Studi Pemakaian Kapasitor Untuk Menjalankan Motor Induksi Tiga Fasa Pada Sistem Satu Fasa (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

TUGAS AKHIR
STUDI PEMAKAIAN KAPASITOR UNTUK MENJALANKAN MOTOR
INDUKSI TIGA FASA PADA SISTEM SATU FASA
(Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam
menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

oleh

RUMONDA SITEPU
NIM: 070402069

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2011

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Pengoperasian motor induksi tiga fasa pada sistem tenaga listrik satu fasa
sangat dibutuhkan pada daerah pertanian, industri kecil dan daerah tertentu yang
hanya

mempunyai

sistem

tenaga

listrik satu

fasa,

sedangkan

mereka

membutuhkan motor penggerak dengan daya yang besar (motor induksi tiga fasa)
yang secara normal harus dioperasikan pada sistem tenaga listrik tiga fasa .
Pemakaian motor induksi satu fasa dengan daya yang besar memerlukan
rangkaian kendali yang khusus dengan biaya yang besar.Salah satu cara mengatasi
masalah tersebut adalah mengoperasikan motor induksi tiga fasa pada sistem
tenaga listrik satu fasa dengan menggunakan kapasitor.Namun,banyaknya metode
yang

berkembang

memungkinkan

untuk

meneliti

metode

mana

yang

mengahasilkan kinerja paling baik.Oleh karena itu pelu dilakukan analisa
pengoperasian motor induksi tiga fasa pada sistem satu fasa dengan menggunakan
kapasitor yang bervariasi dengan menggunakan beberapa metode yang ada serta
membandingakan metode yang satu dengan metode yang lainnya.

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Penulis bersyukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala berkat dan
anugerahNya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul :
“STUDI PEMAKAIAN KAPASITOR UNTUK MENJALANKAN MOTOR
INDUKSI TIGA FASA PADA SISTEM SATU FASA”
(Aplikasi pada Lab.Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik USU)

Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib
dipenuhi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada
departemen Teknik Elektro FT USU.
Tugas Akhir ini penulis persembahankan untuk kedua orangtua yang telah
membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak terhingga yaitu Asli Sitepu
dan Sari Muspita Br Sembiring serta nenek penulis Pirma Br Sebayang yang telah
memberikan segala kasih sayang ,perhatian dan segalanya serta kakak penulis
,Asmita Br Sitepu dan adik penulis Benni Sitepu.
Penulis menyadari bahwa tulisan ini tidak akan selsai tanpa adanya bantuan
dan dukungan dari berbagai pihak.
Pada kesempatan ini saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang
tulus dan sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir.Eddy Warman, sebagai Dosen Pembimbing tugas akhir saya
yang sangat besar bantuannya bagi saya dalam menyelasaikan tugas akhir
ini.
2. Bapak Ir.Arman Sani,MT selaku dosen wali penulis yang banyak
memberikan masukan dan pengarahan selama penulis menempuh
perkuliahan

Universitas Sumatera Utara

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro.

4. Bapak Ir.Samsul,MT selaku kepala Laboratorium Konversi Energi Listirk
5. Bapak Ir.Syarawardi, selaku kepala Laboratorium Teknik Tegangan
Tinggi dan juga kepada bapak Ir.Bonggas L Tobing dan Ir.Hendra
Zulkarnaen ,selaku staf pengajar di laboratorium yang bersangkutan. .
6. Bang Roy, sebagai staff administrasi Laboratorium Konversi Energi
Listrik, Bang Iqbal ,Bang Azhari ,Ferry,Fahmi,Fadi ,Samsyarif yang sudah
menyediakan waktu dan pikiranya, dan semua staff asisten di
Laboratorium Konversi Energi Listrik.
7. Terkhusus untuk Bang Herman atas waktunya selama ini yang telah
menolong penulis selama penulisan tugas akhir ini..
8. Buat Teman –Teman Asisiten Laboratorium teknik Tegngan Tinggi
,yaitu;Bang Angga Yoakim,Setia,Angel,Harmoko Eykel dan Wilvian..
9. Buat teman –teman stambuk 2007 , Yoakim, Setia , Mario(Makcoy),
cimet(mahasiswa terbaik), Kaban, Andrew, Janes, Rocky,Benito,
Harapan,Jhon TBS, Om Advent,duo rambo(ramli dan ramces) ,Bule
Irham,Yuyanto,ST,Jony Huang,ST, Denny Tanaya,ST,Leo jahat dan
baik,Hotbe bersaudara ,Ketua Ajir,Rebud,Habibi,Seruhendra,Bincar
,Nobel ,Haogoaro dan lainnya .
10. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah
memberikan kontribusinya kepada penulis ,baik secara langsung maupun
tidak langsung ,jasa kalian akan senantiasa penulis kenag dan sebagai

Universitas Sumatera Utara

acuan untuk menempuh hari-hari ke depan dengan penuh semangat dan
lebih baik lagi .
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna .Oleh
karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi
penyempurnaan Tugas Akhir ini.Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat
bermanfaat bagi para pembaca ,khusunya mahasiswa yang ingin lebih mengetahui
dan mendalami Tugas Akhir Penulis.

