Analisis Perbandingan Karakteristik Dari Penggunaan Beberapa Nilai Kapasitor Running Pada Motor Induksi 1 Phasa

(1)

TUGAS AKHIR

ANALISIS PERBANDINGAN KARAKTERISTIK

DARI PENGGUNAAN BEBERAPA NILAI KAPASITOR RUNNING

PADA MOTOR INDUKSI 1 PHASA

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

Oleh :

DIDI HANDOKO

NIM: 040402058

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Motor induksi satu phasa merupakan motor yang disuplay oleh sumber tegangan AC satu phasa. Motor ini paling banyak digunakan dalam kebutuhan rumah tangga, misalnya kipas angin dan pompa air. Berbeda dengan motor induksi tiga phasa, fluks magnet pada motor induksi satu phasa hanya berganti-ganti arah saja sehingga ini menyulitkan bagi motor pada saat start. Untuk itu diperlukan medan magnet baru yang tidak sephasa dengan medan magnet kumparan utama (mind winding), yaitu dengan menambahkan kumparan bantu (auxiliary winding). Sehingga

akan timbul dua arus listrik yang berbeda phasa.

Pada motor induksi satu phasa kapasitor run, untuk membentuk dua arus listrik yang berbeda phasa digunakan sebuah kapasitor. Kapasitor ini terpasang seri dengan kumparan bantunya dan selalu terpasang baik pada saat start maupun pada saat telah bekerja. Motor induksi kapasitor run ini lebih efisien karena tanpa menggunakan saklar sentrifugal dan tidak menimbulkan getaran yang kuat pada saat berputar.

Pada tugas akhir ini akan dibahas karakteristik-karakteristik motor induksi satu phasa kapasitor run dengan mengganti nilai-nilai kapasitornya, yaitu dengan

nilai 8, 16, 20, 25, dan 32 μF. Karakteristik yang akan dibahas adalah karakteristik Arus Masukan (IL), Daya Masukan (Pin), Faktor Daya (Cos φ), Torsi Beban (Ts), dan

Tegangan Kapasitor (Vc). Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Konversi Energi

(3)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Adapun Tugas Akhir ini dibuat untuk memenuhi syarat kesarjanaan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda Basri dan ibunda Jumiyem, serta kakakku Imelda dan abangku Gunawan yang merupakan bagian hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang. Dan juga keponakan-keponakanku Dhinda, Rara, dan Naya, yang sudah banyak menghibur penulis.

Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Syarifuddin Siregar, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Satria Ginting, selaku dosen Pembimbing Akademik penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan.

(4)

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

5. Terindah, Cory Melita, yang sudah banyak mendukung penulis baik suka maupun duka. Semoga Allah swt meridhoi kita.

6. Teman-teman angkatan ’04, Kurniadi, Eko, Wahyu, Juli, Sabri, Adinata, Bismo, Hapiz, Ube, Aris, Muhfi, Hans, Bangun, Franklyn, dan angkatan ’04 yang udah jadi alumni, Anhar, Zuki, Izul, Made, Ai, Ronald, Rudi, Salman, Lutfhi dan lain-lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

7. Teman-teman adik stambuk ’06, Taufik, Martua, Supenson, Sukesi, Iqbal, ’05, Suib, Khairil, Megi, Riza, dll yang tidak dapat disebutkan satu persatu. 8. Tersayang, sahabat-sahabat terbaik penulis Nasrun, Dani, Isma, Anggi, Rizal,

dan Zakia, yang udah banyak mendukung penulis. 9. Heru, I ab, dan Teguh.

10. Adik-adik penulis di MAN 1, Fauzi, Rangga, The O-Punk Percussion, Habibi, Dahliana, Anggoro, dan semua alumni serta anggota DB Safarina. 11. Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

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, Juni 2010 Penulis

(5)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ...ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... ix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

I.1 LATAR BELAKANG ... 1

I.2 TUJUAN DAN MANFAAT PENULISAN ... 1

I.3 BATASAN MASALAH ... 2

I.4 METODE PENULISAN ... 3

I.5 SISTEMATIKA PENULISAN ... 3

BAB II MOTOR INDUKSI SATU PHASA ... 5

II.1 KONSTRUKSI MOTOR INDUKSI SATU PHASA ... 5

II.2 JENIS-JENIS MOTOR INDUKSI SATU PHASA ... 6

II.2.1 Motor Phasa Terpisah ... 6

II.2.2 Motor Kapasitor Start ... 8

II.2.3 Motor Kapasitor Run... 9

II.2.4 Motor Kapasitor Start – Kapasitor Run... 10

(6)

II.3 PRINSIP KERJA MOTOR INDUKSI SATU PHASA ... 11

II.3.1 Umum ... 11

II.3.2 Teori Medan Putar Silang ... 12

II.3.3 Teori Medan Putar Ganda ... 16

II.4 RANGKAIAN EKIVALEN MOTOR KAPASITOR RUN ... 19

II.5 DAYA DAN RUGI-RUGI MOTOR KAPASITOR RUN ... 24

BAB III KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI SATU PHASA KAPASITOR RUN...29

III.1 KARAKTERISTIK BERBEBAN MOTOR INDUKSI SATU PHASA KAPASITOR RUN ... 29

III.1.1 Karakteristik Arus Masukan (IL) ... 29

III.1.2 Karakteristik Daya Masukan (Pin) ... 30

III.1.3 Karakteristik Faktor Daya (cos φ) ... 30

III.1.4 Karakteristik Torsi Beban (Ts) ... 31

III.1.5 Karakteristik Tegangan Kapasitor (Vc) ... 31

III.2 PERHITUNGAN PARAMETER MOTOR KAPASITOR RUN .... 31

III.2.1 Pengujian Rotor Tertahan ... 31

III.2.2 Pengujian Beban Nol ... 34

(7)

IV.1 UMUM ... 36

IV.2 PERALATAN YANG DIGUNAKAN ... 36

IV.3 PENGUJIAN DAN PENGUKURAN TAHANAN BELITAN ... 37

IV.3.1 Pengujian dan Pengukuran Tahanan Belitan Utama ... 37

IV.3.2 Pengujian dan Pengukuran Tahanan Belitan Bantu ... 39

IV.4 PENGUJIAN ROTOR TERTAHAN (Blocked Rotor) ... 40

IV.5 PENGUJIAN BEBAN NOL ... 42

IV.6 PENGUJIAN BERBEBAN... 45

BAB V KESIMPULAN ... 66

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Komponen dasar Motor Induksi Satu Phasa ... 5

