ANALISIS KARAKTERISTIK BERBEBAN
MOTOR INDUKSI SATU PHASA
KAPASITOR START
( Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT – USU )
oleh :
RIDWAN SINAGA 050402059
Tugas ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk
Memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ANALISIS KARAKTERISTIK BERBEBAN MOTOR INDUKSI SATU PHASA
KAPASITOR START
(Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT - USU) Oleh :
RIDWAN SINAGA 050402059
Tugas ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro
Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing
NIP: 196005141989031002 Ir.Satria Ginting
Diketahui Oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro FT – USU,
NIP: 1954053198611002 Ir.Surya Tarmizi Kasim,M.Si
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
KATA PENGANTAR
Pujian dan ucapan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala
kasihnya yang menyertai penulis setiap saat selama perkuliahan., dalam
pelaksanaan penelitian tugas akhir ini, dan saat penyusunan laporan tugas akhir.
Tugas akhir ini merupakan bagian kurikulum yang harus di selesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di
Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, penulis
berjudul :
ANALISIS KARAKTERISTIK BERBEBAN MOTOR INDUKSI SATU PHASA KAPASITOR START
( Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT – USU )
Penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada orang tua saya, Farel Fetrus Sinaga dan Ibunda Tercinta
Mardiana Sitohang yang telah membesarkan, mendidik dan terus membimbing
serta mendoakan saya. Juga rasa sayang kepada adek saya Rahmawaty Sinaga,
Roberto Sinaga, Riany Sianga, Riana Sinaga dan juga kepada Keluarga Besar
Sinaga.
Dalam kesempatan ini, penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir.Satria Ginting, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas
segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
2. Bapak Ir.Riswan Dinzi,MT, selaku dosen Wali penulis, atas bimbingan
3. Bapak Ir.Surya Tarmizi Kasim,Msi selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro FT-USU dan Bapak Rahmat Fauzi, MT, selaku Sekretaris
Departemen Teknik Elektro FT-USU.
4. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh
Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU.
5. Teman-teman angkatan ’05 Teknik Elektro USU, Colin, Richard Purba,
Jonson, Darwin Bolon, Wosvi, Erikson, Indra, Lisman, Dahlan Amd,
Kardiman Malau.ST, John Poerba, Anne Amd, Aje dan lain-lain yang tak
dapat penulis sebutkan satu persatu.
6. 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, Mei 2011
ABSTRAK
Motor kapasitor start adalah salah satu jenis dari motor induksi satu fasa,
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 diperoleh torsi awal (start) yang tinggi. 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.
Pada tugas akhir ini akan dibahas tentang karakteristik berbeban dari
suatu motor yang merupakan salah satu hal yang sangat penting dan harus
diketahui, yang nantinya akan berhubungan dengan performansi (unjuk kerja) dari
sebuah motor. Dan kemudian dapat dijadikan sebagai bahan pertimbangan dalam
pemilihan suatu motor listrik yang baik dalam arti memenuhi syarat teknis,
ekonomis serta efisien.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... viii
BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang... 1
I.2. Tujuan Penulisan ... 2
I.2. Manfaat Penulisan ... 2
I.3. Batasan Masalah ... 3
I.4. Metode Penulisan ... 3
I.5. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II MOTOR INDUKSI SATU FASA II.1. Umum ... 6
II.2. Konstruksi Umum ... 6
II.3. Prinsip Kerja Motor Induksi Satu Fasa ... 8
II.3.1. Teori Medan Putar Silang ... 8
II.3.2. Teori Medan Putar Ganda ... 12
II.4. Jenis-jenis Motor Induksi Satu Fasa ... 16
II.4.1. Motor Fasa Terpisah ... 17
II.4.3.Motor Kapasitor Permanen ... 20
II.4.4. Motor Kapasitor Start – Kapasitor Run ... 21
II.4.5 Motor Kutub Terarsir (Shaded Pole) ... 22
II.5. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Satu Fasa ... 22
II.5.1 Pada Keadaan Diam ... 23
II.5.2. Pada Saat Beroperasi ... 24
II.6. Kapasitor ... 27
II.6.1 Umum ... 27
II.6.2. Kapasitor Elektrolit ... 28
II.6. Saklar Sentrifugal ... 30
BAB III PARAMETER DAN KARAKTERISTIK BERBEBAN MOTOR KAPASITOR START III.1. Pengertian ... 32
III.2. Jenis-Jenis Karakteristik Motor Kapasitor Start ... 32
III.2.1. Karakteristik Torsi – Putaran ... 32
III.2.2. Karakteristik Torsi – Arus ... 36
III.2.3. Karakteristik Arus – Putaran... 36
III.3. Perhitungan Parameter Rangkaian Ekivalen ... 37
III.3.1. Pengujian Rotor Tertahan ... 37
BAB IV PENGUKURAN KARAKTERISTIK BERBEBAN DAN
PENENTUAN PARAMETER – PARAMETER MOTOR
KAPASITOR START
IV.1. Umum ... 42
IV.2. Peralatan Yang Digunakan ... 42
IV.3. Penentuan Parameter –Parameter Motor Kapasitor Start ... 43
IV.3.1. Pengujian Tahanan Belitan ... 43
(a) Pada Belitan Utama (r1m) a. Rangkaian Pengujian ... 43
b. Prosedur Pengujian ... 43
c. Hasil Pengujian... 43
d. Analisa Hasil Pengujian ... 44
(b) Pada Belitan Bantu (r1a) a. Rangkaian Pengujian ... 44
b. Prosedur Pengujian ... 44
c. Hasil Pengujian... 45
d. Analisa Hasil Pengujian ... 45
IV.3.2. Pengujian Rotor Tertahan (Blocked Rotor) ... 45
a. Rangkaian Pengujian ... 45
b. Prosedur Pengujian ... 46
c. Hasil Pengujian... 46
d. Analisa Hasil Pengujian ... 46
IV.3.3. Pengujian Beban Nol... 48
a. Rangkaian Pengujian ... 48
c. Hasil Pengujian... 48
d. Analisa Hasil Pengujian ... 49
IV.4. Pengujian Berbeban ... 50
a. Rangkaian Pengujian ... 50
b. Prosedur Pengujian ... 50
c. Hasil Pengujian ... 51
d. Analisa Hasil Pengujian ... 51
BAB V PENUTUP V.1. Kesimpulan ... 59
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Kontruksi Umum Motor Induksi Satu Fasa ... 7
Gambar 2.2. Medan Magnet Stator Berpulsa Sepanjang Garis AC... 8
Gambar 2.3. Motor Dalam Keadaan Berputar... 9
Gambar 2.4. Fluks Rotor Tertinggal Terhadap Fluks Stator Sebesar 900 ... 10
Gambar 2.5. Medan Silang Yang Dibangkitkan Arus Stator ... 11
Gambar 2.6. Phasor Medan Putar Yang Dihasilkan Belitan Stator Dan Rotor ... 12
Gambar 2.7. Konsep Medan Putar Ganda ... 13