Medan, 6 Juli 2011
Penulis

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

ABSTRAK …………………………………………………………………….. i
KATA PENGANTAR ………………………………………………………… ii
DAFTAR ISI …………………………………………………………………... v
DAFTAR GAMBAR

......................................................................................viii

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xi
BAB I

PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1
1.2 Tujuan Penulisan .............................................................................. 3
1.3 Manfaat Penulisan ............................................................................ 3
1.4 Batasan Masalah ............................................................................... 4
1.5 Metode Penulisan ............................................................................. 5
1.6 Sistematika Penulisan ....................................................................... 5

BAB II

MOTOR INDUKSI TIGA FASA
2.1 Umum ............................................................................................. 6
2.2 Konstruski Motor Induksi Tiga Fasa .............................................. 6
2.3 Prinsip Medan Putar ....................................................................... 7
2.4 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa .......................................... 11
2.5 Frekuensi Rotot................................................................................15
2.6 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa ............................... 16

Universitas Sumatera Utara

BAB III KINERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA YANG DISUPLAI
SUMBER SATU FASA
3.1 Parameter Motor Induksi Tiga Fasa................................................17
3.1.1 Percobaan DC...........................................................................17
3.1.2 Percobaan Beban Nol...............................................................20
3.1.3 Percobaan Rotor Tertahan........................................................23

3.2 Menjalankan Motor Induksi Tiga Fasa Pada Sistem Satu Fasa........24
3.2.1 Umum......................................................................................24
3.2.2. Menjalankan Motor Induksi Tiga Fasa Pada Sistem Satu Fasa
Dengan Metode Steinmetz.........................................................27
3.2.2.1. Analisa rangkaian Motor Induksi Tiga Fasa yang
Disuplai satu fasa.......................................................29
3.2.3. Menjalankan Motor Induksi Tiga Fasa Pada Sistem Satu Fasa
Dengan Metode Semihex ........................................................32
3.2.4 Rangkaian Urutan Nol,Positif dan Negatif Motor Induksi.......39

3.3 Aliran Daya dan Efisiensi Pada Motor Induksi Yang Disuplay
Satu Fasa........................................................................................48
3.3.1 Aliran Daya..........................................................................48
3.3.2 Torsi Motor Induksi Tiga Fasa yang Disuplai Satu Fasa...51
3.3.3 Efisiensi..............................................................................52

Universitas Sumatera Utara

BAB IV PERHITUNGAN PARAMETER DAN ANALISA KINERJA
MOTOR INDUKSI TIGA PHASA YANG DISUPLAI
SUMBER SATU PHASA

4.1 Umum

……………………………………………………….. 55

4.2 Peralatan yang Digunakan ……………………………………… 56
4.3 Percobaan Untuk Mendapatkan Parameter – Parameter

Motor

Induksi Tiga Fasa………………….......................................................57
4.3.1 Percobaan Tahanan DC Pada Belitan Stator.............…........57
4.3.1.1 Rangkaian Percobaan……………………………… 58
4.3.1.2 Prosedur Percobaan ……………………………….. 58
4.3.1.3 Data Hasil Percobaan……………………………… 58
4.3.2 Percobaan Hubung Singkat (Blocked Rotor Test).............59
4.3.2.1 Rangkaian Percobaan……………………………… 59
4.3.2.2 Prosedur Percobaan ……………………………….. 60
4.3.2.3 Data Hasil Percobaan……………………………… 60

4.4. Percobaan Beban Nol

……………………………... ........61

4.4.1.1 Rangkaian Percobaan ……………………………... 61
4.4.1.2 Prosedur Percobaan ………………………………. 62
4.4.1.3 Data Hasil Percobaan ……………………………... 62
4.4. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi.........................................63
4.5

Percobaan Pengoperasian Motor Induksi Tiga Phasa yang
Disuplai Sumber Satu Phasa.

Universitas Sumatera Utara

4.5.1 Rangkaian Percobaan

…………………................66

4.5.2 Prosedur Percobaan ……………………………….. 67
4.5.3 Data Hasil Percobaan ……………………………… 67
4.6 Analisis..................................................................................67
4.6.1 Analisa Data dengan menggunakan metode Steinmetz..67
4.6.2 Analisa Data dengan menggunakan metode SemiHex....77

BAB V PENUTUP
V.1 Kesimpulan…………………………………………………..…...95
V.2 Saran ……………………………………………………………. 96

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………… 97

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Pengoperasian motor induksi tiga fasa pada sistem tenaga listrik satu fasa
sangat dibutuhkan pada daerah pertanian, industri kecil dan daerah tertentu yang
hanya

mempunyai

sistem

tenaga

listrik satu

fasa,

sedangkan

mereka

membutuhkan motor penggerak dengan daya yang besar (motor induksi tiga fasa)
yang secara normal harus dioperasikan pada sistem tenaga listrik tiga fasa .
Pemakaian motor induksi satu fasa dengan daya yang besar memerlukan
rangkaian kendali yang khusus dengan biaya yang besar.Salah satu cara mengatasi
masalah tersebut adalah mengoperasikan motor induksi tiga fasa pada sistem
tenaga listrik satu fasa dengan menggunakan kapasitor.Namun,banyaknya metode
yang

berkembang

memungkinkan

untuk

meneliti

metode

mana

yang

mengahasilkan kinerja paling baik.Oleh karena itu pelu dilakukan analisa
pengoperasian motor induksi tiga fasa pada sistem satu fasa dengan menggunakan
kapasitor yang bervariasi dengan menggunakan beberapa metode yang ada serta
membandingakan metode yang satu dengan metode yang lainnya.

