FASA 1,1 KW MENJADI SATU FASA DENGAN INJEKSI KAPASITOR DAN
PENGHANTAR NETRAL
Suratno
Dosen Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Samarinda, Samarinda Email : suratnopolnes @ gmail.com
Abstrak - Paper ini menyajikan suatu metoda perubahan motor tiga phasa menjadi motor satu phasa dengan injeksi capasitor serta penghantar netral saat sumber tiga phasa hilang satu atau dua phasa. Dengan menyajikan rangkaian sederhana maka motor akan selalu dapat dijalankan pada saat sumber tegangan normal maupun pada saat mengalami gangguan hilang satu atau dua phasa. Metoda yang disajikan ini telah diuji dengan percobaan menggunakan motor Induksi tiga phasa dengan daya 1,1 KW. Metoda cocok digunakan pada motor dengan pembebanan ringan seperti kompresor, blower dan beban-beban ringan lainnya.
Kata kunci: Motor induksi 3 phasa, motor induksi 1 phasa dan kapasitor.
1. PENDAHULUAN
Dasar motor induksi tiga phasa dapat berputar adalah dengan adanya susunan belitan stator yang diatur sedemikian rupa sehingga masing-masing belitan membentuk sudut 1200 listrik yang diinjeksi dengan
sumber tegangan tiga phasa, sedangkan dasar motor induksi satu phasa dapat berputar adalah adanya perbedaan sudut antara belitan utama dengan belitan bantu. Pada paper ini perbedaan sudat dilakukan dengan menggunakan Kapasitor.
Pada gambar 1 menunjukkan bahwa kondisi darurat memungkinkan motor tiga phasa, bisa dioperasikan dengan supply tegangan satu phasa. Terminal motor dihubungkan secara segitiga, yaitu terminal U1 dikopel W2, V1 dikopel U2, W1 dikopel V2, dan ditambahkan kondensator sebagai penggeser phasa. Untuk mendapatkan putaram ke kanan kondensator disambungkan terminal U1 dan W1, sedangkan untuk putaran kekiri kondensator disambungkan terminal V1 dan W1.
2. DASAR TEORI
2.1 Data Percobaan
Motor Listrik
Pabrik pembuat : Carpanelli
Negara pembuat : Bologna, Italy Tipe : M80B2 Jenis motor : motor 3 fasa Hubungan belitan : start-delta
Daya motor : 1,5 HP/ 1,1 kW Tegangan : 380/660 V Arus : 2,44/1,44 A Frekuensi : 50 Hz Putaran motor : 2830 rpm
Kapasitor
Merek kapasitor : Matrix
Ukuran : 35,0 uF/MFD Tegangan kerja : 450 VAC
Frekuensi : 50-60 Hz Suhu kerja : -400 - 900
Gambar 1. Motor Tiga Phasa
2.2 Metoda Injeksi Kapasitor dan penghantar netral
3. Perancangan dan Pembahasan
3.1.Perhitungan Kapasitor Sebagai Start dan Running Motor
Bila ingin menggunakan kapasitor sebagai start dan runing motor induksi tiga fasa dalam sistem tenaga satu fasa, maka harus mengetahui terlebih dahulu tegangan dan arus nominal pada nameplate motor induksi tiga fasa.
Motor induksi tiga fasa belitannya di hubung delta, baik untuk pengoprasian dalam sistem tenaga tiga fasa ataupun satu fasa. Berikut spesifikasi yang tertera pada namplate motor induksi tiga fasa 1,1 kW:
Tegangan = 380/660 Volt a. Arus = 2,44/1,4 A b. Frekuensi = 50 Hz c. Putaran = 2830 RPM
d. Daya = 1,1 kW/ 1,5 HP
Dengan hubungan delta, maka arus nominal (I3fasa)
motor induksi tiga fasa sebesar 2,44 Ampere dan tegangan suplai (V3fasa) sebesar 380 Volt. Berikut
perhitungan mencari nilai kapasitor untuk start dan runing motor induksi tiga fasa dalam sistem tenaga satu fasa.
