BAB 8

KONTAKTOR DAN PENGASUT MOTOR  

1.1 PENDAHULUAN

Peralatan kontrol yang dioperasikan manual dapat diganti dengan menggunakan kontaktor magnetis. Keuntungannya salah satunya  adalah pada penanganan arus besar atau tegangan tinggi, sulit untuk membangun alat manual yang cocok. Lebih dari itu, alat seperti itu besar dan sulit mengoperasikan. Sebaliknya, akan relatif sederhana untuk membangun kontaktor magnetis yang akan menangani arus yang besar atau teganga n yang tinggi, dan alat manual harus mengontrol hanya kumparan dari kontaktor. Pengasut motor magnetis sama dengan kontaktor baik dalam desain maupun cara kerja. Keduanya mempunyai satu keistimewaan penting secara umum. Kontak bekerja apabila kumparan diberi energi. Perbedaan penting adalahpenggunaan relai beban lebih pada pengasut motor.

1.2 KONTAKTOR MAGNETIS

Kontaktor magnetis sama dalam operasinya dengan relai elektromekanis (EMR). Keduanya mempunyai keistimewaan penting yang umum: kontak bekerja apabila kumparan diberi energi. The National Electrical Manufacture Assosiation (NEMA) mendefinisikan kontaktor magnetis sebagai alat yang digerakkan  secara magnetis untuk menyambung atau membuka berulang-ulang rangkaian daya listrik. Tidak seperti relai, kontaktor dirancang untuk menyambung dan membuka rangkaian daya listrik tanpa merusak. Beban-beban tersebut meliputi lampu, pemanas, transformator, kapasitor, dan motor listrik, yang untuk itu pelindung beban lebih dipasang secara terpisah atau tidak diperlukan (Gambar 8-1).     

Gambar 8-1

Keuntungan penggunaan kontaktor magnetis sebagai pengganti peralatan kontrol yang dioperasikan secara manual meliputi hal berikut:

• Pada penanganan arus besar atau tegangan tinggi, sulit untuk membangun alat manual yang cocok. Lebih dari itu, alat seperti besqar dan sulit mengoperasikannya. Sebaliknya, akan relative sederhana untuk membangun kontaktor magnetis yang akan menangani arus yang besar atau tegangan tinggi, dan alat manual harus mengontrol hanya kumparan dari kontraktor.
• Kontaktor memungkinkan operasi majemuk dilaksanakan dari 1 operator (1 lokasi) dan interlocked untuk nmencegah kesalahan dan bahaya operasi.
• Pengoperasian yang harus diulang beberapa kali dalam 1 jam, dapat digunakan kontraktor untuk menghemat usaha. Operator secara sederhana harus menekan tombol dan kontaktor akan memulai urutan event yang betul secara otomatis.
• Kontaktor dapat dikontrol secara otomatis dengan alat pilot yang sangat peka. Alat pilot ini menurut sifat dasarnya terbatas pada daya dan ukuran, dan akan sulit membuat desainnya untuk menangani arus besar secara langsung.
• Tegangan yang tinggi dapat diatasi dengan kontaktor dan menjauhkan seluruhnya dari operator , sehingga meningkatkan  keselamatan/keamanan instalasi. Operator juga tidak akan berada disekitar bunga api daya-tinggi yang selalu menjadi sumber bahaya dr kecelakaan akibat kejutan listrik, kebakaran, atau mungkin luka pd mata.
• Dgn kontaktor peralatan kontrol dpt dipasangkan pd titik yg jauh. 1-1nya ruang yg diperlukan dekat mesin adalah ruangan utk tombol tekan. Hal ini memungkinkan mengontrol 1 kontraktor dr byk tombol-tekan seperti yg dikehendaki, dgn hanya menjalankan sedikit kawat lampu kontrol  antara station.
• Dgn kontaktor, kontrol otomatis dan semi otomatis mungkin dilakukan dgn peralatan seperti kontrol logika yg dpt deprogram (program-mable logic controller=PLC)

Bagian-bagian prinsip dr kontraktor magnetis adalah electromagnet dan kontak. Gambar 8-3(a) menunjukkan 4 jenis pengoperasian elektromagnetis: anak genta/lonceng, bel, engkol, aksi-horizontal, dan aksi-vertikal. Rangkaian magnet terdiri dr baja ringan dgn permiabilitas tinggi dan magnet-sisa yg rendah. Tarikan magnet yg dibangkitkan oleh kumparan harus cukup utk menutup jangkar thd gaya gravitasi dan kontak pegas. Utk mencegah jangkar dr penahanan oleh magnet sisa, celah udara permanen harus diberikan pd rangkaian magnet [Gambar 8-3 (b)]. Ini umumnya dicapai dgn menempatkan “shim” bahan non magnetik antara inti dan kerangka penyangga dibawah kepala-inti atau pd bagian dpn inti.

