“ANALISIS PERBANDINGAN KARAKTERISTIK BERBEBAN MOTOR KAPASITOR START DENGAN MOTOR KAPASITOR RUN
BERDASARKAN METODE TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DAN TEORI MEDAN FLUKSI GANDA”
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh
FRA NK LYN SIT ANGGA NG 040402017
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
“ANALISIS PERBANDINGAN KARAKTERISTIK BERBEBAN MOTOR KAPASITOR START DENGAN MOTOR KAPASITOR RUN
BERDASARKAN METODE TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DAN TEORI MEDAN FLUKSI GANDA”
Oleh :
FRANKLYN SITANGGANG 04 0402 017
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Disetujui oleh : Pembimbing,
Ir. Sumantri Zulkarnain NIP:194705031973061
Diketahui oleh : Pelaksana Tugas
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Prof.Dr.Ir. Usman Baafai NIP:19461022 197302 1 001 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Motor kapasitor start adalah salah satu jenis dari motor induksi satu phasa, dimana motor ini beroperasi pada satu sumber tegangan bolak-balik satu phasa. Motor ini menggunakan kapasitor yang dihubungkan seri dengan belitan bantu dan paralel dengan belitan utama ditambah lagi dengan adanya saklar sentrifugal. Kapasitor pada motor ini hanya digunakan untuk tujuan pengasutan, dimana dengan adanya kapasitor dapat mempertinggi kemampuan motor dari beban lebih, memperbaiki cos ϕ (faktor daya), efisiensi semakin meningkat, putaran motor dapat dipertahankan dan lebih halus serta diperolehnya torsi awal yang besar.
. Bila motor telah berputar, maka saklar sentrifugal secara otomatis akan terbuka untuk memutuskan arus kumparan bantu dan kapasitor. Motor ini biasanya digunakan pada peralatan yang membutuhkan torsi start yang besar, misalnya : kompresor, konveyor, pompa dll.
Motor kapasitor run adalah salah satu jenis dari motor induksi satu phasa. Motor ini menggunakan kapasitor yang terhubung seri dengan belitan bantu dan paralel dengan belitan utama. Belitan bantu untuk pengasutan awal motor tetap terhubung dengan belitan utama ketika berjalan
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis diberikan kemampuan dan kesempatan untuk dapat mennyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Tugas Akhir ini berjudul :
“Analisis Perbandingan Karakteristik Berbeban
Motor Kapasitor Start Dengan Motor Kapasitor Run Berdasarkan Metode Teori Medan Fluksi Silang Dan Teori Medan Fluksi Ganda”
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada orang tua saya, Ayahanda Drs M Sitanggang dan Ibunda B Naibaho,SH yang telah membesarkan, mendidik dan terus membimbing serta mendoakan saya. Juga rasa sayang kepada saudara-saudara saya Enny, Tetty, Arthur dan juga abang-abang saya.
Dalam kesempatan ini, Penulis juga menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnain . selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, yang dengan ikhlas dan sabar memberikan masukan, membimbing dan memotivasi saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik USU.
4. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membekali saya dengan ilmu pengetahuan selama di perkuliahan.
5. Seluruh karyawan Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Kepada seluruh teman-teman seperjuangan angkatan 2004 yang masih menyelesaikan Tugas Akhir : Alex Sitepu, Immanuelta Sitepu, Batara, Hanna, Augus, Juan Rio, Wiclif, Adinata, Joshua, Jefri, Ronal, Willy, Didi, Rahmat aulia, Wahyu, Juliana dan seluruh teman-teman yang belum disebutkan.
7. Teman-teman Mahasiswa, alumni dan pihak lainnya yang belum disebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih belum sempurna, baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu Penulis sangat mengharapkan saran dan kritik dari pembaca yang sifatnya membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, Penulis berharap agar Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca dan Penulis.
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ...iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... x
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Tujuan Penulisan ... 2
1.3 Manfaat Penulisan... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
1.5 Metodologi Penulisan ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II MOTOR KAPASITOR START DAN MOTOR KAPASITOR RUN 2.1. Umum... 5
2.2. Kontruksi Motor Induksi Satu Phasa ... 6
2.3. Prinsip Dasar Motor Induksi Satu Phasa ... 7
2.4. Jenis-Jenis Motor Induksi Satu Phasa ... 9
2.4.2. Motor Kapasitor Start ... 12
2.4.3. Motor Kapasitor permanen ... 13
2.4.4. Motor Kapasitor Start – Kapasitor Permanen ... 14
2.4.5. Motor Kutub Terarsir ... 15
BAB III TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DENGAN TEORI MEDAN FLUKSI GANDA 3.1 Teori Medan Putar Silang ... 16
3.2 Teori Medan Putar Ganda ... 20
3.3 Rangkaian Ekivalen Motor Kapasitor Start ... 23
3.4 Rangkaian Ekivalen Motor Kapasitor Run ... 27
3.5 Daya dan Rugi-rugi Motor Kapasitor Run ... 33
BAB IV ANALISIS PERBANDINGAN KARAKTERISTIK BERBEBAN KAPASITOR START DAN MOTOR KAPASITOR RUN 4.1. Karakteristik Berbeban Motor Kapasitor Start Dan Motor Kapasitor Run... 38
