Rangkaian kendali lanjutan: berurutan, bergantian, pembalik otomatis, dan dua kecepatan

Sebuah laundry kiloan memasang dua pompa celup di bak penampung air buangan, dengan sakelar pilih POMPA 1-0-POMPA 2 dan satu sakelar pelampung. Selama dua tahun sakelar itu tidak pernah dipindah. Suatu malam pompa 1 macet karena serabut linen, relai beban lebihnya trip, dan air meluap ke ruang cuci sampai pagi, padahal pompa 2 baik dan tersambung. Pemilik bertanya apakah perlu pompa yang lebih besar. Yang hilang sebenarnya rangkaian: pompa yang bergiliran supaya keduanya teruji, dan pompa cadangan yang masuk sendiri saat pompa utama gagal.

Bab logika kendali dasar menyusun pola penahan diri, interlock, jog, dan kendali dua tempat, dan Bab 52 merangkai pengasutan langsung, pembalik putaran, dan bintang-segitiga untuk satu motor. Mesin nyata jarang berhenti di situ: konveyor linen hidup berurutan, drum cuci membalik arah ratusan kali per jam, dan kipas kadang membutuhkan dua kecepatan. Yang dirancang adalah urutan keadaan, syarat perpindahan, dan perilaku ketika sesuatu gagal. Fungsi relai waktu sudah dibahas di bab relai waktu; di sini relai itu dipasang di dalam rangkaian.

Batas pembahasan

Cakupannya rangkaian kendali elektromekanis dengan kontaktor, relai bantu, relai waktu, dan sakelar proses sederhana untuk motor induksi tiga fasa 400 V. Pola dasar dirujuk ke bab logika kendali dasar tanpa diulang. Pengasutan dibahas pada bab metode pengasutan motor, sakelar kecepatan nol pada bab pengereman motor, dan PLC pada bab kendali motor dengan PLC. Relai waktu dan kontak bantu yang dipakai di sini adalah perangkat kendali biasa, bukan komponen keselamatan; penguncian pintu drum dan tingkat kinerja dibahas pada bab keselamatan fungsional mesin. PUIL 2020 Bagian 1, 11.3 k), tidak berlaku untuk peralatan listrik mesin, sehingga rangkaian di dalam mesin mengacu IEC 60204-1:2016+AMD1:2021 dan klausul PUIL dikutip sebagai prinsip yang sejalan. Pengukuran pada rangkaian bertegangan mensyaratkan personel kompeten, alat berkategori ukur sesuai, dan APD.

Rangkaian sebagai urutan keadaan

Bab 52 membaca pembalik dan bintang-segitiga sebagai mesin keadaan: setiap keadaan punya syarat masuk, bukti status, pemicu perpindahan, dan respons saat syarat hilang. Sebelum menggambar kontak, perancang menulis daftar keadaan dan menjawab empat pertanyaan untuk setiap keadaan: kontaktor mana yang dienergi, apa pemicu perpindahannya, keadaan mana yang tidak boleh terjadi bersamaan, dan ke mana rangkaian kembali bila suplai kendali padam atau proteksi trip.

Pemicu waktu berasal dari relai waktu dan hanya menyatakan bahwa selang tertentu sudah lewat. Pemicu umpan balik berasal dari sesuatu yang mengamati keadaan: kontak bantu kontaktor, sakelar batas, sakelar tekanan atau aliran, atau sensor kecepatan. Karena pewaktu yang selesai tidak membuktikan peralihan berhasil, pertanyaan desainnya selalu: kejadian fisik yang menjadi syarat urutan itu diamati atau hanya diandaikan? IEC 60204-1 klausul 9.3.4 mengatur interlock antaroperasi dan untuk gerak berlawanan, dan klausul 7.5 mengatur perilaku saat suplai terputus atau turun lalu pulih; yang dibaca editor hanya judul klausul pada pratinjau daftar isi, sehingga isinya tidak dikutip.

Berurutan dengan waktu dan dengan umpan balik

Urutan berbasis waktu menjalankan motor kedua $t$ detik setelah motor pertama, biasanya dengan relai tunda-nyala yang dienergi bersama kontaktor pertama dan kontak penutup bertundanya di jalur koil kontaktor kedua. Buku ajar instalasi motor di korpus memakai rangkaian ini untuk dua motor, dan silabus praktik kejuruan India memuat latihan menjalankan tiga motor berurutan dengan kontaktor dan relai. Alasan umumnya membagi arus asut supaya lonjakan tidak bertumpuk pada suplai. Untuk genset darurat, PUIL 2020 790.21.3.1.3 menganjurkan penyambungan beban secara berurutan, dan 790.21.3.1.4 meminta keluaran generator cukup untuk beban dasar ditambah beban start motor lain tanpa fluktuasi tegangan berlebihan. Tunda antarmotor sekurang-kurangnya sama dengan waktu asut motor sebelumnya dibagi $(1-\varepsilon)$, dengan $\varepsilon$ simpangan relai waktu dalam bilangan desimal; waktu asut itu sendiri dihitung pada bab memilih motor untuk beban.

