ANALISIS KARAKTERISTIK TORSI DAN PUTARAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA PADA KONDISI OPERASI SATU FASA DENGAN PENAMBAHAN KAPASITOR

Transkripsi

1 ANALSS KAAKTESTK TOS DAN PUTAAN MOTO NDUKS TGA FASA PADA KONDS OPEAS SATU FASA DENGAN PENAMBAHAN KAPASTO Antonius Pahala Nainggolan, Eddy Warman Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 055 NDONESA Abstrak Pengoperasian motor induksi tiga fasa biasanya menggunakan sistem tiga fasa, jika pengoperasian motor induksi tersebut dioperasikan pada kondisi satu fasa maka akan ada perbedaan karakteristik yang terjadi pada motor tersebut. Perbedaan ini dipengaruhi oleh bentuk rangkaian pengoperasiannya maupun komponen tambahan yang digunakan untuk mengubah bentuk rangkaian motor induksi tiga fasa yaitu berupa kapasitor. Pada tulisan ini dibahas karakteristik torsi dan putaran motor induksi tiga fasa pada kondisi operasi satu fasa dengan penambahan kapasitor. Dari hasil pengujian motor induksi tiga fasa,5 kw rotor sangkar dengan kapasitor 0 F untuk beban 0%, 40% dan 60% dihasilkan torsi sebesar,75 Nm,,95 Nm dan 3,4 Nm. Sedangkan untuk putaran motor induksi tiga fasa untuk beban 0%, 40% dan 60% sebesar 400 rpm, 380 rpm dan 350 rpm. Kata Kuni: motor induksi 3 fasa, kapasitor, torsi output motor. Pendahuluan Motor induksi tiga fasa merupakan motor arus bolak-balik yang paling luas digunakan dan dapat dijumpai dalam setiap aplikasi industri maupun rumah tangga. Suatu kondisi tertentu atu daya tiga fasa mengalami gangguan salah satu fasanya, atau hanya tersedia atu daya satu fasa. Motor induksi tiga fasa dapat dioperasikan pada kondisi satu fasa sehingga berfungsi sebagai motor induksi satu fasa. Pengoperasian motor induksi tiga fasa pada kondisi satu fasa dapat dilakukan dengan ara membagi kumparan motor induksi tiga fasa menjadi kumparan bantu dan kumparan utama dengan kapasitor yang dipasang pada terminal motor induksi[].. Motor nduksi Tiga Fasa pada Kondisi Operasi Satu Fasa dengan Penambahan Kapasitor Motor induksi tiga fasa dapat dioperasikan pada kondisi satu fasa dengan penambahan kapasitor yang dihubungkan pada belitan stator yang ditunjukkan pada Gambar. Pada kondisi ini motor induksi tiga fasa tersebut beroperasi dengan tegangan tidak simetris. Dengan menggunakan analisis komponen simetris dapat dibuat suatu model matematika untuk mendapatkan persamaan tegangan urutan positif ( ) maupun persamaan tegangan urutan negatif ( ). Gambar Hubungan belitan stator [] Berdasarkan dari rangkaian di atas, dapat dianalisis hubungan arus dan tegangan dengan menggunakan Hukum Kirhoff sebagai berikut[]. a + b + = 0 () - a + b = 0 () a - = 0 (3) Dimana a, b dan merupakan tegangan masing-masing kumparan stator, sedangkan a, b dan merupakan arus yang mengalir pada setiap kumparan stator. Dengan metode transformasi komponen simetris dan 48 opyright@ DTE FT USU