4.1.1. Karakteristik Putaran terhadap Torsi ... 38
4.1.2. Karakteristik Torsi terhadap Arus ... 41
4.1.3. Karakteristik Arus terhadap Putaran ... 41
4.2. Penentuan Parameter Motor Kapasitor Start Dan Motor Kapasitor Run ... 42
4.2.2. Pengujian Beban Nol ... 44
4.3. Peralatan yang digunakan... 46
4.4. Pengujian Pengukuran Tahanan Belitan ... 47
4.4.1. Pengujian Pengukuran Tahanan Belitan Utama ... 47
4.4.2. Pengujian Pengukuran Tahanan Belitan Bantu ... 49
4.5. Pengujian Rotor Tertahan (Blocked Rotor) ... 51
4.6. Pengujian Beban Nol ... 56
4.7. Pengujian Berbeban ... 60
4.8. Analisis Perbandingan Karakteristik Berbeban antara Motor Kapasitor Start dan Motor Kapasitor Run...73
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 77
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Komponen Dasar dari Motor Induksi Satu Fasa ... 6
Gambar 2.2 Medan Magnet Stator Berpulsa Sepanjang Garis AC... 7
Gambar 2.3 Medan magnet rotor segaris dengan medan magnet stator….………..9
Gambar 2.4 Motor Fasa Terpisah ... 11
Gambar 2.5 Motor Kapasitor Start ... 12
Gambar 2.6 Motor Kapasitor Permanen ... 13
Gambar 2.7 Motor Kapasitor Start – Kapasitor Run ... 14
Gambar 2.8 Motor Kutub Terarsir ... 15
Gambar 3.1 Medan Magnet Stator Berpulsa Sepanjang Garis AC... 16
Gambar 3.2 Motor Dalam Keadaan Berputar ... 17
Gambar 3.3 Fluks Rotor Tertinggal Terhadap Fluks Stator Sebesar 90°. ... 18
Gambar 3.4 Medan Silang yang Dibangkitkan Arus-Arus Stator ... 19
Gambar 3.5 Phasor Medan Putar yang Dihasilkan Oleh Belitan Stator dan Rotor 20 Gambar 3.6 Konsep Medan Putar Ganda ... 21
Gambar 3.7 Kurva Fluks Resultan Terhadapθ ... 22
Gambar 3.8 Karakteristik Torsi - Kecepatan Motor Induksi Satu Fasa ... 23
Gambar 3.9 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Satu Fasa ... 24
Gambar 3.10 Motor Induksi Satu Fasa Dalam Keadaan Diam ... 25
Gambar 3.11 Motor Induksi Satu Fasa Dalam Keadaan Beroperasi... .26
Gambar 3.12 Rangkaian Ekivalen dari Motor Kapasitor Permanen ... 28
Gambar 3.14 Diagram Aliran Daya Motor Induksi Satu Fasa ... 37
Gambar 4.1 Gambar Pendekatan Rangkaian Ekivalen dengan Rotor Tertahan ... 43
Gambar 4.2 Pendekatan Rangkaian Ekivalen pada Beban Nol Dengan s≅0……...45
Gambar 4.3 Rangkaian Pengujian Tahanan Belitan Utama ... 47
Gambar 4.4 Rangkaian Pengujian Tahanan Belitan Bantu ... 49
Gambar 4.5 Pengujian Rotor Tertahan Pada Motor Kapasitor Start ... 51
Gambar 4.6 Pengujian Rotor Tertahan Pada Motor Kapasitor Run ... 53
Gambar 4.7 Rangkaian Pengujian Beban Nol Pada Motor Kapasitor Start ... 56
Gambar 4.8 Rangkaian Pengujian Beban Nol Pada Motor Kapasitor Run ... 58
Gambar 4.9 Rangkaian Pengujian Berbeban Pada Motor Kapasitor Start ... 60
Gambar 4.10 Torsi Terhadap Putaran Pada Motor Kapasitor Start ... 65
Gambar 4.11 Arus Terhadap Putaran Pada Motor Kapasitor Start ... 65
Gambar 4.12 Torsi Terhadap Arus Pada Motor Kapasitor Start ... 66
Gambar 4.13 Rangkaian Pengujian Berbeban Pada Motor Kapasitor Run ... 66
Gambar 4.14 Torsi Terhadap Putaran Pada Motor Kapasitor Run ... 72
Gambar 4.15 Arus Terhadap Putaran Pada Motor Kapasitor Run ... 72
Gambar 4.16 Torsi Terhadap Arus Pada Motor Kapasitor Run ... 73
Gambar 4.17 Torsi Terhadap Arus Pada Motor Kapasitor Start dan Motor Kapasitor Run………..74
Gambar 4.18 Torsi Terhadap Kecepatan Putaran Pada Motor Kapasitor Start dan Motor Kapasitor Run………..75
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Distribusi empiris dari Xbr ... 44
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Tahanan Belitan Utama Motor Kapasitor Start…….48
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tahanan Belitan Utama Motor Kapasitor Run.…….48
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Tahanan Belitan Bantu Motor Kapasitor Start ... 50
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Tahanan Belitan Bantu Motor Kapasitor Run ... 50
Tabel 4.6 Hasil Pengujian Berbeban Pada Motor Kapasitor Start ……….61
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Berbeban Pada Motor Kapasitor Start ... 64
Tabel 4.8 Hasil Pengujian dan Perhitungan berbeban Pada Motor Kapasitor Start ... 64
Tabel 4.9 Hasil Pengujian berbeban Pada Motor Kapasitor Run ... 67
Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Berbeban Pada Motor Kapasitor Run... 71
Tabel 4.11 Hasil Pengujian dan Perhitungan Berbeban Pada Motor Kapasitor Run ……….……71
ABSTRAK
Motor kapasitor start adalah salah satu jenis dari motor induksi satu phasa, dimana motor ini beroperasi pada satu sumber tegangan bolak-balik satu phasa. Motor ini menggunakan kapasitor yang dihubungkan seri dengan belitan bantu dan paralel dengan belitan utama ditambah lagi dengan adanya saklar sentrifugal. Kapasitor pada motor ini hanya digunakan untuk tujuan pengasutan, dimana dengan adanya kapasitor dapat mempertinggi kemampuan motor dari beban lebih, memperbaiki cos ϕ (faktor daya), efisiensi semakin meningkat, putaran motor dapat dipertahankan dan lebih halus serta diperolehnya torsi awal yang besar.
