Analisis Performansi Motor Induksi Kapasitor Permanen Satu Phasa Dengan Belitan Bantu Dan Belitan Utama Berdasarkan Teori Medan Fluksi Silang Dan Teori Medan Fluksi Ganda (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

TUGAS AKHIR

ANALISIS PERFORMANSI MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN SATU PHASA DENGAN BELITAN BANTU DAN BELITAN UTAMA BERDASARKAN TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DAN TEORI MEDAN

FLUKSI GANDA

(Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh :

(040402053)

WAHYUDINATA

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ANALISIS PERFORMANSI MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN SATU PHASA DENGAN BELITAN BANTU DAN BELITAN UTAMA BERDASARKAN TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DAN TEORI MEDAN

FLUKSI GANDA

(Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU) Oleh :

NIM : 040402053 WAHYUDINATA

Disetujui Oleh : Pembimbing

NIP : 19541220 198003 1 003 IR. EDDY WARMAN

Diketahui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU

NIP : 19461022 197302 1 001 PROF. DR. IR. USMAN BAAFAI

DEPATEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ABSTRAK

Motor induksi satu phasa adalah motor yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, yang biasanya diaplikasikan pada peralatan rumah tangga, seperti pompa air, mesin cuci dan kipas angin. Motor ini memiliki jenis yang beragam, seperti motor kapasitor start, motor permanent atau run, motor universal, motor split phase, dan beberapa jenis lainnya.

Motor kapasitor permanen adalah jenis motor induksi satu phasa yang kumparan bantunya terhubung seri dengan kapasitor yang memiliki nilai tertentu. Kapasitor digunakan sebagai pembeda phasa antara arus kumparan utama dan arus kumparan bantu terhadap tegangan yang pada akhirnya akibat perbedaan sudut phasa tersebut akan mempengaruhi fluksi yang dihasilkan. Ada dua kondisi fluksi yang dihasilkan pada berbagai keadaan yang dapat dijelaskan dengan teori medan fluksi silang dan teori medan fluksi ganda.

Konsep medan fluksi silang pada motor induksi satu phasa menjelaskan bahwa medan silang beraksi pada sudut 90° terhadap medan magnet stator dengan sudut phasa yang juga tertinggal 90° terhadap medan stator, kedua medan bersatu untuk membentuk sebuah medan putar resultan yang berputar dengan kecepatan sinkron. Sedangkan konsep medan fluksi ganda menjelaskan bahwa fluks berpulsa yang dihasilkan, ekivalen dengan dua buah fluks yang mempunyai besar yang sama dan berputar dalam arah yang berlawanan pada kecepatan sinkron.

KATA PENGANTAR

Dengan Nama Allah Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang

Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah S.W.T dimana atas berkah, karunia dan rahmat-NYA lah penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

Tugas akhir ini merupakan suatu syarat bagi penulis untuk memperoleh gelar sarjana teknik dari departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada :

1. Ayahanda Khaidir.S dan Ibunda Roswita.R, terima kasih atas semua kasih sayang, do’a, dukungan serta bimbingan yang tiada terkira selama dalam kandungan hingga sekarang ini.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman baafai selaku ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rachmad fauzi, ST. MT selaku sekretaris Departemen Teknik Elektro USU.

3. Bapak Ir.Eddy Warman, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Ir. Sugih Arto Yusuf, selaku dosen Wali penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan.

5. Bapak Ir. Satria Ginting, selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik USU.

6. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU.

7. ”Kodok putih” tersayangku Fenny Wulandari, Sfarm. Apt dengan kesabaran cinta nya terus memberi dukungan serta doa sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Adik adikku tercinta Anna, Doni, Ari serta adik sepupuku Della dan Dini yang senantiasa menjadi teman cerita, belajar dan bermain.

9. Sahabat-sahabat terbaikku , kifly, choky, made, kurlub, nera, ronal, eko yang telah memberi dukungan baik secara lembut maupun berupa ejekan,semoga kita semua sukses kedepannya.

10.Teman teman ”Kujam”, Muhfi, Harry, Bismo, Hans, Aris, Firdaus, Luthfi, Salman, Fahmi, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan.

11.Seluruh teman seangkatan,senior dan junior yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini

12.Bang Isroy Tanjung sebagai Staff Administrasi Laboratorium Konversi Energi Listrik serta Asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik faisal, iqbal, taufiq, martua, eko dan kurlub yang telah banyak membantu penulis dalam proses pengambilan data.

13.Teman-teman dunia maya, rani , kak yeni, tika, iwan, andri, away, gita, nadya, ririn dan lain lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih atas hiburan dari kalian semua.

14.Dan semua pihak yang banyak memberi masukan kepada penulis yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Akhir kata, tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, masih banyak kesalahan dan kekurangan, namun penulis tetap berharap semoga tugas akhir ini bisa bermanfaat dan memberikan inspirasi bagi pengembangan selanjutnya.

Medan, 3 Juni 2010 Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK... i

KATA PENGANTAR... ii

DAFTAR ISI... v

DAFTAR GAMBAR...viii

DAFTAR TABEL...x

BAB I PENDAHULUAN I.1. LatarBelakang...1

I.2. Tujuan Penulisan...1

I.3. Manfaat Penulisan... 2

I.4. Batasan Masalah... 2

I.5. Metode Penulisan... 3

I.6. Sistematika Penulisan... 3

BAB II MOTOR INDUKSI SATU FASA II.1. Umum... 5

II.2. Konstruksi Umum Motor Induksi Satu Phasa... 6

II.3. Prinsip Kerja Motor Induksi Satu Phasa... 7

II.4. Jenis jenis Motor Induksi Satu Phasa... 9

II.4.2. Motor Kapasitor Start ...12

II.4.3.Motor Kapasitor Permanen... 13

II.4.4. Motor Kapasitor Start – Kapasitor Permanen... 14

II.4.5 Motor Kutub Terarsir………….………... 15

BAB III TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DAN TEORI MEDAN FLUKSI GANDA PADA MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN SATU PHASA III.1. Teori dua reaksi motor induksi kapasitor permanen satu phasa... 16

III.1.1.1. Teori Medan Fluksi Silang... 16

III.1.1.2. Konsep Medan Fluksi Silang... 20

III.1.2.1. Teori Medan Fluksi Ganda... 22

III.1.2.2. Konsep Medan fluksi Ganda... 23

III.2. Rangkaian ekivalen motor kapasitor permanen... 29

III.3. Daya, rugi rugi serta efisiensi motor kapasitor permanen... 35

BAB IV ANALISA PERFORMANSI MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN SATU PHASA DENGAN BELITAN BANTU DAN BELITAN UTAMA IV.1. Perhitungan parameter motor kapasitor permanen...40

IV.1.1. Pengujian rotor tertahan...40

IV.1.2. Pengujian beban nol...44

IV.3. Pengujian rotor tertahan...47

IV.4. Pengujian pengukuran tahanan belitan...49

IV.4.1. Pengujian pengukuran tahanan belitan utama...49

IV.4.2. Pengujian pengukuran tahanan belitan bantu...51

IV.5. Pengujian beban nol...52

IV.6. Pengujian berbeban...54

IV.7. Perhitungan performansi motor induksi satu phasa...56

BAB V PENUTUP V.1. Kesimpulan...64

V.2. Saran...64

DAFTAR PUSTAKA...65

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Komponen Dasar Dari Motor Induksi Satu Phasa... 7

Gambar 2.2. Torsi arah maju dan torsi arah mundur...8

Gambar 2.3. Motor fasa terpisah...11

Gambar 2.4. Motor Kapasitor Star...12

Gambar 2.5. Motor Kapasitor Permanen...13

Gambar 2.6 Motor Kapasitor star-kapasitor permanen...14

Gambar 2.7. Motor kutub terarsir...15

Gambar 3.1. Medan magnet stator berpulsa sepanjang garis AC... 17

Gambar 3.2. Motor dalam keadaan berputar... 18

Gambar 3.3. Fluks rotor tertinggal terhadap fluks stator sebesar 900... 19

Gambar 3.4. Medan silang yang dibangkitkan arus-arus stator... 20

Gambar 3.5. Konsep medan fluksi silang... 21

Gambar 3.6. Konsep medan fluksi silang ganda... 24

Gambar 3.7. Konsep medan fluksi ganda yang disederhanakan... 25

Gambar 3.8. Kurva fluks resultan terhadap θ... 26

Gambar 3.9. Karakteristik Torsi – kecepatan motor induksi satu phasa... 28

Gambar 3.10. Rangkaian ekivalen dari motor kapasitor permanen... 30

Gambar 3.11. Rangkaian sederhana ekivalen motor kapasitor permanen... 32

Gambar 3.12. Diagram aliran daya motor induksi satu phasa... 38

Gambar 4.1. Gambar pendekatan rangkaian ekialen dengan rotor tertahan...41

Gambar 4.3. Gambar Pendekatan rangkaian ekivalen pada beban nol dengan s≅0..45

Gambar 4.4. Gambar pengujian rotor tertahan...47

Gambar 4.5. Gambar rangkaian pengujian tahanan belitan utama...49

Gambar 4.6. Gambar rangkaian pengujian tahanan belitan bantu...51

Gambar 4.7. Gambar rangkaian pengujian beban nol...52

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Tabel distribusi empiris dari Xbr...42 Tabel 7.1. Tabel performansi motor pada keadaan nominal motor...62 Tabel 7.2. Tabel performansi motor pada berbagai keadaan beban dan putaran...63

ABSTRAK

Motor induksi satu phasa adalah motor yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, yang biasanya diaplikasikan pada peralatan rumah tangga, seperti pompa air, mesin cuci dan kipas angin. Motor ini memiliki jenis yang beragam, seperti motor kapasitor start, motor permanent atau run, motor universal, motor split phase, dan beberapa jenis lainnya.

Motor kapasitor permanen adalah jenis motor induksi satu phasa yang kumparan bantunya terhubung seri dengan kapasitor yang memiliki nilai tertentu. Kapasitor digunakan sebagai pembeda phasa antara arus kumparan utama dan arus kumparan bantu terhadap tegangan yang pada akhirnya akibat perbedaan sudut phasa tersebut akan mempengaruhi fluksi yang dihasilkan. Ada dua kondisi fluksi yang dihasilkan pada berbagai keadaan yang dapat dijelaskan dengan teori medan fluksi silang dan teori medan fluksi ganda.

Konsep medan fluksi silang pada motor induksi satu phasa menjelaskan bahwa medan silang beraksi pada sudut 90° terhadap medan magnet stator dengan sudut phasa yang juga tertinggal 90° terhadap medan stator, kedua medan bersatu untuk membentuk sebuah medan putar resultan yang berputar dengan kecepatan sinkron. Sedangkan konsep medan fluksi ganda menjelaskan bahwa fluks berpulsa yang dihasilkan, ekivalen dengan dua buah fluks yang mempunyai besar yang sama dan berputar dalam arah yang berlawanan pada kecepatan sinkron.