2 SNGUDA ENSKOM OL.0 NO.7/Februari 05 pergeseran fasa menggunakan operator a, tiga fasor tegangan tidak seimbang fasa ( a, b dan ) dapat ditransformasikan dan diuraikan menjadi sistem tiga fasor yang seimbang menjadi kapasitor urutan positif dan negatif dapat dilihat pada Gambar. a = (4) b = 0 + a + a (5) = 0 + a + a (6) Dimana 0, dan merupakan tegangan urutan nol, urutan positif dan urutan negatif. Sedangkan persamaan arus pada masingmasing kumparan stator adalah a = (7) b = 0 + a + a (8) = 0 + a + a (9) Kemudian substitusi nilai 0 = 0.Y 0, =.Y dan =. Y ke persamaan arus diatas, sehingga persamaan arusnya menjadi a = 0.Y 0 +.Y +.Y (0) b = 0.Y 0 + a.y + a.y () = 0.Y 0 + a.y + a.y () Sehingga dengan subsitusi persamaan 4 dan 5 ke persamaan akan didapat persamaan tegangan urutan positif dan persamaan tegangan urutan negatif sebagai berikut : (3) j30 j30 e 3 Y e Y 3 3Y Y Y j30 j30 e 3 Y e Y 3 3Y Y Y (4) = Tegangan urutan positif () = Tegangan urutan negatif () Y = Admitansi urutan positif ( ) Y = Admitansi urutan negatif ( ) Y = Admitansi kapasitor ( ) 3. angkaian Urutan Positif dan angkaian Urutan Negatif angkaian ekivalen motor induksi pada kondisi operasi satu fasa dengan penambahan a. angkaian urutan positif b. angkaian urutan negatif Gambar angkaian urutan motor induksi 3 fasa [3] Berdasarkan rangkaian pada Gambar di atas persamaan impedansi urutan positif (Z ) dan impedansi urutan negatif (Z ) adalah sebagai berikut. j m j s Z j j( m ) s j m j ( s) Z j j( m ) ( s) (6) Z = mpedansi urutan positif (Ω) Z = mpedansi urutan negatif (Ω) = Tahanan stator (Ω) = Tahanan rotor (Ω) = eaktansi stator (Ω) = eaktansi rotor (Ω) m = eaktansi magnetisasi (Ω) (5) Sedangkan untuk menari nilai arus stator urutan positif ( s) dan arus rotor urutan 49 opyright@ DTE FT USU

3 SNGUDA ENSKOM OL.0 NO.7/Februari 05 positif( r) diari dengan persamaan sebagai berikut. s (7).Y j m r s j( m ) s = Arus stator urutan positif (A) s r = Arus rotor urutan positif (A) = Tegangan urutan positif () Y = Admitansi urutan positif ( ) (8) Nilai arus stator urutan negatif( s) dan arus rotor urutan negatif(r) diari dengan persamaan sebagai berikut: s. Y (9) j m r s (0) j( m ) ( s) = Arus stator urutan negatif (A) s r = Arus rotor urutan negatif (A) = Tegangan urutan negatif () Y = Admitansi urutan negatif ( ) 4. Torsi Motor nduksi Tiga Fasa pada Kondisi Operasi Satu Fasa Torsi motor induksi tiga fasa pada kondisi operasi satu fasa dengan penambahan kapasitor berbeda dengan ketika motor induksi beroperasi normal tiga fasa. Perbedaan ini diakibatkan oleh ketidakseimbangan tegangan pada masing masing kumparan stator ketika motor dioperasikan pada sistem tenaga satu fasa.[4] Ketidakseimbangan ini akan mengakibatkan munulnya komponen urutan negatif yang akan berlawanan dengan komponen urutan positif, sehingga akan memperkeil nilai torsi output motor induksi. Adapun persamaan torsi output yang dihasilkan pada kondisi operasi satu fasa adalah.[5] T out T f T b.. r r 3 3 s( ) ( s)( ) s s 3 r r () s s ( s) T out = Torsi total yang dihasilkan motor induksi (Nm) T f = Torsi arah maju (Nm) = Torsi arah mundur (Nm) T b 5. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik torsi dan putaran motor induksi tiga fasa, bila dioperasikan pada kondisi satu fasa dengan penambahan kapasitor. Serta membandingkan karakteristik tersebut dengan kondisi motor induksi tiga fasa saat kondisi operasi normal tiga fasa. Motor yang digunakan pada penelitian ini adalah motor induksi tiga fasa rotor sangkar yang terdapat di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT. USU dengan spesifikasi sebagai berikut: Daya Output :,5 kw Tegangan : 0/380 Arus : 6,3/ 3,6 A Putaran (Nr) : 400 rpm Cos phi : 0,83 Tipe Belitan : /Y Kelas solasi : B Langkah-langkah penelitian yang dilakukan sebagai berikut: a. Metode pengambilan data berupa metode pengukuran. b. Tahap pengukuran dilakukan terhadap motor induksi tiga fasa dioperasikan pada sistem tiga fasa dengan beban berupa motor d dan pengukuran terhadap motor induksi tiga fasa pada kondisi operasi satu fasa.. Catat nilai arus, tegangan dan torsi dari kedua perobaan. d. Bandingkan data pengukuran dari kedua perobaan. 50 opyright@ DTE FT USU