. Bila motor telah berputar, maka saklar sentrifugal secara otomatis akan terbuka untuk memutuskan arus kumparan bantu dan kapasitor. Motor ini biasanya digunakan pada peralatan yang membutuhkan torsi start yang besar, misalnya : kompresor, konveyor, pompa dll.
Motor kapasitor run adalah salah satu jenis dari motor induksi satu phasa. Motor ini menggunakan kapasitor yang terhubung seri dengan belitan bantu dan paralel dengan belitan utama. Belitan bantu untuk pengasutan awal motor tetap terhubung dengan belitan utama ketika berjalan
BAB I PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Motor induksi satu phasa adalah motor yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, yang biasanya diaplikasikan pada peralatan rumah tangga, kantor, pabrik, bengkel, maupun perusahaan-perusahaan 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 start dan motor kapasitor run adalah jenis motor induksi satu phasa yang pemakaiannya cukup luas. Pada penggunaan motor kapasitor start dan motor kapasitor run ini perlu diketahui karakteristik berbebannya serta diperlukan untuk memilih motor yang sesuai dengan kebutuhan sehingga memenuhi syarat teknis dan ekonomis serta efisien
1.2. TUJUAN PENULISAN
Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Menambah pengetahuan dan wawasan tentang karakteristik berbeban motor kapasitor start dan motor kapasitor run
2. Menampilkan data hasil percobaan dalam bentuk grafik torsi terhadap putaran, torsi terhadap arus, dan arus terhadap putaran.
1.3. MANFAAT PENULISAN
Adapun manfaat penulisan tugas akhir ini adalah memberikan informasi tentang perbandingan karakteristik berbeban motor kapasitor start dan motor kapasitor run berdasarkan metode teori medan fluksi silang dan teori medan fluksi ganda.
1.4. BATASAN MASALAH
Untuk menghindari pembahasan yang meluas maka penulis akan membatasi Tugas akhir ini dengan hal-hal sebagai berikut :
1. Motor yang digunakan adalah motor induksi satu phasa.
2. Karakteristik motor kapasitor start dan motor kapasitor run yang akan dibahas adalah torsi terhadap putaran, torsi terhadap arus, dan arus terhadap putaran
3. Tidak membahas mengenai pengaturan kecepatan motor induksi satu phasa pada kapasitor start dan motor kapasitor run.
4. Tidak membahas jenis beban yang digunakan dalam percobaan.
6. Tidak membahas mengenai saklar sentrifugal secara mendetail.
7. Analisis perhitungan berdasarkan peralatan yang ada tersedia di Laboratorium Konversi Energi Listrik
1.5. METODE PENULISAN
Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi diantaranya :
1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain.
2. Studi lapangan yaitu dengan melaksanakan percobaan di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU.
3. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak departemen Teknik Elektro USU, dengan dosen-dosen bidang Konversi Energi Listrik, asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik dan teman-teman sesama mahasiswa.
1.6. SISTEMATIKA PENULISAN
Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN
BAB II MOTOR KAPASITOR START DAN MOTOR KAPASITOR RUN
Bab ini membahas motor induksi satu phasa, konstruksi umum, prinsip dasar motor induksi satu phasa, jenis-jenis motor induksi satu phasa.
BAB III TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DENGAN TEORI MEDAN FLUKSI GANDA
Bab ini membahas tentang teori medan fluksi silang serta konsepnya, teori medan fluksi ganda serta konsepnya, rangkaian ekivalen motor kapasitor start dan motor kapasitor run, diagram aliran daya motor induksi
BAB IV ANALISIS PERBANDINGAN KARAKTERISTIK BERBEBAN KAPASITOR START DAN MOTOR KAPASITOR RUN
Bab ini membahas tentang parameter dari karakteristik berbeban kapasitor start dan motor kapasitor run serta pengujiannya.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
BAB II
MOTOR KAPASITOR START DAN MOTOR KAPASITOR RUN
2.1. 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 fasa yang digunakan, yaitu motor induksi satu fasa dan motor induksi tiga fasa. Sesuai dengan namanya motor induksi satu fasa dirancang untuk beroperasi menggunakan suplai satu fasa.
2.2. KONSTRUKSI MOTOR INDUKSI SATU FASA
Konstruksi motor induksi satu fasa hampir sama dengan motor induksi fasa 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 dari Motor Induksi Satu Fasa
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 cage rotor ).
2.3. PRINSIP DASAR MOTOR INDUKSI SATU FASA
Motor induksi satu fasa konvensional dengan belitan stator yang terdistribusi dan rotor sangkar bajing ditunjukkan pada gambar 2.2. Bila tegangan bolak-balik
C A
Belitan rotor Belitan stator
Gambar 2.2 Medan Magnet Stator Berpulsa Sepanjang Garis AC.
Kekuatan medan magnet yang dihasilkan pun berubah-ubah secara sinusoidal terhadap waktu, sesuai dengan tegangan yang diberikan kepada terminal stator. Akan tetapi walaupun kekuatan medan berubah-ubah secara sinusoidal yaitu maksimum pada saat arus maksimum dan nol pada saat arus nol dan polaritasnya terbalik secara periodik, aksinya tetap sepanjang garis AC, yaitu sepanjang sumbu belitan stator. Medan magnet tersebut untuk setiap daur tegangan bergerak dari nol menuju maksimum ke arah atas, kembali melalui nol menuju maksimum ke arah bawah dan kemudian kembali lagi ke nol. Dengan demikian medan magnet ini tidak berputar tetapi hanya merupakan sebuah medan magnet yang berpulsa pada posisi tetap (stationery).