Universitas Sumatera Utara

BAB 1
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Motor induksi merupakan jenis motor yang paling banyak digunakan pada
pedesaan.Harganya yang murah menjadikan motor induksi lebih sering dipakai
untuk memudahkan kegiatan pertanian di pedesaan.Seiring bertambahnya
perluasan daerah pertanian mengakibatkan kapasitas motor induksi yang
dibutuhkan .akan semakain besar pula.
Di daerah pedesaan yang kebanyakan menggunakan sistem listrik satu fasa
,motor induksi yang digunakan adalah motor satu fasa yang diguanakan untuk
pertanian maupun industri kecil.Seiring bertambahnya beban ,maka diperluakan
motor induksi satu fasa yang berdaya besar. Pemakaian motor induksi satu fasa
dengan daya yang besar memerlukan rangkaian kendali yang khusus dengan biaya
yang besar sehingga digunakan motor induksi tiga fasa yang dioperasikan pada
sistem satu fasa untuk mendapatkan daya yang besar.
Langkah-langkah pengoperasian motor induksi tiga fasa pada sistem
tenaga listrik satu fasa dengan menggunakan kapasitor telah berkembang dengan
baik. Metode ini digunakan karena mempunyai respon kecepatan yang cepat pada
motor, arus start yang kecil dan perbaikan faktor daya hingga mendekati satu.
Karakteristik motor saat beroperasi tergantung dari letak dan nilai kapasitor jalan
yang digunakan pada motor.
Pengoperasian motor induksi tiga fasa pada sistem satu fasa dapat
dilakukan dengan cara membagi kumparan motor induksi tiga fasa menjadi

Universitas Sumatera Utara

kumparan bantu dan kumparan utama dengan kapasitor yang dipasanng permanen
pada terminal motor induksi.Selanjutnya motor induksi tiga fasa ini akan bekerja
seperti motor induksi dua fasa simetris atau motor kapasitor karena keduanya
mempunyai prinsip kerja yang sama
Seiring berkembangnya zaman maka metode menjalankan mtor induksi
tiga fasa pada sisitem satu fasa terus bertmabah.Diantara dari metode tersebut
dinamakan metode steinmetz dan semihex..Oleh karena itu perlu dilakukan
analisa kinerja pengoperasian motor induksi tiga fasa pada sistem satu fasa
dengan

mengguanakan

kapasitor

dengan

kedua

metode

tersebut

dan

membandingkannya untuk mendapat kinerja yang lebih baik.

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan
Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah
1. Untuk mengetahui kinerja pengoperasian Motor induksi tiga fasa pada
sistem satu fasa dengan menggunakan kapasitor dengan berbagai
penempatan kapasitor dengan menggunakan metode steinmetz dan
semihex
2. Membandingkan kinerja menjalankan motor induksi tiga fasa pada sistem
satu fasa dengan kedua metode dengan kondisi sewaktu operasi tiga fasa.
3. Mengetahui nilai minumum kapasitor yang terpasang agar motor dapat
berputar pada sumber satu fasa.
Manfaat penelitian ini adalah mengetahui kinerja pengoperasian Motor induksi
tiga fasa pada sistem satu fasa dengan menggunakan kapasitror dan memberikan
kesempatan bagi mahasiswa lain untuk mempelajari lebih lanjut.

Universitas Sumatera Utara

1.3 Batasan Masalah
Agar tujuan penulisan tugas akhir ini sesuai dengan yang diharapkan serta
terfokus pada judul dan bidang yang telah disebutkan di atas, maka penulis
membatasi permasalahan yang akan dibahas sebagai berikut :
1. Motor yang digunakan adalah motor induksi tiga fasa jenis rotor
sangkar.
2. Tidak membahas gangguan yang terjadi pada motor induksi tiga fasa.
3. Menjalankan motor induksi dengan menggunakan metode steinmetz
dan metode semihex
4. Tidak membahas mengenai harmonisa pada motor induksi
5. Hanya membahas motor dalam keadaan berbeban
6. Tidak membahas tentang sistem yang memproteksi mesin
7. Tidak membahas cara mencari nilai kapasitor agar tegangan seimbang

I.4 Metode Penulisan
Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan
beberapa metode studi diantaranya :
1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan
dengan topik tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang
dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikelartikel, jurnal, internet dan lain-lain
2. Studi lapangan

yaitu dengan melaksanakan percobaan di

laboratorium Konversi Energi Elektrik FT-USU.

Universitas Sumatera Utara

3. Studi analisa yaitu berupa penganalisaan terhadap data – data yang
diperoleh.
4. Diskusi yaitu berupa konsultasi tentang topik tugas akhir ini
dengan dosen pembimbing, dosen – dosen bidang konversi energi
elektrik, asisten laboratorium konversi energi elektrik dan teman –
teman sesama mahasiswa Departemen Teknik Elektero FT-USU.