    

Gambar 8-3 a Jenis – jenis konstruksi

Gambar 8 – 3 Lanjutan

Kumparan kontraktor mempunyai sejumlah lilitan kawat berisolasi utk memberikan belitan-ampere yg diperlukan utk beroperasi diatas kisaran 80 sampai 110% ukuran kerja tegangan ac atau dc. Kumparan kontaktor arus searah mempunyai sejumlah lilitan dan tahanan yg tinggi. Arus yg melewatinya dibatasi dgn tahanan. Arus yg melewati kumparan ac dibatasi dgn rangkaian impedansi dan reaktansi yg mempunyai efek yg lbh besar dibandingkan dgn tahanan. Akibatnya, tahanan kumparan kontaktor ac adalah rendah dan jumlah lilitan lilitan relatif sedikit. Pd magnet dc, arus pd kumparan sama baik pd waktu kontaktor membuka/menutup. Pd magnet ac, arus pd kumparan sgt ditentukan oleh reaktansi rangkaian, yg lbh rendah apabila kontaktor membuka krn adanya celah udara pd rangkaian magnet. Oleh krn itu, ada arus kejutan yg tinggi pd kumparan ketika kontaktor pertama kali dihubungkan dgn lin suplai. Arus kejutan tsb bisa 5 sampaqi 20 kali arus yg mengalir melalui kumparan ketika kontaktor sudah tertutup. Kenyataan tsb hrs diperhatikan ketika kontaktor ac dan relai digunakan. Lbh dr itu hrs diperhatikan bahwa alat pilot yg menangani arus kumparan hrs cukup kapasitasnya utk melewatkan arus kejutan listrik. Tarikan electromagnet yg mengoperasikan pd arus bolak-balik adalah getaran dan sama dgn nol dan 2 kali selama setiap siklus. Akibatnya, jangkar kumparan kontaktor ac mempunyai kecenderungan turun atau bergetar. Ini mengakibatkan kontaktor berbunyi dan merusak bagian yg bergerak (menggigil). Bunyi dan kerusakan tersebut dpt dikurangi dgn menggunakan kumparan bayangan, seperti diperlihatkan pd Gambar 8-4. Kumparan bayangan adalah lilitan tunggal bahan pengantar (biasanya tembaga/alumunium yg dipasangkan pd muka rakitan magnet. Ini membentuk penarikan magnet pembantu yg berbeda fase dgn medan utama, dan cukup kuat utk menahan jangkar lekat dgn pinggir meskipun medan magnet utama mencapai nol pd gelombang sinus. Dgn desain kumparan bayangan yg bagus, kontaktor ac dpt dibuat utk beroperasi dgn sgt tenang. Kumparan bayangan yg rusak akan memunculkan suara yg tdk enak. Kondisi seperti itu hrs segera dipulihkan krn kontaktor akan mengalami pemanasan lbh dan akan cpt rusak.

Gambar 8 – 4

Perangkat inti dan jangkar kontaktor ac dibuat dr baja berlapis-lapis, sedangkan perangkat dc adalah pejal krn tdk adanya arus eddy pd arus dc yg rata. Perangkat kontaktor ac dpt mendengung secara berlebihan krn pelurusan yg tdk tepat, adanya barang asing antara permukaan kontak, atau hilangannya lapisan-lapisan. Kumparan ac menghasilkan GGL lawan (cemf) yg membatasi arus yg mengalir pd kumparan ketika kontaktor diberi tenaga. Besarnya GGL lawan tergantung pd ketepatan pelurusan (penjajaran) jangkar dan potongan tutup-inti dan yg mengakibatkan rangkaian magnet. Pelurusan yg tdk tepat/ penghambatan kemampuan jangkar utk bergerak, mengurangi GGL lawan dan menyebabkan peningkatan arus yg mengalir pd kumparan. Tergantung pd besarnya arus yg meningkat, kumparan dpt hanya terpanaskan/ dpt terbakar jika arus bertambah cukup besar atau bertahan utk waktu yg cukup lama. Kontak utama bertindak sbg saklar, membuka dan menutup rangkaian thd beban. Umumnya kontaktor disuplai pd 1, 2, 3 atau  4 susunan kutub. Kontak utama hrs mengalirkan arus kerjanya tanpa mengalami panas lebih, membuat arus tanpa pantulan/meleleh dan mengganggu arus tanpa bunga api yg tak semestinya. 1 kontak pembantu normally open (NO) umumnya diberikan sbg standar pd sebagian kontaktor (Gambar 8-5). Tambahan kontak pembantu NO dan NC dpt diperoleh sbg pilihan. Kontak pembantu mempunyai arus kerja yg jauh lbh rendah dan digunakan spt relai utk rangkaian interlocking/bolding. Gambar 8-6 menunjukkan rangkaian skema utk rangkaian pemanas 3 fase yg dikontrol dgnkontraktor magnet.  