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Motor kapasitor adalah salah satu jenis motor induksi satu phasa yang banyak digunakan pada mesin-mesin seperti lemari es, kompresor, pompa air, pembakar minyak, dan mesin pencuci.

Motor kapasitor permanen adalah salah satu jenis motor induksi satu phasa yang pemakaiannya cukup luas dimana mempunyai kapasitor secara permanen dihubungkan seri dengan belitan bantu serta paralel dengan belitan utama. Belitan bantu untuk pengasutan awal motor tetap terhubung dengan belitan utama ketika berjalan. Hal ini menyederhanakan konstuksi dan mengurangi biaya serta memperbaiki ketahanan motor karena saklar sentrifugal tidak digunakan. Faktor kerja, denyutan momen putar, dan efisiensi akan lebih baik karena motor berputar seperti motor dua phasa.

Pada tugas akhir ini akan di bahas analisa performansi motor induksi kapasitor permanen satu phasa dimana perhitungannya dengan menggunakan belitan bantu dan belitan utama. Untuk menjalankan motor induksi digunakan teori medan fluksi silang dan teori medan fluksi ganda.

I.2. Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk menganalisa performansi dari motor kapasitor permanen dimana perhitungannya dengan menggunakan belitan

bantu dan belitan utama. Untuk menjalankan motor induksi digunakan teori medan fluksi silang dan teori medan fluksi ganda.

I.3. Manfaat Penulisan

Manfaat penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Memberikan informasi secara umum kepada penulis maupun pembaca tentang motor kapasitor permanen.

2. Menambah pengetahuan dan wawasan bagi penulis maupun pembaca tentang performansi motor kapasitor permanen sekaligus analisa perhitungan dengan belitan bantu dan belitan utama. Dan juga mengetahui teori medan fluksi silang dan teori medan fluksi ganda untuk menjalankan motor induksi.

3. Selain itu dapat pula digunakan sebagai bahan acuan guna pengembangan pratikum Mesin-mesin Listrik dan Konversi Energi Listrik di

laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU.

I.4. Batasan Masalah

Untuk menjaga agar pembahasan materi dalam tugas akhir ini lebih terarah dan maksimal, maka penulis membuat suatu batasan masalah sebagai berikut :

1. Tugas akhir ini hanya membahas analisis Performansi dari motor kapasitor permanen dengan belitan bantu dan belitan utama yang untuk menjalankan motor digunakan teori medan fluksi silang dan teori medan fluksi ganda. 2. Tidak membahas mengenai saklar sentrifugal secara mendetail.

4. Tidak membahas karakteristik berbeban.

5. Pembahasan dilakukan seputar keluaran dari motor yang merupakan masukan pada alat ukur.

6. Tidak membahas pengasutan dan pengaturan kecepatan motor kapasitor permanen.

I.5. Metode Penulisan

Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Studi Literatur, berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku teks

pendukung.

2. Studi Diskusi, berupa tanya jawab dengan Dosen Pembimbing mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir.

3. Studi Laboratorium, melakukan percobaan untuk mendapatkan data-data yang diperlukan.

I.6. 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 penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metode dan sistematika penulisan

BAB II MOTOR INDUKSI SATU PHASA

Bab ini membahas tentang motor induksi satu phasa, konstruksi umum, prinsip dasar motor induksi satu phasa, jenis-jenis motor induksi satu phasa.

BAB III TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DAN TEORI MEDAN FLUKSI GANDA PADA MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN SATU PASA

Bab ini membahas tentang teori medan fluksi silang serta

konsepnya, teori medan fluksi ganda serta konsepnya, rangkaian ekivalen motor kapasitor permanen saat dalam keadaan diam, rangkaian ekivalen motor kapasitor permanen saat dalam keadaan berputar, serta torsi, rugi-rugi, efisiensi dan diagram aliran daya motor induksi kapasitor permanen.

BAB IV ANALISA PERFORMANSI MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN SATU FASA DENGAN BELITAN BANTU DAN BELITAN UTAMA

Bab ini membahas mengenai analisis motor induksi satu phasa kapasitor permanen dengan menggunakan belitan bantu dan belitan utama.

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.

BAB II

MOTOR INDUKSI SATU PHASA

II.1. Umum

Motor induksi adalah motor listrik arus bolak-balik (ac) yang putaran rotornya tidak sama dengan putaran medan stator, dengan kata lain putaran rotor dengan putaran medan stator terdapat selisih putaran yang disebut slip. Pada umumnya motor induksi dikenal ada dua macam berdasarkan jumlah phasa yang digunakan, yaitu motor induksi satu phasa dan motor induksi tiga phasa. Sesuai dengan namanya motor induksi satu phasa dirancang untuk beroperasi menggunakan suplai satu phasa.

Motor induksi satu phasa sering digunakan sebagai penggerak pada peralatan yang memerlukan daya rendah dan kecepatan yang relatif konstan. Hal ini disebabkan karena motor induksi satu phasa memiliki beberapa kelebihan yaitu konstruksi yang cukup sederhana, kecepatan putar yang hampir konstan terhadap perubahan beban, dan umumnya digunakan pada sumber jala-jala satu phasa yang banyak terdapat pada peralatan domestik Walaupun demikian motor ini juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu pembebanan yang relatif rendah, tidak dapat melakukan pengasutan sendiri tanpa pertolongan alat bantu dan efisiensi yang rendah.

II.2. Konstruksi Umum Motor Induksi Satu Phasa

Konstruksi motor induksi satu phasa hampir sama dengan motor induksi phasa banyak, yaitu terdiri dari dua bagian utama yaitu stator dan rotor . Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk silinder dan simetris. Di antara rotor dan stator ini terdapat celah udara yang sempit. Motor satu phasa jenis tertentu dilengkapi dengan sebuah saklar sentrifugal. Saklar ini berguna untuk melepaskan belitan bantu dari sumber tegangan bila kecepatan motor telah mencapai kira – kira 75% dari kecepatan sinkronnya.

Stator merupakan bagian yang diam sebagai rangka tempat kumparan stator terpasang. Bagian ini terdiri atas : inti stator, kumparan stator dan alur stator. Motor induksi satu phasa dilengkapi dengan dua kumparan stator yang dipasang terpisah, yaitu kumparan utama atau sering disebut dengan kumparan berputar dan kumparan bantu yang sering disebut dengan kumparan start. Rotor merupakan bagian yang berputar. Bagian ini terdiri atas inti rotor, belitan rotor dan alur rotor. Terdapat dua jenis rotor yaitu rotor belitan( Wound Rotor ) dan rotor sangkar ( Squirrel CagRotor).

Gambar 2.1. Komponen Dasar dari Motor Induksi Satu Phasa

II.3. PRINSIP KERJA MOTOR INDUKSI SATU PHASA

Ketika kumparan stator di suplai dengan sumber tegangan satu phasa maka mengalir arus, dan arus tersebut akan menimbulkan fluks. Fluks ini tidak berputar (tidak menimbulkan medan putar), akan tetapi merupakan resultan dari fluks bergerak arah maju dan arah mundur. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan Euler.

2

θ θ

θ ej e j

Cos

−

+

= sehingga φm Cos θ dapat di tulis ...(2.1)

φm Cos θ = φm

2

θ

θ j

j

e

e + −

………(2.2)

2

m

φ _. jθ

e adalah merupakan fluks bergerak arah maju, sedangkan

2

m

φ _. jθ e−

merupakan fluks bergerak arah mundur. Jumlah dari kedua fluks tersebut merupakan fluks resultan atau fluks pulsasi yang besarnya adalah :

=

R

φ φm Cos θ=

2

m

φ _. jθ

e +

2

m

φ _. jθ

e− ………...(2.3)

Komponen dari kedua fluksi tersebut yang bergerak berlawanan arah dengan kecepatan sudut ( tω )yang sama, tentunya akan menghasilkan torsi yang sama, dan berlawanan arah ( torsi arah maju dan torsi arah mundur ). Perhatikan gambar 2.2.

Kecepatan Torsi

0 n_s

-n_s

Torsi arah maju

Torsi arah mundur

Torsi resultan

Torsi resultan (TR) yang dihasilkan torsi maju (Tf) dan torsi mundur (Tb) adalah:

TR = Tf + Tb ...(2.4)

TR pada dasarnya mempunyai kemampuan untuk menggerakan motor dengan arah maju atau arah mundur. Pada waktu start, besar torsi maju sama dengan torsi mundur. Dengan demikian motor tetap saja diam (tidak berputar). Dengan

menggunakan sedikit tenaga yang digerakkan dengan alat bantu dan dapat

menyebabkan motor berputar arah maju atau mundur. Penggunaan alat bantu tersebut yaitu dengan cara menambah kumparan bantu yang terhubung paralel dengan

kumparan utama. Kemudian di tambahkan juga kapasitor yang terhubung seri dengan kumparan bantu tersebut. Kapasitor berguna sebagai pembeda phasa antara arus kumparan utama dan arus kumparan bantu terhadap tegangan yang pada akhirnya akibat perbedaan sudut phasa tersebut tentu akan mempengaruhi fluksi yang dihasilkan.yang pada akhirnya dihasilkan torsi yang tidak sama besarnya sehingga motor pun berputar.

II.4. JENIS JENIS MOTOR INDUKSI SATU PHASA

Cara yang paling mudah untuk menjalankan motor induksi satu phasa adalah dengan menambahkan sebuah belitan bantu pada belitan utama di stator sehingga motor dapat dijalankan. Jika dua belitan terpisah sebesar 90° listrik pada stator motor dan dieksitasi dengan dua ggl bolak-balik yang berbeda waktu phasa sebesar 90° listrik, dihasilkan medan magnetik putar. Jika dua belitan yang terpisah demikian dihubungkan paralel ke suatu sumber satu phasa, medan yang dihasilkan akan

bolak-balik, tetapi tidak berputar karena kedua belitannya ekivalen dengan satu belitan satu fasa. Akan tetapi, jika suatu impedansi dihubungkan seri dengan salah satu belitan ini, arusnya akan berbeda fasa. Dengan pemilihan impedansi yang cocok, arus dapat dibuat agar berbeda fasa sampai 90° listrik, sehingga menghasilkan medan putar sama seperti medan dari motor dua phasa. Inilah prinsip dari pemisahan fasa (Phase Splitting).

Pada keadaan berputar, motor induksi satu phasa dapat menghasilkan momen putar dengan hanya satu belitan. Sehingga dengan bertambahnya kecepatan motor belitan bantu dapat dilepas dari rangkaian. Pada kebanyakan motor, hal ini

dilakukan dengan menghubungkan sebuah saklar sentrifugal pada rangkaian bantu. Pada sekitar 70 sampai 80 persen kecepatan sinkron, saklar sentrifugal bekerja dan melepaskan hubungan belitan bantu dari sistem.