Gambar 2.2 Motor Phasa Terpisah ... 7

Gambar 2.3 Motor Kapasitor Start ... 8

Gambar 2.4 Motor Kapasitor Permanen ... 9

Gambar 2.5 Motor Kapasitor Start – Kapasitor Run ... 10

Gambar 2.6 Motor Kutub Terarsir ... 11

Gambar 2.7 Medan magnet stator berpulsa sepanjang garis AC ... 12

Gambar 2.8 Motor dalam keadaan berputar ... 13

Gambar 2.9 Fluks rotor tertinggal terhadap fluks stator sebesar 90°... 14

Gambar 2.10 Medan silang yang dibangkitkan arus-arus stator ... 15

Gambar 2.11 Phasor medan putar yang dihasilkan kumparan stator dan rotor ... 15

Gambar 2.12 Konsep medan putar ganda ... 16

Gambar 2.13 Kurva fluks resultan terhadap θ ... 17

Gambar 2.14 Karakteristik Torsi induk si – Kecepatan motor induksi satu phasa ... 19

Gambar 2.15 Rangkaian ekivalen stator motor kapasitor run ... 20

Gambar 2.16 Bentuk sederhana rangkaian ekivalen stator motor kapasitor run . 22 Gambar 2.17 Diagram aliran daya motor induksi satu phasa kapasitor run ... 30

Gambar 3.1 Rangkaian ekivalen percobaan rotor tertahan ... 32

(9)

utama ... 37 Gambar 4.2 Rangkaian pengujian dan pengukuran tahanan kumparan bantu .. 39 Gambar 4.3 Rangkaian pengujian rotor tertahan ... 40 Gambar 4.4 Rangkaian pengujian beban nol ... 42 Gambar 4.5 Rangkaian pengujian berbeban ... 45 Gambar 4.6 Grafik percobaan Arus Masukan (IL) terhadap Kecepatan Rotor

(Nr) ... 47

Gambar 4.7 Grafik percobaan Daya Masukan (Pin) terhadap Kecepatan

Rotor (Nr) ... 48

Gambar 4.8 Grafik percobaan Faktor Daya (cos φ) terhadap Kecepatan Rotor (Nr) ... 48

Gambar 4.9 Grafik percobaan Torsi Beban (Ts) terhadap Kecepatan Rotor

(Nr) ... 48

Gambar 4.10 Grafik percobaan Tegangan Kapasitor (Vc) terhadap Kecepatan

Rotor (Nr) ... 49

Gambar 4.11 Grafik perhitungan Arus Masukan (IL) terhadap Kecepatan (Nr) . 59

Gambar 4.12 Grafik perhitungan Daya Masukan (Pin) terhadap Kecepatan

(Nr) ... 59

Gambar 4.13 Grafik perhitungan Faktor Daya (cos φ) terhadap Kecepatan (Nr) ... 60

Gambar 4.14 Grafik perhitungan Torsi Beban (Ts) terhadap Kecepatan (Nr) .... 60

Gambar 4.15 Grafik perhitungan Tegangan Kapasitor (Vc) terhadap

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Tabel distribusi empiris dari Xbr ... 33

Tabel 4.1 Hasil pengujian dan pengukuran tahanan kumparan utama ... 38

Tabel 4.2 Hasil pengujian dan pengukuran tahanan kumparan bantu ... 39

Tabel 4.3 Hasil pengujian rotor tertahan... 41

Tabel 4.4 Hasil pengujian beban nol ... 43

Tabel 4.5 Hasil pengujian berbeban dengan menggunakan kapasitor 8 μF... 46

Tabel 4.6 Hasil pengujian berbeban dengan menggunakan kapasitor 16 μF ... 46

Tabel 4.10 Hasil perhitungan karakteristik dengan menggunakan kapasitor 8 μF .. 54

(11)

Tabel 4.20 Perubahan nilai karakteristik Arus Masukan (IL) terhadap perubahan

nilai kapasitansi kapasitor running ... 63 Tabel 4.21 Perubahan nilai karakteristik Daya Masukan (IL) terhadap perubahan

nilai kapasitansi kapasitor running ... 64 Tabel 4.22 Perubahan nilai karakteristik Faktor Daya (cos φ) terhadap perubahan

nilai kapasitansi kapasitor running ... 64 Tabel 4.23 Perubahan nilai karakteristik Torsi Beban (Ts) terhadap perubahan

nilai kapasitansi kapasitor running ... 64 Tabel 4.24 Perubahan nilai karakteristik Tegangan Kapasitor (VC) terhadap

(12)

ABSTRAK

Motor induksi satu phasa merupakan motor yang disuplay oleh sumber tegangan AC satu phasa. Motor ini paling banyak digunakan dalam kebutuhan rumah tangga, misalnya kipas angin dan pompa air. Berbeda dengan motor induksi tiga phasa, fluks magnet pada motor induksi satu phasa hanya berganti-ganti arah saja sehingga ini menyulitkan bagi motor pada saat start. Untuk itu diperlukan medan magnet baru yang tidak sephasa dengan medan magnet kumparan utama (mind winding), yaitu dengan menambahkan kumparan bantu (auxiliary winding). Sehingga

akan timbul dua arus listrik yang berbeda phasa.

Pada motor induksi satu phasa kapasitor run, untuk membentuk dua arus listrik yang berbeda phasa digunakan sebuah kapasitor. Kapasitor ini terpasang seri dengan kumparan bantunya dan selalu terpasang baik pada saat start maupun pada saat telah bekerja. Motor induksi kapasitor run ini lebih efisien karena tanpa menggunakan saklar sentrifugal dan tidak menimbulkan getaran yang kuat pada saat berputar.

Pada tugas akhir ini akan dibahas karakteristik-karakteristik motor induksi satu phasa kapasitor run dengan mengganti nilai-nilai kapasitornya, yaitu dengan

nilai 8, 16, 20, 25, dan 32 μF. Karakteristik yang akan dibahas adalah karakteristik Arus Masukan (IL), Daya Masukan (Pin), Faktor Daya (Cos φ), Torsi Beban (Ts), dan

Tegangan Kapasitor (Vc). Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Konversi Energi

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. LATAR BELAKANG

Motor induksi satu phasa adalah motor yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, yang biasanya diaplikasikan pada peralatan rumah tangga, seperti kipas angin dan mesin cuci. Motor induksi satu phasa ini beroperasi pada sumber satu phasa yang umumnya berupa rotor sangkar.

Motor induksi satu phasa kapasitor run adalah salah satu jenis motor induksi satu phasa yang pemakaiannya cukup luas dan mempunyai kapasitor secara permanen yang dihubungkan seri dengan belitan bantu serta paralel dengan belitan utama. Belitan bantu untuk pengasutan awal motor tetap terhubung dengan belitan utama ketika berjalan.

Dalam penggunaan motor induksi satu phasa kapasitor run ini perlu diketahui karakteristik-karakteristik berbebannya. Hal ini diperlukan untuk memilih motor yang sesuai dengan kebutuhan sehingga memenuhi syarat teknis dan ekonomis serta efisien.