I.5 Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut.
BAB I

PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar
belakang masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan
masalah, metode dan sistematika penulisan.

BAB II MOTOR INDUKSI TIGA FASA
Bab ini membahas tentang motor induksi tiga phasa, konstruksi,
jenis motor induksi tiga phasa, medan putar, slip, prinsip kerja
dan frekuensi motor induksi.

BAB 3 KINERJA

MOTOR

INDUKSI

TIGA

FASA

YANG

DISUPLAI SUMBER SATU FASA
Pada bab ini menjelaskan bagaimana persamaan untuk dapat
menghitung parameter – parameter motor induksi tiga fasa, dan
persamaan – persamaan motor induksi tiga fasa menjadi motor
induksi satu fasa..

BAB IV ANALISA

KINERJA

PENGOPERASIAN

MOTOR

INDUKSI TIGA YANG DISUPLAI SATU FASA DENGAN
MENGGUNAKAN KAPASITOR
Bab ini menganalisa kinerja pengoperasian motor induksi tiga

Universitas Sumatera Utara

fasa pada sistem satu fasa dengan menggunakan kapasitor.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini membahas tentang hal-hal yang dianggap penting
didalam tulisan yang dirangkum sebagai kesimpulan dan saran
dari hasil analisa data-data yang telah diperoleh.

Universitas Sumatera Utara

BAB II
MOTOR INDUKSI TIGA FASA

2.1 Umum
Karena kesederhanaanya ,kontruksi yang kuat dan karakteristik kerjanya
yang baik ,motor induksi merupakan motor ac yang paling banyak digunakan
.Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh
dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya
perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic
field) yang dihasilkan arus stator.
Motor ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana, handal, serta berbiaya
murah. Di samping itu motor ini juga memiliki effisiensi yang tinggi saat
berbeban penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang banyak. Akan tetapi
jika, motor induksi masih memiliki kelemahan dalam hal pengaturan kecepatan.
Dimana pada motor induksi pengaturan kecepatan sangat sukar untuk dilakukan.

2.2 Kontruksi Motor Induksi
Motor induksi terdiri dari tiga bagian penusun utama yaitu stator,rotor dan
celah udara.Pada inti stator terbuat dari lapisan –lapisan baja beralur yang
didukung dalam rangka stator yang terbuat dari besi tuang atau plat baja yang
dipabrikasi.Belitan-belitan nya sma seperti generator sinkron ,diletakkan dalam
alur 1200 yang tersambung wye maupun delta.
Pada bagian rotor motor induksi rotor sangkar ,kontruksi inti berlapis
dengan konduktor dipasangkan paralel atau kira-kira pararel dengan poros dan
mengelilingi permukaan inti.Konduktornya tidak terisolasi dari inti ,karena arus

Universitas Sumatera Utara

rotor secara alami akan mengalir melalui tahanan yang paling kecil yaitu
konduktor rotor.pada setiap ujung rotor ,konduktor rotor semuanya
dihubungsingkatkan dengan cincin ujung .Konduktor rotor dan cincin ujung
serupa dengan sangkar tupi sehingga dinamakan demikian,
Batang rotor dan cincin ujung rotor motor induksi rotor sangkar yang lebih
kecil adalah coran tembaga dan alumunium dalam satu lempeng pada inti
rotor.Dalam motor yang lebih besar ,batang rotortidak dicor melainkan
dibenamkan ke dalam alur rotor dan kemudian dilas dengan kuat ke cincin
ujung.batang rotor tidak selalu ditempatkan paralel terhadap poros motor tetapi
kerap kali dimiringkan .Hal ini menghasilkan torsi yang lebih seragam dan juga
mengurangi derau dengung magnetik sewaktu motor berjalan.
Motor rotor belitan berbeda dengan sangkar tupai dalam hal kontruksi
rotornya.Seperti namanya ,rotor dililit dengan lilitan terisolasi serupa lilitan
stator.Lilitan fasa rotor dihubungkan secara wye dan masing-masing fasa ujung
terbuka dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang pada poros rotor .lilitan rotor
tidak dihubungkan ke pencatu .Cincin slip dan sikat semat-mata merupakan
penghubung tahanan kendali variabel luar ke dalam rangkain rotor..

2.3

Prinsip Medan Putar
Ketika kita menghubungkan sumber tiga fasa ke terminal tiga fasa motor

induksi, maka arus bolak-balik sinusoidal IR, IS, IT akan mengalir pada belitan
stator. Arus-arus tersebut akan menimbulkan ggm (gaya gerak magnet) yang
mana, pada kumparan, akan menimbulkan fluks magnetik yang berputar sehingga
disebut juga dengan medan putar. Medan magnet yang demikian kutub-kutubnya

Universitas Sumatera Utara

tidak diam pada posisi tertentu, tetapi meneruskan pergeseran posisinya disekitar
stator.
Untuk melihat bagaimana medan putar dibangkitkan, maka dapat diambil
contoh pada motor induksi tiga fasa dengan jumlah kutub dua. Fluks yang
dihasilkan oleh arus-arus bolak-balik pada belitan stator adalah :
ΦR