Motor induksi satu phasa dikenal dengan beberapa nama. Penamaannya menjelaskan cara-cara yang dipakai untuk menghasilkan perbedaan phasa antara arus yang mengalir pada belitan utama dan arus yang mengalir pada belitan bantu.

II.4.1. Motor Fasa Terpisah

Diagram rangkaian dari motor induksi fasa terpisah ditunjukkan pada gambar 2.3.a. Belitan bantu memiliki perbandingan tahanan terhadap reaktansi yang lebih tinggi daripada belitan utama, sehingga kedua arus akan berbeda fasa seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3.b. Perbandingan tahanan terhadap reaktansi yang tinggi didapat dengan menggunakan kawat yang lebih murni pada belitan bantu. Hal ini diijinkan karena belitan bantu hanya dipakai pada saat start. Sakelar sentrifugal akan memisahkannya dari

rangkaian segera setelah dicapai kecepatan sinkron sebesar sekitar 70 sampai 80 persen kecepatan sinkron.

Karakteristik momen putar vs kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada gambar 2.3.c.Gambar ini memperlihatkan nilai torsi masing-masing kecepatan motor, mulai dari posisi diam sampai kecepatan nominal, dan seterusnya sampai kecepatan sinkron. Torsi start adalah torsi yang tersedia bila motor mulai berputar dari posisi diam. Torsi beban penuh adalah torsi yang dihasilkan bila motor berputar pada keluaran nominal, dan kecepatan motor pada keluaran itu disebut dengan kecepatan nominal. Nilai maksimum dari torsi dalam hal ini disebut torsi maksimum Tmaks.

Rotor Kumparan

Bantu

Kumparan Utama

I Ia

Im V

Im

V Ia

I α

(a) (b)

100 200 300

25 50 75 100

Pe

rs

e

n

T

o

rs

i

Persen Kecepatan Sinkron

Operasi Saklar Sentrifugal Kumparan Utama Kumparan Bantu

dan Kumparan Utama

0

Torsi Start

Titik Operasi Torsi Beban Penuh

Kecepatan Beban Penuh Torsi Maksimum

Kecepatan Sinkron

(c)

II.4.2. Motor Kapasitor Start

Momen putar start yang lebih tinggi dapat diperoleh dengan menghubungkan sebuah kapasitor yang dipasang secara seri dengan belitan bantu seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4.a. Hal ini akan menaikkan sudut fasa antar arus belitan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4.b. Karakteristik momen put ar – kecepatan dari motor ini dapat ditunjukkan pada gambar 2.4.c. Karena kapasitor dipakai hanya pada saat start, jenis kapasitor yang dipakai adalah kapasitor elektrolit. Motor ini menghasilkan momen putar start yang lebih tinggi.

Saklar Sentrifugal Kapasitor

Start Rotor

Kumparan Bantu

Kumparan Utama

I Ia

Im V

V Ia

Im

α

I

(a) (b)

Persen Kecepatan Sinkron

25 50 75 100

P

e

rs

e

n

T

o

rs

i

0

Operasi Saklar Sentrifugal

Tstart Tmax

Kec. Beban Penuh T Beban Penuh

(c)

II.4.3. Motor Kapasitor permanen

Pada motor ini seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5.a. kapasitor dihubungkan seri dengan belitan bantu dan tidak dilepas setelah pengasutan dilakukan dan tetap tinggal pada rangkaian. Hal ini menyederhanakan konstruksi dan mengurangi biaya serta memperbaiki ketahanan motor karena saklar sentrifugal tidak digunakan. Faktor kerja, denyutan momen putar, dan efisiensi akan lebih baik karena motor berputar seperti motor dua fasa. Sudut fasa antar belitan ditunjukkan pada ganbar 2.5.b. Jenis kapasitor yang digunakan adalah kapasitor kertas. Karakteristik momen putar – kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada gambar 2.5.c.

C

Rotor Kumparan

Bantu

Kumparan Utama

I Ia

Im

V

V Ia

I Im

α

(a) (b)

100 200 300

Persen Kecepatan Sinkron

25 50 75 100

Pe

rs

e

n

T

o

rs

i

0

Tmax

T start

Kecepatan Beban Penuh

(c)

II.4.4. Motor Kapasitor Start – Kapasitor Permanen

Motor ini mempunyai dua buah kapasitor, satu digunakan pada saat start dan satu lagi digunakan pada saat berputar, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6.a. Secara praktis keadaan start dan berputar yang optimal dapat diperoleh dengan menggunakan dua buah kapasitor elektrolit. Kapasitor run secara permanen dihubungkan seri dengan belitan bantu dengan nilai yang lebih kecil dan dipakai kapasitor kertas. Sudut fasa antar belitan sama seperti pada motor kapasitor permanen seperti pada gambar 2.6.b. Karakteristik momen putar – kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada gambar 2.6.c.

Rotor Kumparan

Bantu

Kumparan Utama I Ia

Im

C Run C Start

V S

V Ia

I

Im

α

(a) (b)

Persen Kecepatan Sinkron

25 50 75 100

Pe

rs

e

n

T

o

rs

i

Operasi Saklar Sentrifugal

Tmax Tstart

T Beban Penuh

Kec. Beban Penuh

(c)

II.4.5. Motor Kutub Terarsir

Motor ini mempunyai kutub tonjol dan sebagian dari masing – masing kutub dikelilingi oleh lilitan rangkaian terhubung singkat yang terbuat dari tembaga yang disebut kumparan terarsir seperti pada gambar 2.7.a. Arus imbas yang terdapat pada kumparan yang terarsir menyebabkan fluksi yang berada pada bagian lain. Hasilnya seperti medan putar yang bergerak dalam arah dari daerah kutub yang tidak terarsir ke bagian kutub yang terarsir dan menimbulkan momen putar saat dihidupkan yang kecil. Karakteristik momen putar – kecepatan motor kutub terarsir ditunjukkan pada gambar 2.7.b.

Rotor Kumparan

Utama Kutub Terarsir

T start

100 200

Persen Kecepatan Sinkron 25 50 75 100

Pe

rs

e

n

T

o

rs

i

0

Tmax T Beban Penuh

Kec. Beban Penuh

(a) (b)

BAB III

TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DAN TEORI MEDAN FLUKSI GANDA PADA MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN

SATU PASA

III.1. TEORI DUA REAKSI MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN SATU PASA

Pada awalnya bahwa motor ini dalam keadaan diam karena supply yang diberikan adalah satu phasa, berbeda dengan sumber dua phasa ataupun tiga phasa, maka yang harus dipikirkan adalah bagaimana menjalankan motor tersebut dengan berbagai cara dan kemungkinan yang harus dilakukan. Pada penelitian ini digunakan kapasitor sebagai pembeda phasa antara arus kumparan utama dan arus kumparan bantu terhadap tegangan yang pada akhirnya akibat perbedaan sudut phasa tersebut tentu akan mempengaruhi fluksi yang dihasilkan. Adapun kondisi fluksi yang dihasilkan pada berbagai keadaan adalah sebagai berikut.

III.1.1.1. TEORI MEDAN FLUKSI SILANG

Prinsip kerja motor induksi satu fasa dapat dijelaskan dengan menggunakan teori medan putar silang (cross-field theory). Jika suatu motor induksi satu fasa diberikan tegangan ac satu fasa maka arus sinusoidal terhadap waktu akan mengalir pada belitan tersebut. Arus stator ini akan menghasilkan medan magnet seperti yang ditunjukkan oleh garis putus-putus pada gambar 3.1.

C A

Belitan rotor Belitan stator

Gambar 3.1. Medan Magnet Stator Berpulsa Sepanjang Garis AC.

Arus stator yang mengalir pada setengah periode pertama akan membentuk kutub utara di A dan kutub selatan di C pada permukaan stator. Pada setengah periode berikutnya, arah kutub-kutub stator menjadi terbalik. Meskipun kuat medan magnet stator adalah selalu berubah-ubah yaitu maksimum pada saat arus maksimum dan nol pada saat arus nol dan polaritasnya berbalik secara periodik, aksi ini hanya terjadi sepanjang sumbu AC. Dengan demikian, medan magnet ini tidak berputar tetapi hanya merupakan sebuah medan magnet berpulsa pada posisi yang tetap (stationary).

Seperti halnya pada transformator, tegangan terinduksi pada belitan sekunder, dalam hal ini belitan rotor. Karena rotor dari motor induksi satu fasa adalah rotor sangkar dimana belitannya telah terhubung singkat, maka aruspun mengalir. Sesuai dengan hukum Lenz, arah dari arus ini (seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.1) adalah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang dihasilkannya menentang medan magnet yang menghasilkannya. Arus rotor ini akan menghasilkan medan

magnet rotor dan membentuk kutub pada permukaan rotor. Karena kutub ini juga berada pada sumbu AC dengan arah yang berlawanan terhadap kutub-kutub stator, maka tidak ada momen putar yang dihasilkan pada kedua arah, rotor tetap diam. Dengan demikian, motor induksi satu fasa tidak dapat diasut sendiri dan membutuhkan rangkaian bantu untuk menjalankannya. Dimana rangkaian bantu ini juga dapat dilengkapi dengan komponen lain dalam meningkatkan unjuk kerja motor itu sendiri seperti halnya dalam penelitian ini menggunakan kapasitor baik dalam startnya saja dan juga run ataupun menggunakan keduanya secara bersamaan.

Arah putaran

B D

C A

Gambar 3.2. Motor Dalam Keadaan Berputar

Misalnya sekarang motor sedang berputar. Hal ini dapat dilakukan dengan memutar rotor dengan tangan ataupun dengan rangkaian bantu. Konduktor-konduktor rotor memotong medan magnet stator sehingga timbul gaya gerak listrik pada konduktor-konduktor tersebut. Hal ini diperlihatkan pada gambar 3.2 yang menunjukkan rotor sedang berputar searah jarum jam.

Jika fluks stator seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.2 mengarah ke atas, maka sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming, arah gaya gerak listrik (ggl) rotor akan mengarah keluar kertas pada setengah bagian atas rotor dan mengarah ke dalam kertas pada setengah bagian bawah rotor. Pada setengah periode berikutnya

arah dari gaya gerak listrik yang dibangkitkan akan terbalik. Gaya gerak listrik yang diinduksikan ke rotor adalah berbeda dengan arus dan fluks stator. Karena konduktor-konduktor rotor terbuat dari bahan dengan tahanan rendah dan induktansi tinggi, maka arus rotor yang dihasilkan akan tertinggal terhadap gaya gerak listrik rotor mendekati 90o. Gambar 3.3 menunjukkan hubungan fasa dari arus dan fluks stator, gaya gerak listrik, arus dan fluks rotor.