Gambar 8 – 5 kontak utama dan pembantu

Gambar 8 – 6 Rangkaian Pemanas yang dikontrol dengan kontaktor magnet

Kontak daya utama CR-1, CR-2, dan CR-3 menutup utk member tenaga yg memanaskan elemen pd tegangan 1in. Kontak pembantu CR-4 menutup utk menyegel pd kumparan CR kpn saja tombol tekan panas ON ditekan sebentar. Biasanya kontak dibuat dr tembaga dan/ perak. Kontak perak adalah logam yg tdk solid. Kontak-kontak tsb adalah perak yg dilapisi utk memperkecil tahanan kontak. Kontak dikenai listrik yg membakar dan memakai. Kontak tembaga selama dlm operasi yg normal hrs dipertahankan relative bersih krn aksi gosokan ketika kontak membuka dan menutup. Aksi pembersihan sendiri menghilangkan debu dan pelapisan lingkungan dr kontak setiap waktu kontak membuka/menutup. Kontak tembaga yg jarang membuka/menutup akan kehilangan warna. Kehilangan warna membuat penghantar tdk bagus dan dpt menyebabkan pemanasan yg tdk perlu jika tdk dihilangkan. Pd kontak yg lbh besar, perak diselipkan diberi kuningan/dilas pd kontak tembaga (pd bagian tumit), shg perak mengalirkan arus dan tembaga membawa gangguan bunga api. Sebagian besar pabrik menganjurkan agar kontak perak tdk pernah diisikan. Kontak perak tdk perlu dibersihkan krn penghilangan warna hitam yg tampak adalah oksida perak, yg  merupakan konduktor listrik yg relative bagus.

  1.3 PENAHANAN BUNGA API Apabila digunakan kontaktor dgn arus penghubungan yg besar, maka diperlukan bbrp jenis penahan bunga api utk mempertahankan kontak dr alat agar tdk terbakar. Jika tahanan beban terganggu (yaitu bagian kontak), maka arus tinggi akan mengalir, dan tegangan sgt rendah antara bunga api cukup utk menopang [Gambar 8-7 (a)]. Krn jarak antara kontak meningkat, tahanan bunga api meningkat, arus menurun, dan tegangan yg perlu utk memper-tahankan bunga api antara kontak meningkat [Gambar 8-7 (b)]. Akhirnya jarak dicapai pada tegangan lin-penuh antara kontak tidak cukup untuk mempertahan-kan bunga api [Gambar 8-7 (c)]. Arus turun sampai nol dan bunga api padam

Gambar 8-7 Penyimpangan  bunga api antara

kontak   Pada arus beban-penuh yang mengalir melalui tahanan yang meningkat, kenaikan suhu yang besar akan terjadi pada permukaan kontak. Kenaikan suhu ini sering cukup tinggi untuk menyebabkan permukaan kontak menjadi  meleleh dan mengisi ion dari logam yang menguap pada celah antar kontak-kontak. Karena uap ion yang panas seccara listrik menghantarkan, mengakibatkan arus terus mengalir pada pembentukan bunga api. Bunga api dapat menimbulkan panas tambahan yang apabila diterukan dapat merusak permukaan kontak. Setiap bunga api dapat dipadamkan dengan pemanjangan yang cukup, tetapi untuk menghentikan arus 200 A pada 230 V pada rangkaian motor, dibutuhkan jarak antara kontak harus sekitar 5 in. Pada kontaktor dengan ukuran yang lebih besar, di atas 400 A, digunakan kontak busur api terpisah. Kontak ini dibuat dari bahan yang lebih tahan lama dibandingkan bahan kontak utama. Jadi, kontak busur api terpisah melindungi kontak utama sehingga bertahan lebih lama. Busur harus tidak dimatikan terlalu cepat sebab dapat menimbulkan pukulan kembali kerenalaju perubahan yang tinggi dan tegangan tinggi sesuai perbandingan. Aksi yang benar adalah letusan yang bersih dan tajam tidak menimbulkan suara yang mendesis. Bunga api adalah arus-searah sangat lebih sulit untuk dipadamkan dibanding bunga api ac. Suplai dc menyebabkan arus mengalir secara konstan dengan stabilitas tinggi antara celah yang jauh lebih lebar dibandingkan dengan pada suplai ac untuk tegangan yang sama. Bunga api ac cenderung memadamkan-sendiri ketika seperangkat kontak terbuka. Sebaliknya, pada suplai dc dengan tegangan konstan, tegangan suplai ac gelombang sinus mengubah magnitude dan polaritas yang mengalir pada nol-dua dalam satu siklus. Akibatnya bunga api akan mempunyai durasi, maksimum tidak lebih dari setengah siklus. Juga selama setiap setengah-siklus, arus bunga api maksimum yang dicapai hanya satu pada setengah siklus. Untuk menghalangi bunga api yang lama pada rangkaian dc, mekanisme penghubung kontraktor dikonstruksi sehingga kontak akan memisah dengan cepat dan dengan celah udara yang cukup untuk memadamkan bunga api secepatnya pada waktu membuka. Juga perlu pada penutupan kontak dc untuk memindahkan kontak bersama-sama secepatnya untuk menghindari beberapa masalah yang dihadapi pada waktu membukanya. Akibatnya, kontaktor dc cenderung bereaksi lebih cepat dan agak lebih besar dibandingkan kontaktor ac untuk mengijinkan adanya celah udara tambahan Bunga api juga dapat terjadi pada kontaktor ketika kontaktor menutup. Satu jalan ini dapat terjadi jika kontak datang cukup dekat bersama dengan tegangan patah yang terjadi, dan bunga api dapat menyebrang pada ruangan terbuka antara kontak. Cara lain yang dapat terjadi adalah jika sisi kasar dari satu kontak menyentuh sisi pertama yang lain dan meleleh, maka menyebabkan lintasan terionisasi sehingga mengijinkan arus mengalir. Pada kasus lain, bunga api ber-akhir sampai permukaan kontak tertutup penuh. Peluncur bunga api listrik digunakan pada tiap perangkat kontak untuk membantu membatasi, membagi dan memadamkan bunga api listrik serta gas-gas yang terjadi olehnya (Gambar 8-8). Komposisinya terbuat dari keramik atau asbes supaya tahan terhadap suhu tinggi, dan dirancang untuk :