= Φm sin ωt …………………………………………………………(2.1a)

ΦS

= Φm sin (ωt – 120o ) ………………………………………………. (2.1b)

ΦT

= Φm sin (ωt – 240o ) ………………………………………………. (2.1c)

Gambar 2.1. Medan Putar Pada Motor Induksi Tiga Fasa
(Menggambarkan keadaan pada gambar 2.8)
(a). Pada keadaan 1 (gambar 2.6 dan 2.8), ωt = 0 ; arus dalam fasa R bernilai
nol sedangkan besarnya arus pada fasa S dan fasa T memiliki nilai yang
sama dan arahnya berlawanan. Dalam keadaan seperti ini arus sedang

Universitas Sumatera Utara

mengalir ke luar dari konduktor sebelah atas dan memasuki konduktor
sebelah bawah. Sementara resultan fluks yang dihasilkan memiliki besar
yang konstan yaitu sebesar 1,5 Φm dan dibuktikan sebagai berikut :
ΦR = 0 ; ΦS = Φm sin ( -120o ) = −

ΦT = Φm sin ( -240o ) =

3
Φm ;
2

3
Φm
2

Oleh karena itu resultan fluks, Φr adalah jumlah fasor dari ΦT dan – ΦS
Sehinngga resultan fluks, Φr = 2 x

3
Φm cos 30o = 1,5 Φm
2

(b). Pada keadaan 2, arus bernilai maksimum negatif pada fasa S, sedangkan
pada R dan fasa T bernilai 0,5 maksimum pada fasa R dan fasa T, dan pada
saat ini ωt = 30o, oleh karena itu fluks yang diberikan oleh masing-masing
fasa :
ΦR = Φm sin ( -120o ) = 0,5 Φm
ΦS = Φm sin ( -90o ) = - Φm
ΦT = Φm sin (-210o) = 0,5 Φm

Maka jumlah fasor ΦR dan ΦT adalah = Φr’ = 2 x 0,5 Φm cos 60 = 0,5 Φm.
Sehingga resultan fluks Φr = -ΦS + Φr’ = 0,5 Φm + Φm = 1,5 Φm.
Dari gambar diagram fasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks
berpindah sejauh 30o dari posisi pertama.
(c). Pada keadaan ini ωt = 60o, arus pada fasa R dan fasa T memiliki besar yang
sama dan arahnya berlawanan ( 0,866 Φm ), oleh karena itu fluks yang
diberikan oleh masing – masing fasa :

Universitas Sumatera Utara

ΦR = Φm sin ( 60o )

=

3
Φm
2

ΦS = Φm sin ( -60o ) = −

3
Φm
2

ΦT = Φm sin ( -180o ) = 0
Maka magnitud dari fluks resultan : Φr = 2 x

3
Φm cos 30o = 1,5 Φm
2

Dari gambar diagram fasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks
berpindah sejauh 60o dari posisi pertama.
(d). Pada keadaan ini ωt = 90o, arus pada fasa R maksimum ( positif), dan arus
pada fasa S dan fasa T = 0,5 Φm , oleh karena itu fluks yang diberikan oleh
masing – masing fasa

ΦR = Φm sin ( 90o ) = Φm
ΦS = Φm sin ( -30o ) = - 0,5 Φm
ΦT = Φm sin (-150o) = - 0,5 Φm
Maka jumlah fasor - ΦT dan – ΦS adalah = Φr’ = 2 x 0,5 Φm cos 60 = 0,5
Φm. Sehingga resultan fluks Φr = Φr’ + ΦT = 0,5 Φm + Φm = 1,5 Φm.
Dari gambar diagram fasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks
berpindah sejauh 90o dari posisi pertama.

Universitas Sumatera Utara

2.4 Prinsip Kerja
Adapun prinsip kerja motor induksi mengikuti langkah-langkah sebagai
berikut;
1. Ketika tgangan AC dihubungkan pada kumparan stator ,mka akan timbul
medan putar dengan kecepatan:
NS =

.......................................(2.2)

2. Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor.
3. Sehingga pada kumparan rotor akan akan menimbulkan tegangan induksi
sebesar:
Er = 4,44f2N2φm.....................................(2.3)

4. Karena rangkaian rotor tertutup maka ggl induksi tersebut akan
menghasilkan arus
5. Adanya arus di dalam medan magnet akan menimbulkan gaya pada rotor.
6. Bila torsi mula yang dihasilkan oleh gaya tersebut pada rotor cukup besar
untuk memikul kopel beban ,rotor akan berputar searah dengan medan
putar stator.
7. Dari pernyataan 2 dan 3 terlihat bahwa syarat terbentuknya tegangan
induksi haruslah ada perbedaan kecepatan relatif (slip) antara kecepatan
medan putar stator(Ns) dan keceptan putar rotor(Nr) yang dapat dituliskan
sebagai berikut;

s=

ns − n r
× 100%.......................................(2.4)
ns

Universitas Sumatera Utara

8. Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir
pada kumparan rotor, karenanya tidak dihasilkan kopel. Kopel ditimbulkan
jika nr < ns