Karena medan magnet yang dihasilkan oleh arus stator hanya berpulsa maka antara penghantar rotor dan medan stator tidak ada gerak relatif. Pada penghantar rotor tidak akan ada tegangan yang terinduksi akibat gerak relatif. Tegangan yang terinduksi pada penghantar rotor hanyalah tegangan akibat aksi transformator. Karena rotor dari motor induksi satu fasa pada umumnya adalah rotor sangkar dimana belitan terhubung singkat, maka arus akan mengalir. Sesuai dengan hukum lenz, arah tegangan terinduksi tersebut adalah sedemikian rupa sehingga arus induksi yang dihasilkannya akan melawan pengaruh magnetisasi arus stator.
Tind = k.BRBS Sin Υ
= k.BRBS Sin 180 = 0
A x
x
x .
.
. .
x
Br
Bs
Gambar 2.3. Medan magnet rotor segaris dengan medan magnet stator
Oleh karena itu, tegangan satu fasa 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.
2.4. JENIS-JENIS MOTOR INDUKSI SATU FASA
paralel ke suatu sumber satu fasa, 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 fasa 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 fasa 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.
2.4.1 Motor Fasa Terpisah
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 2.4.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.
Persen Kecepatan Sinkron
Operasi Torsi Beban Penuh
Kecepatan Beban
2.4.2 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 2.5.a. Hal ini akan menaikkan sudut fasa antar arus belitan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5.b. Karakteristik momen put ar – kecepatan dari motor ini dapat ditunjukkan pada gambar 2.5.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)
2.4.3. Motor Kapasitor Permanen
Pada motor ini seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6.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 2.6.b. Jenis kapasitor yang digunakan adalah kapasitor kertas. Karakteristik momen putar – kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada gambar 2.6.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)
2.4.4. 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 2.7.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 2.7.b. Karakteristik momen putar – kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada gambar 2.7.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)
2.4.5. 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 2.8.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 2.8.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
BAB III
TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DENGAN TEORI MEDAN FLUKSI GANDA
3.1. TEORI MEDAN PUTAR 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 sinusiodal 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.
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-kutub pada permukaan rotor. Karena kutub-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.
Arah putaran
B D
C A
Gambar 3.2. Motor Dalam Keadaan Berputar
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 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
sebesar 90o dari medan stator, maka disebut sebagai medan silang (cross field). Nilai maksimum dari medan ini seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.4, 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
a b c d e f g h i
Gambar 3.5. Phasor Medan Putar yang Dihasilkan Oleh Belitan Stator dan Rotor
3.2. TEORI MEDAN PUTAR GANDA
Teori medan putar 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 besarnya sama dengan setengah dari nilai fluks bolak-balik tersebut dan masing-masing berputar secara sinkron dengan arah berlawanan.
Pada gambar 3.6.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,
A= m/2
Pada beberapa saat ketika A dan B telah berputar dengan sudut +θ dan -θ seperti pada gambar 2.7.b, maka besar fluks resultannya adalah :
θ
Setelah setengah periode putaran, fluks A dan B akan mempunyai resultan sebesar –2 x
φm/2 = -φm, seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.6.d. Setelah tiga perempat putaran,
resultannya akan kembali nol seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.6.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 3.7.
.
0o
90o 180o 270o 360 o
Fl
uk
s
Gambar 3.7. Kurva Fluks Resultan Terhadapθ
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 =
−
= ………...….(3.3)
dimana : n = kecepatan sinkron s
n = kecepatan putaran rotor r
Sedangkan slip terhadap momen putar medan mundur (Sb) dengan rotor menentang arah
( )
(
)
sr s s
s r s
b
n n n n 2 n
n n
S = − − = − −
s
Sb =2− ………...………..(3.4) 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 ns
-ns
Torsi arah maju
Torsi arah mundur
Torsi resultan
Gambar 3.8. Karakteristik Torsi - Kecepatan Motor Induksi Satu Fasa 3.3. RANGKAIAN EKIVALEN MOTOR KAPASITOR START
1. Pada Keadaan Diam
Pada saat keadaan diam, jika rangkaian stator dihubungkan dengan tegangan satu fasa, maka motor induksi dapat dinyatakan sebagai transformator dengan kumparan sekunder terhubung singkat. Rangkaian motor induksi satu fasa tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.9.
I1 R1 X1 I2 X2
R2
Rc X
m
Im
V
Gambar 3.9. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Satu Fasa
Dengan menggunakan konsep medan putar fluks yang dihasilkan, kumparan stator dapat dipecah menjadi dua bagian yaitu : medan putar maju dan medan putar mundur. Kedua medan putar ini akan mengimbaskan ggl pada kumparan rotor sehingga tahanan dan reaktansi pada kumparan rotor diekivalenkan masing-masing adalah setengah dari nilai tahanan dan reaktansi kumparan rotor sesungguhnya, yaitu R2/2 dan
I1 R1 X1 If 0,5 X2
0,5 R2
Rc X
m
Imf
V I 0,5 X2
b
0,5 R2
Rc X
m
Imb
Medan maju
Medan mundur 0,5 Zf
0,5 Zb
Gambar 3.10. Motor Induksi Satu Fasa Dalam Keadaan Diam 2. Pada Saat Beroperasi
Pada saat kecepatan motor induksi mulai bertambah dan bekerja hanya pada kumparan utama. Pada arah medan maju menggunakan slip s, arus rotor yang diimbaskan medan maju mempunyai frekuensi s.f, dimana f adalah frekuensi stator. Arus rotor ini akan menghasilkan fluks yang bergerak maju pada kecepatan slip. Fluks ini akan membangkitkan ggl dengan arah maju pada kumparan utama stator. Pangaruh pada rotor jika dilihat dari sisi stator dapat dinyatakan sebagai suatu impedansi sebesar 0,5 R2/s + j 0,5 X2 paralel dengan Xm dan Rc. Seperti yang terlihat pada Gambar 3.11
dengan menggunakan simbol f.
