac{0{,}01}{2{,}49} = 0{,}40\ \%, \quad K_{R,\text{B}} = \frac{0{,}01}{3{,}54} = 0{,}28\ \%, \quad K_{R,\text{C}} = \frac{3{,}28 - 3{,}13}{3{,}28} = 4{,}6\ \%$$

Tembaga motor A dan B utuh. Fasa W motor C 7 % di bawah acuan, konsisten dengan beberapa lilitan yang terhubung pendek.

Langkah 3: isolasi. Alasan: pola isolasi per fasa membedakan kerusakan merata dari kerusakan terbatas. Dengan koreksi pendekatan dari bab uji resistansi isolasi, isolasi motor A pada 40 °C sekitar $0{,}5 \times 0{,}62 = 0{,}31$ MΩ, dan ketiga fasanya rendah dengan PI sekitar 1: seluruh belitan terdegradasi. Motor B rendah hanya pada U dan V dengan PI sekitar 1, sedangkan W 180 MΩ dengan PI 2,28. Motor C 850 MΩ dengan PI 2,82: isolasi ke rangka baik, walaupun belitannya rusak.

Langkah 4: arus tanpa beban motor C. Alasan: uji rotasi dan rasio ketidakseimbangan memisahkan suplai dari motor.

$$K_I = \frac{4{,}4 - 3{,}73}{3{,}73} = 17{,}9\ \%, \qquad K_U = \frac{401 - 400}{400} = 0{,}25\ \%, \qquad \frac{K_I}{K_U} \approx 71$$

Rentang 6 sampai 10 berlaku untuk motor berbeban; pada uji tanpa beban arus rata-ratanya kecil, sehingga ketidakseimbangan suplai yang sama memberi rasio kira-kira sebesar perbandingan arus asut terhadap arus tanpa beban, orde 10 sampai 20 untuk motor kecil. Rasio motor C tetap jauh di atasnya, arus W naik 42 % dari catatan komisioning, dan arus tertinggi tetap pada W1 setelah rotasi. Lilitan yang terhubung pendek bekerja seperti sekunder trafo yang dihubung singkat: arus beredar besar di dalam lingkar itu dan memanaskannya setempat sampai isolasi di sekitarnya tembus.

Langkah 5: penyebab motor A. Pola merata dengan tembaga utuh menunjuk pemanasan seluruh belitan. Bukti luar: poros pompa tidak dapat diputar tangan setelah diisolasi dan dikunci, arus tercatat 9,8–10,5 A beberapa minggu sebelumnya, dan setelan relai beban lebih dinaikkan dari 8,2 A ke 12 A karena "sering trip". Arus 10,5 A adalah $10{,}5/8{,}2 = 1{,}28$ kali arus pengenal, sehingga rugi tembaga sekitar $1{,}28^2 = 1{,}64$ kali, sedangkan relai yang disetel 1,46 kali arus pengenal tidak bereaksi. Penyebabnya bantalan pompa yang memburuk sampai macet, dan kerusakan motor dimungkinkan oleh setelan yang dinaikkan.

Langkah 6: penyebab motor B. Dua fasa hangus dan satu utuh pada motor bintang adalah pola satu fasa hilang, dan fasa yang utuh, W, menunjuk saluran yang tersambung ke W1. Pemeriksaan menemukan terminal keluaran kontaktor saluran itu berubah warna dan sekrupnya longgar. Pada hubungan bintang, arus belitan sama dengan arus saluran, sehingga arus dua saluran yang tersisa naik kira-kira $\sqrt{3}$ kali pada beban tetap, dan relai beban lebih yang disetel pada arus pelat nama semestinya memutus. Karena motor tetap terbakar, setelan, kelas trip, dan fungsi relai motor B ikut diperiksa, termasuk kemungkinan motor diasut ulang ketika satu fasa sudah hilang. Relai yang peka fasa hilang dibahas pada bab proteksi motor.

Langkah 7: penyebab motor C. Hangus setempat pada satu kumparan, resistansi satu fasa turun, arus fasa itu naik, dan isolasi ke rangka baik adalah pola hubung pendek antarlilitan, yang umumnya disebabkan kontaminasi, abrasi, getaran, atau lonjakan tegangan. Penyebabnya belum terbukti; getaran dudukan dan riwayat lonjakan tegangan perlu diperiksa.