2.5 Frekuensi Rotor
Sewaktu rotor belum berputar, maka frekuensi arus pada rotor akan sama
seperti frekuensi masukan ( sumber ). Namun,sewaktu rotor akan berputar, maka
frekuensi rotor akan bergantung kepada kecepatan relatif atau bergantung
terhadap besarnya slip. Untuk nilai slip tertentu, maka frekuensi rotor sebesar f

'

yaitu,

ns − nr =

120 f
120 f '
, diketahui bahwa n s =
p
P

Dengan membagikan frekuensi rotor setelah berputar dengan frekuensi sebelum
berputar , maka akan didapatkan nilai sebagai berikut

f ' ns − nr
=
=s
f
ns

Sehingga f ' = sf ( Hz )……………….(2.5)

Telah diketahui bahwa arus rotor bergantung terhadap frekuensi rotor f ' =
sf dan ketika arus ini mengalir pada masing – masing fasa di belitan rotor, akan

Universitas Sumatera Utara

memberikan reaksi medan magnet. Biasanya medan magnet pada rotor akan
menghasilkan medan magnet yang berputar yang besarnya bergantung atau relatif
terhadap putaran rotor sebesar sn s .
Pada keadaan tertentu, arus rotor dan arus stator menghasilkan distribusi medan
magnet yang sinusoidal dimana medan magnet ini memiliki magnetudo yang
konstan dan kecepatan medan putar n s yang konstan. Kedua Hal ini merupakan
medan magnetik yang berputar secara sinkron. kenyataannya tidak seperti ini
karena pada stator akan ada arus magnetisasi pada kumparannya

2.6

Rangkaian Ekivalen Lengkap
Pada prinsipnya induksi yang terjadi pada motor induksi hampir sama

dengan transformator yang berbeban resisitif sehingga penggambaran rangkaian
ekivalen motor induksi berdasarkan rangkaian ekivalen transformator diman stator
identik dengan sisi primer trasformator dan rotor identik dengan sisi sekunder
transformator.perbedaannya yang mendasr antara keduanya adalah transformator
merupakan mesin listrik statis sedangkan motor listik merupkan mesin dinamis
jX 1

R1

a = N1/N2

+

I0

I1
V1

Ic

Rc

jX m

''

'

I2
Im

jX 2
I2

E1

E2

R2
s

Gambar 2.2. Rangkaian Ekivalen Per-Fasa Motor Induksi Model Transformator

Universitas Sumatera Utara

Untuk menghasilkan rangkaian ekivalen per-fasa akhir dari motor induksi,
penting untuk menyatakan bagian rotor dari model rangkaian ekivalen gambar 2.2
di atas terhadap sisi stator. Pada transformator yang umum, tegangan, arus, dan
impedansi pada sisi sekunder dapat dinyatakan terhadap sisi stator dengan
menggunakan rasio perbandingan belitan dari transformator tersebut. Dengan
mengasumsikan jenis rotor yang digunakan adalah jenis rotor belitan dan
terhubung bintang ( Y ), yang mana motor dengan rotor jenis ini sangat mirip
dengan transformator, maka kita dapat melakukan hal tersebut pada motor induksi
tiga fasa juga.
Jika rasio perbandingan efektif dari sebuah motor induksi adalah a
(= N1/N2), maka pentransformasian tegangan rotor terhadap sisi stator menjadi:

………………………………………………………. (2.6)
untuk arus rotor :
………………………………………………………………. (2.7)
dan untuk impedansi rotor :
=

=

=

=


 R2
+ jX 2 


 s

……………………………………………..

(2.8)

dengan penguraian lebih lanjut :
= a2 R2 …………………………………………………………...

(2.9)

= a2 X2 …………………………………………………………... (2.10)

Universitas Sumatera Utara

Dari persamaan di atas maka dapat kita gambarkan rangkaian ekivalen
per-fasa motor induksi sebagai kelanjutan dari gambar 2.2, dimana disini bagian
rangkaian rotor telah dinyatakan terhadap bagian stator. Rangkaian ekivalen
tersebut dapat dilihat pada gambar 2.3(a), sedangkan pada gambar 2.3(b)
1 
merupakan modifikasi dari gambar 2.3(a) dimana adanya R2  −1 menyatakan
s 

resistansi variabel sebagai analog listrik dari beban mekanik variabel.
jX 1

R1

jX 2'

+
I0

I1

Ic

V1

Rc

jX m

''

I2

R2
s

I m E1

'

(a)
jX 2'

R'2

jX 1

R1

+
I0

I1
V1

Ic

Rc

jX m

''

I2
I m E1

' 1
R2 ( − 1)
s

(b)
Gambar 2.3. Rangkaian Ekivalen per-Fasa Motor Induksi dengan Bagian
Rangkaian Rotor Dinyatakan Terhadap Sisi Stator
R
(a) dengan tahanan variabel 2
s

'

1
(b) dengan tahanan variabel R2 ' ( − 1) sebagai bentuk analog
s
listrik dari beban mekanik