Gambar 2.8. Kurva Fluks Resultan Terhadap θ ... 14
Gambar 2.9. Karakteristik Torsi – Kecepatan Motor Induksi Satu Fasa ... 15
Gambar 2.10. Motor Fasa Terpisah ... 18
Gambar 2.11. Motor Kapasitor Start ... 19
Gambar 2.12. Motor Kapasitor Permanen ... 20
Gambar 2.13. Motor Kapasitor Start – Kapasitor Run ... 21
Gambar 2.14. Motor Kutub Terarsir ... 22
Gambar 2.15. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Satu Fasa ... 23
Gambar 2.16. Motor Induksi Satu Fasa Dalam Keadaan Diam ... 24
Gambar 2.17. Motor Induksi Satu Fasa Dalam Keadaan Beroperasi ... 25
Gambar 2.18. Kapasitor elektrolit yang dipakai pada motor kapasitor start ... 28
Gambar 2.19. Konstruksi dari kapasitor elektrolit dan kertas ... 29
Gambar 2.20. Saklar sentrifugal ... 30
Gambar 2.21. Posisi Saklar Sentrifugal Pada Motor ... 31
Gambar 3.2. Gambar Pendekatan Rangkaian
Ekivalen Beban Nol Dengan s≅0... 40
Gambar 4.1. Rangkaian Pengujian Tahanan Belitan Utama ... 43
Gambar 4.2. Rangkaian Pengujian Tahanan Belitan Bantu ... 44
Gambar 4.3. Pengujian Rotor Tertahan ... 45
Gambar 4.4. Rangkaian Pengujian Beban Nol ... 48
Gambar 4.5. Rangkaian Pengujian Berbeban ... 50
Gambar 4.6. Grafik Karakteristik Torsi – Putaran Dari Hasil Pengujian ... 55
Gambar 4.7. Grafik Karakteristik Torsi - Putaran Dari Hasil Perhitungan ... 56
Gambar 4.8. Grafik Karakteristik Torsi – Arus Dari Hasil Pengujian ... 56
Gambar 4.9. Grafik Karakteristik Torsi – Arus Dari Hasil Perhitungan ... 57
Gambar 4.10. Grafik Karakteristik Arus - Putaran Dari Hasil Pengujian ... 57
ABSTRAK
Motor kapasitor start adalah salah satu jenis dari motor induksi satu fasa,
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 diperoleh torsi awal (start) yang tinggi. 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.
Pada tugas akhir ini akan dibahas tentang karakteristik berbeban dari
suatu motor yang merupakan salah satu hal yang sangat penting dan harus
diketahui, yang nantinya akan berhubungan dengan performansi (unjuk kerja) dari
sebuah motor. Dan kemudian dapat dijadikan sebagai bahan pertimbangan dalam
pemilihan suatu motor listrik yang baik dalam arti memenuhi syarat teknis,
ekonomis serta efisien.
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 LATAR BELAKANG
Motor arus bolak-balik (Motor AC) adalah suatu mesin yang berfungsi
untuk mengubah energi listrik arus bolak-balik menjadi energi gerak atau energi
mekanik berupa putaran rotor. Salah satu jenis Motor AC adalah motor induksi
satu fasa, dikatakan motor induksi satu fasa karena motor ini beroperasi pada
sumber tegangan bolak-balik satu fasa. Motor induksi satu fasa umumnya banyak
menggunakan rotor sangkar. Motor induksi satu fasa ini tidak mampu melakukan
putaran awal (self starting), oleh karena itu motor induksi satu fasa membutuhkan
peralatan bantu untuk menghasilkan torsi putar awal sehingga motor dapat
berjalan secara kontinu.
Motor kapasitor start adalah salah satu jenis motor induksi satu fasa yang
pemakaiannya cukup luas dimana mempunyai kapasitor yang dihubungkan seri
dengan belitan bantu dan paralel terhadap belitan utama. Belitan bantu untuk
pengasutan awal motor akan terlepas setelah motor start. Motor ini banyak
digunakan pada peralatan yang membutuhkan torsi start yang besar misalnya :
kompresor, konveyor, pompa, dan lain-lain.
Di dalam penggunaan motor kapasitor start ini, perlu diketahui
karakteristik berbeban karena nantinya akan berhubungan dengan performansi
(unjuk kerja) dari motor. Hal ini diperlukan untuk memilih motor yang sesuai
Analisis karakteristik berbeban dapat berupa : analisis karakteristik
torsi – putaran, analisis karakteristik torsi – arus, dan analisis karakteristik arus –
putaran. analisis karakteristik berbeban perlu diketahui dalam pemilihan suatu
motor. Karena ada beberapa beban yang memerlukan torka variable
(berubah-ubah) dan ada juga beban yang memerlukan torka yang konstan. Ada beberapa
motor di dalam pelayanan bebannya distart dengan beban nol, dan ada juga yang
distart dengan beban penuh. Akan tetapi di dalam teknis aplikasinya tentu saja
harus diketahui semua karakteristik berbeban dari motor, sehingga kita dapat
memilih motor yang memiliki karakteristik yang sesuai dengan kebutuhan beban.
I.2 TUJUAN PENULISAN
Tugas akhir ini bertujuan untuk menganalisis karakteristik berbeban dari
motor kapasitor start, berupa karakteristik torsi – putaran, torsi – arus, dan arus –
putaran.
I.3 MANFAAT PENULISAN
Manfaat dari penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Menambah pengetahuan dan wawasan bagi penulis tentang motor induksi
satu fasa kapasitor start dan hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai
referensi di dalam memilih sebuah motor kapasitor start yang sesuai
dengan karakteristik beban yang ada.
2. Memberikan informasi secara umum kepada pembaca tentang motor
I.4 BATASAN MASALAH
Untuk menjaga agar pembahasan materi dalam Tugas Akhir ini lebih
terarah dan maksimal, maka penulis membuat suatu batasan masalah sebagai
berikut :
1. Karakteristik motor kapasitor start yang akan dibahas adalah
karakteristik
Torsi - putaran, karakteristik torsi - arus, karakteristik arus - putaran.
2. Analisa perhitungan berdasarkan peralatan yang tersedia di Laboratorium
Konversi Energi Listrik FT – USU.
3. Tidak membahas mengenai pengaturan kecepatan motor induksi satu fasa
kapasitor start.
4. Tidak membahas jenis beban yang digunakan dalam percobaan.
5. Tidak membahas rugi-rugi motor induksi satu fasa.
I.5 METODE PENULISAN
Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Studi literatur
Berupa studi kepustakaan dan kajian dari berbagai sumber pustaka yang
relevan dan mendukung dalam penulisan Tugas Akhir ini.
2. Studi laboratorium
Melakukan percobaan di laboratorium untuk mendapatkan data-data yang
diperlukan.
Dalam hal ini penulis melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini
dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak jurusan Teknik
Elektro USU, dengan dosen-dosen bidang Konversi Energi Listrik, asisten
Laboratorium Konversi Energi Listrik dan teman-teman sesama
mahasiswa.