Urutan berbasis waktu mengandaikan motor pertama benar-benar berjalan, padahal kontaktor dapat masuk sementara motornya diam karena satu fasa putus, kopling patah, atau sabuk lepas. Kontak bantu penutup melaporkan bahwa mekanisme kontaktor sudah menarik, tetapi tidak menjamin setiap kutub utama menyambung, apalagi poros berputar; kontak cermin menjamin arah sebaliknya, yaitu kontak utama sudah terbuka. Sakelar batas membuktikan posisi, dan sakelar aliran atau tekanan membuktikan proses. Buku ajar instalasi motor korpus menyebut sakelar batas pada rangkaian berurutan "membatasi waktu kerja" motor pertama; sakelar batas tidak mengukur waktu, sehingga bila motor kedua terlambat, yang dicurigai adalah gerak mekanis atau letak sakelar, bukan relai waktu.

Pengering di laundry adalah contoh urutan berumpan balik. Pemanas hanya boleh menyala setelah kipas berjalan dan aliran udara terbukti; kontak bantu kontaktor kipas tidak cukup, karena sabuk kipas yang putus tetap menyisakan kontaktor tertutup. Rangkaiannya memasang kontak sakelar aliran udara di jalur pemanas dengan tunda singkat agar aliran stabil, ditambah pemutus suhu lebih yang independen, dibahas pada bab kendali pompa, pemanas, dan proses. Pendinginan setelah pemanas mati memakai relai tunda-lepas dari bab relai waktu.

Urutan hulu-hilir pada konveyor

Pada rantai konveyor, material mengalir dari hulu ke hilir. Konveyor dijalankan dari hilir ke hulu dan dihentikan dari hulu ke hilir. Buku ajar instalasi motor korpus menuliskannya dengan benar: motor hulu tidak dapat berjalan sebelum motor hilir berjalan, dan motor hilir tidak dapat dihentikan sebelum motor hulu berhenti. Konveyor hulu yang berjalan sementara hilir diam menumpuk linen di titik pindah, yang lalu jatuh ke lantai dan dicuci ulang.

Rangkaiannya memakai tiga unsur. Kontak bantu kontaktor hilir dipasang seri di jalur koil kontaktor hulu, sehingga hulu hanya dapat masuk bila hilir sudah masuk. Bila hilir trip, kontak yang sama melepas hulu seketika. Lalu, saat berhenti normal, hilir berjalan lebih lama selama $t_\text{lanjut}$ agar material yang sudah berada di atasnya habis:

$$t_\text{lanjut,set} \ge \frac{L_\text{hilir}/v_\text{hilir}}{1-\varepsilon}$$

dengan $L_\text{hilir}$ panjang konveyor hilir (m), $v_\text{hilir}$ kecepatan sabuknya (m/s), dan $\varepsilon$ simpangan relai waktu terburuk. Rumus mengandaikan material terakhir baru masuk di ujung konveyor hilir dan sabuk tidak selip. Penundaan ini hanya untuk STOP normal; stop darurat menghentikan semua motor tanpa tunda, dan trip satu konveyor menghentikan seketika semua konveyor di hulunya. Bila sabuk dapat putus, kontak bantu dilengkapi pemantau kecepatan atau selip sabuk.

Pompa bergantian dan pompa cadangan

Kata "bergantian" dipakai untuk dua hal. Buku ajar instalasi motor korpus memakainya untuk interlock saling meniadakan. Pada pompa, bergantian berarti giliran kerja: pompa utama (lead atau duty) berganti setiap siklus, dan pompa lainnya menjadi cadangan (standby) atau pompa kedua (lag).

Giliran kerja menyeimbangkan jam kerja kedua pompa, menguji pompa cadangan setiap hari sehingga kegagalannya tidak baru ketahuan saat dibutuhkan, dan membagi dua jumlah asut per pompa. Perangkatnya relai pengganti (alternating relay), relai bistabil yang memindahkan kontak keluarannya setiap kali sinyal permintaan hilang, atau dua relai bantu berkontak silang dengan fungsi sama.

Pompa cadangan masuk bila salah satu dari tiga syarat terpenuhi. Pertama, pompa utama trip, dibaca dari kontak 97-98 relai beban lebih. Kedua, proses tidak terbukti: sakelar tekanan pipa keluar tidak menutup dalam $t$ detik setelah pompa utama diperintah, yang menangkap kopling patah atau impeler tersumbat tanpa trip. Ketiga, permintaan melebihi satu pompa, ditandai pelampung level tinggi. Relai level untuk syarat ketiga dan pemantau beban kurang sebagai alternatif syarat kedua ada di bab relai waktu dan bab proteksi motor.

Jumlah asut membatasi ukuran bak. Dengan volume kerja $V$ antara level start dan stop, debit pompa $Q_\text{p}$, dan debit masuk $Q_\text{i} < Q_\text{p}$, satu siklus terdiri atas waktu isi $V/Q_\text{i}$ dan waktu kuras $V/(Q_\text{p}-Q_\text{i})$. Siklus terpendek terjadi pada $Q_\text{i} = Q_\text{p}/2$:

$$T_\text{min} = \frac{4V}{Q_\text{p}} \qquad N_\text{maks} = \frac{3\,600}{T_\text{min}}$$

dengan $V$ dalam m³, $Q_\text{p}$ dalam m³/s, $T_\text{min}$ dalam detik, dan $N_\text{maks}$ asut per jam. Bak penampung dengan $V = 0{,}2$ m³ dan pompa 12 m³/jam memberi $T_\text{min} = 0{,}8/(12/3\,600) = 240$ s, jadi 15 asut per jam bila satu pompa bekerja sendiri dan 7,5 asut per jam per pompa bila bergantian (data ilustrasi). Angka itu dibandingkan dengan jumlah asut per jam yang diizinkan pabrikan motor dan pompa; karakteristik pompa dibahas di Bab 3 · Fluida & Termal.