I.2. TUJUAN DAN MANFAAT PENULISAN

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah :

(14)

2. Menampilkan data hasil percobaan dalam bentuk grafik semua kartakteristik yang dibahas dalam Tugas Akhir ini.

Manfaat penulisan Tugas Akhir ini adalah menganalisa dan membandingkan masing-masing karakteristik motor dengan nilai kapasitor yang berbeda-beda sehingga dari hasil tersebut dapat menentukan nilai kapasitor yang tepat agar diperoleh kinerja motor yang optimal.

Selain itu dapat pula digunakan sebagai bahan acuan guna pengembangan praktikum Mesin-mesin Listrik dan Konversi Energi Listrik di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT – USU.

I.3. BATASAN MASALAH

Untuk menghindari pembahasan yang terlalu meluas maka penulis akan membatasi pembahasan tugas akhir ini sebagai berikut :

1. Tugas akhir ini hanya membahas mengenai karakteristik Motor Induksi 1 Phasa Kapasitor Run, yaitu :

a. Karakteristik Arus Masukan (IL)

b. Karakteristik Daya Masukan (Pin)

c. Karakteristik Faktor Daya (Cos φ) d. Karakteristik Torsi Beban (Ts)

e. Karakteristik Tegangan Kapasitor (Vc)

2. Tidak membahas pengasutan dan pengaturan kecepatan motor kapasitor run 3. Jenis supplai tegangan ke motor tidak termasuk dalam pembahasan.

(15)

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

6. Jenis beban tidak dibahas secara mendetail

7. Pada percobaan berbeban, beban hanya berkisar antara 0,0 – 2,0 Nm 8. Tidak membahas rugi-rugi dan efisiensi motor

I.4. METODE PENULISAN

Metode penulisan Tugas Akhir ini dilakukan melalui :

1. Studi literatur : mengambil bahan dari buku-buku referensi dan sebagainya. 2. Studi lapangan : mengambil data dan informasi dari Laboratorium Konversi

Energi Listrik FT. USU

3. Studi bimbingan : diskusi dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh Ketua Jurusan Teknik Elektro FT. USU dan diskusi dengan asisten laboratorium berkenaan dengan masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir ini.

I.5. SISTEMATIKA PENULISAN

Penulisan tugas akhir ini disajikan dengan sistematika sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

(16)

BAB II MOTOR INDUKSI SATU PHASA

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

BAB III. KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI SATU PHASA

KAPASITOR RUN

Pada bab ini dijelaskan jenis-jenis karakteristik bebeban motor induksi kapasitor run beserta besaran-besaran yang berpengaruh secara teoritis.

BAB IV. PENGUJIAN DAN HASIL PENGUKURAN KARAKTERISTIK

Bab ini berisi tentang pengujian dan data-data serta hasil pengukuran dan perhitungan mengenai karakteristik motor induksi kapasitor run, disertai dengan grafik karakteristik berbeban dari hasil pengujian berbeban.

BAB V. KESIMPULAN

(17)

BAB II

MOTOR INDUKSI SATU PHASA

II.1. KONSTRUKSI 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.

Gambar 2.1 Komponen dasar Motor Induksi Satu Phasa

(18)

yaitu kumparan utama (mind winding) atau sering disebut dengan kumparan berputar dan kumparan bantu (auxiliary winding) yang sering disebut dengan kumparan start.

Rotor merupakan bagian yang berputar. Bagian ini terdiri atas inti rotor, kumparan rotor dan alur rotor. Terdapat dua jenis rotor yaitu rotor kumparan (wound rotor) dan rotor sangkar (squirrel cage rotor).

II.2. JENIS – JENIS MOTOR INDUKSI SATU PHASA

Motor induksi satu phasa dikenal dengan beberapa jenis. Jenis-jenis motor induksi satu phasa ini dibagi berdasarkan cara yang dipakai untuk menghasilkan perbedaan phasa antara arus yang mengalir pada kumparan utama dan arus yang mengalir pada kumparan bantu.

II.2.1. Motor Phasa Terpisah

(19)

Karakteristik torsi induksi vs kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada gambar 2.2.c. Gambar ini memperlihatkan nilai torsi induksi untuk masing-masing kecepatan motor, mulai dari posisi diam sampai kecepatan nominal, dan seterusnya sampai kecepatan sinkron. Torsi induksi start adalah torsi yang tersedia bila motor mulai berputar dari posisi diam. Torsi induksi beban penuh adalah torsi yang dihasilkan bila motor berputar pada keluaran nominal, dan kecepatan motor pada keluaran itu disebut dengan kecepatan nominal.

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)

(20)

II.2.2. Motor Kapasitor Start

Torsi induksi start yang lebih tinggi dapat diperoleh dengan menghubungkan sebuah kapasitor yang dipasang secara seri dengan kumparan bantu seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3.a. Hal ini akan menaikkan sudut phasa antar arus kumparan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3.b. Karakteristik momen putar – kecepatan dari motor ini dapat ditunjukkan pada gambar 2.3.c. Karena kapasitor dipakai hanya pada saat start, maka 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)

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)

(21)

II.2.3. Motor Kapasitor Run

Pada motor kapasitor run (seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4.a) kapasitor dihubungkan seri dengan kumparan bantu dan tidak dilepas setelah pengasutan dilakukan. Hal ini menyederhanakan konstruksi dan mengurangi biaya serta memperbaiki ketahanan motor karena saklar sentrifugal tidak digunakan. Faktor kerja, torsi, dan efisiensi akan lebih baik karena motor berputar seperti motor dua phasa. Sudut phasa antar kumparan ditunjukkan pada gambar 2.4.b. Jenis kapasitor yang digunakan adalah kapasitor kertas. Karakteristik torsi induksi – kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada gambar 2.4.c.

C

Bantu

I Ia

Im

V

V Ia

I

Im

α

(a) (b)

100 200 300

25 50 75 100

Pe

rs

e

n

T

o

rs

i

0

Tmax

T start

Kecepatan Beban Penuh

(c)

(22)

II.2.4. Motor Kapasitor Start – Kapasitor Run

Motor ini mempunyai dua buah kapasitor, satu digunakan pada saat start dan satu lagi digunakan pada saat berputar, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5.a. Secara praktis keadaan start dan berputar yang optimal dapat diperoleh dengan menggunakan dua buah kapasitor elektrolit. Kapasitor running-nya secara permanen dihubungkan seri dengan kumparan bantu dengan nilai yang lebih kecil dari kapasitor start-nya. Sudut phasa antar kumparan sama seperti pada motor kapasitor permanen seperti pada gambar 2.5.b. Karakteristik torsi induksi – kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada gambar 2.5.c.