90

Tegangan induksi rotor Fluks dan arus stator

Fluks dan arus rotor

I, V,φ

t

ω

Gambar 3.3. Fluks Rotor Tertinggal Terhadap Fluks Stator Sebesar 90°.

Sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming, arus rotor ini akan menghasilkan medan magnet, seperti yang ditunjukkan gambar 3.5. Karena medan rotor ini terpisah sebesar 90o dari medan stator, maka disebut sebagai medan silang (cross field). Nilai maksimum dari medan ini seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.3, terjadi pada saat seperempat periode setelah gaya gerak listrik rotor yang dibangkitkan adalah telah mencapai nilai maksimumnya. Karena arus rotor yang mengalir disebabkan oleh suatu gaya gerak listrik bolak-balik maka medan magnet yang dihasilkan oleh arus ini adalah juga bolak-balik dan aksi ini terjadi sepanjang sumbu DB (lihat gambar 3.4).

Arah putaran

B D

C A

Gambar 3.4. Medan Silang yang Dibangkitkan Arus-Arus Stator

III.1.1.2. KONSEP MEDAN FLUKSI SILANG (Cross revolving field method)

Untuk dapat menganalisa parameter dan prinsip kerja dari motor induksi satu phasa salah satu konsep yang dapat dilakukan adalah dengan metode medan fluksi silang. Pada metode ini akan dijelaskan bagaimana aliran fuksi yang terjadi dalam setiap arah putarnya. Agar lebih jelas dapat memperhatikan gambar 3.5.

Karena medan silang beraksi pada sudut 90o terhadap medan magnet stator dengan sudut fasa yang juga tertinggal 90o terhadap medan stator, kedua medan bersatu untuk membentuk sebuah medan putar resultan yang berputar dengan kecepatan sinkron seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.5.

Pada praktiknya bahwa sudut phasa antara fluksi rotor tertinggal terhadap fluksi stator. Dimana medan fluksi yang diinduksikan pada rotor terjadi setelah

mencapai siklus atau sudut lebih dari 80 atau (0 〉 800). Untuk memperjelas teori diatas dapat memperhatikan grafik arah jalannya fluksi seperti gambar 3.5.

(a). Induksi arus rotor dua pole (b). Grafik medan stator dan medan silang

tertinggal sejauh 80 . pada rotor terhadap derajat waktu. 0

(1) (2)

(3) (4)

(c). Phasor medan fluksi yang dihasilkan oleh belitan stator dan rotor

III.1.2.1 TEORI MEDAN FLUKSI GANDA (Double revolving field theory)

Tegangan satu phasa yang dicatu ke belitan stator motor induksi satu phasa tidak akan mampu membuat rotornya berputar. Dengan demikian, motor induksi satu phasa tidak dapat diasut sendiri dan membutuhkan rangkaian Bantu untuk menjalankannya. Akan tetapi sekali rotor diputar di dalam medan magnet berpulsa, motor akan segera meneruskan putarannya dan membangkitkan torsi. Hal ini dapat dijelaskan dengan teori medan putar ganda.

Teori medan fluksi ganda (Double revolving-field theory) adalah suatu metode lain untuk menganalisa prinsip perputaran motor induksi satu fasa disamping teori medan putar silang. Menurut teori ini, medan magnet yang berpulsa dalam waktu tetapi diam dalam ruangan dapat dibagi menjadi dua medan magnet, dimana besar kedua medan magnet itu sama dan berputar dengan berlawanan arah. Dengan kata lain, suatu fluks sinusoidal bolak-balik dapat diwakili oleh dua fluks yang berputar, yang masing-masing besarnya sama dengan setengah dari nilai fluksi bolak-balik tersebut dan masing-masing berputar secara sinkron dengan arah berlawanan. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan Euler.

Menurut persamaan Euler :

2

θ θ

θ ej e j

Cos

−

+

= ………...(3.1)

Dengan asumsi, jθ

e mewakili vektor yang berputar searah jarum jam dan

θ

j

) (

2

2 maks j2 t j2 t

maksCos t e e

ω ω

φ ω

φ _{= +} − _…...(3.2)

Dari persamaan di atas, terlihat bahwa fluks yang terjadi terdiri atas dua bagian yang sama besar (setengah harga total) dan dengan arah saling bertolak-belakang.

III.1.2.2. KONSEP MEDAN FLUKSI GANDA (Double revolving field method)

Untuk memperjelas teori medan fuksi ganda dapat memperhatikan grafik arah jalannya fluksi seperti gambar 3.6. Teori ini menjelaskan bahwa saat terjadi medan fluksi maju maka bersamaan dengan itu akan dihasilkan medan fluksi lawannya atau medan fluksi mundur. Hal ini dapat dijelaskan dengan diagram medan fluksi dan persamaan berikut ini.

(a). Stator dua kutub dan induksi (b). Grafik resultan medan fluksi maju dan arus rotor. mundur terhadap waktu.

(1) (2) (3)

(4) (5) (c). Prinsip medan fluksi ganda

Gambar 3.6. Konsep Medan Fluksi Ganda (Forward-backward revolving field

theory)

Konsep medan fluksi diatas dapat juga dijelaskan dengan gambar 3.7. Pada gambar 3.7 menunjukkan suatu fluksi bolak-balik yang mempunyai nilai maksimum φm. Komponen-komponen fluksnya A dan B mempunyai nilai yang sama yaitu φm/2, berputar dengan arah yang berlawanan dan searah perputaran jarum jam, seperti ditunjukkan anak panah.

A= _m/2

B= _m/2

+ _m

y y y y A B

m sin -+ y y A B m/2 m/2

(a) (b) (c)

-m y y A B y y A B

(d) (e)

Gambar 3.7. Konsep Medan Fluksi Ganda yang Disederhanakan.

Pada beberapa saat ketika A dan B telah berputar dengan sudut +θ dan -θ seperti pada gambar 3.7.b, maka besar fluks resultannya adalah :

θ φ

φ φ

φ

φ cos 2

2 . 2 2 4 2 2

2 m m m m

r −

+

= ...(3.3) θ

φ

φ_r = _msin ………...(3.4)

dimana :

r

φ = fluks resultan

m

φ = fluks maksimum θ = sudut ruang

Setelah seperempat periode putaran, fluks A dan B akan berlawanan arah seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.7.c, sehingga resultan fluksnya sama dengan nol. Setelah setengah periode putaran, fluks A dan B akan mempunyai resultan sebesar –2 x φm/2 = -φm, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.7.d. Setelah tiga perempat putaran, resultannya akan kembali nol seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.7.e dan demikianlah seterusnya. Jika nilai-nilai dari fluks resultan digambarkan terhadapθ diantara θ = 0o sampai θ = 360o, maka akan didapat suatu kurva seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.8.

.

0o

90o 180o ₂₇₀o ₃₆₀ o

Fl

uk

s

Gambar 3.8. Kurva Fluks Resultan Terhadapθ

Pada keadaan jalan jelas terlihat perbedaan slip yang dihasilkan saat maju dan mundur. Dimana perbedaan slip yang terjadi adalah akibat fluks yang dihasilkan putaran rotor. Diketahui bahwa putaran rotor yang terjadi adalah akibat interaksi dua fluksi magnet yang berlawan arah yaitu satu saat arah maju ( Forward revolving

field) dan yang lain adalah fluksi magnet pada arah mundur berlawanan dengan saat

maju ( Backward revolving field).Saat rotor berputar dengan arah maju (φf ) , maka

menentang fluksi magnet saat arah maju tersebut. Resultan kedua fluksi yang terjadi dapat dirumuskan dengan persamaan :

b f

R φ φ

φ = + ..………...(3.5)

Akibat kedua fluksi magnet yang dihasilkan, maka slip yang dihasilkan juga akan berbeda yang diperoleh dengan persamaan dibawah ini :

Dimana kecepatan sinkron dapat diperoleh dengan persamaan:

p f

n_s =120 ………...………..…...(3.6) Dan : ns= Putaran Sinkron ( rpm)

f = Frekuensi system (Hz)

p = Jumlah kutub

Slip pada keadaan fluksi magnet maju (Forward revolving field) adalah :

s n

n n s

s r s

f =

−

= …….………...(3.7)

Dimana :

s

n = Putaran Sinkron ( rpm)

r

n = Kecepatan putar rotor saat medan fluksi maju (rpm)

Sedangkan slip pada keadaan fluksi magnet mundur ( Backward revolving

field) adalah :

s r s b

n n n

s = −(− )

=

s r s

n n

= s r s s n n n

n − )+

2 ( = s r s s n n n

n ( )

2 − −

= − s s n n 2       − s r s n n n ) (

= 2−s_f Karena pada keadaan maju atau forward s_f =s,maka : s_b =2−s…….……….………..……...(3.8)

Dimana :

-n = Kecepatan putar rotor saat arah medan fluksi mundur (rpm) _r

Masing-masing dari kedua komponen fluks tersebut memotong konduktor rotor sehingga menginduksikan ggl dan pada akhirnya menghasilkan torsi tersendiri. Kedua torsi mempunyai arah yang saling berlawanan seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.8. Pada keadaan diam kedua komponen torsi tersebut sama besarnya, sehingga torsi resultan asut adalah nol. Pada saat motor berputar, besar kedua komponen torsi tesebut tidaklah sama sehingga torsi resultan membuat motor tetap berputar pada putarannya.

Kecepatan Torsi

0 n_s

-n

s

Torsi arah maju

Torsi arah mundur

Torsi resultan

III.2. RANGKAIAN EKIVALEN MOTOR KAPASITOR PERMANEN

Telah diketahui bahwa bagaimana medan magnet berpulsa yang diam dapat diperoleh dengan dua medan putar yang saling berlawanan. Kedua kedua kumparan utama dan kumparan bantu dieksitasi, kedua kumparan akan menghasilkan sepasang medan putar arah maju dan arah mundur. Pada gambar 3.10. terlihat bahwa kumparan bantu dan utama paralel. Kapasitor terhubung seri dengan kumparan bantu, dan slama motor beroperasi tidak dilepas dengan kumpran bantunya. Dari gambar tersebut didapat rangkaian ekivalen seperti pada gambar 3.11. Maka Sehingga tiap-tiap kumparan dapat ditunjukkan dengan suatu rangkaian ekivalen dengan dua percabangan paralel, satu untuk medan arah maju, dan satu lagi untuk medan arah mundur. Suatu medan putar, tanpa memperhatikan dari kumparan mana medan tersebut dihasilkan akan menghasilkan tegangan pada kedua kumparan. Mari kita asumsikan bahwa kumparan bantu ditempatkan tertinggal sebesar 90o listrik terhadap kumparan utama. Kemudian medan arah maju yang dihasilkan oleh kumparan bantu akan menginduksikan tegangan pada kumparan utama, yang mana akan tertinggal 90o listrik dari tegangan yang dihasilkan oleh medan yang sama dalam kumparan bantu.. Rangkaian ekivalen dari motor kapasitor permanen diperlihatkan pada gambar 3.10.