Pompa berpelampung adalah kendali dua kawat yang menyala lagi sendiri saat tegangan pulih. PUIL 2020 5100.5.4.8 melarang motor yang dapat start ulang otomatis bila hal itu dapat mengakibatkan kecelakaan; untuk pompa celup di bak tertutup start otomatis adalah fungsinya, tetapi penilaiannya dicatat, dan reset relai beban lebih tetap manual.

Pembalik otomatis dengan jeda

Pembalik otomatis menjalankan motor bergantian ke dua arah menurut waktu, misalnya drum cuci yang berputar ke kanan, berhenti, lalu ke kiri. Buku ajar instalasi motor korpus memakai empat relai waktu: maju, jeda, mundur, jeda. Bab relai waktu menghitung mengapa jeda wajib pada beban inersia: pembalikan dari putaran penuh tanpa jeda membuang sekitar empat kali energi asut dari diam di rotor, menarik arus setingkat arus asut, dan memindahkan kontaktor ke tugas plugging (AC-4). Untuk drum ilustrasi di bab itu, waktu henti terlama 3,54 s dan setelan jeda minimum 3,82 s setelah simpangan relai diperhitungkan.

Interlock pembalik dibangun berlapis, kontak bantu pembuka di jalur koil lawan dan interlock mekanis, seperti dibahas di bab logika kendali dasar. Keduanya tidak mencegah arah kedua masuk sesaat setelah arah pertama lepas, sehingga jeda dijamin unsur tersendiri.

Jeda waktu memakai relai tunda-lepas yang mengikuti setiap kontaktor arah dan menahan kontaktor lawannya selama $t$ setelah kontaktor itu lepas. Cara ini murah, tetapi hanya mengandaikan waktu henti yang sudah diukur; bila beban atau tegangan sabuk berubah, relai tidak mengetahuinya. Jeda berbasis bukti memakai sakelar kecepatan nol, yang dibahas pada bab pengereman motor. Relai tunda-lepas biasa juga kehilangan hitungannya saat suplai padam, sehingga perilaku setelah padam dirancang di tingkat urutan.

Motor dua kecepatan

Kecepatan sinkron motor induksi $n_\text{s} = 120 f/p$, dengan $f$ frekuensi (Hz) dan $p$ jumlah kutub, seperti di Bab 52 dan bab motor induksi tiga fasa. Tanpa pengubah frekuensi, kecepatan diubah lewat jumlah kutub. Motor belitan terpisah mempunyai dua belitan independen di stator yang sama, misalnya 6 kutub (1.000 rpm sinkron pada 50 Hz) dan 4 kutub (1.500 rpm), sehingga perbandingan kecepatannya bebas. Motor Dahlander mempunyai satu belitan bersadapan yang disambung ulang sehingga jumlah kutubnya berbanding 2:1, misalnya 4 kutub (1.500 rpm) dan 2 kutub (3.000 rpm).

IEC 60034-8 edisi 4.0 (2026) menggantikan edisi 2007 beserta amendemennya dan mengatur penandaan terminal dan arah putar mesin berputar. Aturan berikut dibaca editor dari teks adopsi India atas edisi 2002; abstrak edisi 2026 hanya mencatat perubahan lingkup ke mesin sinkron tipe turbin, sehingga aturannya diperkirakan tidak berubah (keyakinan sedang–tinggi). Belitan yang terpisah tetapi berfungsi serupa diberi huruf sama dengan awalan angka 1, 2, dan seterusnya, dan pada motor banyak kecepatan urutan awalan mengikuti urutan kecepatan yang naik. Jadi 1U, 1V, 1W adalah terminal kecepatan rendah dan 2U, 2V, 2W terminal kecepatan tinggi, sesuai yang ditulis buku ajar instalasi motor korpus untuk belitan terpisah. Pada belitan pengubah kutub seperti Dahlander, penandaan terminal kecepatan rendah dipertukarkan bila perlu supaya arah putar kedua kecepatan sama ketika L1, L2, L3 disambung ke terminal berangka sama.

Tabel disusun dari gambar sambungan pada teks standar yang sama. Standar itu mendefinisikan motor torsi tetap dan torsi variabel, dengan torsi variabel kira-kira sebanding kuadrat kecepatan; karena itu Δ/YY lazim untuk konveyor dan Y/YY untuk kipas dan pompa sentrifugal. Pada motor belitan terpisah yang belitannya segitiga, belitan yang tidak dienergi dapat dialiri arus sirkulasi dari tegangan yang diinduksi belitan aktif; standar itu karena itu memberi penandaan tambahan untuk segitiga terbuka, misalnya 1W-1 dan 1W-2.