Bantu

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

(b)

(23)

II.2.5. Motor Kutub Terarsir ( Shaded Pole )

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 2.6.a. Arus imbas yang terdapat pada kumparan yang terarsir menyebabkan fluksi pada bagian lain, dan menghasilkan medan putar yang bergerak dari daerah kutub yang tidak terarsir ke bagian kutub yang terarsir dan menimbulkan torsi induksi saat dihidupkan. Karakteristik torsi induksi – kecepatan motor kutub terarsir ditunjukkan pada gambar 2.6.b.

Rotor

Kumparan Utama

Kutub Terarsir

T start 100 200

25 50 75 100

Pe

rs

e

n

T

o

rs

i

0

Tmax

T Beban Penuh

Kec. Beban Penuh

(a) (b)

Gambar 2.6 Motor Kutub Terarsir

II.3. PRINSIP KERJA MOTOR INDUKSI SATU PHASA

II.3.1 Umum

(24)

berputar. Maka untuk menimbulkan medan putar yang akan memutar rotor, ditambahkan satu kumparan bantu. Oleh karena itu, prinsip kerja motor induksi satu phasa dapat dijelaskan dalam dua cara, yaitu dengan teori medan putar silang dan teori medan putar ganda.

II.3.2 Teori Medan Putar Silang

Prinsip kerja motor induksi satu phasa dapat dijelaskan dengan menggunakan teori medan putar silang (cross-field theory). Jika suatu motor induksi satu phasa diberikan tegangan ac satu phasa maka arus sinusiodal terhadap waktu akan mengalir pada kumparan tersebut. Arus stator ini akan menghasilkan medan magnet seperti yang ditunjukkan oleh garis putus-putus pada gambar 2.7.

C A

Belitan rotor Belitan stator

Gambar 2.7 Medan magnet stator berpulsa sepanjang garis AC.

(25)

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 kumparan sekunder, dalam hal ini kumparan rotor. Karena rotor dari motor induksi satu phasa adalah rotor sangkar dimana kumparannya telah terhubung singkat, maka arus akan mengalir. Sesuai dengan hukum Lenz, arah dari arus ini (seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.7) sedemikian rupa sehingga medan magnet yang dihasilkannya menentang medan magnet yang menghasilkannya. Arus rotor ini akan menghasilkan medan magnet rotor dan membentuk kutub-kutub pada permukaan rotor. Karena kutub-kutub ini juga berada pada sumbu AC dengan arah yang berlawanan terhadap kutub-kutub stator, maka tidak ada torsi induksi yang dihasilkan pada kedua arah, rotor tetap diam. Dengan demikian, motor induksi satu phasa tidak dapat diasut sendiri dan membutuhkan rangkaian bantu untuk menjalankannya.

Arah putaran

B D

C A

Gambar 2.8 Motor dalam keadaan berputar

(26)

Jika fluks stator seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.8 mengarah ke atas, maka sesuai dengan kaidah tangan kanan, arah gaya gerak listrik 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 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 mendekati 90o listrik terhadap gaya gerak listrik rotor. Gambar 2.9 menunjukkan hubungan phasa dari fluks dan arus stator, fluks dan arus rotor, serta tegangan induksi rotor.

90

Tegangan induksi rotor

Fluks dan arus stator

Fluks dan arus rotor

I, V,φ

t ω

Gambar 2.9 Fluks rotor tertinggal terhadap fluks stator sebesar 90°

(27)

maksimumnya. Karena arus rotor yang mengalir disebabkan oleh suatu gaya gerak listrik balik maka medan magnet yang dihasilkan oleh arus ini juga bolak-balik, dan aksi ini terjadi sepanjang sumbu DB (lihat gambar 2.10).

Arah putaran

B D

C A

Gambar 2.10 Medan silang yang dibangkitkan arus-arus stator

Karena medan silang beraksi pada sudut 90o terhadap medan magnet stator dengan sudut phasa 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 2.11.

a b c d e f g h i

φ

t

ω

s

φ φr

a b c d e

R r =Φ Φ

R s =Φ Φ s

Φ

s Φ

R r=Φ Φ R

r=Φ Φ

R Φ

r

Φ

r

Φ

r

Φ R

s =Φ Φ

f g h i

(28)

II.3.3 Teori Medan Putar Ganda.

Teori medan putar ganda (double revolving-field theory) adalah suatu metode untuk menganalisa prinsip perputaran motor induksi satu phasa disamping teori medan putar silang. Menurut teori ini, medan magnet yang berpulsa terhadap waktu dan diam terhadap ruang dapat dibagi menjadi dua medan magnet, yang besarnya sama dan berputar berlawanan arah. Dengan kata lain, suatu fluks sinusoidal bolak-balik dapat diwakili oleh dua fluks (yang masing-masing besarnya sama dengan setengah dari nilai fluks bolak-balik tersebut) yang berputar secara sinkron dengan arah saling berlawanan.

Gambar 2.12.a, menunjukkan suatu fluks 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

A

B

m sin

-+

y y

A

B m/2

m/2

(a) (b) (c)

- _m

y y

A

B

y

A B

(d) (e)

(29)

Pada beberapa saat ketika A dan B telah berputar dengan sudut +θ dan -θ seperti pada gambar 2.12.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 −

+

= ...(2.1)

θ φ

φ_r = _msin ...(2.2)

dimana :

` φ_r = 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 2.12.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 2.12.d.

Setelah tiga perempat putaran, resultannya akan kembali nol seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.12.e demikian seterusnya. Jika nilai-nilai dari fluks resultan digambarkan terhadap θ diantara θ = 0o sampai θ = 360o, maka akan didapat suatu kurva seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.13.

.

0o ₉₀o

180o ₂₇₀o ₃₆₀o

Fl

uk

s

(30)

Pada saat rotor berputar sesuai dengan arah momen putar medan maju dengan kecepatan tertentu, maka besar slip terhadap momen putar medan maju (Sf) yang

terjadi adalah :

s n

n n S

s r s

f =

−

= ………...….(2.3)

dimana : n = kecepatan sinkron s

n = kecepatan putaran rotor _r

Sedangkan slip terhadap momen putar medan mundur (Sb) dengan rotor menentang

arah momen putar mundur adalah :

( )

(

)

s r s s

s r s

b

n n n n n

n n

S = − − = 2 − −

s

S_b =2− ………...………….(2.4)

(31)

Kecepatan Torsi

0 n_s

-n_s

Torsi arah maju

Torsi arah mundur

Torsi resultan

Gambar 2.14 Karakteristik torsi induksi - kecepatan motor induksi satu phasa

II. 4. RANGKAIAN EKIVALEN MOTOR KAPASITOR RUN

(32)

(a)

(b)

Gambar 2.15 Rangkaian ekivalen stator motor kapasitor run

dimana :

Kumparan Bantu Cabang arah

mundur Cabang arah

maju

{

C

Bantu

I Ia

Im

(33)

a = konstanta perbandingan kumparan kumparan bantu dengan kumparan 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 mundur dari kumparan utama.