I.6 SISTEMATIKA PENULISAN
Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini, maka penulis
menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang
masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, batasan masalah, metode
dan sistematika penulisan.
BAB II MOTOR INDUKSI SATU FASA
Bab ini membahas mengenai motor induksi satu fasa, konstruksi motor,
prinsip kerja, jenis-jenis motor induksi satu fasa, rangkaian ekivalen
motor induksi satu fasa, kapasitor elektrolit dan saklar sentrifugal.
BAB III PARAMETER DAN KARAKTERISTIK BERBEBAN MOTOR
INDUKSI SATU FASA KAPASITOR START
Bab ini membahas tentang jenis-jenis karakteristik berbeban dari motor
induksi satu fasa, penentuan parameter motor induksi satu fasa
BAB IV HASIL PENGUKURAN DAN ANALISA
Bab ini berisikan tentang percobaan-percobaan yang dilakukan untuk
mendapatkan parameter-parameter motor kapasitor start, dan
mendapatkan grafik karakteristik berbeban dari eksperimen yang
dilakukan.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dari hasil
BAB II
MOTOR INDUKSI SATU FASA
II.1. Umum
Motor induksi adalah adalah motor listrik 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 tegangan satu fasa.
Motor induksi satu fasa sering digunakan sebagai penggerak pada
peralatan yang memerlukan daya rendah dan kecepatan yang relatif konstan. Hal
ini disebabkan karena motor induksi satu fasa memiliki beberapa kelebihan yaitu
konstruksi yang cukup sederhana, kecepatan putar yang hampir konstan terhadap
perubahan beban, dan umumnya digunakan pada sumber jala-jala satu fasa yang
banyak terdapat pada peralatan domestik. Walaupun demikian motor ini juga
memiliki beberapa kekurangan, yaitu kapasitas pembebanan yang relatif rendah,
tidak dapat melakukan pengasutan sendiri tanpa pertolongan alat bantu dan
efisiensi yang rendah.
II.2. Konstruksi Umum
Konstruksi motor induksi satu fasa hampir sama dengan konstruksi motor
Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk silinder dan simetris.
Di antara rotor dan stator ini terdapat celah udara yang sempit.
Gambar 2.1. Konstruksi Umum Motor Induksi Satu Fasa.
Stator merupakan bagian yang diam sebagai rangka tempat kumparan
stator yang terpasang. Stator terdiri dari : inti stator, kumparan stator, dan alur
stator. Motor induksi satu fasa dilengkapi dengan dua kumparan stator yang
dipasang terpisah, yaitu kumparan utama (main winding) atau sering disebut
dengan kumparan berputar dan kumparan bantu (auxiliary winding) atau sering
Rotor merupakan bagian yang berputar. Bagian ini terdiri dari : inti rotor,
kumparan rotor dan alur rotor. Pada umumnya ada dua jenis rotor yang sering
digunakan pada motor induksi, yaitu rotor belitan (wound rotor) dan rotor sangkar
(squirrel cage rotor).
II.3. Prinsip Kerja Motor Induksi Satu Fasa
II.3.1. Teori Medan Putar Silang
Prinsip kerja motor induksi satu fasa dapat dijelaskan dengan
menggunakan teori medan putar silang (cross-field theory). Jika motor induksi
satu fasa diberikan tegangan bolak-balik satu fasa maka arus bolak-balik akan
mengalir pada kumparan stator. Arus pada kumparan stator ini menghasilkan
medan magnet seperti yang di tunjukkan oleh garis putus-putus pada Gambar 2.2.
C
A
Belitan rotor Belitan stator
Gambar 2.2. Medan Magnet Stator Berpulsa Sepanjang Garis AC.
Arus stator yang mengalir setengah periode pertama akan membentuk
kutub utara di A dan kutub selatan di C pada permukaan stator. Pada setengah
periode berikutnya, arah kutub-kutub stator menjadi terbalik. Meskipun kuat
dan nol pada saat arus nol serta polaritasnya terbalik secara periodik, aksi ini akan
terjadi hanya sepanjang sumbu AC. Dengan demikian, medan magnet ini tidak
berputar tetapi hanya merupakan sebuah medan magnet yang berpulsa pada posisi
yang tetap (stationary).
Seperti halnya pada transformator, tegangan terinduksi pada belitan
sekunder, dalam hal ini adalah kumparan rotor. Karena rotor dari motor induksi
satu fasa pada umumnya adalah rotor sangkar dimana belitannya terhubung
singkat, maka arus akan mengalir pada kumparan rotor tersebut. Sesuai dengan
hukum Lenz, arah dari arus ini (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2) adalah
sedemikian rupa sehingga medan magnet yang dihasilkan melawan 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 sehingga 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
Misalkan sekarang motor sedang berputar. Hal ini dapat dilakukan dengan
memutar secara manual (dengan tangan) atau dengan rangkaian bantu.
Konduktor-konduktor rotor akan memotong medan magnet stator sehingga timbul
gaya gerak listrik pada konduktor-konduktor tersebut. Hal ini diperlihatkan pada
Gambar 2.3 yang menunjukkan rotor sedang berputar searah jarum jam.
Jika fluks rotor seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.3 mengarah ke
atas 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 2.4 menunjukkan hubungan fasa dari arus dan fluks stator, gaya gerak listrik, arus dan fluks rotor.
90
Tegangan induksi rotor
Fluks dan arus stator
Fluks dan arus rotor I, V,φ
t
ω
Sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming, arus rotor ini akan
menghasilkan medan magnet, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5 karena
medan rotor ini terpisah sebesar 90o dari medan stator, maka disebut sebagai medan silang (cross-field). Nilai maksimum dari medan ini seperti yang
ditunjukkan oleh Gambar 2.5, 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-bolak-balik
dan aksi ini terjadi sepanjang sumbu DB (lihat Gambar 2.5).
Arah putaran
B
D
C
A
Gambar 2.5. Medan Silang yang Dibangkitkan Arus Stator
Karena medan silang beraksi pada sudut 90o terhadap medan magnet stator dengan sudut fasa yang juga tertinggal 90o terhadap medan stator, kedua medan bersatu untuk membentuk sebuah medan putar resultan yang berputar dengan
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 s Φ s Φ R r =Φ
Φ
R r =Φ
Φ R Φ R Φ R Φ R Φ r Φ r Φ r Φ R s =Φ
Φ
f g h i
Gambar 2.6. Phasor Medan Putar yang Dihasilkan Oleh Belitan Stator dan Rotor.
II.3.2. Teori Medan Putar Ganda
Teori medan putar ganda (double revolving-field theory) adalah suatu
metode lain untuk menganalisis 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 ini sama dan berputar dalam arah
yang berlawanan. Dengan kata lain, suatu fluks sinusoidal bolak-balik dapat
diwakili oleh dua fluks yang berputar, yang masing-masing nilainya sama dengan
setengah dari nilai fluks bolak-balik tersebut dan masing-masing berputar secara
Pada Gambar 2.7.a menunjukkan suatu fluks bolak-balik yang mempunyai
nilai maksimum φm. Komponen fluksnya A dan B mempunyai nilai yang sama
yaitu φm/2, berputar dengan arah yang berlawanan dan searah jarum jam, seperti
ditunjukkan anak panah.