Interlock antarkecepatan paling ketat pada Dahlander. Kontaktor -Q1 menyuplai 1U, 1V, 1W; -Q2 menyuplai 2U, 2V, 2W; kontaktor bintang -Q3 menyatukan 1U, 1V, 1W. (Kode referensi mengikuti IEC 81346-2; buku ajar lama memakai K untuk kontaktor.) Bila -Q1 dan -Q3 menutup bersamaan, tiga fasa suplai terhubung singkat melalui -Q3. Bila -Q1 dan -Q2 menutup bersamaan, sudut dan sadapan tengah belitan tersambung ke fasa suplai sekaligus: sebagian setengah-belitan terhubung singkat, sebagian lagi menerima tegangan antarfasa penuh, sehingga arusnya sangat besar. Karena itu kontak pembuka -Q1 dipasang di jalur -Q2 dan -Q3, kontak pembuka -Q2 dan -Q3 di jalur -Q1, dan -Q2 umumnya baru boleh masuk setelah kontak bantu -Q3 membuktikan titik bintang terbentuk; interlock mekanis dipasang antara -Q1 dan pasangan -Q2/-Q3. Setiap kecepatan mempunyai arus pelat nama sendiri, sehingga relai beban lebih dipasang per kecepatan, dan kontak pembuka keduanya seri di jalur bersama; buku ajar instalasi motor dan buku ajar sistem kontrol korpus sama-sama menulis proteksi beban lebih terpisah per kecepatan. Setelannya dibahas di bab proteksi motor.

Arah perpindahan juga menentukan beban. Dari rendah ke tinggi, motor berakselerasi dari sekitar separuh kecepatan sinkron tinggi. Dari tinggi ke rendah, rotor yang berputar hampir 3.000 rpm melihat medan 1.500 rpm: slipnya negatif, dan motor mengerem sebagai generator dengan torsi dan arus besar. Rumus panas rotor dari bab relai waktu, dengan torsi beban diabaikan, berlaku untuk rentang slip mana pun:

$$E_\text{r} = J\,\omega_\text{s}^2 \int_0^{s_0} s\,\mathrm{d}s = \tfrac{1}{2} J\,\omega_\text{s}^2\, s_0^2$$

dengan $J$ inersia total di poros motor (kg·m²), $\omega_\text{s}$ kecepatan sudut sinkron kecepatan tujuan (rad/s), dan $s_0$ slip awal terhadap kecepatan tujuan. Untuk kipas Dahlander ilustrasi dengan $J = 0{,}5$ kg·m² yang dipindah dari 2.940 rpm ke kecepatan rendah, $s_0 = (1\,500 - 2\,940)/1\,500 = -0{,}96$ dan $E_\text{r} = 6\,168 \times 0{,}9216 = 5\,685$ J, hampir sama dengan panas satu kali asut dari diam pada kecepatan rendah (6.168 J), ditambah kejut torsi pada transmisi. Karena itu banyak rangkaian mewajibkan jeda sebelum pindah dari tinggi ke rendah.

Menguji rangkaian tanpa beban

Rangkaian urutan diuji bertahap supaya kesalahan logika tidak ditemukan oleh motor dan mesin. Buku ajar instalasi motor korpus memberi pola lembar praktik: memeriksa hubung singkat dengan ohmmeter antarkonduktor dan terhadap PE, mengukur resistansi isolasi, baru mengoperasikan. IEC 60204-1 klausul 18.6 mensyaratkan uji fungsi; satu sumber sekunder mencatat standar itu tidak merinci isinya, sehingga rencana uji disusun dari tabel keadaan rangkaian.

1. Sirkit daya diputus dan diverifikasi bebas tegangan menurut Bab 2 · Keselamatan, lalu kabel motor dilepas atau pengaman sirkit daya dicabut, sehingga hanya sirkit kendali yang dapat dienergi.
2. Sirkit kendali dienergi oleh personel kompeten dengan APD dan alat berkategori ukur sesuai. Setiap keadaan dicek terhadap tabel: kontaktor dan lampu mana yang masuk, dan berapa lama menurut pengukur waktu, bukan skala kenop.
3. Setiap syarat diuji dari sisi kegagalannya: umpan balik yang tidak datang menahan langkah berikutnya, tombol uji relai beban lebih melepas semua kontaktor yang bergantung padanya, dan STOP serta stop darurat bekerja di setiap keadaan.
4. Suplai kendali diputus di setiap keadaan, termasuk pemutusan sangat singkat, lalu dipulihkan: tidak ada motor yang masuk tanpa START baru, kecuali kendali dua kawat yang sudah dinilai.
5. Motor disambung tanpa kopel untuk memeriksa arah dan kecepatan setiap keadaan, termasuk arah yang sama pada kedua kecepatan; komisioning motor tunggal mengikuti Bab 52.
6. Mesin diuji dengan beban, dan besaran dasar setelan, misalnya waktu henti drum, diukur ulang.

Kontak tidak dijembatani untuk mempercepat uji; langkah yang tidak terjadi dicari penyebabnya dengan pengukuran dan uji pembeda seperti di Bab 3 · Sistem, Diagram & Diagnosis. Rencana uji panel dan mesin secara utuh dibahas pada bab uji pra-energi dan komisioning.