• Membatasi bunga api listrik untuk mencegah agar tidak merembet kebagian lain kontaktor.
• Mendinginkan bunga api listrik untuk mengurangi ionisasi dan memadam-kan bunga api listrik lebih cepat.

Peluncur bunga api listrik sering berisi kumparan dengan kawat tembaga yang besar yang disebut kumparan penghembus, yang dipasangkan di atas kontak dipasang seri dengan beban untuk menekan bunga api listrik yang lebih halus. Kumparan magnet penghembus tersebut membantu memadamkan bunga api listrik pada pembukaan kontak yang mendapat beban ac atau dc (Gambar 8-9). Kumparan penghembus mempunyai medan magnet yang memecahkan bunga api dengan cara yang sama seperti Anda memadamkan korek api.

Gambar 8 -9

Kumparan pemadam dihubungkan seri dengan kontak sehingga arus beban mengalir pada kumparan selama kontaktor tertutup atau selama ada bunga api listrik antara kontak. Arus menimbulkan medan magnet melalui inti dan batang  kutub dari struktur penghembus, dan antara ujung-ujung medan magnet dari konduk-tor. Apabila bunga api terbentuk, bunga api membentuk bunga api di sekitarnya. Dua medan magnet tolak-menolak satu sama lain dan bunga api mendapat gaya keatas dan meninggalkan kontak. Bunga api semakin lama semakin panjang sampai berhenti dan padam. Aksi pemadaman berjalan sangat cepat. Ini tidak hanya mempercepat kerja kontaktor tetapi juga sangat mengurangi pemakaian dan pembakaran kontak. Oleh karena itu desain penghembus yang baik merupakan faktor yang penting dalam menentukan umur pemakaian kontak. Kontak harus senantiasa bersih dan dicek secara periodik selama pemakaian. Dianjurkan untuk mengganti kontak apabila sudah dipakai 50%. Jika kontak rusak atau terbakar, pada titik yang perlu diganti harus diganti sepasang untuk menjamin bahwa kelengkapan dan ketepatan permukaan kontak selalu terjaga. Sebagai bagian program pencegahan dan pemeliharaan, kontaktor yang besar harus dicek secara periodik selama pemakaian kotak, membersihkan kontak, memasang terminal shunt, gerakan bebas dari jangkar , struktur penghembus, struktur kumparan, tegangan pegas, kontak yang benar dan celah udara yang benar. 1.4 UKURAN DAN BATAS KERJA KONTAKTORKontaktor magnet dirancang kemampuan kerjanya oleh NEMA menurut kemampuan kontaktor untuk mengalirkan arus kerja selama 8 jam tanpa mengalami panas lebih sesuai dengan ukuran dan jenis beban yang dikontrol. Tabel 8-1 dan 8-2 menunjukan beberapa tanda ukuran – 00, 1, 2, 9, dan sebagainya – untuk kegunaan umum kontaktor ac dan dc menetapkan arus beban yang dialirkan oleh masing masing kontak. Klasifikasi angka ukuran NEMA naik, demikian juga kapasitas arus dan ukuran fisik kontaktor. Kontak yang lebih besar dibutuhkan untuk mengalirkan dan membuka arus yang lebih tinggi, dan dibutuhkan mekanisme yang lebih berat untuk membuka dan menutup kontak.

Tabel 1

Tabel 2

Kontaktor magnet juga dirancang batas kerjanya untuk jenis beban yang dipakai atau aplikasi yang sesungguhnya. Kategori pemakaian beban meliputi:

• Beban non linear seperti lampu tungsen untuk penerangan (rasio tahanan panas – ke – dingin tinggi – biasanya 10:1 atau lebih tinggi; arus dan tegangan sefase).
• Beban resistif misalnya pemanasan elemen untuk tungku dan oven (tahanan konstan; arus dan tegangan sefase).
• Beban induktif misalnya motor dan transformator industri; tahanan awal rendah sampai transformator menjadi dimagnetkan atau motor mencapai kecepatan penuh; arus ketinggalan di belakang tegangan.
• Beban kapasitif misalnya kapasitor industri untuk perbaikan faktor-daya (tahanan awal rendah, unit kapasitor mengisi arus ketinggalan terhadap tegangan).