Rugi – rugi inti Rc dari motor tidak ditunjukkan dan akan digabungkan dengan rugi-rugi putaran motor. Impedansi arah maju dari kumparan utama adalah :

)

Impedansi arah mundur dari kumparan utama adalah :

)

Pada gambar 2.16. diperlihatkan rangkaian ekivalen dengan Zˆ dan _f Zˆ_b. dimana : I~₁ = arus pada kumparan utama

2

~

I = arus pada kumparan bantu.

a

(34)

+

-+

- 1

~

E

2

~

E

+

-+

- 3

~

E

4

~

E

+

-1 2

x

ja Zˆa

1

jx

1

r

1

~

V V~₁

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 2.16 Bentuk sederhana rangkaian ekivalen stator motor kapasitor run

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

f fm I Z

E~ =~1ˆ ………...…..(2.7)

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

b bm I Z

E~ =~₁ˆ ………...……(2.8) Tegangan yang diinduksikan dalam kumparan bantu oleh medan putar arah maju adalah :

f fa I a Z

E~ =~₂ 2 ˆ ………...…….(2.9) Tegangan yang diinduksikan dalam kumparan bantu oleh medan putar arah mundur adalah :

b ba I a Z

(35)

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. 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 ………...……(2.11)

Dengan cara 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 ...(2.12)

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 ………...………(2.13)

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

b Z I ja

E~4 =− ~1ˆ ………...………(2.14)

Maka persamaan untuk kedua cabang adalah :

1 2 1 1

1 1

~ ~ ~ ~ ~ ) (

~

V E E E E jx r

I + + fm + bm + + = ……...……(2.15)

(36)

Persamaan-persamaan di atas dapat ditulis kembali menjadi : Dari persamaan-persamaan di atas, maka dapat dihitung besar arus dalam kedua cabang, yaitu :

21

Arus masukan adalah :

2

II. 5. DAYA DAN RUGI-RUGI MOTOR KAPASITOR RUN

Daya masukan motor induksi satu phasa kapasitor run adalah :

ϕ

cos

1 L

in V I

P = ………...…….(2.26)

(37)

Tegangan pada kapasitor running adalah:

2

~ I jX

V_c =− _c ………...….(2.27) Rugi-rugi tembaga stator adalah :

a SCL I r I r

P 1 22

2

1 +

= ………...…….(2.28)

Jika rugi-rugi tembaga stator dikurangi dari daya masukan, maka daya yang melalui celah udara dapat diperoleh, dan dibagi dua antara medan putar arah maju dan medan putar arah mundur. Namun, persamaan daya melalui celah udara yang dihasilkan berdasarkan pada medan putar arah maju dari kumparan utama adalah :

] ~ ) ~ ~

Re[(E E₁ I₁*

P_gfm = _fm + ………...…….(2.29) dimana : Re = Komponen Real.

Tanda bintang pada I1*

~

adalah menandakan konjugate dari I1

~

.

Daya yang melalui celah udara arah maju berdasarkan pada kumparan bantu adalah : ]

~ ) ~ ~

Re[(E E₃ I₂*

P_gfa = _fa + ………...…..(2.30) Sehingga, daya yang mengalir melalui celah udara total berdasarkan pada medan putar arah maju dari kedua kumparan utama dan kumparan bantu adalah :

] ~ ) ~ ~ ( ~ ) ~ ~

Re[(E E₁ I₁* E E₃ I₂*

P_gf = _fm + + _fa + …...……..(2.31) Daya yang mengalir melalui celah udara total berdasarkan pada medan putar arah mundur dari kedua kumparan utama dan kumparan bantu adalah :

] ~ ) ~ ~ ( ~ ) ~ ~

Re[(E E₂ I₁* E E₄ I₂*

P_gb = _bm + + _ba + ……...…...(2.32) Persamaan arus pada kumparan utama dan kumparan bantu sebagai :

1 1 1

~

θ ∠

=I

(38)

dan 2 2 2

~ _θ

∠

=I

I ………...……...(2.34)

Dimana θ1 dan θ2 adalah sudut phasa dari arus pada kumparan utama dan

kumparan bantu. Jadi, daya yang melalui celah udara berdasarkan pada medan arah maju dapat ditulis kembali menjadi :

P_gf =Re[(I~₁Zˆ_f − jaI~₂Zˆ_f)~I₁* +(I~₂a2Zˆ_f + jaI~₁Zˆ_f)I~₂*] = Re[(I₁2 +a2I₂2)Zˆ_f − jaZˆ_f(~I₂I₁*−I~₁I*₂)]

= (I₁2 +a2I₂2)R_f +2aI₁I₂R_f sinθ₂₁ ………..(2.35) dimana θ21 = θ2 - θ1.

Dengan cara yang sama, persamaan dari daya yang melalui celah udara berdasarkan pada medan arah maju dapat ditulis menjadi :

=

gb

P 2 ₁ ₂ ₂₁

2 2 2

1 ) 2 sin

(I +a I Rb − aI I Rb θ ……….….(2.36)

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 ………...(2.37)

Dalam keadaan diam (seperti kondisi saat rotor tertahan), slip motor sama dengan satu, dan impedansi rotor dalam cabang arah maju dan mundur sama. Maka daya bersih yang melalui celah udara pada saat motor tidak berputar (pada saat start) adalah :

21 2

1 sin

4 f θ

gs aI I R

P = ………...(2.38)

(39)

mengapa motor kapasitor dengan ukuran yang sama dapat menimbulkan torsi start yang lebih besar dibandingkan dengan motor phasa terpisah.