Pada arah medan putar mundur, rotor tetap bergerak dengan slip s berpatokan pada medan maju dan besarnya kecepatan medan putar maju adalah
Kecepatan relatif dari rotor berpatokan pada medan mundur adalah 1+ n, atau besarnya slip terhadap medan mundur adalah
1+ n = 2 – s ...(3.6)
Selanjutnya medan mundur mengimbaskan arus rotor dengan frekuensi (2 – s)f. Arus rotor ini akan menghasilkan fluks yang bergerak mundur. Fluks ini akan mengimbaskan ggl pada medan mundur kumparan stator. Pengaruh pada rotor jika dilihat dari sisi stator dapat dinyatakan sebagai suatu impedansi sebesar 0,5 R2/(2-s) + j
0,5 X2 paralel dengan Xm dan Rc. Seperti yang terlihat pada gambar 3.11 dengan simbol b.
I1 R1 X1 If 0,5 X2
0,5 R2/s
Rc X
m
Imf
V Ib 0,5 X2
0,5 R2/sm
=0,5 R2/(2-s)
Rc X
m
Imb
Medan maju
Medan mundur 0,5 Zf
0,5 Zb
Gambar 3.11 Motor Induksi Satu Fasa Dalam Keadaan Beroperasi
Dari rangkaian di atas, didapat :
I1 = Arus pada kumparan stator
3. 4. Rangkaian Ekivalen Motor Kapasitor Run
medan putar arah maju dan arah mundur. Pada gambar 2.2 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 3.12, 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 3.12.
C Rotor
Kumparan Bantu
Kumparan Utama
I Ia
Im
+
Gambar 3.12. 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.
ra = resistansi kumparan bantu stator.
a = konstanta perbandingan belitan kumparan bantu dengan belitan kumparan utama.
1
~
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 3.12 telah didefenisikan melalui perbandingan transformasi (a) dari parameter-parameter kumparan utama. Impedansi arah maju dari kumparan utama adalah :
)
Impedansi arah mundur dari kumparan utama adalah :
)
Pada gambar 3.13. diperlihatkan rangkaian ekivalen dengan Zˆ dan f Zˆb. dimana :
1
I ~
= arus pada kumparan utama.
1
I ~
= arus pada kumparan bantu.
a
+
Gambar 3.13. Rangkaian Sederhana Ekivalen Motor Kapasitor Permanen Tegangan yang diinduksikan dalam kumparan utama oleh medan putar arah maju adalah :
f
fm I Z
E~ = ~1 ˆ ………..…..(3.13)
Tegangan yang diinduksikan dalam kumparan utama oleh medan putar arah mundur adalah :
b
bm I Z
E~ = ~1 ˆ ………(3.14)
Tegangan yang diinduksikan dalam kumparan bantu oleh medan putar arah maju adalah :
f
fa I a Z
E~ = ~2 2 ˆ ……….(3.15)
Tegangan yang diinduksikan dalam kumparan bantu oleh medan putar arah mundur adalah :
b
ba I a Z
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
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
Dengan cara yang sama, tegangan yang diinduksikan dalam cabang arah maju dari kumparan bantu oleh medan putar arah maju dari kumparan utama adalah :
f Z I ja
E~3 = ~1 ˆ ………(3.19)
Akhirnya, tegangan yang diinduksikan dalam kumparan bantu oleh medan arah mundur dari kumparan utama adalah :
b
Z I ja
E~1 =− ~1 ˆ ………(3.20)
Karena semua tegangan telah diketahui dalam kaitan dengan arus dan parameter rangkaian yang tidak diketahui, penyamaan bersama untuk kedua cabang adalah :
Persamaan-persamaan diatas dapat ditulis kembali menjadi :
Dari penyamaan-penyamaan bersama di atas, kita dapat menghitung besar arus dalam kedua cabang sebagai :
21
Arus masukan adalah :
2
3. 5. DAYA DAN RUGI-RUGI MOTOR KAPASITOR RUN Dari gambar 3.13 daya masukan motor adalah :
θ
cos
1 L
in V I
P = ……….(3.32)
Rugi-rugi tembaga stator adalah :
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 :
]
Dengan hal yang sama, daya yang melalui celah udara arah maju berdasarkan pada kumparan bantu adalah :
]
Sehingga, daya yang mengalir melalui celah udara total berdasarkan pada medan putar arah maju dari kedua kumparan utama dan kumparan bantu adalah :
]
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 :
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 ………...(3.39)
dan ~I2 =I2∠θ2 ………...(3.40)
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 :
Pgf =Re[(~I1Zˆf − jaI~2Zˆf )~I1*+(~I2a2Zˆf + jaI~1Zˆf)I~2*] = Re[(I12 +a2I22)Zˆf − jaZˆf(~I2I1* −I~1I2*)]
= (I12 +a2I22)Rf +2aI1I2Rf sinθ21 ………..(3.41) 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 (I12 +a2I22)Rb −2aI1I2Rbsinθ21 ……….(3.42) 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 ……..(3.43)
21
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
maka torsi start motor adalah :
sync
Daya mekanis yang dihasilkan motor adalah :
T
Dan daya keluaran dari motor adalah:
Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar diagram aliran daya motor dibawah gesek dan angin Rugi - rugi
inti
Rugi - rugi putaran
θ
Gambar 3.14. Diagram Aliran Daya Motor Induksi Satu Fasa Sehingga efisiensi motor adalah :
BAB IV
ANALISIS PERBANDINGAN KARAKTERISTIK BERBEBAN KAPASITOR START DAN MOTOR KAPASITOR RUN
4.1. KARAKTERISTIK BERBEBAN MOTOR KAPASITOR START DAN MOTOR KAPASITOR RUN
Secara umum karakteristik berbeban motor kapasitor start dan motor kapasitor run terdiri atas :
1. Karakteristik putaran terhadap torsi 2. Karakteristik putaran terhadap arus 3. Karakteristik torsi terhadap arus 4.1.1 Karakteristik Putaran terhadap Torsi
Hubungan antara Torsi dan Putaran pada motor induksi satu fasa kapasitor start diperoleh dengan menganalisa rangkaian ekivalen motor induksi satu fasa. Hampir sama seperti pada motor induksi tiga fasa, karena mempunyai rangkaian ekivalen yang hampir sama.