A= m/2 B= m/2
+ m
y y y y A B
m sin -+ y y A B m/2 m/2
(a) (b) (c)
-m y y A B y y A B (d) (e)
Gambar 2.7. Konsep Medan Putar Ganda.
Pada beberapa saat ketika A dan B telah berputar dengan sudut +θ dan –θ
seperti pada Gambar 2.7.b, maka besar fluks resultan 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
φr = msin ( weber )
dimana : φr = fluks resultan ( weber )
m
φ = fluks maksimum ( weber )
Setelah seperempat periode putaran, fluks A dan B akan berlawanan arah
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7.c, sehingga resultan fluksnya sama
dengan nol. Setelah setengah putaran, fluks A dan B akan mempunyai resultan
sebesar -2 x φm/2 = -φm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7.d. Setelah
tiga perempat putaran, resultan akan kembali nol seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.7.e dan demikianlah 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 2.8.
.
0
o90
o180
o270
o360
oF
lu
k
s
Gambar 2.8. 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 =
−
dimana :
ns = kecepatan sinkron ( rpm )
nr = kecepatan putaran rotor (rpm)
Sedangkan slip terhadap momen 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
sb =2− ………...(2.3)
Masing-masing dari komponen fluks tersebut memotong konduktor rotor
sehingga menginduksikan ggl dan pada akhirnya menghasilkan torsi sendiri.
Kedua torsi mempunyai arah saling berlawanan seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.9. pada keadaan diam kedua komponen torsi tersebut adalah sama
besar, sehingga torsi asut adalah nol. Pada saat motor berputar, besar kedua
komponen torsi tersebut tidaklah sama sehingga torsi resultan membuat motor
tetap berputar pada putarannya.
Kecepatan Torsi
0 ns
-ns
Torsi arah maju
Torsi arah mundur
Torsi resultan
II.4. Jenis-Jenis Motor Induksi Satu Fasa
Cara paling mudah untuk menjalankan motor induksi satu fasa adalah
dengan menambahkan sebuah kumparan bantu pada kumparan utama di bagian
stator sehingga motor dapat dijalankan. Jika dua kumparan terpisah 90o listrik pada stator motor dan eksitasi dengan dua ggl bolak-balik yang berbeda fasa
sebesar 90o listrik, dihasilkan medan magnet putar. Jika dua kumparan terpisah demikian dihubungkan paralel ke suatu sumber fasa, medan yang dihasilkan akan
bolak-balik, tetapi tidak berputar Karena kedua kumparannya ekivalen dengan
satu kumparan fasa. Akan tetapi, jika suatu impedansi dihubungkan seri dengan
salah satu kumparan ini, arusnya akan berbeda fasa. Dengan pemilihan impedansi
yang cocok, arus dapat dibuat agar berbeda fasa sampai 90o listrik, sehingga menghasilkan medan putar sama seperti medan dari motor dua fasa. Inilah prinsip
dari pemisahan fasa (phase splitting).
Pada keadaan berputar, motor induksi satu fasa dapat menghasilkan
momen putar hanya dengan satu kumparan. Sehingga dengan bertambahnya
kecepatan motor kumparan bantu dapat dilepas dari rangkaian. Pada kebanyakan
motor, hal ini dilakukan dengan menghubungkan sebuah saklar sentrifugal yang
bekerja melepaskan hubungan kumparan bantu sistem.
Motor induksi satu fasa dikenal dengan beberapa nama. Penerapannya
menjelaskan cara-cara yang dipakai untuk menghasilkan perbedaan fasa antara
arus yang mengalir pada kumparan utama dan arus yang mengalir pada kumparan
II.4.1. Motor Fasa Terpisah
Gambar rangkaian motor induksi fasa terpisah ditunjukkan pada Gambar
2.10.a. Kumparan bantu memiliki perbandingan tahanan terhadap reaktansi yang
lebih tinggi daripada kumparan utama, sehingga kedua arus akan berbeda fasa
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10.b. Perbandingan tahanan terhadap
reaktansi yang tinggi dapat dengan menggunakan kawat yang lebih murni pada
kumparan bantu. Hal ini diizinkan karena kumparan bantu hanya dipakai pada
saat start. Saklar sentrifugal akan memisahkan dari rangkaian segera setelah
dicapai kecepatan sinkron sekitar 70 sampai 80 persen kecepatan sinkron.
Karakteristik momen putar vs kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada
Gambar 2.10.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. Bila beban terus berangsur-angsur diperbesar
dari keadaan dimana motor berputar pada keluaran nominal untuk melayani beban
dan torsi maksimum dari poros motor yang dapat digunakan dapat dilampaui,
maka motor menjadi tidak mampu melayani beban dan berhenti. Nilai maksimum
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
[image:30.595.119.506.89.506.2]Kecepatan Beban Penuh Torsi Maksimum Kecepatan Sinkron (c)
Gambar 2.10. Motor Fasa Terpisah
II.4.2. Motor Kapasitor Start
Konstruksi motor kapasitor start ditunjukkan pada Gambar 2.11a. Untuk
mendapatkan torsi putar awal yang lebih besar, yaitu : dengan cara
menghubungkan sebuah kapasitor yang dipasang secara seri dengan kumparan
bantu seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11.b. Hal ini akan menaikkan
sudut fasa antara arus kumparan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11.c.
Karakteristik momen putar-kecepatan putar dari motor ini dapat ditunjukkan pada
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
(a) (b)
V Ia
Im
α
I
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
[image:31.595.121.513.178.672.2](c) (d)
II.4.3. Motor Kapasitor Permanen
Konstruksi dari motor kapasitor permanen ditunjukkan pada Gambar
[image:32.595.119.510.394.728.2]2.12a. gambar rangkaian ekivalen motor ini seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.12.b. kapasitor dihubungkan seri dengan kumparan 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 daya, denyutan momen
putar, dan efisiensi akan lebih baik karena motor berputar seperti motor dua fasa.
Sudut fasa antar kumparan ditunjukkan pada Gambar 2.12.c. Jenis kapasitor yang
digunakan adalah kapasitor kertas. Karakteristik momen putar – kecepatan motor
ini ditunjukkan pada Gambar 2.12.d.