Kesimpulan. Tiga motor rusak dengan tiga penyebab berbeda, dan hanya motor C yang dapat disebut cacat motor. Motor A dan B baru dipasang setelah pompa diperbaiki, setelan relai dikembalikan ke arus pelat nama, terminal kontaktor diganti, dan relai motor B diuji; motor C digulung ulang lalu diuji resistansi, isolasi, dan tanpa beban. Tafsir ini bergantung pada nilai acuan dan catatan komisioning.

Contoh kerja 2: bunyi bantalan motor penggerak setrika gulung ber-VFD

Data (ilustrasi). Motor 7,5 kW 4 kutub menggerakkan setrika gulung melalui VFD pada 40 Hz dan berputar 1.176 rpm. Empat belas bulan setelah VFD dipasang, bantalan sisi belakang berbunyi. Bantalan bola beralur dalam, dari lembar data: 9 bola, diameter bola 9,5 mm, diameter lingkaran pusat bola 46 mm, sudut kontak 0°. Spektrum getaran memperlihatkan puncak sekitar 70 Hz beserta kelipatannya.

Langkah 1: frekuensi putar. Alasan: semua frekuensi cacat bantalan sebanding dengan putaran. $f_\text{r} = 1\,176/60 = 19{,}6$ Hz.

Langkah 2: frekuensi cacat lintasan luar. Alasan: cacat pada cincin luar yang diam dilindas setiap bola yang lewat.

$$f_\text{BPFO} = \frac{N_\text{b}}{2}\,f_\text{r}\left(1 - \frac{d}{D}\cos\beta\right) = \frac{9}{2} \times 19{,}6 \times \left(1 - \frac{9{,}5}{46}\right) = 70{,}0\ \text{Hz}$$

dengan $N_\text{b}$ jumlah bola, $d$ diameter bola, $D$ diameter lingkaran pusat bola, dan $\beta$ sudut kontak. Frekuensi cacat lintasan dalam, dengan tanda plus, adalah 106,4 Hz dan tidak tampak.

Langkah 3: tafsir. Puncak 70 Hz yang bukan kelipatan bulat 19,6 Hz cocok dengan cacat lintasan luar. Bantalan yang dilepas memperlihatkan garis melintang rapat di jalur gelinding lintasan luar dan gemuk yang menghitam, pola erosi listrik oleh arus bantalan, bukan keausan saat diam. Mengganti bantalan saja hanya menunda kerusakan berikutnya; kabel motor, pembumian, dan pilihan cincin pembumian poros atau bantalan berisolasi dibahas pada bab VFD: instalasi, EMC, harmonisa, dan arus bocor.

Contoh kerja lapangan

Contoh di bawah memakai rumus bab ini; angka keadaannya angka latihan, dan hitungannya dicatat di peta sumber pengembangan. Uji belitan dilakukan pada motor yang terisolasi dan terkunci; pengukuran saat motor berjalan oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

Contoh 1: arus berayun pada motor kipas hisap. Motor 4 kutub berbeban tetap berputar 1.470 rpm, dan arusnya berayun teratur (angka latihan).

$$s = \frac{1\,500 - 1\,470}{1\,500} = 0{,}02, \qquad (1 \pm 2s) f_1 = 48\ \text{dan}\ 52\ \text{Hz}, \qquad 2 s f_1 = 2\ \text{Hz}$$

Ayunan dua kali per detik dan pita samping 48 dan 52 Hz cocok dengan batang rotor retak; pengamatan ini sah hanya pada beban tetap. Resistansi dan isolasi stator tidak dapat memastikannya; analisis arus atau pemeriksaan rotor di bengkel yang memutuskan.

Contoh 2: motor segitiga dengan tiga ujung. Antarterminal terbaca 1,64; 1,65; dan 1,64 Ω pada 31 °C, sedangkan acuan per fasa 2,40 Ω pada 20 °C (angka latihan).

$$R_\text{fasa} = \tfrac{3}{2} \times 1{,}64 = 2{,}46\ \Omega, \qquad R_{20} = 2{,}46 \times \frac{254{,}5}{265{,}5} = 2{,}36\ \Omega$$

Simpangan −1,7 % masih dalam galat suhu 5 K, sekitar 2 %, dan ketidakseimbangan antarterminal 0,4 %, sehingga tembaganya utuh. Rumus dua pertiga mengandaikan ketiga fasa seimbang; bila satu bacaan menyimpang, ujung belitan dipisahkan dan setiap fasa diukur sendiri.