Perhitungan daya masuk (Pin), di asumsikan efisiensinya (ɳ) = 80 % :
ɳ = Pout
Pin x 100% Pin
= Pout
ɳ x 100%
= 1119
80% x 100%
= 1398.75 Watt
Perhitungan Cos φ untuk motor induksi tiga fasa 1,1 kW adalah
Cos φ = Pin
√3 x V3fasa x I3fasa
= 1398.75
√3 x 380 x2.44
= 0.87
Cos φ = 0,87, sehingga φ = Cos-1 0,87 = 29.54
Apabila motor induksi tiga fasa mempunyai daya aktif masuk (Pin3fasa) dengan faktor daya (Cos φ’), maka
motor induksi pada tegangan (V3fasa) dan arus (I3fasa)
mempunyai daya raktif VAR3ph = √3 . V. I. Sin φ. Dan
bila diinginkan kapasitor ‘C’ yang digunakan
mempunyai daya reaktif yang sama dengan motor induksi tiga fasanya, maka akan diperoleh :
C = Pin3fasa x tan θ
2 x π x f x V1ph2
= 1398.75 x 0.56
2 x 3.14 x 2202
= 5.15 x 10-5 F
= 51.5 x 10-6 F
51.5 x 10-6 F = 51.5 x 10-6 x 106 uF = 51.5 uF
Karena di pasaran tidak ada kapasitor ukuran 51,5 uF, sehingga kapasitas kapasitor yang digunakan adalah ukuran 50 uF.
Dari kapasitor yang didapat, maka dapat di hitung nilai (VC)dan (IC)sebagai berikut ini :
IC = ω x C x 𝑉3fasa
2 (√3 x Sin θ) x V3fasa
= 314 x 5.15 x 10−5 x 2202
(√3 x 0.49) x 380
= 2.42 A
VC = 𝑉1𝑓𝑎𝑠𝑎
√3 x Sin θ
= 220
√3 𝑥 0.49
= 259.22 V
1. Besar daya reaktif (VARC) yang
disumbangkan oleh kapasitor C adalah VARC = IC x VC
= 2.42 x 259.22 = 627.31 VAR
3.2 Rangkaian Kontrol Motor
Gambar 2a. Rangkaian Kontrol Motor
Gambar 2b. Rangkaian Kontrol Motor
Pada gambar 2a, 2b, dan 2c menunjukkan rangkaian kontrol motor.
3.3 Diskripsi Kerja
Pada saat keadaan normal disuplai dengan suplai tegangan 3 fasa, lalu hilang satu atau dua fasanya, maka rangkain kontrol akan berubah ke suplai tegangan satu fasa dan netral dengan kapasitor. Jika beberapa waktu kemudian suplai tegangan tiga fasa kembali normal. Maka rangkaian kontrol ini akan bekerja kembali ke posisi normal dengan suplai tegangan tiga fasa.
Keadaan Normal
Sambungkan kabel suplai R,S,T dan Netral dari panel ke sumber suplai 3 fasa R,S,T dan Netral. Pastikan urutan fasa tidak tertukar.
Tekan tombol Emergency. Kemudian nyalakan MCB tiga untuk uji coba kehilangan fasa/ MCB tiga fasa untuk mengamankan PFR (Phase Failure Relay) pada posisi On. Selanjutnya nyalakan MCB 3 Fasa pada sumber suplai ke posisi On. Timer KT3, KT5 dan KT7 akan bekerja dan lampu indikator tiga fasa pada pintu panel akan menyalah. Kemudian nyalakan juga MCB 1 Fasa untuk kontrol rangkaian Daya 3 Fasa (MCB24) dan 1 Fasa MCB15 pada On. Maka kontaktor KT33 akan bekerja.
Nyalakan MCB daya tiga fasa (MCB41). Kemudian putar tombol emergency ke kanan. Selanjutnya tekan tombol opration on (S24g). Dengan menekan tombol opration on ini, maka kontaktor (K24) akan bekerja dan motor (M34) akan beroperasi pada
Apabila sewaktu-waktu terjadi kegagalan operasi pada rangkaian kontrol atau motor, maka tekan tombol emergency. Hal ini akan menghentikan kerja rangkaian kontrol dan motor.