Kontaktor magnetis tertutup dibungkus dalam kemasan yang diyahkan berdasarkan lingkungan dimana kontaktor harus bekerja untuk memberikan perlindungan mekanis dan listrik. Kode listrik memberikan perintah jenis tutup yang digunakan. Semakin keras lingkungan, tutup yang kokoh semakin diperlukan. Faktor lingkungan keras yang dipertimbangkan meliputi:

• Terbuka terhadap kemungkinan mendapatkan kerusakan akibat uap atau asap.

Operasi pada tempat-tempat yang kotor.

• Terbuka terhadap kemungkinan mendapatkan debu yang berleihan.
• Dikenai getaran, kejutan dan benturan.
• Mendapat suhu udara lingkungan yang tinggi.

Ada dua tipe utama tutup: tutup untuk lokasi yang tidak berbahaya dan tutup untuk lokasi yang berbahaya. Tutup untuk lokasi yang tidak berbahaya selanjutnya dibagi menjadi kategori-kategori berikut:

• Kepentingan umum (lebh murah)
• Kedap air
• Kedap minyak
• Kedap debu

Kemasan kontaktor yang dipakai untuk tempat-tempat yang berbahaya sangat mahal, tetapi penting untuk beberapa pemakaian. Tutup atau kemasan yang dipakai pada lokasi berbahaya, yang tahan ledakan melibatkan bahan yang ditempa atau dicor dengan segel khusus dengan toleransi yang tepat dan presisi. Kemasan yang tahan ledakan dirancang supaya ledakan di dalam tidak akan merusak kemasan. Jika ledakan internal menghembus dan membuka kemasan, terjadi bahaya ledakan daerah umum dan api. Kemasan untuk lokasi yang berbahaya diklasifikasikan menjadi dua kategori:

• Uap gas (asetelin, hidrogen, bensin dan sebagainya).
• Debu yang mudah terbakar (debu logam, debu arang, debu butir dan sebagainya).

Untuk semua industri listrik dan elektronis, kemasan harus mengikuti standar yang diterbitkan oleh NEMA untuk memenuhi kebutukan kondisi lokasi. Meskipun kemasan dirancang untuk memberi perlindungan pada berbagai situasi, pengawatan internal dan konstruksi fisik dari alat tetap sama.

  1.5 PENGASUT-MOTOR MAGNETIS

Kegunaan utama motor magnet adalah untuk penghubungan daya pada elemen tahanan pemanas, penerangan, pengerem magnet atau solenoid industri berat. Kontaktor dapat juga digunakan untuk saklar motor jika diberikan pelindung beban yang terpisah. Pengasut magnetis adalah kontaktor dengan relai beban lebih yang digabung baik secara fisik maupun listrik.   Pengasut motor magnetis sama dengan kontaktor baik dalam desain maupun cara kerja. Keduanya mempunyai satu keistimewaan penting secara umum. Kontak bekerja apabila kumparan diberi energi. Perbedaan penting adalahpenggunaan relai beban lebih pada pengasut motor. Pada bentuk yang paling sederhana dan banyak digunakan, pengasut-motor magnetis terdiri dari tiga atau empat-kutub kontaktor magnet dan sebuah relai beban lebih. Alat tersbut dipasang pada tempat tertutup yang sesuai, yang merupakan konstruksi lembaran-logam yang umum digunakan; kedap debu, kedap air atau tahan ledakan; atau apapun yang diperlukan oleh kondisi instalasi. Tombol-tekan START dan STOP dipasang pada tutup kotak. Tombol tekan START – STOP yang dipasangkan secara terpisah digunakan, kalau pada kotak hanya dipasangkan tombol reset pada tutup. Pengasut juga merupakan bentuk kerangka yang menjadi satu, tanpa kemasan, untuk pemasangan pada pusat pengendali motor atau kontrol panel pada mesin. Rangkaian pengendali pengasut-motor magnetis adalah sangat sederhana. Rangkaian ini hanya melibatkan pemberian energi kumparan pengasut apabila tombol start ditekan, dan penghilangan energi kumparan tersebut apabila tombol stop ditekan atau apabila relai beban-lebih membuka. Relai beban-lebih yang tergabung pada pengasut motor membedakan pengasut motor dengan kontaktor. Penggunaan kontaktor dibatasi pada beban penerangan, tungku listrik, dan beban resistif tertentu yang lain yang nilai arusnya sudah direncanakan. Motor mendapat arus asut dan periode beban, tanpa beban yang tinggi, beban lebih jangka pendek, dan sebagainya. Motor harus mempunyai alat pelindung dengan fleksibilitas yang diperlukan oleh motor dan alat yang digerakkan. Tujuan perlindungan beban lebih adalah untuk melindungi lilitan motor dari panas yang berlebihan akibat pembebanan lebih motor. Lilitan motor tidak akan rusak apabila dibebani lebih untuk periode waktu yang singkat. Meskipun demikian, jika beban lebih harus berlangung lama, kenaikan arus yang ditopang akan menyebabkan relai beban lebih bekerja mematikan motor. Alat pelindung beban lebih eksternal yang dipasang pada pengasut mencoba mencoba menirukan pemanasan dan pendinginan motor dengan merasakan arus yang mengalir. Tujuannya adalah untuk melindungi motor dari pemanasan lebih. Arus yang ditarik oleh motor adalah ukuran yang agak akurat dari beban motor dan sehingga merupakan bakarannya. Empat bentuk umum adalah relai beban-lebih magnetis, relai beban lebih-panas, relai beban-lebih elektronis, dan sekering.         