C
Rotor Kumparan
Bantu
Kumparan Utama
I Ia
Im
V
(a) (b)
V Ia
I
Im α
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) (d)
II.4.4. Motor Kapasitor Start – Kapasitor Run
Motor ini mempunyai dua buah kapasitor, satu digunakan pada saat start
dan satu lagi digunakan pada saat berputar, seperti ditunjukkan pada Gambar
2.13.a. Secara praktis keadaan start dan berputar yang optimal dapat diperoleh
dengan menggunakan dua buah kapasitor elektrolit. Kapasitor Run secara
permanen dihubungkan seri dengan kumparan bantu dengan nilai yang lebih kecil
dan dipakai kapasitor kertas. Sudut fasa antar kumparan sama seperti pada motor
kapasitor permanen seperti pada Gambar 2.13.b. Karakteristik momen
putar-kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada Gambar 2.13.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
[image:33.595.124.501.332.711.2](c)
II.4.5. Motor 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 2.14.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 motor shaded pole ditunjukkan
pada Gambar 2.14.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
[image:34.595.116.489.338.510.2]
(a) (b)
Gambar 2.14. Motor Shaded Pole
II.5. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Satu Fasa
Konsep medan putar ganda pada motor induksi satu fasa menjelaskan
bahwa fluks yang dihasilkan ekivalen dengan dua buah fluks yang mempunyai
besar yang sama dan berputar dalam arah yang berlawanan pada kecepatan
sinkron. Masing-masing fluks ini akan mengimbaskan komponen arus rotor dan
Hal yang sederhana dan penting bahwa motor induksi ini hanya beroperasi pada
kumparan utama.
II.5.1. 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 2.15.
I1 R1 X1 I2 X2
R2
Rc X
m
Im
[image:35.595.146.488.321.434.2]V
Gambar 2.15. 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 X2/2 seperti yang terlihat pada
I1 R1 X1 If 0,5 X2
0,5 R2
Rc X
m
Imf
V Ib 0,5 X2
0,5 R2
Rc X
m
Imb
Medan maju
Medan mundur 0,5 Zf
[image:36.595.143.500.83.307.2]0,5 Zb
Gambar 2.16. Motor Induksi Satu Fasa Dalam Keadaan Diam
II.5.2. 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 2.17 dengan menggunakan simbol f.
Pada arah medan putar mundur, rotor tetap bergerak dengan slip s
berpatokan pada medan maju dan besarnya kecepatan putar medan maju adalah
Kecepatan relatif dari rotor dengan berpatokan pada medan mundur adalah
1+ n,
Atau besarnya slip terhadap medan mundur adalah :
1 + n = 2 – s………...(2.5)
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 tersebut
dapat diperlihatkan pada Gambar 2.17.
I1 R1 X1 If 0,5 X2
0,5 R2/s
Rc X
m Imf
V 0,5 X
2 Ib
0,5 R2/sm =0,5 R2/(2-s)
Rc X
m Imb
Medan maju
Medan mundur 0,5 Zf
[image:37.595.141.503.328.586.2]0,5 Zb
Gambar 2.17. Motor Induksi Satu Fasa Dalam Keadaan Beroperasi
Dengan menggunakan rangkaian ekivalen di atas, kita dapat menghitung arus
stator, arus rotor, daya masukan, dan faktor daya untuk sembarang harga slip
Dari rangkaian di atas, didapat :
Zm =
m c m c jX R jX R + .
( Ω )...(2.6)
Zf = Rf + jXf =
m m Z jX s R Z jX s R 5 , 0 ) / ( 5 , 0 ) / ( 2 2 2 2 +
++ ( Ω )...(2.7)
Zb = Rb + jXb =
m m Z jX s R Z jX s R 5 , 0 ) ) 2 ( / ( 5 , 0 ) ) 2 ( / ( 2 2 2 2 + +
−− + ( Ω ).…...(2.8)
Dan
I1 =
b f Z Z jX R V 5 , 0 5 , 0 1 1 1 + +
+ ( Ampere )...(2.9)
Dimana :
R1 = Resistansi kumparan stator
R2 = Resistansi kumparan rotor
X1 = Reaktansi bocor kumparan stator
X2 = Reaktansi bocor kumparan rotor
Xm = Reaktansi pemagnetan
Rc = Tahanan inti tembaga
Zm = Impedansi pemagnetan
II.6 KAPASITOR II.6.1 Umum
Kapasitor adalah suatu alat untuk menyimpan muatan dan energi.
Konstruksi kapasitor umumnya terdiri dari dua buah konduktor yang berdekatan
namun dipisahkan oleh dielektrik.
Kapasitansi kapasitor adalah suatu kemampuan kapasitor untuk
menyimpan muatan. Misalkan Q coulumb adalah besar muatan yang diberikan
pada dua keping sejajar dan jika V adalah beda potensial antara kedua keping
sejajar tersebut, maka kapasitansinya adalah :
C =
V Q
………...………….(2.10)
dimana : C = Kapasitansi Kapasitor ( Farad )
Q = Muatan ( Coulumb )
V = Beda Potensial ( Volt )
Kapasitansi bergantung semata-mata pada susunan geometris konduktor
kapasitansi dari kapasitor keping sejajar adalah :
C =
V Q
=
s A
ε ………...(2.11)
ε =ε0εr
Dimana : ε0 =permitivitas ruang hampa ( 8,85 X 10 F/m )
= r
ε permitivitas bahan isolasi konduktor
II.6.2 Kapasitor Elektrolit
Suatu kapasitor elektrolit digunakan dimana sejumlah besar kapasitansi
diperlukan. Seperti dalam nama yang tersirat, suatu kapasitor elektrolit berisi
suatu asam aki (elektrolit). Elektrolit ini dapat dalam wujud suatu cairan kapasitor
elektrolit basah dan kering. Suatu kapasitor elektrolit kering berisi dua plat metal
utama yang dipisahkan oleh elektrolit. Kapasitor ditempatkan di dalam suatu
aluminium container silindris seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.18. Nilai
kapasitansi (X) dan tegangan rating dari kapasitor biasanya dicetak dalam sisi
[image:40.595.251.372.360.454.2]aluminium.
Gambar 2.18 Kapasitor Elektrolit Yang Dipakai Pada Motor Kapasitor Start
Secara internal, kapasitor elektrolit dibangun dengan cara yang sama
dengan kapasitor kertas/paper. Plat positif terdiri dari aluminium kertas perak
yang ditutup dengan suatu lapisan oksida yang tipis. Film oksida yang tipis ini
dibentuk oleh suatu proses electrochemical yang bertindak sebagai dielektrikum
untuk kapasitor itu. Selanjutnya dalam hubungan dengan oksida adalah suatu
potongan kain kasa/kabut tipis atau paper/kertas yang mana telah diliputi dengan
suatu lekatan elektrolit. Elektrolit bertindak sebagai plat negatif dari kapasitor itu.
kontak listrik ke elektroda negatif (elektrolit). Ketika ketiga lapisan berada pada
tempatnya, maka ketiga lapisan tersebut digulung ke dalam suatu silinder seperti
[image:41.595.221.403.194.316.2]yang ditunjukkan di dalam Gambar 2.19
Gambar 2.19 Konstruksi Dari Kapasitor Elektrolit Dan Kertas
Hal ini memberikan arti bahwa bentuk plat positif dapat secara kebetulan
dihubungkan kepada terminal negatif ke sumber, dielektrikum oksida film yang
tipis akan terpisah dan kapasitor akan menjadi suatu konduktor (terhubung
singkat). Polaritas dari terminal secara normal dapat ditandai pada kapasitor itu.