Contoh 3: rasio ketidakseimbangan pada pompa rumah sakit yang berbeban. Tegangan 404, 396, dan 400 V; arus 10,6; 9,3; dan 9,4 A (angka latihan).

$$K_U = \frac{4}{400} = 1{,}0\ \%, \qquad K_I = \frac{10{,}6 - 9{,}77}{9{,}77} = 8{,}5\ \%, \qquad \frac{K_I}{K_U} = 8{,}5$$

Rasio itu di dalam rentang 6 sampai 10 untuk motor berbeban, sehingga suplai dicurigai lebih dulu. Bila setelah uji rotasi sambungan arus tertinggi berpindah bersama konduktor suplai, sumbernya di hulu terminal dan motor tidak dibongkar.

Contoh 4: satu fasa hilang pada motor bintang. Motor 2,2 kW berarus pengenal 4,7 A bekerja pada 3,9 A, dan relainya disetel 4,7 A (angka latihan). Setelah satu saluran putus, dengan beban tetap:

$$3{,}9 \times \sqrt{3} = 6{,}75\ \text{A} = 1{,}44 \times 4{,}7\ \text{A}$$

Relai semestinya memutus. Bila motor tetap terbakar, setelan, kelas trip, dan fungsi relai diperiksa, dan pengganti tidak dipasang sebelum saluran yang putus diperbaiki.

Contoh 5: bunyi bantalan motor pompa asut langsung. Motor berputar 1.460 rpm dengan bantalan seperti Contoh kerja 2, dan spektrum getaran memperlihatkan puncak 132 Hz (angka latihan).

$$f_\text{r} = 24{,}3\ \text{Hz}, \qquad f_\text{BPFO} = 4{,}5 \times 24{,}3 \times 0{,}793 = 86{,}9\ \text{Hz}, \qquad f_\text{BPFI} = 4{,}5 \times 24{,}3 \times 1{,}207 = 132{,}1\ \text{Hz}$$

Puncak itu bukan kelipatan bulat 24,3 Hz dan cocok dengan cacat lintasan dalam. Tanpa VFD, penyebab yang dicari dulu adalah pelumasan, pemasangan, dan kelurusan.

Kondisi berhenti

Hentikan atau jangan mulai pekerjaan bila salah satu keadaan berikut ditemukan:

1. Motor belum diisolasi, dikunci, dan dibuktikan bebas tegangan di terminalnya, termasuk sumber kedua, kapasitor, dan rel DC VFD yang belum melewati waktu peluahan pada labelnya. Fungsi henti VFD bukan pemisah.
2. Poros masih dapat diputar oleh beban, misalnya pompa oleh aliran balik atau kipas oleh angin, atau motor berjenis magnet permanen yang membangkitkan tegangan saat berputar.
3. Motor pernah terendam atau lama diam di ruang lembab dan belum dikeringkan serta diuji isolasinya; motor itu tidak dienergikan untuk "dicoba".
4. Resistansi belitan jelas tidak seimbang, isolasi di bawah batas atau nol, atau tercium bau hangus: motor tidak dijalankan, termasuk untuk uji tanpa beban.
5. Motor terbakar dengan pola satu fasa hilang atau beban lebih: pengganti tidak dipasang sebelum saluran, mekanisme beban, dan setelan proteksi diperbaiki, dan setelan relai tidak dinaikkan melewati arus pelat nama.
6. Sebelum uji tanpa beban, pasak poros belum dilepas atau diikat, penutup kopling belum terpasang, motor belum terbaut kokoh, atau pompa akan berputar kering.
7. Selama uji tanpa beban, arus satu fasa jauh berbeda, arus jelas melebihi catatan acuan, ada asap, bunyi gesek, getaran naik, atau bantalan cepat panas: suplai diputus segera.
8. Penjepit ohmmeter empat kawat akan dilepas ketika arus uji masih mengalir atau alat belum selesai meluahkan energi induktif belitan.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Resistansi motor diuji dengan penguji isolasi antarterminal." Lembar kerja di korpus menamai uji itu pengujian resistansi motor. Resistansi belitan beberapa ohm diukur dengan ohmmeter resistansi rendah, sedangkan resistansi isolasi diukur belitan ke rangka; masalah jembatan bintang-segitiga pada lembar yang sama dibahas di bab uji resistansi isolasi.