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

b f d

d d T T

T = − ………..………...……...……...(2.39) Dan,

s g d

P T

ω

= atau P_g =ω_sT_d ..………..……..……...(2.40)

60

2 _s

s n π

ω = ...(2.41)

Pada saat start slip = 1, dan Rf = Rb. Dari persamaan 2.38 dan persamaan

2.40, maka torsi induksi start motor adalah :

s b f d

I I R R a T

start ω

θ21 2 1 sin

) (

2 +

= .……….(2.42)

Daya mekanis yang dihasilkan motor adalah :

g

m s P

P =(1− ) ……….……….(2.43)

Dan daya keluaran dari motor adalah:

Pout = Pm – Prot ……….….(2.44)

(40)

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 P_in ₁_L

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

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

P = + − + + θ

T ) s 1 ( P_m= − ω_syn

Pout = Pm - Prot

) r 25 . 0 r ( I P

P nL 1 2

2 nL

rot = − +

Gambar 2.17 Diagram aliran daya motor induksi satu phasa kapasitor run

Efisiensi motor adalah :

% 100

× =

in out

P P

(41)

BAB III

KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI SATU PHASA

KAPASITOR RUN

III. 1. KARAKTERISTIK BERBEBAN MOTOR INDUKSI SATU PHASA

KAPASITOR RUN

Ketika kapasitor permanen pada motor induksi satu phasa kapasitor run diganti nilainya akan menyebabkan perubahan terhadap karakteristiknya. Karakteristik motor induksi satu phasa kapasitor run yang akan dibahas dalam Tugas Akhir ini terdiri atas :

1. Karakteristik Arus Masukan (IL)

2. Karakteristik Daya Masukan (Pin)

3. Karakteristik Faktor Daya (Cos φ) 4. Karakteristik Torsi Beban (Ts)

5. Karakteristik Tegangan Kapasitor (Vc)

III. 1.1 Karakteristik Arus Masukan (IL)

Dari persamaan 2.23 dan 2.24 diketahui bahwa :

21 12 22 11

12 22 1

1 _ˆ _ˆ _ˆ _ˆ

) ˆ ˆ ( ~ ~

Z Z Z Z

Z Z V I

− −

=

21 12 22 11

21 11 1 2

ˆ ˆ ˆ ˆ

) ˆ ˆ ( ~ ~

Z Z Z Z

Z Z V I

− −

=

(42)

2

III. 1.2 Karakteristik Daya Masukan (Pin)

Dari persamaan 2.26 diketahui bahwa :

ϕ

cos

1 L

in V I

P =

III. 1.3 Karakteristik Faktor Daya (Cos φ)

Dari persamaan 2.26 diketahui bahwa P_in =V_{1 L}I cosϕ, Maka didapat bahwa :

L

(43)

III. 1.4 Karakteristik Torsi Beban (Ts)

Torsi beban dari motor adalah :

m out s

P T

ω

= ...(3.3)

Atau dapat ditulis :

60 .

2 r

out s

n P T

π

= ...(3.4)

III. 1.5 Karakteristik Tegangan Kapasitor (Vs)

Dari persamaan 2.27 tegangan pada kapasitor permanen adalah:

2 c

c I

~ jX

V =−

III. 2. PERHITUNGAN PARAMETER MOTOR KAPASITOR RUN

Parameter motor induksi satu phasa kapasitor run dapat diperoleh melalui hasil pengujian beban nol dan pengujian rotor tertahan. Pengujian ini dilakukan untuk memperoleh parameter dari kumparan utama dan kumparan bantu. Pengujian ini hanya dilakukan dengan hanya mensuplai tegangan satu phasa pada kumparan utama saja.

III.2.1. Pengujian Rotor Tertahan

(44)

bahwa reaktansi magnetik Xm jauh lebih besar daripada impedansi rotor, maka arus

yang melalui Xm sangat kecil dan dapat diabaikan. Rangkaian ekivalen pengujian

rotor tertahan diperlihatkan pada Gambar 3.1.

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 = ………....………. (3.5)

Resistansi rotor tertahan adalah :

2

br br br

I P

R = ………..………. (3.6)

Kemudian reaktansi rotor tertahan :

2 2

br br

br Z R

X = − ……….………. (3.7)

Gambar 3.1 Rangkaian ekivalen percobaan rotor tertahan

Dari rangkaian ekivalen pada Gambar 3.1 diperlihatkan :

2

1 R

R

R_br = + ... (3.8)

Ibr R1 X1 If 0,5 X2

0,5 R2

0,5 X2

(45)

2

1 X

X

Xbr = + ... (3.9)

Untuk memperoleh harga R1 dilakukan dengan memberikan sumber tegangan

DC (Vdc) pada dua terminal input dan mengukur 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

R₁ = ... (3.10)

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. Jika R1 telah diketahui maka harga R2 dapat ditentukan melalui

persamaan :

1

2 R R

R = br − ... (3.11)

Untuk menentukan harga X1 dan X2 digunakan metode empiris berdasarkan

NEMA Standard 112. Hubungan X1 dan X2 terhadap Xbr dapat dilihat pada Tabel 3.1. Tabel 3.1 Tabel 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

0,6 Xbr

0,7 Xbr

0,5 Xbr

(46)

III.2.2 Pengujian Beban Nol

Pada saat pengujian beban nol, 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 pada saat kumparan utama saja yang beroperasi. Pada motor induksi tiga phasa yang bekerja pada beban nol, rugi-rugi tembaga beban nol dalam rangkaian rotor menjadi sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Sehingga cabang rangkaian rotor dianggap sebagai rangkaian terbuka karena slip-nya yang sangat kecil. Namun, dalam motor induksi satu phasa, slip beban nol tidak sekecil seperti pada motor induksi tiga phasa, jadi jika kita anggap rangkaian rotor sebagai suatu rangkaian terbuka untuk percabangan arah maju dibawah kondisi beban nol, akan terjadi kesalahan dalam perhitungan parameter rangkaian motor. Rangkaian ekivalen percobaan beban nol diperlihatkan pada Gambar 3.2 berikut ini :

Inl R1 X1

0,5 X2

0,25 R2

Vnl

Xm

Gambar 3.2 Rangkaian ekivalen percobaan beban nol (s ≈ 0)

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

(47)

nL nL nL

I V

Z = ... (3.12)

Resistansi beban nol dapat dihitung dengan persamaan :

nL nL nL

I P

R = ₂ ….………...……….………… (3.13)

Kemudian reaktansi beban nol adalah :

nL nL

nL Z R

X = 2 − 2 ……….(3.14)

Karena X_nL = X₁+0.5X_m+0.5X₂

Maka : X_m =2X_nL −2 X₁ − X₂ ……….………… (3.15)

Dan rugi-rugi putaran rotor adalah :

) 25 , 0

( 1 2

2

r r

I P

(48)

BAB IV

PENGUJIAN DAN HASIL PENGUKURAN KARAKTERISTIK

IV.1. UMUM

Percobaan pengukuran karakteristik berbeban pada motor kapasitor run ini dilakukan dengan melakukan pengereman pada motor dengan menggunakan phony brake sebagai torsi bebannya. Pada percobaan tersebut maka kecepatan rotor dapat

ditentukan dan kemudian akan terbaca nilai arus masukan, daya masukan, cos φ, dan

tegangan kapasitor.

Selain percobaan berbeban, pada motor dilakukan percobaan beban nol, percobaan hubung singkat, dan percobaan pengukuran tahanan motor. Dari percobaan-percobaan tersebut akan dihitung parameter-parameter dari motor tersebut.