C Rotor Kumparan Bantu Kumparan Utama I Ia Im V + -+ -1 ~ E 2 ~ E + -+ -+ - 3 ~ E 4 ~ E + -1 2_x ja s r

a2₂

5 . 0 2 2 m X ja 2 2 2_x ja 2 2 m X ja 2 2 2_x ja s r a − 2 5 . 0 2₂

c jX − a r a Zˆ s r₂ 5 . 0 2 2 jx 2 m jX s r − 2 5 . 0 ₂ 2 2 jx 2 m jX 1 jx 1 r 1 ~ V 1 ~ V Kumparan Utama Kumparan Bantu Cabang arah mundur Cabang arah maju

{

Gambar 3.10. Rangkaian Ekivalen dari Motor Kapasitor Permanen

dimana :

1

V~ = tegangan jala-jala masukan motor.

r1 , x1 = resistensi dan reaktansi bocor kumparan utama stator. Xm = reaktansi magnetisasi.

r2 , x2 = resistansi dan reaktansi rotor dilihat dari sisi stator. Xc = reaktansi kapasitor permanen.

a = konstanta perbandingan belitan kumparan bantu dengan belitan kumparan utama.

1

~

E = tegangan yang diinduksikan dalam cabang arah maju dari kumparan utama oleh medan putar arah maju dari kumparan bantu.

2

~

E = tegangan yang diinduksikan dalam cabang arah mundur dari kumparan

utama oleh medan putar arah mundur dari kumparan bantu.

3

~

E = tegangan yang diinduksikan dalam cabang arah maju dari kumparan

bantu oleh medan putar arah maju dari kumparan utama.

4

~

E = tegangan yang diinduksikan dalam cabang arah mundur dari kumparan bantu oleh medan putar arah maju dari kumparan utama.

Rugi – rugi inti Rc dari motor tidak ditunjukkan dan akan digabungkan dengan rugi-rugi putaran motor. Catat bahwa kecocokan parameter dari kumparan bantu pada gambar 3.10. telah didefenisikan melalui perbandingan transformasi (a) dari parameter-parameter kumparan utama. Impedansi arah maju dari kumparan utama adalah :

) ( ) / ( ] ) / [( 5 . 0 ˆ 2 2 2 2 m m f f f X x j s r jx s r jX jX R Z + + + = +

= ……….(3.9)

Impedansi arah mundur dari kumparan utama adalah :

) ( ) 2 /( ( ] ) 2 /( [( 5 . 0 ˆ 2 2 2 2 m m b b b X x j s r jx s r jX jX R Z + + − − + = +

= ……..(3.10)

Pada gambar 3.11. diperlihatkan rangkaian ekivalen dengan Zˆ dan _f Zˆ_b.

1

I ~

= arus pada kumparan utama.

1

I ~

= arus pada kumparan bantu.

a

Zˆ = resistansi kumparan bantu dan reaktansi ekivalen dari kapasitor.

+ -+ - 1 ~ E 2 ~ E + -+ -+ - 3 ~ E 4 ~ E + -1 2 x

ja Zˆa

1 jx 1 r 1 ~

V V~₁

Kumparan Utama Kumparan Bantu f jX f R b R b jX f R a2 f X ja2 b R a2 b X ja2 1 ~ I 2 ~ I

Gambar 3.11. Rangkaian Sederhana Ekivalen Motor Kapasitor Permanen

Tegangan yang diinduksikan dalam kumparan utama oleh medan putar arah maju adalah :

f fm I Z

E~ =~₁ˆ ………..…..(3.11)

Tegangan yang diinduksikan dalam kumparan utama oleh medan putar arah mundur adalah :

b bm I Z

E~ =~₁ˆ ………(3.12)

Tegangan yang diinduksikan dalam kumparan bantu oleh medan putar arah maju adalah :

f fa I a Z

Tegangan yang diinduksikan dalam kumparan bantu oleh medan putar arah mundur adalah :

b ba I a Z

E~ =~2 2 ˆ ……….(3.14)

Karena kumparan utama ditempatkan mendahului 90o listrik dari kumparan bantu, tegangan yang diinduksikan dalam kumparan utama oleh medan putar arah maju dari kumparan bantu harus tertinggal 90o listrik dari tegangan yang diinduksikan oleh medan yang sama dalam kumparan bantu. Lagipula, tegangan yang diinduksikan dalam kumparan utama harus sebesar 1/a kali dari tegangan yang diinduksikan dalam kumparan bantu, yaitu :

f fa jaI Z

E a j

E~₁ =− 1 ~ =− ~₂ ˆ ………(3.15)

Dengan hal yang sama, tegangan yang diinduksikan dalam kumparan utama oleh medan putar arah maju yang dihasilkan oleh kumparan bantu harus mendahului sebesar 90o listrik dari tegangan yang diinduksikan dalam kumparan bantu, yaitu :

b ba jaI Z E

a j

E~2 = 1 ~ = ~2 ˆ ...(3.16)

Dengan cara yang sama, tegangan yang diinduks ikan dalam cabang arah maju dari kumparan bantu oleh medan putar arah maju dari kumparan utama adalah :

f

Z I ja

E~₃ = ~₁ˆ ………(3.17)

Akhirnya, tegangan yang diinduksikan dalam kumparan bantu oleh medan arah mundur dari kumparan utama adalah :

b Z I ja

Karena semua tegangan telah diketahui dalam kaitan dengan arus dan parameter rangkaian yang tidak diketahui, penyamaan bersama untuk kedua cabang adalah : 1 2 1 1 1 1 ~ ~ ~ ~ ~ ) ( ~ V E E E E jx r

I + + fm + bm + + = …………(3.19)

dan I~₂(Zˆ_a + ja2x₁)+E~_fa +E~_ba+E~₃ +E~₄ =V~₁ …………(3.20) Persamaan-persamaan diatas dapat ditulis kembali menjadi :

1 12 2 11 1 ~ ˆ ~ ˆ ~ V Z I Z

I + = ………(3.21)

1 22 2 21 1 ~ ˆ ~ ˆ ~ V Z I Z

I + = ………(3.22)

dimana :

Zˆ11 =r1 +Zˆf +Zˆb + jx1 ………(3.23)

) ˆ ˆ ( ˆ

12 ja Zf Zb

Z =− − ………(3.24)

) ˆ ˆ ( ˆ

21 ja Zf Zb

Z = − ………(3.25)

) ˆ ˆ ( ˆ ˆ 1 2

22 Z a Z Z jx

Z = _a + _f + _b + ………(3.26)

Dari penyamaan-penyamaan bersama di atas, kita dapat menghitung besar arus dalam kedua cabang sebagai :

21 12 22 11 12 22 1

1 _{ˆ ˆ ˆ ˆ}

) ˆ ˆ ( ~ ~ Z Z Z Z Z Z V I − −

= ……….(3.27)

21 12 22 11 21 11 1

2 _{ˆ ˆ ˆ ˆ}

) ˆ ˆ ( ~ ~ Z Z Z Z Z Z V I − −

= ……….(3.28)

Arus masukan adalah :

2 1 L I ~ I ~ I ~ + = ……….(3.29)

III. 3. DAYA, RUGI RUGI SERTA EFISIENSI MOTOR KAPASITOR PERMANEN

Dari gambar 3.12 Diagram aliran daya motor induksi satu phasa, daya masukan motor adalah :

θ cos

1 L

in V I

P = ……….(3.30)

Dimana θ adalah sudut faktor daya dimana arus masukan tertinggal dari tegangan suplai.

Tegangan pada kapasitor permanen adalah:

2 c

c I

~ jX

V =− ……….(3.31)

Rugi-rugi tembaga stator adalah :

a 2 2 1 2 1

SCL I r I r

P = + ……….(3.32)

Jika rugi-rugi tembaga stator dikurangi dari daya masukan, daya yang melalui celah udara dapat diperoleh, yang mana dibagi dua antara medan putar arah maju dan medan putar arah mundur. Bagaimanapun, kita dapat menulis suatu persamaan untuk daya yang melalui celah udara sama seperti pada operasi motor satu fasa dengan satu kumparan. Kita juga harus memperhitungkan bahwa adanya tegangan induksi dalam suatu kumparan berdasarkan pada medan-medan yang dihasilkan oleh kumparan yang lain. Dengan dasar inilah, daya yang melalui celah udara yang dihasilkan berdasarkan pada medan putar arah maju dari kumparan utama adalah :

] I ~ ) E~ E~ Re[(

P_gfm = _fm+ _{1 1}* ……….(3.33)

dimana : Re = Komponen Real.

Dengan hal yang sama, daya yang melalui celah udara arah maju berdasarkan pada kumparan bantu adalah :

] I ~ ) E~ E~ Re[(

P_gfa = _fa + _{3 2}* ………..(3.34)

Sehingga, daya yang mengalir melalui celah udara total berdasarkan pada medan putar arah maju dari kedua kumparan utama dan kumparan bantu adalah :

] I ~ ) E~ E~ ( I ~ ) E ~ E~ Re[(

P_gf = _fm + _{1 1}*+ _fa + _{3 2}* ………..(3.35)

Dengan hal yang sama, daya yang mengalir melalui celah udara total berdasarkan pada medan putar arah mundur dari kedua kumparan utama dan kumparan bantu adalah :

] I ~ ) E ~ E ~ ( I ~ ) E~ E ~ Re[(

P ba 4 2*

* 1 2 bm

gb = + + + ………...(3.36)

Suatu hubungan yang sangat bermanfaat diperoleh jika kita mengevaluasi persamaan untuk daya yang melalui celah udara dengan menyatakan arus pada kumparan utama dan kumparan bantu sebagai :

1 1 1 ~ θ ∠ =I I ………...(3.37) dan 2 2 2 ~ _θ ∠ =I I ………...(3.38)

Dimana θ1 dan θ2 adalah sudut fasa dari arus pada kumparan utama dan kumparan bantu berkenaan dengan tegangan suplai. Daya yang melalui celah udara berdasarkan pada medan arah maju dapat ditulis kembali sebagai :

P_gf =Re[(~I₁Zˆ_f − jaI~₂Zˆ_f)~I₁* +(~I₂a2Zˆ_f + jaI~₁Zˆ_f)I~₂*] = Re[(I₁2 +a2I₂2)Zˆ_f − jaZˆ_f(I~₂I₁* −I~₁I₂*)]

= (I₁2 +a2I₂2)R_f +2aI₁I₂R_f sinθ₂₁ ………..(3.39) dimana θ21 = θ2 - θ1.