Rugi-rugi celah udara pada medan maju dan medan mundur adalah
f
gf I R
P 12
2 1
= ……….(4.1)
b
gb I R
P 12
2 1
Maka, daya celah udara resultan adalah :
Pg = Pgf – Pgb = I12 ( Rf – Rb ) ...(4.3)
Dimana :
Pgf = Rugi-rugi celah udara medan maju
Pgb = Rugi-rugi celah udara medan mundur
Rf = Tahanan medan maju (bagian real dari bilangan kompleks Zf)
Rb = Tahanan medan maju (bagian real dari bilangan kompleks Zb)
Torsi yang dihasilkan oleh celah udara kedua medan adalah :
gf s
f P
T ω
1
= ………(4.4)
gb s
b P
T ω
1
= ………...(4.5)
Dimana :
ωs = kecepatan sinkron (rad/s)
Selama kedua medan putar ini berputar berlawanan arah, torsi yang dihasilkan keduanya adalah :
b
f T
T
T = − ……….(4.6)
atau :
(
)
(
f b)
s gb
gf s
R R I P
P
T = − = −
ω
ω 2
1 1
Daya mekanis diberikan oleh persamaan :
Pd = τd . ωm ………. (4.8)
Karena ωm = ( 1 – s) ωsink , maka persamaan 3.8 menjadi :
Pd = τind ( 1 – s) ωsink ……….. (4.9)
Dari persamaan 3.7 , Pg = τind . ωsink , maka daya mekanis ( Pd ) dituliskan menjadi :
Pd = ( 1 – s ) Pg ……….. (4.10)
Rugi-rugi tembaga rotor adalah rugi-rugi antara rotor dengan medan stator (slip) waktu dalam daya celah udara dari mesin satu fasa. Persamaan rugi-rugi tembaga rotor maju dari motor induk si satu fasa adalah :
P2f = s Pgf……… (4.11)
Persamaan rugi-rugi tembaga rotor mundur adalah :
P2b = s Pgb………. (4.12)
Maka, rugi-rugi tembaga rotor total adalah :
P2 = P2f + P2b ……… (4.13)
Daya yang dikeluakan dari motor ( Pout ) diberikan oleh persamaan :
Pout = Pd - Prot ………. (4.14)
Dimana :
Pd = rugi-rugi mekanis ( watt )
Prot = rugi-rugi putaran adalah penjumlahan dari rugi-rugi inti, rugi-rugi
Jadi, Torsi beban dari motor adalah :
sehingga hubungan antara torsi beban motor dengan putaran dari rotor adalah :
τs =
4. 1.2 Karakteristik Torsi terhadap Arus
Hubungan antara Torsi – Arus didapat dari persamaan :
4. 1.2 Karakteristik Arus terhadap Putaran Dari persamaan (3.20) dengan :
maka :
nr =
s
rot b
f R P
R I s
πτ 2
) (
) 1
( − 12 − −
………(4.22)
4. 2. PENENTUAN PARAMETER MOTOR KAPASITOR START DAN MOTOR KAPASITOR RUN
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.
4.2.1. Pengujian Rotor Tertahan
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 impedansi 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
Resistansi rotor tertahan adalah :
2 br
br br
I P
R = ………. (4.24)
Kemudian reaktansi rotor tertahan :
2 2
br br
br Z R
X = − ………. (4.25)
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 = + ... (4.26)
2
1 X
X
Xbr = + ... (4.27)
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 − ... (4.29)
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
4.2.2 Pengujian Beban Nol
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 4.2 berikut ini :
Inl R1 X1
0,5 X2
0,25 R2
Vnl
Xm
Gambar 4.2. 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 = ... (4.30)
Resistansi beban nol dapat dihitung dengan rumus :
nL nL nL
I P
Kemudian reaktansi beban nol adalah :
nL nL
nL Z R
X = 2 − 2 ……….(4.32)
Karena XnL = X1+0.5Xm +0.5X2
Maka :
2 1
2
2X X X
Xm = nL − − ……… (4.33)
4. 3. Peralatan yang digunakan 1. Motor kapasitor Start
- Tegangan nominal : 220 volt - Arus nominal : 4,8 ampere - Frekuensi : 50 Hz - Daya output : 0,55 kw
- cos φ : 0,83
- Putaran nominal : 1380 rpm - Jenis rotor : sangkar - Jumlah kutub : 4 kutub - Kelas motor : B
- Nilai kapasitor : 16 μF / 400 V 2. Motor kapasitor run
- 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 3. 1 unit power supply AC
4. 1 voltmeter AC 5. 1 amperemeter AC
6. ! wattmeter satu phasa (EWG 604) 7. 1 unit tachometer
8. 1 unit phony brake PB 184
4.4 Pengujian Pengukuran Tahanan Belitan 4.4.1 Pengujian Pengukuran Tahanan Belitan Utama a. Rangkaian Pengujian
P
T
D
C
A
V
b. Prosedur Pengujian
1) Susun dan rangkailah peralatan sesuai dengan gambar 4.3 di atas.
2) Tutuplah sakelar PTDC, kemudian naikkanlah tegangan PTDC perlahan-lahan.