    Relai beban-lebih magnetis. Bekerja berdasarkan aksi magnetis dari arus beban yang mengalir pada kumparan. Apabila arus beban menjadi terlalu tinggi, plunger ditarik pada kumparan, menghentikan rangkaian. Penghentian arus diatur dengan pengubahan posisi awal dari plunger terhadap kumparan. Relai beban-lebih panas menggunakan pemanas yang dihubungkan seri dengan suplai motor. Besarnya panas yang dihasilkan meningkat bersama-sama dengan arus suplai. Jika beban lebih terjadi, panas yang dihasilkan menyebabkan seperangkat kontak membuka, memutuskan rangkaian. Pemutusan arus diubah dengan pemasangan pemanas yang berbeda untuk titik pemutusan yang dikehendaki. Jenis perlindungan tersebut sangat efektif sebab pemanas hampir mendekati pemanasan yang sesungguhnya di dalam lilitan motor dan mempunyai memori panas untuk mencegah reset seketika dan pengasutan kembali. Ada dua jenis umum: jenis bimetal, yang menggunakan pita bimetal dan jenis campuran yang meleleh yang menggunakan prinsip pemanasan solder pada titik lelehnya. Pada relai beban lebih thermal, arus yang sama yang masuk pada kumparan motor (menyebabkan motor menjadi panas) juga melalui elemen-panas dari relai beban-lebih. Elemen Thermal hubungkan secara mekanis pada kontak beban-lebih NC. Apabila arus-lebih mengalir pada elemen untuk periode waktu yang cukup lama, kontak membuka. Kontak itu dihubungkan seri dengan kumparan pengontrol starter. Apabila kontak membuka, kumparan starter dihilangkan energinya. Pada gilirannya, daya utama starter membuat saklar membuka sehingga memutuskan motor dari lin. Beberapa relai beban-lebih mempunyai penunjuk pemutusan yang tergabung pada unit untuk menunjukan bahwa overload telah terjadi pada alat itu. Setelah relai terbuka atau terputus, penyebab beban lebih harus diinvestigasi. Masalah harus diselesaikan sebelum tombol reset ditekan untuk membuat starter kembali bekerja.   Pemilihan ukuran pemanas yang tepat ketika memasang pengasut-motor magnetis adalah yang paling penting. Semua pabrik starter memberikan daftar ukuran pemanas beban-lebih untuk aplikasi pengasut tertentu. Daftar tersebut menunjukan rentang arus motor yang haus digunakan, dengan kemungkinan oenambahan 3 sampai 15% dari arus beban-lebih. Makin sedikit penambahan, semakin pemilihan dapat menjadi cocok dengan motor pada kerja yang sebenarnya. Arus beban-lebih, suhu yang mengoperasikan, faktor pelayanan, dan suhu sekitar, menentukan apakah ukuran unit pemanas yang dipilih akan dapat melindungi motor dari kondisi beban-lebih. Kondisi beban-lebih “tidak” mencakup kondisi hubung-singkat; ini dipertimbangkan menjadi kondisi arus-lebih untuk periode waktu yang lama untuk merusakan motor. Unit pemanas dipilih dari tabel pabrik pembuat dengan mencocokkan arus beban-penuh dengan nomor unit pemanas. Pemilihan dilakukan dengan beberapa anggapan. Pertama, motor bekerja pada kenaikan suhu maksimum yang diijinkan sebesar 40°C dan faktor pelayanan 1,15. Sering kali unit pengasutan tidak diletakkan dekat dengan motor. Jika itu masalahnya dan suhu pada pengasut lebih tinggi dibandingkan dengan motor, maka dipilih ukuran “ranting” yang lebih tinggi; apabila suhu lebih rendah, maka digunakan ukuran “ranting” yang lebih rendah.            Relai beban-lebih elektronis menggunakan transformator arus dan rangkaian elektronis. Transformator merasakan arus yang mengalir pada motor kemudian memutuskan rangkaian apabila arus mencapai beban-penuh. Jika kondisi beban-lebih terjadi, rangkaian “sensing” memutuskan rangkaian daya. Pemutusan arus dapat diatur dengan mudah pada aplikasi tertentu yang cocok. Beban-lebih elektronis sering melakukan fungsi perlindungan tambahan seperti kesalahan-pentanahan dan perlindungan hilangnya fase Beberapa keuntungan relai beban-labih elektronis solid-state dibandingkan dengan jenis relai beban-lebih termal adalah sebagai berikut:

• Tanpa pembelian, penyediaan, pemasangan atau penggantian kumparan pemanas.
• Pengurangan panas yang dihasilkan oleh pengasut.
• Penghematan energi (sampai dengan 24 W tiap pengasut) melalui eliminasi kumparan pemanas.
• Tidak dapat merasakan perubahan suhu lingkungan sekitar.
• Ketepatan pemutusan ulang yang tinggi (± 2%)
• Dengan mudah dapat diatur pada rentang arus motor beban-lebih yang luas.

Elemen dobel atau sekering tunda waktu juga dapat digunakan untuk memberikan perlindungan beban lebih. Tetapi elemen itu mempunyai kelemahan yaitu tidak dapat diperbaharui lagi dan harus diganti setiap kali beroperasi. Seperti kontaktor daya, pengasut-motor magnetis ada dalam beberapa ukuran dan jenis kemasan untuk memenuhi berbagai permintaan. The International Electro-technical Commission (IEC) adalah cara Eropa yang digunakan untuk ukuran kerja peralatan listrik yang digunakan di Eropa. The National Electrical Manu-facturers Associatioan (NEMA) adalah dasar yang digunakan pada ukuran kerja peralatan listrik di Amerika Utara. Baik IEC maupun NEMA memberikan ukuran kerja kontaktor dan pengasut motor. Kedua sistem ukuran kerja tersebut dapat digunakan untuk memilih alat pengendali motor untuk performa maksimum dan produktivitas yang tinggi, tetapi yang penting pemakai mengerti perbedaan antara standar IEC dan NEMA untuk mencapai hasil yang dikehendaki. Kontaktor dan pengasut motor dirancang dengan standar NEMA diberi ukuran kerja dalam “horse power” dan diberi tanda angka NEMA. Angka ukuran dapat dipilih dengan menerapkan horse power, tegangan, frekuensi dan fase yang tepat pada gambar yang mudah digunakan.               Daripada mendefinisikan ukuran kerja tertentu dan ukuran alat kontrol, IEC bekerja dengan filosofi bahwa performa adalah bagian integral dari prosedur pemilihan. Pemakai pertama kali harus mengidentifikasi kategori penggunaan aplikasi spesifik kemudian memilih produk yang mampu menangani beban yang dimaksudkan pada kategori penggunaan. Kontaktor dan pengasut motor IEC lebih kecil dalam ukuran kerja horse power dibandingkan ukuran kerja horse power NEMA. Juga alat IEC dibuat dengan bahan yang diperlukan untuk aplikasi rata-rata. Meskipun demikian, alat NEMA dibuat untuk level performa yang lebih tinggi dan umur pemakaian listrik biasanya 2,5 sampai 4 kali lebih tinggi untuk alat IEC yang ekivalen.   Alat IEC juga lebih mahal tetapi alat-alat tersebut lebih peka dalam pemakaian, karena itu pengetahuan yang lebih tinggi dan kehati-hatian diperlukan selama proses pemilihan. Alat IEC pada umumnya digunakan pada peralatan orisinil dari mesin pembuat, dimana spesifikasi mesin diketahui dan tidak akan berubah. Alat NEMA umumnya digunakan dimana permintaan dan spesifikasi harus berubah-ubah.