"Isolasinya ribuan megaohm, jadi belitannya sehat." Hubung pendek antarlilitan tidak melibatkan rangka, seperti motor C pada contoh kerja; resistansi belitan dan arus per fasa yang menemukannya.

"Pemanasan 200 K hanya menaikkan resistansi satu persen." Contoh soal di buku teks dasar teknik elektro korpus menghitung kawat baja 120 Ω yang dipanaskan dari 30 °C ke 230 °C dengan koefisien 0,006 dan mendapat 121,2 Ω (dicek pada gambar halaman). Dengan rumus buku itu sendiri, $120[1 + 0{,}006 \times 200] = 120 \times 2{,}2 = 264$ Ω. Pada belitan tembaga, selisih suhu 20 K sudah mengubah resistansi sekitar 8 %, lebih besar daripada kelainan yang dicari.

"Motor terbakar, jadi motornya jelek; gulung ulang lalu pasang lagi." Motor A dan B pada contoh kerja adalah korban pompa macet dan terminal longgar. Pola hangus dan bukti di luar motor dibaca lebih dulu.

Hubungan dengan bab lain

Prasyaratnya: Bab 52, bab motor induksi tiga fasa, data motor lanjutan, memilih motor untuk beban, uji resistansi isolasi, multimeter digital, tang ampere, beban tak seimbang, dan keselamatan alat ukur, serta Bab 3 · Sistem, Diagram & Diagnosis dan Bab 4 · Sistem, Diagram & Diagnosis untuk metode diagnosis, Bab 1 · Keselamatan dan Bab 2 · Keselamatan untuk keadaan aman, dan Bab 1 · Mekanikal & Mekatronika untuk transmisi. Lanjutannya: bab proteksi motor, metode diagnosis gangguan listrik, diagnosis kendali motor, pemeliharaan listrik terencana, dan bab-bab VFD.

Latihan dan pembahasan

Tuliskan rumus, satuan, dan asumsi. Angka dalam soal adalah data latihan; pengukuran bertegangan diandaikan dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

1. Resistansi belitan motor 5,5 kW terukur 1,82; 1,83; dan 1,81 Ω pada suhu belitan 34 °C. Catatan komisioning memberi 1,75 Ω pada 20 °C. Hitung resistansi terkoreksi, simpangannya terhadap catatan, dan persen ketidakseimbangan. Bagaimana hasilnya berubah bila suhu belitan sebenarnya 29 °C?
2. Motor bintang dengan tiga ujung keluar terukur antarterminal $R_\text{UV} = 4{,}40$ Ω, $R_\text{VW} = 4{,}18$ Ω, dan $R_\text{WU} = 4{,}20$ Ω. Hitung resistansi tiap fasa dan persen ketidakseimbangannya, lalu tentukan fasa yang mencurigakan.
3. Motor segitiga yang terbakar memperlihatkan satu fasa hangus parah dan dua fasa hampir utuh, dan salah satu sekering suplainya ditemukan putus. Pilih tafsir yang paling konsisten: (A) beban lebih pada ketiga fasa; (B) satu fasa suplai hilang, karena pada hubungan segitiga satu belitan memikul arus kira-kira dua kali belitan lain; (C) lonjakan tegangan; (D) ketidakseimbangan tegangan 1 %. Jelaskan.
4. Motor pompa 4 kW diuji tanpa beban: tegangan 398, 402, dan 400 V; arus 3,6; 4,5; dan 3,5 A. Setelah ketiga konduktor suplai digeser satu posisi secara siklik dalam keadaan bebas tegangan, arus 4,5 A pindah ke terminal lain bersama konduktor suplai yang sama. Hitung $K_I$, $K_U$, dan rasionya, lalu tentukan arah pencarian.
5. Motor pompa 11 kW bertumpuan kaku, dengan catatan awal 1,2 mm/s, kini terbaca 3,6 mm/s pada rumah bantalan. Saat suplai diputus, getaran turun perlahan bersama putaran. Nilai pembacaan ini dengan memperhatikan lingkup ISO 20816-3, dan sebutkan sumber yang paling mungkin.
6. Setelah uji panas di bengkel, resistansi belitan tembaga naik dari 2,40 Ω pada 22 °C menjadi 3,10 Ω. Taksir suhu rata-rata belitan dengan konstanta 235, lalu jelaskan mengapa angka itu belum menyatakan titik terpanas.