Contoh kerja: kendali pembalik drum cuci kanan-berhenti-kiri

Soal. Drum washer-extractor lama dari contoh bab relai waktu digerakkan motor cuci melalui dua kontaktor pembalik; konteks tahap cucinya ada di bab washer-extractor pada rak Laundry. Pola cuci: kanan 12 s, berhenti, kiri 12 s, berhenti, berulang sampai tahap cuci selesai. Rancang rangkaiannya, tentukan setelan, periksa perilaku saat padam, dan hitung beban termal serta operasi kontaktor. Dari bab relai waktu: waktu henti terlama 3,54 s, setelan jeda minimum 3,82 s untuk relai berketelitian ±5 % dan keterulangan 1 %, panas rotor 461 J per asut dari diam, dan sekitar 1,84 kJ per pembalikan tanpa jeda. Data lain ilustrasi.

Langkah 1: tabel keadaan. Label: -Q1 kontaktor kanan, -Q2 kontaktor kiri, -K1 relai jalan, -K11 sampai -K14 relai waktu urutan, -K15 dan -K16 relai waktu penjaga, -F1 relai beban lebih, -S1 STOP, -S2 START. Urutan dimulai dari jeda, bukan dari arah kanan; alasannya ada di langkah 4.

Langkah 2: jalur koil. Rangkaian ditulis sebagai syarat per koil, yang juga menjadi jembatan ke PLC. Titik berarti seri (DAN), tambah berarti paralel (ATAU), "not X" berarti kontak pembuka X, dan "(t)" berarti kontak bertunda.

Relai -K11 sampai -K14 membentuk cincin: saat -K14 habis, kontak pembukanya melepas -K11, lalu -K12, -K13, dan -K14 lepas berantai, dan -K11 mulai menghitung jeda berikutnya. Kontak pembuka -Q2 di jalur -Q1 dan sebaliknya, ditambah interlock mekanis, mencegah dua arah bersamaan. Relai -K15 dan -K16 adalah relai tunda-lepas tanpa suplai bantu yang disuplai lewat kontak bantu kontaktor arah: kontak pembukanya membuka seketika saat kontaktor itu masuk dan menutup 5 s setelah kontaktor itu lepas, juga bila suplai kendali ikut hilang, asalkan waktu energi minimumnya terpenuhi. Kontaktor arah dienergi 12 s, jauh di atas syarat itu. Relai beban lebih -F1 melepas -K1, sehingga trip menghentikan seluruh urutan sampai reset manual dan START baru. Aturan kode referensi dibahas pada bab diagram kendali.

Langkah 3: setelan dan pita toleransi. Jeda sebenarnya dijamin oleh penjaga, sehingga setelannya harus memenuhi batas bab relai waktu: 5 s ≥ 3,82 s, dengan jeda terpendek $5 \times (1 - 0{,}05 - 0{,}01) = 4{,}70$ s, di atas waktu henti ditambah waktu lepas kontaktor ($3{,}54 + 0{,}05 = 3{,}59$ s). Jeda urutan -K13 disetel lebih panjang, 6 s, supaya penjaga -K15 tidak menjadi pemicu normal:

$$t_\text{penjaga,maks} = 5 \times 1{,}06 + 0{,}05 = 5{,}35\ \text{s} \;<\; t_\text{jeda 2,min} = 6 \times 0{,}94 = 5{,}64\ \text{s}$$

Suku 0,05 s adalah waktu lepas kontaktor, karena penjaga mulai menghitung saat kontak bantu lepas. Untuk JEDA 1 jaminan itu tidak penuh: -K11 kehilangan suplai hanya selama pelepasan berantai, puluhan milidetik, yang dapat lebih pendek dari waktu pemulihannya, sehingga mulai siklus kedua JEDA 1 dapat terpendekkan dan -K16 menjadi pemicu yang sebenarnya. Relai -K16 karena itu bukan cadangan yang jarang bekerja; ia diuji saat komisioning dan pemeriksaan berkala.

Langkah 4: listrik padam. Misalkan suplai kendali hilang 0,3 s saat drum berputar ke kiri. Semua kontaktor lepas; relai urutan kehilangan hitungannya, tetapi -K16 tetap menahan -Q1 selama 5 s karena jenisnya tanpa suplai bantu. Saat tegangan pulih, -K1 tidak masuk sendiri karena penahan diri, sesuai IEC 60204-1 klausul 7.5 untuk peralatan mesin dan prinsip PUIL 2020 445.1.5 dan 5100.5.7.6. Kedip beberapa puluh milidetik lebih licin: kontaktor dan sebagian relai elektronik dapat lepas sementara -K1 bertahan, sehingga penjaga yang ikut tereset membiarkan -Q1 langsung masuk; jenis tanpa suplai bantu menutup keadaan ini. Rangkaian empat relai waktu di korpus mulai dari arah maju, sehingga START setelah padam dapat langsung menimbulkan plugging. Di sini START selalu masuk ke JEDA 1 selama sekurang-kurangnya 5,64 s, lebih lama dari 3,59 s, sebagai lapis kedua di belakang penjaga.