3) Naikkanlah tegangan secara bertahap sampai mencapai arus nominal motor
4) Catatlah penunjukkan Amperemeter, dan Voltmeter setiap tahapannya. 5) Pengujian Selesai.
c. Hasil pengujian
1) Motor kapasitor Start
Vdcm (Volt) Idcm (A)
25,8 4.8
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Tahanan Belitan Utama Motor Kapasitor Start 2) Motor kapasitor Run
Vdcm (Volt) Idcm (A)
25 5,76
d. Analisa hasil pengujian 1) Motor kapasitor Start
r1m = 1.1
( )
2) Motor kapasitor Run
r1m = 1.1
( )
4.4.2. Pengujian Pengukuran Tahanan Belitan Bantu a. Rangkaian Pengujian
P
b. Prosedur Pengujian
1) Susun dan rangkailah peralatan sesuai dengan gambar 4.4 di atas.
2) Tutuplah sakelar PTDC, kemudian naikkanlah tegangan PTDC perlahan-lahan.
3) Naikkanlah tegangan secara bertahap
4) Catatlah penunjukkan A, dan V setiap tahapannya. 5) Pengujian Selesai
c. Hasil Pengujian 1) Motor kapasitor Start
Vdcm (Volt) Idcm (A)
98.1 4.70
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Tahanan Belitan Bantu Motor Kapasitor Start 2) Motor kapasitor Run
Vdcm (Volt) Idcm (A)
38,1 4,77
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Tahanan Belitan Bantu Motor Kapasitor Run
d. Analisa Hasil Pengujian 1) Motor kapasitor Start
r1a = 1.1
( )
(
Ampere)
I
Volt V
maka :
2) Motor kapasitor Run
r1a = 1.1
( )
4.5 Pengujian Rotor Tertahan (Blocked Rotor) 1) Motor kapasitor Start
a. Rangkaian Pengujian
P
b. Prosedur Pengujian
1) Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar 4.5 di atas.
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
Vbr = 89 Volt
Ibr = 4,8 Amp
Pbr = 350 Watt
d. Analisa Hasil Pengujian
Impedansi rotor tertahan :
br br br
I V Z = =
8 , 4 89
= 18,54 ohm
Resistansi rotor tertahan :
2 br
br br
I P
R = = 2
8 , 4 350
Reaktansi rotor tertahan :
2 2
br br
br Z R
X = − = 18,542 −15,22
= 10,62 ohm r2 = Rbr – r1m = 15,2 – 5,91 = 9,29 ohm
karena motor yang digunakan adalah motor kelas B, maka rumus untuk mendapatkan reaktansi belitan motor adalah :
X1 = 0,4 x Xbr = 0,4 x 10,62 = 4,25 ohm
X2 = 0,6 x Xbr = 0,6 x 10,62 = 6,37 ohm
dimana :
r2 adalah tahanan belitan kumparan rotor.
X1 adalah reaktansi dari belitan utama kumparan stator.
X2 adalah reaktansi belitan rotor .
2). Motor Kapasitor Run 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 4.6 di atas.
b. Tutuplah sakelar auto transformer, kemudian naikkanlah tegangan auto
transformer perlahan-lahan hingga Amperemeter menunjukkan nilai
nominal arus motor.
c. Usahakan menahan rotor motor agar tidak berputar .
d. Catatlah penunjukkan Voltmeter V, dan Wattmeter W setiap tahapannya. e. Ulangi pengujian secara berulang-ulang dengan cara yang sama untuk
mendapatkan ketelitian pengukuran. f. 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
Resistansi rotor tertahan :
2 br
br br
I P
R = = 2
3 , 6 390
= 9,83 ohm
Reaktansi rotor tertahan :
2 2
br br
br Z R
X = − = 14,282 −9,832
= 10,36 ohm
r2 = Rbr – r1m = 9,83 – 5,76 = 4,07 ohm
karena motor yang digunakan adalah motor kelas B, maka rumus untuk mendapatkan reaktansi belitan motor adalah :
X1m = 0,4 x Xbr = 0,4 x 10,36 = 4,144 ohm
X2 = 0,6 x Xbr = 0,6 x 10,36 = 6,216 ohm
dimana :
r2 adalah tahanan belitan kumparan rotor
X1m adalah reaktansi dari belitan utama kumparan stator reaktansi
4.6 Pengujian Beban Nol 1. Motor Kapasitor Start
a) Rangkaian Percobaan
P T A C
S Line
Netral
V
W A
n
Motor Kapasitor Starting Line 1
Line 2
T
Gambar 4.7 Rangkaian Pengujian Beban Nol Pada Motor Kapasitor Start.
b) Prosedur Pengujian
1) Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar 4.7 di atas.
2) Tutuplah sakelar auto transformer, kemudian naikkanlah tegangan auto
transformer perlahan-lahan hingga Voltmeter V menunjukkan nilai
tegangan nominal motor.
3) Catatlah penunjukkan Amperemeter A dan Wattmeter W pada saat tersebut
4) Ulangi pengujian secara berulang-ulang dengan cara yang sama untuk mendapatkan ketelitian pengukuran.
c) Hasil Pengujian
Vnl = 200 Volt
Inl = 2.90 Amp
Pnl = 235 Watt
d) Analisa Hasil Pengujian
Dari hasil pengujian di atas dapat ditentukan : Impedansi beban nol :
nl
Resistansi beban nol :
2
2. Motor Kapasitor Run. a) Rangkaian Pengujian
Rotor AC
A
u
to
T
ra
n
s
fo
rm
e
r
W
Kumparan Bantu A
V +
-+
-Vbr
Gambar 4.8 Rangkaian Pengujian Beban Nol Pada Motor Kapasitor Run.
b) Prosedur Pengujian
a. Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar 4.8 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.