Karena suatu kapasitor elektrolit polaritasnya sensitif, penggunaanya biasanya
terbatas untuk suatu sirkit dc atau untuk suatu sirkit dimana suatu tegangan arus
bolak-balik kecil dilapiskan pada suatu tegangan dc. Khusus kapasitor elektrolit
tersedia untuk aplikasi arus bolak-balik tertentu, seperti motor kapasitor starting.
Kapasitor elektrolit kering berubah-ubah di dalam ukurannya dari sekitar 4
mikrofarad sampai ribuan mikrofarad dan mempunyai suatu kemampuan tegangan
II.7 SAKLAR SENTRIFUGAL
Saklar sentrifugal adalah sebuah saklar listrik yang beroperasi
menggunakan kekuatan sentrifugal yang diperoleh dari sebuah batang poros yang
berputar, yang umum digunakan dari suatu motor listrik. Saklar dirancang untuk
mengaktifkan atau menonaktifkan sebagai fungsi yang menyangkut kecepatan
[image:42.595.244.375.251.413.2]pemutaran pada batang poros tersebut.
Gambar 2.20 Saklar Sentrifugal.
Penggunaan yang paling umum dari saklar sentrifugal adalah di dalam
phasa tunggal, motor induksi phasa belah (split-phase induction motor) dan motor
kapasitor start. di sini, saklar digunakan untuk memutuskan rangkaian belitan
bantu (starting) dari motor ketika motor mendekati putaran nominalnya. Dalam
hal ini saklar sentrifugal terdiri dari anak timbangan yang menjulang kepada
batang poros dari motor dan memegang dekat batang dengan kekuatan lompatan
(spring force). Pada posisi diam, pengungkit berkait dengan anak timbangan
sehingga membuat suatu geseran rendah, lapisan non-konduktif melawan terhadap
satu set kontak elektrik yang menjulang kepada badan motor, menutup kontak dan
kecepatan mendekati kecepatan operasi yang normalnya sekitar 75 % dari
kecepatan sinkron, gaya sentrifugal memaksa gaya spring dan anak timbangan
mengayun ke luar, mengangkat plat lapisan menjauh dari kontak listrik. Sehingga
menggerakkan kontak untuk membuka dan memutuskan belitan bantu dari
[image:43.595.113.520.252.572.2]sumber. Gambar dari saklar sentifugal ditunjukkan pada Gambar 2.20.
BAB III
PARAMETER DAN KARAKTERISTIK BERBEBAN MOTOR INDUKSI SATU FASA KAPASITOR START
III.1 PENGERTIAN
Karakteristik yang umum dari suatu motor induksi adalah : karakteristik
torsi. Karakteristik dari suatu motor listrik layak untuk diketahui, karena
karakteristik dari suatu motor listrik akan mencerminkan performansi (unjuk kerja
) dari motor listrik tersebut selama kondisi operasinya. Dalam tugas akhir ini akan
dibahas karakteristik berbeban motor induksi satu fasa kapasitor start, yaitu
berupa : karakteristik torsi – putaran, karakteristik torsi – arus, karakteristik arus
– putaran. dimana untuk mengetahui karakteristik dari motor kapasitor start
dengan cara melakukan pengujian pembebanan di Laboratorium.Dan data hasil
pengujian yang didapat akan dianalisis untuk mengetahui karakteristik dari motor
dan mendapatkan grafik karakteristik berbeban motor kapasitor start.
III.2 JENIS-JENIS KARAKTERISTIK MOTOR KAPASITOR START
III.2.1 Karakteristik Torsi – Putaran
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
Rugi-rugi celah udara pada medan maju dan medan mundur adalah
f
gf I R
P 12
2 1
= ( watt )...(3.1)
b
gb I R
P 12
2 1
= ( watt )...(3.2)
Maka, daya celah udara resultan adalah :
Pg = Pgf – Pgb = I12 ( Rf – Rb ) ( watt )...(3.3)
Dimana :
Pgf = Rugi-rugi celah udara medan maju (Watt)
Pgb = Rugi-rugi celah udara medan mundur (Watt)
Rf = Tahanan medan maju (bagian real dari bilangan kompleks Zf) ( Ω )
Rb = Tahanan medan maju (bagian real dari bilangan kompleks Zb) ( Ω )
Torsi yang dihasilkan oleh celah udara kedua medan adalah :
gf s
f P
T ω
1
= ( N.m )...(3.4)
gb s
b P
T ω
1
= ( N.m )...(3.5)
Dimana :
Selama kedua medan putar ini berputar berlawanan arah, torsi yang
dihasilkan keduanya adalah :
b
f T
T
T = − ( N.m )...(3.6)
atau :
(
)
(
f b)
s gb
gf s
R R I P
P
T = − = −
ω
ω 2
1 1
( N.m )...(3.7)
Daya mekanis diberikan oleh persamaan :
Pd = τd. ωm ( watt )...(3.8)
Karena ωm = ( 1 – s) ωsink , maka persamaan 3.8 menjadi :
Pd = τind ( 1 – s) ωsink ( watt )...(3.9)
Dari persamaan 3.7 , Pg = τind . ωsink , maka daya mekanis ( Pd ) dituliskan menjadi
Pd = ( 1 – s ) Pg ( watt )...(3.10)
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 induksi satu fasa adalah :
P2f = s Pgf ( watt )...(3.11)
Persamaan rugi-rugi tembaga rotor mundur adalah :
P2b = s Pgb ( watt )...(3.12)
Maka, rugi-rugi tembaga rotor total adalah :
Daya yang dikeluakan dari motor ( Pout ) diberikan oleh persamaan :
Pout = Pd - Prot ( watt )...(3.14)
Dimana :
Pd = rugi-rugi mekanis ( watt )
Prot = rugi putaran adalah penjumlahan dari rugi inti,
rugi-rugi gesek dan angin dan rugi-rugi-rugi-rugi tambahan beban pada motor
satu fasa ( watt )
Jadi, Torsi beban dari motor adalah :
τs =
m out P
ω ( N.m )...(3.15)
dimana : ωm = kecepatan putaran rotor =
50 . 2π nm
( rad/s)
nm = kecepatan putaran rotor ( rpm )
sehingga hubungan antara torsi beban motor dengan putaran dari rotor adalah :
τs =
50 .
2 m
out n P
π ...(3.16)
Berdasarkan persamaan 3.16 dapat dilihat bahwa torsi berbanding terbalik
III.2.2 Karakteristik Torsi – Arus
Hubungan antara Torsi – Arus didapat dari persamaan : τs =
m out P
ω ( N.m )
τs. ωm = Pd - Prot ………...……….(3.17)
τs. ωm + Prot = ( 1 – s ) Pg ………...…...(3.18)
τs. ωm + Prot = ( 1 – s ) I12 ( Rf – Rb) ………...(3.19)
Dari persamaan 3.19 di atas terlihat jelas bahwa torsi berbanding lurus
terhadap kuadrat arus.