Dengan hal yang sama, kita dapat menulis kembali persamaan dari daya yang melalui celah udara berdasarkan pada medan arah maju dapat ditulis kembali sebagai:

= gb

P 2 _{1 2 21}

2 2 2

1 ) 2 sin

(I +a I Rb − aI I Rb θ ……….(3.40)

Daya bersih yang melalui celah udara adalah :

gb gf

g P P

P = −

21 2 1 2

2 2 2

1 )( ) 2 ( ) sin

(I a I R R a R R I I θ

Pg = + f − b + f + b ……..(3.41)

Dalam keadaan diam (seperti kondisi saat rotor tertahan), slip per unit dari motor adalah kesatuan dan impedansi rotor dalam cabang arah maju dan mundur adalah sama. Daya bersih yang melalui celah udara yang dihasilkan motor adalah :

21 2

1 sin

4 _f θ

gs aI I R

P = ………...(3.42)

Catat bahwa daya bersih yang dikembangkan adalah bentuknya sesuai dengan sudut sinus antara arus dalam kedua kumparan. Daya yang dihasilkan adalah maksimum ketika sudutnya sebesar 90o. Akan tetapi dalam motor fasa terpisah, sudutnya antara 30o sampai 45o. Hal ini mengapa motor kapasitor dengan ukuran yang sama dapat mengembangkan torsi start yang lebih besar dibandingkan dengan motor fasa terpisah.

Torsi motor adalah perbedaan antara torsi arah maju dengan torsi arah mundur, yang dirumuskan sebagai berikut :

b

f T

T

sync g P T ω = ………..………...…………...(3.44) 60 ns 2 sync π =

ω ...(3.45)

Pada saat start slip = 1, dan Rf = Rb. Dari persamaan 3.42 dan persamaan 3.44, maka torsi start motor adalah :

sync 21 2 1 b f st sin I I ) R R ( a 2 T ω θ +

= ……….(3.46)

Daya mekanis yang dihasilkan motor adalah : T

) s 1 (

P_m = − ω_syn ……….(3.47)

Dan daya keluaran dari motor adalah:

Pout = Pm – Prot ……….(3.48)

Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar diagram aliran daya motor dibawah ini :

Rugi - rugi tembaga stator

Celah udara

Konversi Daya

Rugi - rugi tembaga rotor

Rugi - rugi mekanis

Rugi - rugi gesek dan angin Rugi - rugi

inti Rugi - rugi putaran θ

=VI cos Pin 1L

21 2 1 b f b f 2 2 2 2 1

g (I aI )(R R ) 2a(R R )II sin

P = + − + + θ

T ) s 1 (

P_m= − ω_syn

P_out = P_m - P_rot

) r 25 . 0 r ( I P

Prot= nL− 2nL 1+ 2

Sehingga efisiensi motor adalah :

% 100 x P P

in out

=

BAB IV

ANALISA PERFORMANSI MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN SATU PHASA DENGAN BELITAN BANTU DAN BELITAN UTAMA

IV.1. PERHITUNGAN PARAMETER MOTOR KAPASITOR PERMANEN

Parameter induksi satu fasa dapat diperoleh melalui pendekatan parameter rangkaian ekivalen motor induksi satu fasa dari hasil pengujian beban nol dan pengujian rotor tertahan. Kedua pengujian ini hampir sama seperti yang dilakukan pada motor induksi fasa banyak. Pengujian ini dilakukan untuk memperoleh parameter dari kumparan utama dan kumparan bantu. Pengujian ini hanya dilakukan dengan hanya mensuplai tegangan satu fasa pada kumparan utama saja.

IV.1.1. Pengujian Rotor Tertahan ( block rotor test )

Pada pengukuran hubung singkat, rotor dipaksa tidak berputar (nm =0,s=1). Pengujian dilakukan pada frekuensi kerja dengan tegangan kerja. Jika kita asumsikan bahwa reaktansi magnetik Xm adalah sangat besar dibandingkan dengan reaktansi rotor sehingga arus yang melalui Xm sangat kecil dan dapat diabaikan, rangkaian ekivalen dapat diperlihatkan pada Gambar 4.1

Dengan kondisi rotor tertahan, harga-harga yang diukur adalah tegangan rotor tertahan Vbr, arus rotor tertahan Ibr, dan rugi-rugi yang hilang Pbr. Sehingga impedansi rotor tertahan dapat dihitung dengan :

br br br

I V

Z = ………. (4.1)

2

br br br

I P

R = ………. (4.2)

Kemudian reaktansi rotor tertahan :

2 2

br br

br Z R

X = − ………. (4.3)

Ibr R1 X1 If 0,5 X2

0,5 R2

0,5 X2

0,5 R2

Vbr

Gambar 4.1. Gambar Pendekatan Rangkaian Ekivalen dengan Rotor Tertahan

Dari rangkaian ekivalen pada Gambar 4.1 diperlihatkan :

2

1 R

R

Rbr = + ... (4.4)

2

1 X

X

Xbr = + ... (4.5)

Untuk memperoleh harga R1 dilakukan dengan pengukuran DC yaitu dengan menghubungkan sumber tegangan DC (Vdc) pada dua terminal input dan diukur arus DC-nya (Idc). Di sini tidak mengalir arus rotor karena tidak ada tegangan yang terinduksi. Harga R1 dapat dihitung sebagai berikut :

dc dc

I V

Harga r1 ini dinaikkan dengan 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. Dari harga r1 ini harga r2 dapat ditentukan :

1

2 R R

R = _br − ... (4.7)

Untuk menentukan harga X1 dan X2 digunakan metode empiris berdasarkan

NEMA Standard 112. Hubungan X1 dan X2 terhadap Xbr dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Distribusi empiris dari Xbr.

Desain Rotor X1 X2

A B C D

Rotor Belitan

0,5 Xbr 0,4 Xbr 0,3 Xbr 0,5 Xbr 0,5 Xbr

0,5 Xbr 0,6 Xbr 0,7 Xbr 0,5 Xbr 0,5 Xbr

Dikutip dari Buku Electric Machinery Fundamentals karangan Stephen J.Chapman

Perbedaan dari masing – masing kelas motor induksi adalah sebagai berikut :

1. Kelas A : Torsi start normal, arus start normal dan slip kecil

Tipe ini umumnya memiliki tahanan rotor sangkar yang rendah. Slip pada beban penuh kecil atau rendah namun efisiensinya tinggi. Torsi maksimum

biasanya sekitar 21% dari torsi beban penuh dan slipnya kurang dari 21%. Motor kelas ini berkisar hingga 20 Hp.

2. Kelas B : Torsi start normal, arus start kecil dan slip rendah

Torsi start kelas ini hampir sama dengan kelas A tetapi arus startnya berkisar 75%Ifl . Slip dan efisiensi pada beban penuh juga baik. Kelas ini umumnya berkisar antara 7,5 Hp sampai dengan 200 Hp. Penggunaan motor ini antara lain : kipas angin, boiler, pompa dan lainnya.

3. Kelas C : Torsi start tinggi dan arus start kecil

Kelas ini memiliki resistansi rotor sangkar yang ganda yang lebih besar dibandingkan dengan kelas B. Oleh sebab itu dihasilkan torsi start yang lebih tinggi pada arus start yang rendah, namun bekerja pada efisisensi dan slip yang rendah dibandingkan kelas A dan B.

4. Kelas D : Tosi start tinggi, slip tinggi

Kelas ini biasanya memiliki resistansi rotor sangkar tunggal yang tinggi sehingga dihasilkan torsi start yang tinggi pada arus start yang rendah Sebagai tambahan pada keempat kelas tersebut diatas, NEMA juga memperkenalkan disain kelas E dan F, yang sering disebut motor induksi

soft- start, namun disain kelas ini sekarang sudah ditinggalkan.

Kurva torsi – kecepatan untuk berbagai disain motor induksi digambarkan pada gambar 4.2 di bawah ini :

Gambar 4.2. Kurva torsi – kecepatan untuk berbagai disain motor induksi

IV.1.2 Pengujian Beban Nol ( No load test )

Pengujian beban nol, kedua kumparan utama dan kumparan bantu digunakan pada saat menjalankan motor, tetapi saat kondisi motor sudah berputar, kumparan bantu motor dilepas dari suplai. Sehingga data diambil ketika hanya kumparan utama saja yang beroperasi. Pada motor induksi tiga fasa yang bekerja pada beban nol, rugi-rugi tembaga beban nol dalam rangkaian rotor diasumsikan menjadi sangat kecil

sehingga dapat diabaikan. Kenyataannya, kita anggap titik cabang rangkaian rotor sebagai rangkaian terbuka karena slip yang sangat kecil. Dalam motor induksi satu fasa, slip beban nol tidak kecil seperti pada motor tiga fasa, tetapi jika kita anggap rangkaian rotor sebagai suatu rangkaian terbuka untuk percabangan arah maju dibawah kondisi beban nol, kesalahan yang dihasilkan dalam perhitungan parameter rangkaian motor akan menjadi lebih besar sedikit dibanding dengan pada motor induksi tiga fasa. Dan dengan rangkaian pendekatan, rangkaian akan menjadi lebih sederhana sehingga dapat digambarkan rangkaian ekivalennya seperti pada Gambar 4.3 berikut ini :

Inl R1 X1

0,5 X2

0,25 R2

Vnl

Xm

Gambar 4.3. Pendekatan Rangkaian Ekivalen pada Beban Nol Dengan s≅0

Diketahui V , _nL I , dan nL P adalah harga – harga yang diukur dari tegangan nL

kerja, arus, dan daya yang dipakai motor pada kondisi beban nol. Impedansi beban nol dapat dihitung sebagai berikut :

nL nL nL

I V

Z = ... (4.8) Resistansi beban nol dapat dihitung dengan rumus :

nL nL nL

I P

R = ₂ ….……… (4.9)

Kemudian reaktansi beban nol adalah :

nL nL

nL Z R

X = 2 − 2

……….(4.10)

Karena X_nL = X₁+0.5X_m+0.5X₂

Maka :

2 1

2

2X X X

X_m = _nL − − ……… (4.11)

IV.2. Peralatan yang digunakan

1. Motor kapasitor run

- Tegangan nominal : 220 volt - Arus nominal : 6,3 ampere - Frekuensi : 50 Hz - Daya output : 0,75 kw - cos φ : 0,85 - Putaran nominal : 1370 rpm - Jenis rotor : sangkar - Jumlah kutub : 4 kutub - Kelas motor : B

- Nilai kapasitor : 25 mikrofarad 2. 1 unit power supply AC

3. 1 voltmeter AC 4. 1 amperemeter AC 5. 1 wattmeter satu phasa 6. 1 unit tachometer

7. 1 unit phony brake PB 184

IV.3. Pegujian Rotor Tertahan (Blocked Rotor)

a. Rangkaian Pengujian

Rotor AC

A

u

to

T

ra

n

s

fo

rm

e

r

W

Kumparan Bantu A

V +

-+

-Vbr

Gambar 4.4. Pengujian Rotor Tertahan

b. Prosedur Pengujian

1) Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar 4.4 di atas.