c) Hasil Pengujian
Vnl = 215 Volt
Inl = 3,7 Amp
Pnl = 320 Watt
d) Analisa Hasil Pengujian
Dari hasil pengujian di atas dapat ditentukan : Impedansi beban nol :
nl nl nl
I V Z = =
7 , 3 215
= 58,11 ohm
Resistansi beban nol :
2 nl
nl nl
I P
R = =
A W 2
7 , 3 320
= 23,37 ohm Reaktansi beban nol :
2 2
nl nl
nl Z R
X = − = (58,11)2−(23,37)2
Dengan menggunakan persamaan (3.17) didapat reaktansi permagnetan motor induksi :
2 1
2
2X X X
Xm = nL − m − = 2 ( 53,2) – 2 ( 4,144) – 6,216
= 91,94 ohm
4.7 Pengujian Berbeban 1. Motor Kapasitor Start
a) Rangkaian Pengujian
P T A C
S Line
Netral
V
W A
n
Motor Kapasitor Starting Line 1
Line 2
T
Gambar 4.9 Rangkaian Pengujian Berbeban Pada Motor Kapasitor Start b) Prosedur Pengujian
1) Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar 4.9 di atas.
2) Semuanya switch terbuka, pengatur tegangan semuanya minimum. 3) Tutup S, lalu naikkan PTAC sampai dicapai putaran nominal motor.
5) Pengujian dilakukan sampai arus motor tidak melebihi arus nominal untuk tegangan konstan.
c) Hasil Pengujian
Torsi ( N.m) Nr (rpm) Arus Masukan (A) Daya Input (Watt)
0,2 1395 3,95 375
0,4 1389 4,15 410
0,6 1375 4,35 455
0,8 1361 4,5 470
1,0 1355 4,65 485
Tabel 4.6 Hasil Pengujian Berbeban Pada Motor Kapasitor Start Dari data hasil pengujian dapat diperoleh :
Untuk pengukuran konstanta perbandingan belitan :
Vm = 180 V Ea = 351 V Va = 180 V Em = 151 V
a =
m a
a m
E V
E V
=
151 . 180
351 . 180
= 1,52
Dari data – data di atas dan data name plate, maka parameter – parameter motor kapasitor starting tersebut di atas adalah :
Vt = 220 V r1m = 5,91 ohm r1a = 22,96 ohm
f = 50 Hz r2 = 9,29 ohm Xm = 111,23 ohm
p = 4 X1 = 4,25 ohm X2 = 6,37 ohm
Xc =
Dengan data-data diatas dapat kita peroleh karakteristik berbebannya dengan mengacu pada pembahasan rangkaian ekivalen motor kapasitor start seperti yang ditunjukkan pada subbab 3.4
Berdasarkan persamaan 3.8 :
)
Dan berdasarkan persamaan 3.9 :
Dari persamaan 3.10 :
Selanjutnya dari persamaan 4.1 dan 4.2 dapat diperoleh : Pgf = 0,5 I12 Rf = 0,5 (4,19)2 . 26,11 = 229,19 Watt
Pgb = 0,5 I12 Rb = 0,5 (4,19)2 . 2,15 = 18,87 Watt
Maka dari persamaan 4.3 daya celah udara resultan adalah : Pg = Pgf – Pgb = 229,19 – 18,87 = 210,32 Watt
Selanjutnya dari persamaan 4.10 dapat diperoleh daya mekanis adalah : Pd = ( 1 – s ) Pg = (1 – 0,07 ) 210,32 = 195,59 Watt
Prot = Po – Io2( r1 + 0,25 r2 ) = 230 – 2,952 ( 5,91 + 0,25 . 9,29 )
= 158,35 Watt
Maka, menurut dari persamaan 4.14 diperoleh : Pout = Pd – Prot = 195,59 – 158,36 = 37,23 Watt
τs =
50
2 m
out n P
π =
50 . 1395 . 14 , 3 . 2
23 , 37
= 0,21 N.m
Dengan cara perhitungan yang sama maka didapat nilai arus dan torsi adalah sebagai berikut :
Arus (ampere) Torsi (Nm) Nr (rpm)
4,27 0,25 1389
4,42 0,39 1375
4,56 0,47 1361
4,7 0,57 1355
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Berbeban Pada Motor Kapasitor Start
Perbandingan hasil pengujian berbeban dan berdasarkan hasil perhitungan adalah sebagai berikut :
Nr (rpm)
Berdasarkan Hasil Pengujian Berdasarkan Hasil Perhitungan Arus (Ampere) Torsi ( N.m) Arus (ampere) Torsi ( N.m)
1395 3,95 0,2 4,19 0,21
1389 4,15 0,4 4,27 0,25
1375 4,35 0,6 4,42 0,39
1361 4,5 0,8 4,56 0,47
1355 4,65 1 4,7 0,57
Dari hasil pengujian, maka didapat grafik karakteristik berbeban sebagai berikut :
torsi terhadap putaran pada motor kapasitor start
1330 1340 1350 1360 1370 1380 1390 1400
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Torsi (N.m)
P
u
ta
ra
n
(
rp
m
)
Series1
Gambar 4.10 Torsi Terhadap Putaran Pada Motor Kapasitor Start
arus terhadap putaran pada motor kapasitor start
1330 1340 1350 1360 1370 1380 1390 1400
3,95 4,15 4,35 4,5 4,65
Arus (A)
P
u
ta
ra
n
(
rp
m
)
Gambar 4.11 Arus Terhadap Putaran Pada Motor Kapasitor Start
Torsi terhadap Arus pada motor kapasitor start
3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7
0 0.5 1 1.5
Torsi (N.m)
A
ru
s
(
A
)
Series1
Gambar 4.12 Torsi Terhadap Arus Pada Motor Kapasitor Start 2. Motor Kapasitor Run
a) Rangkaian Percobaan
P T A C
S Line
Netral
V
W A
n
Motor Kapasitor Run Line 1
Line 2
T
Gambar 4.13. Rangkaian Pengujian Berbeban Pada Motor Kapasitor Run b) Prosedur Pengujian