III.2.3 Karakteristik Arus – Putaran
Hubungan antara arus – Putaran dapat diperoleh dari persamaan 3.16.
dimana putaran berbanding lurus kuadrat terhadap arus.
τs =
50 .
2 m
out n P
π
τs. ωm + Prot = ( 1 – s ) I12 ( Rf – Rb)
dimana : ωm = kecepatan putaran rotor =
50 . 2π nm
( rad/s)
nm = kecepatan putaran rotor ( rpm )
III.3. Perhitungan Parameter Rangkaian Ekivalen
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.
III.3.1. Pengujian Rotor Tertahan
Pada pengukuran hubung singkat, rotor dipaksa tidak berputar (nm =0,
1
s= ). 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 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 = (ohm)...(3.20)
Resistansi rotor tertahan adalah :
2
br br br
I P
Kemudian reaktansi rotor tertahan :
2 2
br br
br Z R
X = − (ohm)...(3.22)
Ibr R1 X1 If 0,5 X2
0,5 R2
0,5 X2
0,5 R2
[image:50.595.128.504.120.358.2]Vbr
Gambar 3.1. Gambar Pendekatan Rangkaian Ekivalen dengan Rotor Tertahan
Dari rangkaian ekivalen pada Gambar 3.1 diperlihatkan :
2 1 R
R
Rbr = + (ohm)...(3.23)
2 1 X
X
Xbr = + (ohm)...(3.24)
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
R1 = (ohm)...(3.25)
Harga r1 ini dinaikkan dengan faktor pengali 1,1 - 1,5 untuk operasi arus
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 − (ohm)...(3.26)
Untuk menentukan harga X1 dan X2 digunakan metode empiris
berdasarkan NEMA Standard 112. Hubungan X1 dan X2 terhadap Xbr dapat dilihat
[image:51.595.149.475.279.458.2]pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 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
III.3.2 Pengujian Beban Nol
Pengujian beban nol, kedua kumparan utama dan kumparan bantu
digunakan pada saat menjalankan motor, tetapi saat kondisi motor sudah berputar,
kumparan bantu motor dilepas dari suplai. Sehingga data diambil ketika hanya
kumparan utama saja yang beroperasi. Pada motor induksi tiga fasa yang bekerja
pada beban nol, rugi-rugi tembaga beban nol dalam rangkaian rotor diasumsikan
menjadi sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Kenyataannya, kita anggap titik
cabang rangkaian rotor sebagai rangkaian terbuka karena slip yang sangat kecil.
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 3.2.
Inl R1 X1
0,5 X2
0,25 R2 Vnl
[image:52.595.127.480.254.429.2]Xm
Gambar 3.2. Pendekatan Rangkaian Ekivalen pada Beban Nol Dengan s≅0
Diketahui V , nL InL, dan P adalah harga – harga yang diukur dari nL
tegangan kerja, arus, dan daya yang dipakai motor pada kondisi beban nol.
Impedansi beban nol dapat dihitung sebagai berikut :
nL nL nL
I V
Z = (ohm)...(3.27)
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 (ohm)...(3.29)
Karena XnL = X1+0.5Xm +0.5X2
Maka :
2 1 2
2X X X
BAB IV
PENGUKURAN KARAKTERISTIK BERBEBAN DAN PENENTUAN PARAMETER – PARAMETER MOTOR KAPASITOR START IV.1 Umum
Percobaan pengukuran karakteristik berbeban motor kapasitor start
dilakukan dengan menggunakan pengerem prony brake untuk mendapatkan beban
yang diinginkan. Percobaan ini dilakukan untuk mendapatkan nilai torsi dari
motor. Kemudian data hasil pengukuran dianalisis untuk mendapatkan grafik
karakteristik berbeban dari motor kapasitor start.
Untuk mendapatkan parameter-parameter rangkaian motor kapasitor start
dilakukan dengan melakukan percobaan rotor tertahan (block rotor test),
percobaan beban nol dan percobaan pengukuran tahanan belitan. Pada percobaan
rotor tertahan (block rotor test) harus dilakukan dengan waktu yang singkat karena
akan dapat menimbulkan pemanasan yang berlebihan.
IV.2. Peralatan Yang Digunakan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Motor induksi satu fasa
Tipe : Capacitor-Start Motor
0,55 kW Vt = 220 Volt f = 50 Hz
p = 4 C = 16 µF/ 400 V I = 4,8 A
Kelas Motor = B n = 1380 rpm cos φ = 0,83
2. Multimeter LCR
3. Tachometer
4. Wattmeter 1Φ (EWG 604)
5. 1 unit power supply AC
IV.3. Penentuan Parameter-Parameter Motor Kapasitor Start
Untuk menentukan parameter-parameter motor induksi adalah dengan
melakukan pengujian berikut:
IV.3.1 Pengujian Tahanan Belitan
(a) Pada Belitan Utama
a. Rangkaian Pengujian
P
T
D
C
A
[image:55.595.149.487.263.385.2]V
Gambar 4.1 Rangkaian Pengujian Tahanan Belitan
b. Prosedur Pengujian
1) Susun dan rangkailah peralatan sesuai dengan gambar 4.1 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.
c. Hasil Pengujian
No. Vdc (Volt) Idc (Amp)
1 26 4,8
2 26 4,8
d. Analisa Hasil Pengujian
Rumus yang dipergunakan pada analisa pengujian pengukuran
tahanan belitan utama adalah :
26 3
26 26 26
= + + = dcm
V Volt
r1m = 1.1
( )
(
Ampere)
I
Volt V
dcm dcm
maka :
r1m = 1,1 A V
8 . 4
26
= 5.95 Ω
(b) Pada Belitan Bantu
a. Rangkaian Pengujian
P T D C
A
[image:56.595.140.485.141.549.2]V
Gambar 4.2 Rangkaian Pengujian Tahanan Belitan
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
4) Catatlah penunjukkan A, dan V setiap tahapannya.
c. Hasil Pengujian
No. Vdca (Volt) Idca (A)
1 9,81 4,70
2 9,80 4,68
3 9,82 4,72
d. Analisa Hasil Pengujian
Rumus yang dipergunakan pada analisa pengujian pengukuran
tahanan belitan bantu adalah :
r1a = 1.1
( )
(
Ampere)
I Volt V dca dca maka : 81 , 9 3 82 , 9 80 , 9 81 , 9 = + + = dca V Volt 7 , 4 3 72 , 4 68 , 4 70 , 4 = + + = Idca Volt
r1a = 1,1 A V 70 , 4 1 , 98
= 22,96 Ω
IV.3.2 Pengujian Rotor Tertahan (Blocked Rotor)
a. Rangkaian Pengujian
P T A C S Line Netral V W A n Motor Kapasitor Starting Line 1 Line 2 T
b. Prosedur Pengujian
1) Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar
4.3 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
No Vbr
(Volt)
Ibr
(Amp)
Pbr
(Watt)
1 88 4,8 350
2 89 4,8 350
3 89 4,8 350
d. Analisa Hasil Pengujian
67 , 88 3 89 89 88 = + + = br V Volt 8 , 4 3 8 , 4 8 , 4 8 , 4 = + + = br I Volt 350 3 350 350 350 = + + = br
Impedansi rotor tertahan : 84 , 1 8 , 4 67 , 88 = = = br br br I V
Z Volt
Resistansi rotor tertahan :
2 br br br I P
R = = 2
8 , 4
350
= 15,2 ohm
Reaktansi rotor tertahan :
2 2
br br
br Z R
X = − = 2 2
2 , 15 4 , 18 −
= 10,37 ohm
r2 = Rbr – r1m = 15,2 – 5,95 = 9,25 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 10,37 = 4,148 ohm
X2 = 0,6 x Xbr = 0,6 x 10,37 = 6,222 ohm
dimana :
r2 adalah tahanan belitan kumparan rotor.