IV.2. PERALATAN YANG DIGUNAKAN

1. Motor kapasitor run

(49)

P T D C

C

Kumparan Utama

Kumparan Bantu

A

V

Motor Induksi 1 Phasa Kapasitor Run

~

- Jenis rotor : sangkar - Jumlah kutub : 4 kutub - Kelas motor : B 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. PENGUJIAN DAN PENGUKURAN TAHANAN KUMPARAN PADA

STATOR

Pengujian ini untuk menentukan nilai tahanan Kumparan bantu dan utama.

IV.3.1. Pengujian dan Pengukuran Tahanan Kumparan Utama

a. Rangkaian Pengujian

(50)

b. Prosedur pengujian

1. Susun dan rangkailah peralatan sesuai dengan gambar 4.1 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

Tabel 4.1 Hasil pengujian dan pengukuran tahanan kumparan utama

Vdcm (Volt) Idcm (A)

16,6 4,77

d. Analisa hasil pengujian

r1m = 1.1

( )

(

Ampere

)

I

Volt V

dcm dcm

dimana : r1m adalah tahanan kumparan utama

Vdcm adalah tegangan pada kumparan utama

Idcm adalah arus yang mengalir pada kumparan utama

maka :

r1m = 1.1

) ( 77 , 4

) ( 6 , 16

A V

(51)

P T D C

C

Kumparan Utama

Kumparan Bantu

A

V

~

IV.3.2. Pengujian dan Pengukuran Tahanan Kumparan Bantu

Gambar 4.2 Rangkaian pengujian dan pengukuran tahanan kumparan bantu

b. Prosedur pengujian

a. Susun dan rangkailah peralatan sesuai dengan gambar 4.2 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

Tabel 4.2 Hasil pengujian dan pengukuran tahanan kumparan bantu

Vdca (Volt) Idca (A)

38,1 4,77

d. Analisa hasil pengukuran

r1a = 1.1

( )

(

Ampere

)

I

Volt V

dca dca

dimana : r1a adalah tahanan kumparan bantu

(52)

Idca adalah arus yang mengalir pada kumparan bantu

maka tahanan kumparan bantu pada saat menggunakan kapasitor 25 μF adalah :

r1a = 1.1

) ( 77 , 4

) ( 1 , 38

A V

= 8,79 Ω

Dari rangkaian percobaan pengukuran tahanan kumparan bantu (pada gambar 4.2) dapat terlihat bahwa pada saat pengukuran tahanan kumparan bantu, tahanan kapasitor ikut terukur. Namun karena nilai tahanan/resitansi dari kapasitor sangat kecil, maka hal ini dapat diabaikan.

IV.4. PENGUJIAN ROTOR TERTAHAN (Blocked Rotor)

Gambar 4.3 Rangkaian pengujian rotor tertahan

b. Prosedur Pengujian

1) Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar 4.3 C

Kumparan Utama

Kumparan Bantu

A

V

~

W

+

-+

(53)

2) Tutuplah sakelar auto transformer, kemudian naikkanlah tegangan auto transformer perlahan-lahan hingga Amperemeter menunjukkan

nilai nominal arus motor.

3) Usahakan menahan rotor motor agar tidak berputar .

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

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

c. Hasil pengujian

Tabel 4.3 Hasil pengujian rotor tertahan

Vbr (V) Ibr (A) Pbr (W)

83 6,30 430

d. Analisa hasil Pengujian Impedansi rotor tertahan :

br br br

I V Z = =

) ( 3 , 6

) ( 83

A V

= 13,17 ohm

Resistansi rotor tertahan :

2

br br br

I P

R = = ₂

3 , 6

430

(54)

Reaktansi rotor tertahan :

2 2

br br br Z R

X = − = 13,172 −10,832

= 7,49 ohm

r2 = Rbr – r1m = 10,83 – 3,83 = 7,00 ohm

Karena motor yang digunakan adalah motor kelas B, maka rumus untuk mendapatkan reaktansi Kumparan motor adalah :

X1m = 0,4 × Xbr = 0,4 × 7,49 = 3,00 ohm

X2 = 0,6 × Xbr = 0,6 × 7,49 = 4,49 ohm

dimana : r2 adalah tahanan Kumparan kumparan rotor

X1m adalah reaktansi dari Kumparan utama kumparan stator

X2 adalah reaktansi Kumparan rotor

IV.5. PENGUJIAN BEBAN NOL

Gambar 4.4 Rangkaian Pengujian Beban Nol.

C

Kumparan Utama

Kumparan Bantu

A

V

~

W

+

-+

(55)

b. Prosedur Pengujian

a. Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar 4.4. 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.

b. Hasil Pengujian

Tabel 4.4 Hasil pengujian beban nol

Vnl (V) Inl (A) Pnl (W)

200 3,50 288

d. Analisa Hasil Pengujian

Dari hasil pengujian di atas dapat ditentukan :

Impedansi beban nol :

nl nl nl

I V Z = =

5 , 3 201

(56)

Resistansi beban nol :

2

nl nl nl

I P

R = =

A W

2

5 , 3 288

= 23,51 Ohm

Reaktansi beban nol :

2 2

nl nl nl Z R

X = − = (57,42)2 −(23,51)2

= 52,40 Ohm

Daya rugi-rugi rotasi :

Dari persamaan 3.16 diketahui bahwa : Prot = Pnl – Inl2 ( r1 + 0,25 r2)

= 288 – (3,50)2 (3,83 + 0,25(4,49)) = 227,33 Watt

Dengan menggunakan persamaan (3.31) didapat reaktansi permagnetan motor induksi :

2 1

2

2X X X

X_m = _nL − _m − = 2 ( 52,40) – 2 ( 3,00) – 4,49

(57)

P T A C

S Line

Netral

C

Kumparan Utama

Kumparan Bantu

T

VC

n

Tachometer

Phony Break

W cosϕ

A

V

IV.6 PENGUJIAN BERBEBAN

Gambar 4.5. Rangkaian pengujian berbeban

b. Prosedur Percobaan

1) Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar 4.5. 2) Semuanya switch terbuka, pengatur tegangan semuanya minimum. 3) Tutup S, lalu naikkan PTAC sampai bernilai 200 Volt

4) Naikkan beban secara bertahap, dan tetap pertahankan agar tegangan di V Konstan. Catatlah penunjukkan alat ukur A, W, T, V, Vc, dan

kecepatan rotor (nr) setiap tahapnya.