2) Tutuplah sakelar auto transformer, kemudian naikkanlah tegangan

auto transformer perlahan-lahan hingga Amperemeter menunjukkan

nilai nominal arus motor.

4) Catatlah penunjukkan Voltmeter V, dan Wattmeter W setiap tahapannya.

5) Ulangi pengujian secara berulang-ulang dengan cara yang sama untuk mendapatkan ketelitian pengukuran.

6) Selesai

c. Hasil pengujian Vbr = 90 Volt

Ibr = 6,3 Amp

Pbr = 390 Watt

f = 50 Hz

d. Analisa hasil Pengujian Impedansi rotor tertahan :

br br br

I V Z = =

) ( 3 , 6

) ( 90

A V

= 14,28 ohm

Resistansi rotor tertahan :

2

br br br

I P

R = = ₂

3 , 6

390

= 9,82 ohm

Reaktansi rotor tertahan :

2 2

br br

br Z R

X = − = 14,282 −9,822

IV.4. Pengujian Pengukuran Tahanan Belitan

Pengujian ini untuk menentukan nilai tahanan belitan bantu dan utama.

IV.4.1. Pengujian Pengukuran Tahanan Belitan Utama

a. Rangkaian Pengujian

P

T

D

C

A

V

Gambar 4.5 Rangkaian Pengujian Tahanan Belitan Utama

b. Prosedur pengujian

1. Susun dan rangkailah peralatan sesuai dengan gambar 4.5 di atas 2. Buka hubungan terminal kumparan bantu.

3. Naikkan tegangan sampai mencapai arus nominal motor 4. Catatlah nilai penunjukan dari amperemeter dan voltmeter

c. Hasil pengujian

Vdcm (Volt) Idcm (A)

d. Analisa hasil pengujian

Rdc =

( )

(

Ampere

)

I

Volt V

dcm dcm

=

) (

8 , 4

) ( 26

Ampere volt

= 5,41 ohm

Karena belitan ini beroperasi pada tegangan bolak – balik maka tahanan ini harus dikali dengan factor koreksi 1,3.

R1 = Rdc x factor koreksi = 5,41 x 1,3

= 7,03 ohm

Dengan menggunakan persamaan ( 4.4 ) di dapat : Rbr = R1 + R2

R2 = Rbr – R1

= 9,82 – 7,03 = 2,79 ohm

Karena motor induksi yang digunakan mempunyai design kelas B , maka : X1 = 0,4 Xbr

= 0,4 . 10,36 = 4,14 ohm X2 = 0,6 Xbr

= 0,6 . 10,36 = 6,21 ohm dimana :

R2 adalah tahanan belitan kumparan rotor

X2 adalah reaktansi belitan rotor

IV.4.2. Pengujian Pengukuran Tahanan Belitan Bantu

a. Rangkaian Pengujian

P

T

D

C

A

V

Gambar 4.6 Rangkaian Pengujian Tahanan Belitan Bantu

b. Prosedur pengujian

a. Susun dan rangkailah peralatan sesuai dengan gambar 4.6 di atas b. Buka hubungan terminal kumparan Utama.

c. Naikkan tegangan sampai mencapai arus nominal motor d. Catatlah nilai penunjukan dari amperemeter dan voltmeter

c. Hasil pengukuran

Vdcm (Volt) Idcm (A)

38,1 4,77

r1a = 1.3

( )

(

Ampere

)

I

Volt V

dcm dcm

maka :

r1a = 1.3

) ( 77 , 4

) ( 1 , 38

A V

= 10,38 Ω

IV.5. Pengujian Beban Nol

a. Rangkaian Pengujian

Rotor AC

A

u

to

T

ra

n

s

fo

rm

e

r

W

Kumparan Bantu A

V +

-+

-Vbr

b. Prosedur Pengujian

a. Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar 4.7 di atas.

b. Tutuplah sakelar auto transformer, kemudian naikkanlah tegangan

auto transformer perlahan-lahan hingga Voltmeter V menunjukkan

nilai tegangan nominal motor.

c. Catatlah penunjukkan Amperemeter A dan Wattmeter W pada saat tersebut

d. Ulangi pengujian secara berulang-ulang dengan cara yang sama untuk mendapatkan ketelitian pengukuran.

e. Selesai. c. Hasil Pengujian

Vnl = 215 Volt

Inl = 3,65 Amp

Pnl = 320 Watt

d. Analisa Hasil Pengujian

Dari hasil pengujian di atas dapat ditentukan :

Impedansi beban nol :

nl nl nl

I V Z = =

65 , 3

215

= 58,9 ohm

2

nl nl nl

I P

R = =

A W 2

65 , 3

320

= 24,01 ohm

Reaktansi beban nol :

2 2

nl nl

nl Z R

X = − = (58,9)2 −(24,01)2 = 53,78 ohm

Dengan menggunakan persamaan (3.17) didapat reaktansi permagnetan motor induksi :

2 1

2

2X X X

X_m = _nL − − = 2 ( 53,78) – 2 ( 4,14) – 6,21 = 93,07 ohm

IV.6 Pengujian Berbeban

a. Rangkaian Pengujian

P T A C

S Line

Netral

V

W A

n

Motor Kapasitor Run Line 1

Line 2

T

b. Prosedur Percobaan

1) Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar 4.8 di atas.

2) Semuanya switch terbuka, pengatur tegangan semuanya minimum. 3) Tutup S, lalu naikkan PTAC sampai dicapai putaran nominal motor. 4) Naikkan beban secara bertahap, dan tetap pertahankan agar tegangan di V

Konstan. Catatlah penunjukkan alat ukur A, W, T, dan kecepatan motor (nr) setiap tahapnya.

5) Percobaan dilakukan sampai arus motor tidak melebihi arus nominal untuk tegangan konstan.

6) Selesai.

c. Hasil Pengujian

Torsi ( N.m) Nr (rpm) Arus Masukan (A) Daya Input (Watt)

1,0 1410 5,22 400

1,2 1400 5,24 410

1,4 1400 5,31 440

1,6 1390 5,63 520

IV.7. Perhitungan Performansi Motor induksi Satu Phasa

- Kecepatan sinkron

ns = 1500

4 50 . 120 120 = = P f rpm sehingga: S = s r s n n n − = 1500 1370 1500− = 0,086

Nilai perbandingan belitan : a = 1,3

Xc =

fc

π

2 1

= ₆

10 . 25 . 50 . 14 , 3 . 2 1

− = -j127,38

Maka Za = r1a + Xc = 10,38 – j127,38

- Impedansi Medan Maju (Zf)

) ( ) / ( ] ) / [( 5 . 0 ˆ 2 2 2 2 m m f f f X x j s r jx s r jX jX R Z + + + = + = f

Zˆ = 0,5

) 07 , 93 21 , 6 ( ) 086 , 0 / 79 , 2 ( ] 21 , 6 ) 086 , 0 / 79 , 2 [( 07 , 93 + + j +

j j

Zˆ = 0,5 _f

28 , 99 44 , 32 ) 21 , 6 44 , 32 ( 07 , 93 j j j + +

Zˆ = 14,71 _f ∠28,93°

- Impedansi Medan Mundur (Zb) ) ( ) 2 /( ( ] ) 2 /( [( 5 . 0 ˆ 2 2 2 2 m m b b b X x j s r jx s r jX jX R Z + + − − + = + =

Zˆ_b= 0,5

) 07 , 93 21 , 6 ( ) 086 , 0 2 /( 79 , 2 ( ] 21 , 6 ) 086 , 0 2 /( 79 , 2 [( 07 , 93 + +

− − j +

j j

Zˆ_b= 0,5

28 , 99 45 , 1 ) 21 , 6 45 , 1 ( 07 , 93 j j j + +

Zˆ_b= 2,98 ∠77,69°

Zˆb= 0,63 + j 2,91

Dari persamaan (3.23) : Z₁₁ =r₁m+Z_f +Z_b + jx₁

Z11 = 7,03 + 12,87 + j 7,11 + 0,63 + j 2,91 + j 4,14 Z11 = 20,53 + j 14,16

Z11 = 24,93 ∠34,59° Dari persamaan (3.24) : Z12 =−ja(Zf −Zb)

Z12 = -j 1,3 [(12,87 + j 7,11) – (0,63 + j 2,91)] Z12 = -j 1,3 (12,24 + j 4,2)

Z12 = 16,8 ∠−71,07° Z12= 5,45 – j 15,89 Dari persamaan (3.25) : Z₂₁ = ja(Z_f −Z_b)

Z 21= j 1,3 [(12,87 + j 7,11) – (0,63 + j 2,91)] Z21= j 1,3 (12,24 + j 4,2 )

Z21= 16,8 ∠108,93° Z21= -5,45 + j 15,89 Dari persamaan (3.26) :

( 1)

2

22 Z a Z Z jx

Z = a + f + b +

Z22 = 10,38 – j127,38 + 1,32 (12,87 + j 7,11 + 0,63 + j 2,91 + j 4,14) Z22 = 10,38 – j127,38 + 22,81 + j 23,93

Z22 = 33,19 – j103,45 Z22 = 108,64 ∠−72,21°

Maka nilai I1 dan I2 berdasarkan persamaan 3.27 dan 3.28 :

21 12 22 11 12 22 1

1 _{ˆ ˆ ˆ ˆ}

) ˆ ˆ ( ~ ~ Z Z Z Z Z Z V I − − = = ° ∠ ° − ∠ − ° − ∠ °

∠34,59 .108,64 −72,21 ) −(16,8 −71,07 .16,8 108,93 93 , 24 ( ) 8 , 15 45 , 5 ( ) 45 , 103 19 , 33 (

= ) 86 , 37 24 , 282 ( ) 62 , 37 39 , 2708 ( ) 65 , 87 74 , 27 ( 200 ∠ − − ∠ − j = ) 22 , 173 83 , 222 ( ) 25 , 1653 25 , 2145 ( 43 , 72 93 , 91 . 200 j

j − +

− ∠ ° = 47 , 1826 42 , 1922 43 , 72 93 , 91 . 200 j −∠− = 53 , 43 73 , 2651 43 , 72 93 , 91 . 200 − ∠∠− 1 ~