Kunci jawaban beralasan

1. Faktor $254{,}5/268{,}5 = 0{,}948$; resistansi terkoreksi 1,725; 1,735; dan 1,716 Ω, yaitu −1,4 %; −0,9 %; dan −1,9 % terhadap 1,75 Ω. Rata-rata terukur 1,82 Ω, simpangan terbesar 0,01 Ω, $K_R = 0{,}55$ %. Bila suhu sebenarnya 29 °C, faktornya $254{,}5/263{,}5 = 0{,}966$ dan resistansinya 1,758; 1,767; dan 1,748 Ω, hampir sama dengan catatan. Galat suhu 5 K menggeser hasil sekitar 2 %, sebesar simpangan yang tampak, sehingga simpangan itu belum bermakna; $K_R$ tidak berubah karena ketiga fasa bersuhu sama.
2. $R_\text{U} = (4{,}40 + 4{,}20 - 4{,}18)/2 = 2{,}21$ Ω, $R_\text{V} = (4{,}40 + 4{,}18 - 4{,}20)/2 = 2{,}19$ Ω, $R_\text{W} = (4{,}18 + 4{,}20 - 4{,}40)/2 = 1{,}99$ Ω. Rata-rata 2,13 Ω, simpangan terbesar 0,14 Ω, $K_R = 6{,}6$ %. Fasa W mencurigakan: resistansinya lebih rendah, konsisten dengan lilitan yang terhubung pendek, dan perlu dikonfirmasi dengan arus per fasa atau pemeriksaan bengkel.
3. B. Pada segitiga dengan satu saluran hilang, belitan di antara dua saluran yang tersisa mendapat tegangan penuh, sedangkan dua belitan lain seri pada tegangan yang sama, sehingga arusnya kira-kira dua kali dan panasnya kira-kira empat kali; sekering putus adalah bukti pendukung. A keliru karena beban lebih memanaskan ketiga fasa. C keliru karena lonjakan tegangan merusak setempat di lilitan awal. D terlalu kecil untuk menghanguskan satu fasa dengan parah, dan polanya hanya satu fasa lebih gelap.
4. $\bar{I} = 3{,}87$ A, simpangan terbesar 0,63 A, $K_I = 16{,}4$ %; $\bar{U} = 400$ V, simpangan 2 V, $K_U = 0{,}50$ %; rasio sekitar 33. Rasio ini di atas yang dapat dijelaskan suplai pada uji tanpa beban (orde 10 sampai 20), tetapi arus tertinggi berpindah bersama konduktor suplai, sehingga sumbernya di hulu terminal motor: ketidakseimbangan tegangan suplai, atau sambungan, kontak kontaktor, atau kabel yang resistansinya naik pada salah satu konduktor hulu. Konduktor yang bermasalah tidak harus konduktor yang arusnya tertinggi, karena resistansi tambahan menurunkan arus konduktornya sendiri; susut tegangan per konduktor dan jejak panas yang menunjukkannya. Karena $K_U$ kecil, rasio peka terhadap galat ukur tegangan; uji rotasi yang memutuskan.
5. Motor 11 kW di bawah 15 kW, sehingga zona ISO 20816-3 tidak berlaku formal; batas B/C 2,8 mm/s untuk kelompok 15–300 kW hanya pembanding kasar. Yang bermakna adalah kenaikan tiga kali dari catatan awal. Getaran yang turun perlahan bersama putaran menunjuk sumber mekanis (ketidakseimbangan, kelurusan, kaki dudukan, atau bantalan), dan frekuensinya menentukan mana.
6. $\theta_2 = (3{,}10/2{,}40)(235 + 22) - 235 = 97{,}0$ °C. Metode resistansi memberi suhu rata-rata seluruh belitan; titik terpanas di dalam alur lebih tinggi, seperti anggaran suhu pada bab data motor lanjutan. Resistansi diukur segera setelah motor berhenti karena belitan cepat mendingin.

Referensi