X1 adalah reaktansi dari belitan utama kumparan stator.
IV.3.3 Pengujian Beban Nol
a. Rangkaian Pengujian
P T A C
S Line
Netral
V
W A
n
Motor Kapasitor Starting Line 1
Line 2
[image:60.595.122.541.108.251.2]T
Gambar 4.4 Rangkaian Pengujian Beban Nol.
b. Prosedur Pengujian
1) Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar
4.4 di atas.
2) Tutuplah sakelar auto transformer, kemudian naikkanlah tegangan
auto transformer perlahan-lahan hingga 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.
5) Pengujian Selesai.
c. Hasil Pengujian
No. Vnl
(Volt)
Inl
(Amp)
Pnl
(Watt)
1 200 2,95 230
2 200 2,95 230
d. Analisa Hasil Pengujian
Dari hasil pengujian di atas dapat ditentukan :
Impedansi beban nol :
nl nl nl
I V Z = =
95 . 2
200
= 67,80 ohm
Resistansi beban nol :
2
nl nl nl
I P
R = =
A W
2 95 , 2
230
= 26,43 ohm
Reaktansi beban nol :
2 2
nl nl
nl Z R
X = − = (67,80)2 −(26,43)2
= 62,44 ohm
Dengan menggunakan persamaan (3.30) didapat reaktansi pemagnetan
motor induksi :
2 1 2
2X X X
Xm = nL − − = 2 . 62,44 – 2 . 4,148 – 6,222 = 110,36
IV.4 Pengujian Berbeban
a. Rangkaian Pengujian
P T A C
S Line
Netral
V
W A
n
Motor Kapasitor Starting Line 1
Line 2
[image:62.595.117.554.186.295.2]T
Gambar 4.5 Rangkaian Pengujian Berbeban
b. Prosedur Pengujian
1) Susun dan rangkailah peralatan pengujian sesuai dengan gambar
4.5 di atas.
2) Semuanya switch terbuka, pengatur tegangan semuanya minimum.
3) Tutup S, lalu naikkan PTAC sampai dicapai putaran nominal
motor.
4) Naikkan beban secara bertahap, dan tetap pertahankan agar
tegangan di V Konstan. Catatlah penunjukkan alat ukur A, W, T,
dan kecepatan motor (nr) setiap tahapnya.
5) Pengujian dilakukan sampai arus motor tidak melebihi arus
c. Hasil Pengujian
Torsi ( N.m) Nr (rpm) Arus Masukan (A) Daya Input (Watt)
0,1 1400 3,9 350
0,3 1395 4,0 400
0,4 1385 4,16 440
0,6 1380 4,32 450
d. Analisa Hasil Pengujian
Dari data hasil pengujian dapat diperoleh :
1. Pengukuran tahanan belitan :
Dari data pengukuran tahanan belitan , dengan faktor pengali 1,1 maka :
• Belitan Utama : r1m = 1.1
( )
(
Ampere)
I
Volt V
dcm
dcm = 1,1
A V 8 . 4 26
= 5.95 Ω
• Belitan Bantu : r1a = 1.1
( )
(
Ampere)
I
Volt V
dca
dca = 1,1
A V 70 , 4 1 , 98
= 22,96 Ω
2. Percobaan rotor tertahan ( blocked rotor test ) :
Vbr = 88,67 Volt Ibr = 4,8 Amp Pbr = 350 Watt
4 , 18 8 , 4 67 , 88 = = = br br br I V
Z Volt
2 br br br I P
R = = 2
8 , 4 350
= 15,2 ohm
2 2
br br
br Z R
Dengan desain motor kelas B, maka :
X1 = 0,4 . Xbr = 0,4 x 10,37 = 4,148 ohm
X2 = 0,6 . Xbr = 0,6 x 10,37 = 6,222 ohm
3. Percobaan beban nol :
Vnl = 200 Volt Inl = 2.95 Amp Pnl = 230 Watt
nl nl nl
I V
Z = =
95 . 2
200
= 67,80 ohm
2 nl nl nl I P
R = =
A W 2 95 , 2 230
= 26,43 ohm
2 2
nl nl
nl Z R
X = − = (67,80)2 −(26,43)2 = 62,44 ohm
2 1 2
2X X X
Xm = nL − − = 2 . 62,44 – 2 . 4,148 – 6,222 = 110,36
ohm
Dari data – data di atas dan data name plate, maka parameter –
parameter motor kapasitor starting tersebut di atas adalah :
Vt = 220 V r1m = 5,95 ohm r1a = 22,96 ohm
f = 50 Hz r2 = 9,25 ohm Xm = 110,36 ohm
p = 4 X1 = 4,148 ohm X2 = 6,37 ohm
nm = 1380 rpm C = 16 µF
Xc =
fC
π 2
1
= 6
10 . 16 . 50 . 2 1 −
π = 199,04 ohm
Untuk data pengujian berbeban I dengan Nr = 1400,
maka :
S = 0,066
1500 1400 1500
= −
Berdasarkan persamaan 2.7 :
) ( ) / ( ] ) / [( 5 . 0 ˆ 2 2 2 2 m m f f f X x j s r jx s r jX jX R Z + + + = + = Maka : ) 36 , 110 37 , 6 ( ) 066 , 0 / 25 , 9 ( ] 37 , 6 ) 066 , 0 / 25 , 9 [( 36 , 110 5 . 0 ˆ + + + = + = j j j jX R
Zf f f
Ω + = Ω ° ∠
=42,4 52,8 25,63 33,77
ˆ j
Zf
Dan berdasarkan persamaan 2.8 :
) ( ) 2 /( ( ] ) 2 /( [( 5 . 0 ˆ 2 2 2 2 m m b b b X x j s r jx s r jX jX R Z + + − − + = + = ) 36 , 110 37 , 6 ( ) 066 , 0 2 /( 25 , 9 ( ] 37 , 6 ) 066 , 0 2 /( 25 , 9 [( 36 , 110 5 . 0 ˆ + + − − + = + = j j j jX R
Zb b b
Ω + = Ω ° ∠
=3,76 55,44 2,13 3,1
ˆ