Universitas Sumatera Utara

Pada transformator, analisis rangkaian ekivalen dilakukan dengan
mengabaikan cabang pararel yang terdiri dari Rc dan Xm, atau dengan
memindahkan cabang pararel ke terminal primer. Bagaimanapun, penyederhanaan
ini tidak diperbolehkan pada rangkaian ekivalen motor induksi. Ini disebabkan
kenyataan bahwa arus penguatan pada transformator bervariasi dari 2% sampai
6% dari arus beban penuh dan per unit reaktansi bocor primer kecil. Tetapi pada
masalah motor induksi, arus penguatan bervariasi dari 30% sampai 50% dari arus
beban penuh dan per unit reaktansi bocor stator adalah lebih tinggi. Dengan
demikian kesalahan yang besar akan terjadi dalam penentuan daya dan torsi,
dalam hal cabang pararel diabaikan, atau dihubungkan pada terminal stator.
Dibawah kondisi kerja normal pada tegangan dan frekuensi konstan, rugi
inti pada motor induksi biasanya juga konstan. Dalam pandangan pada kenyataan
ini, tahanan rugi inti Rc yang mewakili rugi inti motor, dapat dihilangkan dari
rangkaian ekivalen motor induksi pada gambar 2.3(b). Akan tetapi, untuk
menentukan daya poros atau torsi poros, rugi inti yang konstan harus diikutsertakan dalam pertimbangan, bersama dengan gesekan, rugi-rugi beban buta
(stray-load losses) dan angin. Dengan penyederhanaan ini, maka dapat digambar
rangkaian ekivalen baru (gambar 2.16.) dengan akurasi rugi yang dapat diabaikan.

+

I0

I1
V1

jX 2'

R'2

jX 1

R1

jX m

''

I2
E1

' 1
R2 ( − 1)
s

Gambar 2.4. Rangkaian Ekivalen per-Fasa Motor Induksi dengan
Mengabaikan Rugi Inti

Universitas Sumatera Utara

BAB III
KINERJA MOTOR INDUKSI TIGA FASA YANG DISUPLAI SUMBER
SATU FASA

3. 1. Parameter Motor Induksi Tiga Fasa
Parameter rangkaian ekivalen dapat dicari dengan melakukan pengukuran
pada percobaan tahanan DC, percobaan beban nol, dan percobaan rotor tertahan (
block- rotor). Dengan penyelidikan pada setiap rangkaian ekivalen,percobaan
beban nol motor induksi dapat disimulasikan dengan memaksimalkan tahanan
rotor

R'2
. Hal ini bisa terjadi pada keadaan normal jika slip dalam nilai yang
s

minimum. Slip yang mendekati nol terjadi ketika tidak ada beban mekanis, dan
mesin dikatakan dalam keadaan berbeban ringan.
Pengukuran rotor tertahan dilakukan dengan menahan rotor tetap diam.
Pada kondisi ini slip bernilai satu yang merupakan nilai slip tertinggi untuk
kondisi motor, jadi nilai

R'2
s

bernilai minimum.Untuk menentukan bentuk

rangkaian ekivalen, pola fluksi dianggap sinusoidal, demikian juga rugi-rugi yang
diukur proporsional terhadap fluksi utama, dan kejenuhan diabaikan.
3. 1. 1 Percobaan DC
Untuk memperoleh harga R1 dilakukan dengan percobaan DC yaitu dengan
menghubungkan sumber tegangan DC (VDC) pada dua terminal stator secara
bergantian dan arus DC-nya (IDC) diukur. Didapatnya arus yang mengalir pada
masing-masing kumparan stator ,maka akan didapat nilai tahanan dengan

Universitas Sumatera Utara

membagi tegangan dengan arus.Pada rotor tidak ada arus yang mengalir yang
disebabkan tidak adanya tegangan yang terinduksi dari stator ke rotor..
1. Belitan Hubungan Wye (Y)
Gambar rangkaian sewaktu belitan motor induksi tiga fasa terhubung Y,
dan diberi suplai DC, maka dapat dilihat pada Gambar 3.6 di bawah ini.
a
IDC

RDC

+
-

VDC

b
RDC
c
RDC

Gambar 3.1 Rangkaian Fasa Stator Saat Pengukuran DC
Harga RDC dapat dihitung, untuk kumparan dengan hubungan Y, adalah
sebagai berikut :

RDC =

1 VDC
( Ohm ) .................................(3.1)
2 I DC

2. Kumparan Hubungan Delta (∆)
Gambar rangkaian ketika kumparan motor induksi tiga fasa terhubung
delta dan diberi suplai DC, dapat dilihat pada Gambar 3.2.

IDC
VDC

RA

RB

RC
Gambar – 3.2 Rangkaian pengukuran tahanan DC dengan kumparan terhubung
delta

Universitas Sumatera Utara

Diketahui bahwa tahanan pada kumparan pada masing – masing fasa
adalah sama, maka R A = RB = RC = RDC . Gambar 3.2 dapat disederhanakan
menjadi Gambar 3.3 berikut.