Kehilangan Satu Fasa
Operasikan rangkaian kontrol seperti keadaan normal. Tekan tombol opration on (S24g). Maka kontaktor (K24) akan bekerja dan motor induksi tiga fasa akan beroperasi dengan sistem tenaga tiga fasa.
Di dalam beroperasi motor induksi tiga fasa tiba-tiba kehilangan salah satu fasa yang menyuplainya, apapun fasa yang hilang R, S, maupun T. Rangkaian kontrol akan bekerja merubah suplai motor induksi tiga fasa dari suplai tegangan tiga fasa ke supalai tegangan satu fasa dengan kapasitor.
Hilang Fasa R
Apabila hilang Fasa R. Lampu indikator fasa R akan padam, Timer (KT3), timer (KT33) akan berhenti bekerja dan motor induksi tiga fasa berhenti beroparsi, maka Relay (K11) akan bekerja. Hal ini karena ada
tegangan fasa S masuk dari anak kontak “NO” Timer
(KT5) dan anak kontak bantu “NC” Timer (KT3) melalui MCB 1 fasa (MCB15). Tegangan fasa S akan
mengerjakan timer (KT14) melalui anak kontak “NO”
relay (K11). Dengan bekerjanya timer (KT14), maka
tegangan fasa S dari anak kontak “NO” relay (K11) akan
menuju ke terminal belitan motor U1 melauli anak
kontak “NO” relay (K11) dan anak kontak “NO” Timer
(KT14). Dan nertal dari sumber juga akan terhubung ke
terminal belitan W1 motor melalui anak kontak “NO”
timer (KT14).
Hilangnya fasa R juga akan terdeteksi oleh relay PFR, sehingga relay PFR akan bekerja yang mana
anak kontak relay akan berubah dari “NO” ke “NC dan
sebaliknya. Warna lampu pada keadaan normal berwarna hijau mudah. Jika hilang fasa R, maka akan berubah menjadi merah. Bekerjanya PFR juga akan menghentikan kerja Kontakor (K24) jika fasa R hilang. Kontaktor (K24) berhenti bekerja akan menghubungkan kapasitor dari terminal belitan V1 ke terminal belitan W1 motor induksi tiga fasa melalui anak kontaknya
“NC”. Maka motor induksi tiga fasa pun beroperasi
dengan suplai tegangan satu fasa S dan netral dengan kapasitor.
Pada saat tegangan fasa R kembali ada. Timer (KT3) akan kembali bekerja dan memutus kerjanya relay (KT11), timer (KT14) dan memutuskan netral dari
teminal belitan W1 melalui anak kontak “NO” timer
(KT14). Untuk relay PFR akan kembali normal dengan menyalahnya lampu indikator menjadi hijau, tetapi anak kontak mempunyai jeda untuk kembali ke posisi normal. Jeda tersebut mengakibatkan motor berhenti dan relay
(K26) bekerja. Anak kontak “NO” relay (K26)
mengerjakan timer (KT28). Anak kontak “NO” timer (KT28) mengerjakan kontaktor (K31). Bekerjanya timer (KT28) dan kontaktor (K31) dapat suplai tegangan fasa R dari MCB (MCB24). Suplai tegangan fasa R dari MCB (MCB24) juga mengerjakan timer (KT33).
Ketika kontaktor (K31) bersamaan dengan anak kontak PFR kembali ke posisi normal, akan mengerjakan kontaktor (K24) dengan suplai tegangan
fasa R melalui anak kontak “NO” kontaktor (K31).
Anak kontak kontaktor (K31) akan mengunci anak
kontak “NO” kontaktor (K24). Perpindahan ini terjadi pada selang sekitar 0,45 detik. Dengan begini motor induksi tiga fasa akan beroperasi dengan suplai tiga fasa kembali.