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

(58)

c. Hasil Pengujian

Tabel 4.5 Hasil pengujian berbeban dengan menggunakan kapasitor 8 μF

Nr

Tabel 4.6 Hasil pengujian berbeban dengan menggunakan kapasitor 16 μF

Nr

(59)

Nr

Dari percobaan di atas maka akan didapat grafik karakteristiknya sebagai berikut :

(60)

Gambar 4.7 Grafik percobaan Daya Masukan (Pin) terhadap Kecepatan Rotor (Nr)

Gambar 4.8 Grafik percobaan Faktor Daya (cos φ) terhadap Kecepatan Rotor (Nr)

(61)

Gambar 4.10 Grafik percobaan Tegangan Kapasitor (Vc) terhadap Kecepatan Rotor (Nr)

d. Analisa Hasil Pengujian

Untuk data pengujian kapasitor 8 μF dengan Nr = 1450, maka :

S = 0,033

Berdasarkan persamaan 2.5 :

(62)

Dan berdasarkan persamaan 2.6 :

Dari persamaan 2.19

b

Nilai perbandingan Kumparan : a = 1,31 Menurut persamaan 2.20 dan 2.21

(63)

Nilai kapasitor yang digunakan adalah 8 μF, maka :

Menurut persamaan 2.22

(64)

2

Berdasarkan persamaan 2.26 :

ϕ

Karena φ adalah sudut faktor daya arus masukan maka didapat :

) Berdasarkan persamaan 2.37 didapat :

)

Berdasarkan persamaan 2.43 dan 2.44 maka didapat :

50

(65)

41

Berdasarkan persamaan 2.27 tegangan pada kapasitor permanen adalah:

2

Jadi tegangan pada kapasitor adalah 319,44 Volt.

Dengan cara perhitungan yang sama maka akan didapat nilai arus masukan (IL), daya masukan (Pin), cos φ, torsi beban (Ts) dan tegangan kapasitor (Vc)

(66)

Tabel 4.10 Hasil perhitungan karakteristik dengan menggunakan kapasitor 8 μF

2496,04

2494,01 2484,46 2466,64 2444,94 2412,29 2365,31 2303,67 2221,30 2101,05 1953,70

(67)

Tabel 4.11 Hasil perhitungan karakteristik dengan menggunakan kapasitor 16 μF 1998,97

(68)

2527,06

2525,40 2516,65 2498,08 2481,79 2452,59 2410,29 2354,41 2279,20 2167,52 2029,72

(69)

2549,51

2548,03 2539,71 2521,07 2507,18 2479,73 2439,86 2386,97 2315,60 2208,71 2076,48

(70)

Tabel 4.14 Hasil perhitungan karakteristik dengan menggunakan kapasitor 32 μF

2591,46

2590,28 2582,65 2564,20 2553,78 2529,11 2493,11 2445,05 2379,94 2281,09 2158,39

(71)

Dari hasil perhitungan maka didapat grafik karakteristik untuk setiap nilai kapasitor sebagai berikut :

Gambar 4.11 Grafik perhitungan Arus Masukan (IL) terhadap Kecepatan (Nr)

(72)

Gambar 4.13 Grafik perhitungan Faktor Daya (cos φ) terhadap Kecepatan (Nr)

(73)

Gambar 4.15 Grafik perhitungan Tegangan Kapasitor (Vc) terhadap Kecepatan (Nr)

Dari data hasil percobaan dan perhitungan dapat dibandingkan dengan tabel-tabel berikut :

Tabel 4.15 Perbandingan hasil percobaan dan perhitungan untuk kapasitor 8 μF

Nr (rpm)

Ts (Nm) IL (A) Pin (W) Cos φ Vc (V)

Percobaan Perhitungan % error Percobaan Perhitungan % error Percobaan Perhitungan % error Percobaan Perhitungan % error Percobaan Perhitungan % error

(74)

Nr (rpm)

1460

Tabel 4.17 Perbandingan hasil percobaan dan perhitungan untuk kapasitor 20 μF

Nr (rpm)

1460

Nr (rpm)

(75)

Nr (rpm)

1460

Pada saat percobaan, beban hanya berkisar antara 0,0 – 2,0 Nm. Oleh sebab itu, kecepatan rotor berkisar antara 1400 – 1460 rpm.

Dari perhitungan, perubahan karakteristik-karakteristik berbeban motor induksi satu phasa kapasitor run (dengan kecepatan rotor berkisar antara 1400 – 1460 rpm) terhadap perubahan nilai kapasitansi kapasitor running dapat dilihat melalui tabel-tabel berikut :

Tabel 4.20 Perubahan nilai karakteristik Arus Masukan (IL) terhadap perubahan nilai kapasitansi kapasitor running

(76)

Tabel 4.21 Perubahan nilai karakteristik Daya Masukan (IL) terhadap perubahan nilai kapasitansi kapasitor running

Nr

Tabel 4.22 Perubahan nilai karakteristik Faktor Daya (cos φ) terhadap perubahan nilai kapasitansi kapasitor running

Nr

Tabel 4.23 Perubahan nilai karakteristik Torsi Beban (Ts) terhadap perubahan nilai

kapasitansi kapasitor running

(77)

Tabel 4.24 Perubahan nilai karakteristik Tegangan Kapasitor (VC) terhadap perubahan nilai kapasitansi kapasitor running

Nr

(rpm) C = 8 μF C = 16 μF C = 20 μF C = 25 μF C = 32 μF

1460

1450

1440

1430

1420

1410

1400

323,41

319,44

315,25

310,94

307,31

303,26

299,17

343,22

339,04

334,05

329,24

325,14

320,62

316,04

353,30

349,02

343,58

338,50

334,13

329,36

324,51

365,99

361,56

355,52

350,09

345,37

340,26

335,06

383,39

378,77

371,81

365,87

360,64

355,03

(78)

BAB V

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil analisa dan uraian dari teori serta pengujian pada bab-bab sebelumnya, dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu :

1. Dari hasil percobaan, beban antara 0,0 – 2,0 Nm belum termasuk beban nominal. Beban nominal didapat dari persamaan 4.2 dan bernilai 5,23 Nm. Oleh karena itu rotor berputar di atas kecepatan nominal antara 1400 – 1460 rpm. Hal ini disebabkan karena keterbatasan alat ukur.

2. Dari tabel 4.19 dapat dilihat bahwa nilai arus masukan terkecil ketika nilai

kapasitansi kapasitor yang digunakan 16 dan 20 μF, jika nilai kapasitor yang

digunakan semakin besar atau kecil maka arus masukan akan semakin besar. Dari peristiwa ini dapat disimpulkan bahwa : jika beban motor di bawah beban nominal, untuk mendapatkan nilai arus terkecil maka nilai kapasitansi kapasitor running yang paling baik digunakan harus di bawah nominal.

3. Dari tabel 4.20, dapat dilihat bahwa semakin kecil nilai kapasitansi kapasitor running, maka daya masukan akan semakin kecil. Nilai daya masukan terkecil

pada saat nilai kapasitansi kapasitor 8 μF.

4. Dari tabel 4.21, dapat dilihat bahwa nilai Faktor Daya terbesar ada pada saat nilai

kapasitansi kapasitor 20 dan 25 μF.