IDC
RA

VDC

RP
IA

Gambar 3.3. Rangkaian pengukuran tahanan DC dengan kumparan terhubung
delta(Δ) yang disederhanakan
Dimana RP = RB + RC
Jadi

RA =

VDC
IA

Dimana I A = I DC ×
IA =

RP
R A + RP

2
I DC
3

Maka:
V DC
2 I DC
3
3 VDC
RDC = ×
2 I DC
Untuk mendapatkan harga Rac , maka harga RDC ini dinaikkan dengan

RA =

faktor pengali 1,1-1,5 untuk operasi arus bolak-balik, karena pada operasi arus
bolak-balik resistansi konduktor meningkat karena distribusi arus yang tidak
merata akibat efek kulit dan medan magnet yang melintasi alur.
R1ac = k × R1DC ( Ohm ) .................................(3.2)
Dimana k = faktor pengali, besarnya 1,1 – 1,5

Universitas Sumatera Utara

Karena besar tahanan konduktor stator dipengaruhi oleh suhu, dan
biasanya bila rugi-rugi motor ditentukan dengan pengukuran langsung pada
motor, maka untuk mengetahui nilai tahanan yang paling mendekati, biasanya
dilakukan dengan beberapa kali pengukuran dan mengambil besar rata-rata dari
semua pengukuran yang dilakukan.
3. 1.2 Percobaan Beban Nol
Pada percobaan beban nol motor induksi, motor tersebut dioperasikan
pada rating tegangan dan frekuensinya dengan tidak memikul beban .Besarnya
nilai arus yang digunakan pada motor adalah I0 dan nilai teganagn masukannya
adalah V1(tegangan nominal) dengan daya beban nolnya P0.Semua parameter ini
didapat melaui alat ukur yang terpasang pada percobaan
Dalam percobaan beban nol, kecepatan motor induksi mendekati
kecepatan sinkronnya. Dimana besar s  0, sehingga

R2'
 ~ sehingga besar
s

impedansi total bernilai tak berhingga yang menyebabkan arus I ' 2 pada Gambar
3.8 bernilai nol sehingga rangkaian ekivalen motor induksi pada pengukuran
beban nol ditunjukkan pada Gambar 3.9. Namun karena pada umumnya nilai
kecepatan motor pada pengukuran ini nr 0 yang diperoleh tidak sama dengan ns
maka slip tidak sama dengan nol sehingga ada arus I2’ yang sangat kecil mengalir
pada rangkaian rotor, arus I ' 2 tidak diabaikan tetapi digunakan untuk menghitung
rugi – rugi gesek + angin dan rugi – rugi inti pada percobaan beban nol. Pada
pengukuran ini didapat data-data antara lain : arus input (I1= I 0 ), tegangan input
(V1 = V0 ), daya input perfasa (P0) dan kecepatan poros motor ( nr 0 ). Frekuensi
yang digunakan untuk eksitasi adalah sama dengan frekuensi sumber ( f).

Universitas Sumatera Utara

R1

I '2

X1

X2

R '2

'

I0

I1
V1

Xm

Rc
Im

' 1
R2 ( − 1)
s

E1

Ic

Gambar 3.4 Bentuk lain rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator

R1

I1 = If

X

jX1

'

2

R'2
s

I0

Ic
V1

Rc

Im
Zm

Xm

Gambar 3.5 Rangkaian Ekivalen pada Saat Beban Nol
Dengan tidak adanya beban mekanis yang terhubung ke rotor dan
tegangan normal diberikan ke terminal, dari Gambar 3.10 didapat besar sudut fasa
antara arus antara I 0 dan V0 adalah :

 P0
 V0 I 0

θ 0 = Cos −1 


 ......................................................(3.3)


Dimana: P0 = Pnl = daya saat beban nol perfasa

V0 = V1 = Vnl = tegangan masukan saat percobaan beban nol
I 0 = I 1 = I nl = arus beban nol
dengan P0 adalah daya input perfasa. Sehingga besar E1 dapat dinyatakan dengan
E1 = V0 ∠0 o − ( I 0 ∠ − θ 0 )( R1 + jX 1 ) (Volt )......................................(3.4)

Universitas Sumatera Utara

nro adalah kecepatan rotor pada saat beban nol. Daya yang didissipasikan oleh Rc
dinyatakan dengan :
Pc = P0 − I 02 R1 ( Watt )...............................................................(3.5)

R1 didapat pada saat percobaan dengan tegangan DC.
Harga Rc dapat ditentukan dengan
E12
Rc =
P0

(Ohm ) .......................................................................(3.6)

Dalam keadaan yang sebenarnya R1 lebih kecil jika dibandingkan dengan X m
dan juga Rc jauh lebih besar dari X m , sehingga impedansi yang didapat dari
percobaan beban nol dianggap jX 1 dan jX m yang diserikan.

Z nl =

V1
I nl 3

≅ j ( X 1 + X m ) ( Ohm ) ..................................................(3.7)

Sehingga didapat
Xm =

V1
I nl 3

− X 1 ( ohm )....................................................................(3.8)

3. 1. 3 Percobaan Rotor Tertahan
Pada pengukuran ini rotor dipaksa tidak berputar ( nr = 0, sehingga s = 1)
dan kumparan stator dihubungkan dengan tegangan seimbang. Karena slip s = 1,
maka pada Gambar 3.2, harga

R2'
= R ' 2 . Karena R2' + jX 2'

Dokumen yang terkait

Dokumen baru