Hilang Fasa S
Apabila hilang tegangan Fasa S. Lampu indikator fasa S akan padam, Timer (KT5), dan motor induksi tiga fasa berhenti beroparsi, maka Relay (K11) akan bekerja. Hal ini karena ada tegangan fasa T masuk
dari anak kontak “NO” Timer (KT7) dan anak kontak bantu “NC” Timer (KT5) melalui MCB 1 fasa
bekerjanya timer (KT14), maka tegangan fasa T dari
anak kontak “NO” relay (K11) akan menuju ke terminal belitan motor U1 melauli anak kontak “NO” relay (K11) dan anak kontak “NO” Timer (KT14). Dan nertal
dari sumber juga akan terhubung ke terminal belitan W1
motor melalui anak kontak “NO” timer (KT14).
Hilangnya fasa R juga akan terdeteksi oleh relay PFR, sehingga relay PFR akan bekerja yang mana
anak kontak relay akan berubah dari “NO” ke “NC dan
sebaliknya. Warna lampu pada keadaan normal berwarna hijau mudah. Jika hilang fasa S, maka akan berubah menjadi merah. Bekerjanya PFR juga akan menghentikan kerja kontakor (K24) jika tegangan fasa T hilang. Kontaktor (K24) berhenti bekerja akan menghubungkan kapasitor dari terminal belitan V1 ke terminal belitan W1 motor induksi tiga fasa melalui
anak kontaknya “NC”. Maka motor induksi tiga fasa
pun beroperasi dengan suplai tegangan satu fasa T dan netral dengan kapasitor.
Relay PRF juga akan mengerjakan relay (K26) dengan suplai tegangan fasa R, melalui anak kontak nya
“NC” yang di hubung singkat dengan keluaran tombol operasi “OFF” (S24d). Dengan bekerjanya relay (K26). Anak kontak “NO” relay (K26) mengerjakan timer
(KT28). Anak kontak “NO” timer (KT28) mengerjakan kontaktor (K31). Bekerjanya timer (KT28) dan kontaktor (K31) dapat suplai tegangan fasa R dari MCB (MCB24). Suplai tegangan fasa R dari MCB (MCB24) juga mengerjakan timer (KT33). Ketika kontaktor (K31)
bekerja, anak kontak “NO”nya akan menghubungkan
kontaktor (K24) dengan tegangan fasa R, tetapi terputus
oleh anak kontak “NO” PFR.
Pada saat tegangan fasa T kembali ada. Timer (KT5) akan kembali bekerja dan memutus kerjanya relay (KT11), timer (KT14) dan memutuskan netral dari teminal belitan W1 melalui anak kontak “NO” timer (KT14). Disini motor induksi tiga fasa berhenti beroparsi. Untuk relay PFR akan kembali normal dengan menyalahnya lampu indikator menjadi hijau, tetapi anak kontak mempunyai jeda untuk kembali ke memutus kerja timer (KT28). Anak kontak “NO” timer
(KT28) memutus kerja kontaktor (K31). Dan timer (KT28) dan kontaktor (K31) diputus dari suplai tegangan fasa R dari MCB (MCB24). Dengan begini motor induksi tiga fasa akan beroperasi dengan suplai tiga fasa kembali.
Hilang Fasa T
Apabila hilang tegangan Fasa T. Lampu indikator fasa T akan padam, Timer (KT7) berhenti bekerja, dan motor induksi tiga fasa berhenti beroparsi, maka Relay (K11) akan bekerja. Hal ini karena ada
tegangan fasa R masuk dari anak kontak “NO” Timer (KT3) dan anak kontak bantu “NC” Timer (KT7)
melalui MCB 1 fasa (MCB15). Tegangan fasa R akan
mengerjakan timer (KT14) melalui anak kontak “NO”
relay (K11). Dengan bekerjanya timer (KT14), maka
tegangan fasa R dari anak kontak “NO” relay (K11)
akan menuju ke terminal belitan motor U1 melauli anak
kontak “NO” relay (K11) dan anak kontak “NO” Timer
(KT14). Dan nertal dari sumber juga akan terhubung ke terminal belitan W1 motor melalui anak kontak “NO” timer (KT14).