I _{= 6,9 ∠−28,9}

1

~

I _{= 6,04 –j 3,33}

21 12 22 11 21 11 1

2 _{ˆ ˆ ˆ ˆ}

) ˆ ˆ ( ~ ~ Z Z Z Z Z Z V I − − = = 53 , 43 73 , 2651 15,89) j (-5,45 -14,16) j 20,53 ( 200 − ∠ + + = 53 , 43 73 , 2651 8 , 3 03 , 26 . 200 − ∠∠− ~I₂= 1,96∠39,73 ~I₂= 1,5+ j1,25

Maka nilai arus beban IL :

IL = I1+I2 = (6,04 – j3,33) + (1,5+j1,25)

IL = 7,54- j2,08= 7,82∠−15,42

-Rugi-rugi tembaga rotor medan maju (Pgf)

Pgf = 1 2 21

2 2 2 2

1 ) 2 sin

(I +a I Rf + aI I Rf θ

=(6,92+1,32.1,962) . 12,87 + 2.1,3.6,9.1,96.12,87 sin (39,73-(-28,9))

= (54,3) 12,87 + 452,54 . 0,931

= 698,84 + 421,42

Pgf = 1120,26 watt

-Rugi-rugi tembaga rotor medan mundur (Pgb)

Pgb = (I₁2 +a2I₂2)R_b −2aI₁I₂R_bsinθ₂₁

= (6,92+1,32.1,962) . 0,63 - 2.1,3.6,9.1,96.0,63 sin (39,73-(-28,9))

= 54,3 . 0,63 – 22,15. 0,931

= 34,20 – 20,62

-Daya bersih yang melalui celah udara adalah :

gb gf

g P P

P = −

Pg = 1120,26 – 13,58 = 1106,68 watt

- Kecepatan Mekanis

ωs = (2πns/60)= 157 rps - Torsi medan maju

Tf =

s

ω

1

Pgf = 1120,26 7,13

157 1

= N.m

- Torsi medan mundur

Tb =

s

ω 1

Pgb = 13,58 0,086 157

1

= N.m

- Torsi resultan

T = Tf - Tb = 7,13 – 0,086 = 7,04 N.m - Daya yang diubah ke bentuk mekanis

Pm = (1 – s) ωs T Pm = (1 – s) ( Pgf – Pgb) = (1-0,086)(1120,26-13,58) = 1011,50 Watt

- Rugi – rugi perputaran Prot = Pnl – I2nl (R1 + 0,25R2)

= 320 – 3,652 (7,03+0,25.2,79) Prot = 217,15 Watt

- Daya keluaran dari motor adalah:

Pout = Pm – Prot = 1011,50 – 217,15 = 794,35 watt

- Daya masukan stator adalah :

Pinput = V1. I. cos φ = 200.7,82 cos ∠−15,42 = 1507,70 watt - Efisiensi adalah:

η =

70 , 1507

35 , 794 =

in out

P P

= 52,68 %

Berikut tabel perofrmansi motor pada putaran nominal motor 1370 rpm :

Kecepatan sinkron (Ns) 1500 Rpm

Slip (S) 0,086

Arus Beban (IL) 7,82

Ampere

Rugi-rugi tembaga rotor medan maju (Pgf) 1120,26

watt Rugi-rugi tembaga rotor medan mundur

(Pgb) 13,58 watt

Daya bersih yang melalui celah udara (Pg) 1106,68

Watt

Kecepatan Mekanis (ws) 157 rps

Torsi medan maju (Tf) 7,13 N.m

Torsi medan mundur ( Tb) 0,086 N.m

Torsi resultan (T) 7,04 N.m

Daya yang diubah ke bentuk mekanis (Pm) 1011,50

Watt

Rugi – rugi perputaran (Prot) 217,15

Watt

Daya keluaran dari motor (Pout) 794,35

watt

Daya masukan stator (Pinput) 1507,70

watt

Efisiensi (h) 52,68%

Maka nilai arus beban IL :

IL = I1+I2 = (6,04 – j3,33) + (1,5+j1,25)

IL = 7,54- j2,08= 7,82∠−15,42

-Rugi-rugi tembaga rotor medan maju (Pgf)

Pgf = 1 2 21

2 2 2 2

1 ) 2 sin

(I +a I Rf + aI I Rf θ

=(6,92+1,32.1,962) . 12,87 + 2.1,3.6,9.1,96.12,87 sin (39,73-(-28,9)) = (54,3) 12,87 + 452,54 . 0,931

= 698,84 + 421,42 Pgf = 1120,26 watt

-Rugi-rugi tembaga rotor medan mundur (Pgb)

Pgb = 1 2 21

2 2 2 2

1 ) 2 sin

(I +a I R_b − aI I R_b θ

= (6,92+1,32.1,962) . 0,63 - 2.1,3.6,9.1,96.0,63 sin (39,73-(-28,9)) = 54,3 . 0,63 – 22,15. 0,931

= 34,20 – 20,62 Pgb = 13,58 watt

-Daya bersih yang melalui celah udara adalah :

gb gf

g P P

P = −

Pg = 1120,26 – 13,58 = 1106,68 watt

- Kecepatan Mekanis

ωs = (2πns/60)= 157 rps

- Torsi medan maju Tf =

s

ω

1

Pgf = 1120,26 7,13

157 1

= N.m

- Torsi medan mundur Tb =

s

ω

1

Pgb = 13,58 0,086

157 1

= N.m

- Torsi resultan

T = Tf - Tb = 7,13 – 0,086 = 7,04 N.m

- Daya yang diubah ke bentuk mekanis Pm = (1 – s) ωs T

Pm = (1 – s) ( Pgf – Pgb)

= (1-0,086)(1120,26-13,58) = 1011,50 Watt

- Rugi – rugi perputaran Prot = Pnl – I2nl (R1 + 0,25R2)

= 320 – 3,652 (7,03+0,25.2,79) Prot = 217,15 Watt

- Daya keluaran dari motor adalah:

Pout = Pm – Prot = 1011,50 – 217,15 = 794,35 watt

- Daya masukan stator adalah :

Pinput = V1. I. cos φ = 200.7,82 cos ∠−15,42 = 1507,70 watt

- Efisiensi adalah:

η =

70 , 1507

35 , 794

=

in out P P

= 52,68 %

Berikut tabel perofrmansi motor pada putaran nominal motor 1370 rpm : Kecepatan sinkron (Ns) 1500 Rpm

Slip (S) 0,086 Arus Beban (IL) 7,82

Ampere Rugi-rugi tembaga rotor medan maju (Pgf) 1120,26 watt Rugi-rugi tembaga rotor medan mundur

(Pgb) 13,58 watt Daya bersih yang melalui celah udara (Pg) 1106,68

Watt Kecepatan Mekanis (ws) 157 rps

Torsi medan maju (Tf) 7,13 N.m Torsi medan mundur ( Tb) 0,086 N.m

Torsi resultan (T) 7,04 N.m Daya yang diubah ke bentuk mekanis (Pm) 1011,50

Watt Rugi – rugi perputaran (Prot) 217,15

Watt Daya keluaran dari motor (Pout) 794,35

watt Daya masukan stator (Pinput) 1507,70

watt Efisiensi (h) 52,68% Tabel 7.1. Performansi motor pada keadaan nominal motor

Ada pun hasil performansi motor pada berbagai keadaan beban dan putaran motor adalah sebagai berikut:

Beban 1,0 N.m Nr= 1410 rpm

Beban 1,2 N.m dan 1,4 N.m

Nr= 1400

Beban 1,6 N.m dan 1,8

N.m Nr= 1390 Kecepatan sinkron (Ns) 1500 rpm 1500 rpm 1500 rpm

Slip (S) 0,06 0,066 0,073

Arus Beban (IL) 6,45 A 6,81 A 7,19 A Rugi-rugi tembaga rotor medan maju

(Pgf) 1024,75 W 1037,86 W 1068,05 W Rugi-rugi tembaga rotor medan mundur

(Pgb) 5,38 W 6,15 W 8,45 W

Daya bersih yang melalui celah udara

(Pg) 1019,37 W 1031,71 W 1059,6 W Kecepatan Mekanis (ws) 157 rps 157 rps 157 rps

Torsi medan maju (Tf) 6,52 N.m 6,61 N.m 6,8 N.m Torsi medan mundur ( Tb) 0,034 N.m 0,039 N.m 0,053 N.m

Torsi resultan (T) 6,48 N.m 6,571 N.m 6,747 N.m Daya yang diubah ke bentuk mekanis

(Pm) 958,20 W 963,61 W 982,24 W Rugi – rugi perputaran (Prot) 217,15 W 217,15 W 217,15 W Daya keluaran dari motor (Pout) 741,05 W 746,46 W 765,09 W Daya masukan stator (Pinput) 1271,82 W 1336,24 W 1401,98 W

Efisiensi (h) 58,26% 55,86% 54,57% Tabel 7.2. Performansi motor pada keadaan beban dan putaran

BAB V PENUTUP V. 1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisa dan uraian pada bab – bab sebelumnya, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Dengan bertambahnya beban maka keadaan fluksi silang dan fluksi ganda akan meningkat atau bertambah besar sehingga nilai slip akan semakin besar yang kemudian dapat kita lihat performansi dari motor yaitu kecepatan putaran motor menurun, sedangkan arus,rugi rugi motor serta torsi motor (baik itu arah maju maupun arah mundur) akan semakin besar yang mengakibatkan efisiensi motor menjadi semakin kecil.

2. Pada keadaan putaran nominal motor yakni 1370 rpm, dengan beban 2,2 N.m dapat dilihat performansi dari motor induksi kapasitor permanen satu phasa, yaitu:

V = 200 Volt, Pinput = 1507,70 W, Pout = 794,35 W,

IL= 7,82 Amp, Tf = 7,13 N.m, Tb = 0,086 N.m , T = 7,04 N.m ,

η = 52,68 %.

V.2. Saran

Untuk kedepannya disarankan melihat performansi motor induksi kapasitor permanent dengan mengubah tegangan masukan.

DAFTAR PUSTAKA

1. B.L. Theraja, " A Text Book Of Electrical Tecnology ", Revised Edition, S.Chan & Company, New Delhi, 1978.

2. Bhag S. Guru, Huseyin R. Hiziroglu, “Electric Machinery and Transformers”, Harcourt Brace Javanovich, San Diego, 1988

3. Chapman S.J," Electric Machinery Fundamental", McGraw-Hill Book Company,1985.

4. Eugene C Lister, " Mesin dan Rangkaian listrik ", Edisi keenam, Erlangga, Jakarta, 1993.

5. Rijono Yon," Dasar Teknik Tenaga Listrik", Edisi revisi, Penerbit ANDI Yogyakarta, 2002.

6. Wijaya Mochtar, “Dasar-dasar Mesin Listrk”, Penerbit Djambatan, Jakarta, 2001.

7. Wildi Theodore, “Electrical Machinary, Drives, and Power System”, Fifth edition, Upper saddle river, New Jersey Columbus, Ohio, 2002.