Langkah 5: beban termal dan kontaktor. Satu siklus $12 + 6 + 12 + 6 = 36$ s memuat dua asut, jadi

$$N = \frac{2 \times 3\,600}{36} = 200\ \text{asut/jam}, \qquad \bar{P}_\text{r} = \frac{200 \times 461}{3\,600} = 25{,}6\ \text{W}$$

sebagai panas rotor rata-rata dari asut saja, dengan torsi beban diabaikan seperti model bab relai waktu. Tanpa jeda, hampir setiap asut menjadi pembalikan: $200 \times 1\,844/3\,600 = 102$ W, empat kali lebih besar. Pola ini termasuk jenis tugas S4 dari bab data motor lanjutan. Setiap kontaktor menutup 100 kali per jam. Dengan 8 jam gerak cuci per hari dan 300 hari per tahun (ilustrasi), satu kontaktor bekerja $100 \times 8 \times 300 = 240.000$ kali per tahun. Bila kurva pabrikan memberi umur listrik 1,2 juta operasi AC-3 pada arus motor itu (angka ilustrasi), kontak bertahan sekitar 5 tahun; jeda yang benar menjaga operasi itu tetap dalam tugas AC-3.

Langkah 6: uji tanpa beban. Dengan kabel motor dilepas, urutan yang diharapkan: 6 s tanpa kontaktor, -Q1 12 s, 6 s tanpa kontaktor, -Q2 12 s. Setiap penjaga diuji terpisah: -K13 dipendekkan sementara ke setelan terendah, lalu -Q2 harus menunggu sekitar 5 s setelah -Q1 lepas; kemudian -K11 dipendekkan, lalu -Q1 harus menunggu sekitar 5 s setelah -Q2 lepas. Keduanya dikembalikan ke 6 s dan dicatat. JEDA 1 diukur pada beberapa siklus berturut-turut, bukan hanya siklus pertama setelah START. Setelah uji padam di setiap keadaan, termasuk pemutusan sangat singkat, START harus masuk ke JEDA 1. Arah diperiksa dengan sabuk dilepas, lalu waktu henti drum diukur ulang seperti di bab relai waktu.

Tafsir. Relai waktu multifungsi atau PLC dapat meringkas enam relai waktu ini, tetapi logikanya tetap sama. Semuanya melindungi mesin, bukan orang; akses ke drum dijaga kunci pintu yang dibahas pada bab keselamatan fungsional mesin.

Contoh kerja lapangan

Contoh di bawah memakai rumus bab ini; angka keadaan yang bukan dari sumber ditandai angka latihan, dan hitungannya dicatat di peta sumber pengembangan. Relai waktu pada Contoh 1 dan 2 berketelitian ±5 % dan keterulangan 1 %, sehingga $\varepsilon = 0{,}06$ seperti pada Latihan 1.

Contoh 1: dua pompa booster hotel pada genset darurat. Saat genset hotel mengambil alih beban, dua pompa booster air bersih diasut berurutan, sejalan dengan anjuran PUIL 2020 790.21.3.1.3. Waktu asut pompa pertama yang diukur pada genset saat komisioning adalah 3,2 s (angka latihan).

$$t_\text{tunda} \ge \frac{3{,}2}{1 - 0{,}06} = 3{,}40\ \text{s}$$

Relai disetel 4 s, sehingga tunda terpendek $4 \times 0{,}94 = 3{,}76$ s masih di atas waktu asut. Waktu asut diukur pada genset, bukan pada jaringan PLN, karena tegangan genset yang turun memperpanjang asut, sedangkan relai waktu tidak mengetahuinya.

Contoh 2: konveyor linen hilir yang berhenti terlalu cepat. Di laundry sebuah rumah sakit, konveyor hilir sepanjang 5 m bergerak 0,2 m/s, dan relai waktu lanjutnya ditemukan pada setelan 20 s (angka latihan). Material habis dalam $5/0{,}2 = 25$ s, sehingga

$$t_\text{lanjut,set} \ge \frac{25}{0{,}94} = 26{,}6\ \text{s}$$

Pada setelan 20 s, sabuk dapat berhenti setelah $20 \times 0{,}94 = 18{,}8$ s, ketika linen terakhir masih sekitar $6{,}2 \times 0{,}2 = 1{,}24$ m dari ujung sabuk. Relai disetel ulang ke 30 s, dengan waktu terpendek 28,2 s. Tunda itu hanya untuk STOP normal; stop darurat menghentikan semua konveyor tanpa tunda, dan trip konveyor hilir tetap melepas konveyor hulu seketika.

Contoh 3: bak penampung kasus pembuka saat satu pompa diperbaiki. Bak penampung air buangan di laundry kiloan pada pembuka bab mempunyai volume kerja 0,25 m³ dan dua pompa 18 m³/jam, dan pabrikan mengizinkan 10 asut per jam (angka latihan).

$$T_\text{min} = \frac{4 \times 0{,}25}{18/3\,600} = 200\ \text{s}, \qquad N_\text{maks} = \frac{3\,600}{200} = 18\ \text{asut/jam}$$

Bila bergantian, tiap pompa 9 asut per jam dan memenuhi batas. Selama satu pompa diperbaiki, pompa yang tersisa menanggung 18 asut per jam. Agar tetap 10 asut per jam, $T_\text{min}$ harus 360 s, jadi volume kerja dinaikkan menjadi $360 \times 0{,}005/4 = 0{,}45$ m³ dengan memperlebar jarak level start dan stop selama perbaikan, lalu setelan semula dipulihkan dan dicatat.