Hilangnya fasa T juga akan terdeteksi oleh relay PFR, sehingga relay PFR akan bekerja yang mana
anak kontak relay akan berubah dari “NO” ke “NC dan
sebaliknya. Warna lampu pada keadaan normal berwarna hijau mudah. Jika hilang fasa T, maka akan berubah menjadi merah. Bekerjanya PFR juga akan menghentikan kerja Kontakor (K24) jika tegangan fasa T hilang. Kontaktor (K24) berhenti bekerja akan menghubungkan kapasitor dari terminal belitan V1 ke terminal belitan W1 motor induksi tiga fasa melalui
anak kontaknya “NC”. Maka motor induksi tiga fasa
pun beroperasi dengan suplai tegangan satu fasa R dan netral dengan kapasitor.
Relay PRF juga akan mengerjakan relay (K26) dengan suplai tegangan fasa R, melalui anak kontak nya
“NC” yang di hubung singkat dengan keluaran tombol operasi “OFF” (S24d). Dengan bekerjanya relay (K26). Anak kontak “NO” relay (K26) mengerjakan timer (KT28). Anak kontak “NO” timer (KT28) mengerjakan
kontaktor (K31). Bekerjanya timer (KT28) dan kontaktor (K31) dapat suplai tegangan fasa R dari MCB (MCB24). Suplai tegangan fasa R dari MCB (MCB24) juga mengerjakan timer (KT33). Ketika kontaktor (K31)
bekerja, anak kontak “NO”nya akan menghubungkan
kontaktor (K24) dengan tegangan fasa R, tetapi terputus
oleh anak kontak “NO” PFR.
Pada saat tegangan fasa T kembali ada. Timer (KT5) akan kembali bekerja dan memutus kerjanya relay (KT11), timer (KT14) dan memutuskan netral dari
teminal belitan W1 melalui anak kontak “NO” timer
akan diputus. Anak kontak “NO” relay (K26) akan
memutus kerja timer (KT28). Anak kontak “NO” timer
(KT28) memutus kerja kontaktor (K31). Dan timer (KT28) dan kontaktor (K31) diputus dari suplai tegangan fasa R dari MCB (MCB24). Dengan begini motor induksi tiga fasa akan beroperasi dengan suplai tiga fasa kembali.
3.4. Hasil Rancang Bangun dan Data Uji Coba
Gambar 3 menunjukkan implementasi dari rancangan dari rangkaian motor pada gambar 2. Dan gambar 4 menunjukkan hasil dari dua motor phasa yaitu satu phasa dan tiga phasa.
Gambar 3. Hasil Rancangan
Gambar 4. Perbandingan hasil Uji Coba Tiga Phasa dan Satu Phasa
4. KESIMPULAN
Rancang bangun dengan metoda injeksi kapasitor dan penghantar netral ini akan meningkatkan unjuk kerja motor sebagai penggerak beban karena gangguan hilang satu atau dua phasa pada sumber tiga phasa motor akan tetap berjalan, dan bila sumber 3 phasa normal kembali maka motor akan berjalan normal yaitu menjadi motor 3 phasa.
Daya motor pada saat motor jalan dengan satu phasa adalah 1/3 dari daya motor pada saat jalan dengan 3 phasa.
REFERENSI
[1] Panjaitan. DRS. R. 2000. Mesin Listrik Arus Bolak Balik, Bandung. Penerbit Tarsito.
[2] Rijono, DRS. Yon. 2004. Dasar Teknik Tenaga Listrik, Yogyakarta. Penerbit Andi.
[3] Rahardjo, dkk. 2010. Perbaikan Faktor Daya Motor Induksi 3 Fase. Seminar Nasional VI SDM Teknologi Nuklir.
(http://www.papers.sttn-batan.ac.id/prosiding/2010/54.pdf). 03 April 2017.
[4] Anthony, Zuriman. 2008. Perancangan Kapasitor Jalan untuk Mengoperasikan Motor Induksi 3-Fasa pada Sistem Tenaga 1-Fasa. Jurnal Teknik Elektro volume 8, No.2.
(http://www.jurnalelektro.petra.ac.id/index.php/elk/article /download/17356/17296). 27 Mei 2016.
[5] Anthony, Zuriman. 2003. Kinerja Pengoperasian Motor Induksi 3-Fase Pada Sistem Tenaga 1-Fase Dengan Menggunakan Kapasitor. Jurnal Teknosains volume 16, No.1.