4 SNGUDA ENSKOM OL.0 NO.7/Februari 05 Adapun rangkaian perobaan dari motor induksi tiga fasa saat beroperasi normal tiga fasa dapat dilihat pada Gambar 3. Tabel Data hasil perobaan motor induksi tiga fasa kondisi operasi satu fasa dengan penambahan kapasitor Beban(%) s(a) N r(rpm) T out ( Nm) 0, ,47 40,6 40 7,57 60, ,65 Berdasarkan hasil data dari Tabel dan Tabel maka dapat diplot dalam bentuk kurva karakteristik torsi dari kedua perobaan yang dapat dilihat pada Gambar 5. Gambar 3 angkaian perobaan motor induksi tiga fasa kondisi normal Sedangkan rangkaian perobaan dari motor induksi tiga fasa pada kondisi operasi satu fasa dengan penambahan kapasitor ditunjukkan pada Gambar 4. Gambar 5 Kurva perbandingan torsi vs beban Pada Gambar 5 di atas dapat dianalisis bahwa motor induksi pada kondisi operasi satu fasa dengan penambahan kapasitor memiliki nilai torsi yang lebih keil dibandingkan dengan motor induksi tiga fasa yang dioperasikan pada kondisi normal tiga fasa. Hal ini diakibatkan oleh karena timbulnya torsi urutan negatif yang memperkeil nilai torsi output motor induksi. Gambar 4 angkaian perobaan motor induksi tiga fasa kondisi operasi satu fasa dengan penambahan kapasitor Berdasarkan hasil data dari Tabel dan Tabel maka dapat diplot dalam bentuk kurva karakteristik putaran dari kedua perobaan yang dapat dilihat pada Gambar Hasil dan Analisis Berdasarkan perobaan dari motor induksi tiga fasa kondisi normal maka didapat data yang dapat dilihat pada Tabel dan Tabel. Tabel Data hasil perobaan motor induksi tiga fasa kondisi normal Beban(%) s(a) N r(rpm) T out( Nm) 0, ,47 40,6 40 7,57 60, ,65 Gambar 6 Kurva perbandingan putaran vs beban 5 opyright@ DTE FT USU

5 SNGUDA ENSKOM OL.0 NO.7/Februari 05 Dari Gambar 6 dapat dianalisis bahwa putaran motor induksi pada saat operasi satu fasa dengan penambahan kapasitor lebih rendah bila dibandingkan dengan kondisi operasi normal tiga fasa. 7. Kesimpulan Dari hasil analisis, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :. Untuk motor induksi pada kondisi operasi satu fasa dengan penambahan kapasitor memiliki nilai torsi output lebih keil dibandingkan dengan kondisi operasi normal tiga. Hal ini disebabkan pada kondisi operasi satu fasa dengan penambahan kapasitor timbul komponen urutan negatif yang memperkeil nilai torsi output motor induksi tiga fasa.. Pada motor induksi kondisi operasi satu fasa dengan penambahan kapasitor memiliki putaran lebih rendah dibandingkan dengan pada kondisi operasi normal tiga fasa. eferensi [] Brown, J.E, The Starting Of a Three Phase ndution Motor Conneted To a Single Supply System, EE No. 860, 959. [] Halim, A.M. Abdel, M.M Salama, Performane Of a Three Phase Motor ndution Motor Fed From a Non deal Single Phase Supply, Proeedings ETEP ol.5 No.3: May, 995. [3] Chapman, S.J, Eletri Mahinery Fundamental, M Graw-Hill.985. [4] Boldea, on, Syed A. Nassar, The ndution Mahine Handbook, Boa aton: CC Press, 00. [5] Mehta,.K, and ohit Mehta, Priniples Of Eletrial Mahines, New Delhi: S. Chand & Company Ltd, opyright@ DTE FT USU