Contoh 4: kipas buang dapur hotel dua kecepatan. Kipas buang dapur sebuah hotel memakai motor Dahlander 4/2 kutub Y/YY, dengan kecepatan sinkron $120 \times 50/4 = 1\,500$ rpm dan $120 \times 50/2 = 3\,000$ rpm, serta inersia total 0,8 kg·m² (angka latihan). Bila kipas dipindah langsung dari 2.950 rpm ke kecepatan rendah,

$$s_0 = \frac{1\,500 - 2\,950}{1\,500} = -0{,}967, \qquad E_\text{r} = \tfrac{1}{2} \times 0{,}8 \times 157{,}1^2 \times s_0^2 = 9\,870 \times 0{,}934 = 9\,220\ \text{J}$$

Bila rangkaian memberi jeda sampai kipas melambat ke 1.800 rpm, $s_0 = -0{,}2$ dan $E_\text{r} = 9\,870 \times 0{,}04 = 395$ J, sekitar 23 kali lebih kecil. Lama jeda ditetapkan dari perlambatan kipas yang diukur saat komisioning. Torsi beban kipas, yang diabaikan rumus, ikut mengerem, sehingga angka nyata lebih kecil.

Kondisi berhenti

• Pembalik atau motor Dahlander yang interlock kontak bantunya hilang, dijembatani, atau interlock mekanisnya tidak terpasang tidak dioperasikan sampai kedua lapis pulih dan teruji.
• Drum yang membalik dengan hentakan, atau jeda terukur yang lebih pendek dari waktu henti terukur pada muatan terlama, menghentikan pemakaian mesin sampai setelan dan relai penjaga diperiksa.
• Mesin atau konveyor yang menyala sendiri setelah listrik pulih tanpa perintah START, padahal tidak dirancang sebagai kendali dua kawat, tidak dioperasikan sampai penyebabnya ditemukan.
• Motor dua kecepatan yang arah putarnya berbeda antara kedua kecepatan, atau yang memicu pengaman hubung pendek saat pindah kecepatan, tidak dijalankan lagi sampai sambungan terminal dan interlock antarkecepatan diperiksa terhadap diagram motor.
• Rantai konveyor yang hulunya tetap berjalan ketika hilir trip dihentikan seluruhnya sampai kontak urutan diperbaiki.
• Pompa cadangan yang tidak masuk saat uji gagal pompa utama dianggap tidak ada; bak diawasi manual sampai diperbaiki.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Kalau interlock kontaktor sudah ada, jeda pembalikan tidak perlu." Interlock mencegah dua arah menutup bersamaan, bukan arah kedua masuk sesaat setelah arah pertama lepas. Energi pembalikan tetap empat kali energi asut dari diam.

"Kontak bantu kontaktor membuktikan motor berputar." Kontak bantu penutup membuktikan mekanisme kontaktor menarik. Sabuk putus, kopling patah, dan satu fasa hilang tidak terlihat di kontak bantu; bukti gerak atau proses memakai sakelar aliran, tekanan, atau sensor kecepatan.

"Motor dua kecepatan cukup dikendalikan dua kontaktor seperti pembalik." Itu benar untuk belitan terpisah. Dahlander membutuhkan kontaktor bintang ketiga, dan kontaktor yang salah pasangan menghubungsingkatkan suplai atau menyambung belitan secara keliru.

"Kontak yang dicurigai boleh dijembatani kawat untuk membuktikan kerusakannya." Satu buku ajar sistem kontrol korpus memberi cara ini pada rangkaian bertegangan. Jembatan melompati syarat urutan dan interlock, dapat menyalakan motor tanpa diduga, dan mudah tertinggal.

Hubungan dengan bab lain

Prasyaratnya Bab 2, bab komponen kendali, proteksi motor, relai waktu, stop darurat, logika kendali dasar, metode pengasutan motor, Bab 52, bab motor induksi tiga fasa, memilih motor untuk beban, dan bab data motor lanjutan. Pemakaian lanjutannya dibahas pada bab pengereman motor, bab sirkit kendali, bab kendali pompa, pemanas, dan proses, bab uji pra-energi dan komisioning, serta bab kendali motor dengan PLC.

Latihan dan pembahasan

Tuliskan rumus, satuan, dan asumsi. Angka dalam soal adalah data latihan.