1.6 KONTRAKTOR SOLID-STATE

Penghubungan solid-state berarti pemutusan daya dengan cara elektronis non mekanis. Kontraktor solid-state adalah alat penghubungan-daya yang dirancang untuk mengganti kontraktor magnet untuk aplikasi yang melibatkan beban resistif maupun induktif. Kontaktor tiga-fase solid-state, misalnya kontaktor daya solid-state cocok untuk aplikasi dengan siklus tinggikarena tidak adanya celah udara yang menghasilkan busur api. Ukuran berkisar dari 10 sampai dengan 600 A, dengan input tegangan dari 240 sampai dengan 550 Vac. Kontaktor solid-state sekarang mengganti kontaktor elektromekanis tiga-kutub pada tungku dan oven industri, pertambangan dan penanganan bahan, serta aplikasi industry pemanas yang lain. Penyearah silicon terkontrol (Silicon-controlled rectifiers = SCR) dapat mengontrol rangkaian listrik dari 1 kW sampai 1000 kW untuk sebagian besar pemanas tahanan,motor, dan beban industry yang lain. Seperti sebagian besar alat semikonduktor daya-tinggi umumnya, alat ini terdiri dari piringan silikon yang ditangani secara khusus, dikemas dalam rumah plastic atau rumah keramik, dengan ujung-ujung daya logam yang disusun untuk hubungan anoda dan katoda dan kawat yang lebih kecil untuk hubungan gerbang. SCR seperti kontak, baik pada status ON (kontak tertutup) atau status OFF (kontak terbuka). SCR adalah analog dengan rangkaian “relai kancing”-satu kali SCR diberi trigger. SCR akan ON sampai arus SCR turun mencapai nol. Apabila arus yang melalui SCR berhenti , “saklar SCR” akan membuka dan tetap membuka sampai diberi trigger lagi. Rangkaian SCR yang dioperasikan dc yang mengijinkan arus dihubungkan dengan beban oleh penutupan sebentar dari saklar S1 dan dilepaskan dari beban dengan penutupan sebentar dari saklar S2. Pada rangkaian yang dioperasikan ac misalnya SCR mati secara otomatis sebab arus kembali pada nol dua kali tiap siklus. Berbeda dengan kontraktor magnet, kontraktor elektronis sama sekali diam dan kontaknya tidak pernah rusak. Beban induktif dan transien tegangan, keduanya terlihat sebagai daerah masalah pada pengendali ac solid-state. Desain yang tepat dari pengendali ac solid-state mencakup tahanan dan kapasitor yang dihubungkan seri dan parallel dengan tiap kutub daya. Jaringan “RC” atau “pemotong” menyimpankan arus pengisian dari SCR dan mencegah penghidupan yang tidak dikehendaki. Semua semi-konduktor silikon, ketika dalam status ON, masih mempunyai penurunan tegangan yang kecil antara sambungan sebesar satu sampai dengan dua volt. Resultante panas 1 sampai 2 watt per ampere yang dihantarkan pada alat harus dihilangkan ke lingkungan sekitar. Rancangan penyerap panas yang tepat mencapai hal tersebt dengan transfer panas konduksi atau konveksi untuk mempertahankan silikon di bawah level suhu maksimum. Penghubungan yang kasar dari SCR dari status bloking ke status menghantarkan, khususnya pada level arus lebih tinggi, kadang-kadang dapat menyebabkan transien yang tidak disenangi pada lin daya dan menimbulkan gangguan frekuensi radio(radio frequency interference =RFI). Pengendali yang dinyalakan nol menunjuk pada penghidupan SCR pada tegangan nol selama siklus penuh, yang menerapkan daya penuh atau daya nol dengan proporsi dari siklus penuh atau penetapan daya yang dihasilkan pada beban. Hal ini kadang-kadang disebut mode siklus terpadu atau “burst firing”. Akibatknya adalah eliminasi gangguan lin daya dan RFI. Karena SCR melewatkan arus hanya satu arah saja, maka diperlukan dua SCR perlu untuk menghubungkan daya ac. Dua SCR dihubungkan parallel-terbalik (punggung-ke-punggung), sehingga arus dapat mengalir pada kedua arah. Setengah dari arus itu dialirkan oleh tiap SCR dan arus ac berbentuk sinus mengalir pada beban resistif R ketika gerbang G1 dan G2 dinyalakan berturut-turut pada 0o dan 180o. Dengan pengubahan interval waktu pulsa trigger, tegangan output diubah dengan memblokir bagian input sehingga tegangan yang diberikan pada beban hanya selama bagian dari masing-masing setengah siklus.

1.7 KESIMPULAN

1. Kontaktor magnetis adalah alat  yang digerakkan secara magnetis untuk penghubungan atau penghubungan rangkaian daya listrik berulang – ulang.
2. Bagian – bagian utama dari kontaktor magnetis  adalah elektromagnet dan kontak
3. Kumparan  kontakttor arus searah mempunyai tahanan ohm tinggi, arus hanya dibatasi  dengan tahanan saja
4. Kumparan kontaktor arus bolak – balik mempunyai tahanan ohm rendah, arus dibatasi terutama oleh reaktansi kumparan
5. Kumparan bayangan yang digunakan pada kumparan kontaktor ac mencegah bergetarnya rakitan atau perangkat  jangkar
6. Penyearah  silikon – terkontrol (SCR) adalah semikonduktor penghubungan daya tinggi yang umum
7. Dua SCR yang dihubungkan secara paralel terbalik adalah perlu untuk daya ac
8. Pengendali yang disulut nol menunjuk pada penghubungan ON dari SCR pada tegangan nol dari bentuk gelombang ac yang dipakai
9. Kontaktor magnet yang diberi ukuran kerja  dengan standar NEMA dengan kapasitasnya untuk mengalirkan arus kerja selama 8 jam tanpa mengalami panas lebih
10. Klasifikasi angka ukuran kontaktor NEMA naik, demikian  juga kapasitas arus dan ukuran fisik dari kontaktor
11. Pengasut motor yang dirancang dengan standar  NEMA diberi ukuran kerja dengan horse power dan diberi tanda angka NEMA
12. Pada pengasut motor yang dirancang dengan standar IEC, performa adalah bagian integral dari prosedur pemilihan
13. Kontaktor dan pengasut motor IEC lebih kecil per horse power ukuran kerja dibandingkan dengan yang dirancang dengan standar NEMA