1. Konveyor linen hilir sepanjang 8 m bergerak 0,4 m/s. Relai waktu yang tersedia berketelitian ±5 % dan keterulangan 1 %. Tentukan setelan waktu lanjut konveyor hilir saat STOP normal, dan jelaskan apa yang harus terjadi pada konveyor hulu bila konveyor hilir trip.
2. Pompa utama penguat tekanan (booster) diperintah, kontaktornya masuk, tetapi kopling pompa patah sehingga tekanan tidak naik. Syarat mana yang memanggil pompa cadangan: (a) kontak bantu kontaktor pompa utama terbuka; (b) relai beban lebih pompa utama trip; (c) sakelar tekanan pipa keluar tidak menutup dalam waktu tertentu setelah perintah. Jelaskan.
3. Bak penampung mempunyai volume kerja 0,3 m³ dan dua pompa 9 m³/jam. Pabrikan motor mengizinkan 6 asut per jam. Hitung jumlah asut per jam terburuk bila satu pompa bekerja sendiri dan bila kedua pompa bergantian, lalu nilai hasilnya.
4. Kipas Dahlander 4/2 kutub, 50 Hz, inersia total 0,5 kg·m². Hitung panas rotor bila kipas diasut langsung pada kecepatan tinggi, dan bila diasut pada kecepatan rendah sampai 1.470 rpm lalu dipindah ke kecepatan tinggi. Torsi beban diabaikan. Tafsirkan.
5. Pada rangkaian Dahlander, kontak pembuka -Q1 hanya dipasang di jalur -Q2, tidak di jalur -Q3; kontak pembuka -Q3 tetap di jalur -Q1. Jelaskan kegagalan yang tidak lagi dicegah dan akibatnya, dan susun interlock yang lengkap.
6. Pada drum contoh kerja, kesalahan setel membuat 10 % pembalikan terjadi tanpa jeda cukup. Dengan rumus umur tugas campuran dari bab komponen kendali, umur listrik ilustrasi 1,2 juta operasi AC-3 dan 60.000 operasi AC-4, dan 240.000 operasi per tahun, hitung umur kontak dan bandingkan dengan 5 tahun.

Kunci jawaban beralasan

1. Waktu habis material $8/0{,}4 = 20$ s. Dengan simpangan relai $\varepsilon = 0{,}05 + 0{,}01 = 0{,}06$, setelan $\ge 20/0{,}94 = 21{,}3$ s; dipilih misalnya 25 s untuk cadangan. Bila konveyor hilir trip, konveyor hulu harus lepas seketika melalui kontak bantu kontaktor hilir di jalur koilnya, tanpa tunda, karena setiap detik hulu berjalan menambah tumpukan di titik pindah. Tunda lanjut hanya untuk STOP normal.
2. Jawaban (c). Kontaktor masuk, jadi (a) tidak terpenuhi. Kopling patah membuat motor berputar tanpa beban dengan arus turun, sehingga (b) tidak trip. Hanya bukti proses, tekanan yang tidak naik dalam selang tertentu, yang menangkapnya.
3. $Q_\text{p} = 9/3\,600 = 0{,}0025$ m³/s; $T_\text{min} = 4 \times 0{,}3/0{,}0025 = 480$ s, jadi 7,5 asut per jam bila satu pompa bekerja sendiri, melampaui 6. Bila bergantian, tiap pompa 3,75 asut per jam, di bawah 6. Giliran kerja membuat bak ini memenuhi batas; bila hanya satu pompa yang tersedia, bak perlu diperbesar atau level start-stop diperlebar.
4. $\omega_\text{s,tinggi} = 2\pi \times 3\,000/60 = 314{,}2$ rad/s, $\omega_\text{s,rendah} = 157{,}1$ rad/s. Asut langsung tinggi: $\tfrac{1}{2} \times 0{,}5 \times 314{,}2^2 = 24{,}7$ kJ. Bertahap: asut rendah $\tfrac{1}{2} \times 0{,}5 \times 157{,}1^2 = 6{,}17$ kJ; perpindahan dengan $s_0 = (3\,000 - 1\,470)/3\,000 = 0{,}51$ memberi $24{,}7 \times 0{,}51^2 = 6{,}42$ kJ; total 12,6 kJ, kira-kira separuh. Asut bertahap memangkas panas rotor kira-kira separuh dan memperpendek lama arus tinggi di belitan kecepatan tinggi. Puncak arus saat perpindahan tidak banyak turun, karena pada slip 0,51 arus motor masih mendekati arus rotor terkunci kecepatan tinggi; yang dibayar adalah satu lonjakan tambahan dan waktu asut lebih panjang.
5. Yang tidak lagi dicegah adalah -Q3 dipanggil saat -Q1 bekerja, misalnya tombol kecepatan tinggi ditekan dari kecepatan rendah. Kontak pembuka -Q3 di jalur -Q1 memang melepas -Q1, tetapi dua kontaktor terpisah tidak menjamin kontak utama -Q1 terbuka dan busurnya padam sebelum kontak utama -Q3 menutup. Kontaktor -Q3 lalu menyatukan 1U, 1V, 1W yang masih disuplai -Q1: hubung singkat tiga fasa yang diputus pengaman hubung singkat dengan kerusakan kontak. Interlock lengkap: kontak pembuka -Q1 di jalur -Q2 dan -Q3; kontak pembuka -Q2 dan -Q3 di jalur -Q1; kontak penutup -Q3 di jalur -Q2 agar titik bintang terbentuk dulu; interlock mekanis antara -Q1 dan pasangan -Q2/-Q3.
6. $1/N_\text{c} = 0{,}9/1{,}2 \times 10^{6} + 0{,}1/6 \times 10^{4} = 7{,}5 \times 10^{-7} + 1{,}67 \times 10^{-6} = 2{,}42 \times 10^{-6}$, jadi $N_\text{c} = 414.000$ operasi atau $414\,000/240\,000 = 1{,}7$ tahun. Sepersepuluh operasi tanpa jeda memotong umur kontak dari 5 tahun menjadi kurang dari 2 tahun.

Referensi